浅析《材料科学基础》教材的选择与教学内容的改革

1、    浅析材料科学基础教材的选择与教学内容的改革    摘 要：随着教育与教学改革的不断深入，材料科学基础课程的内容也在不断更新。笔者结合自身的教学实践，对已出版的部分材料科学基础经典教材进行了简要的对比，分析了选用教材时需要注意的问题，在此基础上，结合本校实际对相应的教学内容也进行了改革尝试，以达到提升教学效果的目的。关键词：材料科学基础;教材;教学改革：g642         ：a材料是科技发展的先导和基础，新材料的开发和应用推进了人类文明和科学技术的发展。反之，现代

2、科技的发展也推动着各类材料从多样化、单一化走向一体化和复合化，使得各种材料性能之间互相交叉，学科内容也在不断融合。因此，未来科学技术综合化的趋势将对人才培养提出新的要求，培养既掌握材料科学的基本原理，又通晓各类材料的制备与加工、组成与结构、性能与应用等系统知识的大材料专业人才，已成为新世纪人才培养的主要出发点。1998年，教育部对本科专业目录进行了调整，材料类专业大幅合并，设置了宽口径的材料科学与工程专业。自此，材料科学与工程专业的教学也从原来的精细化、专业化逐渐调整为“厚基础，宽专业，强能力”的培养模式。在这种趋势下，许多院校都将原来分属不同系别的相关材料专业进行整合重组，在教学体系和教学内

3、容上进行大幅度的改革。纵观材料科学基础所包括的内容可知，其涵盖金属、无机非金属、高分子、复合材料等分支，涉及固体物理、固体化学、晶体学、物理化学等基础理论。该课程内容繁多、涵盖面广、理论性强、部分概念抽象，使得在有限的教材篇幅和授课学时内，完成上述诸多内容的讲授与学习成为很多材料类专业课教师和学生的一项严峻挑战。为此，许多院校都力图在反映学科发展的基础上，突出各种材料的共性知识，并结合院校自身的办学特色及人才培养目标，编著了各种版本的教材，旨在提高教学质量与教学效率，培养顺应社会需求的复合型人才。一方面，这些教材的侧重点各有不同，为该门课程的学习提供了很多有价值的参考，另一方面，这也为其它院校

4、的师生们选择合适的教材增加了一定的障碍。因此，作为大学专业课教师，要把握学科发展趋势，评价学生的知识背景，结合本校专业特色，综合评价各类教材内容体系，选择合适的教材，并尽可能在课堂教学中根据所在学校的实际情况和学生的具体需求对教材内容进行适当的调整和取舍。笔者结合自身的教学实践，对现行的材料科学基础教材进行了简要的对比，在此基础上，对相应的教学内容也进行了改革尝试，以满足“宽专业口径”人才培养的需要。1教材的选择教材是进行教学工作的主要参考资料，教材质量将直接影响人才培养的质量。由于材料产业的飞速发展，人才需求的不断演化，使得材料科学基础课程的教学大纲及内容也在不断发生着变化。经典教材不断涌现

5、，并不断更新版次以适应教育改革的需要。该课程教学内容的设定、深度和广度决定着学生培养中关于材料科学基本理论的深度和知识面的广度，并影响着后续课程的展开、实施及教学效果。因此，材料科学基础课程在材料专业课程体系中起到重要的桥梁及先导的作用。目前，已经出版的仅仅以材料科学基础命名的教材就达到30多种，此外，还有很多相似名称的教材，如材料科学与工程基础、材料科学导论等，以及众多的更加侧重某种具体材料的衍生教材，例如，无机材料科学基础、无机非金属材料科学基础、金属学原理、纳米材料科学基础、高分子材料科学基础等。如何根据自身需求在琳琅满目的教材中选择合适的教材应用于教学实践中，成为材料类师生面临的共同难

6、题。上述各版本的教材，虽然整体上有一定的相似性，但是，不同教材之间的内容深度、广度、可读性、适合的学时数等都存在较大的差异。举例来说，仅仅就教材的页数进行粗略的比较，北京科技大学余永宁版本的教材，页数有806頁，天津大学靳正国版本的教材页数为249页，显然，这两个版本的教材适用的学时及教学目标必定存在明显的差异。下表1中，我们列出了部分国内高校使用较多的教材的信息。从专业发展的历史来看，材料科学基础课程主要由各院校的优势专业拓宽而来。大致分为两类，一是由金属学原理及金属材料学拓宽而来，典型的如北京科技大学余永宁版本及上海交通大学胡赓祥版本等。另一类由硅酸盐物理化学或无机材料学发展而来，典型的如

7、武汉理工大学张联盟版本等。而高分子材料与复合材料一般由独立的专业课程讲述，通常不作为材料科学基础的重点内容，在材料科学基础中只做一般性的概述。由于各院校学科基础、师资力量、生源情况、培养方向以及毕业生就业去向等差异较大，因此，各校的课程体系和教材不可能是同一种模式，更不可能编写出一本适合所有学校的统一教材。结合我校该专业人才培养目标的具体特点，我们选择了上海交通大学出版社发行的材料科学基础教材作为本课程的主要参考书。该教材着重于基本概念和基础理论，内容的深度和广度适中，具有科学性、先进性和实用性。特别是，该教材最后一章对功能材料的电、磁、热、光性能作了简要论述，使该课程与后续系统性专业课的学习

8、起到了较好的衔接作用。在授课过程中，我们还主要参考了武汉理工大学的版本，对教学内容进行了一定的重新组合遴选。教学过程中注重课程的广泛性和基础性之间的权衡，并结合适当的习题集及考研真题来帮助同学们更好的消化、巩固所学知识。2教学内容的改革随着材料科技的飞速发展，教材内容也在日益增多。在有限的学时内，我们不可能也没必要对所有内容进行全面讲解。因而，为达到良好的教学效果，必须坚持“有所为，有所不为”，精讲重点内容，淡化部分细节，根据培养计划与学生的认知特点来调整教学内容。虽然我们选择了上海交通大学版本的教材作为课程的主要教材，但是，我校与上海交通大学的学科基础、培养方向以及毕业生的去向等存在显著差异

9、，因此，我们对实际教学过程中的教学内容进行了重组和优化。为了学生可以更清晰的掌握材料科学的基本概念、基本理论、基本方法，我们在教学过程中强调各类材料微观结构与宏观性能这一材料共性问题，尽量涵盖金属材料、无机非金属材料、高分子材料等的共性特征，弱化涉及较为具体的某种材料的性能与结构特征，而将其留给后续的专业主干课程讲述。在固体结构一章，对合金相结构、准晶与液晶的结构，只讲解基本概念，不做深入分析，删减相对独立的位错的弹性性质章节的内容，同时，对材料的形变与再结晶章节的内容，除重点分析塑性形变的基本方式以外，其余内容只做浅显的概述。此外，我校的材料专业整体上是以电子科技与电子材料为特色的，所以，在

10、实际教学中，笔者尝试将一些半导体材料的科学实例与科研进展引入到教学内容当中。例如，在讲授材料缺陷章节时，增补了缺陷反应方程式的概念及书写规范，分析了高、低价掺杂与半导体类型之间的关系，并增补了非化学计量缺陷与本征半导体的联系。在材料的扩散章节，引入集成电路芯片制造工艺中的高温扩散和离子注入工艺案例，分析材料中的扩散问题。诸如此类的尝试，使得教学的时效性得以体现，使学生感觉到学有所用，增强了学生的学习兴趣与学习效果。对于学时限制无法精讲的内容及更多的工程案例，我们尝试引入网络课堂，将相应的课件及资料上传至网络教学平台，供学生自学参考。最后，在教学中辅以适当的习题，特别是名校考研真题，进一步强化课程的重点内容，帮助学生梳理课程的知识框架，对培养学生的创新思维以及解决问题的能力也是大有裨益的。3总结为适应新材料技术的飞速发展与人才培养的需求，材料科学基础课程的教学大纲和教学内容也在不断更新。材料科学基础作为重要的专业基础课程，既要突出基础性，又要适当反映学科的前沿进展。因此，各院校应根