“材料物理化学”绪论课的教学设计

　摘要：在“材料物理化学”绪论课的教学过程中，结合实例，采用启发式教学，围绕“什么是材料物理化学、为什么要学习这门课程、本课程学习什么内容、怎样学好该课程”等进行教学设计，激发了学生学习的兴趣与信心，取得了满意的教学效果。
　　关键词：材料物理化学；绪论课；教学设计
　　作者简介：胡宗智（1966-），男，湖北咸宁人，三峡大学机械与材料学院，副教授；赵君（1980-），男，山东泰安人，三峡大学机械与材料学院，副教授。（湖北 宜昌 443002）
　　中图分类号：G642.44     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）01-0058-02
　　
　　
　　“材料物理化学”课程在材料类专业工程技术人员的整体知识结构及能力结构的培养方面具有极其重要的作用，同时也是学好后续专业课程如“材料科学基础”、“材料合成与制备”、“功能材料”、“腐蚀与防护”等课程的基础。国家自然科学基金委员会在自然科学学科发展战略调研报告物理化学卷中指出：“实践表明，凡是具有较好物理化学素养的大学本科毕业生，适应能力强，‘后劲’足。由于有较好的理论基础，他们容易触类旁通、自学深造，能较快适应工作的变动，开辟新的研究阵地，笔耕文化传播，从而有可能站在国际科技发展的前沿。”[1]
　　绪论是全书的灵魂。通过绪论的学习，使学生了解课程的学习内容、明确学习方向、掌握学习方法。“材料物理化学”是三峡大学（以下简称“我校”）金属材料工程专业和材料成型及控制工程专业的主干学位课程，通过调研国内外材料专业课程的设置情况，并结合我校专业特点及培养方向，将原针对材料专业开设的“物理化学”课程更名为“材料物理化学”，并选用由邵光杰主编的适合材料类专业的物理化学作为教材。该课程是材料学科的核心专业基础课程，对培养学生的物理化学基础知识、分析与解决问题、创新能力起到关键作用。但是该课程概念多、抽象、内容庞杂、公式多且应用条件严格，加上课程改革，理论课时数减少，学生在学习“材料物理化学”课程的过程中，普遍感到难学、难记、不易理解和掌握。如何激发学生学习该课程的兴趣，提高课程的教学质量，绪论课在整个课程教学中有着举足轻重的地位。笔者结合多年来的教学实践，就如何讲好“材料物理化学”绪论课谈几点心得。
　　一、开门见山，明确课程研究对象、特点及地位
　　教学之初，首先让学生了解什么是材料物理化学？许多初次接触该课程的学生并不清楚，在绪论课中教师要开门见山介绍材料物理化学的概念，它的英文是“materials physical chemistry”，而非“materials physics and chemistry”，使学生对材料物理化学的概念有一个正确的认识，它不是物理加化学，而是化学一级学科下的一门二级学科。在教学过程中，列举几个简单的化学现象与物理现象紧密联系的实例，如炭燃烧发生化学反应同时伴随着放出热量等物理现象；光照使照相底片感光等。并利用动画设计吸引学生注意力，突出课程的地位。课程导入的环节，从简单通俗易懂的例子出发，讲述课程的研究对象，最后总结指出“材料物理化学”是一门由经验科学发展为理论体系的边缘科学，具有理论性强、抽象等特点。开门见山的讲授方法使学生对“为什么要学这门课程”有了深刻印象。
　　二、介绍学科发展史及最新前沿成果，捕捉学生注意力，激发学生求知欲
　　介绍物理化学发展史及前沿成果，有助于学生了解本学科的发展，使学生感觉到材料物理化学是有血有肉的有机体，而不是只有生僻公式的怪物，这对培养学生的学习兴趣非常有利。在绪论课中向学生讲述诺贝尔奖的获奖情况：自1901年至今的150多位获得诺贝尔化学奖的科学家中，60%以上是物理化学家或者是从事物理化学领域的研究工作。而国内自从唐敖庆院士奠定了中国理论化学的基石以来，学生们熟悉的著名科学家卢嘉锡、唐有祺、田昭武、李远哲等都是物理化学家，理论化学界的院士已有十多位。[2]这些实例和数字都是激发学生学好“材料物理化学”课程的有力手段。当代科学技术如飞秒激光技术、纳米材料、单分子膜、LB膜、自组装膜、锂离子电池、太阳能电池等的研究都与物理化学息息相关。其中，2010年诺贝尔化学奖得主开展了在钯催化交叉偶联反应方面的研究，广泛应用于电子工业和先进材料等领域。
　　实践表明，在绪论课教学过程中，适当介绍学科发展史和前沿发展动态，不但可开阔学生的视野，丰富教学内容，同时可在教学过程中形成一种探索、创新的学术气氛，激发学生的求知欲，培养学生的创新精神。
　　三、强调学好课程的必要性，激发学习动机
　　明确的学习目的及必须学好课程的压力，会大大增强学习的主动性及自觉性。“材料物理化学”是重要的专业基础课，无论从本科学习的现阶段、还是毕业与就业的需要来看，都有必要用心学好。
　　首先，它是毕业及就业之需。学校规定作为学位课平均成绩不得低于70分，如果成绩不理想，直接影响到能否拿到学位及能否顺利毕业，进而影响到就业。
　　其次，是考研深造之需。国内很多材料类专业招收硕士及博士研究生明确将该课程列为必考或选考课程。
　　最后，学好该课程，也是将来工作之需。将来有部分学生将从事新材料的研发或热处理工艺等方面的工作，将会用到许多材料物理化学的基础知识，如相图、表面处理等。
　　通过从以上三个层面的分析，促使学生意识到学习该课程的必要性，树立“学好”该课程的决心。
　　四、精心设疑，导入课程的教学内容
　　在“材料物理化学”绪论课教学中，教师平时多积累一些本课程在生产生活中的应用及发展的事例，通过精心设疑、诱发学生积极思考，顺利导入课程教学内容。比如：
　　（1）在一个封闭房间里打开电冰箱的门，让冰箱工作足够长的时间，房子会变的凉爽吗？
　　（2）石墨和金刚石同为碳的同素异构体，为何不用廉价易得的石墨大量制备珍贵又昂贵的金刚石?
　　（3）为什么在下雪的路面上撒下食盐易于清除积雪？
　　（4）防雨衣、防水材料的制作原理是什么？它们为何有防水的性能？
　　（5）化学镀层以其优异的性能应用于工业生产的许多领域，化学镀液的稳定性对镀层的性能有着直接的影响，化学镀工业中如何利用活化能的大小判断镀液稳定性? [3]
　　（6）冶金过程中，炼铁渣及炼钢渣选择什么样的组成可以有较低的熔点，以节约能源、有效地降低生产成本？[4]
　　（7）插在深水中的铁管，上部和下部哪个部位生锈最严重？
　　合理设疑，并提示学生这些问题分别对应教材中的第一章热力学第一定律、第二章热力学第二定律、第三章溶液、第四章表面现象、第五章化学动力学基础、第六章相平衡、第七章电化学基础等章节，这七章就是这门课程将要学习的内容，这些问题将在后续本课程相关内容的学习中得到解答，给学生留下悬念。运用实际事例设疑，不但使学生感到“材料物理化学”的问题无处不在，不会感到它太抽象，而且会引起他们浓厚的兴趣，同时通过这种引导，使学生对教材内容先有一个整体的了解，便于抓住重点，解决“本课程学什么内容的问题”。
　　五、引导学生运用科学方法学习，消除学生畏难思想，树立学好课程的信心
　　“材料物理化学”公式多、抽象，是学生学习过程中普遍感到困难较大的一门课程。学生对其畏惧感如不能及时消除，进而会产生厌学情绪，导致学无所获，严重地影响到后续专业课程的学习。为了消除学生的畏难思想，树立学生的学习信心，教给学生科学正确的学习方法很有必要。
1.讲述往届学生的成功事例，树立信心
　　针对我校金属材料工程、材料成型及控制工程专业考研率较高的情况，列举往届本专业的学生本课程以高分考入国内知名高校及研究院所的成功例子，说明“材料物理化学”课程并不难学，关键是学习态度和学习方法。
　　2.介绍具体学习方法与要求，提高学习效率
　　授人以鱼，不如授人以渔。传授正确的学习方法，有助于提高学生学习效率，起到事半功倍的学习效果。
　　（1）抓住理论学习四个环节：预习、听讲、复习、总结。
　　要求学生做好课前预习，对不懂的问题在上课时给予特别的关注，课后要及时有效地对相关知识进行回顾和复习，并按照自己的方法对所学知识进行总结，找出规律。为避免学生走弯路，提醒学生在课程的理论学习过程中要牢牢把握以下几点学习方法：
　　1）注意逻辑推理的思维方法，反复体会感性认识和理性认识的相互关系。
　　2）抓住重点，掌握公式的应用条件，在理解的基础上加以记忆。
　　3）做好课后练习，学会解题方法。很多东西只有通过解题才能学到，不会解题，就不可能掌握课程知识点。
　　4）合理利用参考书。目前与课程相关的参考书比比皆是，参差不齐。好的参考资料，能启迪人的智慧，加深对基本概念的理解。在绪论课中务必向学生推荐课程的教材及主要参考书。
　　（2）重视实验课。
　　“材料物理化学”是一门以实验为基础的学科，实验是对理论知识的验证和应用。学生认真对待实验课，作好实验报告，可以提高学生分析问题、解决问题的能力及动手能力，并加深对课程知识点的理解。如二元金属相图的绘制及分析实验，可加深对步冷曲线、相图等知识点的理解与掌握。
　　（3）积极参与教师的科研活动，提升对课程知识点的升华掌握。
　　用图片介绍本学院几个与材料物理化学有关的课题组及其研究成果，如锂电池课题组、纳米材料及光催化课题组、表面技术课题组、太阳能电池课题组等。生动的画面吸引了学生的兴趣，通过参加科研活动，不仅能开阔学生的视野，而且能培养学生的科学素质及创新能力。
　　总之，我们通过介绍以上方法，坚定学生的信心，激发学好“材料物理化学”课程的激情，使学生愿意学，主动学，明白该怎样学。
　　六、结语
　　良好的开端是成功的一半。通过对“材料物理化学”绪论课的精心设计，拉近了师生间的距离，使学生明确了学好该课程的重大意义，激发了学生学习的兴趣与求知欲，树立了学生学好该课程的信心，为课程的深入学习起到了奠基石的作用，取得了良好的教学效果。

本文编号：2215