1、 1材料科学基础课程学生自学平台的建立 杨平，陈冷，强文江 （北京科技大学材料学系，北京，100083） 摘要：针对材料科学基础课程的特点和学生在授课中常遇到的问题提出课程建设的思路，在完成多媒体课件的基础上，建立了学生自学平台并使其作为学生自学的第二课堂，以弥补学生课后看书自学和答疑中存在的一些不足。该自学平台不但可帮助学生复习授课中未理解的内容，还可补充许多相关的知识，训练学生分析问题的能力，提高专业外语水平，增加对材料科学基础研究前沿的了解等等。学生自学平台中的内容和构造体现了专业基础课的综合实力。 关键词：课程建设，材料科学基础，自学平台，信息管理 一、引言 材料科学基础是为适应教育部
2、对材料专业知识面拓宽的要求，由原来的金属学原理扩展而成的，它是材料专业学生由两年的基础课学习阶段到专业课学习阶段最先进入学习的一门课。在我校，该门课授课学时为100，另有实验课40学时，所以，在专业基础课和专业课中本门课称得上是重头戏。又由于本门课与后续的其它课程，如材料分析方法，材料力学性能，金属材料的热处理有密切关系，所以本课程在专业学习中十分重要。然而，由于该门课与前两年的基础课在内容形式上有很大差异，学生需要较长时间才能适应这门课，这门课素来被学生称为“天书”。而教好本门课，让学生不但掌握相关基本知识，还要了解材料研究中的分析方法及应用，为后续课程打下良好的基础而不是使学生产生畏惧甚至
3、是逆反心理，对我们任课教师是一个考验。 随多媒体教学的不断推广，教学效果不断提高，同时授课信息量也不断增加；同样一节课，现在所讲的内容要比以前多，省去的版书时间和不间断的口述也很容易使学生听的头脑麻木。如何使学生有效地获取大量信息，了解研究前沿，培养分析问题和解决问题的能力是我们教师要不断思考的问题。因此，教学研究是一个永恒的主题。 去年下半年以我校国家级教学名师余永宁教授挂帅申请的材料科学基础被评为北京市精品课程，本着以评促建的原则，我们在校领导及教务处的支持下开始校优秀课程建设，而实质上是要搞精品课程建设。我们深知，就多媒体教学本身而言，与许多基础课课程建设相比，我们丝毫没有优势，之所以得
4、到此殊荣除国家级教学名师余永宁领衔及他所写的教材获全国普通高校优秀教材二等奖外，我校的这门课以难度大、内容更新快为特点，此外，我校的材料专业在全国有较高的影响等原因。如何作好校优秀课程建设，特别是北京市精品课程建设是急待解决的问题。目前，国内不少学校已有材料科学基础多媒体课件以及远程教育课件，虽有一些多媒体课件制作方面的文章1-5，但相关的教学研究的文章并不多6。分析一下我们的长处和短处（如教师有大量的科研工作，没有时间进行教学研究；此外，教学研究经费也非常有限），我们认为学生自学平台的建立可更显示我们的特色。关于多媒体课件和材料科学基础教学网页制作我们将另文讨论。 图1为我们进行的学生课堂听
5、懂率的调查结果，可在一定程度上反映教学中存在的问题。首先可见，三个班的学生听懂率与学生考试成绩有明显的对应关系，说明学生对调查是认真的，没有随便给一个数据；其次，通过课后自学而显著提高考试成绩的不多；特别应引起注意的是，平均听懂率很低，只有45.5%，45.6%和37.7%，这说明，课后消化课上未听懂内容的任务十分繁重；而任课教师近年来多次受到学校和学生两方面的奖励，教师讲课不负责任的原因应于排除。改善途径有三个方面：一是靠传统的每周一次的答疑时间；常常是有很多问题的学生反而不来答疑；教师时间也2有限；二是靠学生自己看书；自学看书效果不会太理想；三是建立一个学生自学平台，它是学生自习的第二课堂
6、。三者都可从不同角度提高不同层次学生的学习效果。学生自学的特点是不受时间和场地的限制，学生根据自己的需要进行复习；答疑的特点是教师不仅可明确回答学生的问题，还可有针对性地辅导学生，并从学生提出的问题判断学生对课上内容消化的程度和本质问题所在。这是另两种方法不能解决的；但教师答疑时间有限，且不少学生由于各种原因不愿来答疑。学生自习平台最大的优点是学生不但可复习课上不懂的内容，还可根据自己的需要学到大量的相关知识，提高专业外语水平，了解材料科学领域应用基础研究动态，特别是通过各类相关软件的使用，以动画和三维立体图的形式帮助理解课上内容。我们认为，除纸质课本教材、电子教案，教师讲课的经验和水平外，学
7、生自学平台内的各种资料是最能显示课程实力的载体。因此，在学生课后自学方法改进上，学生课堂听懂率的调查说明，需要其它途径；有必要建立自学平台。为显示更积极的含义，我们使用自学平台而不用教学资源库。在所提供的大量资料的基础上，教师根据教学经验和学生学习现状有效的引导学生使用自学平台中的各类资源非常重要，随自学平台管理系统的不断改进，互动性不断增强，自学的效果会更好。 0 5 10 15 20 25 30020406080100Average in Score:59.9Average of understood:45.5%class01.4/scoreclass01.4/understoodPerc
8、entage/%Registration number（a）1班 0 5 10 15 20 25 30020406080100 Average in score:61.8Average of understood:45.6%class01.5/scoreclass01.5/understoodPercentage/%Registration number(b)2班 0 5 10 15 20 25 30 35020406080100 Average in Score:62.5Average of understood:37.7%class01.6/scoreclass01.6/understoo
9、dPercentage/%Registration number(c) 3班 图1 学生考试成绩与课堂听懂率关系的调查分析 二、自学平台所含内容的设想 我们认为一个积极的、内容丰富的学生自学平台应包含如下几方面内容： 1）教师的多媒体课件（包括授课及实验课的课件）。学生以课堂已听懂或自学后掌握的内容为基本出发点；根据自己的需要，在某些不懂的地方反复浏览加以消化；教师的课件提供的信息虽不如课堂所讲的内容多，但中心线索很明确。此外，还可提供教学名师授课的视频文件。习题解答部分要在给出具体解题步骤的基础上增强互动性，指出学生可能出现的问题。 2）各种相关软件；利用收集到的各种教学研究软件，通过引导说
10、明和学生自学加深对某一章节或某一类概念的了解；如热力学计算软件可帮助学生复习热力学基本概念，计算相图；了解三元相图的立体结构；各相相对量及组织相对量的计算；检索各类相图；相变过程的热力学分析计算等；该软件会涉及本课程10章内容中的4章。晶体学软件可帮助学生加深原子排列的空间结构的理解；晶面晶向的标定；极射赤面投影，单胞的空间取向，对应的倒易点阵，及三者之间的对应关系；还有极图，织构，不同相之间的取向关系及表达；晶体学参数及原子占位等概念；这些内容涉及本课程10章中的7章；图像分析软件在学生对各类显微组织了解的基础上培养学生定量表征组织的能力等等。 3）历史典故及名人专家介绍；象学物理学的学生要
11、知道以著名物理学家命名的物理现象及定律一样，材料专业学生也要了解材料科学领域的著名学者及以这些学者命名的概念、现象；如Cottroll气团, Shockley不全位错, Lomer-Cottrell不动位错, Fick定律, Peierls-Nabarro力, Gunier-Preston区, Matono平面, Burgers矢量, Schmid定律等；收集这方面的信息，配有一定的图片传记，不但加深对概念、现象的了解，还可引起同学的学习兴趣，加深对各学派及发展历史的认识，这是有效的专业教育途径。 4）典型材料的组织照片库；材料专业学生应具有的一个基本功就是辨认各种典型组织的能力和对组3织的敏
12、感性；虽然在授课中和实验课上学生已接触到不少的典型组织照片，但对各类材料或同一材料在不同工艺下的组织的了解仍较混乱，这在实验课上教师提问中已明显显示出来了；通过收集典型组织并加以点评，使学生加深对典型组织的认识，这也反过来促进对各种概念及工艺过程的认识。 5）经典/著名文献；从Science, Nature, Metallurgical Transactions, Acta Materialria等国际著名刊物上下载一些与本课程直接相关的文献，使学生了解三年级刚接触到的专业基础课学习内容仍常是目前应用基础研究的热点，以增强学生的专业兴趣，并初步接触到专业刊物，拓展视野。重要的是教师在学生阅读前
13、要加以引导和点评，否则学生看了半天，找不到主线，或单词太多，会影响学生的兴趣而失去应有的效果； 6）科研前沿；为和我校材料学科的科研相衔接，由各任课教师从前沿性，趣味性、基础性或相关性的角度出发介绍自己的科研领域及内容。这应是专业课与基础课的主要区别。我们任课教师的研究领域基本涵盖了本课程的绝大多数章节，使我们有较深的体会和第一手实验数据以及很多发表的文章； 由于多种原因，上述各方面的资料不可能都放到网页上。 三、已建立的学生自学平台和意见反馈 该平台为用AUTHORWARE软件写成的可执行程序。主体结构很简单，只由三层界面组成；图2为第一层主界面，介绍本平台的建设目标和学生使用的方法及注意事
14、项。显然，不同层次的学生要使用的资料信息是不同的。由主界面可进入第二层界面，分别为（1）教师的多媒体课件（包括实验课课件、习题及解答）；（2）课程相关的各种软件（即应用程序）、（3）材料学系部分教师的科研报告（学科前沿）、（4）各类典型组织照片；组织照片按两种方式分类：一是按本课程的相应章节，如凝固、形变、再结晶、固态相变；二是按典型材料分类，如铝、钢、黄铜、锌等；（5）著名材料领域的专家和相关历史典故、（6）著名期刊上下载的研究论文。第二层为各类资料的引言介绍及链接标志。可分别调用PPT或PDF格式的多媒体课件、科研报告、研究论文；调用的各类软件都是视窗界面，见图3；调用的组织照片为图形文件
15、且由图形观看软件ACD-see或I-32view管理。第三层是具体的各类教学资料，如图4，5为英国利物普等大学出版的纯教学用软件Materials Science on CD-ROM和法国的教学和研究用晶体学软件CaRine。前者是授课时引用最多的软件；就制作来讲，该软件非常适合课上教学，动画设计好，名词概念解释和安排合理恰当；是很好的英文专业练图2 学生自学平台主界面 4习工具；不足之处是内容较浅，特别是形变、再结晶，和三元相图部分没有。后者可将晶体结构、三维晶面晶向的二维投影表达（极射赤面投影）和对应的倒易点阵同时给出并可同步旋转。这些软件不可能在课上详细介绍，学生只有在课后不断练习才能熟
16、练掌握，并促进以后各章节的及时消化。 图3 与课程相关的各种软件（第二层界面） 图4 英国利物普等大学出版的纯教学用软件Materials Science on CD-ROM 5经部分教师及学生使用后提出的主要意见是各类资料还不够系统完善；其次是软件功能不够专业水准；这是短时间内难以解决的。我们做了一定的改动并逐渐补充相应的资料。对是否能对各层次的学生起到预想的作用，还要等到一段时间的实践，才能得到统计数据。应当承认，因人力，财力的限制，特别是计算机专业人才匮乏，该学生自学平台在各方面都存在很多不足，今后要不断地完善，但我们毕竞走出了实质性的第一步。因为目前有关该类课程学生自学平台（或教学资料
17、库）建设的文章很少，可能是受知识产权受侵犯的担心，很少有学校公开自己的教学资料库，有些学校则没有建立。 四、结语及展望 材料科学基础作为材料类学生由基础课过渡到专业课学习首先遇到的课程，因其教学风格、涉及内容范围等与基础课截然不同；学生必然遇到各式各样的问题从而影响学习效果，甚至是学习的积极性。降低课程的难度以提高学生的理解度不符合我校材料学科走在国内前沿的战略。建立学生自学平台，即开辟学生自学的第二课堂可弥补学生看书自学和教师答疑中存在的一些不足，不但可帮助学生复习课上未理解的内容，还可补充许多相关的知识，训练学生的创新能力，提高专业外语能力，加深对科研前沿的了解等等。自学平台中的内容体现了
18、学科各方面的积累和专业课的综合实力。 检索目前国内外有关材料科学基础或金属学课程方面的教学研究和多媒体教学文献较少，远不如基础课程教学研究的成熟。各高校基本都有多媒体课件甚至是远程教育的课件，但各校间本门课的相互交流是很少的，教学资源很封闭，不利于整体教学水平的提高。很容易理解，各校图5 法国的教学和研究用晶体学软件CARINE 6不论是国家或学校投入的财力，还是授课教师出于对课程或学生的责任心不同造成的课件等水平和教学效果是不同的。很少有人愿意将自己或本单位的心血无尝供给别人使用。国家应对提供自已的作品的学校、教师给予财政上的支持。否则，作为专业课的教师更愿意将主要精力用于科学研究而不愿过多
19、进行教学研究。 今后的努力方向是：1）增强习题解答的互动性；2）各类信息资料的收集；3）照片的解答指导；4）各章节的学习指导书；等。在此基础上建立教师教学资料管理系统，使教学资料更加系统完善。 致谢：感谢北京科技大学校优秀课程建设项目的资助；感谢2000级本科生李飞在程序设计上提供的帮助。 参考文献 1侯铁翠，郭猛，卢斌.材料科学基础CAI课件开发J. 郑州工业大学学报(社会科学版)，2000，18，(No.4) ：76-77 2侯纯玉，谷云彦，礼戈. CAI在金属学教学中的应用J. 黄金学报，1999，1，(No.1): 67-69 3刘天模，徐启昆，胡振纪. 金属学原理教学模式改革的教育心
20、理学研究J. 重庆大学学报(社会科学版)，1999，5，（No.4）: 83-85 4姜世杭，刘剑虹，陈荣发，赵峰. 金属学多媒体计算机辅助教学软件J. 金属热处理，2000，(No.8): 34-35 5赵莉萍，杨慧，闫俊萍，王玉峰，李慧琴. 多媒体技术在金属学与热处理课中的教学实践J.内蒙古科技与经济，2003，（No.6）：136-137 6邵红红，黄根良，王兰. 金属学课程教学改革与实践J. 江苏大学学报(高教研究版)，2003, 25, (No.2): 73-75 Establishment of a student-self service learning platform fo
21、r the course of fundamental of materials science Yang Ping, Chen Leng, Qian Wenjiang Department of Materials Science, U. of Sci. & Tech. Beijing, 100083 Abstract: Proposals of instructing fundamentals of materials science are discussed based on the specific features of this lesson and problems arous
22、ed in students during learning this course. As a potential secondary classroom of students a self-learning platform is established to remedy some short backs during student self-learning after class and query lesson. This self-learning platform can help students to clarify the concepts which are not
23、 understood during lessons, to provide them with more new relevant knowledge, to train students with more analyzing capability, to improve their English reading ability in special field and to inform them with more fundamental frontier research issues etc. In addition, the contents and constructions of a self-learning platform embody a synthetical strength of a specialized course. Keywords: course construction, fundamentals of materials science, self-learning platform, information management
