多元化教学方法在《材料表界面》教学中的应用

摘要：《材料表界面》课程内容充实，具有丰富的理论性和实践性。文章在将课程与表面工程实际问题紧密相结合的前提下，将录像教学、多媒体教学、自学、科研文献辅助教学等方法引入常规课堂教学，并与开放式讨论、以及实践性教学等方法相结合，将多元化教学应用到本课程的教学中，对该课程进行了一系列教学改革，取得了较好的教学效果。

关键词：材料表界面；多元化教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0073-03

一、引言

材料产业是国民经济中的支柱产业之一，而任何材料都有与外界接触的表面或者与其他材料区分的界面，材料表界面的结构和性能直接影响材料的整体性能，材料的腐蚀、老化、硬化、破坏、印刷、涂膜、粘结、复合等无不与材料的表界面密切有关。因此了解材料表面及界面的有关基础知识，并在此基础上掌握材料表面与界面问题的控制规律和改善措施，对材料行业的从业者以及技术研究人员具有重要意义。鉴于此，我院材料化学本科专业将“材料表界面”设置为专业必修课程，第5个学期开课。本课程主要包括表面化学、表面活性剂、以及四大类材料（高分子材料、金属材料、无机非金属材料和复合材料）表界面和表面测试技术等四大部分内容[1]。当前，深化高等教育教学改革，提高教学质量始终是高等院校的核心任务之一。在本课程授课过程中，笔者发现由于本课程与表界面工程实际问题紧密联系，单一的课堂理论授课方式收效不明显，难以激发学生学习兴趣，因此尝试将将录像教学、多媒体教学、自学、科研文献辅助教学等方法引入常规课堂教学，并与开放式讨论、以及实践性教学等方法相结合，将多元化教学应用到本课程的教学中，对该课程进行了一系列教学改革。

二、常规课堂教学中的新尝试

（一）从日常生活中的表界面现象入手，激发学生的学习兴趣

兴趣是点燃智慧的火花，是探索知识的动力。在教学中只有激发学生学习的兴趣，才能充分调动其学习的主观能动性。因此，教师应注意教学的趣味性，以及教学内容和日常生活的联系，能使学生在愉悦的气氛中学习，唤起学生强烈的求知欲望。如笔者在讲到材料表面浸润性的内容时，对学生提出一连串的问题：“荷叶为什么能出淤泥与不染”，“耐油污材料的设计关键在哪里”，“决定液体在固体表面浸润性的最本质因素是什么”等？学生们听了这一连串的问题后感到学习相关知识可以解决很多实际问题，大大激发了他们的学习积极性。在介绍表面活性剂的相关知识时，先举一系列与日常生活贴近的例子，如活性剂在日常清洁用品、在油田采油、在农业生产如农药中的应用实例，引导学生从身边司空见惯的事物中进行思考，启发学生将材料表界面知识应用于生活实践，从而激发学生的学习兴趣。

（二）引用科研论文资料，丰富教学内容，帮助学生理解

现有教材的编写一般偏重于强调知识系统的逻辑性，偏重理论教学和反映学科体系的基本原理，由于篇幅原因在培养学生应用能力、创新意识和探索精神方面的内容较少。而高等教育教学改革强调培养创新人才。因此在课堂教学中，根据所授课内容，适当引入一些科学研究文献进行介绍和剖析，帮助学生培养研究型和探索型思维是创新教育理念的体现。科学研究文献辅助教学在拓宽学生思维的同时也加深了学生对相关基础理论知识的理解，达到了更深层次的教学效果。比如在无机非金属材料表界面教学内容中，在介绍陶瓷三相结构，即玻璃相、晶相以及气相三相结构时，以“高温过滤支撑体用SiC基多孔陶瓷的制备与表征”[2]一文为例，以实际的扫描电镜微观结构图片对烧结过程中粘结剂用量多少对陶瓷晶粒大小、气孔大小以及玻璃相存在比例的影响进行了直接展示，并通过实际数据的介绍使学生充分理解陶瓷材料界面微观结构特征对多孔陶瓷气孔率、抗弯强度等主要性能具有直接的影响作用。这样学生不仅了解到陶瓷材料存在三相结构，还充分认识到三相比例及微观结构的复杂影响因素以及陶瓷材料相结构所决定的陶瓷复杂界面特征。而在介绍固—固—固三相晶界构型中讲到“从能量角度考虑，弯曲晶界不稳定，如果温度足够高，弯曲的晶界会沿着曲率运动，使界面减小，通过消耗周围的小晶粒使多边形晶粒长大。”时，为了让学生充分理解，除了在原理上从表面张力的角度进行解释，还以“烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响”[3]一文为例，以扫描电镜微观图片展示了不同烧结温度下SiC陶瓷的断面形貌，学生可以直观观察到烧结温度为2130℃时，晶粒细小，但孔隙较多，致密度不高；2190℃时，结构细密，晶粒尚未明显增大；而2220℃时，晶粒开始长大，大小晶粒并存，致密度最好；继续升高到2250℃，晶粒异常长，晶间疏松反而引起致密度下降。通过这一实例的展示，同学们不仅能够更深的体会在高温下，晶粒长大，即弯曲的晶界沿曲率运动使界面减小的过程，还了解到对于陶瓷来讲，晶粒的大小要控制到比较合适的尺度，并非越大越好。从以上实例可以看到，对于教材中的一些结论，加以实际科研素材中的实例进行实物阐述，一方面激发了学生科学研究的兴趣，另一方面可以加深学生对相关知识的理解和把握，达到学以致用的目的。

（三）适当的自学环节

人类知识的总量随着社会的发展不断增加。在知识激增、科学技术日新月异的今天，自学是人们适应不断发展变化新生活的重要途径。因此，培养学生的自学能力是大学教育的重要环节。对于教材中的少数章节，属于常识性知识的介绍，涉及的内容以及相关原理相对简单，若在课堂上花大量时间讲解，因学生觉得太通俗易懂，可能会缺乏兴趣和热情。对于这样的内容安排学生自学，一方面可以提高学生的学习主动性，同时也可以锻炼他们的自学能力。比如在第10章“复合材料的界面”第三节中关于“高性能纤维表面处理”一节中，主要介绍了碳纤维和有机纤维的表面处理方法，包括表面清洁处理、表面氧化处理、表面涂层、表面沉积无机物、电聚合处理、低温等离子处理以及表面接枝等七大类方法，每一类方法里面还有具体的分类。

（四）录像教学

视频资料以其直观、信息量大，使学生获得视角、听觉、感觉、文字等全方位的刺激并提高学生的学习兴趣为特点，能够大幅提高教学效果与教学效率[4]。在本课程54学时的教学过程中，为了调剂学生的学习状态，在部分内容中穿插使用了视频资料。比如在讲完聚合物的表面张力相关内容后，播放了一段对低表面能含氟聚合物的分子结构、特殊性能进行介绍的录像，通过生动的录像资料，使学生领会聚合物表面张力与其实际应用的紧密联系。通过观看录像，寓学于乐，给学生营造了一种宽松、自由、的学习氛围，调动了学生的学习气氛。但是在录像教学中，要遵循适度性原则，过于频繁或者录像时间太长，可能导致教学缺乏严肃性，使学生思想跑题。在本课程的学习中，总共使用了3次录像教学，每次时间在10～15分钟左右。

三、学生老师角色互换法

学生与老师之间进行角色互换是一种新颖的教学方法，它把老师对学生的教育建立在师生平等的基础上，把课堂还给学生，让每个学生都融入课堂，主动参与到教学当中，每一个学生都有表现自己的机会，他们对知识的被动接受也就变为了主动吸收，不仅大大提高了教学效果，也实现了素质教育中以点带面、全面合作型的学习方式[5]。比如本课程第8章“金属材料的表面”中第5节为“金属的表面改性”，而由于篇幅有限，在教材中主要针对“干式被覆方法”进行了介绍，虽然“湿式被覆方法”也是金属表面改性处理方法中应用得比较多的一大类方法，但在教材中只是提及，没有进行阐述。而恰好本院“材料化学”专业第6学期的“材料化学专业实验课”中有三个实验主要则针对金属表面的湿式被覆改性方法进行体验。因此考虑到对本课程内容的扩充以及对实验课内容进行先修理论学习两方面的需求，将这部分内容添加到教学设计中。

主要教学方法为老师先给出三个相关主题，分别为“铝的阳极氧化”，“钢铁的磷化处理”以及“钢铁表面电镀锌”。然后将学生分成小组，5～6人为一组，为营造竞争的气氛，每两组分派同一个主题，相同主题的小组可以选择不同侧重点，要求同学们自己搞好分工协作，通过查阅图书馆资料，电子文献资料等制作ppt。主要内容要求包括该方法的目的、原理、主要体系的特点分析，影响因素（前处理/电流密度/添加剂/后处理等）和影响规律以及整个技术的优缺点及发展前景。准备工作完成后各小组在指定的课堂时间进行讲解，讲解过程中要求每个成员都参与，每人讲解一个小部分。在该方法实施的过程中老师的主要责任在于首先从讲稿的写作和PPT制作开始把关，在学生讲解过程中进行纠错和补充；讲解完毕后教师针对学生的讲解进行总结。这种教学方式中学生参与性的提高极大地提升了学生的积极性，同时也锻炼和提高了学生的自学能力和表达能力，对学生利用各种资源获取信息和知识的能力进行了初步培训。

四、实践性教学

实践教学是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。然而在现有教学体系中，往往是实践教学和理论教学体系完全分开。比如在本课程第11章“材料表面表征技术”的教学中，给学生介绍了显微镜和能谱技术等理论知识体系后，利用学校现有资源，组织学生参观了大型表面测试仪器，扫描探针显微镜、透射电子显微镜、XRD衍射仪等，通过相关仪器负责老师对现场仪器的组成介绍以及实际样品的测试演示，促使学生把理论知识与实际操作相结合，可以更深刻体会材料表面微观分析手段在材料研究中的重要意义，并了解主要测试方法的原理和适用性，为自己在以后的技术研究工作或者科学研究工作中正确使用这些仪器打下基础。

五、结束语

多元化教学方法在材料表界面课程中的应用，是笔者在教学实践的基础上，针对材料化学专业学生知识结构的需求进行的新尝试，通过教学实践证明，多元化教学的教学效果明显，大大提高学生学习的主观能动性，学生学习兴趣明显增加。这种多元化教学方式已取得了一定的成效，但仍需完善，尤其在对学生的实践能力和创新能力的培养方面，需要在今后的实践教学中不断探索和改进，以取得更好的效果。

参考文献：

[1]胡福增，陈国荣，杜永娟.材料表面与界面[M].上海：华东理工大学出版社，2007.

[2]李俊峰，林红，李建保，等.高温过滤支撑体用SiC基多孔陶瓷的制备与表征[J].稀有金属材料与工程，2009，（S2）：122-125.

[3]吴澜尔，江涌，乔发鹏.烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响[J].粉末冶金技术，2010，28（1）：58-60.

[4]石冬莲，石高宏.浅谈视频资料在教学中的应用——以国际金融精品课程建设为例[J].时代经贸（中下旬），2009，（3）：200-201.

[5]余睿.师生角色互换，不一样的精彩：华东交大师生积极探索新型教学模式[J].江西教育，2009，（3）：39.

作者简介：屈钧娥（1978-），女，湖北人，博士，从事材料表界面、材料表面处理等课程的教学工作以及材料防腐领域的科研工作。