中国材料科学的发展范文

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【关键词】 材料学;材料科学基础;教学改革

材料是人类生存和发展的基础。纵观人类利用材料的历史,可以清楚地看到,每一种重要材料的发现和利用,都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平,给社会生产力和人类生活带来巨大的变化,把人类物质文明和精神文明向前推进一步。可以说没有半导体材料的开发和工业生产,便不可能有目前的计算机技术和现代信息技术革命;没有现代的高温高强度结构材料,便没有今天的宇航科技;没有低损耗的光导纤维,便不会出现光纤维的长距离传输,也无当前的光通信可言。高等院校深刻感受到材料对社会影响的方方面面,深刻认识到现代社会对材料学方面人才的需求。

我国各大高校纷纷设立了材料学院,并建立健全了材料学方面各类培养课程。材料科学基础是材料学专业学生必修的专业基础课。通过材料科学基础课程的学习, 可使学生掌握材料科学基础领域的基本理论知识和实验操作技能,以利于学生学习材料学专业的后续课程。[1-6]本论文通过分析材料学专业材料科学基础课程教学中存在的问题,阐明了材料学专业进行材料科学基础教学改革的必要性,并结合本人讲授材料科学基础过程中的体会,初步探讨了如何提高材料科学基础的教学效果,并对教学内容,教学方法等方面的改革进行了探讨。

1.材料学专业材料科学基础教学改革的必要性

随着现代社会对材料学人才的大量需求,材料学专业已逐步成为全国各大高校重要的组成部分,但由于专业的性质,材料学专业也是高校中最难学习的专业之一。要成为一个材料学专业合格的本科毕业生,既要具备化学方面的基础,又要物理方面的基础,还要掌握材料化学,材料物理等材料专业的知识。但由于学生大学学习的时间是有限的,这就造成材料学专业课程设置时,存在“课时紧,任务重” 的问题。以材料科学基础为例,材料学专业材料科学基础授课时间一般不少于120学时,而纵观全国各大高校材料学专业,材料科学基础通常为54学时,个别为72学时,且大多没有实验。这并不意味着材料学专业对材料科学基础的要求低,而是由于材料学专业课程多、学时紧等原因导致的无奈之举。材料科学基础学时少造成学生对材料科学基础的知识掌握肤浅,很难真正体会材料科学基础的本质,同时也影响了后续材料学专业课的学习。另外,不设材料科学基础实验,学生的动手能力得不到锻炼,在进行后续课程时没有任何基础,从而影响了其它材料学专业实验的顺利进行。总之,材料学专业材料科学基础教学存在的诸多弊端已严重地影响了材料学专业学生的正常学习,因此,材料学专业材料科学基础教学改革势在必行。

2.材料科学基础的课程内容和特点

材料科学基础是一门古老又新兴的课程,它是一门理论性强,内容丰富,掌握起来有相当难度的课程。同时,它也是一门重视实验,能够培养学生动手能力的课程。具体来讲,材料科学基础主要内容分为三大模块:第一模块为晶体结构和缺陷,包括各种晶体的空间结构、可能出现的各种缺陷及缺陷的表示法。本模块内容约占总学时的25%～35%;第二模块为原子及分子运动、材料的变形和再结晶,本模块内容约占总学时的45%～55%;第三模块为单元及多元相图,包括晶体的凝固和相图的关系、相图的分析等,本模块内容约占总学时的15%～25%。分析各模块的主要内容,可以提炼出材料科学基础主要包括晶体的结构及表示方法。[7-9]

3.材料学专业材料科学基础课程改革研究

3.1 教学内容改革

根据材料科学基础的主要内容和课程特点,结合材料学专业对材料科学基础的要求,我们对材料科学基础教学内容主要进行了如下改革:“精简内容,把握重点,强调相关。”材料科学基础经过上百年的发展,内容已经相当丰富,而且还在不断更新。如此庞大的内容仅仅通过短短的54学时或者72学时来顺利完成全部教学内容几乎是不可能的,因此,精简教学内容是材料科学基础教学必须进行的环节。针对材\料学专业的特点和材料学专业对材料科学基础的要求,并考虑到材料学专业材料科学基础没有实验的实际情况,我们对这三大模块进行了以下改革:首先,精简第三模块的内容,使其仅占总学时的5%,同时在第三模块中加入15%的实验内容,从而使学生掌握基本的实验操作;其次,把握第一模块的内容,第一模块为材料科学基础基础知识和基本理论,是材料科学基础学习的重点,这部分的学习可以使学生初步了解材料科学基础的本质,同时在第一模块增加材料科学基础的x衍射、透射电镜等基本的表征手段的学习,这部分内容达到总学时的40%;最后,强调第二模块中与材料学专业相关的材料科学基础内容, 占总学时的40%。第二模块的内容非常繁多,我们通过学习原子和分子的运动规律、材料的形变及再结晶规律,使学生能熟练掌握与材料学专业有关的材料科学基础知识,为后续材料学专业学习打下基础。

3.2 教学方法改革

材料科学基础是一门看似简单,但掌握起来却有相当难度的课程。在教学过程中必须尽快让学生掌握材料科学基础的学习方式,跟上上课节奏,学生才能有效地掌握这门课程。这就要求在教学过程中必须改革传统的灌输式教学方法。在教学实践中通过借鉴前人的经验和总结自己的教学过程中的教训,在教学方法上主要做了以下改革:(1)通过现实的例子,引发学生学习材料科学基础的兴趣。针对材料是科技的基础这特点,通过材料的突破实现国家的科技发展的例子,增加学生学习材料科学基础的兴趣。同时,介绍材料科学基础与材料学专业其他课程的关系,使学生了解材料科学基础对其专业学习的重要性,引起学生对材料科学基础学习的高度重视。比如讲到晶体结构和由于掺杂引起的缺陷内容时,可以介绍当前高科技领域的发展基本都是通过掺杂引起材料能带发生变化的特点,激励同学们努力学习好这门大部分高科技所需要的基础知识,为将来祖国的发展作出自己的贡献;同时介绍材料学专业方面的所有专业课或多或少的与这们课有关联的特点,使学生了解材料科学基础对其专业学习的重要性。(2)以晶体结构为主线,引导学生深刻理解物质的结构决定性质的原理。为了让学生更好地掌握晶体的结构缺陷和性质的关系,如必须使学生真正理解什么是位错运动,实际晶体结构中的位错是什么样子。(3)通过课本目录,帮助学生学会总结,比较,归纳。材料科学基础内容琐碎繁多,在学习过程中,必须及时总结,比较和归纳,才能将材料科学基础的内容形成整体,不致前面学的很快就忘记,影响后面内容的学习。在教学过程中,针对学生在长期学习过程中不看目录的缺点,我们强调了目录的作用。比如学习完一章后引导学生根据目录回忆本章主要内容,象本章包括几节,每节主要讲了什么主要内容,其中重点是什么等。然后引导学生比较这一章与前面几章的联系和区别。最后,分析学过的内容,总结和归纳出要掌握的主要内容。(4)逐步引导,培养学生自学。大学教学的一个很重要的任务就是教会学生自学,学生在学习材料科学基础的过程中对于晶体的结构和三元相图,掌握起来具有较大难度,需要老师讲解,但对于原子结构和键合相对简单,可以通过在老师引导下,学生自学的方式掌握。这既节约了学习时间,又有效地锻炼了学生的自学能力。(5)通过做凝固和晶体结构分析实验使学生对书本上学的凝固原理和晶体结构缺陷有更深入的了解,如让同学门把铁碳合金熔化后浇注在砂型腔里铸造成钢锭,研究是凝固原理对其结构的影响,然后把凝固后的钢锭用xrd(x射线衍射),研究其晶体结构和晶体缺陷,同时把钢锭磨平后在显微镜下研究其晶相,找出成分中的马氏体等晶相组织,与书上的相图对比,加深对书本上知识的理解。

3.3 考试方式改革

课程成绩的考核是课程的重要内容,考核方式对教学效果有很大的指导作用。针对材料科学基础的特点和主要内容,我们将材料科学基础的考试方式分为三块,一是传统的闭卷考试,占总成绩的60%,二是平时成绩,主要是作业完成情况和每章主要内容总结等,占20%,三是实验情况,在学生的实际操作中,考察学生的动手能力,以及通过实验考察学生对课本内容的理解能力占20%。其中在闭卷考试中,我们强调了课本的基本知识,同时,有相当数量的综合题主要考察学生对所学的内容的综合应用情况,而概念题则考察学生对材料科学基础结构和本质的理解情况。

4.结论

通过以上教学改革探索,激发了学生学习材料科学基础的兴趣,加深了学生对材料科学基础这门课的理解,为后续的材料学专业的课程学习打下了坚实的基础。

参考文献

1 张莉芹.“材料科学基础”多媒体教学浅析[j].中国冶金教育,2008,5:58-59.

2 张建新. 《材料科学基础》本科教学的改革与实践[j].科技信息,2009,21:114-115.

3 王小槐,张照军.《材料科学基础 综合设计型实验教学的探索[j].实验室研究与探索,2004,23(1):62-64.

4 杜双明.材料科学基础课程教学质量保障系统[j]. 技术与创新管理,2008,29(6):649-651.

5 付猛,沈榕.论材料科学基础课程建设的基本原则[j].时代教育,2008,10:44-45.

6 王章忠, 张祖凤, 巴志新. 应用型本科《材料科学基础>>课程建设与改革[j]. 南京工程学院学报(社会科学版),2005,5(2):65-66

7 胡赓祥,蔡珣.材料科学基础[m].上海:上海交通大学出版社,2002.

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【关键词】材料科学与工程专业 新创新型人才 培养模式

【中图分类号】G647【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2010)06-0031-02

一、引 言

现阶段我国高等教育从“知识传授”向“能力培养”转变,从“精英教育”向“大众教育”转型,单一的学科发展很难培养出社会适应性好、厚基础、宽口径、高素质复合型创新人才。[1]材料科学与工程专业作为我校的优势学科,担负着服务西部地方经济建设的重任。探索如何培养适应服务西部、面向全国的厚基础、宽口径材料类人才是学校人才培养方面的重点研究课题。

过去在材料类专业人才培养中,按工种(行业)分割专业的单一培养模式已很难适应当前市场经济发展及毕业学生就业模式发生的变化。[2]国家通过四次专业大调整、四次材料学科专业目录调整和修订,在学科领域发展上已从单一的材料物理;材料化学;金属、非金属材料;高分子材料领域向交叉融合的方向发展,较大程度的拓宽了专业知识面。[3]随着材料科学与工程专业规范、专业目录的制定,学科知识体系趋向多学科、交叉融合发展,新材料的研发和工业化生产与材料的应用管理之间的有机联系正成为发展的主要趋势,这些变化将导致材料类专业教学体系、教育手段、教学方法与内容等诸多因素发生变革,势必导致专业教育模式的重大转变。

近年来,依托材料工程领域国家级人才培养模式创新实验区建设,我校材料科学与工程专业在人才培养模式的探索上取得了很大的发展。建立了以材料的结构与成分、合成与加工、服役行为和性能四个基本要素为核心的知识体系,以材料科学与工程一级学科招生,按材料科学、材料工程、材料应用三个专业方向培养的创新型人才培养模式。从培养目标、课程体系设置等方面突出“科工贸并举,理工管渗透”的办学特色,体现了各学科间的相互融合和支撑,有利于培养厚基础、宽口径、高素质的创新复合型人才。

二、我校材料科学与工程专业发展历程

我院材料科学与工程专业最早可追溯到1956年开办的“混凝土及建筑制品”专业,即为后来的“水泥”专业前身,1979年撤销。1970年增设了西北地区唯一一家“耐火材料”专业,1993年,经原国家教委批准,又增设了“无机非金属材料”专业。1999年国家专业大调整,将“硅酸盐工程”专业和“无机非金属材料”专业合并为“无机非金属材料工程”专业。学院为了较大程度地扩大学生知识面,结合我院本专业发展历程,当时的“无机非金属材料工程专业”按一二年级统一培养,三年级分为“水泥、无机即耐火材料、建材”三个模块培养,这就成为当前新创新型人才培养模式的前身。2002年“无机非金属材料工程”专业调整,将其提升为“材料科学与工程”专业一级学科招生。三、新创新型人才培养模式的构建

1.培养模式的确定

全国200多所普通高校都设有材料科学与工程专业,其主要教育模式有三类:①基地班/试点班模式;②一、二年级统一开课,不分专业,三、四年级按二级学科分专业进行教学;③按照一级学科招生,按二级或三级学科进行培养。

结合我校办学实际,以及我校材料科学与工程专业的专业改革,从2002年开始我校材料科学与工程专业按材料科学与工程一级学科招生,以原有无机非金属材料工程专业为背景,下设的材料科学、材料工程、材料应用自主设立办学方向,这是独立于前三种教育模式之外的,具有我校特色的办学模式。这一培养模式的建立对其它开设有材料类专业的本科院校具有一定的参考和示范作用。

2.培养目标的定位

依据材料“四要素”,坚持“以无机非金属材料为主,向金属材料渗透,与土木建筑学科交叉融合”为特色的办学思想,在本科培养方案及课程设置制定中,将一级学科分为三个专业方向培养:即材料科学、材料工程与材料应用。

材料科学方向重点培养具有从事材料性质研究和新材料研发方面知识的高级专门人才;材料工程方向重点培养掌握各种材料工业化的生产技术、工艺过程和系统控制等方面知识的高级专门人才;材料应用方向重点培养具有材料的应用推广、流通中的材料管理、性能检测、商务活动等能力的高级专业人才。

3.培养方案的修订

学校在2004版、2008版培养方案的基础上,围绕教学改革的主导思想,结合社会人才市场的需要,按照材料科学与工程专业3个方向具体培养目标,对教学计划进行认真细致的研讨与修订,我校材料科学与工程专业2009版培养计划更加突出三个办学方向各自的办学特色。

(1)材料科学方向以高温陶瓷材料为背景,注重材料性能及结构表征研究、新材料研发,兼顾材料工艺设计与开发,以高温陶瓷材料和冶金工程专业的交叉融合为特色。

(2)材料工程方向以无机非金属材料为背景,注重与材料的规模化工业生产相关的理论及技术,以生态建筑材料新工艺、新设备开发为特色。

(3)材料应用方向以建筑材料为背景,注重建筑材料在土木工程中的应用,相关理论和技术以及土建施工过程中建筑材料的物流和管理,以建筑材料与土木工程及工程管理专业交叉融合为特色。

4.课程设置体系的构建

结合学校学分制改革,材料科学与工程专业2009版培养方案对原有培养方案总学分进行了压缩,课程设置由必修课、选修课(公选课、限选课、任选课)、实践性教学环节3部分组成,其中适当压缩必修课(尤其是专业必修课),增加了专业类选修课,提高了实践环节的比重,更加注重扩大学生知识面,培养学生的实践、创新能力。2009版培养计划中必修课、选修课、实践性教学环节三者比例为53∶22∶25。

课程体系设置在充分满足三个培养方向所需的共同理论与实践基础的同时,还按照三个方向各自的特点处理好各个方向之间的交叉、渗透和融合。三个方向具有相同的基础课和专业基础课,如:数理化、制图、英语以及材料科学基础、材料工程基础、材料研究方法等公共基础及专业基础课;在专业课模块中,开设具有各自特色的专业方向课和专业方向选修课,在满足学生兴趣的同时,扩大学生的知识面。

为了规范课程内容及知识体系,学校以材料科学与工程专业规范为依据,结合材料四要素,确定了知识领域、知识单元和知识点三个层次的知识体系。由知识点的任意组合来确定教学大纲,使课程体系更具体,实现课程设置、教学大纲的规范化,克服了任意设课、课程名称与教学内容不符等弊端。

5.教学手段、方法的改进

随着现代化教学手段不断成熟,多媒体课件、各类专业课程网站逐渐走进课堂,多媒体动画将繁杂的公式、实验等以动态化的形式向学生讲授。通过近几年的努力,我院《材料工程基础》、《土木工程材料》已获评省级精品课程,《材料科学基础》、《材料物理性能》获评校级精品课程。并在原有“材料与标本陈列馆”的基础上,结合先进网络技术和数字技术,建设“材料与矿物数字博物馆”网站,提高材料类相关学科及课程的教学质量。在双语教学方面,2007年开始在专业选修课部分增加双语内容,为了让学生更快的了解材料学科的前沿发展,学校在2009版培养方案中将双语课程提升为专业必修课,极大地促进了双语教学的开展。

6.创新平台的搭建

近年来,学校利用多年来在材料科学与工程领域所积累的雄厚的科研实力和完备的科研设施条件,不断为本科教学搭建平台。以“产学研”结合的培养模式,科研带动教学,加强本科生实践创新能力培养。学院依托“省部共建西部建筑科技重点实验室”;“国家级材料工程领域人才培养模式创新试验区”;8个国家级、省部级以上工程中心;10个校企工程中心和12个校外实习基地的建设,听取来自科研、生产一线的校外专家意见,着力实现理论教学和实践教学内容与社会的发展需求紧密结合,解决好青年教师和学生实践能力不强的问题,提高师资总体水平,改进实习基地及实验室条件。确保既有“科工贸并举,理工管渗透”的培养方向,又具有培养知识面宽、基础雄厚、综合实力、实践能力较强的复合型、创新型材料类本科专业人才的培养目标。

四、结束语

1.我校材料科学与工程专业本科按照材料科学与工程一级学科招生,按材料科学、材料工程、材料应用三个专业方向培养,从培养目标、课程体系设置等方面突出“科工贸并举,理工管渗透”的办学特色,体现了各学科间的相互融合和支撑,有利于培养厚基础、宽口径、高素质的创新复合型人才。

2.我校材料科学与工程专业按照材料的四要素确定了合理的专业培养目标及课程教学体系,并按照学科发展不断完善培养方案、规范课程教学,促进教学质量的提高。

3.学校通过创新平台的搭建,使教学内容及实践环节更贴近社会发展的需要,按照“产学研”结合的培养模式,以科研带动教学,同时促进学生实践能力及创新能力的提高,有助于培养知识面宽、基础扎实、实践能力较强的创新型材料类专业本科人才。

参考文献

1 张胜利、张小绒.厚基础宽口径培养高素质人才――关于高校本科教育培养模式的思考.中国林业教育,2007(4):11～14

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关键词：航空航天材料;专业英语;教学;改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）40-0092-02

航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一，也是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器及其装置的设计，不断地向材料工程提出新的课题，推动了航空航天材料科学的进步。各种先进材料的出现也为飞行器及其装置的设计提供更多的可设计性，极大地促进了航空航天技术的发展。因此，先进航空航天材料的开发、研究与应用反映了一个国家的工业水平与航空航天技术，关系到一个国家的综合实力与国际影响力。因此，各国都把先进材料的研究和开发放在重要地位。尽管我国近年来在航空航天材料的研发方面取得了巨大进展，但仍然与发达国家存在较大的差距。因此，需要不断学习和引进国外的先进技术和经验。而国外相关资料都是英文出版，这就需要航空航天材料方向的学生具有较高的材料科学与工程专业英语的听、说、读、写能力，以完成获取专业所需信息等任务。

材料科学与工程专业英语是一门语言应用与材料专业知识紧密结合的课程。它不但涉及英语科技文体的语法特征和材料专业技术文献的语言特点，而且涉及一定的专业技术内容及科技信息交流。课程目标是培养学生具有较强的专业文献的阅读能力，进一步提高学生的听、说、写、译能力，使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法，提高文化素养，以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。课程的教学目标是：掌握一定量的与材料科学与工程专业有关的常用单词和常用词组，并掌握一定的构词法知识，具有识别生词的能力，能顺利阅读专业相关的英文原版教科书、参考书及专业论文。但现行的教学模式在教学管理与培养方式中存在许多问题亟待解决，目前也没有针对航空航天方向的材料科学与工程专业英语教材。因此，迫切需要完善教学内容，优化教学方式，改编教材，以全面提高材料科学与工程专业英语的教学质量。

一、改编现有专业教材，扩展学生专业视野

浏览现有大部分的《材料科学与工程专业英语》教材可发现，内容基本是《材料科学概论》或《材料科学基础》的英文版本的改编，实际是英文版的专业教材，不具专业英语教材特点。而且教材内容的更新速度慢，与国际上材料科学的快速发展不相适应，学生阅读起来单调、枯燥。因此，在现有教材的基础上，急需编写新版实用性教材。新版教材需兼顾英语的语法特点和材料专业技术知识，既强调专业基础理论知识又涵盖国际研究前沿趋势。

从提高学生的听、说、读、写及翻译的综合能力着手，按照从难到易的教材内容顺序，突出航空航天行业背景及新技术特点，完成《材料科学与工程专业外语》教材的设计与撰写。从教材章节编排上，按照先介绍语言知识后介绍材料专业的顺序布局。可以在开始的章节介绍科技英语的构词、语法的特点以及专业学术文章的撰写规则。随后的几个章节，简单介绍材料的基础理论知识，学生可以结合以前学习的材料专业知识进行这部分的学习。目的是给学生介绍英文专业词汇，让学生逐渐熟悉专业英语的阅读。随后，在材料学的专业知识内容上，结合专业基础课程，着重介绍和航空航天技术紧密相关的材料研究内容，例如飞机结构复合材料、高温材料、隐身材料、非晶材料、太阳能材料等。同时，为了进一步提高学生阅读和理解专业文献资料的能力，提高学生从专业文献中获取重要信息和跟踪学术研究前沿的能力，教材还可以向学生介绍利用互联网站和相关的学术期刊网站获取最新专业文献的方法。并且，从材料专业高质量的国际期刊上精心选取一些难度适中的综述性和研究型的论文作为课堂教学内容。由于这些论文内容新颖且紧密跟踪本领域的研究前沿，学生也易于接受。这样，既提高了教学效果，也使学生对专业英语的重要性有了更深地认识和理解。

二、丰富课堂教学内容，夯实学生基本功

调研各高校材料专业的本科生教学计划，发现专业英语课程设置在第七至第八学期，大四学生对英语学习逐渐变得陌生，如果直接面对专业英语的学习，势必会造成学生学习的困难。因此，教师除了教授教材的内容外，可以适当拓展相关内容的英语学习，提高学生的学习兴趣。

从知识结构设置上，可以根据学生毕业后学习、就业及工作的实际需要，突出对学生专业英语实际应用能力的培养和训练。为了突出实际应用能力培养及常用交流，可按照先读后写，先听后说的思路，来对学生进行专业英语实际应用能力的训练。通过由学习模仿到实际应用的教学模式，重点培养撰写英文摘要、写推荐信、求职信、会议常用发言以及模拟求职对话等能力。除此而外，还可以就学生即将面临的毕业设计论文撰写，展开介绍和讲评。“学以致用”，而实际应用是学生学习的动力。学生一旦体会到能从专业外语的学习中获益，便会提高学习的积极性，促进专业英语的教学。

为了增加教学内容的趣味性，在实际教学过程中增加一些与课文内容相关的最新外文视频。材料科学与工程是一个大专业，其中又有金属材料、高分子材料及陶瓷材料等二级专业，因此除了完成教材的教学内容外，还应针对不同专业分门别类地介绍材料的最新的实际应用。介绍时，可以从互联网上搜索最新的文字资料，也可以搜索最新的视频资料，其中视频资料更生动，因此受到学生们的欢迎。比如在讲解金属材料和复合材料时，可以给学生播放波音、空客等制造飞机发动机及机身结构的最新技术视频。还可以通过播放如太阳能电池、风力发电技术及3D打印技术等视频，加深学生对陶瓷材料、功能材料及复合材料在新能源及新技术领域的应用认识。因此，通过利用多媒体技术的视频资料，不但可以提高学生的英语听力，扩充学生的词汇量，还可以使学生在轻松的学习氛围中了解相关技术的应用前沿，深化在学生对航空航天材料科学与工程的认识。

三、改革课堂教学方法，提高课堂教学质量

材料专业英语是一种正规的书面体，专业词汇多词形复杂、句子长，且与专业知识结合紧密，相对于基础英语来说，缺少文学作品中的韵律、节奏感，读起来抽象、枯燥，造成教师讲授、学生学习的兴趣不高。如果采用传统的专业课程的讲课为主的教学方法，势必不能有良好的教学效果。因此，应该结合英语课堂教学和专业课的教学特点，采取多元化的教学方法，对学生进行课堂教学。

可以采取英语课堂的教学，让学生随堂朗读教材内容，学生在读的过程中，既熟悉了教材内容，又对英语的“说”有提高。随后，对学生进行分组，讨论分析教材内容，或者也可以提出一个小话题，学生可进行问题的分析并提出解决方案。这样，既提高了学生的英语口语技能，也加强了学生分析专业问题的能力。课后布置适量的课后翻译作业，可以是对教材内容的翻译也可以是对课堂增补内容的翻译，通过英汉互译的环节，巩固课堂教学内容。在课程结束前，还可以穿插学生就自己的毕业设计方向，做一个简短的英文讲座，既可以对课堂教学效果进行测试，也可以提高同学们的口头表达能力，增加同学们英语交流的信心。

在进行课堂教学的时候，如前所述，可以围绕课堂教学时的内容，充分利用互联网技术，为学生补充国际上航空航天材料的最新研究成果和先进的应用实例，可以是文字资料也可以是视频文件的学习。进行文字资料的学习时，可以采用先朗读后分析、翻译的方法，逐步分解。进行视频资料的学习时，教师应提前将语音资料转换成文本资料，课堂上可以进行边视听边进行讲解，让学生在愉快的氛围中进行学习，进而达到良好的课堂效果。

四、结语

我国航空航天技术的发展对航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人员必须及时关注国际发展，密切和国外学术交流，才能保障材料领域的不断进步，这就对科技人员的专业英语要求也不断提高。因此，通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化，来全面培养学生的读、听、说、写、译的综合能力，增强学生的国际竞争力，为航空航天材料技术领域输送优秀人才。

参考文献：

[1]李成功.航空航天材料[M].国防工业出版社，2002.

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[4]陆江银，王春晓.化工专业英语教学方法探讨[J].黑龙江教育学院学报，2011，（01）.

[5]孙丽丽，毕凤琴，张旭昀.金属材料工程专业英语教学改革实践的认识与思考[J].时代教育（教育教学），2010，（05）.

[6]徐征，陈利生，余宇楠.关于高职院校冶金工程专业英语教材建设的思考[J].中国校外教育，2011，（11）.

[7]董世艳.石油相关专业研究生专业英语词汇学习策略研究[D].长江大学，2013.

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关键词：装饰艺术；精神艺术形式

中图分类号：J525 文献标识码：A

文章编号：1005-5312（2012）21-0184-01

一、装饰艺术的发展现状及影响因素

（一）装饰艺术发展

装饰艺术的起源与人类文明的发展是一致的。在考古中发现的北京周口店人的遗址，出现的骨器、砾石，不仅带有色彩的区分，同时在砾石中穿孔，专家推测即为猿人作为装饰之用。追溯至今，现代装饰开始接受国外科技的影响，从单纯工艺美术范畴转变为与高技术材料结合，出现了多种多样的表现形式，如塑料材料、人造纤维等技术的使用。

（二）材料科学与装饰艺术发展的关系

装饰艺术的实用性与附属性决定了装饰艺术与材料具有不可分割的关系。这个特点也有别于其他学科的单一限制因素。远古时期，社会的不发达决定了生产力的有限，所以在装饰材料上只能以打制石器、天然材料为主，用材单一。伴随着人类文明的进步，科技开始与艺术结合。中国国家大剧院顶棚的设计，采用了钛金属作为顶层饰材，解决了防腐，防变形等设计要求，是我国装饰材料技术的重要进步。因此可见，科学材料制约了装饰艺术的发展，我们应努力研究新材料，向符合可持续发展、和时代进步的方向前进。

二、装饰材料的发展现状及对装饰艺术的影响

传统的装饰艺术材料与同时代科技发展水平是一致的。如陶器、青铜器、蜡染、剪纸的使用等。现代的装饰艺术则强调简约、个性的表达，重视回归自然材料，以可持续发展为原则，注重环保性、安全性和节能性装饰材料的开发和使用。

（一）新型装饰材料的发展以及在装饰上的应用

随着材料科学日新月异的发展，装饰材料也是应用于人类生活的各方面之中。建筑装饰材料的品种很多，本文以室内装饰材料为例，介绍了新型装饰材料的实际运用。

在室内设计上，装饰材料以实用、经济和环保为主。分为顶层装饰材料，墙面装饰材料和地面装饰材料。顶面的装饰材料，通常有轻质板吊顶、玻璃吊顶、金属板吊顶等形式；2003年欧共体研究中心公布的科研成果——智能涂料，具备了预防和抵制空气污染的作用，具有重要的环保意义；新型的内墙面装饰材料也层出不穷，如模具墙画、镜面墙贴、生态木墙板等，丰富了装饰手法。最新的地面装饰材料如软石地板的发明，由高分子材料合成，具备可回收等环保绿色属性，成为了大众瞩目的新型装饰材料。除此之外，人造水晶作为装饰材料环保、美观，因此得到室内设计行业的广泛使用。

（二）室内装饰材料的化学污染及防治

我们一方面要看到科技材料的进步为装饰艺术提供的优势，同时也要看到装饰材料造成的污染问题。从室内装饰材料分析，室内装饰的油漆类材料和石材污染是主要污染源。油漆类材料，如墙面涂料、人造板材等几乎都含有甲醛和苯类成分，天然石材中也具有放射性危害，这类化学物质是较高毒性的物质。因此在防治中要通过研发最新科技材料，逐步取代现代装饰材料中的污染元素，慢慢走向全民绿色。

三、科学性与艺术性的统一

关于科学与艺术是对立与统一的争论一直存在。一种观点认为科学与艺术是完全一致的，最终目标都是要揭示真理。另一种观点则认为艺术与科学是截然对立的，科学的发展会导致机器和技术的统治。这两种观点都是时展形成的片面认识。首先，科技的发展改变了艺术的面貌，如古希腊时期毕达哥拉斯学派提出的“黄金分割”理论，将数学中的比例运用到艺术中的各方面如绘画、建筑、音乐等领域。除了将科技材料运用到艺术领域之中，更重要的是让我们开始以科学的思维方式进行艺术创造，不仅在实用艺术中，纯艺术与科技材料也是紧密联系着的。同样，艺术的主体性也影响了科技的发展，将生硬的流水线作业变成了具有科技含量的作品。当然，事物的两面性蕴含了必然存在的局限性，如科技的发展造成了艺术产品的商业化，以及科技污染的存在使生态环境遭受到破坏等。作为艺术系统的重要组成部分，科学技术的地位举足轻重。

四、总结与展望

装饰艺术不论是作为传统的工艺美术，还是独立的精神艺术形式，材料技术在其中一直占有着很大的比重。随着电脑设计的普及，装饰艺术开始通过电脑软件进行输出，这是科技与艺术在现代设计中的一个重要的方式革命。材料科学的发展需要一个由弱到强的过程。从室内设计角度而言，装饰材料的运用贯穿在全部设计过程之中，随着可持续发展理念的普及，我们可以看见在材料领域的绿色之风袭来。因此我们要以艺术与科学的统一性为主旨，创造符合生态发展的装饰材料为装饰艺术的发展提供更广阔的空间。

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（西安理工大学，陕西 西安 710048）

摘 要：如何使得卓越工程师获得较强的工程实践与创新能力，是“卓越工程师教育培养计划”实施的重要目标，而专业课教学改革则是实现该目标的基础。文章以西安理工大学材料科学与工程专业卓越工程师教育培养为试点，对专业课教学改革进行了探索与实践，分析了材料科学与工程专业课教学现状和问题，并提出了“贯穿工程实例、强化主干结构、理论素质并重、注重创新实践”的专业课程教学模式，旨在探索出卓有成效的材料工程师培养途径。

关键词：卓越工程师；材料科学与工程；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）07-0052-03

收稿日期：2014-11-27

作者简介：汤玉斐（1982—），男，陕西西安人，西安理工大学材料科学与工程系副主任，副教授，博士，主要从事材料学和高等教育管理研究。

基金项目：2014年国家级专业综合改革试点项目“材料科学与工程”；西安理工大学教育教学改革研究项目“新能源材料与应用试题库建设”（xqj1301）

卓越工程师教育培养计划是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措[1]。西安理工大学是一所以工为主的西部地方高校，是首批进入教育部卓越计划的高校之一，2010年来对卓越工程师教育培养计划的专业（材料科学与工程、自动化、机械设计制造及其自动化、水利水电工程、印刷工程）进行了系统的探索和实践，取得了一些经验。材料科学与工程专业为国家级特色专业、陕西省名牌专业和重点学科、原机械工业部重点学科，具有悠久的办学历史和优良的教学传统，结合学校办学定位和本专业“重工程实践，重应用培养”的传统特色，致力于培养面向基层、基础扎实、知识面宽、实践能力强、综合素质高、具有创新精神的工程应用型专业人才，服务西北地区经济的需求，辐射全国新材料、装备制造等行业的发展。本文以西安理工大学材料卓越工程师的培养为试点，针对如何获得较强的工程实践与创新能力，在材料类专业课程教学改革方面进行了积极探索与实践。

一、材料类专业课程教学现状

（一）重理论轻实践的教学理念

在我国传统教育理念下，应试教育的风气仍然浓厚[2]，特别是在专业课学习过程中，使得学生的全部精力都倾注于课程考试或者撰写实践报告，以取得学历作为接受高等教育的目标，这些都阻碍了学生获取知识的主动性以及创新实践能力的培养。同时，专业课任课教师在高校现有人才培养的价值追求以及考核聘任标准的驱动下，过于强调学生对知识点的记忆，忽略了对其工程实践技能和创新意识的训练。

（二）与实际生产脱节的教学内容

专业课课堂教学的知识点与实际生产要求脱节，部分知识点严重落后，同时教学过程中过于注重学生对知识点的理解程度，而不是具体的应用和实践，实验课又大多为验证性实验，缺乏针对工程问题的综合性、设计性和创新性内容，随后的实习阶段学生在企业的时间较短，感性参观多于动手实践。此外，毕业设计内容陈旧或来自于基础研究课题，导致材料工程师培养易于成为“材料研究生”培养。

（三）单一的教学方法与考核方式

目前专业课基本是在教室通过黑板或多媒体课件进行知识灌输，缺乏与实际生产的联系，教学过程中列举的实例也不能贯穿整个课程体系，使得多门专业课程独自为战不能有机结合，课程的考核常采用期末一次性试卷考试，使得与生产密切相关的专业课最终沦为基础理论课，无法发挥培养学生工程实践能力的作用。而且，试卷多以填空、判断、问答、计算等为主[3]，很少涉及应用系统知识来解决实际问题，所以只能考查到知识点的记忆和特定假设条件下知识的熟悉度，这都与卓越材料工程师的要求相差甚远。

（四）缺乏个性化的人才培养模式

由于教育产业化的作用，导致人才培养模式单一，在教学大纲和课程安排的限制下缺乏弹性，难以出现杰出的创新型人才[4]，虽然高校通过多种竞赛激发学生的创新意识和团队精神，但是纯校园式的科技活动容易使得学生将比赛成绩化，过分追求奖项而忽略了竞赛过程中创新实践能力的锻炼。

二、开展“贯穿工程实例、强化主干结构”的课堂教学改革

随着科学技术迅猛发展以及对工程人才素质的高要求，静态的课堂教学无法直接满足企业对于材料工程师的要求，我们针对“卓越工程师教育培养计划”的要求，对学生加强工程实践教育，工程意识培养，提高工程实践能力和知识的综合应用能力，引入最先进的专业技术，积累工程实践经验，是卓越工程师班教学改革中最核心的部分。

（一）强化主干课程，更新教学内容

基于上述指导思想，通过走访与材料专业相关企业的专家、校友、教师和部分在校学生，邀请企业专家、校友、教师座谈等形式，对材料卓越班的课程体系和教学计划进行修订。具体方案为：首先，强化材料科学的主干课程，特别强化实践环节，大幅度提高专业课程的实践学时比例。新课程体系直面工程，在强化理论教学环节的基础上，针对工程教育的特点，提高专业知识点讲授学时与工程实验实践学时的比例。其次，新课程体系对现有课程进行了有机的融合和精简，避免了知识点的重复讲授和关联知识间的孤立讲授，特别整合和削减部分选修课，以适应学生自主学习及适应新材料发展的趋势。同时，教学内容大量增加相关专业技术进展，更新或重构相关知识点以适应快速的技术发展。

（二）实施典型工程产品驱动式课堂教学模式

卓越材料工程师班进入专业课学习后，采用小班教学、单独授课的模式，实行理论与实践或实验相结合，开展典型工程产品驱动式课堂教学模式。在教学过程中，虽然要系统学习材料科学与工程的基本理论、基本方法及相关的基本实验技能，了解材料科学与工程与技术的发展趋势，但是具体以工程实例为对象进行讲授，工程实例贯穿在整个教学过程中。例如，在金属材料的相关专业课中，以典型的轴承、齿轮、钢件等产品为实例，从各零件的选材、金属的熔炼、成型、设计加工、热处理、性能测试和表面处理等六大部分贯穿了第3学年14门专业课程（图1所示），任课教师通过教学法研究或集体讨论备课将产品涉及的知识按照制备工艺主线有机结合，通过产品的制造过程驱动学生去掌握相关的专业知识，特别注重启发学生发现问题，提高解决问题的能力。该模式还强调讲课与实践同步，将课堂教学的知识点同步在实验课进行验证，然后在第4学年前往本专业的实践基地西北轴承股份有限公司进行企业实践，在实际车间对该典型产品应用相关专业知识进行生产，掌握分析和解决工程问题的工具和手段，达到生产实践以及专业创新能力的培养。

（三）采用注重实践能力的考核方式

考核是教学的重要部分，通过考核可以判定学生对所学知识的掌握程度，达到反馈教学效果并对教学过程进行调控的目的[5]。目前有关考核方式的改革呈多元化趋势，其方法包括课程作业、课堂表现、课程报告等多目标综合评定，形式又大都以开卷、闭卷、多试卷交叉等，来满足差异化专业课程的要求。本专业在此基础上，重视对学生能力的考核，推行全程化的评价方法。首先，在课堂教学过程中在实践性较强的章节采用小工程案例设计、产品制造工艺设计等方式，学生组队分工完成设计并进行答辩考核，该部分占总成绩的40%—60%。例如在“材料科学基础”的教学过程中，在金属的结晶、铁碳合金相图、金属的塑性变形等章节设计3次工艺设计，要求卓越班学生每5人为一组分工合作完成设计报告，并随堂进行答辩，成绩占总评的45%。此外，降低了期末试卷考试的比重，同时结合行业的要求，以工程实例的方式命题，取消选择、填空、名词解释等记忆类题型，增加判断、计算、论述以及产品设计等，使得考核重点以培养学生团队合作能力、解决实际工程问题能力为主，让考试更好地服务于卓越工程师工程实践能力的培养。

（四）创新实践型教师队伍建设

创新实践型教师队伍的建设是卓越材料工程师培养质量的关键，近年来专业教研室聘请了6名企业高级技术人员作为卓越工程师班的兼职教师，协助完成日常教学、讲座以及实践环节，同时还要求具有博士学位的青年教师必须前往大型国企、工程训练中心、实验中心等锻炼3—6个月，以提高工程实践能力。例如，新进教师在培养环节必须前往东方电气集团、吴江工业园企业等进行工程实践锻炼，这些举措使得卓越班专业教师队伍日趋合理，为培养高质量卓越材料工程师奠定了基础。

三、构建创新意识及工程能力培养的实践平台

材料科学与工程专业卓越工程师实践体系构建时强调理论与素质并重，突出实践能力的培养，在原有实践环节的基础上，针对如何提高学生发现问题、解决问题的能力，从实践时间、实践内容、实践方式上进行改革，特别强调学生在真实的企业环境中进行理论与实际的结合训练，同时注重团队合作解决问题模式的培养。与此同时，培养过程中还穿行专业课实验教学、开放性课题实验以及大学生科技活动等创新能力培养环节。

卓越材料工程师实践教学体系如图2所示，其中第1阶段在材料卓越班学生入校后即进行专业认识教育，主要安排参观材料科学与工程实验教学示范中心和分析测试中心，初步了解专业内涵，培养专业兴趣，树立卓越工程师的目标；第2阶段首先在西安理工大学国家级工程训练中心进行基础工程训练，培养基本的车、铣、刨、锻、磨各类材料工程师的基本功。随后进入2+4+16+18模式的企业实践环节，强调与企业的联合培养，其中2周的认识实习与大型国企（金堆城集团、西安远东公司、西安西电集团、陕鼓集团、西安航空发动机公司等）合作建立训练基地，以短期实习等方式与目前材料工程的发展紧密结合，实现工程实践教育的目的；4周的生产实习在西北轴承股份有限公司建立了实践训练基地，学生进行顶岗实习，直接参与产品的生产等环节，指导教师引导学生发现问题、提出解决方案，连通企业技术人员一起解决实际问题，从而积累工程实践经验；16周的校企联合培养实践时，与大型国企构建完善的工程实践平台，结合专业课的学习，每人配备1名企业导师，使卓越班学生能够借助该平台，在机械设计、热处理、表面强化、粉末冶金、分析检测等方面全面训练，培养与提升创新意识和工程问题解决能力；最后18周的本科毕业设计在前面实践的基础上，选取企业目前面临的工程问题深入研究并提出解决方案。

（一）创新企业参与的实践教学体系

为推进卓越计划，本专业在构建、改革培养计划、课程体系、培养方案、教学大纲及内容方面均有企业专家的深度参与，包括长春一汽集团、二汽集团、东方电气、济南二机床集团，西北轴承股份集团、陕鼓集团、西安福莱特热处理公司等，同时，企业每年会派遣2—3名经验丰富的工程师来校为卓越班学生教学，内容涉及与企业密切相关的专业知识，此外，第4学年实践环节中企业会为每名卓越班学生配备1位企业导师，类似于师徒的传帮带模式，形成高校和行业企业联合培养人才的新机制。

（二）开展以创新意识为导向的科技活动

鼓励卓越工程师班学生积极参加各类课外学术竞赛活动，通过竞赛项目的启发式专业教学，提高解决工程或实际问题的能力。每年教研室积极帮助学生联系指导教师制定参赛课题，动员专业课教师开放专业实验室，指导学生参加各类科技竞赛，着重培养创新意识和团队合作能力，取得了较好的效果。仅2011级卓越材料工程师班29人中就有3人获得国家大学生节能减排社会实践与科技竞赛三等奖，5人入选国家大学生创新创业训练计划，5人入选陕西省大学生创新创业训练计划，7人获得省级挑战杯科技竞赛一等奖，70人次获得各类课外学术活动及其他奖励。

（三）开放专业实验室，引导自主实践创新

增加材料卓越班学生参与科研实践锻炼的机会，为学生资助开展和积极参与创新实践提供条件。材料系积极与学院协调采取措施，加大公共及专业实验室向卓越班本科生开放的力度，鼓励教师吸纳卓越班学生参与科研项目、解决企业难题等，引导学生在科研实践中加强动手能力、团队意识、创新精神和创新能力的培养。特别是先进陶瓷材料实验室开放了陶瓷材料成型创新综合实验，方案具体为：学生根据个人兴趣组合成小组，自行设计一些常见陶瓷材料并能制备出样品，即提出使用材料的性能要求，设计配方，进行基本的样品制造（粉体混料、成型、加工和烧结等），最后做出一个样品（产品），实验室给学生提供了“学中做，做中研，研中创”的基本条件和环境。目前，通过该实验卓越班学生已有9人申请了中国专利，4人在国家级学术期刊上发表学术论文。

西安理工大学材料科学与工程专业卓越工程师培养计划在实施完全学分制以及校企联合培养模式的基础上，积极开展专业课课堂教学改革与实践教学体系创新，以典型工程产品或实例贯穿整个专业课教学体系，突出工程性、设计性、创新性的教学思路。不仅可以为实现高素质创新应用型卓越材料工程师的培养目标提供实践经验，提高工程人才的培养质量，还可以为其他工科专业卓越工程师专业课教学提供参考。

参考文献：

[1]阳勇福，林海燕，王晓峰等.无机非金属材料工程专业卓越工程师培养体系的构建[J].中国教育技术装备，2014，(8).

[2]李永斌，张同心.大学考试方式改革与探索[J].中国电力教育，2011，(32).

[3]薛铜龙，王小林，巩琦.基于卓越工程师培养的“机械设计”课程教学改革[J].中国大学教学，2013，(3).

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关键词: 材料科学与工程原理双语教学有效实施

教育面向现代化、面向世界、面向未来是国家教育发展的必然要求。进入新世纪,国际化对我国高等教育的影响越来越突出,在中国加入WTO的新形势下,国际化已经成为高校办学水平的重要体现。在高校大力推行双语教学,是培养优秀的、具有国际竞争力人才的需要。为了以高质量的高等教育迎接新世纪的挑战,教育部颁布了《关于加强高等院校本科教学工作提高教学质量的若干意见》,明确提出了“本科教育要创造条件进行公共课和专业课的双语教学。对高新技术领域的生物技术、信息技术等专业,更要先行一步,力争三年内,外语教学课程达到所开课程的5%―10%”[1]。

材料是人类赖以生存和发展的物质基础,是所有科技进步的核心,是高新技术发展和社会现代化的先导,是当代文明的三大支柱之一。因此,在材料科学与工程专业开展相关专业基础课程的双语教学很有必要性。

一、双语教学的内涵

1.“双语”的定义

双语的英文是“Bilingual”,意思是“Two Languages”(两种语言),是指在某个国家或某个地区有两个(或两个以上)民族同时存在,并存在两种或两种以上文化历史背景的条件下,可能或必须运用两种语言进行交流的情景。这两种语言中,通常有一种是母语或本族语,另一种语言则是后天习得的第二种语言或者是外国语。而英国著名的朗曼出版社出版的《朗曼应用语言学词典》所给的“双语”定义是:A person who knows and uses two languages. (一个能运用两种语言的人。)即在他的日常生活中能将一门外语和本族语基本等同地运用于听、说、读、写,当然他的母语语言知识和能力通常是大于第二语言的。举例来说, 他/她可能:

A) 使用一种语言来读和写;而用另一种语言来听、说。

B) 在不同的场合下使用不同的语言,如在家使用一种语言,在工作单位使用另一种语言。

C) 在不同的交际需要下使用不同的语言,如在谈论学校生活时使用一种语言,而用另一种语言谈论个人感情。

2.“双语教学”的定义

所谓双语教学(Bilingual Education),是指以母语和一门外语两种语言作为教学用语的教学模式。在各国各地区因母语不同而有所区别,在我国双语教学的具体定位是汉语和英语,并在此基础上兼顾其他语种。可以具体地理解为:在教学中使用母语的同时,还不同情况、不同程度地使用另一种通用外语作为教学媒介语进行的教学。以用英语为例,包括用英语教材、用英语板书、用英语布置作业、用英语命题考试及用英语口授等形式。双语教学现已成为教育国际化的标志之一,越来越引起各国教育工作者的重视。简言之,“双语”和“双语教学”的界定是将学生的外语或第二语言,通过教学和环境,经过若干阶段的训练,使之能代替或接近母语的表达水平。例如:加拿大魁北克省,同时使用法语和英语,并以法语为其官方语言。更通俗地打个比喻,某个同胞既可以在家里用藏语和家人交流,又可以用汉语在工作单位与同事交流。

3.双语教学的模式

双语教学的模式包括以下三种类型:(1)沉浸式双语教学。此类型要求用外语进行教学,母语不用于教学中,使学生完全沉浸于弱势语言中;(2)过渡式双语教学。此类型要求刚进学校时,部分或全部科目使用母语教学,但过一段时间后,则全部科目使用外语教学。其最终目的仍然是向沉浸式过渡;(3)保留式双语教学。此类型要求学生在刚进校时使用母语教学,以后逐步部分科目使用外语教学,部分科目仍用母语教学[2]。由于语言环境的限制,目前国内大多数院校采取保留式双语教学。

4.人们对双语及双语教学认识的误区

人们对“双语”的认识往往存在一定的误区,包括以下几个方面:

(1)将双语简单地理解为“加强英语”。“双语”班就是英语强化班或“尖子班”。

(2)将双语理解为“计算机语言”+“英语”。

(3)将双语理解为“汉语”+“英语”。

(4)将双语理解为二门外国语,如“英语”+“日语”。

(5)将双语理解为在课外活动中加入英语兴趣小组。

显然这些对“双语”望文生义的理解是片面的、不科学的,甚至是错误的。它抽去了“双语”和“双语教学”的内核,脱离了“以人为本”、推进素质教育的根本目的。在中国,双语教学是指除汉语外,用一门外语作为课堂主要用语进行学科教学,目前绝大部分是用英语。它要求用正确流利的英语进行知识的讲解,但不绝对排除汉语,避免由于语言滞后造成学生的思维障碍;教师应利用非语言行为,直观、形象地提示和帮助学生理解教学内容,以降低学生在英语理解上的难度。

二、“材料科学与工程原理”的双语教学

“材料科学与工程原理”是材料科学与工程专业的基础课程,我校于2004年对之进行了双语教学的实践。“材料科学与工程原理”作为材料类理工科专业的学科基础课,可使学生对材料科学与工程建立整体与全貌的认识,了解现有材料的分类、特性、应用范围及其与相关学科领域的关系,把握高技术新型先进材料发展趋势。结合该课程的几年双语教学实践,下面笔者就如何更有效地实施双语教学进行探讨。

1.双语教学改革与专业课教学改革相结合

通过双语教学能够培养在不同语言环境下,运用母语和外语交流的专业人才。比如在讲解材料学定义、性能、应用时使用标准的英语来讲解,中间穿插汉语讲解。双语教学的改革必须以正确认识英语与专业课的关系为前提。用英语讲授专业课,不仅是学习相关的英文词汇,更重要的是掌握语言所表达的内容,两者不能脱节。

采用双语教学方法,所占用的课时比从前多,如何用最少的时间传授最多的知识,是我们关注的问题。由于该专业概述课程内容较多,为了保证讲课的质量,我们将一些课程进行了整合和压缩。

2.英语教学改革与自学相结合

双语教学不但能为学生今后直接阅读外文资料打下良好基础,而且是利用信息技术获取知识、驾驭知识的手段。材料专业人才只有始终坚持知识追求,及时更新知识结构,不断拓宽知识视野,才能立足学科前沿。我们通过组织提纲,鼓励学生自己上网查询相关文献,试写综述。学生在小组充分讨论的基础上,撰写英文作业与论文。

3.合理设计与组织教学方案

在开展双语教学时,由于口授课程是以英语为主,汉语为辅,还要解释一些生词和难句,为了不影响教学进度,在授课前教师应“吃透”整本英语原版教材的内容和语言难点,充分做好备课工作。首先要确定授课的重点方向:一是传授专业知识;二是解释难以理解的语言表达方式。这是因为英语语言的表达方式与汉语的思维表达方式在很多方面大不相同,容易造成理解上的困难,而这正是在英语学习方面需要认知或习得之处。当然,鉴于大学三年级学生英语语法、结构已接触多年,专业课的教师在授课时主要任务还应是疏通理解,帮助学生尽快汲取文中的信息,而不是流连于语法结构讲解。另一方面,教师在备课方案中,可以根据学生的特点、教材内容要求和实际应用状况,计划一些讨论题和某种课堂讲座方式,这样可以充分地利用学生想表达自己观点的欲望,启动其学能,调动其学习积极性,释放其学习潜力,这有助于学生在掌握专业知识时,自然地习得英语。笔者认为,组织采用同一学科专业原版英语教材的教师一起讨论教学内容和教学方法也很必要,教师们可以从同一层次的学生水平上,从不同的角度讨论如何调动学生的主动性,提高学生的学习兴趣,制定出符合本校学生具体状况的详细合理的教学方案。

4.采用与多媒体教学相结合的教学手段

在双语教学中,高校可组织上同类课程的双语教学任教教师设计制作多媒体教学课件,教学课件可以选择采用全英语或兼有中文和英文的两种方式,这有利于学生的复习和自学。采用多媒体教室上课,可节省板书所花费的时间,从而可改善教学进度。多媒体课件可集声音、动画、文字、图像为一体,因此在讲课时,生动活泼、引人入胜,可调动学生的学习积极性,达到事半功倍的效果[3]。但教师仅凭多媒体的手段,无法及时得到学生的反馈,无法了解学生的理解程度及需要表达的要求。多媒体的教学只是教师授课的一个重要辅助手段,它能激发学生的课堂学习兴趣,但在整体课堂组织教学中,难点疏通、提问、回答、答疑甚至讨论之类的面对面师生间的交流,仍是帮助学生理解和汲取知识、提高技能的重要环节。多媒体的手段只有结合这些传统性的环节,课堂教与学才可能成功进行。单纯的外语课或专业课教学是如此,双语性的专业课教学也是如此。

5.提供充实的教学资源

双语教学非常强调教学资源的保障,外文原版教材是双语教学的一个必要条件,它可以使教师和学生接触到“原汁原味”的英语,但作为课堂教学的有力补充――教学参考用书的作用同样不可忽视。往往有些院校各专业中文参考资源较丰富,但外文专业参考资料却极为匮乏,造成教师备课时要将中文资料译成外语,再用外语授课,学生课余不能接触到更多的原文资料,课上和课下脱节,从而无法进行实质性的双语教学。这个问题亟待解决。目前,很多院校都与国外有着定期或不定期的学术交流,或与国外院校合作办学,这为教师带来了进修或考察的机会,有助于提高教师的英语和专业水平,学术交流也为双语教学引进原版教材提供了有利条件。目前江苏大学材料学院的材料科学与工程原理双语教学课程都是由有1年以上的海外留学、进修或工作经历的教师担任。同时很多专业教师也在通过各种途径提高自身英语水平。因此,双语教学具有一定的师资基础。

三、结语

随着市场、经济、技术全球化脚步的逼近,我国教育也日趋向国际市场开放,我国许多有条件的学校,都在适量开展学科原版英文教材教学,以适应“全球化”人才的需求。材料科学与工程学科若能长期在教学中不断提高双语教学方法,发挥教师的积极性和创造性,激发学生的热情,就一定能提高整个学科的教学水平。这既有利于学生掌握本课程国外的最新动态,又有助于提高他们的英语运用能力。

参考文献:

[1]刘军,王建芳.关于开展计算机双语教学的研究[J].教书育人,2006,(3):69.

[2]李萍,夏新娟.大学双语教学探讨[J].重庆交通学院学报(社科版),2002,2,(3):77.

篇7

关键词: “材料科学基础” 哲学概念 教学意义

“材料科学基础”是材料科学与工程学科的主干课程之一,国内大多数院校都把该课程当作研究生入学考试课程。

对于这样一门专业性很强的课程,教学改革一般是积极吸收学科领域内的新知识、新理论,使学生学到更加前沿的知识。我在此基础上,另辟蹊径,挖掘、提炼该课程中蕴涵的丰富哲学知识,从而使学生在专业知识学习的同时,还感受到哲学思想与哲学方法的魅力,将自然科学范畴的材料专业知识与人文科学范畴的哲学知识有机地结合起来。

一、哲学教学的困惑

从知识学习的角度讲,本科生需要更加高深的专业知识和更为宽广的学术视野。因此,本科教学的一般思路是加深、加宽专业知识。加深知识靠更为高深的专业理论,而拓宽知识则必须吸收最新的科技成果。

如果站在高于知识的思想与方法的角度上,则仅限于专业知识范畴是不够的,还必须让学生具备一定的哲学思想,掌握一定的哲学方法,从而应对专业以外的事物。因为在当今社会,纯粹专业内部的事物是极少的,科学研究、生产实践往往涉及其他学科的知识,往往需要处理人际事物。因此,从最高层面的哲学入手,来强化学生的素质非常必要。

然而,当我们把教育的视野延伸到哲学的高度时,就会发现一个令人困惑的难题,即哲学的巨大作用与这种作用很难实现之间的矛盾。也就是说,虽然哲学是人类知识形态的极致,但由于哲学非常抽象,因此教学难度非常大。不难看出,理工科中的哲学教学,既有巨大需求,又难以操作。

应该指出,目前理工科开设的“科学技术哲学”选修课程,是这方面的一种积极尝试,该课程对于学生的哲学素养的提高确实起到了一定的作用。尽管如此,无论是从学时数还是从教学效果看,仅仅一门课程还难以起到太大的作用。同时,理工科学生趋于定型的学习习惯,也制约了该课程功效的发挥。例如,有些学生对于“科学技术哲学”不感兴趣,有些则难以适应这类文科课程的教学方法。

凡此种种,都说明理工科哲学教学中所面临的窘境。因此,要想突破这种状况,我们就必须转变观念,另辟蹊径,从而找到一条更加适合理工科的哲学教学之道。

二、“材料科学基础”哲学概念的提炼

课程的教学基础是知识的生成,没有知识课程就无法生存。但是,要想在理工科专业课中实施哲学教学,仅仅有专业知识是不够的,还必须把这些专业知识背后的哲学概念、方法提炼出来。下面以实例的方式展示理工科课程中哲学知识的提炼过程与结果,归纳提炼的方法。

1.牛顿第二定律的哲学意义。

牛顿第二定律本不属于“材料科学基础”课程范畴。之所以拿它作为例子,是因为该定律是自然科学的经典,所以人人都能够理解。而直接选用“材料科学基础”课程中的例子,由于专业性很强,读者不易理解。

牛顿第二定律为f=ma,换一种表述形式就是a=f/m。根据语义流源理论,可以把属于物理学的专有概念转化为哲学表述。例如,f是外力,这是一种物理表述,但根据语义流源,外力退化为外界作用;m是质点质量,它也可以表述为事物的内在属性,因为质点说到底还是一种事物,而质量是用来描述质点属性的;a是质点加速度,它退化为事物的行为;“二”退化为关联,因为“二”不过是关系(关联)的一种特殊形式。

在完成了上述转换之后,牛顿第二定律就有了哲学意味,其新的表述为:事物的行为既与其内在属性有关,又与外界对于该事物的作用有关[1]。不难看出,这是一个典型的哲学规律,潘懋元先生提出的高等教育内外部关系规律,恰好是这一哲学规律在教育中的体现。换言之,自然科学的牛顿第二定律与教育学的高等教育内外部关系规律,具有哲学意义的统一性。

2.“材料科学基础”中的哲学概念。

牛顿第二定律的哲学抽象不仅展示了一条哲学规律,而且展示了抽象过程的一般方法。按照这一方法,就可以处理“材料科学基础”课程中的相关知识,以使它们上升到哲学的高度。同时,由于基本的提炼方法在牛顿第二定律中已经展示,因此在下面的例子中更多地介绍过程与结果,以避免过多的专业介绍带来理解困难。

(1)晶体缺陷

它是材料学科中一个极为重要的概念,表示晶体中不但存在缺陷,而且缺陷有可能以平衡的方式存在。

从哲学的角度看,缺陷无非是一种新的物质存在方式。换言之,缺陷造成了物质存在的多样性,而多样性概念就属于哲学范畴了。因此,材料缺陷的哲学抽象就是:事物以多样性的方式存在,优于单一的存在方式。这个规律在自然界与社会领域都是颠扑不破的真理。

(2)凝固(相变)过程

在材料的凝固过程中,形核理论至关重要。该理论的基本预设是,在原来的液相中产生具有固相结构的小核心,且它们随机出现、时聚时散。一旦过冷度足够大,这些小核心就能长大,直至完全凝固。

从哲学的角度看,凝固形核现象是旧事物中存在新事物的范例。存在于旧事物中的新事物尽管是不稳定的,但它包含了新事物的“基因”,且一旦环境条件适合,这些“弱小稚嫩”的新事物就能由小到大、由弱变强,直至完全取代旧事物。

(3)界面平衡偏析

这个材料概念可以用来展示哲学认识论的一般程序,也就是逻辑学中的属+种差理论。一般来说,一个新概念总是由几个旧概念组合而成。在组成新概念的旧概念中,必有一个是基本的,而其他是从属的。例如,知识经济概念中,经济是基本的,而知识是从属的。逻辑学把这种处于基础地位的概念称为属,从属概念称为种差[2]。

以界面平衡偏析为例,最基本的属就是偏析这一概念,而平衡是从属概念。因此,平衡偏析概念的根本意义由偏析决定,它意味着成分的(空间)差异,平衡偏析无非是说这种成分差异处于热力学稳定的状态,因此称为平衡。当我们建立了平衡偏析概念之后,它就成了新的起点,即新的属,而相对于这个属,界面就是种差。因此,界面平衡偏析就是:与界面有关的平衡偏析。换言之,界面平衡偏析=界面(种差)+平衡偏析(属)。

不难看出,尽管界面平衡偏析概念本身没有演绎出什么哲学意味的东西,但对于它的认识却能从方法的角度上升到逻辑学的层次,从而具有哲学意义的普遍性。

(4)规则溶液自由能表达式

在二元合金固溶体的自由能表达式中,学生的学习难点并不在表达式的数学形式。教学实践发现,他们产生模糊认识的根源在于:该表达式说的是谁。

按着德国哲学家弗雷格的指称理论[3],一个事物的认识与三个要素密不可分,即事物的名称、事物的内涵和事物的所指,其中名称与内涵很容易理解,而事物的所指(这是一个哲学专有名词)是需要进一步说明的。按理说,认识过程涉及所指应该是常识,如黄山,它有名称(就是黄山),有内涵(如险峻、秀美等),还有就是作为物质存在的那些花岗岩构成的山峦。因此,所指就是指向物质存在的,因此理解起来似乎并不难。但是,当某个所需认识的对象以抽象的、看不见的方式存在时,所指就不像黄山那么清晰了。在初学的过程中,所指往往被学生忽略,甚至是遗忘,而只记住三要素中的名称与内涵。这种所指认识的缺失会带来严重的问题,如把对象搞混。不难看出,弗雷格的指称理论有助于强化学生的认识对象意识,而这种意识的强化在面对数学公式具有特殊的价值。

(5)相变定义

根据冯端院士的定义[4],“相变”指:“在外界条件发生变化的过程中物相于某一特定条件下发生突变。”但是,相变的定义也可以简化为:凡是结构发生变化的过程都是相变。不难看出,与冯端院士的定义相比,新的相变定义粗略了很多。

如何看待这种由于简化而带来的粗略,是一个超越材料专业的问题,而知识范畴的超越本身就具有哲学的意味。显然,这里涉及思想方法的问题,对于不同思想方法的认识与把握,恰恰是学生应该努力的新方面。这个问题的重心不在于孰是孰非的细节探讨,而在于认识效率等更高的层次范畴。换言之,细节的是非判断转向了效率考量,这种价值标准的转向对学生思维训练具有重要作用。

三、“材料科学基础”哲学概念的教学意义

从上面的论述看出,在材料专业知识中提炼具有哲学意味的概念与方法并非难事,其中的关键是思想观念的转换,具体就是从单纯专业视野拓展到更为宽广的哲学领域。站在哲学的高度重新看待“材料科学基础”课程的教学,它有了新的意义和价值。

1.丰富了教学内容,深化了专业知识。

到目前为止,理工科专业课改革的思路重点在更新教学内容,具体方法是积极吸收新专业知识,反映学科的新发展。不难看出,这种改革的视野仍然局限在专业、学科的范畴之内。

因此,本文给出的哲学概念提炼的思路,是一种新的尝试。按着这样的思路,教学内容同样得以丰富。同时,还可以深化课程的内容,如上面列举的弗雷格指称理论,属种+差的认识理论,都具有很高的认知难度,这些哲学概念的学习会极大地深化课程内容。

2.建立了理解的新维度。

就本科生学习而言,理解的重要性远大于高中生。从某种意义上讲,理解是本科生学习的生命,而高中生的学习还带有相当成分的记忆因素。因此,深化理解就成了本科生学习的当务之急。

但是,深入剖析理解概念会发现,理工科学生的理解视野是不够宽广的,他们的理解维度主要集中在以下几个方面。首先是事实和自然科学定律,这是理解不可或缺的维度;其次是简单逻辑,因为理解的过程往往是逻辑推理过程;最后就是数理方法,因为理工科中大量的知识是建筑在数理基础上的。但是,仅仅把理解的视野向这些方面展开是不够的,因为这些维度的综合也不具备超越的功能和开拓创新的意味。因此,有必要把理解的维度进一步向哲学、方法论的层次展开,以便提高学生的理解水平,进而提高他们的思维能力。

3.开拓了通识教育的新视野。

在本科教学中,通识教育尽管非常重要,但它的实际操作却一直令人困扰。其中的重要问题是不同门类的知识各行其是,结果是多而不通。本文提出的理工科知识的哲学提炼与教学,为解决这一问题的提供了新的思路,因为通识教育的终极价值在于一个“通”字,即融会贯通。但由于不同学科之间的天然差异,因此直接贯通是不可能的。但是,如果使不同学科的知识都升华为哲学概念,则在哲学层面就能实现贯通。

参考文献:

[1]吴锵.从博雅教育、通识教育到人文素质教育.南京理工大学学报(社会科学版),2004,1.

[2]中国人民大学哲学系.逻辑学.中国人民大学出版社,1996:27.

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关键词：无机材料科学基础；启发式教学；建构主义理论

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）35-0198-03

建构主义认为，知识是学习者在一定的情境之下，根据情境中的线索调动头脑中事先准备好的多方面，多层次的先前经验，通过主动积极思考，对新信息进行解答并赋予它们具有学习者自身特色的意义，然后以此为原材料，形成自己的知识构架。教育的问题，其本质是促进学生思考，形成新的知识体系。因而，作为教育主体的老师，其角色也要发生重大变化，由原先的知识传播者转变为思想的传播者。其主要的使命，是以所要传播的知识为媒介，教会学生去思考，并得出具有自身特点的结论，从而形成具有特色的知识的结构。教育的目标不再是向学生“移植”单纯标准化知识体系，而是要让学生建立在标准化知识体系基础上的开放的思维体系。在这样一种体系中，学生具有系统的基础知识，但又对所获得的知识具有深度的思考甚至质疑。相比单纯的标准化知识体系，在标准化知识体系基础上开放的思维体系在当今的社会中，显得更为重要。而如何建立一个思维体系，以问题为中心的教学法则为我们提供了一个很好的思路。在几年的无机材料科学基础的教学中，笔者所在教学团队以建构主义为指导，开展以问题为中心的无机材料课程教学实践。本文将对无机材料科学基础动力学部分的教学实践谈谈体会，和同行进行交流，以期提高教学水平。

一、问题体系的梳理是以问题为中心的教学的关键

爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力而且标志着科学的真正进步。”显然，问题是认识的起点，是兴趣的表征，是创新的开始。在学习过程中，也是区分主动学习和被动学习的标志。开篇伊始，需要回答的第一个问题是：什么是无机材料动力学？根据无机材料科学基础教材的精神，笔者的理解是无机材料制造过程中材料组成原子移动的科学。以此为出发点，根据常规的思路，就可以提出进一步的问题：原子移动的方式是什么？原子移动的动力是什么？原子移动的阻力是什么？（促进）原子移动的目标是什么？如何提高过程的时间效率？从本质上来讲，无机材料动力学所解决的问题就是这五大问题。以下根据这五大线索对课程内容进行梳理：通过“原子移动的方式是什么？”这一问题，可以解决课程中关于原子移动的基本概念：扩散、粘（塑）性流动等，溶解沉淀、蒸发凝聚。其中前二个概念为较高层次的概念，扩散为介质中单个粒子的移动，而流动则是粒子群体移动。而溶解沉淀则是一处的固体（晶体）溶解于液体（熔体），在液体（熔体）中扩散，然后在另一处的固体表面沉积。蒸发凝聚则是固体蒸发，扩散或流动，然后又凝结的过程。以这样一个线索，就很容易将无机材料科学基础动力学过程中的各章内容―扩散、固相反应、相变和烧结中的原子移动概念很好地进行梳理。对“原子移动的动力是什么？”这一问题的回答，也可以贯穿无机材料科学基础的全部内容。从本质上来说，原子移动的动力就在于其起始位和目标位的化学位差异。而化学位的差异可以由浓度（活度）差异、凹凸面差异和颗粒大小差异、体系中不同组分之间的相容性差异、以及温度差异和压力差异所影响和决定。由于不同部位的化学位差异的存在，在一定条件下，体系的不同部位的化学位将趋向于均衡。就如处于不同高度的液体在连通的情况下要处于同一平面一样，由化学位所表示的“位能”也将在一定条件下趋向于均衡到同一位能值，从而导致粒子的移动。这样，利用化学位的差异以及体系不同部位化学位在一定（动力学）条件下趋于均衡化的原理，就可以很好解释正扩散、逆扩散、蒸发-凝聚、溶解-沉淀以及烧结过程中的晶体长大和二次再结晶、热压烧结的流动机理等各种知识。对“原子移动的阻力是什么？”这个问题的回答，可以很方便地理解液固相变和液液相变的机理问题。均一体系形成的新的界面所产生的附加能量，成为液固相变过程成核-生长过程的过冷问题。对原子移动的阻力这个问题另一个角度的涉及无机材料的制备问题，在温度较低时，原子的运动受到环境（由化学键力形成的制约）的制约原子难以移动，只有在温度升高时，环境的制约相对减小，原子才得以移动。无论扩散还是流动的原子迁移模式，无不受这个规律所影响。对于“原子移动的结果和目标是什么？”的回答，与无机材料课程中谈到的烧结问题密切相关，由此可延伸出收缩、气孔率、实现设计的相结构以及材料的最终性能等。就如我们在处理日常生活问题所必须考虑的一样，过程的时间效率非常重要，具体体现为速率和效率。围绕速率，动力学就有一系列数学表达式，如Fick第一、第二定律、杨德方程、金斯特林格方程、相变中成核生长速度、晶体长大速度以及烧结过程中的颈部尺度和时间的关系、气孔率和时间的关系等。而为了提高效率，陶瓷制造之所以要用粉体为原料、制造微晶玻璃为何要用晶核剂等问题也得到在这个角度的答案。通过将上述五个基本问题进行解答和梳理和扩展，可以涵盖无机材料科学基础动力学的基本内容。在教学中，在尊重原教材的前提下，利用建构主义思想，以学生已有的生活经历、基础知识，以辩证法和认识论为指导，通过构思新的问题，可提高学生的兴趣，启发学生思考，取得较好教学效果。

二、生活知识和基础知识是构建知识构架的初级原材料

就无机材料而言，由于其普通而传统的特性，无论是水泥、玻璃还是陶瓷，大学生们在生活中都已经形成不同程度的接触并形成一定程度的认识。另外大学的基础课程如物理化学、物理学和化学等也为无机材料科学基础动力学的教学奠定了一定的基础。也就是说，对无机材料科学基础动力学的知识体系而言，学生在学习本门课程之前，就已经有了一个原始的、初步的知识体系，但这个知识体系可能是模糊的、若隐若显的。具体体现在一些问题上知其然，而不知其所以然。在一些在专业人士看来，非常具有系统性和连贯性的知识，在学生那里是离散的，缺乏有机联系的。因而，如何在这样一种模糊的、离散的知识体系的基础上，构建一个明确的、牵一发而动全身的知识体系或称为网络，恐怕是任课教师的一个主要任务。在学生已经有的知识体系的基础上，以问题为出发点，启发学生进行思考，引导学生得出自己的结论，可能是完成本项任务一个可行的方法。下面举两个例子加以说明。其一为破碎瓷器的断面，大学生中，很少有人没有过打破碗的经历。部分好奇心很强的学生可能也观察过陶瓷的断面，尽管模糊，但对断面的形貌肯定有一定的概念。通过老师提醒，对破瓷断面很容易形成如下的知识：粗糙的、不吸水、很硬。在这样一个基本概念的基础上，我们就很容易提出如下一系列问题：为什么是粗糙的？为什么不吸水？为什么饭碗的表面不粗糙。为什么泥菩萨不能过河而古代贸易中沉船中的陶瓷几百年后仍然完好？通过这样一些设问，启发学生思考，通过讲解，就较为容易地能把扩散、流动、烧结的内容揉合到一起，使学生的专业知识得到升华，形成自己的知识体系。其二是液固相变的问题。学生们已经在先学课程的物理化学中得到如下的知识，平衡状态下，化学反应自发进行的条件是体系的自由能（焓）ΔG≤0。从这个角度，很容易引导学生接受这样的概念：相变自发进行的必要条件也是ΔG≤0。以这样一个基本的规律，就可以引导学生提出如下问题：为什么是小于等于0？等于0意味着什么？小于0意味着什么？以学生已经根深蒂固的基础知识――水在0℃结冰为基础，就很容易引导学生形成这样的知识：ΔG=0，就是指0℃时冰水混合物的自由焓差。在这样一个基础上，学生自然就会想到ΔG

三、辩证法是学生梳理知识体系和形成开放性思维的思想武器

无论我们是否意识到，在日常生活中，大家都有利用辩证法思考的经历。诸如“站在对方的立场上考虑一下”“设身处地地想一想”“换个角度思考一下”，都有辩证思维的影子。大学生们在哲学中对辩证唯物主义的系统学习，更有利于他们以辩证法为思想武器，促进自身知识的构建，并使知识体系具有更加开放的特性。以对立统一规律为例，如前所述，在考虑颗粒移动的促进作用的同时，对立统一规律就可以引导学生去思考什么因素可以阻止粒子的移动，使学生形成新的思考。课程中很多具有极值的曲线，如晶体生长速度和过冷度的关系等，就可以很好地利用对立统一规律加以解释。举一反三，很多问题学生就可以很好地理解、掌握和延伸。在学生掌握了利用这一思维方法的基础上，再传授给学生在二分法（非此即彼）基础上的多元体系复杂性的认识，也就是说一果多因或一因多果的认识。使学生课程知识有一个很好的梳理，对课程体系有更好的把握。质量互变和否定之否定规律同样也可在教学中得到很好的应用。同样，以辩证法的思维模式，也可以引导学生发现很多教科书上没有涉及的内容。如在成核-生长的液固相变的描述中，书中只告诉我们由于在纯粹的液相体系中形成新的固相，界面能需要用液相变为固相放出的潜热补偿，因而，需要成核。但并未解决成核后在过冷状态下液相变为固相后放出的潜热对体系温度的影响。诸如此类，利用辩证法的思想工具，还可以引导学生发现很多问题。有些问题，可能是能够得到答案的，有些问题，可能本身就是现有科学体系没有解决的。因而，通过学习，学生所构建的新的知识体系是并不完美的，是尚存悬疑的，可以引导学生进一步深入探索。相比自我封闭的知识体系而言，这样一个体系无疑是具有活力的。

以问题为中心，可很好地对无机材料科学基础动力学的内容进行梳理，关联无机材料科学基础各部分知识，形成以问题为中心的网络体系。以学生原有的生活常识和先修课程，可引导学生通过思考和重组，建构自己的知识体系。以辩证法为指导，可引导学生进行开放性的思维，引导学生不断创新，探索未知，提高自身的创造素养，则对其未来发展具有重要意义。

参考文献：

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专业学术之路

孙益民教授是恢复高考制度后首届大学生，就读于安徽师范大学化学系，毕业后的第一份工作是在母校的化学系物理化学教研室从事《物理化学》等专业课的教学工作，第二年起担任了化学系的实验室主任一职。

孙益民教授兢兢业业，教学和科研工作两手抓，两方面都作出了突出成绩。由于精湛的专业技术和深厚的学术功底，1987年国家教委将他派往到四川外国语学院学习，随后前往瑞典皇家工学院物理化学系学习，从事计算机在物理化学、物理化学分析、化学工程教学与研究应用的课题研究。在瑞典学习期间，进行了包括红外、紫外可见光谱、质谱、核磁共振、X射线、化学分析电子能谱等多项内容在内的波谱学及波谱仪器的使用维修理论和技术研究工作，均取得了优异的成绩。

回国之后的孙益民教授返回母校工作，担任化学系物理化学教研室的讲师、副教授，从事多门课程的教学事务，同时还承担了学校的多个科研项目，与此同时，他也没有停下自己在科研道路上不断求索进取的脚步。自1994年起他在北京科技大学物理化学系攻读工学博士学位，研究方向是“稀土金属卤化物相图计算与模式识别评估”，在此期间参与了两项国家重点自然科学基金研究项目，其中“冶金物理化学若干前沿问题探讨”为重大项目，同时还在“无铅焊料研究”课题项目中担任了神经网络计算焊料的表面张力研究工作。

1996年至1998年，孙益民再次出国深造，就读于加拿大蒙特利尔大学工学院，主要攻读方向为材料热力学研究。1998年10月份返回北京科技大学，就读于冶金学院，1999年6月份以优异成绩通过了博士论文答辩，之后回到安徽师范大学，历任有机化学研究所所长、化学与材料科学学院科研副院长、教授、博导等专业技术职务。

回首孙教授的求学历程，扎实的学术功底和严谨的治学精神为他今时今日取得的成就奠定了坚实的基础。

用心培育人才

孙益民教授在国内外的权威学术刊物上发表了数十篇各类学术论文，在材料科学、物理化学、稀有金属有机化合物物理性质研究、超临界流体提取技术系统研究等多个专业领域均有不凡的建树，但是谈及自己，他对自己的身份定位始终有着“大学教授”这一项，教书育人、为国家培养科技人才既是梦想，也是他从未曾偏离的坚持。

早在上世纪80年代大学毕业初期，那个时代的大学生是时代的骄傲、社会各行业都紧缺的人才，孙教授就已经选择了留校任教，从事紧张繁重的科研实验工作的同时还担任了化学系“物理化学”和“物理化学实验”等课程的教学工作。

在瑞典皇家工学院学成归国之后，回到安徽师范大学的孙益民作为科研中坚力量承担起多个纵向和横向研究项目，同时他依然没有放松教学工作，担任了“化工仪表自动化”、“分析仪器使用及维修”，用英文开设“物理化学”等多门课程的教学工作。

虽然因为继续求学的原因，孙益民有五年时间分别在北京科技大学和加拿大蒙特利尔大学度过，取得博士学位回到安徽师范大学后的他研究工作更加繁忙、研究任务也更重，但是教学工作始终在他的工作当中占了相当的比重。他坚持在教学的第一线培养青年一代的科技工作者，在化学与材料科学学院先后担任研究生导师和博士生导师，多年来，已经为祖国培养出了多位在化学与材料科学领域学有所长的青年人才。

研究硕果累累

孙益民教授的研究方向包括了材料热力学的优化与计算、天然产物提取的物理化学机制研究、金属有机化合物物理性质计算的应用研究、多组分共存物系浓度同时测定计算应用研究、相图模式识别构筑、新型结构材料改性研究、微波法制备纳米材料、熔盐化学与技术、中药现代化研究、农作物脱农残研究、医用复合材料研究、生物质杀菌剂研究、超临界流体提取有效成分群工艺系统研究、活性炭绿色生产工艺、重金属同时检测及脱除、农药残留快速同时测定、大米脱农残研究等多个领域的项目，2010年提出室温（常温）沥青概念，为节能减排二氧化碳做出贡献。

研究项目当中，其中有国家自然科学基金研究项目和安徽省自然科学基金项目以及高校自然科学基金项目，不少已经获得了发明专利或实用新型专利，其中的医用复合材料已经开始了有规模的产业化生产。

累累的研究硕果为孙益民教授赢得了荣誉，先后获得北京市科学技术进步二等奖，中国高校科学技术进步二等奖以及安徽省教育厅优秀教学成果奖等多个科研和教学奖项。

工业技术优化

孙益民教授集三十年从事高等教育经验，二十多年的科研经历以及十多年的工业实践，在数据采掘、神经网络应用、非线性科学、材料计算设计等领域的探究，以及在化学化工领域、工业技术等方面积累的经验知识，在21世纪初自主研发了多因素多水平多目标可视化分析m³VA方法。可以较为有效地解决实验科学和工业技术优化的“多因素多水平多目标问题(m³)”这一世界性难题。2005年起被联合国经济及社会理事会聘为谘商专家，谘商领域为材料科学、天然产物科学、物理化学、计算化学。

M3VA方法在多个工业技术领域方面得到了成功应用，确实解决了很多困扰各类企业的技术难题。如常温沥青、沥青混料研究、高分子材料改性研究、中医骨伤外固定材料、大米脱农残、超临界二氧化碳提取植物有效成分群系统研究、化工工艺优化、多元物质混合焓神经网络模型研究、重金属同时测定研究等多个工业领域中的问题。孙益民教授多次出访美国、加拿大，2011年1月又随安徽省新能源团去德国进行技术学习交流。在国内，孙益民教授一直坚持免费为企业提供工艺优化设计。

目前列入推广的工业化技术有：I²S-MH (中药-保健品原料工业信息化系统)；TOMDO(新材料设计与优化技术)；TOSMAS(一步法沥青混料技术)；I²S-C (化工工艺优化技术)；ACIP(活性炭精深加工产业化)；I²P-1 (高分子材料改性系统技术)。

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关键词：固体物理；教学内容；教学改革；教学方法；双语教学

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）21-0072-02

自20世纪50年代以来，以固体物理的能带理论为基础，固体物理学得到了飞速发展。科学家在磁学半导体、超导、激光等现代科学研究领域获得了重大进展，相关研究成果已经迅速转变为实际生产力，并带动了相关信息科学技术群的高速发展。在20世纪50年代末，“固体物理”被采纳为我国物理专业的一门基础课，是在物理专业课程设置上最为显著的一项改革。[1]

固体物理学通过研究固体的结构，及组成固体的粒子之间相互作用与运动规律来阐明其性能和用途。固体物理学涉及的内容包括固体中的原子结构、晶体结合规律、固体电子运动方程及能带结构、金属导体的导电机制、半导体的基本原理、超导性的基本规律等，因此，“固体物理”已成为物理学科和材料学科的专业主干课之一。中国石油大学（华东）为教育部直属的行业特色鲜明的工科重点大学，目前“固体物理”课程已在材料物理、材料科学与工程、光信息科学与技术三个专业开设，并拟在应用物理学专业开设。

本文从中国石油大学（华东）（以下简称“我校”）目前的固体物理本科教学实际情况出发，针对不同专业对固体物理知识需求的不同，对课堂教学内容进行优化整合，并结合现代多媒体技术对教学手段和方法提出合理改革措施并在授课过程中进行了实践。

一、教学内容的改革与实践―― “一个平台，三个知识模块”教学模式的建立

“固体物理”课程内容丰富，体系庞大，涉及到“普通物理”“理论力学”“量子力学”“热力学统计物理”等多门课程，而目前国内各个高校“固体物理”课程的授课学时受到了总学时的限制。因此如何在有限的学时内把固体物理的精髓讲授给学生，需要针对学生的不同专业特点和对固体物理的要求来精选授课内容。

我校有三个专业开设“固体物理”课程，分别为材料物理专业（64学时专业必修课）、材料科学与工程专业（32学时专业限选课）、光信息科学与技术（32学时专业限选课）。由于各个专业的特点及对固体物理的要求不同，因此在授课过程中授课内容必定有所差异。

我校材料物理专业的学生毕业后一部分在企事业单位从事材料分析与检测或材料制备工作，一部分继续读研深造。学生在大学前两年的学习中已系统学过“普通物理”“量子力学”“热力学统计物理”等课程，物理背景明显，物理知识扎实，并且在以后的学习和工作中对固体物理要求较高。根据这一实际情况，笔者选用山东大学出版的物理基地班教材，在对材料物理专业讲授时主要包含以下六部分内容：一是晶体的结构，在这部分中主要讲授固体物理的基本概念，如晶体的共性、堆积模型、布拉菲点阵等内容；二是晶体的结合类型，主要从晶体结合的物理本质出发阐述导致不同结合类型的原因；三是晶格振动与晶体热学性质，在该部分中主要有简单到复杂的讲解一维晶格振动、三位晶格振动及晶格振动的热容理论；四是晶体的缺陷，主要讲晶体缺陷的基本量类型、性质及缺陷的扩散和缺陷的统计；五是晶体中的电子能带理论，主要讲布洛赫波、一维晶格中近自由电子的近似、能带理论等，并由此讲解导体、半导体、绝缘体形成的本质和差异；六是自由电子论和电子的输运性质，主要讲电子气的费米统计，利用费米统计理论和能带理论对金属的电导、热导等电子输运特性进行系统分析。该六部分内容基本包含了晶体物理学的主要内容，就后期学生深造所需的表面物理、非晶态物理等很少涉及。该内容已在材料物理专业2004～2008级5届学生中讲授过，学生反映良好。

针对材料科学与工程专业学生开设“固体物理”课程，其为32学时专业限选课。考虑到该专业学生没有系统学习过“理论物理”“热力学统计物理”“量子力学”等课程，物理背景相对较弱，但在先修课程中已学过“材料科学基础”“材料工程基础”“材料力学性能”等课程，因此笔者在讲授“固体物理”课程时从学生实际知识背景和学时要求出发，弱化课程涉及到的具体理论推导，强化模型思想对部分推导直接得到结论。从学生本身知识背景考虑，在课程教授时主要讲解以下三部分内容：一是晶体的结合类型，该部分内容与材料物理专业一致；二是晶格振动与晶体热学性质，在该部分中笔者弱化理论推导，而是通过近似的思想给出热容的爱因斯坦模型和德拜模型；三是晶体中的电子能带理论，讲解内容与材料物理专业一致，但在授课过程中涉及到量子力学的内容直接给出结论而略掉具体推导过程。与材料物理专业相比，材料科学与工程专业学生的授课内容和授课学时均有所减少。比如对于晶体结构和晶体的缺陷等内容直接略掉，这是由于学生在先修课程材料科学基础中已经讲解过，这样就避免了不同学院在授课过程中的内容交叉。对于想继续考研深造的学生，笔者一般建议跟随材料物理专业学生上64学时课程。该部分内容在2002～2008级7届学生中讲授过，学生反应较好。

光信息科学与技术专业隶属中国石油大学（华东）理学院，该专业学生的物理知识较材料科学与工程专业学生教深，其专业就业领域为光电子产品与技术领域。光信息科学与技术专业开设32学时“固体物理”专业限选课。与材料科学与工程专业相比，开设课程学时虽然相同，但学生的专业知识背景和对固体物理的要求并不相同。该课程主要教授以下内容：一是晶体的结构，该部分内容与材料物理专业一致；二是晶体的结合，主要讲晶体结合的物理本质，并因此而导致的不同晶体结合类型，应力和应变的内容因涉及到矩阵推导而去掉；三是晶格振动与晶体热学性质，该部分内容与材料专业大概一致，但弱化具体推导，比如晶格振动的长波近似等内容，直接给出结论；四是晶体的缺陷，主要讲晶体缺陷的基本量类型、性质，而缺陷的扩散和缺陷的统计只做定性分析。与材料物理专业相比，受到客观原因限制，光信息科学与技术专业学生的授课深度有所降低，授课内容和授课学时均有所减少。该部分内容已在光信息科学与技术2006～2011级6届学生中讲授过，学生反应良好。

通过对课程内容的认真分析，并针对我校三个不同专业的课程特点及对固体物理的需求，笔者在多年实践的基础上实现了“固体物理”教学“一个平台，三个知识模块”的教学模式，为其他相似课程的建设提供了一定的借鉴意义。

二、教学方法和手段的改革与实践

“固体物理”课在授课过程中涉及到较多的理论推导，一般采用传统的板书授课形式。板书授课可以保证学生与教师思维的同步，加深学生对知识点的理解。但板书在课堂教学过程中会占用相当的课堂时间，降低课堂学习效率和信息量，且长时间板书会导致学生课堂注意力下降，主动参与学习的积极性降低。从课程特点来看，某些教学内容单靠板书学生理解难度较大，比如晶体周期性结构、密堆积模型的六角密排和立方密排、倒格矢、倒格空间等。传统的课堂板书教学方式在“固体物理”教学时遇到了极大的困难。鉴于此，传统的板书教学方法需要改革。

自20世纪90年代以来，随着计算机技术的迅速发展，多媒体技术已成为“固体物理”教学现代化教学手段的重要组成部分。在“固体物理”教学过程中晶格振动、固体、能带理论、电子输运等内容，要用到量子理论、理论力学、热力学统计物理等知识，且要用到高度抽象的波矢空间，该部分知识点一直是教师上课的重点和学生学习的难点。借助计算机技术可以把图片、文本、声音、视频等诸多要素集成在一起来改变教学信息的包装形式，直观地用动态的画面解释晶体的微观及宏观结构和有关的物理规律，从而提高教学内容的表现力和增强教学过程中的直观感染力。而且可以方便现在常用“固体物理”教学模式设计，提高现有教学模式的教学效率和质量，以达到优化固体物理教学的目的。[2]如在讲到晶体的密堆积模型时，学生对六角密排和立方密排感到难以理解，笔者利用3DS MAX动画制作软件及MS、CASTEP等计算软件的绘图功能制作了晶体结构的三维图像及视频，从而充分向学生展示其堆积方式及堆积过程，学生反映良好，收到了较好的教学效果。

多媒体技术授课方式同传统的板书教学相比有其自身的先进性，如教师提前制作多媒体课件可节省大量的板书时间，可提高课堂效率、增加课堂教学内容的信息量；多媒体课件的直观性、新颖性特点，可提高学生的课堂兴趣。但“固体物理”课程理论性很强，如果课堂教学完全依赖多媒体课件会导致学生忽略课程内容学习，而把注意力转移到课件本身上去；多媒体课件可节省课堂板书时间，增加课堂内容的信息量，但同时导致课堂进度紧凑，学生在课堂学习过程中思维紧张，没有充分的时间对知识点深入理解和吸收。因此，通过多年的教学实践，在教学过程中笔者采用了课堂“板书教学+多媒体教学”相结合的教学模式。如在讲解晶体结构时，笔者通过板书提示类型，但具体结构通过多媒体课件展示；对于晶体热容的模型、能带理论等内容，通过多媒体课件给出主要推导步骤，但具体推导过程利用板书进行，从而增加学生的理解时间等。在多年的教学实践中，笔者对课堂板书教学+多媒体课件教学的比例进行了探讨，但得出的结论是：由于专业的不同和面对学生的不同，其比例关系不能一概而论，教师仍为课堂教学的主导，应根据课堂教学的实际情况来调整其比例关系，充分发挥板书和多媒体课件的优势，达到最佳教学效果。

三、网络资源及“课堂教学+网络自学”立体化教学模式的研究与实践

在多年的“固体物理”教学实践过程中，由于专业课的性质，课堂教学具有难以重复性，因此学生课堂听课的效果很大程度上决定了学生掌握知识的程度。借助中国石油大学（华东）“固体物理”校级精品课培育项目的进行，笔者尝试进行网站建设，制定了“固体物理”教学资料的上网计划。目前“固体物理”课程已具备教材、教学大纲、教案、讲稿、试题库等教学辅助资料。网站一旦运行，即可形成“课堂教学+网上自学”的立体化教学模式，从而摆脱学生仅依赖课堂学习的传统学习方式。

四、结束语

随着21世纪固体物理学科的发展及现代化技术的进步，对高等教育提出了巨大挑战，“固体物理”教学的改革势在必行。通过多年教学实践和研究，在我校的“固体物理”课程教学内容中实现了“一个平台+三个知识模块”的教学模式，对“固体物理”的教学方法和手段的改革及新的学习模式进行了一些有意义的探索和实践，并取得了良好的效果。

参考文献：

[1]黄昆，韩汝琦.固体物理学[M].北京：高等教育出版社，1997.