《材料科学基础》课程教学艺术与实验改革初探

2022-10-06

《材料科学基础》作为最重要的专业基础课之一, 对后续专业课的学习及学生知识体系的构筑具有非常重要的作用。但是教师和学生普遍反映这门课“难讲授、难理解、难记忆、难应用”。笔者从改变教学方法和实验方法, 注意理论联系实际, 培养学生动手能力入手, 在教学中作了初步尝试, 本文拟谈些做法和体会。

1 强调课程特点, 明确记忆目的, 做到有的放矢

《材料科学基础》有一个突出的特点, 就是需要学生记忆的知识点比较多。因此教师在进行课堂教学时, 必须对学生明确需要记忆的知识点, 引导学生有的放矢, 合理组织学习。心理学测试表明, 有记忆任务组的记忆效率明显高于无记忆任务组, 而且遗忘速度也较慢。明确记忆内容同时能使学生掌握这门学科的知识体系和脉络。在教学中, 教师应根据教学大纲的要求, 确定每个教学单元中精确记忆的内容, 记忆大意的内容, 理解的内容, 灵活应用的内容, 并在教学中向学生明确指出。

2 改进理论教学方法, 提高课堂教学的艺术性

中国传统教学理念非常讲究因势利导, 因材施教, 也就是要在学生对知识的学习中发现不同学生的特点, 采用不同的教学手段。因此, 在教授学生知识的同时, 一定要对学生掌握的情况有所了解, 并不断调整自己的教学计划和教学内容。同时, 精心设计课堂教学方法和手段, 提高课堂教学的艺术性, 提高课堂教学效果。

2.1 充分发挥语言的艺术性, 提高学生的课堂注意力

语言是人类特有的信息和情感交流的工具, 教学艺术首先表现为语言艺术。教学中使用的语言有两种:一种是专业语言, 即专业术语, 它表达了教学的基本内容;另一种是教学语言, 即教学过程中的日常用语, 它表达了教学活动、过程和教学中对学生的要求。

专业术语是指科学技术上使用的专门词汇, 是一种特殊的词汇单位。它代表的是科学技术方面的概念, 是体现本学科的基本特征, 进行本学科间发展交流的桥梁。教师应熟练掌握专业术语, 并在课堂上准确运用, 同时在学生回答问题和解题时要求学生应用专业术语, 逐渐引导学生习惯运用术语解释和交流本学科的问题。

教学语言贯穿了整个课堂教学的始终, 对于教学语言, 应观点鲜明, 具有启发性, 并力求语言生动, 有情趣, 有美感。

身体语言是一种特殊的教学语言, 可以起到强化教学内容, 提高记忆效果的作用。实验表明, 同一种物品, 识记方法不同, 所需时间也不一样。用语言描述时, 识记它需要2.8s;用线条图描述时, 需1.5s;直接观察仅需0.4s。显然, 人脑对图象的记忆明显快于文字和声音, 而且遗忘也较慢。在课堂上适时利用身体语言对某些内容强调或演示, 起到将单纯语言转变为图象的作用, 收到明显的效果。教师在讲课时应善于利用简练、自然、多样的手势, 面部表情, 眼神等身体语言, 对学生的感官产生强烈刺激作用, 促进学生大脑的思维和记忆。

2.2 掌握好课堂节奏, 合理控制知识难度

课堂讲授过程中应加强与学生的双向交流, 随时留意学生的表情和动作, 掌握学生的领悟程度, 及时调整授课的方式和节奏, 合理控制知识难度, 才能最大限度地使学生接受讲授的内容, 提高教与学的效果。实验研究表明, 能坚持整节课集中注意听课的仅占7%, 能坚持20分钟的可达75%。因此, 张驰有度, 合理设计讲课节奏, 合理分配知识难点, 利用问题教学法、启发式教学法、悬疑式教学法等方法, 不断地刺激学生大脑思考, 能显著提高学习兴趣。加大对材料科学史知识的讲解, 不仅使学生对整个学科的发展过程有所了解, 还起到调节课堂节奏, 活跃课堂气氛的作用。

2.3 强调课堂内容的总结

教师在授课时, 一定要把握好时间和节奏, 必须留出充足的时间进行结课总结, 避免由于时间原因匆忙结课。总结的时间不宜过长, 语言必须简洁明快, 最好能用一些歌诀、排比句、短语或实例, 起到画龙点睛的作用, 使学生能对本堂课的内容一目了然, 便于复习和记忆。而且总结还能起到承上启下的作用。简洁、生动、深刻的结课, 在下节课开始时, 也是良好的引导和起始。例如在讲解Fe-Fe3C相图时, 在结课时利用口诀总结相图的特点“横标成分纵温度, 六点六线六组织, 水平面上双燕飞, 两两相加夹组织”, 这样很方便学生绘制和记忆相图, 并且可以在下节课时作为很好的开场白引入新内容。

2.4 注意对课堂环境的把握和控制

在班级授课制条件下, 教学的内容和进度是统一的, 但学生的能力与知识水平参差不齐。教师在课堂教学中不能只顾及自己的讲述, 忽视学生的反映。教师对学生的课堂行为必须进行组织和控制。良好的学习环境, 会很大程度上提高学习效果。教师可以利用速记速问练习、讨论课、实验研讨课等方式, 营造热烈而不失条理性, 发散而不失系统性的学习氛围, 同时潜移默化地教会学生如何学习。例如, 在讲述合金元素在钢中的作用时, 对于钢中常用合金元素Si、Mn、C r、N i、M o、W、V、T i、N b、Z r、A l、C o、B、R e等, 要求学生瞬时记忆, 然后提问, 由学生抢答, 刺激学生争强好胜的心理, 加大学生记忆强度。然后可以告诉学生利用拟音“归猛 (高) 个泥木屋, 凡泰尼告你 (的) 姑不认”来记忆, 提高记忆速度和持久性, 同时教授学生记忆方法。

3 改革实践教学环节, 提高学生职业技能

3.1 注重实验教学, 进行综合性的实验设计

材料学科是以实验为基础的学科, 《材料科学基础》是典型的以基础理论和工程实践紧密结合为特征的课程。通过观察和实际操作, 学生对课本知识的感性认识会进一步加强, 反过来又促进他们对课本知识的进一步理解, 同时也锻炼了学生实际动手能力和进行科学研究的能力。因此, 实验教学无论是对学生基础理论的学习还是工程实践能力的培养都具有举足轻重的作用。然而, 传统的教学模式是重基础理论教学而轻实验教学, 实验教学的内容仅仅是对理论知识的简单再现, 不仅枯燥、难懂, 而且不能看到它在实际中的用途, 学生不愿意做实验, 实验对教学的促进作用难以实现。

为解决这一问题, 在教学过程中应对实验教学进行改革, 进行综合性的实验设计, 即将实验分为三大类型:验证性实验、实际应用型实验和设计研究型实验, 并加大实验成绩在综合成绩评定中的比例, 刺激学生重视实验, 促进学生实验能力的提高。

验证性实验就是对理论知识的验证和再现, 这类实验有详细的指导书, 实验内容和实验步骤非常具体, 它有助于学生对理论知识的感性认识和对理论知识的深刻理解, 能够巩固所学过的知识。

实际应用型实验就是创建一个实际工程背景, 提出一个具体工程问题让学生解决, 学生通过自己设计实验, 自己动手做出实验, 并运用所学知识对实验结果进行分析讨论, 正确地解决实际工程问题。这类实验仅有较为简单的指导书, 仅列出了实验目的, 基本知识, 仪器设备, 安全和操作注意事项, 不再给出具体的实验内容和步骤, 如“20Cr表面淬火工艺的制定”。并且在实验时, 注重培养学生使用和维护仪器设备的能力, 这样不仅增加了学生学习理论知识的兴趣, 而且提高了学生的实际工作能力。

设计研究型实验是针对学生专业特点, 综合性地应用理论知识去分析和解决一些带有研究和开发性质的问题, 例如“提高Cr12Mo V钢抗开裂性能的工艺方法研究”。这类实验没有具体的指导书, 只有实验目的与要求和必要的提示, 要求学生自己完成实验的设计和结果的分析, 并给出详细的研究报告。这样可以使学生更为系统地掌握有关专业基础知识, 并培养了学生科学研究的思路和能力。

3.2 加强课题研究, 培养学生的科研意识

根据材料成型及控制工程专业的培养目标, 学生不仅应具备较强的实际设计能力, 而且还应具有一定科研开发能力。《材料科学基础》作为一门承上启下的专业基础课, 它的许多基本理论和现象在后续课程中都能得以体现。在教学中, 可以要求学生就某些原理或现象, 特别是一些尚未有定论的现象, 提出自己的解释和看法, 并在教师指导下设计出验证实验, 并完成一篇论文。然后教师从中选出较好的论文, 对这些学生实行导师制。根据其论文内容和后续课程, 结合自身研究方向, 每位导师带几名学生, 确定研究题目, 对学生进行课外科研活动的指导。这些举措将会极大刺激学生学习的兴趣和科研能力的提高。

4 充分利用现代化教学手段, 改进教学方式

面对新世纪的挑战, 培养复合型高科技人才是高等学校的使命。拓宽专业领域, 更新教材内容势在必行。《材料科学基础》课程知识新、内容多、难理解、抽象性强, 利用传统的教学方法, 难以适应课程内容的变革。因此, 加大课堂讲授的信息量, 加快学生理解速度, 就需要更为先进的教学手段来实现。例如, 在讲授晶体结构、面心 (体心) 立方结构中的间隙、晶体中的位错运动等基本理论时, 采用多媒体教学, 可以利用图片和动画效果, 生动、形象地向学生讲解, 便于理解。另外, 可通过工程实物, 如模具的解剖, 讲解使用条件、材料的选择、工艺的制定、性能指标等方面的相互关系, 营造课堂工程氛围, 提高学生综合运用知识的能力。

5 结语

随着我国经济的发展, 中国已经成为机械制造业大国, 新材料、新工艺不断出现。为适应时代的发展, 对高等学校人才的培养模式提出了更高的要求, 具有较强的实践能力和一定的科研能力的学生, 成为各用人单位优先选择的对象, 也是高校培养的目标。依据科学技术的发展, 不断改进教学内容, 改革教学方法和手段, 加强实践性教学环节建设, 才能为培养以“能力为中心”的高级工程技术人才做出自己的贡献。

摘要：针对《材料科学基础》课程的特点, 通过作者在教学过程中的尝试, 探讨了改革教学方法和实验方法, 提高教师课堂教学艺术, 加强实践环节, 激发学生学习兴趣, 提高学生工程能力的途径和方法。

关键词：教学艺术,实践环节,实验改革