1紧扣专业知识特点，构建专业知识体系
虽然过程装备工程材料课程的教学内容主要为机械类，但是其多涉及到压力、高低温和腐蚀等工艺情况，在材料应用方面和传统的机械制造有很多不同之处。例如在过程装备工程材料课程中，讲解了黑色金属在机械零部件、腐蚀工况与压力容器等工况下的应用；在复合材料、有色金属、高分子与陶瓷等性能与应用方面，过程装备工程材料课程着重强调其用材特殊性，如高分子材料的耐腐蚀性等。在机械制造中，着重讲解了工艺设计与工件选材，以及不同工程材料在行业中的应用，如化工行业等。过控专业知识体系与传统的机械专业并不相同，过控专业教学主线主要为压力管道、耐腐蚀构建、耐温构件与压力壳体等，而传统的机械专业教学主要为机械部件的用钢，如果在过程装备工程材料课程的教学采用机械专业知识的框架结构，学生无法建立过程装备工程材料课程的知识框架，也不利于课程选择正确教学材料。过控专业的课堂教学内容与教学大纲需要摆脱机械专业的框架束缚，紧扣过控专业的特点，帮助学生构建专业知识体系。由于工程材料主要应用于过程装备，所以在机械零部件的用钢方面，需要突出化工机械零部件的重要性，而轴承和弹簧钢不是重点，过程装备的用钢框架应以耐腐蚀、高低温和压力壳体的用钢等为主构成框架。材料性能也需要强调过控专业特点，如耐腐蚀、耐高温及焊接性能等，以便于学生更好地理解与掌握。过程装备工程材料课程的教学内容复杂且分散，名词与概念术语较多，课时也有限，所以在教学内容的组织上需要构建完善的体系框架，以免使学生感觉主次不分，课程的系统性不强。教师可以依据材料共性与特性、基础与应用之间关系，合理构建体系框架。例如在讲解高分子材料时，教师需要先讲解其使用时的共性，如刚度、温度上限、强度与耐腐蚀上比钢铁较低；讲解不同的高分子材料时，需要着重突出材料特性，如PA耐磨特点，以及F4、PP与PVC温度时的使用上限等。
2紧扣专业课程特点，掌握基础理论知识
过程装备工程材料课程与机械设计、机械制造和材料力学等课程在教学内容上有部分重叠，例如与材料力学课程中的拉伸实验等存在重叠情况；与机械制造中工艺性能存在重叠情况等。这些课程中包含的工程材料教学内容主要有如下特点：
①每个课程中的工程材料无法自成体系，只重点讲解与专业有关的内容；
②工程材料的教学知识深度与广度有限，只是从课程对象需要的材料性能出发，并没有进行材料学方面的讲述，学生无法真正理解；
③材料性能与应用对象的特性结合比较紧密，学生比较容易理解。为了平衡好过程装备工程材料课程与其他课程之间的关系，起到其应有的作用，教师需要在教学中做好三个方面的工作：其一，构建过程装备工程材料教材基本框架，帮助学生明确教学内容与基础知识，将各专业课程中分散的知识有机结合起来。其二，教师需要在工程材料教学中把握专业特点，注重基础知识与材料理论的讲解，帮助学生真正选择教学内容时的本意，为学生的后续学习打下坚实的基础。例如对于压力壳体的用钢需要满足低碳要求的原因，教师需要指导学生从过程装备和材料学等不同角度进行分析，而不仅仅只是让学生了解压力壳体的化学成分、性能与用钢牌号。教师通过这样的讲解，既可以突出工程材料专业的特性，又可以帮助学生更好掌握基础知识，提升学生学习的兴趣。其三，教师需要注重工程材料与其应用对象之间的相互结合。在过控专业的课程体系中，工程材料主要是为其他的课程提供工程材料方面的知识，以便可以帮助学生实现按照机械设备的化工工艺、设备型式及规格等，合理选择工程材料，并通过对材料性能的分析，实现整机设计的目的。学生只有在进行工程材料的学习时，了解其应用对象，并把握应用对象与课程之间交叉的程度，才能真正明确工程材料方面的问题，并做好材料工程与后继课程的深入学习。
3结束语
【关键词】高等教育；专业课程；内容设置
中图分类号：TB30-4；G712
《先进材料连接技术》是焊接技术及工程专业或者材料加工工程专业的一门专业特色选修课，主要介绍常用先进材料的应用、焊接性问题及解决方案。课程的教学目标是，通过课程的学习，学生们将了解先进材料的发展趋势，了解先进材料连接技术的发展现状，掌握常用先进材料的结构和性能特点，握常用先进材料的焊接性以及常用解决方案。为了实现上述教学目标，在课程内容设置上必须解决好以下几个问}。
首先，需要明确材料体系的选择。先进材料是一个比较宽泛的概念，目前还没有一个明确的定义。随着国内外对材料研究工作深度的增加，对材料结构和性能的理解不断加深，一些新材料不断涌现。但是这些新材料的研究工作还不够系统，有些研究结果还存在一些相互矛盾的地方，因此并不完全适合作为教学内容。考虑到我校以交通运输及载运工具为学科特色，以及载运工具的轻量化行业发展趋势，确定了载运工具轻量化材料为课程内容选择的主要原则。据此确立了铝合金、钛合金、镁合金、陶瓷、异质材料等作为课程的主干。
对于每一个材料体系，其中包括的材料种类也是非常多的。例如铝合金中就包括了不同强化类型的铝合金。而不同类型的材料具有不同的组织特征和性能特点，这造成了他们焊接性的上独特性。受到教学时数的限制，考虑到载运工具轻量化的原则，同时注重联系行业实际，在具体材料的选择上确定以飞机、汽车和高铁制造业中最常用的相应牌号材料为课程的分支。
其次，需要明确各材料的连接方法。材料的连接方法是个非常广泛的概念。常用的连接方法包括粘结、铆接、栓接、焊接等。对于焊接方法还存在固相焊、液相焊、固液两相焊三大类方法，每大类焊接方法中又包含很多具体的焊接技术。考虑到载运工具的制造技术现状及发展趋势，选择了焊接方法。而对于具体的材料体系，主要选择在行业中应用最多的焊接技术。
此外，同时兼顾目前最常用的焊接技术以及未来产业涉及可能采用的焊接技术。这样的课程内容设置有利于提高人才培养质量。现代高等教育已经逐渐成为大众化的教育，专业课程教学必须适应学生的发展，为学生的成长提供营养。现代科技知识急剧膨胀、科学技术日新月异，经济全球化和产业不断升级，这些对学生们提出了新的机遇和挑战。为此，课程内容应该加强与社会和产业发展的相联系，并保持开放性和灵活性，为学生们的终身学习和从事未来的专业活动奠定基础。
最后，还需要明确本课程与其他课程的联系与区隔。本课程中涉及了多种载运工具中使用的轻量化材料。教学目标中需要学生们掌握这些材料的焊接性问题及解决方案。这些内容与先修课程《金属焊接性》、《电弧焊基础》、《高能束焊接》等貌似存在较大的重叠部分。因此，使学生们了解这些课程内容之间的连续性和区隔十分重要而且非常必须。否则，容易降低学生们的学习热情，降低教学效果。
我校焊接技术及工程专业的课程体系设置兼顾了学科分类和学科发展的需求，以培养学生的工程应用能力为特色，着力培养适应国家和区域经济发展所需的高级应用型人才。《金属焊接性》是专业基础课，主要介绍金属材料在熔焊条件下，有关化学和物理冶金方面的普遍规律，及在特定条件下金属材料的焊接性。《电弧焊基础》是专业核心课程，主要介绍焊接电弧的基础理论知识和常用电弧焊技术的基本原理、冶金特点和工艺成形特点，包括CO2气体保护焊、钨极惰性气体保护焊、熔化极氩弧焊、埋弧焊等电弧焊技术。《高能束焊接》是专业特色选修课，主要介绍激光束、电子束和离子束三种高能束的焊接原理、工艺及适用范围。这三个课程本身是有一定联系并且有自身的显著特色。《金属焊接性》主要介绍的是材料在熔焊条件下的冶金反应及冶金缺陷的防治。涉及的工艺方法是低能量密度的传统熔焊方法，主要关注的是材料的冶金反应特性，不涉及或者很少涉及焊接方法的影响。《电弧焊基础》主要介绍常见焊接方法的冶金特点和工艺成形特点。重点关注的是常用传统熔焊工艺方法对焊接成形的影响，模糊了材料的特征，形成了与《金属焊接性》的区隔。《高能束焊接》主要针对的是高能量密度的三种焊接方法，其焊接原理、冶金特性和工艺成型特点都与低能量密度的传统熔焊方法有显著不同，从而形成了与《金属焊接性》和《电弧焊基础》的区隔。《先进材料连接技术》是针对的是不同先进材料的焊接性问题及解决方案，具有一定的综合性质。其中涉及到的部分材料的焊接性问题，在《金属焊接性》中有提及。为了解决先进材料的焊接性问题，提出了一些解决方案，涉及不同的焊接方法，这与《电弧焊基础》和《高能束焊接》相联系。但是，本课程基于载运工具轻量化的产业背景，针对轻量化材料的组织性能、焊接性和解决方案进行一体化的介绍分析，具有很强的产业背景和针对性。针对具体的材料体系，由产品需求为引导，确定对材料组织性能和焊接结构性能的需求。由此需求分析各焊接方法的适用性及容易出现的焊接缺陷及解决方案。辅助以实际应用案例，帮助学生们综合理解、应用、拓展、探究所学的专业知识，培养学生们发现问题、分析问题和解决问题的能力，为学生们的终身学习和未来发展奠定基础。
参考文献
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关键词：材料物理专业；材料物理化学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）43-0115-03
一、材料物理专业的特色
材料物理专业是“研究各种材料特别是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料发展提供科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”[1，2]。材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科，主要通过各种物理技术和效应，实现材料的合成、制备、加工与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用；新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。材料物理将理科的知识传授与工科的工程能力培养相结合，使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特点。
二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位
材料物理化学是贵州大学材料物理专业本科生的学位必修课程，这门课程是从物理化学的角度研究材料科学与工程的基础理论问题，从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。该门课程的教学目的在于提高学生的专业知识水平，培养学生科学的思维方式和独立的创新能力，以及综合运用基础理论来解决实际问题的能力。材料物理化学是材料物理专业非常重要的专业基础课，它以高等数学、大学化学、大学物理等理论基础课程为基础。高等数学是学习物理化学的重要手段和工具，物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。认识到大学物理和物理化学中热力学内容的衔接，了解大学物理中原子结构知识的介绍，协调好与大学化学中原子结构部分内容的关系，突出重点，避免重复，讲清难点，是材料物理化学教学中值得注意和认真对待的问题[4]。材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程（材料腐蚀与防护等）的基础课程。材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分，就要运用材料物理化学中诸多热力学基本知识，如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。材料物理化学如同一座桥梁，将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来，以完善专业知识的系统与连贯性。同时，材料物理化学作为一门重要的专业基础课，是许多高等院校研究生入学考试的必考科目。材料物理化学与材料科学与工程各专业相关的生产生活联系紧密。新材料的设计、合成以及产物性能的提高与可控自由基聚合反应中所用的新型催化剂和引发剂息息相关。在材料表面改性过程中，界面效应是起理论指导作用的。电化学在材料领域应用广泛，例如：熔盐电解法制取金属铝、多种稀土金属及其合金，金属在使用过程中的腐蚀及防护等，新型的化学传感器、燃料电池、锂离子电池的研究和生成都要用到电化学理论。而对于发展迅速的前沿材料纳米材料，如何制备具有规定尺寸和组成的纳米颗粒、测量其性质、了解它们的特殊性质与颗粒尺寸的关系等很大程度上依赖于科学测量手段和化学化工技术，这也离不开材料物理化学基本原理的指导。
三、材料物理化学的教学难点
根据在以往的教学过程中的观察与经验，材料物理化学是一门老师难教、学生难学的课程。这首先是因为材料物理化学课程与数学物理联系密切、抽象概念多、数理推导多、公式繁杂等特点。许多学生见到大段连篇的公式推导就会产生畏难心理，丧失学好该课程的信心，然后就逐渐厌学甚至放弃学习。再加上该门课程对于材料物理专业的学生来说，课时相对较少，要在有限的学时中掌握较多的内容，使得以往的教学出现点到为止，认识学习不够深入的现象[5]。该门课程的授课对象是大学二年级上学期的学生，处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期，求知欲强，精力充沛。面对这样的学生，如何有效地利用他们的求知欲，激发起学习该课程的兴趣，并针对他们的缺点，制定行之有效的方法及对策，使其通过该门课程的学习，培养起运用物理化学的方法进行科学研究和解决实际问题的能力，是值得我们教学工作者值得思考并认真对待的问题。
四、材料物理化学的教学改革
针对上述问题，为提高材料物理化学的教学质量，激发学生的学习兴趣，培养学生能力，我们对材料物理化学课程教学进行了多方面的改革。
1.教学内容上的改革。（1）教学内容与材料物理专业特色相结合。针对材料物理专业“亦工亦理，理工相融”的特点，材料物理化学的教学思想与内容安排也要做到理工相融。既要把重点放在物理化学的基础理论、基础知识、基础技能的教育上，比如要对基本概念有比较深的理解，对重要公式能够熟练掌握，对课程作业有严格的要求等，以加强学生对理论知识的认识和理解[6]。同时，教师也要认识到工程教育是材料物理专业学生培养中不可缺少的重要组成部分，要彻底改变传统物理化学教学模式下工程教育处于从属地位的状况。我们既要强调物理化学学科的理论性和科学性，又要从工程需求的实际出发进行考虑，不能重科学轻技术、重理论轻实践，不能从理论到理论，而应注重相关结论的物理意义、适用范围，注重科学理论与工程问题的结合。（2）教学内容与科研实践相结合。材料物理化学课程应积极倡导科研与教学资源共享，以科研促进教学，适时地将最前沿的科研成果渗透到教材、教学和实验中。将科研课题和教学相结合，实现科研对教学的带动作用。如能实现教学和科研的互动，这将为本科生完成毕业论文，继续读研深造奠定坚实的基础，并能大大提高学生分析问题解决问题的能力、实验操作能力以及计算机软件的使用能力。同时将教学与教师的科研实践相结合，还有利于调动学生学习和进行实验操作的积极性及兴趣，启发学生的思维，激发其探索精神。例如，可将材料物理系教师的科研课题“稀土氧化物纳米颗粒的制备”与相关化学热力学和界面现象的知识相结合来进行教学，将教师课题“激光熔覆制备生物陶瓷材料”与相关的热力学知识相结合，如反应吉布斯自由能的计算及其作为反应判据的应用，等等。还可以鼓励感兴趣的学生参与到教师的科研实验中来，学以致用，加强知识点理解的同时，拓宽视野，锻炼科研及动手能力。
2.教学方法上的改革。（1）传统与先进教学手段相结合。传统的教学手段板书由于其单调、枯燥的特点已不能完全适应目前的教学要求，而多媒体辅助教学手段是图、文、像、色集于一体的现代化教学手段，它的应用使原本量大、抽象、复杂、枯燥无味的理论知识，通过形象、生动、直观的形式表现出来，调动了学生的积极性和学习兴趣，便于学生对知识的理解和掌握。同时，也为教师节省了大量板书绘图的时间，加快了授课进度也增大了教学信息量[7]。比如相平衡与界面现象这两章，利用多媒体手段能将各种相图、亚稳状态及润湿现象能内容形象直观地表现出来，配上动画效果，更便于学生的认识与理解。但是在整个教学过程当中，多媒体也不是放之四海而皆准的教学手段，在一些公式的推导演示以及课后习题的讲解过程中，配以一定的板书，将会起到解释充分、循循善诱的教学效果，使学生有充足的时间理解消化相关重点及难点。总之，不同形式的教学方法、教学手段须依据教学内容、学生能力、教学需求等灵活应用，才可较好处理有限的理论学时与教学内容多、传授知识与培养能力、主体与主导之间的关系，有效地提高学生学习兴趣、自学能力、综合素质，取得良好的教学效果。（2）教师指导与学生自主学习相结合。传统的材料物理化学的教学模式是填鸭式教学，老师讲，学生听，老师主动教，学生被动学，这样的教学模式使学生的主观能动性得不到体现和发挥，因而造成事倍功半的教学效果。师者，传道、授业、解惑也。教师除了完成传道授业的任务外，也要试图将学生的学习潜能激发出来，对此，我们采用了以下方法：①在教学中采用重点难点教师讲授、简单章节学生自主学习的方法。学生自主学习之后，采用课堂提问的方式以检验学生自主学习的学习成果。前面我们讲到学习材料物理化学的大二学生，具有较强的学习兴趣和能力，我们采用自主学习的方法将其能力激发出来，使学生的学习变被动为主动，从而收到事半功倍的教学效果。②采用模拟教学方式，进行角色互换，促使学生主动学习的同时，培养体恤他人、尊重他人的人文品质。对于某些难度较低易于理解的章节，比如新相生成与亚稳状态，可以让学生提前准备，然后走上讲台，与教师互换角色，完成自主学习的同时，更亲身体会教师备课、授课的整个过程，从中体会不易，进而达到互换立场、尊重他人劳动成果的品质培养效果。③课堂练习和作业讲解时，可采用分组讨论的形式，以培养合作交流、互助学习的精神。在教学过程中除了教书，我们更注重育人。学生完成学业进入社会以后必将经历团队合作的过程，我们通过分组讨论和学习的形式，将教学与育人相结合，以培养学生适应社会所必需的互助与合作交流能力。（3）短期教学与长期辅导相结合。贵州大学材料物理专业的材料物理化学的教学只有80个学时，大二上的一个学期就能完成相关内容的教学。但该门课程是一些学校材料类专业考研的必考科目，为了帮助学生在完成必修的学分之后还能更深入地学习该门课程，我们还为已经完成该门课程学习的学生提供长期的辅导，给学生提供答疑解惑的帮助，以助其完成进一步的深造和学习。
随着高等教育改革的不断改革和深化，社会对新时代大学生的需求，以及材料科学与技术的发展带来的知识信息量的快速膨胀，要求学生具备更加牢固的知识基础，更加灵活地运用知识的能力。在材料物理化学课程的教学改革过程中，我们体会到，只有不断地思考与改革，总结出一套顺应社会和学科发展的教学方法，才能提高教学质量，培养学生的综合能力，提高学生的逻辑推理能力以及分析问题和解决问题的能力，增强学生的创新精神和实践精神，从而适应新世纪科技进步与科学发展的需要。
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[论文摘要]文章阐述了高职“建筑材料”课程教学的特点和要求,分析了现阶段高职“建筑材料”课程教学存在的问题,并提出了相应的解决方案。
一、高职“建筑材料”课程教学的要求和特点
“建筑材料”课程作为高职土建类专业一门重要的基础课程,不仅是以数学、物理、化学、力学等课程为基础的专业基础课,还是“房屋建筑结构”“建筑设备”“工程概预算”等后续课程的前期基础课,开设这门课程的主要目的是针对建筑材料的发展方向,面对新材料、新技术、新标准不断出现的情况,使学生掌握常见建筑材料的技术特性、相关标准等基本知识,了解在实际工作中如何选用建筑材料,并为后续专业课程打下良好的理论基础。“建筑材料”课作为一门基础课程是研究各种建筑材料的构造、生产与加工方法、材料的技术性能、质量检验以及如何合理使用的课程。它涵盖的内容广泛,涉及学科较多,且综合性、实践性都很强。通过本课程的学习,不仅可以为学生的后续专业课程提供必要的专业基础知识,也为今后的工程实践打下理论基础,同时也可以培养学生一定的实验技能,可以说它是通往专业课程的必经之路,也是决定学生专业面宽窄和工作适应性的关键因素。
(一)高职“建筑材料”课程的要求
高职教育培养的目标是“培养具有必要的理论知识和过硬的实践能力,面向生产、建设、服务和管理第一线急需的技能型人才”,如何在以就业为导向的高职教育改革中,实现人才培养与社会需求的对接,已经成为高职教育面临的一项重大而紧迫的任务。
近些年来,我国高等职业教育迅速发展,为社会化培养了大量高素质专门人才,但其培养的人才与用人单位的需求存在着较大的差距。因此,高职院校的课程设置应根据用人单位的需求,针对岗位群设置专业,增强专业覆盖面,按市场需求的发展变化对课程设置及时地进行调整、补充、修订。同时,还要处理好理论教学和实践教学、能力培养和知识传授、现代内容和传统内容、基础课程和专业课程的关系,认真研究各类课程之间的结构、比例和权重,以满足学生从业和个性发展的需要。
培养目标是课程设置的依据,根据高职教育的培养目标,高职院校的课程教学应淡化基础理论教学的系统性、严密性,增强理论教学的针对性、应用性。把知识传授和动手能力的培养结合起来,在基础理论“必需”“够用”的基础上加大实践教学的比重。通过企业对岗位知识和能力需求的调研,我们认为课程教学目标的制定应根据一线施工与管理岗位的要求,针对一线施工与管理岗位群,整理出课程的知识点和能力点,并重新编排组合,形成教学大纲。笔者认为,“建筑材料”课程的教学目标包括以下几个方面:一是了解与掌握建筑行业中常用建筑材料的基础知识;二是基本掌握我国现行建筑材料的各种标准和常见的检测方法,比较熟练地对目前施工企业常用的建筑材料进行检测,并提供可靠的检测数据,基本上可以为工程建设质量控制和合格性评定提供依据;三是强化对专业研究工作的基本训练,提高分析问题、解决问题的综合能力。
(二)高职“建筑材料”课程的特点
“建筑材料”课程所包含的内容庞杂,以叙述性内容为主,涉及知识面广,教材涵盖了十多个大类,上百个材料品种,但其系统性差,各章节之间缺乏必要的联系。这是由于材料学本身的原因造成的,各类材料本身就是一门专业学科,如胶凝材料、金属材料、高分子材料及其他复合材料等。如此多的内容都汇集到“建筑材料”课程中,使其成为一门介于材料学科与建筑工程学科之间的综合课程。
“建筑材料”的课程内容庞杂混乱,主要是对各类材料定性、半定量的分析,是针对各类材料技术性质的总结,缺乏逻辑性和理论计算分析。同时,由于一系列和工程密切相关的试验资料和实践经验的总结,繁多的条文叙述及经验公式,而又缺少逻辑推理,使得其整体性、逻辑性、严密性、连贯性均较差。这就给学生学习这门课程造成了不少的困难,影响了学生的学习积极性。
二、高职“建筑材料”课程教学存在的问题
目前,我国高职教育发展迅速,为我国高等教育大众化做出了重要的贡献。但在高职教育极速发展的大背景下,不少高职院校缺乏鲜明的办学特色,依然沿袭本科院校的教学理念,重理论教育,轻技能训练,使高职生的实践能力不强,与社会需求脱节。在人才培养目标的制定上,许多高职院校并没有完全贯彻高等职业教育的人才培养要求,没有体现出职业教育的特点,在教学体系方面普遍存在着三方面的问题:一是课程设置基本上处在无人监管的状态,既没有统一编订的课程,也没有统一的课程标准,各学校自行其是。在课程设置上没有突出职业教育的特点,实践课的开课率没有达到实践教学大纲的要求,把实践课看成理论课的附属课。二是教学方法不适应职业教育的要求,仍沿用传统的“填鸭式”“满堂灌”的方法。三是对学生的考核多按传统的以考查学生对基础知识的掌握程度为主的单一闭卷考试方法。高职“建筑材料”课程的教学中存在的主要问题表现在以下几方面:
(一)没有统一的课程标准
高职院校对“建筑材料”课程还没有形成统一的认识,也就没有统一的课程标准,很多高职院校依然沿用以前的教材,这些旧教材的内容比较狭窄,很多教材缺乏对新材料、新设备、新工艺、新实验方法、新标准的介绍,导致这种现象的主要原因是近些年来我国建材领域发展速度非常快,而“建筑材料”课程的教学改革速度远远跟不上建材领域发展的速度,所以,高职教育应当注重“建筑材料”课程标准的制定,及时更新教材的内容,以应对工程实际的高速发展。
(二)沿用本科教学大纲
高职“建筑材料”课程只是对这门课程本科的教学内容作了局部删减,略降低教学要求。“建筑材料”课程的教学内容一般分为两大块:理论教学和实验教学。理论教学以传授理论知识为主,讲解教学大纲所规定的基本内容;实验课的教学内容包括土木工程材料性能的一些基本测试,属于验证性实验。这些实验仅仅是用来验证理论教学中的重要结论,缺乏综合性、设计性实验。因而,在现阶段的高职“建筑材料”课程的教学中,实验课只是处于从属地位,属于理论教学的一种辅助手段,而不是真正地把实验课作为学生理论联系实际的桥梁,着重培养学生动手能力、创新思维和创新能力,作为学生锻炼提高专业技能的重要手段。
(三)教学方法落后
现阶段高职“建筑材料”课程教学的主要形式仍旧停留在口头讲授、“满堂灌”的层面上,而建筑材料领域中涉及很多概念,有些概念教师在课堂上用语言、板书难以描绘。大多数理论知识只有在具备工程实际条件的情况下,才会被学生更好、更快地加以理解。此外,随着大学本科院校近年来的大幅度扩招,吸引了众多高中毕业生就读。这就导致了在高职就读的学生,其基础知识不扎实,且个体差异较大,很多学生缺乏良好的学习习惯。学生进入大学以后,可自由支配时间明显增多,主动学习的动力明显不足,这给“建筑材料”的课程教学带来了一定的困难。
三、高职“建筑材料”课程教学改革对策
针对“建筑材料”课程的特点和要求以及其教学中存在的问题,笔者认为应该从以下几个方面进行这门课程的教学改革。
(一)精研教材内容,突出重点教学
在课程教学过程中,由于教学时数的限制,教学内容不可能面面俱到,这样在组织教学内容时,就应该有所侧重,在深入分析岗位工作对本课程知识能力要求的前提下,打破学科框架,构建以理论知识够用为度,体现土建专业所需的技术应用能力为主线的新体系,突出课程内容的针对性和实用性;在教学过程中教师应当突出重点内容,在重点内容讲解透彻的同时,兼顾讲解其他一般内容,其余内容则可要求学生们课后自学完成。建筑材料虽然种类繁多,但结合专业的特点,应该突出两个重点,即材料的基本性质及结构材料。
材料的基本性质这一章很重要,它是研究建筑材料共性问题,是后继各章的基础知识。因此,应较详细地把材料性质的各个概念结合它们在工程中的应用介绍清楚,要求学生们牢固掌握。结构材料能否正确使用,直接影响建筑物的安危和正常使用。所以,应把水泥、混凝土、钢材、防水材料列为重点内容进行讲解。在讲解这些重点内容时,应尽量采用丰富的教学方法,诱导和启发学生去主动地、积极地进行正确思维,充分调动学生的学习积极性。对某些具体材料的教学,则宜采用在众多材料品种中选取典型品种予以对比的方法进行教学,突出重点,点面结合,才能取得良好的教学效果。如“水泥”一章,应选用建筑工程中使用最多的通用水泥作为主要讲解内容,其中又以硅酸盐水泥为主要研究对象,详细分析其熟料的矿物组成、水化反应、硬化机理、技术性质、腐蚀及应用、储存等问题。并以此为基础,展开介绍其他掺入混合材料的硅酸盐水泥,而水泥中快硬硅酸盐水泥、白色、彩色硅酸盐水泥不是重点内容,仅作简单介绍即可。特别要做说明的是在突出重点教学的同时,也要注意在其他非重点章节中也有重点内容,譬如在“砌体结构材料”这一非重点章节里烧结多孔砖、空心砖和砌块是重要的墙体材料,所以它们的技术性质是重点内容。确定重点和非重点内容教学,不仅能缩短授课时间,而且有利于教学时间的合理安排,有利于学生全面而重点地掌握建材方面的知识。
(二)加强章节内容间的联系,促使学生融会贯通
为了克服“建筑材料”内容多而散、系统性差的不足,同时也为了避免讲授时平铺直叙,学生听起来枯燥无味,教师特别要注意加强课程章节内容之间的联系,以各种工程材料服务与工程实际为主线贯穿于整个课程的教学活动之中,明确各种材料在工程实际中所处的地位为出发点;以材料的生产工艺流程、材料的技术性能、基本构造与组成、材料应用发展方向展开论述;以材料在工程实际中不同的功能作用作为结论来开展教学,会使学生感觉总体思路明确,条理清晰,前后上下知识融会贯通。
(三)丰富教学手段,增强感性认识
在具体的教学活动中针对教学手段单一、内容枯燥无趣等问题,可采用多元化的教学手段来增强学生的感性认识。
为此,应注意以下几方面:第一,采用样品教学,做好对比分析。“建筑材料”课程作为一门叙述性内容偏多的课程,为了让学生更加直观、感性地认识和了解各种建筑材料,我们应尽力收集相关的材料样品,进行展示,首先让学生对该材料有一个初步的直观认识,再介绍其性能、特点和应用等其他内容。同时,可运用对比的方法,使学生进一步了解土木工程材料的共性和特性,便于掌握和理解其技术性能。如讲解混凝土拌和物时,可以当场取少量水泥、天然砂、石子和水进行搅拌,介绍各组成材料在混凝土中所起的作用,可让学生亲自尝试一下,观察不同配合比的材料性能的差异。再如在介绍过火砖、欠火砖时,可直接用样品向学生进行展示,学生通过仔细观察这两类砖的外观颜色和形状,就能很快掌握这两类砖的特点和区别,学生的印象也会非常深刻。第二,采用电化教学手段。传统的教学方式是以口述为主要模式进行教学,教学效率比较低。采用电化教学,借用幻灯投影、多媒体课件等方式,不仅可以大幅度提高教学过程中的信息传递量,而且还能通过影像,真实而直观地反映出材料的“真面目”,使学生加深对材料性能的认识,达到事半功倍的效果。第三,引入工程实例教学。教师在课堂教学时应该根据教材的定义、概念,把工程的实际环节引入到课堂内容中来,以实际工程为例来讲解材料的特性、使用方法及效果、使用中存在的问题,这不仅是教学的客观需要,同时也可以避免课堂教学内容的单调、乏味。例如,在讲石灰的性质时,可列举石灰的应用、抹灰墙而出现爆裂点的具体工程实例,通过对此事故原因的分析,可使学生加深对石灰熟化时体积膨胀较大的了解,从而进一步认识石灰变储存期为陈伏期的必要性。另外,还可以在课堂上做演示。通过对这些简单试验的操作与观察,学生对生石灰熟化特性的了解和认识可进一步加深,同时也增加了课堂教学的趣味性。
(四)发挥实验在建材课教学中的特殊作用
由于建筑材料课程内容的叙述性和定性的(有时是半定量的)性质,它对某些概念的定义是不精确的,仅仅从定义本身难以作出精确的认识和严格的区分。这方面最典型的例子就是水泥的“凝结”和“硬化”、“初凝”和“终凝”这样一些成对出现的概念。这里不妨引用一下水泥的“初凝”和“终凝”这一对概念的定义:“初凝”为水泥加水拌和时起到水泥浆开始失去可塑性的时间;“终凝”为水泥加水拌和时起至水泥浆完全失去可塑性,随后开始具有强度的时间。这里的“开始失去”“完全失去”和“开始具有”等说法并没有严格的定量的规定。学生难以区分和掌握这样的定义。而水泥凝结时间的测定实验可以帮助学生明确这样的概念。这里不妨再引用一下该实验中有关试验结果的规定:由加水时算起,到试针沉入净浆中距底板0.5～1.0mm时,所经历的时间为初凝时间;到试针沉入净浆中不超过1.0mm所经历的时间为终凝时间。这样由实验对初凝时间和终凝时间的定量规定和区分,显然比上述的定义要精确,且实验形象、具体。通过这样的方式,在授课时,教师就结合实验把“初凝”和“终凝”概念量化、具体化,学生就容易理解和掌握这样的概念。“建筑材料”课程中类似的概念很多,如水泥的标准稠度需水量、沥青的黏性等概念,都可以用有关的实验来使其定义精确化、具体化,以利于学生对这些概念的准确理解和掌握。
尽管结合课程特点,在设计教学内容、教学方法、教学手段上和实践环节上,我们作了积极的探索,“建筑材料”课程改革已初步有了成效,但课程的特点决定了课程改革是一项长期的任务,不可能一蹴而就。因此,在课程的改革和实践的探索中,我们要积极稳妥地向前推进,以更好地实现高职应用型人才的培养。
[参考文献]
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[2]中国建筑工业出版社.现行建筑材料规范大全[m].北京:中国建筑工业出版社,2000.
案例一：由于活动场地有限、班级人数偏多，农村幼儿园教师经常是结合主题开展相关的区域活动，而大多数的区域活动材料来源于与主题配套的操作书上， 材料内容缺乏一定的科学性，层次性，针对性，并且平行班之间的活动材料是一模一样的。
案例二：随着课改的不断深入，以课改精神为基础，通过不断的园本研修，逐步对区域活动材料的针对性，层次性，科学性作了初步的尝试.
（1）利用双凤本土的龙狮文化创设相应的区域活动：小班的“点点龙磷”，让幼儿利用手指蘸颜料点龙鳞；中班的“龙鳞排序”，根据龙鳞的颜色，幼儿自己设计龙鳞排序的方法；大班的“扎绣球”，结合在舞狮中绣球的构造特点，幼儿用简单的包装带编织，完成后涂上鲜艳的红色，玩一玩，体验舞绣球的乡土文化。在不同的年龄层面投放各具特色的乡土文化材料，幼儿在玩的过程中初步了解本土的龙狮文化。
（2）根据幼儿的年龄特点提供相应的常规游戏材料：在语言区提供一个小剧场的道具，用吸管黏贴一些故事的人物图片，幼儿可以在学习故事后，与其他小朋友一起讲一讲，演一演，丰富幼儿的语言环境；在科探区提供一些与幼儿生活想联系的生活用品，例如在班级给幼儿提供了一些饮料瓶盖，幼儿自主创设了以下几种玩法：叠叠高、颜色分类、拼图案、数盖子等游戏，充分调动幼儿主动探索的积极性，材料虽然简单，但是玩法很多，这正体现了区域活动材料“一物多玩”的理念。
材料是幼儿开展区角活动的物质基础，幼儿在主动操作材料的过程中获得信息、积累经验和发展能力，因此材料是促进幼儿发展的载体。
《幼儿园教育指导纲要（试行）》中指出：为幼儿的探索活动创造宽松的环境，让每个幼儿都有机会参与尝试，支持、鼓励他们大胆提出问题，发表不同意见，学会尊重别人的观点和经验。支持和引发幼儿的操作摆弄、探究、实验、制作等活动，引导他们通过自己的发现主动建构有关的知识经验。而区域活动是教师根据教学目标和幼儿的发展目标，有针对性、科学性、层次性地投放活动材料，幼儿根据自己的意愿和能力进行个别化的自主学习活动。
一、随着课改精神的不断深入，幼儿园的区域活动材料投放也发生了明显的变化
（一）在主题背景下，投放较多的活动材料供幼儿选择
在案例一中的区域活动材料是主题配套的操作书上撕下来的，因此每人只有一份操作材料，并且操作材料较少，幼儿只能玩到一种区域活动材料。为了让幼儿主动地选择材料，现在我园每周与主题相配套的区域活动至少10个，在这10个区域活动中投放了大量与主题相关的材料，方便幼儿选择操作。现在孩子们在活动时间内可以玩到2―3种游戏材料。
（二）区域活动材料“一物多玩”，分层递进
在创设区域活动时，提供的区域游戏材料不一定很复杂，越是简单、普通的东西越是能发挥最大的作用。
在案例二中，我们可以看到小小的瓶盖在幼儿的手里是多么的神奇。小小的瓶盖如何发挥出巨大的作用呢？第一层面可以让孩子们认识瓶盖，瓶盖的一些基本的物理特征，例如颜色、形状、大小等；第二层面可以让孩子们探索怎么来玩这些瓶盖，孩子想出了用瓶盖叠高，瓶盖摆造型等玩法；第三层面提供辅助材料，提高孩子玩瓶盖的兴趣。当一些材料觉得没有什么玩法的时候，我们可以适当地提供一些辅助材料，增强材料的挑战性和趣味性。在第四层面上，我们可以把瓶盖与生活紧密联系在一起，让幼儿去寻找这些瓶盖的瓶身，活动材料来源于生活，同时又回到生活中去。
（三）注重常规活动材料的设置
在案例一中区域游戏材料往往局限于时间和地点的约束。而在案例二中，一些活动材料的设置可以弥补这一缺点。例如提供的饮料瓶盖作为一种常规活动材料，增加了幼儿在美术、数学逻辑、动手能力的锻炼机会，而瓶盖又很容易取放，具有一定的灵活性。
（四）家园合作，扩大活动材料的来源
在案例一中活动材料的主要来源仅限于操作书上，而在案例二中瓶盖的收集主要是来源于家长的配合。充分利用家长的资源，请家长与幼儿一起收集材料，丰富区域活动的材料投放。例如生活中剩余的物品外包装（牙膏盒、饼干桶、可乐瓶等）、生活中的用品（毛线、布头等）、农作物……，经过消毒、杀菌，把这些材料用于区域活动，很好地体现了材料投放的生活化。
（五）活动材料与乡土文化紧密联系
在案例二中利用双凤本土的乡土文化―龙狮文化提供相应的活动材料。双凤镇有着悠久的龙狮文化，根据龙狮文化中相关特点结合各个年龄层的特点创设了一系列的区域活动，也自创了一些区域活动材料。在案例二中可以看到每个游戏都具有民俗特色，又符合各个年龄段的孩子们的特点。
二、在提供活动材料时，让材料更好地服务于每个孩子
（一）活动材料的可操作性
艾里克森指出：促进幼儿自主性和主动性的发展，是早期教育的基本任务。而区域活动材料投放的可操作性是促进幼儿主动学习发展的前提。材料的探究性能引发幼儿动手、动脑，支持幼儿与活动环境的积极互动，引导幼儿根据自己的兴趣爱好对客观事物进行动手操作和动脑思考。在提供材料时要考虑这种材料是否具有一定的可操作性。
（二）活动材料的针对性
幼儿的年龄特点决定幼儿的身心发展水平。因此，活动区域中应根据不同年龄段幼儿的身心特点投放不同层次的活动材料，做到有的放矢。
（1）提供适合不同年龄层的不同游戏材料，小班科探区提供的材料应该稍大一些，涉及一些简单的图形配对；而在大班应该提供一些数学逻辑思维较为复杂的材料，例如图形，数字，颜色的整合材料。
（2）平行班之间提供的材料应该各具特色。往往为了应付教学任务，在平行班之间的活动材料是一样的，而这一点恰恰忽视了个体发展的需求，每一个孩子对于活动材料的需求是不一样，因此在制定计划的时候应该在了解本班孩子身心发展特点的基础上对活动内容，材料做一些适当的调整，使材料更具特色。
高考历史试题试卷结构主要就是单项选择题、材料解析题两种题型，考查的主要内容以主干知识为主，注意通过各种材料创设新的情景，联系现实、隐形介入一些时政热点，兼顾一些具有地方特色的问题，从而考察学科能力。因此在谈高考解题技巧前我们应先明白历史学科高考的能力要求。
一、历史学科高考的能力要求：
1.获取和解读信息的能力 2.调动和运用知识的能力
3.描述和阐释事物的能力 4.论证和探讨问题的能力。
二、单项选择题的解题技巧
1.学生失分的主要原因： A.史实缺失 B.概念不准确 C.同类混淆 D.外延界定不清E.误读材料 F.漏读关键词等
2.单项选择题解题技巧
（1）认真审题：“题干要三看”：一看时间、空间，界定答题范围;二看否定、肯定，确定答题方向;三看关键词，明确内涵外延。
（2）正确解题：选项要四思：一要认真思考每个选项是否符合史实。选择题一般有四个选项，只有一个是符合题意的。可先根据题干中的关键词结合所学知识采用直接选择法、排除法、推理判断法、筛选法等作出正确判断。一般地说，凡是带有绝对性的字眼或词语，如：“第一”、“最早”、“全部”、 “仅仅”、“唯一”等的选项，往往是错的，除非教科书有明确提到。二要认真思考每个选项中的概念是否准确，特别是其内涵和外延。选择题大都渗透着辩证唯物主义和历史唯物主义的基本观点，诸如生产力观点、经济基础与上层建筑观点、阶级斗争观点、主要矛盾和次要矛盾等，以这些理论观点为指导，再进行论证和分析。三要认真思考每个选项的程度是否合适。这就要看题干中的限定词如：根本原因、实质、最重要、深远、积极、消极等。四要认真思考每个选项是否符合题目要求，是否与题干有必然的逻辑关系，也就是题干和选项对应要最佳。我们常常碰到选项的表述史实正确，概念清楚，程度适合但却不符合题干要求，因为这个选项和题干没关系，或不符合题干要求。在“四思”后做出正确选择。一般要求学生一个选择题（包括涂卡）平均在一分钟之内完成。
三、材料解析题的解题技巧：
材料解析题是一种主观性试题，具有“灵活性高和区分度强”等特点。它对学生的能力要求较高包括：A.阅读理解材料，最大限度地获取材料中的有效信息。B.充分利用有效信息并结合所学知识对有关问题进行说明和论证。
大多数学生做不好材料题，究其原因，除了基础知识和思维能力的缺陷外，很重要的一点就是没有审明题意和抓住解题思路，甚至答非所问。那么如何做好材料解析题？通常有三个环节：读、找、答。
（一）读：解题的基础。读什么？读材料和设问，一般情况下，为了节省解题的时间，让学生先读设问。因为设问的实质是为解析材料确定方向，使学生在阅读材料时能够充分提取材料所提供的有效信息。所以明确设问要求，据设问考查的方向重新仔细读材料，是尽快获取有效信息的捷径。
在读设问过程中要首先弄清4个问题： 1.答案来源：“根据材料”、“ 根据材料结合所学知识”、“根据所学知识”。2.答题要求：指出、概括、分析、归纳、评价等。3.答题方向即提示语、限定语：一般涉及时间、空间、角度、观点等，如“XX世纪XX年代”、“XX国家”、“作者认为或你认为”、“从……角度来看”、“与……相比相同或不同”、“变化或转变”、“趋势”、“是否或有无”、“不的摘抄原材料”等。4.答题的内容：即求答词如背景、原因、特点、结果、影响等。
然后带着设问仔细读材料：（1）阅读材料时要注意具体材料具体分析。如古代史的材料多为文言文，特别是先秦时期的文言文晦涩、难懂;世界史的材料多为外来的翻译文，有的句子很长，很难读懂;此时，可按语文课中划分句子成分的办法来处理，先找句子的主、谓、宾语，再找定、补、状语等其它修饰成分，把意思弄明白即可无需把每个字每句话都翻译出来。但在阅读时必须具有历史意识，运用历史观点，联系相关的历史知识，建立材料与所学知识的联系，把握试题的命题意图和考查方向。
（2）阅读材料时，除读懂材料正文外，还要特别注意提示性文字和材料出处。这些说明性文字能够提供材料的时间、国别、作者、背景等信息，给考生某种暗示和引导，有时能起到“得来全不费工夫”之效。特别是材料出处如果放在材料前面，就须更加留心细读，它对解题肯定有用。
（3）阅读材料时，还应注意从主体材料（正文）的开头、结尾。省略号两边获取有效信息。材料原文一般很长，试题只能摘录其中一小部分。从某句开始摘录到某句为止，这开头和结尾两句，当然得考虑为答题服务;省略导删去的是与答题无关的内容，省略号两边保留的内容必定是重要的，肯定隐含着重要信息。
（二）找：解题的关键。找什么？找设问的答案。（说明：在实际解题过程中，“找”与“读”往往是一致的，不需要将两者截然分开。）
1.找出材料与设问的相关点，体会命题者的意图。材料解析题是“史论结合”的典型题目。读材料是为了回答设问，回答设问离不开材料，因为“论从史出”，结论要从对材料的理解、发掘、升华中得出。材料解析题的设问，一定是从材料出发的。所以，读材料时要处处想着设问，把设问放到材料中相互对照。或从材料中找出回答设问的信息;或从设问行文的信息中重新获得读材料时忽略了的重要之处，然后通过分析、判断得出结论。在找材料与设问的相关点时，领会命题者采用这些材料的意图至关重要。
2.找材料的中心。一般每一道材料题都有一个中心。即使有些材料解析题的一些材料观点完全相反，它也是围绕一个中心而设计的。找出了中心，然后围绕这个中心，确认材料涉及的内容或对课本知识进行迁移，便找到了解题的突破口。
3.找出材料与教材的相似点。尽管材料解析题具有“新材料、新情景、新问题”的特点，但不管多新，必定与教材有不可分割的联系。把材料中的重点信息与教材的史实、观点相对照，确认材料与教材的知识点相关联，这样便将材料与教材挂靠在一起，挂靠准了，解题的大方向便明确了。
（三）答：解题的落脚点。回答主观题时必须要有规范意识。具体表现在：
（1）按问作答。问什么就答什么，有几个设问就逐个一一回答，不可把几个设问混起来回答，同时根据分值来确定答案内容的多少。
（2）按顺序答题。必须按设问顺序答题。在回答每一个设问的过程中，或按时间顺序，或按因果关系顺序，或按逻辑关系顺序答题，尽量做到逻辑严谨、层次清楚、条理清晰、语句通顺。
（3）坚持论从史出，史论结合。命题者有时为体现自己的学术观点往会选取与教材观点相左的材料，用以考查提取材料信息和把握正确观点力。因此，在回答时，要克服思维定势，对材料作具体分从材料中提取观点。
一、无机材料化学的学科特色
材料是人类文明的物质基础和先导,是直接推动社会发展的动力。基于材料对社会发展的作用,人们将信息、能源和材料并列为现代文明和生活的三大支柱。在三大支柱中,材料又是能源和信息的基础。新材料既是当代高新技术的重要组成部分,又是发展高新技术的重要支柱和突破口。伴随着信息时代的来临和材料设计、制备及加工的信息化处理,世界各国都将目光转向具有“高、精、细”特征的新材料万面,我国也将新材料作为重点发展的行业之一。鉴于此,国家中长期科学和技术发展纲要(2006年-2020年)将新材料技术列为前沿技术,提出新材料技术将向材料的结构功能复合化、功能材料智能化、材料与器件集成化、制备和使用过程绿色化发展;要突破现代材料设计、评价、表征与先进制备加工技术,在纳米科学研究的基础上发展纳米材料与器件,开发超导材料、智能材料、能源材料等特种功能材料,开发超级结构材料、新一代光电信息材料等新材料。这一切都预示着材料科学正经历着一次重大的变革。因此,加强材料科学领域创新人才的培养是时代的要求。
无机材料化学是材料化学家从材料科学、材料工艺和技术的角度出发,把固体物理、固体化学相关理论和工程方面有关无机材料研究的化学内容集中起来,加以分析、综合和提高而形成的一门独立学科。[2]无机材料化学研究的范围非常广泛,包括材料相关的基本概念和理论、制备原理、结构表征、重要的材料类型及其相关性能等多方面的内容,涉及了固体物理、固体化学、材料科学等学科的相关理论,是一门典型的交叉性学科。进入20世纪90年代以来,材料科学技术的发展异常迅猛,材料科学与生命科学、信息科学、环境科学等共同构成了当代科学技术的前沿。展望21世纪,材料科学技术研究开发的前沿有微电子材料、新型光电子材料、稀土功能材料、先进陶瓷材料、高温超导材料、纳米材料等,[3]这些都属于无机材料化学的研究范畴。因此,无机材料化学又是一门具有前沿性的学科。基于学科背景和课程特点,我们在大连理工大学教改项目的支持下,以提高教学质量、培养学生的创新能力为主线,以建设精品课程为目标,进行了一系列教学改革和研究。
二、教学内容的选取
高等学校教学中教材内容的陈旧是影响创新型人才培养的突出问题,也是高校课程改革的重点。目前,高校教材内容不能适应现代化人才培养的需要,内容的先进性方面不能适应科学技术飞速发展的要求,不能适应知识经济时代创造型人才培养的要求。[4]特别是面对具有前沿性特点的材料化学,教材的内容相比速增长和更新的新材料来说,严重滞后。而要培养创新型人才,掌握最新的科研成果对于激发学生的创新思维非常重要。[5]向学生讲授科学前沿知识可以激发学生们的求知欲,为他们提供一个创新的空间,使学生能够近距离地感受创新的价值和创新带来的激情。因此,挑选合适的教材是非常重要的。我们挑选了北京大学林建华、荆西平编写的《无机材料化学》。该书将无机材料化学中重要的基础问题做了全面的讨论,这本教材最大的特点在于它介绍了无机材料化学领域的最新进展,并附有近期发表在国际主流期刊上的相关文献,整本教材体现着材料科学、化学和物理等学科交叉与渗透的特点。如果学生对教材中的某些前沿内容感兴趣,可以在教材中找到相应的参考文献,在图书馆下载后仔细阅读。
课堂上仅传授知识是远远不够的,教学内容还要有一定的探索性,能让学生有一定的思考空间。教学中,我们发现学生对来自科研一线的事例非常感兴趣。因此在课堂上,我们以自身科研成果丰富教学内容,结合自身科研经历令课堂生动有趣,深化了教学效果。我们经常把自己在科研工作中的体会、最新科研成果转化为教学内容,设计一些开放式的问题与学生探讨,自觉地把创新意识、创新能力的培养融入课堂教学之中。我们还结合相关的教学内容,穿插讲解一些科学方法论的知识,培养学生的科学精神。例如,在讲到固溶体合金的形成规律时,我们向学生讲述了现代物理冶金学重要创始人William Hume Rothery在听力完全丧失、健康状况非常不佳的情况下,凭借坚强的毅力和非凡的生活热情,在异常简陋的工作条件下,开创性地提出了著名的Hume Rothery准则。这位杰出的科学家一生始终以乐观向上的生活态度,坚持不懈地勤奋工作着。学生们纷纷为Hume Rothery的人格魅力而倾倒,希望自己也能投身科学,在某一领域取得杰出成就。我们经常把本学科碰到的难题以及学科前沿的问题向学生进行适当的介绍,激发学生的民族自豪感,培养学生的创新思维和探究精神。例如,在讲到第八章电介质材料时,我们将著名纳米科学家王中林发表在《科学》上的氧化锌“纳米发电机”一文介绍给学生。在讲到第九章超导材料时,我们向学生们介绍了我国在超导材料的研制上一直处于国际领先水平,特别是2008年我国在高温超导研究上取得重大突破,发现了一类新的高温超导材料———铁基超导材料,在全球范围内掀起了超导材料研究的新热潮,并介绍了铁基超导材料的结构和性能。在讲到第十二章发光材料时,我们向学生介绍了大连路明集团开发的“水立方幔态LED”在研发、制造、安装中创造的7项“世界第一”。这些事例大大激发了学生学习相关章节内容的兴趣,同时也培养了学生的民族自豪感和投身科学的信心与决心。实践表明,将科研引入教学过程,有力地促进了学生对知识的掌握和能力的提高,促使学生形成了正确的科学精神和科学态度,大大提高了教学的实际效果。
三、教学方法的改革
教学手段和方法是提高教育质量非常重要的一个方面。传统的教学方法以教师为主导,以传授知识为目的,往往采取灌输式教学方法,在很大程度上忽略了学生的主体地位和创造性,学生被动地接受知识,学习积极性不高,教学效果不理想。要改变过去那种单纯传授专业知识的教学方法,把培养学生的创新能力和创新意识作为教学工作的重点,我们必须对原有教学方法进行改革,采取多样化的教学手段激发学生的学习兴趣。
本课程的特点是知识点多而且分散,学生容易只见树木、不见森林。为此,我们理出了一条课程主线,向学生清晰地展示各章节的作用以及章节之间的联系(如图1)。我们力争做到讲课内容少而精,重点突出,主次分明,出现在不同章节但内容相关的部分放在一起讲解。例如,与Fermi面附近的能态密度相关的性质有金属材料的电子热容和Pauli顺磁性(第四章)、金属材料的电导率(第九章)、超导材料的临界温度(第九章)等,将这些知识点放在一起进行对比和总结,学生对Fermi能级的概念就会有非常清晰和深刻的认识。课程教学的重点在于使学生掌握该学科的思维方式和研究方法,给学生留有思考的足够空间,能从多角度理解基本原理。古人云“授人以鱼不如授人以渔”,这里强调的就是教授学生学习方法的重要性。[6]材料的组成和结构决定了其物理性质,这是材料化学的核心和基础。将钙钛矿材料的结构(第三章)和其铁电性质(第八章)结合起来讲解,学生不仅对该类材料的结构和特殊的物理性质有了深刻的认识,更深化了对结构-性能关系的理解,掌握了该课程的学习方法。
在实践中,我们采取了传统教学与多媒体教学结合、自主学习与协作学习结合,基于问题学习、基于案例学习、研究型学习等多种形式的教学策略,提高了学生学习和思考问题的效率。实践表明,适度使用多媒体教学,将材料实际应用的照片、材料加工制作过程的视频等图片影视资料生动地展示给学生,能为教学过程提供丰富的感性材料,丰富课堂教学内容。鉴于新材料的发展日新月异,每天新概念、新构想、新方法都在不断涌现,我们在课堂上及时地将与课程内容相关的最新文献介绍给学生,课堂教学结束前提出下次课程内容的前沿课题,让学生在课前完成对这一前沿课题的研究报告。这样一方面可以使这些学有余力的学生接触到材料化学领域的最新研究进展,培养他们对教材内容的兴趣并找到自己的科研兴趣,另一方面可以让学生看到自己知识结构的不足,在学习中自觉地去完善自己。与此同时,这也锻炼了他们查阅文献和英文阅读的能力,为将来进行专业科学研究奠定了一定的基础。通过一个学期的尝试,我们感到教学效果非常好,学生经常在下课后围着教师交流,提出各种材料学领域的前沿问题与教师探讨。有几个表现突出的学生已经进入到某些课题组,开展创新实验了。另外,在课堂上,我们结合自己的科研实践,提出开放式的与课程内容相关的问题,让学生思考和回答。我们鼓励学生提出不同的见解,这样就增加了师生互动,活跃了课堂气氛,提高了学生的学习兴趣。我们将本课程教学方法作一总结列于表1中。
四、实验教学方案设计
关键词：“工程材料学”；航空航天专业；教学改革
“工程材料学”是航空主机类专业（包括飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等专业）的学科基础课程。该课程虽然仅有48学时，但承担着为未来的航空工程师构建材料知识体系的重任，对学生今后的发展起着重要作用。本文结合近年的工作实践，对该课程在教学要求、教学内容和教学方法等方面的改革进行研讨。
一、高度重视航空和材料领域发展对“工程材料学”课程教学的影响
材料学既是基础科学，也是应用科学。材料科学与技术的发展，解决了很多工程领域的关键问题，有力地推进了相关科学和技术的进步，使得材料科学成为最活跃的科学领域，材料产业也成为国民经济发展的重要支柱产业。“工程材料学”以物理学、化学等理论为知识基础，系统介绍材料科学的基础理论和实验技能，着重培养学生把这些知识应用于解决工程实际中提出的对材料结构、性能等方面问题的能力。作为一门重要的学科基础课程，“工程材料学”具有较长的开设历史，在人才培养中发挥了重要的作用。航空航天领域的发展对工程技术人员的能力素质提出了更高的要求，特别是“卓越工程师”教育培养计划的实施，对工程类课程建设的需求更加迫切，有必要以新的形势为背景反思该课程的教学改革。航空以众多学科知识、先进研究成果为基础，已发展成为一个由多个分系统组成的大系统，需要工程技术人员采用系统工程的方法进行综合设计。现代航空技术一百多年的发展，使得人们可以在更大的范围内探索天空，也使得飞行器的工作条件更加恶劣，工作环境更加严苛。现代飞行器不仅要具有速度快、航程大、载重多等特点，还要满足节能低碳等要求。材料科学技术的发展，为解决航空航天领域的诸多难题提供了可能，“一代材料，一代飞机”已成为飞行器发展公认的规律。这对航空航天工程技术人员的材料知识提出了更高的要求。在飞行器及其主要部件的设计、制造和维护工作中，要全面认识材料的性质和特点，才能挖掘材料的潜能，充分利用材料的特性，满足工作需要。面对航空航天迅猛的发展形势，仅了解和掌握已有材料的知识是不够的。具有创新素质的工程技术人员，要了解材料科学与工程的发展方向和趋势，分析材料领域的发展对航空航天领域的影响，同时要认真研究具体工作对新材料、新工艺的要求，明确材料发展的需求。在新型飞行器的研发过程中，要综合考虑用户对飞行器总体性能的多种要求，对各项技术参数进行统一的优化。在落实对飞行器性能的要求时可以发现，很多要求是相互矛盾的，比如飞机的航程和机动性就存在着较大的矛盾。为了获得较好的综合性能，需要对飞机进行一体化设计，要及时掌握各种设计方案对飞机主要材料和工艺的要求，对飞机整体结构进行综合优化。在此过程中，各部门工程师都需要和材料系统密切配合，才能实现信息和资源共享，降低全系统的风险，提高系统的可靠性和综合性能。材料科学技术的迅速发展也对课程教学提出了新的要求。材料科学与技术是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。在现代科学技术中，材料科学是发展最快速的学科之一，在金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等主要方向上的发展日新月异，促使“工程材料学”课程内容的不断充实。“工程材料学”课程要系统讲授材料科学与技术的基础理论和实验技能，使得学生掌握工程材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的知识。早期的航空工程结构以自然材料为主，如在美国莱特兄弟制造出第一架飞机上，木材占47%，普通钢占35%，布占18%。随后，以德国科学家发明具有时效强化功能的硬铝为代表，很多优质金属材料被开发出来，使得大量采用金属材料制造飞机结构成为可能，也使得研究者们投入了更多的精力于金属材料的探索。相应地，这一时期“工程材料学”课程内容也以金属材料为主。上世纪70年代以后，复合材料开始在航空领域应用。复合材料具有较高比强度和比刚度的优点使得工程技术人员对其抱有很大的希望。航空工程师首先采用复合材料制造舱门、整流罩、安定面等次承力结构，而现在复合材料已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。复合材料因其良好的制造性能被大量应用在复杂曲面构件上。复合材料构件共固化、整体成型工艺能够成型大型整体部件，减少零件、紧固件和模具的数量，降低成本，减少装配，减轻重量。复合材料的用量已成为先进飞行器的重要标志。相应地，复合材料必然要在“工程材料学”课程中占重要地位。钛合金的开发和应用使得飞行器具有更好的耐热能力，提高了发动机、蒙皮等结构的性能，有效解决了防热问题。“工程材料学”课程的教学内容应该及时反映材料科学在提高飞行器性能方面的新应用与新进展。与此同时，其他相关学科也取得了长足的发展，使得主机专业教学内容大幅度增加，“工程材料学”课程的教学内容和学时之间的矛盾愈加突出。
二、认真分析专业教学对“工程材料学”课程的不同要求
“工程材料学”课程是一门重要的学科基础课，是基础课与专业课间的桥梁和纽带，在航空航天主机类专业培养学生实践动手和创新创造能力，提高学生综合素质等方面具有重要作用。在多年的教学实践中，该课程对主机类各专业采用同一标准教学。虽然主机类各专业人才培养有其共性要求，但随着航空航天事业的发展，专业分工越来越细，差异化特征也越来越明显，因此“工程材料学”课程应该充分考虑不同专业的具体需求，结合各专业的课程体系安排教学。飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等主机类专业根据航空领域中的分工培养学生，毕业学生的工作要求有所不同，对知识结构的要求也不一样。就材料方面知识而言，不同专业学生也会有所区别，应按照专业特点纵向划分对“工程材料学”课程的要求。不同专业主要服务对象的材料特点是确定课程要求的主要依据。飞行器设计与工程专业要全面统筹飞行器产品及各部件的设计和制造，主要从事飞行器总体设计、结构设计、飞机外形设计、飞机性能计算与分析、结构受力与分析、飞机故障诊断及维修等工作，要求了解材料科学与工程的发展对现代飞行器设计技术的影响，因此要较全面地掌握主要航空材料的性能、制造等方面的知识，了解轻质高强材料的发展动态和发展趋势。飞行器动力工程专业要求学生学习飞行器动力装置或飞行器动力装置控制系统等方面的知识，主要培养能从事飞行器动力装置及其他热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才。飞行器动力的重要部件对抗氧化性能和抗热腐蚀性能要求较高，要求材料和结构具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。因此，材料在高温下的行为、性能和分析、选择方法应该是该专业“工程材料学”课程的重点。飞行器制造工程和机械工程等专业要针对现代飞行器工作条件严酷、构造复杂的特点，采用先进制造技术，实现设计要求，并为飞行器维护提供便利。该专业要求学生理解飞行器各部件的选材要求，掌握材料的制造工艺。飞行器零部件形状复杂，所用材料品种繁多，加工方法多样，工艺要求精细。很多新材料首先在航空航天领域得到应用，其制造技术具有新颖性的特征，设计、材料与制造工艺互相融合、相互促进的特点非常明显，这就要求学生在“工程材料学”课程中把材料基础打好，适应工艺和材料不断发展的要求。虽然各专业对“工程材料学”课程的要求有所不同，但课程基础一致。该课程名称为“工程材料学”，即明确其重点在于将材料科学与技术的成果运用于航空航天工程，把材料基本知识转化为生产力。“工程材料学”是相关专业材料学科的基本课程，学生要通过该课程了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料等微观和宏观基础知识，学习材料研究、分析的基本方法，掌握材料结构与性能等基础理论，研究主要材料的制备、加工成型等技术，为更好地学习专业课程创造条件，为将来从事技术开发、工艺和设备设计等打下基础。由此可见，在明确了各专业对该课程的个性化要求的基础上，更要明确共性要求。“工程材料学”课程要培养学生材料方面的科学概念，提升材料方面的科学素质，扎实的材料科学与技术知识基础是学生学习专业课程、提高综合素质、培养创新能力的必备条件，是进一步发展的基础。因此，“工程材料学”课程采用“公共知识+方向知识”的模式比较合适，即把教学内容划分为每个专业均要求了解的材料领域知识和根据各个专业特色需要重点介绍的知识两部分，既满足了宽口径、厚基础的教学需要，又注重了后续专业课程学习和能力培养的要求，促进了基础理论和专业应用的融合渗透，较好地满足了材料、设计、制造、维护一体化发展的需要，增强了跨学科、跨专业认识问题、思考问题和研讨问题的能力。
三、多管齐下建设丰富的教学环境
作为一门学科基础课程，“工程材料学”课程要根据学校人才培养创新目标和相关专业的人才培养标准、方案，结合卓越工程师教育培养的要求，注重与专业课程体系的融合，注重与工程实践教育的结合，注重对学生创新意识、创业能力及综合运用知识能力的培养。在充分调研与分析专业人才培养对课程教学要求的基础上，要对课程的教学大纲和内容进行修订，与相关教学环节有效整合，拓展教学活动的空间，营造良好的学习环境和氛围，加强与后续课程及实践活动的联系，解决学科基础课的教学与专业人才培养需求的脱节或不衔接等问题。“工程材料学”在第四学期开设，是一门承前启后的课程。在前期开设的课程中，“大学物理”和“航空航天概论”是两门直接相关的课程。“大学物理”提供了学习“工程材料学”的科学基础，认真分析“大学物理”知识点在“工程材料学”中的应用，有助于学生更好地理解相关概念。“航空航天概论”以航空航天领域的发展为主线，介绍飞行器的组成及工作原理。如果在“工程材料学”课程讲授之初让学生重新回到机库，从材料发展的角度再次审视航空航天的进步，结合材料学的概念研究飞行器的组成及工作原理，会使得学生对该课程有比较全面的认识。在相关专业的后续课程中，有好多课程与“工程材料学”密切相关，如“飞行器总体设计”、“发动机原理”、“先进制造技术”等，如果在“工程材料学”中对有关知识点作简单介绍，可以使学生更好地综合分析相关概念，加深理解。在主机类专业培养方案中，“工程训练”是集中式的工程能力培养环节，其教学内容与“工程材料学”密切相关。“工程训练”教学内容以机械制造工艺和方法为主，包括热处理、铸造、锻造、焊接、车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工、钳工、数控加工、特种加工、塑性成型等，每一种制造工艺和方法都与工程材料密切相关。在以前的教学工作中，材料是加工对象，对材料的性能等的介绍很简单，学生的认识较浅。如果在“工程训练”教学过程中，针对不同的加工工艺和方法对材料作较深入的介绍，从应用的角度分析不同材料加工工艺和方法的适应性，可以促进学生把材料理论知识的学习和工程实际联系起来。通过让学生分析研究实际材料在加工过程中的表现来认识材料的性能，通过感性认识来体会材料变化的规律，把深奥的材料科学理论知识和生动形象的加工过程结合起来。这样不仅强化了工程训练效果，还能让学生把材料的知识学活，留下更深刻的影响，更好地发挥学生的潜力。航空航天主机类专业的课程设计是重要的综合学习环节。课程设计任务一般是完成一项涉及本专业一门或多门主要课程内容的综合性、应用性的设计工作，通过一系列设计图纸、技术方案等文件体现工作成果。很多主机类专业的课程设计涉及材料的选用、处理等方面的问题。按照教学计划，“工程材料学”先行开设。因此，在相关课程设计中，有目的地提出材料问题，引导学生在更广的范围里选材，在更加深入的层面上分析材料性能，可以更好地调动学生自主探究材料科学的积极性，帮助学生把材料知识转化为初步的工作能力，克服课程知识的碎片化倾向。
四、结语
航空航天是现代科学技术的集大成者，该领域发展很大程度上取决于材料科学技术的进步。材料学是航空航天工程技术人员知识结构的重要组成部分。“工程材料学”要按照现代大工程观的要求组织教学，才能实现教学目标，提高培养质量。航空航天领域和材料科学技术发展，极大地丰富了“工程材料学”的教学内容。要根据学科领域的发展需要选择教学内容，按照理论实践结合、突出工程应用的要求构建知识体系。在教学工作中，应根据不同专业的培养要求，深入研究材料学的基本要求和各专业的发展方向，形成“公共知识+方向知识”的“工程材料学”课程结构，提高教学效率。统筹考虑专业教学与其他课程的联系，以及课程设计、工程训练、毕业设计等教学环节，以“工程材料学”课程为中心，注重课程的纵向推进和知识的横向联系，不断加深对材料学的理解和掌握，培养多角度研究分析、跨专业交流合作、多学科解决问题的能力。
作者:汪涛 周克印 单位:南京航空航天大学材料科学与技术学院
参考文献：
[1]朱张校,姚可夫.工程材料[M].北京:清华大学出版社,2011.
[2]周风云.工程材料及应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.
[3]王少刚,郑勇,汪涛.工程材料与成形技术基础[M].国防科技出版社,2016.
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