無機材料物理化學課程現狀

目前，無機材料物理化學課程沿用陸佩文[5]編寫的硅酸鹽物理化學課程體系，在多年教學過程中發現該課程體系存在如下的問題：

1知識點分散

無機材料物理化學課程的內容包含了材料科學基礎的晶體學及晶體缺陷的內容，包含了材料加工的基礎知識相平衡和相圖，同時又涵蓋了無機非金屬加工過程特有的熔體和玻璃體，陶瓷加工過程的基礎粘土水系化學，燒結加工過程的擴散、固相反應、固態相變和燒結等基礎知識．課程體系分散復雜，課程的內容繁多，每一章單獨成為體系，前后的聯系不夠明顯．

2與實際接觸的宏觀事物距離較大

無機材料物理化學的教學體系以理論推導為主，涵蓋了大量的前期科研工作者進行的理論推導，并且結合實踐給出了很多應用．由于工科學生課程體系設置的特點，注重工程實際，注重在實踐中解決問題．因此，在學生現有認識事物的體系中，對于宏觀上能看到、能摸到的理解和掌握起來比較快，而對于微觀的、抽象的體系認識起來難度比較大．

3與實際的生產不能有效結合

現有無機材料物理化學課程作為工科課程來講，離實際工程應用距離比較遠，對學生的吸引力不夠，很多學生在課堂上經常問學了這么多公式、這么多圖有什么用，而這個問題按照現有的課程體系無法回答．

無機材料物理化學課程體系改革

無機材料物理化學的知識點總體上概括起來可以分成兩個主要方面，一是與陶瓷（水泥）生產密切相關的知識，二是與玻璃生產密切相關的知識體系．在此為分類基礎上，對課程的知識點和講授順序重新進行了調整嘗試．

1以陶瓷生產為主線的課程體系設置

在介紹與晶體相關的知識過程中，主要以實際中的陶瓷為例，首先進入晶體的微觀世界，引出陶瓷的晶體結構，由晶體結構引出晶體概念、晶體化學知識，在晶體中漫游會發現很多缺陷，進而介紹缺陷的知識．簡要介紹陶瓷的生產工藝，從原料加工到成品過程用動畫演示，介紹原料過程中講解粘土-水系的膠體化學，其中包含的膠體性質及一般的熔體性質通過固體的表面和界面部分來了解；利用陶瓷燒結過程中的燒結溫度選擇，引出相平衡和相圖，重點介紹這部分內容，在燒結過程中的微觀動畫展示后引出擴散-固相反應-燒結．此部分中，重點是晶體的結構及相平衡的知識．

2以玻璃生產為主線的課程體系設置

與玻璃相關的課程知識介紹的過程中，首先展示玻璃，隨后簡要介紹玻璃的生產過程，該過程由于有無機非金屬材料工學進行具體介紹．因此，只需描述即可，其后引出玻璃原料，簡要復習晶體結構知識，按照生產流程加熱熔融后的現象要有熔體和玻璃體部分來了解，結合玻璃的生產講解相變過程中涉及到非晶體部分相平衡中的知識．在此部分的講解中重點介紹非晶態物質的形成機理及過程．通過如上的體系改革使學生能夠充分認識課程知識，并且知道整個體系的來龍去脈，使學生由過去的被動接受變為主動有意識的學習，形成良好的學習動力．

課堂教學過程中“四要素”的融會貫通

材料科學與工程的“四要素”始終作為課程講授的主線，作為基礎課程，主要授課的目標還是材料科學這四個要素之間是如何建立起聯系的，為什么有這樣的聯系，影響因素等知識．在結晶學部分每介紹一個新概念，都有意識介紹該概念對無機材料工藝及性能的影響及其應用，如介紹空間群概念后簡要介紹空間群分類后對壓電性能的影響，豐富學生的知識體系，而且可以更好的融會貫通，理解概念．在熔體部分的性質概念介紹之后，要簡要了解熔體的性質對玻璃加工工藝的影響．在講粘度時，主要介紹粘度與溫度和組成等因素的關系，但是到底會有什么樣的影響并沒有介紹．因此很多學生就是為了學習粘度知識而死記硬背，不知道粘度的具體應用，而在課堂上簡要介紹過粘度會影響玻璃的加工溫度及玻璃的成型性能時，同時簡要介紹怎樣影響的，就會使學生知道知識是有用的，學習起來目的性更強，而且方便對一些概念的理解記憶，而不是簡單的死記硬背．在相平衡一章中，相圖是一個重要的知識點，也是材料科學體系中一個非常重要的工具，學好相圖對材料科學下一步學習至關重要．但是在以前的教學過程中按照書本的知識體系從頭到尾介紹之后，很多學生都是一片茫然，似乎感覺是學習了幾何學又或是物理學，不知道無機材料物理化學中為什么要單獨拿出這一章來講解這個圖．經反思教學過程發現，在教學過程中過分重視教學內容的傳授而忽略了這個工具實用性的介紹，按照“四要素”理論，相圖這個工具應該是工藝制定的重要根據，因此在改革后的講授過程中，在介紹過相率和簡單的三元相圖等基本知識后，就具體地舉了一個Al2O3-SiO2-CaO三元體系陶瓷燒制的過程，簡要介紹了如何利用三元相圖進行原料配料計算，如何確定燒成溫度，及得到的燒成體的主要成分和構成等知識．使學生先知道三元相圖的作用，在材料學“四要素”體系中的位置，然后在具體地講解三元相圖的分析過程，并且在講解過簡單的三元相圖后還要舉1~2個實際的復雜例子進行實際應用．

教學改革的效果

經過２年多的教學改革試點，學生的課堂聽課效果有了很大改觀，原來每個自然班約有50%的學生堅持在課堂上聽課，很多學生由于跟不上進度而睡覺或者干脆逃課．改革后，無機2009級學生堅持聽課的達到了80%以上，學生聽課狀態明顯好轉，聽課熱情很高，而且課間休息時問問題的學生數目明顯增加．對齊齊哈爾大學無機材料2008級和2009級學生進行了授課效果評價，90%的學生認為能夠掌握課程基本內容，學生的考試及格率由90%提高到96%，平均分由77.6分提高到81.2分，有了較大幅度提高．在總結了無機材料物理化學課程教學過程中存在問題的基礎上，通過以材料科學的“四要素”為基本思路，對無機材料物理化學課程中大量的知識點進行了重組，豐富了與實踐結合更加緊密的知識內容，探索了一條實用性很強的無機材料物理化學教學改革新途徑．（本文作者：王超會、顧曉華、李曉生、楊長龍 單位：齊齊哈爾大學材料科學與工程學院）