简要分析《材料科学基础》课程教学改革的探索论文

时间:2020-12-12 15:15:08 材料毕业论文 我要投稿

简要分析《材料科学基础》课程教学改革的探索论文

  伴随着人类社会的急剧发展,能源危机与环境污染成为人类面临的严峻挑战。而新能源作为一种“绿色环保”新技术,在减少环境污染、解决能源危机方面发挥着重要的作用,是未来替代传统能源的最有前景的一种方式。我国乃至世界已经把新能源产业的发展列为国家战略新兴产业发展的主攻方向,并制定了一系列政策法规。新能源产业的迅猛发展带动了新能源材料的研究与开发,并离不开相应的专业人才的培养,目前新能源材料专业人才的需求已呈现出供不应求的局面。因此,越来越多的高校逐渐发展新能源相关的专业方向,新开设“新能源材料与器件”专业,以培养更多优秀的新能源领域专门人才,满足我国新能源产业发展的需要。

简要分析《材料科学基础》课程教学改革的探索论文

  新能源材料与器件专业是一种多学科交叉的综合性专业,集材料、物理、化学、电子、信息、生物、机械等多学科于一体。该专业主要围绕新型的能量转换与存储材料、从材料体系的选择、设计、制备、器件组装等方面入手,培养具有扎实的理论基础、较高的综合素质和较强的创新能力的专业人才,以满足国民经济建设对新能源材料专门人才的需求。我国的新能源材料与器件专业始建于2010 年,从开始的全国15 所高校到目前全国共有30 余所高校开设此专业并呈现递增的趋势。目前新能源材料与器件专业及其相关学科的建设还处于起步发展阶段,考虑到专业的综合性与特殊性,该专业的人才培养方案制定与课程设置既不能简单的套用传统的材料学科,又不能完全脱离材料,特别是大材料类基础核心课程《材料科学基础》的课程安排,因此需要认真思考和研究。

  三峡大学新能源材料与器件专业始建于2014 年,经过近三年的发展,该专业的师资队伍、在校本科生、研究生已经初步形成一定的规模,培养了一批批优秀的专业人才。目前,该专业的正呈现出蓬勃发展的趋势。本文结合三峡大学新能源材料与器件专业培养目标及资源情况,探讨适合该专业的《材料科学基础》的课程内容设置与课程实验安排。

  1 《材料科学基础》课程体系的改革

  《材料科学基础》是材料类专业学生必学的一门专业核心课程,该课程以“厚基础、宽口径”人才培养目标为宗旨,涵盖的内容包括金属与非金属、无机与有机,主要注重理论基础知识的学习。目前市面上的《材料科学基础》课程教材主要有两类,一类是侧重于传统无机材料如水泥、陶瓷、玻璃的《无机材料科学基础》,如武汉理工陆佩文主编的,主要内容有结晶学基础、晶体结构与缺陷、熔体和玻璃体、表面与界面、热力学应用、相平衡、扩散与固相反应、相变、烧结等。另外一类是侧重于金属材料方面的《材料科学基础》,如上海交通大学胡庚祥主编、清华大学潘金生主编的,主要内容有材料的微观结构,晶体缺陷,原子及分子的运动,材料的范性形变和再结晶,相平衡及相图,材料的亚稳态,材料的物理特性等。两类教材对金属材料学专业与无机非金属材料专业学生而言都是很经典的教材。而对于新能源材料与器件专业,考虑到该专业的综合性与方向性,目前的《材料科学基础》课程体系及内容设置均不太适应本专业的人才培养目标的需求。而且由于理论课时时间有限,在教材的选择上、授课内容的取舍与更新上、以及如何在有限的课时内达到理想的教学效果,这些都需要认真考虑。新能源材料与器件专业涉及的主要材料体系大多为无机材料,因而《无机材料科学基础》教材更适合本专业学生。在选择该教材的前提下,我们针对性的弱化了无机材料相关的领域如玻璃与熔体、相变、相平衡等章节,着重强调结晶学、晶体结构与缺陷、热力学等大材料基础知识方面,并在讲授基础知识点的过程中适时的引入半导体材料的相关基础知识。

  2 注重培养学生的创新思维与科研兴趣

  新能源材料与器件专业的《材料科学基础》既要传授于学生坚实的材料科学基础理论知识,又要培养学生分析新能源材料、器件与基础内容之间的关系的能力。鼓励学生参加科研项目,进行科学研究是实现这一目的最有效、最直接的手段。

  我院对大一新生采用导师制培养方式,每位新生有自己的导师,导师制规则不仅要求导师从生活、学习、思想上对刚入校的新生进行关心,还要培养学生的科研兴趣、爱好。我院导师都具有名校博士学位,都有自己的学术专攻领域,学生在导师的指导下可以根据自己的兴趣爱好自主选择导师。在导师带领下,学生开始进入实验室,学习使用新能源材料制备、性能测试等相关的实验仪器设备以及通过文献阅读了解最新的学科动态。我院在学生参与科研项目方面给予足够的支持,例如学生可以通过科技创新参与导师的科研项目,并给予每个项目1000元的经费及相应的学分置换、论文奖励政策,促进学生的科研兴趣和自学能力。很多学生在教师的.带领下在SCI 期刊上发表学术论文、申请国家发明专利、参加各种国家级、省级科技竞赛,如全国大学生金相赛、湖北省创新创业大赛等并多次获得奖项。课程教学与科学研究相辅相成、以科研促教学可以显著的提高学生科学的思维方法和创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力,即注重培养学生获取知识、运用知识、创新知识的能力。新能源材料领域材料科学发展非常迅速,课本的知识永远跟不上最新的科研成果而理论知识又以《材料科学基础》为基础,因此,科研与教学相结合,以科研促进教学对于培养创新型专业人才意义重大。

  3 合理利用多媒体教学

  《材料科学基础》课程内容多、知识点碎、且抽象性、理论性强,为了提高该课程的教学效果,有效的教学手段和教学方法不可或缺。板书教学作为一种传统的教学手段数百年来在教学过程中起到了不可替代的作用,即使在电子产品、科技高度发达的今天,也依然占用重要的地位。但是板书教学的局限性,如信息容量小、内容不易保存,枯燥、缺乏趣味性,很难吸引学生的注意力,已不能完全满足课堂教学的需求。而多媒体教学与板书教学相比有很多优点,如可以创造图文并茂、有声有色的教学环境,可以把抽象的事物具体化,把复杂的问题简单化,从而可以激发学生的学习兴趣。如晶体学基础中的晶体结构、四面体间隙、八面体间隙,空间位置比较复杂,借助于多媒体视频,教师可以清楚的将不同的晶体结构展示给学生,学生可以更好的、准确的掌握不同晶体结构的构造、间隙位置及大小。相变过程中F-R 位错源、位错滑移、攀移等均是该课程的教学难点,而借助于多媒体教学,易于学生理解和接受,可以更好的激起学生的学习兴趣,使原来单调的课堂教学直观生动、新奇有趣。同时,多媒体教学可以省去教师板书的时间,增加课堂信息量,提高课堂教学效率。

  4 《材料科学基础》课程实践教学环节改革

  实践教学是专业教学的重要环节,对提高学生的动手能力、培养创新型专业人才具有关键的作用。《材料科学基础》课程理论性强、知识点多、内容比较抽象,学生学习起来比较难理解。而实践环节不仅可以提高学生的动手能力、还可以加深对理论知识的理解和掌握,并提高利用理论知识解决实际问题的能力。因此,实践教学环节不容忽视。作为一种新的专业,新能源材料与器件专业是一门实践性非常强的学科,该专业的实践教学环节安排应针对专业需求,秉承但区别于传统的金属材料、无机非金属材料专业的实践教学,加强新能源材料相关的实验设计、制备实验及器件相关的制备实验。本校新能源材料与器件专业的《材料科学基础》课程实验教学学时为10学时,包括6 个学时的验证实验和4 个学时的综合性实验。验证性实验主要是通过实验加深对理论知识的理解和运用。验证性实验根据实验设备台套数对学生进行分组,要保证每个学生都有动手机会。综合性实验主要是在验证性实验的基础上,让学生自由分组并根据所学知识独立设计实验。每个学生都要参与到实验过程中,注重学生的参与性,并各自承担一定的任务,最后将小组成员所做工作进行总结,写成标准的实验报告。综合性实验可以结合授课老师的科研项目进行,如我校新能源材料与器件专业青年教师均为博士研究生,专业研究方向涉及太阳能电池、锂离子电池、光催化材料、超级电容器等领域,学生可以根据自己的兴趣自由选择研究方向并请相应的老师进行指导,完成一个材料体系的设计、制备、测试等过程,形成完整的实验报告。通过实践教学环节可以加深学生对所学专业的了解,增加学习兴趣,激发求知欲望,提高创新能力与思维。

  通过以上四个方面的课程改革策略,我校新能源材料与器件专业,在比较完善的专业人才培养方案的引导下,经过几年的建设已经形成了具有一定影响力的专业。近年来,该专业购置了多套本科实验教学设备,联系了一批实验、实习基地,充分保证了实践教学环节的开展; 引进了一些国内外名校毕业的高水平人才,积极带动了本科生的科研创新活动,培养出了几批具有扎实的专业基础知识和较强的动手能力、创新型的优秀人才。

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