总第３３３期 ２０１５年１１月（下） ｜｜ｆ段毛ｌ‘ Ｔｈｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｎｅｃｔｓ Ｔｏｔａ１．３３３ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１５（Ｃ） 新能源材料与器件专业材料科学基础教学初探 孙文周 （北方民族大学材料科学与工程学院 宁夏・银川 ７５００２１） 中图分类号：Ｇ６４２ 文献标识码：Ａ 摘 要本文基于新能源材料与器件专业，结合仅有两届的 教学实践经验，针对性地探索了该专业的“材料科学基础” 理论课及实验课的教学模式，通过优化课程内容，调整课程 结构，改革教学手段，旨在进一步提高教学质量。 关键词新能源材料与器件材料科学基础教学改革 Ａ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｆｕｎｄａｍｅｎ— ｔａｌｓ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｍａｊｏｒ ｏｆ Ｎｅｗ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ／／Ｓｕｎ Ｗｅｎｚｈｏｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｏｆ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅ－ ｖｉｃｅｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｎｌｙ ｔｗｏ ｓｅｓｓｉｏｎｓ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｅｒｔｉｎｅｎｔｌｙ ｅｘｐｌｏｒｅｓ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅｏｒｙ ｌｅｓｓｏｎｓ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｌｅｓｓｏｎｓ ｏｆ”Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ Ｍａｔｅ— ｉｒａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ”ｆｏｒ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ，ａｎｄ ｔａｋｅｓ ｓｏｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｃｏｎｔｅｎｔ，ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｈｔｅ ｃｏｕｒｓｅ ｓｔｒｕｅｔｕｒｅ ａｎｄ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ ｔｈｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅａｎｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ；ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｃｉｅｎｃｅ；ｔｅａｃｈｉｎｇ ｒｅｆｏｒｍ 随着世界能源消耗大幅上升，能源、资源问题亟待解 决。而解决能源危机的关键是各类新能源材料的突破【ｌＪ。所 谓新能源材料，是指实现新能源的转化和利用以及发展新 能源技术中所要用到的关键材料，它是发展新能源技术的 核心和基础口。为了促进新能源材料领域科学技术的发展， 必须培养相应的人才作为支持。为此，２０１ １年，教育部新增 试点专业“新能源材料与器件”。２０１２年，我校——北方民 族大学获得该专业的招生资格。然而，作为一个新时代下孕 育而生的新专业，学科的建设正处于起步阶段，无现成经验 可以借鉴，在随后的具体课程开展中仍有许多深入问题需 探索。 “材料科学基础”课程是材料专业的一门专业主干课， 基本上是学生在大学期间接触到的第一门与“材料”二字有 关的专业课，同时也属于研究生入学的必考课目。该课程内 容对构建材料工程技术人员的专业知识体系，培养学生科 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 作者简介：孙文周，硕士，讲师，研究方向为先进无机材料。 文章编号：１ ６７２－７８９４（２０１ ５）３３－００５１－０２ 的能力具有奠基作用［３１。因其重要地位，对该课程的教学改 革探索研究颇多 。如上所述，“新能源材料与器件”是一个 新增试点专业，因而，目前没有报道针对性地研究过该专业 方向的“材料科学基础”课程的教学模式。本文的研究目的 正是基于新能源材料与器件专业，结合仅有的两届的教学 实践经验，通过优化教学内容，调整课程结构，改革教学手 段几个方面人手，对该课程的教学模式进行初探。 １优化教学内容 １．１教材的选用 目前，针对本科教学的“材料科学基础”课程的教材较 多，全国大多数高校选用的教材包括以下几版：胡庚祥主编 上海交通大学出版社出版的《材料科学基础》、潘金生主编 清华大学出版社出版的《材料科学基础》、石德珂主编西安 交通大学出版社出版的《材料科学基础》等等。这些经典著 作的内容均是偏向于金属材料，仅是在金属材料科学基础 上扩充了一些陶瓷材料和高分子材料方面的基础理论内 容。新能源材料涉及面广，包括无机非金属、金属及高分子 三大类材料，而我校新能源专业的主要立足在光伏材料、燃 料电池、半导体材料这几个领域，其基质多以无机非金属材 料为主。基于此，本课程应选择“无机材料科学基础”类的教 材。在这类教材中，较为经典的是陆佩文编著的武汉理工大 学出版社出版的《无机材料科学基础》、胡志强主编化学工 业出版社出版的《无机材料科学基础》以及宋晓岚主编化学 工业出版社出版的《无机材料科学基础》几本教材。通过仅 有两年的教学实践经验，本专业最终选用的是宋晓岚主编 的《无机材料科学基础》教材，该教材难点阐述清晰，同时实 例较多，便于学生理解自学。此外，对教材内容也进行了调 整：一方面，在每一章节中的实例介绍时，用大量新能源材 料的实例替换传统无机材料的实例；另一方面，增加了一章 以补充高分子材料材料科学基础的相关知识。 １．２课程内容设置遵守的原则 １）结合新能源材料与器件专业特点，合理优化教学内 容：如在介绍典型材料的晶体结构时，应加入单晶硅的晶体 结构的介绍，因其常用做于太阳能电池的基质材料；还应着 重介绍燃料电池常涉及的钙钛矿的晶体结构，如此等等。 ５ｌ 教改教法 ２）增加与专业有关的“新材料”、新工艺”等内容，紧跟 学科发展，加强前沿成果介绍，开阔学生视野；如在讲授点 缺陷的运动时，引入新型半导体材料实例的介绍；讲授色心 的概念时，引入宝石致色的实例介绍。 ３）该专业的知识体系着重强调基础，加之该课程为考 研的必考课，应适度提高教学内容的深度和难度。如晶体结 构参数的计算、相图分析、扩散的应用均为考研常考题目， 可在每章结束后增加习题，通过习题讲解深化知识点。为 此，相应的增加学时，学时数由原来的５６学时加为６４学 时。 １．８课程内容具体包括三大部分 １）材料的结构部分：介绍材料的组成、晶体结构、晶体 缺陷与材料性质、玻璃体结构与性质、表面结构与性质等内 容。涵盖结晶学、晶体化学、表面化学等多方面的知识点，旨 在从材料内部质点的空间排列、组织结构等方面上说明材 料的组成一结构一性质三者之间的相互关系。 ２）相图部分：介绍单元、二元、三元相图的基本类型，重 点讲解如何利用相图、分析相图，了解物相形成及转变的热 力学条件和规律，明确相图作为材料设计、工艺条件的确定 的科学依据地位。 ３）动力学部分：包括扩散、相变、固态反应及烧结等内 容，是材料生产、加工过程及使用过程的物理化学理论基础， 对材料的结构形成及材料性能控制起决定性作用。 ２探索新的教学方法和手段 ２．１在坚持传统的板书教学基础上，增强多媒体教学的辅助 作用 多媒体体教学有非常多的好处，通过图片、声音、视频、 动画等可以使文字内容形象化、生动化，为教师教学提供形 象的表达工具，能有效地激发学生学习的兴趣。同时，也可 以使一堂课的信息量大大增加。但现在一个怪现象是有些 老师过于依赖ＰＰＩ＇，所有授课内容和信息都是通过ＰＰＴ传 递给学生的，使老师对教学内容的熟悉度下降，甚至一旦停 电，课程就无法进行。“材料科学基础”作为材料专业最为重 要的专业核心课程之一，是以基本概念、基本理论为主的课 程，而ＰＰＴ授课的信息量大、速度快，学生理解和自我消化 知识的时间过短，很多基本概念无法深入理解，会导致后面 的知识更难掌握，从而造成恶性循环。因此本门课程必须坚 持以传统的板书教学方式为主，多媒体教学为辅。当然，也 可以通过观测晶体矿物实物、晶体结构模型、晶体缺陷挂图 等手段加强形象化教学，增强教学效果。 ２．２采用以问题为中心的启发式教学方式 例如，同时给出钻石和水晶玻璃的图片，提出问题：两 者均呈现规则外形、晶莹剔透，为何一个有固定的熔点、一 个却没有，一个价格昂贵、一个却非常普通廉价？通过这个 问题引出晶体与非晶体的概念及性质。再通过完整钻石和 ５２ 金刚石粉体的图片进行对比，提出问题：两者均为晶体，其 内部组成、原子排列规律一致，为何外部形态差距如此之 大？从而引出单晶和多晶的一组概念。这样可以诱使学生进 行思考，自己思考以后再给出答案会使学生记忆更深刻。 ２．３采用案例教学 有的材料科学的很多本科生在学习专业课程后，仍然 不知道学习那么多知识能用在哪里？这些知识和具体哪些 材料有关系？这就是因为我们的基础课程太专注于理论的 讲解，忽略了应用实例的引入。因为课程学时有限，很多老 师认为这门课程就应该把基本概念、重要理论讲清楚，至于 应用的问题留到专业课，在不同材料分支的课程里分别去 介绍。其实，没有应用实例作为先导，对于同学们而言，学习 到的知识点太抽象、太空泛，不容易理解，更不易记忆。等到 学习后续专业课的时候，学生很多理论就已经忘了，又会出 现专业课老师抱怨学生专业基础没打好，总是要去补一些 基础知识，再进行本门课程学习的现象。因此，大量的应用 实例作为知识点引入的先导对于提高教学效果是非常显著 的。比如，以震惊世界的德国高铁事故为例，引出材料内部 缺陷会导致材料失效的问题，进而展开晶体结构缺陷这一 章的学习。 ３结语 材料科学基础是材新能源材料专业的专业主干课、基 础课，为后续的专业课程的开展提供基础知识储备。因此， 希望结合新能源材料与器件的专业特点，通过合理优化教 学内容，探索行之有效的教学方法，提高教学质量和教学效 果。总之，在教学改革的初期，要不断改革，勇于实践，不断 调整，为“新专业”的“老课程”的教学改革做一些探索研究。 参考文献 ［１】蒋利军，张向军，刘晓鹏，朱磊，尉海军．新能源材料的研究进展【ＪＪ． 中国材料进展，２００９，２８（７—８）：５０—５５ ［２］安春爱，米晓云，柏朝晖．浅谈新能源材料与器件专业建设ｆＪ１．长春 教育学院学报，２０１２，２８（６）：１０７—１０８． ［３］宋晓岚．“无机材料科学基础”课程建设与教学改革探讨叨．理工 高教研究，２００４，２３（２）：１０９—１１１． 『４］陈扬，石萍，刘伟东，齐锦刚，齐义辉．材料科学基础课程的教学实践 与探索［Ｊ】．辽宁工业大学学报：社会科学版，２０１３，１５（４）：１２９—１３１． ［５】李红，薛博，李卫，刘英，容建华，尤德强．材料科学与工程专业“材料 科学基础”大平台教学研究［Ｊ】．新课程研究，２００９（１５９）：５８—６０． ［６］王艳荣．“无机材料科学基础”教学实践与改革探讨【ＪＪ．高教论坛， ２００７（２）：１２８—１２９． ［７】陈玉珍，马宝山．“材料科学基础”实验教学改革研究与实践［Ｊ］．高 校实验室工作研究，２０１０，１６４（２）：１ １０． ［８８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． 编辑刘浩
