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簡(jiǎn)要分析《材料科學(xué)基礎》課程教學(xué)改革的探索論文
伴隨著(zhù)人類(lèi)社會(huì )的急劇發(fā)展，能源危機與環(huán)境污染成為人類(lèi)面臨的嚴峻挑戰。而新能源作為一種“綠色環(huán)�！毙录夹g(shù)，在減少環(huán)境污染、解決能源危機方面發(fā)揮著(zhù)重要的作用，是未來(lái)替代傳統能源的最有前景的一種方式。我國乃至世界已經(jīng)把新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展列為國家戰略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主攻方向，并制定了一系列政策法規。新能源產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了新能源材料的研究與開(kāi)發(fā)，并離不開(kāi)相應的專(zhuān)業(yè)人才的培養，目前新能源材料專(zhuān)業(yè)人才的需求已呈現出供不應求的局面。因此，越來(lái)越多的高校逐漸發(fā)展新能源相關(guān)的專(zhuān)業(yè)方向，新開(kāi)設“新能源材料與器件”專(zhuān)業(yè)，以培養更多優(yōu)秀的新能源領(lǐng)域專(zhuān)門(mén)人才，滿(mǎn)足我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。
新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)是一種多學(xué)科交叉的綜合性專(zhuān)業(yè)，集材料、物理、化學(xué)、電子、信息、生物、機械等多學(xué)科于一體。該專(zhuān)業(yè)主要圍繞新型的能量轉換與存儲材料、從材料體系的選擇、設計、制備、器件組裝等方面入手，培養具有扎實(shí)的理論基礎、較高的綜合素質(zhì)和較強的創(chuàng )新能力的專(zhuān)業(yè)人才，以滿(mǎn)足國民經(jīng)濟建設對新能源材料專(zhuān)門(mén)人才的需求。我國的新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)始建于2010 年，從開(kāi)始的全國15 所高校到目前全國共有30 余所高校開(kāi)設此專(zhuān)業(yè)并呈現遞增的趨勢。目前新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)及其相關(guān)學(xué)科的建設還處于起步發(fā)展階段，考慮到專(zhuān)業(yè)的綜合性與特殊性，該專(zhuān)業(yè)的人才培養方案制定與課程設置既不能簡(jiǎn)單的套用傳統的材料學(xué)科，又不能完全脫離材料，特別是大材料類(lèi)基礎核心課程《材料科學(xué)基礎》的課程安排，因此需要認真思考和研究。
三峽大學(xué)新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)始建于2014 年，經(jīng)過(guò)近三年的發(fā)展，該專(zhuān)業(yè)的師資隊伍、在校本科生、研究生已經(jīng)初步形成一定的規模，培養了一批批優(yōu)秀的專(zhuān)業(yè)人才。目前，該專(zhuān)業(yè)的正呈現出蓬勃發(fā)展的趨勢。本文結合三峽大學(xué)新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)培養目標及資源情況，探討適合該專(zhuān)業(yè)的《材料科學(xué)基礎》的課程內容設置與課程實(shí)驗安排。
1 《材料科學(xué)基礎》課程體系的改革
《材料科學(xué)基礎》是材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必學(xué)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)核心課程，該課程以“厚基礎、寬口徑”人才培養目標為宗旨，涵蓋的內容包括金屬與非金屬、無(wú)機與有機，主要注重理論基礎知識的學(xué)習。目前市面上的《材料科學(xué)基礎》課程教材主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是側重于傳統無(wú)機材料如水泥、陶瓷、玻璃的《無(wú)機材料科學(xué)基礎》，如武漢理工陸佩文主編的，主要內容有結晶學(xué)基礎、晶體結構與缺陷、熔體和玻璃體、表面與界面、熱力學(xué)應用、相平衡、擴散與固相反應、相變、燒結等。另外一類(lèi)是側重于金屬材料方面的《材料科學(xué)基礎》，如上海交通大學(xué)胡庚祥主編、清華大學(xué)潘金生主編的，主要內容有材料的微觀(guān)結構，晶體缺陷，原子及分子的運動(dòng)，材料的范性形變和再結晶，相平衡及相圖，材料的亞穩態(tài)，材料的物理特性等。兩類(lèi)教材對金屬材料學(xué)專(zhuān)業(yè)與無(wú)機非金屬材料專(zhuān)業(yè)學(xué)生而言都是很經(jīng)典的教材。而對于新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)，考慮到該專(zhuān)業(yè)的綜合性與方向性，目前的《材料科學(xué)基礎》課程體系及內容設置均不太適應本專(zhuān)業(yè)的人才培養目標的需求。而且由于理論課時(shí)時(shí)間有限，在教材的選擇上、授課內容的取舍與更新上、以及如何在有限的課時(shí)內達到理想的教學(xué)效果，這些都需要認真考慮。新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)涉及的主要材料體系大多為無(wú)機材料，因而《無(wú)機材料科學(xué)基礎》教材更適合本專(zhuān)業(yè)學(xué)生。在選擇該教材的前提下，我們針對性的弱化了無(wú)機材料相關(guān)的領(lǐng)域如玻璃與熔體、相變、相平衡等章節，著(zhù)重強調結晶學(xué)、晶體結構與缺陷、熱力學(xué)等大材料基礎知識方面，并在講授基礎知識點(diǎn)的過(guò)程中適時(shí)的引入半導體材料的相關(guān)基礎知識。
2 注重培養學(xué)生的創(chuàng )新思維與科研興趣
新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的《材料科學(xué)基礎》既要傳授于學(xué)生堅實(shí)的材料科學(xué)基礎理論知識，又要培養學(xué)生分析新能源材料、器件與基礎內容之間的關(guān)系的能力。鼓勵學(xué)生參加科研項目，進(jìn)行科學(xué)研究是實(shí)現這一目的最有效、最直接的手段。
我院對大一新生采用導師制培養方式，每位新生有自己的導師，導師制規則不僅要求導師從生活、學(xué)習、思想上對剛入校的新生進(jìn)行關(guān)心，還要培養學(xué)生的科研興趣、愛(ài)好。我院導師都具有名校博士學(xué)位，都有自己的學(xué)術(shù)專(zhuān)攻領(lǐng)域，學(xué)生在導師的指導下可以根據自己的興趣愛(ài)好自主選擇導師。在導師帶領(lǐng)下，學(xué)生開(kāi)始進(jìn)入實(shí)驗室，學(xué)習使用新能源材料制備、性能測試等相關(guān)的實(shí)驗儀器設備以及通過(guò)文獻閱讀了解最新的學(xué)科動(dòng)態(tài)。我院在學(xué)生參與科研項目方面給予足夠的支持，例如學(xué)生可以通過(guò)科技創(chuàng )新參與導師的科研項目，并給予每個(gè)項目1000元的經(jīng)費及相應的學(xué)分置換、論文獎勵政策，促進(jìn)學(xué)生的科研興趣和自學(xué)能力。很多學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下在SCI 期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請國家發(fā)明專(zhuān)利、參加各種國家級、省級科技競賽，如全國大學(xué)生金相賽、湖北省創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)大賽等并多次獲得獎項。課程教學(xué)與科學(xué)研究相輔相成、以科研促教學(xué)可以顯著(zhù)的提高學(xué)生科學(xué)的思維方法和創(chuàng )新能力以及運用基礎理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力，即注重培養學(xué)生獲取知識、運用知識、創(chuàng )新知識的能力。新能源材料領(lǐng)域材料科學(xué)發(fā)展非常迅速，課本的知識永遠跟不上最新的科研成果而理論知識又以《材料科學(xué)基礎》為基礎，因此，科研與教學(xué)相結合，以科研促進(jìn)教學(xué)對于培養創(chuàng )新型專(zhuān)業(yè)人才意義重大。
3 合理利用多媒體教學(xué)
《材料科學(xué)基礎》課程內容多、知識點(diǎn)碎、且抽象性、理論性強，為了提高該課程的教學(xué)效果，有效的教學(xué)手段和教學(xué)方法不可或缺。板書(shū)教學(xué)作為一種傳統的教學(xué)手段數百年來(lái)在教學(xué)過(guò)程中起到了不可替代的作用，即使在電子產(chǎn)品、科技高度發(fā)達的今天，也依然占用重要的地位。但是板書(shū)教學(xué)的局限性，如信息容量小、內容不易保存，枯燥、缺乏趣味性，很難吸引學(xué)生的注意力，已不能完全滿(mǎn)足課堂教學(xué)的需求。而多媒體教學(xué)與板書(shū)教學(xué)相比有很多優(yōu)點(diǎn)，如可以創(chuàng )造圖文并茂、有聲有色的教學(xué)環(huán)境，可以把抽象的事物具體化，把復雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，從而可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。如晶體學(xué)基礎中的晶體結構、四面體間隙、八面體間隙，空間位置比較復雜，借助于多媒體視頻，教師可以清楚的將不同的晶體結構展示給學(xué)生，學(xué)生可以更好的、準確的掌握不同晶體結構的構造、間隙位置及大小。相變過(guò)程中F-R 位錯源、位錯滑移、攀移等均是該課程的教學(xué)難點(diǎn)，而借助于多媒體教學(xué)，易于學(xué)生理解和接受，可以更好的激起學(xué)生的學(xué)習興趣，使原來(lái)單調的課堂教學(xué)直觀(guān)生動(dòng)、新奇有趣。同時(shí)，多媒體教學(xué)可以省去教師板書(shū)的時(shí)間，增加課堂信息量，提高課堂教學(xué)效率。
4 《材料科學(xué)基礎》課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節改革
實(shí)踐教學(xué)是專(zhuān)業(yè)教學(xué)的重要環(huán)節，對提高學(xué)生的動(dòng)手能力、培養創(chuàng )新型專(zhuān)業(yè)人才具有關(guān)鍵的作用�！恫牧峡茖W(xué)基礎》課程理論性強、知識點(diǎn)多、內容比較抽象，學(xué)生學(xué)習起來(lái)比較難理解。而實(shí)踐環(huán)節不僅可以提高學(xué)生的動(dòng)手能力、還可以加深對理論知識的理解和掌握，并提高利用理論知識解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因此，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節不容忽視。作為一種新的專(zhuān)業(yè)，新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)是一門(mén)實(shí)踐性非常強的學(xué)科，該專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節安排應針對專(zhuān)業(yè)需求，秉承但區別于傳統的金屬材料、無(wú)機非金屬材料專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)，加強新能源材料相關(guān)的實(shí)驗設計、制備實(shí)驗及器件相關(guān)的制備實(shí)驗。本校新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)的《材料科學(xué)基礎》課程實(shí)驗教學(xué)學(xué)時(shí)為10學(xué)時(shí)，包括6 個(gè)學(xué)時(shí)的驗證實(shí)驗和4 個(gè)學(xué)時(shí)的綜合性實(shí)驗。驗證性實(shí)驗主要是通過(guò)實(shí)驗加深對理論知識的理解和運用。驗證性實(shí)驗根據實(shí)驗設備臺套數對學(xué)生進(jìn)行分組，要保證每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手機會(huì )。綜合性實(shí)驗主要是在驗證性實(shí)驗的基礎上，讓學(xué)生自由分組并根據所學(xué)知識獨立設計實(shí)驗。每個(gè)學(xué)生都要參與到實(shí)驗過(guò)程中，注重學(xué)生的參與性，并各自承擔一定的任務(wù)，最后將小組成員所做工作進(jìn)行總結，寫(xiě)成標準的實(shí)驗報告。綜合性實(shí)驗可以結合授課老師的科研項目進(jìn)行，如我校新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)青年教師均為博士研究生，專(zhuān)業(yè)研究方向涉及太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、光催化材料、超級電容器等領(lǐng)域，學(xué)生可以根據自己的興趣自由選擇研究方向并請相應的老師進(jìn)行指導，完成一個(gè)材料體系的設計、制備、測試等過(guò)程，形成完整的實(shí)驗報告。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節可以加深學(xué)生對所學(xué)專(zhuān)業(yè)的了解，增加學(xué)習興趣，激發(fā)求知欲望，提高創(chuàng )新能力與思維。
通過(guò)以上四個(gè)方面的課程改革策略，我校新能源材料與器件專(zhuān)業(yè)，在比較完善的專(zhuān)業(yè)人才培養方案的引導下，經(jīng)過(guò)幾年的建設已經(jīng)形成了具有一定影響力的專(zhuān)業(yè)。近年來(lái)，該專(zhuān)業(yè)購置了多套本科實(shí)驗教學(xué)設備，聯(lián)系了一批實(shí)驗、實(shí)習基地，充分保證了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節的開(kāi)展; 引進(jìn)了一些國內外名校畢業(yè)的高水平人才，積極帶動(dòng)了本科生的科研創(chuàng )新活動(dòng)，培養出了幾批具有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎知識和較強的動(dòng)手能力、創(chuàng )新型的優(yōu)秀人才。
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