論無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)的教學(xué)革新

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無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程現(xiàn)狀

目前，無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程沿用陸佩文[5]編寫(xiě)的硅酸鹽物理化學(xué)課程體系，在多年教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該課程體系存在如下的問(wèn)題：

1知識(shí)點(diǎn)分散

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程的內(nèi)容包含了材料科學(xué)基礎(chǔ)的晶體學(xué)及晶體缺陷的內(nèi)容，包含了材料加工的基礎(chǔ)知識(shí)相平衡和相圖，同時(shí)又涵蓋了無(wú)機(jī)非金屬加工過(guò)程特有的熔體和玻璃體，陶瓷加工過(guò)程的基礎(chǔ)粘土水系化學(xué)，燒結(jié)加工過(guò)程的擴(kuò)散、固相反應(yīng)、固態(tài)相變和燒結(jié)等基礎(chǔ)知識(shí)．課程體系分散復(fù)雜，課程的內(nèi)容繁多，每一章單獨(dú)成為體系，前后的聯(lián)系不夠明顯．

2與實(shí)際接觸的宏觀事物距離較大

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)的教學(xué)體系以理論推導(dǎo)為主，涵蓋了大量的前期科研工作者進(jìn)行的理論推導(dǎo)，并且結(jié)合實(shí)踐給出了很多應(yīng)用．由于工科學(xué)生課程體系設(shè)置的特點(diǎn)，注重工程實(shí)際，注重在實(shí)踐中解決問(wèn)題．因此，在學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)識(shí)事物的體系中，對(duì)于宏觀上能看到、能摸到的理解和掌握起來(lái)比較快，而對(duì)于微觀的、抽象的體系認(rèn)識(shí)起來(lái)難度比較大．

3與實(shí)際的生產(chǎn)不能有效結(jié)合

現(xiàn)有無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程作為工科課程來(lái)講，離實(shí)際工程應(yīng)用距離比較遠(yuǎn)，對(duì)學(xué)生的吸引力不夠，很多學(xué)生在課堂上經(jīng)常問(wèn)學(xué)了這么多公式、這么多圖有什么用，而這個(gè)問(wèn)題按照現(xiàn)有的課程體系無(wú)法回答．

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程體系改革

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)總體上概括起來(lái)可以分成兩個(gè)主要方面，一是與陶瓷（水泥）生產(chǎn)密切相關(guān)的知識(shí)，二是與玻璃生產(chǎn)密切相關(guān)的知識(shí)體系．在此為分類(lèi)基礎(chǔ)上，對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)和講授順序重新進(jìn)行了調(diào)整嘗試．

1以陶瓷生產(chǎn)為主線的課程體系設(shè)置

在介紹與晶體相關(guān)的知識(shí)過(guò)程中，主要以實(shí)際中的陶瓷為例，首先進(jìn)入晶體的微觀世界，引出陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，由晶體結(jié)構(gòu)引出晶體概念、晶體化學(xué)知識(shí)，在晶體中漫游會(huì)發(fā)現(xiàn)很多缺陷，進(jìn)而介紹缺陷的知識(shí)．簡(jiǎn)要介紹陶瓷的生產(chǎn)工藝，從原料加工到成品過(guò)程用動(dòng)畫(huà)演示，介紹原料過(guò)程中講解粘土-水系的膠體化學(xué)，其中包含的膠體性質(zhì)及一般的熔體性質(zhì)通過(guò)固體的表面和界面部分來(lái)了解；利用陶瓷燒結(jié)過(guò)程中的燒結(jié)溫度選擇，引出相平衡和相圖，重點(diǎn)介紹這部分內(nèi)容，在燒結(jié)過(guò)程中的微觀動(dòng)畫(huà)展示后引出擴(kuò)散-固相反應(yīng)-燒結(jié)．此部分中，重點(diǎn)是晶體的結(jié)構(gòu)及相平衡的知識(shí)．

2以玻璃生產(chǎn)為主線的課程體系設(shè)置

與玻璃相關(guān)的課程知識(shí)介紹的過(guò)程中，首先展示玻璃，隨后簡(jiǎn)要介紹玻璃的生產(chǎn)過(guò)程，該過(guò)程由于有無(wú)機(jī)非金屬材料工學(xué)進(jìn)行具體介紹．因此，只需描述即可，其后引出玻璃原料，簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)，按照生產(chǎn)流程加熱熔融后的現(xiàn)象要有熔體和玻璃體部分來(lái)了解，結(jié)合玻璃的生產(chǎn)講解相變過(guò)程中涉及到非晶體部分相平衡中的知識(shí)．在此部分的講解中重點(diǎn)介紹非晶態(tài)物質(zhì)的形成機(jī)理及過(guò)程．通過(guò)如上的體系改革使學(xué)生能夠充分認(rèn)識(shí)課程知識(shí)，并且知道整個(gè)體系的來(lái)龍去脈，使學(xué)生由過(guò)去的被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)有意識(shí)的學(xué)習(xí)，形成良好的學(xué)習(xí)動(dòng)力．

課堂教學(xué)過(guò)程中“四要素”的融會(huì)貫通

材料科學(xué)與工程的“四要素”始終作為課程講授的主線，作為基礎(chǔ)課程，主要授課的目標(biāo)還是材料科學(xué)這四個(gè)要素之間是如何建立起聯(lián)系的，為什么有這樣的聯(lián)系，影響因素等知識(shí)．在結(jié)晶學(xué)部分每介紹一個(gè)新概念，都有意識(shí)介紹該概念對(duì)無(wú)機(jī)材料工藝及性能的影響及其應(yīng)用，如介紹空間群概念后簡(jiǎn)要介紹空間群分類(lèi)后對(duì)壓電性能的影響，豐富學(xué)生的知識(shí)體系，而且可以更好的融會(huì)貫通，理解概念．在熔體部分的性質(zhì)概念介紹之后，要簡(jiǎn)要了解熔體的性質(zhì)對(duì)玻璃加工工藝的影響．在講粘度時(shí)，主要介紹粘度與溫度和組成等因素的關(guān)系，但是到底會(huì)有什么樣的影響并沒(méi)有介紹．因此很多學(xué)生就是為了學(xué)習(xí)粘度知識(shí)而死記硬背，不知道粘度的具體應(yīng)用，而在課堂上簡(jiǎn)要介紹過(guò)粘度會(huì)影響玻璃的加工溫度及玻璃的成型性能時(shí)，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹怎樣影響的，就會(huì)使學(xué)生知道知識(shí)是有用的，學(xué)習(xí)起來(lái)目的性更強(qiáng)，而且方便對(duì)一些概念的理解記憶，而不是簡(jiǎn)單的死記硬背．在相平衡一章中，相圖是一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，也是材料科學(xué)體系中一個(gè)非常重要的工具，學(xué)好相圖對(duì)材料科學(xué)下一步學(xué)習(xí)至關(guān)重要．但是在以前的教學(xué)過(guò)程中按照書(shū)本的知識(shí)體系從頭到尾介紹之后，很多學(xué)生都是一片茫然，似乎感覺(jué)是學(xué)習(xí)了幾何學(xué)又或是物理學(xué)，不知道無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)中為什么要單獨(dú)拿出這一章來(lái)講解這個(gè)圖．經(jīng)反思教學(xué)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)過(guò)程中過(guò)分重視教學(xué)內(nèi)容的傳授而忽略了這個(gè)工具實(shí)用性的介紹，按照“四要素”理論，相圖這個(gè)工具應(yīng)該是工藝制定的重要根據(jù)，因此在改革后的講授過(guò)程中，在介紹過(guò)相率和簡(jiǎn)單的三元相圖等基本知識(shí)后，就具體地舉了一個(gè)Al2O3-SiO2-CaO三元體系陶瓷燒制的過(guò)程，簡(jiǎn)要介紹了如何利用三元相圖進(jìn)行原料配料計(jì)算，如何確定燒成溫度，及得到的燒成體的主要成分和構(gòu)成等知識(shí)．使學(xué)生先知道三元相圖的作用，在材料學(xué)“四要素”體系中的位置，然后在具體地講解三元相圖的分析過(guò)程，并且在講解過(guò)簡(jiǎn)單的三元相圖后還要舉1~2個(gè)實(shí)際的復(fù)雜例子進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用．

教學(xué)改革的效果

經(jīng)過(guò)2年多的教學(xué)改革試點(diǎn)，學(xué)生的課堂聽(tīng)課效果有了很大改觀，原來(lái)每個(gè)自然班約有50%的學(xué)生堅(jiān)持在課堂上聽(tīng)課，很多學(xué)生由于跟不上進(jìn)度而睡覺(jué)或者干脆逃課．改革后，無(wú)機(jī)2009級(jí)學(xué)生堅(jiān)持聽(tīng)課的達(dá)到了80%以上，學(xué)生聽(tīng)課狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，聽(tīng)課熱情很高，而且課間休息時(shí)問(wèn)問(wèn)題的學(xué)生數(shù)目明顯增加．對(duì)齊齊哈爾大學(xué)無(wú)機(jī)材料2008級(jí)和2009級(jí)學(xué)生進(jìn)行了授課效果評(píng)價(jià)，90%的學(xué)生認(rèn)為能夠掌握課程基本內(nèi)容，學(xué)生的考試及格率由90%提高到96%，平均分由77.6分提高到81.2分，有了較大幅度提高．在總結(jié)了無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)以材料科學(xué)的“四要素”為基本思路，對(duì)無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程中大量的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了重組，豐富了與實(shí)踐結(jié)合更加緊密的知識(shí)內(nèi)容，探索了一條實(shí)用性很強(qiáng)的無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)教學(xué)改革新途徑．（本文作者：王超會(huì)、顧曉華、李曉生、楊長(zhǎng)龍 單位：齊齊哈爾大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）