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简谈“无机材料工艺学”课程教学改革研究与实践

作者:2016-12-12 15:48阅读:文章来源:未知
  材料是人类赖以生存的物质基础和科学技术发展的核心与先导。材料的品种、产量和质量标志着一个国家的现代化水平。无机材料因其原料资源丰富、成本低廉,生产过程能耗低,产品应用范围广而成为材料领域研究和开发的重点。
  由于新材料的发展和对传统材料的要求日益提高,无机材料制备技术或工艺流程的开发显得格外重要,因此社会急需熟知各种无机材料的生产过程、工艺、设备基本原理以及组成、结构、性能及制备条件间相互关系的高素质并具有较宽知识面和较强适应能力的专业人才。目前全国共有76所高校开办和设置了无机非金属材料工程专业。在各高校无机非金属材料工程专业培养方案制定和课程设置中,无机材料工艺学课程都是主干课和必修的专业课,在无机非金属材料工程专业人才的培养中处于重要的地位。
  一、“无机材料工艺学”课程教学改革与实践
  1.课程体系整体优化
  中南大学无机非金属材料工程专业从开办初始就严格按照教育部的有关规定制定其培养方案,并在实际教学工作中不断探索和发现原有培养方案中存在的问题。通过到全国著名高校如清华大学、浙江大学、武汉理工大学等进行广泛的调研,及时跟踪和考查这些高校的相关专业在专业建设中的新进展和改革措施,邀请有关专家对本专业培养方案中存在的问题进行探讨,分别在1999、2002和2008年进行了3次培养方案的修订和完善,改变了原培养方案中按三级学科(即:水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料)进行课程设置的做法,面向一级学科(即:材料科学与工程),立足二级学科(即:无机非金属材料),优化课程设置,调整课程结构。打破了传统的由《陶瓷工艺学》、《玻璃工艺学》、《水泥工艺学》、《耐火材料工艺学》等四大工艺学构成的彼此独立分散体系(4门课总学时为128),将这4门课其合并为《无机材料工艺学》课程(学时减少为80),建立了以“无机材料基本概念-无机材料生产与加工工艺及控制-无机材料工业环境保护”为主干,以“原料、传统材料、新材料结构、物性及其生产工艺原理”为分支的“树型”课程教学体系,力求教学内容的“精、全、新”;压缩重复性理论教学,加强实验与实践环节,把工艺实验单独分离出来,开设《无机材料工艺实验》课程,并设置《无机材料综合实验》、《无机材料专题实验》以及各类实习等实践环节,强化学生动手能力和实际操作技能。这种以无机材料“组成与配方-制备与加工工艺及控制-工艺原理-实验与工程实践”为主线来组织教学的新课程体系的建立,既提高了教学效率,也拓宽了专业口径。
  2.教学内容整合更新
  在原四门工艺学课程基础上对教学内容进行了较大程度的整合、更新和拓展,删除重复和陈旧过时的内容,建立了《无机材料工艺学》新的课程内容体系。新的《无机材料工艺学》课程以陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料各专业工艺原理及工艺学为基础,以单元操作的形式,着重介绍无机材料生产和制造的共性规律和特点,并联系当前无机材料的生产实际和技术发展水平,介绍无机材料新工艺、新技术和新产品研究方面的进展。通过该课程的学习,使学生掌握无机材料的制备原理和生产过程,工艺流程的共性和影响因素,从而对无机非金属材料的性能、生产过程、应用和发展有较全面的了解,以达到能不断利用材料科学及其他相邻学科的发展成就,实现按使用性能要求来设计和制造无机材料的目标。课程要求学生能较全面掌握多种无机材料的制备原理、生产技术、工艺流程和主要设备,了解各类无机材料的特性、应用以及无机材料工业的环境保护。在讲授《无机材料工艺学》课程时主要考虑以下几个方面。
  (1)打破以陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等某一类无机材料工艺过程为主线的工艺学教学内容体系,突出无机材料生产和制备的共性。介绍无机材料生产过程的各工艺环节的同时,注重该类工艺对不同种类无机材料的影响,由此进一步掌握各种典型无机材料的生产方法、工艺过程及其对性能、应用的影响。
  (2)传统材料与新材料相结合。在重点论述传统无机材料生产工艺的基础上,将新型无机材料制备的物理化学原理和新工艺、新技术寓于传统工艺中,进一步阐述无机材料生产过程中的共性,同时将传统材料和新材料之间的工艺差异的理念溶入课程中,适当增加当代重要无机材料新工艺、新技术的发展。
  (3)加强无机材料工艺与相关学科的联系。除了有关基本内容外,强调通过最新材料前沿科技(如纳米陶瓷、光电子玻璃、绿色水泥、胶态成型技术等)之间的交融,注重与材料科学与工程其它课程之间的联系,脱离枯燥乏味的原理,赋予更多的实例,尤其是生活中所熟悉的能激发学生兴趣的实例,提高利用基本原理解决实际问题的能力,达到举一反三,融会贯通,灵活应用知识,将带给学生更多富于想像力和创新思维。
  (4)增加趣味性阅读材料和自学内容。兴趣是最好的老师,无论做什么事情,只有你爱好它,对它有兴趣,才会全身心的去做好。针对目前的大学生,按照传统的填鸭式教育,忽视学生的兴趣效果往往很不理想,因此有必要适当根据学生的爱好,选取趣味性的材料予以阅读,并给予学生必要的内容进行自学,激发他们的求知欲望和学习兴趣,让他们成为学习知识的主体真正提高学生的综合素质。
  3.课程教材建设
  无机材料种类繁多,性能差异大,应用研究范围广,而目前能高质量的全面系统介绍无机材料生产工艺及制备原理的教材很少。由于很多高校开办的无机非金属材料工程专业大部分是由原陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等传统专业拓宽形成,在教材选用上往往只能采用无机材料不同方向的相关工艺学教材,如《陶瓷工艺学》、《玻璃工艺学》、《水泥工艺学》、《耐火材料工艺学》等具有行业色彩的教材,这种按行业分割专业培养学生的模式,忽略了各种无机材料制备工艺内在共性,难以适应当今社会经济与人才市场对毕业生综合能力和高素质的要求,难以满足对复合型人才的要求及发展新型无机材料等高新技术产业的要求;且这些教材大部分出版于20世纪80至90年代,内容相对陈旧,已不能很好反映当今无机材料最新工艺和研究成果,对高校无机材料专业教学质量带来一定的影响。在这种形式下,我们按照教育部面向21世纪材料类专业课程体系改革的教材建设要求,根据当前无机材料学科和工业技术的发展制定编写大纲,编写面向21世纪的《无机材料工艺学》课程教材。本教材改革了传统无机材料各专业工艺学教材的编写方法和体系,突出了无机材料制备和加工工艺的共性规律,并引入了新型无机材料制备工艺和技术的最新成果以及无机材料工业对环境的污染及其防治的相关内容,以适应21世纪的无机材料专业高级人才培养的需要。
  4.实验及实践环节改革
  《无机材料工艺学》作为无机非金属材料工程专业的核心专业课程,其实验教学和实践环节无论对于学生基本工艺过程及其原理的掌握还是工程实践能力的培养都具有举足轻重的作用。强化《无机材料工艺学》课程实验和实践教学是进行《无机材料科学基础》课程改革和建设的重要内容。
  (1)实验室建设。借助“211”工程、“985”工程建设的良好契机,我院对教学科研设施进行了全面规划和建设,建立了无机材料合成、高温热处理、多功能烧结、材料显微结构分析、材料性能检测等16个开放式功能实验区和矿物加工、烧结球团、矿物材料等5个中试基地,建设有教育部重点实验室和湖南省工程中心,2008年成为湖南省实践教学示范基地,2009年成为国家级实验教学示范中心,具备了国内一流的实验室条件,为教学科研和人才培养提供了坚实的物质基础,能够给学生开出高质量的实验课程。
  (2)实验教材建设。为配合《无机材料工艺学》课程教学,指导工艺实验,进行了《无机材料工艺实验讲义》、《无机材料专题实验指导书》和《无机材料综合实验指导书》等实验教材的建设,以强化学生对各种无机材料方法的基本理论、制备工艺及相应的加工设备和性能测试仪器的工作原理及其应用的实践能力。通过多种方式的实验实践,掌握实验方法、熟悉实验手段、分析实验过程,培养兴趣、拓展专业面、提高专业技术水平。通过对实验现象的观察、思考、实验数据的整理、分析,帮助学生直观、理性地学习和了解无机材料过程的基本规律、影响因素、应用领域及应用领域的拓展,实现更高层次上对无机材料过程基本原理、基本方法和应用的认识。同时让学生掌握无机材料的基本实验环节与方法,补充和深化课堂理论教学内容、强化课堂教学效果、提高专业知识水平,这是全面学习、掌握、提高、拓展无机材料学知识的必不可少的途径,是《无机材料工艺学》教学内容体系的重要组成部分,并对《无机材料工艺学》课程课堂教学内容进行有益的补充和拓展。这些实验教材克服了单纯课堂理论教学的抽象性,是强化学生掌握专业知识,提升专业知识水平的有效途径。通过实验教学使学生巩固和加深对无机材料学科有关理论的理解,掌握无机材料过程中的基本工艺和主要仪器、设备性能的特点。同时,培养学生动手能力、协助精神以及独立分析问题和解决问题的能力,为后续各专业课学习、实习和结业等打下良好的基础。
  5.教学方法与手段改革
  本课程十分注重教学方法的灵活运用以及现代教育技术理论和手段在教学过程中的应用。教学过程中通过采用多知识点相互交叉与渗透,开展专题讨论,开设专题实验与综合实验方法,并运用多媒体技术、实物与模型展示、视频播放等灵活多样的教学手段,使教与学相辅相成,相得益彰,教学效果获得极大提高。通过以上教学改革,形成了具有特色的《无机材料工艺学》课程的现代教学新模式。
  (1)教学方法改革。通过采用课堂授课、开设综合和专题实验、生产现场实习等方法,充分调动学生学习的主动性,实现学生为主体的教学形式,提高了学生的学习兴趣和教学效果。课堂教学过程中,灵活应用多种教学方法进行启发式、互动式教学,如课堂讲授、课堂讨论、课堂提问与答疑、作业练习、研究型课题讨论(教师提出课题,学生进行文献检索、写出综述和提出解决方案),积极改革考试内容和方法,以考试和小论文的形式对学生进行综合考核。实践教学过程中,通过实习基地建设,使企业参与实习教学内容制订、参与实习教学过程和考核等多种方式,与企业开展联合教学。对一些容易掌握的内容采取自学、提问、讨论和学生课堂讲解相结合的方法,既培养了学生独立获取知识的能力,又锻炼了学生的知识创新能力和表达交际能力,同时加深了学生们对新知识的理解,也丰富了教师对学生的考核手段。对一些比较繁杂和较难理解的内容,运用模型、图片、三维动画等多媒体教学手段来辅助教学,加深了学生对难点知识的消化与理解。对一些与科研和生产密切相关的内容,授课中将实际研究过程演示给学生,或将教师在平时科研活动、参加学术会议、指导实习过程中于现场记录的录像及收集的照片、图片、录像资料向学生展现,或带学生到科研现场参观,让学生充分了解这一新的研究领域,同时学习科学研究的基本方法和步骤,感兴趣的学生可以要求到自己感兴趣的课题组作研究训练。针对一些无机材料热点研究内容和正在发展的领域,鼓励学生撰写读书报告或专题论文,通过查阅文献并进行分析、归纳和评价,写出自己的认识看法,培养学生科学研究和探索的意识、习惯和能力。
  (2)教学手段改革。全面采用多媒体教学手段进行全程课堂教学,利用先进的多媒体教学软件和信息资源,通过化静为动,激发了学生学习的兴趣;通过变难为易,拓宽了教学的时空;通过营造情境,增强了教学的说服力;通过寓教于乐,调动了学生学习的积极性。将多媒体技术融入到《无机材料工艺学》课件制作中,全部采用Powerpoint、Flash动画、图片、录像等现代教学手段,用其视听结合、眼耳并用的特点以及其模拟、直观、参与等形式,使教学中抽象、深奥的理论能够具体、形象、生动地表现出来,给传统的教学方式注入了新鲜的血液,极大地提高了教学质量和教学效率,使多媒体教学信息量大,形象生动的优势得到充分发挥。如利用Flash动画软件来表现无机材料生产工艺过程,动画模拟不但能彻底改变传统教学中的凭空想象、似有非有、难以理解之苦,同时还能充分激发学生学习主观能动性,产生特有教学效果。在运用多媒体手段于本课程教学的过程中,尽可能做到处理好3种关系:一是处理好多媒体与课程改革的关系,注意从教学内容和教学方法各个环节入手推进改革。二是处理好多媒体教学的辅助作用与发挥教师主导地位的关系,不用它替代教师的言传口授。三是处理好多媒体教学与学生主体地位的关系,学生不仅能在课内学习,而且在课外也能进行自主性学习和有选择性的学习。由于课时的限制,许多教学内容不能详细讲解,因此采用放映专题录像的办法,制作或收集了反映无机材料新工艺和新技术的录像共19个,涉及单晶材料、半导体芯片、光导纤维、超导材料、钢铁冶炼、化学机械抛光等新材料工艺与应用方面内容。通过播放录像,大大减少了对课时的需求,使教学内容形象、生动、活泼,在减少教学时数、节省教学资源的同时,扩充了教学内容,提高了教学效果。
  二、结语
  《无机材料工艺学》是在我校2002年重新修订的无机非金属材料专业本科培养方案中为适应无机材料学科的发展和面向21世纪无机材料创新人才培养的需要设置的专业主干课和必修课,该课程也是材料学、矿物材料及相关学科硕士研究生考试复试课程。《无机材料工艺学》课程通过从课程体系、教学内容、教材建设、实验与实践教学、教学方法与手段等多方面进行教学改革研究,并应用于无机非金属材料工程专业实际教学过程中,取得了良好的教学效果,形成了鲜明的课程优势,其研究成果和教学经验对无机非金属材料工程专业其他专业基础和专业课程的教学具有示范和参考作用,这对于进一步推进《无机材料工艺学》精品课程的建设,促进无机材料专业人才培养和学科发展以及教学改革的深化具有重要理论价值和现实意义。
 

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