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摘要：“材料物理性能”課程是材料、化工類專業的專業基礎課程之一，重點講解材料物理性能的基本知識、理論和應用，為后續專業課程的學習和工程創新能力的培養奠定理論基礎。基于國家一流本科專業建設和工程教育認證的背景，對“材料物理性能”課程的教學目標、教學內容、教學模式和考核評價等方面進行了改革探索，為高校“材料物理性能”課程教學范式的革新提供參考。

關鍵詞：材料物理性能；教學改革；實踐

“材料物理性能”是目前各高校材料與化工、材料科學與工程等工科專業普遍開設的專業必修課程。針對其涉及知識面較廣，概念抽象有深度等特點，且該課程在培養方案中起到承上啟下的作用[1]，如何優化教學內容，改變傳統的教學模式和考核評價機制，對學生專業培養目標的達成具有重要的意義。近幾年，河南工業大學材料科學與工程學院對該課程的教學目標、內容、模式和評價方式進行了全面的改革，學生學習積極性和教學效果顯著提升，課程達成度良好，對于推動國家一流本科專業建設提供了支撐作用。

1教學目標與內容

1.1教學目標

近幾年，學院在明確材料科學與工程專業培養目標的前提下，制定了本科生12項畢業要求[2]。“材料物理性能”課程主要支撐畢業要求中的“工程知識應用能力”“研究與分析能力”和“終身學習能力”三個方面，要求能夠具有自主學習和終身學習的意識，掌握材料科學與工程基礎和專業知識，分析材料組成、結構與性質關系，并將基本理論和方法運用于解決材料科學與工程專業的復雜工程問題。本課程的教學目標：①能正確掌握材料熱學、電學、磁學和光學性能相關的基本概念、微觀機理、性能參量和影響因素，為解決材料科學與工程專業領域的復雜工程問題提供理論知識支撐；②能根據材料的組成、結構等信息分析并預判材料的物理性能變化，并且通過結合材料專業其他課程的學習，能對材料專業復雜工程問題的關鍵環節進行識別和判斷；③培養自學、分析的綜合能力，能夠追蹤學術前沿，關注材料物理性能領域的新動態、新知識，開展自主且持續性學習。

1.2教學內容的改革

“材料物理性能”課程內容涉及材料熱學性能、材料導電性、材料磁學性能、材料介電性能和材料光學性能五個知識板塊。課程改革之前教學內容以教材為主，重點講授“材料物理性能”的基本概念、物理機制、影響因素等基礎理論知識，涉及學科前沿和應用的內容較少，整體授課內容難以支撐工程教育認證對課程教學目標的要求。經過課程教研組討論，重新制定了教學大綱，以教材內容作為參考，結合學科發展前沿和工程應用實際擬定新的教學內容，以實例作為主線，將各板塊知識點進行模塊化分解；同時，受授課學時限制，且學生專業知識積累欠缺，課程采取線上線下相結合模式授課，一方面線上學習可以培養學生自主學習能力，另一方面線下課堂授課可重點進行實例分析和討論。

2教學模式

2.1小班授課

受師生比、教學課時等因素的限制，大班授課是目前高校較為普遍的教學組織形式。由于本專業每屆學生人數均為200多人，但主講教師僅有兩名，且承擔其他課程教學，“材料物理性能”課程改革前采取大班授課的教學組織形式，課堂學生數量在60人左右，授課過程中很難進行有效的師生互動，學生在教學過程的參與度不高。針對這一問題，我們將本門課程由大班授課模式改為小班授課模式，課堂人數控制在30人左右，并增加了2名主講教師。經過小班授課模式改革后，教師能夠有針對性地解決學生學習過程中遇到的問題，師生之間的互動效果提升明顯。學生調查結果顯示，學生對教學組織形式滿意度由93.2%提升到97.3%，學生學習興趣和學習積極主動性由94.4%提升至97.3%。小班授課為本課程教學模式的改革初探，能夠提升線上線下相結合的案例試教學活動的效果。

2.2線上線下混合式教學

線上線下混合式教學模式是將線上學生自學和線下課堂學習結合在一起的一種新型教學模式。近年來，線上線下混合式教學越來越受到國內高校的重視，尤其在理論課程教學中得到廣泛運用。線上教材、習題、視頻等課程資源可以充分滿足學生自主學習的需要，線下課堂側重探討和研究，從而實現從“教師為中心進行知識灌輸”向“學生為中心的自主學習”轉變。此外，超星學習通、騰訊課堂等線上平臺的建設也越來越完善，構建了教學監督、資源管理、互動討論、交流答疑、作業考試等綜合性課程平臺[3-4]。基于“材料物理性能”課程知識點多，覆蓋面廣，學時受限等特點，單一的課堂教學難以達到滿意的教學效果，如何在有限的課時內讓學生充分了解并掌握該課程內容是教學中的一個難點。在改革之前，為了在有限學時內完成本門課的授課內容，往往只能精簡教學內容，采取“滿堂灌”的教學模式，授課內容也傾向于理論知識，學生在課堂上可能往往只是記住了結論，和實際應用聯系不夠緊密，學生在解決實際科研和工程問題時不能做到靈活運用。改革后，本門課基于超星學習通線上平臺，完成了集教學監督、視頻學習、章節測試、話題討論為一體的在線課程建設，同時設立了拓展，包含有多重功能性材料和器件相關的視頻和資料。由于課程未設置學生線上學習課時，本門課程線上教學活動主要包括：①課前自主學習，學生通過完成視頻學習任務點，掌握基礎性知識；②課后復習，學生通過完成重難點視頻任務點，加深重難點知識的理解；③作業和章節測試，學生上傳章節思考題作業和完成章節測試，支持學生完成后查看答案。因此，通過線上平臺，學生在掌握一般性知識點的基礎上，課堂學習重點講授知識的重難點和案例分析討論，解決了課程學時少的問題，促進了課程教學目標的達成。

2.3案例式教學

“材料物理性能”課程中涉及較多抽象的物理基礎知識，致使學生認為此課程重點為物理機制，感覺內容枯燥。如果仍然按照常規的授課模式，會極大影響學生的學習熱情，導致學生學習積極性變差[5]。案例教學法是上世紀20年代由美國哈佛商學院提出的授課模式，通過采用商業管理的真實案例啟發學生主動參與課堂討論，頗具成效。在教學過程中，以案例作為素材來揭示某一個或幾個理論知識點，引導學生進入特定的情境中思考，并啟發學生主動分析與解決問題，培養學生理論聯系實際的能力[6]。基于此，本課程引入了生活、工程應用和科技前沿三方面的案例，讓學生帶著疑問去思考案例中所涉及的課程知識，同時以案例作為主線將章節知識點串聯起來，在提高學生學習積極主動性的同時，讓學生對分散知識有一個整體性的認識。授課過程中引入工程應用案例，幫助學生理解抽象物理概念，提高學生解決實際工程問題的能力，例如，在材料導電性章節引入金屬電阻絲、硅鉬棒加熱元件、光敏電阻等實際工程應用案例，引導學生去理解不同能帶結構導電性的差異，以及溫度、合金元素、組織結構等因素對材料導電性的影響。在材料能帶結構知識點引入半導體硅、不同金屬導電性差異等案例，引導學生理解材料導電性和能帶結構之間的關聯，進而講解能帶結構的形成，將抽象的概念具體化講解，有助于加深學生對知識點的記憶，培養學生理論聯系實際的意識。授課過程中引入科技前沿知識，并與相關課題的研究目的、內容和方法相結合，激發學生科學研究興趣，培養學生科技創新能力，例如，在材料的介電性能章節，結合介電玻璃、能密度電介質、無鉛壓電陶瓷等研究熱點，引出這些類介電材料應用背景、介電性能、目前研究現狀、研究思路等內容，讓學生去思考有哪些物理參量去表征其介電性能？各物理參量的含義是什么？介電性能進行改性的物理基礎是什么？通過這些問題將章節知識點整體串聯起來，一方面讓散亂的知識點變得更加系統，另一方面通過讓學生參與到關于電介質材料的科技創新中，做到知識的活學活用，提升其創新能力，使學生獲得成就感。

3考核方式

針對課程教學目標，本門課程改變了傳統“重期末考試，輕平時成績”的終結性方式，將平時成績的比重由改革前的20%提高至40%，平時成績由章節思維導圖、思考題、線上學習、章節測試和拓展訓練五部分組成，期末考試試卷更傾向于和實際應用的聯系，記憶性的知識點比重相應降低。（1）章節思維導圖：考查學生思維邏輯性和知識點的概括能力。（2）思考題：多為實際應用的案例綜合分析題，考查學生知識的綜合運用能力。（3）線上學習：依據學生線上視頻的學習情況進行評定。（4）章節測試：線上進行，考查學生章節一般性知識點的理解能力和學習效果。（5）拓展訓練：要求學生以某一類材料或器件作為出發點，將材料的制備、組織結構、物理性能、研究進展、應用等知識聯系起來，制作ppt演示文件，考查學生自主學習和對專業知識的運用能力。（6）期末考試：試卷題型由單選題、多選題、判斷題、簡要分析題和綜合性試題組成，在滿足知識點覆蓋度的前提下，增加實際應用案例分析的比重。

4教學效果分析

為了解“材料物理性能”課程的改革效果，對2021年秋季學期材料科學與工程專業學生開展問卷調查活動，調查問卷涉及課程目標達成、教學方式、考核方式等內容，參與學生人數202人。問卷調查結果顯示：①95%的學生認為通過課程學習，能夠理解“材料物理性能”的基本變化規律及其各影響因素，為新材料設計和材料改性提供理論基礎知識支撐；95.5%的學生認為通過課程學習，能夠根據實際需要，對測試結果、材料組成、結構等信息進行分析，預判材料的物理性能變化；96.5%的學生認為通過課程學習，拓寬了材料專業的基礎理論知識，對材料組織結構-性能-應用間的關系有了更深的理解，為今后工作和繼續深造積累了一定專業知識；②95.5%的學生認為該課程考核內容豐富，評價方式公正客觀，能夠促進他們主動開展學習；③97%的學生認為通過案例分析、情景模擬、問題研討等方法激發了學習熱情和主動性；④課程總體滿意度為100%；⑤14.8%的學生認為課程進度安排合理性一般，可能是由于課程進度較快，且學生自主學習工作量較大，下一步將進一步優化課程內容和考核內容。

5總結

基于工程教育認證的OBE理念和國家一流本科專業建設的要求，針對“材料物理性能”課程的特點，在重修制定課程教學大綱的基礎上，設定了合理的教學目標和教學內容，教學手段和評價方法靈活多樣，教學效果、課程教學目標達成度得到有效提升，為學院專業建設和創新應用型人才的培養提供了有力支撐。

作者：王順 段磊 陳倩倩 杜蘇軒 馬秋花 張猛 蔡世昌 左宏森 單位：河南工業大學 材料科學與工程學院