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关键词:无机功能材料;教学;改革
中图分类号:G642.0;G642.3;TB34 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)05-0072-02 华南农业大学材料化学专业的培养目标是立足广东,面向珠江三角洲,培养掌握现代化学与材料学基础的基本理论和研究方法,具备新材料研究和技术开发能力,能在化学、材料科学与工程及其相关领域,从事新材料的设计、检测、研究、开发和管理等工作的高素质复合型人才。无机功能材料是具有特殊电、磁、光、声、热、化学以及生物功能的新型材料,既是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料,又在农业、化工和建材等传统产业的改造方面起着重要作用。无机功能材料是华南农业大学材料化学专业的一门重要的专业课程。本文结合教学实际,从教学内容的更新、教学方法的探索和考核方式的改革等方面进行了有益的探索和实践,取得了较好的效果。
一、加强教学内容改革与优化,建立教学新体系
无机功能材料课程内容包括无机材料概论、晶态与非晶态结构、超导材料、压电材料、介电材料、半导体材料、红外材料、光导材料、变色材料、磁性材料、特种玻璃、生物功能材料、多孔材料等内容。在十多年教学中,通过精选教学内容,加强教学内容改革与优化,以“制备—结构—特性—应用”为主线,注重教学内容与学科发展前沿、现代生活和生产实际相结合,体现了授课内容的先进性、趣味性和实用性,提高了学生学习兴趣。
1.教学内容与学科发展前沿结合,体现先进性。紧跟学科发展前沿、瞄准研究热点是更新课堂教学内容的有效途径。在授课过程中,注重从国际和国内学术期刊中获得无机功能材料研究的相关信息,把研究热点与最具代表性的研究成果制成课件,展示给学生,使学生及时了解到最新的前沿知识,接触学术前沿领域,激发学生的求知欲望[1,2]。例如,在讲授压电陶瓷材料时,首先讲授传统的压电陶瓷,以PZT为基的二元系、三元系铅基压电陶瓷的制备、性能以及在国民经济和现代科学技术等方面应用;其次向学生介绍这类压电陶瓷中大量的铅在制备、使用和废弃处理过程中都会污染环境;最后介绍当前无铅压电陶瓷研究进展,包括BaTiO3基、BNT基和铌酸盐系等无铅压电陶瓷。讲授无机超导材料时,先介绍物质磁性的分类、磁性材料种类、特性和应用,再介绍当前磁性材料科学的研究热点——磁性半导体、分子基磁体以及同时具有铁电和铁磁双重性质的磁电复合材料。在讲授无机多孔材料时,介绍2012年发表在《Nature Materials》上的吸附二氧化碳的新材料NOTT-202a的结构、特性和应用前景[3]。通过学科研究前沿知识的讲授,体现了教学内容的先进性。
2.教学内容与现代生活实际结合,体现实用性。无机功能材料在日常生活中应用广泛。在课堂教学中,将教学内容与现代生活实际相结合,提高了学生的兴趣。例如热致变色材料是一种能对外界环境变化产生响应的新型智能材料,其中的无机低温热变色材料具有随温度变化颜色改变的特性,可将在商标、封签和票据上作特殊的标记进行化学防伪,用于冷冻食品、蔬菜和水果等各类食品适宜保存温度的指示,制作热变色家具、茶具和玩具,用于绘画、美术作品和广告中产生一些奇特的效果等[4]。变温磁性材料与家用电饭锅,压电材料与煤气灶和倒车报警器,变色玻璃与太阳镜,气敏陶瓷与煤气报警器,荧光材料与彩色电视机,红外材料与节水龙头,形状记忆合金与儿童矫牙,多孔材料与饮水机,无机纳米抗菌材料与保健鞋垫,超导材料与磁悬浮列车,吸波材料与隐身飞机,泡沫玻璃与新型节能建筑材料等知识的介绍,使学生感受到无机功能材料在生活中无处不在。这种理论联系生活实际的教学,增强理论课的实用性和趣味性。
二、加强教学方法和手段的更新,增强课堂教学效果
1.讲授与讨论相结合。在教师讲授的同时,开展课堂讨论式教学,既可以培养学生学习的主动性和分析问题的能力,又可以培养学生的创造性思维,从而有效地提高课堂教学质量[5,6]。本课程在教学过程中根据选课学生人数安排讨论课次数,采用方式为:首先教师提出若干个课题,如金刚砂的制备、结构和应用,无机超导体的种类、结构和应用,宝石中的化学以及气敏陶瓷的种类、特性和应用等;其次学生自由组合成2~3人小组,查阅文献和制作PPT;最后每个小组推荐一名成员上台讲授。从实施效果来看,这种课堂讨论教学改变了传统的以教师讲授为主和学生被动接受的教学模式,增强了学生学习的主动性,提高了学生查阅文献、PPT制作、语言表达和综合分析问题的能力,促进了教与学之间的互动,活跃了课堂教学气氛。
2.传统授课方式与现代教育手段相结合。将多媒体引入传统的课堂教学,是对传统的教学方式的继承、扬弃和补充,将抽象的知识直观化和形象化,激发了学生的学习兴趣,调动了学生学习的积极性[5]。例如在讲授超导材料时,先让学生观看磁悬浮现象的视频,通过提出问题“为什么磁性圆片在低温下会在金属圆片的上方悬浮起来?”引入讲授内容——超导材料,然后从超导现象,超导特性,超导材料的种类、结构及其在输电、电机、交通运输、微电子、电子计算机、生物工程、医疗和军事等领域应用进行讲授。在讲授发光材料时,先利用中山大学部级精品课程《综合化学实验》网络资源,让学生观看“化学发光材料制备”视频,了解化学发光材料制备过程、结构表征的方法和手段,观察发光现象。在讲授激光材料和压电陶瓷前,播放一段激光雕刻机制作葫芦工艺品和压电陶瓷的有关应用的视频。在讲授激光产生的机理时,采用动画展现“三能级系统”、“四能级系统”、粒子数反转和激光形成的过程。这种讲授与动画和视频的有机结合,收到良好的教学效果。
3.理论教学与实践教学相结合。近几年来,通过以下四个方面的实现理论教学与实践教学的有机结合:(1)设置无机功能材料课程的实验。实验教学是学生创新意识和创新能力培养的重要手段与途径[7],利用华南农业大学省级化学实验教学示范中心的有利条件,开设了溶胶—凝胶法制备纳米BaTiO3陶瓷粉体,微波辐射法合成磷酸锌,稀土发光材料的制备与发光性能等实验项目,提高了学生的实验技能。(2)组织学生参观相关企业。与深圳宝嘉能源有限公司,中山东晨磁性电子制品有限公司,佛山安亿纳米材料有限公司、东莞长发光电科技有限公司和广州台实防水补强有限公司等10余家企业建立了长期的产学研合作关系,通过组织学生参观,了解镍锌软磁铁氧体材料及器件、锂离子电池等无机功能材料的生产工艺和过程,增加了感性认识,加深了对理论知识的理解。(3)鼓励学生参与教师研究课题。近几年来,学生参与教师主持的含氮共轭聚合物与无机半导体杂化光催化剂的设计、制备与催化机理研究,双功能光转换剂的制备及其在棚膜中的应用研究,一维二氧化钛纳米管装载恩诺沙星纳米囊研制及缓释特性研究,季鏻盐类复合抗菌材料的制备和性能等多项省、部级及以上科研项目。学生通过参与教师的科研,了解无机功能材料研究的发展动态,开阔知识视野,增强学习和研究的兴趣。(4)指导学生申报大学生科技创新项目。课外创新活动是培养大学生创新能力的有效途径[8],近几年来,材料化学专业的学生获得了碳纳米管/聚N-异丙基丙烯酰胺智能复合材料的制备与性能研究,橄榄石纳米LiFePO4正极材料的模板法制备及性能研究,稀性二氧化钛纳米管的制备及其对农药降解的研究,水热法制备钬掺杂二氧化钛纳米管及其光催化性能研究,GeS簇/MOFs复合多孔纳米材料可见光催化还原CO2和H2O合成甲醇的研究,金属氧化物改性多孔碳球的制备、表征及其用于直接甲醇燃料电池的研究和竹炭为模板制备纳米钛酸锂负极材料及其性能研究等科技创新项目,增强了学生的创新意识,提高了分析问题和解决问题的能力。
三、加强考核方式的改革,体现考核客观性和公正性
为了体现客观性和和公平性,无机功能材料课程考核采取平时考核和期末考试结合办法。平时成绩占总评成绩的40%,主要考查平时作业、课堂教学参与、小论文撰写、PPT制作和课堂讨论讲授效果等。期末考试成绩总评成60%,题型包括单项选择、不定项选择题、填空题、专业名词英汉互译和简答题。其中前三项主要考核学生对无机功能材料基本知识的掌握情况,后二者考核学生运用知识的能力。
综上所述,通过10多年的探索和实践,无机功能材料的课堂教学取得了良好的效果。从学生评教结果看,2008~2012年得分均92分以上,位居学院专业课前列。学生主持与课程相关的大学生科技创新项目24项,公开发表相关学术论文50余篇,其中SCI和EI收录32篇。在今后的工作中,将不断深化课堂教学改革,加强实践环节教学,使无机功能材料课程的教学在培养适应珠江三角洲经济发展的材料化学方面高素质复合型人才发挥更大作用。
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基金项目:广东省“应用化学”特色专业建设项目(2011)和华南农业大学2011年教育教学改革与研究重点项目(JG11006)
【摘要】电子材料与器件课程作为电子材料专业的基础和入门课程,对于学生夯实基础、激发学习兴趣、展开深层次学习具有至关重要的作用。而该课程的教学方式方法,对于学生掌握电子材料与器件知识有着重要影响,在本文中,笔者将新形势下电子科技学科教学改革的特点和教学经验相结合,通过对电子材料与器件课程的教学内容、课程安排、教学形式等方面的研究,探索更加完善的教育教学方法,努力提高电子材料与器件课程的教学质量。
关键词 电子科学与技术;电子材料与器件;教学方法
电子材料与器件课程是电子科学技术相关专业的基础性课程,对于学生巩固基础知识和提高专业技能是极为重要的。而提高电子材料与器件课程教学的质量,使课程与社会需求相结合,是高校教师探索的重中之重。笔者承担着我校电子材料与器件课程的教学任务,在总结教学经验的基础上,笔者在教学内容、课程安排和教学形式等方面进行了尝试,并取得了一定的教学成果。
1.电子材料与器件简介
处于电子科学技术产业链前端的电子材料和元器件是众多核心基础产业的重要组成部分,是计算机网络、通讯、数字音频等系统和相关产品发展的基础。电子材料与器件是指在电子技术和微电子技术中使用的材料和器件,包括半导体材料与器件、介电材料与器件、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料光电子材料和磁性材料、电磁波屏蔽材料以及其他相关材料与器件。电子材料与器件是现代电子产业和科学技术发展的重要物质基础,同时又是科技领域中技术导向型学科。它涉及到物理化学、电子技术、固体物理学和工艺基础等多学科知识。根据材料的化学性质,可以分为金属电子材料,电子陶瓷,高分子电子、玻璃电介质、气体绝缘介质材料,电感器、绝缘材料、磁性材料、电子五金件、电工陶瓷材料、屏蔽材料、压电晶体材料、电子精细化工材料、电子轻建纺材料、电子锡焊料材料、PCB制作材料、其它电子材料。
2.电子材料与器件课程教学模式
2.1电子材料与器件课程教学形式
电子材料与器件课程既包含电子材料的物理特性和电子器件的工作原理,还包含丰富的电子材料与器件的理论知识,并且与实践应用紧密结合。为了更好的培养学生的时间能力,增强实践意识,达到学以致用的目标。因此,电子材料与器件的课程教学应采取实验教学和理论教学相结合的教学形式,教师安排合理的实验活动,将理论教学与实验教学有机结合,达到学生巩固理论知识、增强实践技能的教学目标。
2.2电子材料与器件教学课时安排
教学采用教材《电子材料与器件原理》。在电子材料与器件教学的课时安排上,该课程作为电子科学与技术专业的核心课程,电子材料与器件课程的总课时应不少于80学时,理论课学时设计应在64学时左右,实验课学时应在16学时左右,任课教师可以根据教学过程中的实际情况增加或减少某一章节的课时安排。
2.3电子材料与器件课程教材选择
在电子材料与器件课程的教材选择方面,由于电子材料与器件是电子科学技术的一部分内容,目前我国关于电子科学技术的参考书籍很多,其中也不乏经典教材,但考虑到本科生对于该课程接触时间段、基础知识薄弱等特点,笔者认为任课教师可以自行编写课件和讲义,以便学生更好的理解教学内容。除此之外,由加拿大萨斯喀彻温大学电气工程系教授、加拿大电子材料与器件首席科学家萨法·卡萨普编写的《电子材料与器件原理(第3版)》也是业界公认的电子材料与器件教学的参考书籍。
3.电子材料与器件课程的理论教学
在新时期素质教育的背景下,电子材料与器件课程的理论教学更侧重于加强学生的实践能力,因此需要对传统的电子科学技术教学中重视原理、定律和规律的模式进行调整,在教学内容的设置方面,为了便于学生更好的理解知识体系,以笔者讲授电子材料与器件理论课程(共80学时)为例,该理论课程共被划分为材料科学的基本概念、固体中的电导和热导、量子物理基础、现代固体理论等四个章节,这四个章节阐述了电子材料与器件涉及的基础理论,内容包括材料科学基础理论、固体中的电导和热导、量子物理基础和现代固体理论,以及对各种功能材料与器件的原理与性能的讨论。另外,在讲授每章内容时,任课教师应注意弱化理论知识,增加实践知识。
4.电子材料与器件课程的实验教学
电子材料与器件的实验教学要与理论教学紧密结合,并重点介绍理论课上讲过的电子材料与器件,实验课程学时不能偏少,开设实在要安排在理论教学完成之后,使学生能够充分将理论知识应用于实践中。在实验开始前,教师要要求学生充分掌握理论知识,实验结束后,学生要写实验报告,使实验切实产生作用,而不是走马观花。在实验课程的设定方面,要尽量避免与其其它验课程的重复,还要确保理论与实践相辅相成,充分利用实验资源。
5.电子材料与器件课程的学生评价体系
素质教育的电子材料与器件课程的学生评价标准应区别于传统的考试评价方式,教师要将学生的平时表现、理论知识掌握、实践能力等纳入对学生的评价体系中。促使学生不再局限于对电子材料与器件规律、定义等知识的僵化掌握,而是将学习重点偏向于实践和应用。这种评价方式的转变,有利于学生积极主动的掌握知识,在实践中巩固理论知识,在理论中深化实践知识,全面提高电子材料与器件的课程教学效率和质量。
电子材料与器件在信息产业的发展与科学技术的研究中的重要性与日俱增。它既是电子科学技术体系专业知识中的重要环节,更为电子科学专业的学生提供了良好的科研基础和就业竞争力。本文通过对电子科学与技术专业特点与电子材料与元器件课程内容的分析,探讨了电子材料和元器件在电子科学专业领域的重要性,笔者还结合自身多年电子科学专业的教学经验,对电子材料与元器件教学的教学形式、课时安排、教材选择进行了新的探索,对电子材料和元器件的理论和实践课程提出了新的意见和建议,以便于提高教学质量,提升学生专业素养。
参考文献
[1]萨法·卡萨普.《电子材料与器件原理(第3版)》.西安交通大学出版社.2009年6月
[2]安毓英,刘继芳,李庆辉.光电子技术[M].3版.北京:电子工业出版社,2013
[3]侯宏录,陈海滨,刘缠牢等.电子材料与器件[M].北京:国防工业出版社,2012
问题总是一体两面的,材料的多向性给予学生更大的写作空间却也产生了一定的误导性。作为选拔性考试的高考作文只能是限定范围、即场发挥。学生过分信新材料作文的多角度,则可能忽视其限制性,一不小心就超出了材料的延伸范围。在写作实践中,新材料作文常常存在着这样的尴尬:学生感觉良好的作文最终被判偏(离)题,百般辩解不得其果;另一方面,教师在评阅新材料作文也时有疑惑,难有衡定标尺,对一些观点似是而非的作文难以定夺。自然,加强作文审题教学和训练是必要的,以保证作文的观点在材料的辐射范围内;但有些学生即便立意谨慎,牵引材料和分析道理的过程中仍然可能“走”得太远。可见,延伸过远的偏题行为不仅发生在审题时,也发生在行文过程中。
作文教学中,师生都渴望为新材料作文的延伸范围划定一个边界。只是思维延伸往往具有不可控性:当时觉得可行,过后又发现不可取;不同人有不同标准,边界模糊难达成一致。也就是说,作文写作并兀确凿边界。尽管如此,考生写新材料作文时为保证立意准确,分数可观,却应有一种勿跨过边界的警惕感。树立这种“边界”意识,要求处理作文材料有更清晰、更规范的方法和原则。
结合以上实际情况,我们有必要循着新材料作文延伸、延展的这个线索来斟酌如下问题:如何分析材料阐述的内容,怎样探究材料背后的深意,怎么牵引佐证观点的论据……只有这样,才能有效地、有据地指导学生准确立意,谨慎行文。
一、紧扣材料就事论事,易而较泛
不论是原来的材料作文,还是现在的新材料作文,都具有“缘事而发”的特点。要保证符合题意,最简易的做法便是尽可能针对材料本身就事论事,自然减少了过度引申造成偏题的风险。
那么,就事论事的写法是否符合新材料作文要求呢?细数2014年17道全国高考作文题,其中9道作文题的要求明确提出不脱离(结合)“材料的内容及含意”。“内容”实际上就是材料的表层意思,“含意”才是需要进一步延伸的深层理解。分析这句话可以得到这样的启示:作文可以紧扣材料表层“内容”来写,也可以围绕材料深层“含意”来写,鼓励向材料深处挖掘的同时也并未完全否定讨论材料本身内容。就事论事的写法正是侧重材料的表层内容。
就事论事,顾名思义是剖析事件本身。具体到材料作文,是就材料本身进行评议,发表白己的看法,言之成理,持之有据。例如2013年全国新课标卷Ⅱ作文题,材料为“高中阶段同学关系”调查数据和分析,考生就此发表看法,这恰恰是当年评分标准中所认定的“切合题意”要求;2013年江西卷作文题,以评析材料中所示的“中学生三怕”为主体的作文自然是稳妥切题、不偏不倚;2014年全国新课标卷Ⅱ作文题,作文的主要内容同样可以停留在讨论“游客喂食动物”这一行为;2014年湖南卷,材料讲述“最美乡镇干部”心系人民创造最美风景的故事,作文亦可就此发表看法。应该说,作文的内容聚焦材料本身,这是一种简易的行文方式。
就材料论材料的方式虽然简易,但不能以一制万。这种写法比较适合于以现象、事件、调查数据等为材料的作文题目。就事论事重在一事一议,能够一定程度上体现学生做出价值判断、表达自己立场、分析问题事理、理清道理逻辑的能力。就事论事就是指考生的写作对象必须是试题材料所展示的内容,可有不少作文还是应由实到虚、以小见大,探究材料的深层指向。例如,寓意型和观点型材料本无“事”可言,自然不能就事论事。也就是说,就事论事确实没有普适性。除此之外,就事论事毕竟多是泛泛而谈,停留在对材料的浅层次论述,缺乏对材料进一步的拓展,内容单薄,思想不深。对于部分缺乏思维锻炼的学生不失为一种求稳的行文方式。对于要求更高的学生,则应明确把就事论事的写法作为针对特定材料的短期做法或是考场“头脑短路”时救场的无奈之举。
就事论事作为一种写作方式,同时也是处理新材料作文时慎熏保守的表现。尽管这种写法分值不可能高,但也不能一棍子打死。与之相对,推广、鼓励这种写法也不足取,毕竟从材料到观点所呈现的思想广度和深度也是考场作文考量的重要指标。
二、抽象概括上位概念,拒绝笼统
新材料作文不是随意从某处引用一些文字就可以命题的,其材料一般有较强的指向性,常蕴藏着特定的人生道理和社会话题。相较于可能浮于表面的就事论事,命题人和阅卷者更愿意看到学生能够从材料出发,找到这些有价值的道理和话题,书写有深度的文章。
文章无高下之分,考场作文则有分值之别。考场作文立意见真章、辨高下也不是什么秘密。于是,写好新材料作文必须拓宽、扩展、延伸材料以找到更好的观点:从纷繁的论述中理清主线,从实在的现象中抽取从属话题,从单一的表象中挖掘深意。这是重点也是难点,作文离题的乱象大抵发生在这个环节中。
众多审题方法、延伸路径都在探寻材料的特定指向和作文立意的范围。厘清这些纷繁的审题方法和延伸路径,大抵也是在“抵达”材料的上位概念的过程。所谓上位概念,就是把具体材料的“这一个”推演出的上层“这一类”。具体而言,就是事件属于什么性质,事实属于什么现象,讨论内容属于什么话题等。抽象概括出上位概念,相当于找到了材料讨论的外延,明确了承载的空间,将材料放同了讨论的坐标系。广东省2014高考作文阅卷组组长张玉金教授在分析当年高考作文时就明确指出:“‘含意’可以指上位概念或同一上位概念下的其他同一层次的相似事物。”
其实,我们通俗说的“写到点子上了”中的“点子”指的正是材料的上位概念。学生需把握好这个上位概念,才能获得进一步联系现实或者自身阅历的自。2013年重庆卷作文材料是:大豆难以引起食欲,且会使肠胃胀气。人们将其变为豆腐,易于吸收,可供烹饪多种美食。材料内容简单而模糊,不少学生难以下笔。其实,只需抓住大豆成为豆腐这一过程的上位概念即可,那就是变(变化、变形、转化)。当然,近几年的作文题日也凸显出对思辨性的考查。于是,不少材料的上层概念就不那么单一纯粹,而是具有浓厚的思辨色彩。2014年广东卷描述了这样的困境:黑白胶片时代照片少却常引起人们深情同忆,数码时代照片多却稀释了感情。这也直指“科技与生活方式”或“科技发展与人的情感体验”的纠葛。上位概念并非玄而又玄的说法。有时为了减轻审题难度和引导学生思维,上位概念就直接出现在材料中,也就是我们通常说的关键词。
概括出材料的上位概念,自然就不是流于表层,而是有深挖意识,应该是一种谨慎规范的延伸。至于怎样围绕上位概念来写,自然还要看功力。从学生的写作实践来看,学生即便具备了由实到虚、由个到类、由表层到深层的延伸意识,却仍然会出现失误。特别是从概括材料得到一个普遍的道理后笼统论述,不着边际。合理延伸新材料作文,是要在上位概念统摄下,不任意拔高,不笼统论述。总结起来,还有几点需要注意:一是同归材料,不宜转移。材料的上位概念囊括了材料,但毕竟包括了其他内涵。如果没有精确把握,则可能在论述中发生偏差。例如一则讲述“古村落消失和保护”的材料,可以从“保护古村落”这种行动推向“保护传统文化”这类现象。只是有些学生从我们应该保护民族的根本――传统文化,转向论述“人不能忘本”,这其实就是概念把握不准,存在偷换概念或视点转移。二是谨防空泛,不宜扩大。从材料中得出观点,行文围绕观点展开,这是一般的做法。问题在于,有些观点和话题过于宽泛,不接地气,不免丢失了材料的个性。2013年广东作文题就容易出现这个问题,富翁捐助自然是帮助的一种体现,但立意不能扩大到“帮助”层面,例如扶老人过马路,帮爸妈做家务,借同学一支笔等帮助举动,离材料就很远了。三是避免空泛,莫写话题式。材料作文与话题作文之所以不同,就在于材料不仅是一个引子,还是作文的隐线。在写新材料作文时,还采用话题作文的贴标签式写法,是忽略了材料的整体内容,是对材料的断章取义。2014年全国新课标卷Ⅱ,以“禁止喂食野生动物”的禁令为起点讨论“规则”这一话题,基本上是符合题意的,但就“禁令”论“规则”,没有触及材料所描述的人因喜欢而喂食这种“情(喜欢)与理(规则)”的两难,多少有些遗憾。
三、类比迁移同层事物,追求神似
对材料进行延伸,就是在“含意”层面进行加工。延伸时,可以纵向深挖,抽象概括上位概念,那么,也可以横向拓展,类比迁移同类事物。所谓类比迁移,是指在审题时恰当地推理、引申,得出合理的立意方向;也指相似联想或相反联想,生成丰富素材支撑观点,充实文章内容。类比迁移的过程,是由此及彼,由物到人,由单一到丰富,由简单到充分,由材料到现实,实现了材料平面剑立体的塑造。原材料的“所指”意图不能改变,考生只能在此基础上延伸…能纳入总轨道的“能指”联想,追求神似的类比迁移就是其中的关键一步。
将类比放在审题环节,就是将材料生活化、现实化,自然而然地得出观点。可以筛选、概括主要人物主要事件,适当类比延伸,迅速构造作文的框架。仍以2014年全国新课标卷Ⅱ作文题为例,材料中的一个角度是“喂食动物会使动物丧失觅食能力”,可以直接对应现实中“过分呵护孩子会使其难以成才”;材料也可以从这个角度来解读――“接受喂食的动物丧失了觅食能力”,则可以类比到“依赖父母难以适应社会”,也就是说“自立,才能更好地成长”。材料中的观点有时语焉不详,为将其明确化、清晰化,就需要这样进一步类比延伸。
类比其实更多地用在援引素材、寻找论据的过程。由材料引发联想、比较,能够不断生成有效的事例。这是类比结出的十硕成果。类比材料、联想素材时,直接正面的联想称为之相似联想,如果是相反相成的联想则称之为相反联想。反思“古村落消亡”这个问题,直接联想剑古镇的商业化、传统工艺品的难见踪迹、新国学的庸俗化等等,直接触碰剑现代生活对传统文化(及其承载物)的伤害,这是相似联想。曾有一个材料,讲述四川小伙子邓启明放弃华为的高薪工作,同家陪母亲卖黄粑。材料中邓启明的做法,也揭露了农村老龄化、空巢现象的困窘,这是相反联想。类比的结果,明显推进了中心观点的论述。可见,这样一环扣一环的类比延伸不仅稳妥,还能推进问题的深人。
关键词: 材料化学 课程特点 学习兴趣
在现代科学技术中,材料、能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱,其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。材料化学是从化学角度研究材料的结构、性能、制备和应用的一门科学。它既是材料科学的一个重要分支,又是化学学科一个重要组成部分,具有明显的交叉学科、边缘学科的性质,是环境、信息、新能源等高科技产业和技术发展的重要基础[1],[2]。在讲授材料化学课程的有限学时内,如何激发学生的学习热情,强化增强课堂教学效果,让学生掌握更多的知识,是任课教师,特别是青年教师必须面对的问题。本文从材料化学课程的特点,学生学习过程中存在的主要问题,以及如何培养学生的学习兴趣三方面进行了阐述。
一、材料化学课程的特点
在高等师范院校中,材料化学课程通常开设在第三学年,是在学生修完高等数学、普通物理、无机化学、有机化学、分析化学、结构化学等课程的基础上开设的。首先,材料化学是一门新兴的边缘学科,该学科发展时间较短,课程教学资料较少。近年来,尽管已出版了一些关于材料化学的教科书,但由于教材的侧重点和角度不同,其内容大相径庭。其次,材料化学既涉及材料学科的知识,又涉及化学学科的知识,理论性强,知识面广,是具有强大活力的新兴交叉学科。另外,材料化学强调理论与实践相结合,具有实践性。比如高性能、高质量、低成本的材料通过不断地改进变为器件或产品,需要理论和实践相结合来解决一系列工程技术问题,一方面用理论指导实践,另一方面通过大量实践使理论得到进一步的发展和完善[3]。
二、学生在学习材料化学过程中存在的主要问题
1.学习目标不明确。
由于材料化学的理论性和实践性都很强,并且随着新理论和新技术的不断涌现,使得该课程的内容增多,难度加大,这就导致一些学生学习目标模糊,缺乏学习的主动性,甚至个别学生存在厌学情绪。在他们看来,学习只是应付作业和考试,得过且过,及格就好。
2.为未来就业前景担忧。
材料化学是材料科学与多门学科相互交叉、渗透发展而形成的一门新兴学科。材料化学专业是我院2011年新办的本科专业,目前没有一届毕业生。材料化学课程内容体系庞杂、知识点多、理论性强,很多学生认为该学科在实际生活中没有什么用处,对未来就业前景或考研考什么样的专业等感觉茫然。
3.缺乏丰富的空间想象能力。
材料化学涉及许多理论知识,像晶体学点群、空间群理论、金属密堆积结构等,理论性强,内容抽象难懂,难教难学,这就要求学生具备较强的空间思维与想象能力,实际导致大多数学生真正理解起来有一定的困难。
4.教学理论与教学实践脱节。
材料化学既是理论性很强,又是实践性、应用性非常强的一门交叉学科。在教学过程中,多数学生只是初步掌握了课程的基本理论知识,重理论学习,而忽略实践操作环节,以致实际工作中动手能力太差,缺乏分析、解决问题的能力。
5.在学习过程中没有充分利用网络教学资源。
网络教学资源形式多样、种类繁多,充分利用一切可以利用的资源,可为教师教学、学生学习带来事半功倍的效果。但学生除了学习指定教材外,很少充分利用网络教学资源。
6.学生之间缺乏沟通和交流。
教学是教与学交往互动的过程。在以教为中心的传统教学过程中,学生学习方式单一、被动,上课是知识的单向输出过程,学生只是被动地接受知识,缺乏主动与创造精神,而且学生之间缺乏有效的沟通和交流。
三、材料化学课程兴趣的培养
瑞士著名教育家皮亚杰说:“所有智力方面的活动都要依赖于兴趣。”学生只有对学习内容产生了浓厚的兴趣,才能激发起强烈的求知欲,才会主动自觉地学习,从而增强课堂学习效果。笔者认为在材料化学课程教学中,可以从以下方面入手培养学生的学习兴趣。
1.阐明学习材料化学的意义。
材料化学是一门新兴交叉性边缘学科,通过本课程的学习,教师要让学生了解当代材料科学的新概念、新理论、新技术、新工艺和材料化学领域的新动态,系统掌握材料化学的基本理论、分析手段、必备的材料科学知识。这能够为他们将来从事理论基础研究或者应用基础研究打下基础。
2.介绍科学前沿,以科研促进教学。
当今世界,材料科学技术突飞猛进,知识更新速度很快,教材内容往往有所滞后。首先,教师应把自己的科研成果融入教学中,以丰富课堂内容。其次,在教学过程中,把材料化学最前沿领域的研究热点和最新科研成果讲述给学生,这样既能拓宽他们的视野,激发他们的科研兴趣,提高他们的学习热情,又能使课堂教学面貌大为改观。最后,向他们介绍科学奇闻趣事,可以陶冶他们的情操。例如,在介绍纳米材料一节时,可以向学生介绍白春礼、卢柯、江雷等纳米界领军人物的奋斗历程,从而使学生受到鼓舞,接受科学态度和优良品质的熏陶,培养学习兴趣。
3.恰当使用多媒体辅助教学。
多媒体辅助教学可以把文字、音频、视频、图片、动画等综合性多媒体信息综合为一体并进行加工处理,为学生提供丰富、直观、真实的形象,启迪学生思考,激发学生兴趣,从而提高课堂教学质量。如分子点群、晶体结构周期性与点群、金属单质密堆积结构、离子晶体结构等的空间结构都比较抽象,若我们在计算机软件中,用二维、三维动画模拟显示[4],将抽象、微观、枯燥的理论知识和概念形象化、具体化、宏观化,可以使学生更加直观清楚地学习本课程的内容。
4.教学手段灵活多样。
教学是一门科学,同时也是一门艺术。教师可采用多种形式的教学方法,创造轻松愉快的课堂教学环境,提高学生学习兴趣和积极性。首先,教师运用学生易于接受的具有启发、感召、趣味性的语言。其次,教师在教学中积极实行启发式、互动式和讨论式教学法,师生平等互动,加强师生之间的情感交流,活跃课堂气氛,培养学生的独立思考能力和创新意识。最后,在课堂教学中适当地展示实物模型,可以充分激发学生的学习兴趣,达到最佳教学效果。
5.理论教学与实践教学相结合。
材料化学是一门理论与实践结合非常紧密的课程,例如,新材料的合成与制备、性能测试、材料应用等,都是通过实验完成的。实验是在理论指导下进行的,每一个实验的完成又是对理论知识的强化与巩固。教师可让学生到相关企业参加见习、实习,熟悉企业生产条件和工作环境,提高实践能力。这样既能增强学生的实践动手操作能力,又能强化学生对理论知识的理解与掌握。
四、结语
本文介绍了材料化学课程的特点、学生学习过程中存在的主要问题,以及如何培养学生的学习兴趣等内容。如何运用各种合理的教学方法,提高自己的教学水平,增强教学效果,优化课堂教学,激发学生的学习兴趣,仍然是教师,特别是青年教师需要长期思考的问题。
参考文献:
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[4]宋国拓,蔡俊.浅议化学教改前景―计算机辅助教学的应用[J].西北民族学院学报(自然科学版),2000,21(3):23-25.
关键词:材料制备科学;课程教学;改革;教学效果
中图分类号:G 642.0 文献标识码:A
1 引言
材料科学与工程是21世纪社会发展的基础工程技术之一,能源、材料、信息科学是现代社会文明的三大支柱。新社会发展的关键在于人才的培养,因此,如何培养材料科学与工程行业的高素质人才,是提升国家核心竞争力的关键举措,也是社会发展的核心问题之一。
材料科学是研究材料的组成、结构、缺陷和性能关系及变化规律的一门应用基础学科,而材料制备科学则是研究材料制备新技术、新工艺以实现新材料的设计思想,从而使其投入应用的应用学科。因此,材料制备方面的知识对材料科学至关重要。
“材料制备科学”课程以课程讲授为主,辅以使用多媒体课件对学生进行介绍,同时结合教学计划中的认识实习和生产实习,对材料制备过程进行进一步的认识。因此,为了适应高级应用型本科人才培养的要求,有必要从“材料制备科学”理论教学的内容与方法、实践性教学的强化手段、课程考核办法以及考核评价指标等方面进行改进。
2 教学内容的优化
该课程讲授内容丰富,主要涉及了不同的材料制备方法,包括典的合成方法(高温合成、低温合成、高压合成等),软化学合成方法(先驱物法、溶胶-凝胶法、低热固相合成法、化学气相沉积法等),电解合成方法(自蔓延高温合成、微波合成)等合成方法。课程如果使用传统方法进行授课,单纯依靠板书和教材进行讲解,学生难免感到枯燥无味,无法取得较好的教学效果。因此,一方面需要加强多媒体教学,加强课程互动,充分调动学生学习的积极性,另一方面,在课程教学中需要加入实践教学环节,结合实践来启发学生在材料制备合成中的思路,达到课程教学改革的目的。
2.1 多媒体教学与板书教学的结合
课程中涉及到晶体生长理论的问题,已在材料科学基础中有较为详尽的描述,本课程在这方面的讲述应从简,而把重点放在材料的制备方法上。材料的制备方法涉及到大量的实验设备和微观分析手段。比如在溶胶凝胶法的讲述中,DLVO理论的解释需要结合gif图片甚至视频来进行直观的观察;而高温高压制备材料使用的高压釜,其制备方法也很难使用板书进行详尽的讲述。多媒体教学可调动学生感官的参与,加深学生对课程内容的理解,极大丰富了教学手段,还可提高授课的效率和质量。
2.2 课程互动方面的加强
与材料科学基础等基础课程相比,材料制备科学更注重与科研和实践的结合问题。授课老师不应靠“填鸭式教育”给学生灌输大量理论知识,而应该在课程上加强课程互动,引导学生与现实生活和实践相结合,更深层次了解材料制备和合成的技术。在课间时也应与学生加强互动,使学生不再感觉到理论知识的枯燥,增强他们对理论知识和应用的理解和认识。
2.3 课程教学与实践实习的结合
在国内大学普遍情况下,授课针对人数较多,给实践教学带来较大困难。而对于材料制备科学这类需要与实验结合的课程中,实践教学尤为重要。在该课程的教学中,尤其应该注意到实习参观与实验教学的相结合,在工厂大型制备工艺与实验室小型制备工艺的同时学习中,更加深入学习到材料制备的工艺与原理。
2.4 考核方式和考核内容的改革
本课程考试一般以闭卷考试为主,卷面成绩占学生最终成绩比例较大,且试卷更偏重理论知识,很难发挥学生对基础知识的掌握和运用。对于该课程的考核方式,不应只是理论知识的单纯记忆,这样容易造成“考前突击、考完就忘”的情况。针对材料的制备,可以针对某一材料的制备,课程上给学生布置作业,加深学生对制备过程的理解与记忆,并给予打分评定,最终综合来衡量学生对课程的学习情况。
3 结论
“材料制备科学”课程教学改革相对困难,如何让学生在较为轻松的氛围中学到相对较深的知识,需要授课教师进行进一步的努力。本文主要从不同的教学内容和教学方式出发,提出了多媒体教学、课程互动、加强实践、综合考核等改革方式,从而加强该课程的教学效果,培养出新世纪需要的优秀大学生。
参考文献
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[2] 冯端, 师昌绪, 刘治国.材料科学导论[ M] .北京:化学工业出版社, 2005.1.
关键词 影视资料 中国文化概论 教学
中图分类号:G424 文献标识码:A
中国文化概论课程是高等学校人文素质教育的一门重要课程,而在不少高校的新闻传播学专业中,都把这门课程列为专业必修课或指定选修课。事实证明,中国文化概论课程对于丰富新闻传播类学生的文化知识、提高人文素养、扩大知识面起到了积极有效的作用。影视资料在中国文化概论教学中成为课堂内容不可或缺的部分,因为课程内容本身的丰富性,为采用可视可听的影视资料提供了可能;而影视资料的采用,又为增强课程的直观感、生动感,增添文化气息,起到了有效作用。在课程的各部分教学中,影视资料运用都能产生积极效果。
1 “规定动作”注重规范性
综观国内主要的中国文化概论教材,其主要构成部分都包含三方面内容:一是中国文化的发生条件,包括中国文化赖以生发的历史地理环境、经济基础、社会政治结构;二是中国文化发展的主要脉络,主要包括从远古直到近代,中国文化发展的历程;三是中国文化的主要成就,包括在文史哲、艺术、科技等各个领域的所取得的辉煌成就。
在这三个方面的教学中,影视资料都可以直观、生动地帮助教材和教案,来展现教学内容。如在介绍中国文化赖以生发的历史地理环境时,纪录片《中国佛教名山》、《再说长江》、《新丝绸之路》、《美丽中国》都成为教学的辅助材料,这些纪录片生动展现了中国名山大川的真实风貌,将中国的山水文化表现得淋漓尽致,让学生对于这些景致产生非常深刻的印象,一些曾经到过这些地方游览的学生更是结合纪录片,和自己的游览经历,讲述这些景观给自己带来的“文化冲击”。而在讲授中国古代的戏剧时,青春版《牡丹亭》、电影《梅兰芳》片断,或者让学生原汁原味地体会到戏剧艺术的精粹,或者让学生感受到戏剧艺术表演大师的不凡魅力。真实的艺术感受配合条理化的课堂教学,常常使学生产生共鸣。
这样的例子还有很多,与教材相观照,可以找到很多的影视资源与之配合。正是中国文化概论内容的丰富性,决定了可以在教学中发掘大量的影视资源。这些资源能够较好地诠释教材的内容,同时又能给学生直观的感受,这种资源与教材的匹配度,在其他课程的教学过程中,是较难做到的。
值得注意的是,在选取这类资源作为教学补充时,应当紧扣教材内容,讲究所选取资源与教材的高度匹配。注重规范性,是选取这类资源的前提条件,只有与教材高度匹配,才能合理展现教学内容。应当始终注意影视资料所起的辅助作用,而不是冲淡系统的常规教学。
2 实践教学注重针对性
很多开设中国文化概论的学校,都赋予了这门课程一定的实践教学内容,而这样的教学内容大多能受到学生欢迎。一般来讲,中国文化概论的实践教学,通常是把学生带到学校附近,一般是同一个城市中的历史文化遗迹、博物馆等地点,在这些地方开展实地讲课,使课程与社会实践相结合,同时使学生产生身临其境的感受。
以北京联合大学的精品课中国文化概论为例,实地讲课的课堂,就延伸到颐和园、美术馆、博物馆等地,并将这样的教学称为“多感官教学”。而笔者教学所在的岳阳地区,岳阳楼、君山、岳阳博物馆等历史文化景点,也成为实践教学的依托。
影视资料在实践教学中的作用体现在两个方面。一是在开展教学的地点,本身就有大量介绍与该地历史文化知识有关的影像资料,通常,对于较大规模的访问群体,这些场所都愿意播出这些资料。另一方面,是在现有的影视作品中,本身就有大量与这些历史文化遗迹有关的内容。如纪录片《颐和园》、《故宫》、《千古名楼——岳阳楼》等,而在开展实践教学之前或过程中,向学生播放这些内容,可以增强对历史遗迹的文化诠释,使学生在“实景”之中更能感受到景观所代表的文化纵深。
实践教学材料的选取有很强的针对性。就这门课程开展实践教学的高校而言,通常的做法就是“就地取材”。即到一个方便到达、而且具有典型的地域文化特征和代表意义的地点。实质上,很多城市都具有这样的地点,而这样的地点也能够使学生产生强烈的参与感,并真切地感受到中国传统文化的现实影响。影视资料在实践教学中的地位要弱于实际场景所起到的教学作用,但影视资料在展现历史文化纵深感方面却不可或缺,它是使“可触摸”的文化,变得“可追溯”、“可思考”的重要促成因素之一。因此,在实践教学中注重影视资料的运用,是在针对性基础之上的深度拓展。
3 “自选动作”注重开放性
除了教师讲授之外,少量的学生作业和学生参与成为课堂的有益补充。让学生选取中国文化当中一个感兴趣的小单元,来进行适时的讲授,能够有效调动学生积极性。而在学生讲授过程中,最能吸引注意力的,往往也是其精心选取的影视资料。
在某班学生以“鼓”为题材,讲授中国传统文化中“鼓”所扮演的角色时,分别向其他学生展示了安塞腰鼓、凤阳花鼓、京韵大鼓的表演片断,这些片断都来自网络视频,或者是电视片。而在展示与“鼓”有关的舞蹈环节,采用了电影《十面埋伏》中,盲闻声击鼓的片断。之后,主讲学生还展示了湖南花鼓戏《刘海砍樵》的高潮——刘海哥下山打柴遇到胡秀英的片断。而“鼓”都在这些影视片断当中,或者扮演突出的视觉形象,或者成为伴奏的主要背景声音。
学生参与是中国文化概论课程的“自选动作”。在完成这一“自选动作”时,影视资料的选取,具有较强的开放性。这样的开放性表现在三方面,一是话题的开放性决定选材的开放性。因为学生参与的主旨是希望其能自己动手,成为中国文化某领域中知识较为丰富的“小专家”,所以对于话题没有较多设定。二是文化的包容性决定选材的开放性,正是中国文化的浩如烟海,使得选定的主题多种多样,每届每班的学生都不相同。三是影视的表现力决定选材的开放性。影视作品较文字、图片更有生动的表现力,而在一个希望较好的表现自我的场域,对于影视作品的重视就自然会更加提高。
值得注意的是,很多学生的选题,其灵感都最早来自于影视作品。如有学生观看《叶问》后,决定讲述中华武术的发展,之后又在其他影视片断中找寻到叶问咏春拳的真实表演。有学生在观看BTV生活频道的MV《南锣鼓巷》后,把北京胡同文化作为讲授题材。而之后,这些作品又都成为讲授的组成部分。对影视作品的接触在帮助学生确立关注点方面,起到了积极作用。
对于影视资料的运用是中国文化概论教学过程中可以积极开展的工作。对于这一工作的探索,能够使课堂更生动,学生记忆更深刻,教学更有效。
参考文献
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[4] 北京联合大学《中国文化概论》精品课程网站[EB/OL].http://.
材料的计算模拟方法介绍
材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科.它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科.它的目的是利用现代高速计算机,模拟材料的各种物理化学性质,深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能,并对材料的结构和物性进行理论预言,从而达到设计和开发新材料的目的.材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:
(1)第一性原理计算方法(First-principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法.第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h),玻尔兹曼常数(kB),光速(c),电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构.从量子力学出发,通过数值求解薛定谔方程,计算材料的物理性质.在密度泛函理论,局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中,并已经取得很大的成功.结合一些能带结构计算的方法,对于半导体和一些金属基态性质,如晶格常数,晶体结合能,晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果,同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质,从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源,使实验者主动对材料进行结构和功能的控制,以便按照需求制备新材料.
(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法,是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变,跟踪系统中每个粒子的个体运动,然后根据统计物理规律,给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5].分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程,通过求解所有分子的运动方程,来研究该体系与微观量相关的基本过程.对于这种多体问题的严格求解,需要建立并求解体系的薛定谔方程.根据波恩-奥本海默近似,将电子的运动与原子核的运动分开来处理,电子的运动利用量子力学的方法处理,而原子核的运动则使用经典动力学方法处理.此时原子核的运动满足经典力学规律,用牛顿定律来描述,这对于大多数材料来说是一个很好的近似.只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ>kBT时,才需要考虑量子效应.
(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用),采用反复随机抽样的手段,解决复杂系统的问题.该方法采用随机抽样的手法,可以模拟对象的概率与统计的问题.通过设计适当的概率模型,该方法还可以解决确定性问题,如定积分等.随着计算机的迅速发展,蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6].蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态,省去量子力学和分子动力学的复杂计算,可以模拟很大的体系.结合统计物理的方法,蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系,是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段.
材料专业引入计算模拟教学的探索
材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质.计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一.为学生将来能够有更高的起点研究材料科学,适应新形势下材料研究方法,培养具有宽广材料科学基础,掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才.我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学.采用的教学形式可以结合实际情况,灵活的应用.近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程,学时分别为36学时和54学时.《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学,通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法.主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容,基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面.《计算物理》课程则以理论教学为主,偏重物理基本原理的介绍.主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容.计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则,在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养,因此,经过课程的学习,学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力.部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣,在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题.例如,08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》,09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》,11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题,并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文.个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究.通过几年的教学实践,计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面,提高学生的理论分析能力有极大地帮助.(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程,但这两门课均为专业选修课,只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训,受众面还比较窄.因此,为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识,在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍,从而扩大计算模拟知识的普及面.例如,在《固体物理》课程中,当讲解到能带理论一章时,我们会在本章结束时,加入一次课,着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等).一方面,对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展,另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识.在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时,我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状,包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合,并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7].在晶体缺陷内容的教学中,穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法.通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍,一方面也加深了学生对所学内容的理解,另一方面开阔了学生的眼界.(3)举办计算模拟相关的学术讲座.自从2009年以来,物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座.例如在2011至2012学年第二学期,我们举办两场学术讲座,分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》,教师在讲座中介绍自己的科研情况,同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去,让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式,提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性.
结束语
当今,随着计算机技术的高速发展,计算模拟方法在材料物理性质预测、材料设计、合成和评价诸多方面有许多突破性的进展,计算模拟已经和实验、理论成为材料研究的3大支柱,掌握计算模拟方法成为现代材料科学研究的必备手段之一,因此在材料科学相关专业中开展计算模拟方法的教学是十分迫切的.经过这几年对材料相关专业的教学实践发现,学生对计算模拟表现出极大的兴趣,教学上也取得相应的教学成果.总之,在材料科学专业教学中引入计算模拟方法的教学是可行的,也是十分必要的,它对于培养学生的思维和探索的能力具有重要的支持作用.
关键词:全英语教学;功能材料学;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)03-0061-02
高等教育国际化成为当代世界高等教育的重要理念。培养既有扎实专业知识,又有国际交流、合作、竞争能力的国际化人才,已成为我国高等教育的最重要任务之一。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020年)》和《上海市中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020年)》都将教育国际化列于突出地位。因此,上海市教委从2009年起开展了上海高校示范性全英语教学课程建设,鼓励高校教师开展全英语教学,发挥课程示范辐射作用,提高国际化教学质量[1]。上海理工大学材料科学与工程专业自2010年起开始了本科生课程的全英语教学探索,目前正在建设包括材料结构与性能、材料分析与设计和专门材料与应用三个全英语教学课程群[2,3]。《功能材料学》课程主要针对材料科学与工程专业三年级学生,是专门材料与应用课程群的核心课程之一。《功能材料学》课程主要向学生讲授各类功能材料的结构、性能及应用的基本理论和相互关系等,并介绍当今各类功能材料的最新研究成果,加强学生对专业知识的理解和掌握,并了解功能材料领域的发展趋势,为今后在相关领域学习和工作打下坚实基础;同时,深化培养学生的专业英语运用能力以及国际化视野,提升其综合素质。为更好地实现上述教学目标,提高课程教学效果,本文结合《功能材料学》全英语教学课程近几年的教学实践,对课程的教学内容、教学方法与手段以及评价体系等方面进行了初步探索。
一、教学内容的优化
功能材料是指具有优异的物理、化学、生物、光电性质并能在其之间相互转化的材料。根据材料的功能分类,功能材料包括电子材料、磁性材料、光学材料、生物材料、各种功能转换材料等,涵盖电子学、光学、生物医学、电磁学等领域,是一门多学科交叉融合的学科。目前,高校的材料科学与工程专业基本都开设功能材料学及相关的专业课程。功能材料学涵盖面广、信息量大,但是一般课程的教学时数相对较少,所以多数高校都是选取几类功能材料作为教学内容。例如华中科技大学开设的《先进功能材料》课程主要介绍光功能材料、电功能材料、磁功能材料和能源材料。本校的《功能材料学》课程实施全英语教学,虽然学生在前期已学习了全英语授课的《材料科学基础》、《现代材料分析方法》、《材料结构与性能》等专业基础课,能够较好适应全英语授课的节奏和方式,但是很多学生以英语思维方式理解和掌握专业知识仍然面临困难和挑战,所以在教学时数有限的情况下,教学内容的优化至关重要。
1.为实现课程教学与国外接轨,同时结合功能材料领域的发展状况和本校材料学院以能源、环境、生物材料为主的研究特色,本课程教学中选用了Deborah D.L.Chung主编的原版英文教材《Functional Materials:Electrical,Dielectric,Electromagnetic,Optical and Magnetic Applications》作为主要参考教材,同时补充Buddy D. Ratner等人编写的原版英文教材《Biomaterial Science:An Introduction to Materials in Medicine》作为生物功能材料的参考教材,并将发表的经典论文与最新研究成果等作为补充教材。
2.由于本课程的学生已学习了大量的材料学基础理论课程,所以教学内容以功能材料的应用为主,兼顾理论知识的巩固。以材料设计中的“结构-性能-应用”基本思路为主线,在介绍某种功能材料的结构与性能之间关系的基础上,着重讲授功能材料的性能与应用之间的相互关系,突出实际应用案例。这样,课程教学内容既保证学生可以巩固功能材料学的基础知识,又引导学生将基础知识和实际应用结合起来,提高解决实际问题的能力。
3.为了教学内容能够有效激发学生的学习兴趣,引导学生把握功能材料领域的发展趋势,本课程以专题形式只在压电材料、磁性材料、光电材料、电池能源材料、生物材料等范围内选择几种经典的和最新发展的功能材料及其制备新技术作为讲授内容,同时引入新材料、新技术等方面的课堂讨论内容。例如在讲授太阳能电池材料及新技术时,除了介绍太阳能电池的工作原理、目前研究的太阳能电池材料外,结合本院开展太阳能电池材料研究的老师的科研成果,课堂讨论太阳能电池材料的研究现状和发展趋势。
二、多元化教学方法与手段的运用
全英语教学是指用英语全程授课,让学生在全英语环境中学习专业知识,这对学生提出了更高要求。复旦大学蔡基刚教授研究认为,具有大学英语四级水平以上的学生,具备上全英语课程的能力,关键在于坚持和信心[4]。目前,本专业学生在上海市及全国范围内均为一本招生,英语整体水平较高,而且学生在前期已经学习了多门全英语授课的专业基础课。但是,部分学生仍然对全英语课程产生畏难情绪。因此,在全英语教学中,如何提高学生对课程的兴趣以帮助学生克服畏难情趣,是影响教学效果的重要因素。在近几年的全英语教学实践中,我们对多种教学方法和手段进行了融合运用。
1.多媒体教学,精心准备课件及教学细节。在课前精心组织教学内容,注重最新研究成果和经典功能材料的实际应用案例,力求课程内容的前沿性、实用性和趣味性。多媒体课件尽量通过图片、表格、动画以及视频等资料,以直观的方式体现教学内容,避免在幻灯片上出现大段文字,以此吸引学生的注意力,帮助其克服语言障碍。通过讲授过程中放慢语速或者重点内容重复多次的方式,争取绝大多数同学在课堂上能够听懂、理解,并且设置提问环节以增强学生对知识点的掌握。
2.将研究和探索的氛围带到课程教学中。本课程的教学内容结合了学院的研究特色,教学团队由多名从事不同功能材料研究的科研一线教师组成,分别在其擅长的研究领域讲授教学内容,同时将各自的科研成果引入教学,丰富教学内容,使教学与科研有机结合起来。增加教师本人的科研成果展示、科研故事等内容,使课程充满研究和探索的气氛,激发学生对课程内容和功能材料研究的兴趣。
3.开展当前研究热点和最新研究成果的课堂讨论。通常学生对研究热点和最新研究成果都比较感兴趣。例如在讲授目前非常热门的石墨烯材料时,教师提前给学生布置讨论题目:石墨烯材料具有非常优异的电导、机械强度、韧性等性能,那么这类材料的应用领域在哪里?在课堂上,教师在讲授完石墨烯材料的结构与性能关系后,在轻松的氛围下开始课堂讨论。这样的教学方式不仅有利于调动学生主动参与的积极性,而且可以培养学生独立思考和分析判断问题的能力以及交流、讨论、合作的热情和能力。
4.注重学生课前预习和课后知识巩固。全英语教学实践中,学生的课前预习对提高课堂教学效果非常重要。为了让学生的课前预习有的放矢,教师在课程开始前将课件放在课程网站上,让学生根据课程进度表提前下载课件并配合英语参考教材预习,避免了英语参考教材信息量大、学生预习无从下手的情况。通过预习,学生可以熟悉课堂的教学内容以及专业词汇,尽量避免因为课程内容和词汇生疏带来对知识点的理解困难,有助于学生跟上教师授课节奏,提高课堂教学效果。而对学生课前预习要求的检查和督促则通过教师课堂随机测验、点名提问等方式进行,并且将结果计入平时成绩。另外,为了进一步巩固课堂所学知识,每个专题授课结束后都会通过布置作业来引导学生对所学内容和知识点进行回顾。对学生课后作业完成情况的检查则通过作业批改、在课堂上问答的互动方式进行,标准解答定期上传至课程网站,以便学生加深对课程内容和知识点的理解和掌握。同时,本课程还设置课后辅导答疑环节,学生在每周的固定时间可到教师办公室接受答疑辅导。
三、课程教学评价体系的建立
好的课程教学评价体系也可以有效激发学生的学习兴趣,提高教学质量。传统的以期末考试为主的评价方式,容易导致学生考试前突击死记硬背知识点,而忽视平时对所学知识的运用以及综合素质的培养。本课程采用教学过程中的课堂参与度等作为过程性评价和学期末综合考试作为总结性评价。过程性评价包括了全英语课后作业、课堂问答互动、小组课堂专题演讲以及查阅英语文献与资料能力等构成,占总成绩的50%~60%;而期末综合考试则主要考查学生对重点知识点的理解以及解决实际问题的能力,占40%~50%。采用这样的评价方式,鼓励学生参与课程教学,激励学生的学习热情。既让学生重视对知识点的理解和灵活运用,而不是死记硬背基本知识点和基本概念,也加强了学生综合素质的培养。
全英语课程教学已成为高校培养国际化人才的重要举措。《功能材料学》课程是材料科学与工程专业非常重要的专业课,要达到提高学生专业知识水平,培养学生解决实际问题的能力以及国际化视野,提升综合素质的教学目标,在全英语教学中,必须要在教学内容、教学方法与手段、教学评价体系等方面下功夫,激发学生对全英语教学课程的学习兴趣,使学生克服畏难情绪,能够在教学过程中成为教学主体。全英语教学还是一种新的教学模式,在引导学生成为教学主体的同时,教师也要不断学习、提高教学理念和教学水平。只有教师和学生教学相长,才能真正提高全英语教学质量。
参考文献:
[1]张红,陈峰,孙济庆.上海高校全英语教学课程比较与分析[J].教育教学论坛,2013,(7):1-3.