《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)中的晶體缺陷

第第頁《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)中的晶體缺陷摘要：晶體缺陷是材料科學(xué)基礎(chǔ)課中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本章節(jié)內(nèi)容比較抽象復(fù)雜，屬于比較難理解和掌握的章節(jié)。如何講好講清楚本章內(nèi)容，使學(xué)生理解起來更容易、掌握起來更透徹，筆者就自身的課堂教學(xué)及具體知識(shí)點(diǎn)從多媒體教學(xué)的直觀優(yōu)勢(shì)、將抽象概念與實(shí)際晶體相聯(lián)系、加強(qiáng)師生間的互動(dòng)及不可摒棄的板書四個(gè)方面進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：晶體缺陷；多媒體教學(xué)；互動(dòng)；教學(xué)體會(huì)

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674-9324（2015）40-0223-02

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》是高等學(xué)校材料化學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究材料的微觀結(jié)構(gòu)、微觀過程，使學(xué)生掌握研究材料微觀的方法，建立微觀和宏觀特性與性能間的聯(lián)系及對(duì)應(yīng)關(guān)系，并掌握材料成分、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系及其變化規(guī)律。本課程是多學(xué)科知識(shí)的交叉與滲透，為后續(xù)專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也是學(xué)生將來從事材料研究的理論基礎(chǔ)。

“晶體缺陷”與前面章節(jié)“晶體結(jié)構(gòu)”緊密相連，同時(shí)也是后續(xù)章節(jié)“材料的形變與再結(jié)晶”學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程內(nèi)容中起到承上啟下的作用。此外，由于本章節(jié)涉及到晶體的內(nèi)部微觀，內(nèi)容相對(duì)來說比較抽象，是歷屆學(xué)生反映最難理解掌握的章節(jié)。如何清楚講解該部分內(nèi)容，使學(xué)生理解起來更容易、掌握起來更透徹，筆者就自身的課堂教學(xué)及具體知識(shí)點(diǎn)的講解談一些切身體會(huì)。

一、充分利用多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)是目前比較普遍和先進(jìn)的教學(xué)手段。利用多媒體進(jìn)行材料科學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)，能夠優(yōu)化教學(xué)過程。由于內(nèi)容可以豐富多彩，多媒體教學(xué)也能從一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，并能提高教學(xué)質(zhì)量。多媒體教學(xué)具有非常好的直觀優(yōu)勢(shì)，可以在很大程度上彌補(bǔ)學(xué)生在學(xué)習(xí)晶體缺陷時(shí)三維空間想象力的不足。

材料科學(xué)基礎(chǔ)中，對(duì)晶體缺陷的定義是“在實(shí)際材料的微觀結(jié)構(gòu)中原子的排列或多或少地存在離開理想的區(qū)域，出現(xiàn)不完整性，通常把這種偏離完整性的區(qū)域稱為晶體缺陷”。該部分內(nèi)容是微觀的東西，且非常抽象。若教師在教學(xué)中僅僅依靠板書和相關(guān)模型教具，學(xué)生理解起來還是比較困難的，也很容易失去學(xué)習(xí)興趣。采用多媒體教學(xué)，將抽象內(nèi)容以生動(dòng)的二維或三維動(dòng)畫的形式展示給學(xué)生，學(xué)生可以直觀的理解，并能從多個(gè)角度進(jìn)行觀察。這不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)在實(shí)踐和空間等方面的不足。

通過多媒體教學(xué)使學(xué)生能夠清晰地觀察和理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、材料結(jié)構(gòu)以及原理，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。如“螺位錯(cuò)”和“位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)”是大多數(shù)學(xué)生認(rèn)為最為抽象的部分，它是如何形成以及如何交互運(yùn)動(dòng)的？如果教師僅靠平面圖來輔助講述，學(xué)生很難理解，尤其是螺位錯(cuò)的形成更是抽象。通過使用軟件，可將位錯(cuò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維旋轉(zhuǎn)，從而能使學(xué)生從各個(gè)方向來觀察位錯(cuò)，理解位錯(cuò)結(jié)構(gòu)；通過動(dòng)畫，學(xué)生能清晰地看到不同位錯(cuò)的形成，通過觀察位錯(cuò)線和伯氏矢量的關(guān)系，可以理解刃位錯(cuò)、螺位錯(cuò)、混合位錯(cuò)的區(qū)別，也能直觀地觀察到滑移和攀移這兩個(gè)不同過程。同時(shí)多媒體還具有的很大的優(yōu)勢(shì)在于，教師講解的時(shí)候可以根據(jù)學(xué)生需要，隨時(shí)暫停和回放，使學(xué)生能夠徹底明白。

二、將抽象概念與實(shí)際晶體相聯(lián)系

在材料科學(xué)基礎(chǔ)中，晶體缺陷是從原子水平的微觀方面，分析討論實(shí)際晶體中由于原子（或離子、分子）的熱運(yùn)動(dòng)及晶體的形成條件、冷熱加工過程和其他輻射、雜質(zhì)等因素造成的缺陷。由于是從原子水平研究，所以很多分析的圖形都是局部的原子排列圖。局部的原子排列圖使學(xué)生很難跟宏觀物體聯(lián)系起來，因此講解的過程中，教師應(yīng)該注意將抽象概念與實(shí)際晶體相聯(lián)系。即每次看完局部原子微觀圖后應(yīng)該看一下宏觀物體圖，使學(xué)生明白這微觀的圖是屬于宏觀的哪一部分。而我們研究缺陷是因?yàn)槿毕輰?duì)晶體的性能有很大的影響，比如結(jié)構(gòu)敏感的性能如屈服強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度、塑性、電阻率、磁導(dǎo)率等，此外還與擴(kuò)散、相變、塑性變形、再結(jié)晶、氧化、燒結(jié)等有著密切聯(lián)系?！罢莆諆?nèi)部規(guī)律，改變宏觀性質(zhì)，為我所用”是我們最終的目的，從這個(gè)角度，也必須在教學(xué)中時(shí)刻將抽象概念與實(shí)際晶體相聯(lián)系。

如講晶體缺陷中刃位錯(cuò)的相關(guān)知識(shí)時(shí)，從圖1（a）宏觀圖形介紹刃位錯(cuò)的基本知識(shí)，強(qiáng)調(diào)多余的半排原子面，指出滑移面和位錯(cuò)線。然后用圖1（d）從微觀方面介紹，同樣指出多余的半排原子面，將微觀圖形中的滑移面和位錯(cuò)線與宏觀圖形相比較。圖1（b）和圖1（c）是側(cè)面圖的宏觀和微觀圖形，在用這兩張圖形講解相關(guān)知識(shí)時(shí)，一定要回過來看圖1（a）和圖1（d），使學(xué)生明確正確的局部與整體的關(guān)系。如在講解伯氏矢量大小的確定的時(shí)候，為了清晰，通常是用圖1（c）來講解閉合回路。如果只看這張圖，學(xué)生容易理解混淆，而結(jié)合圖1（a）和圖1（d）來講解，可以讓學(xué)生把位錯(cuò)及伯氏矢量歸集在一個(gè)整體中，建立清晰的概念。而講解刃位錯(cuò)的滑移時(shí)，應(yīng)該將圖1（d）和圖1（e）結(jié)合起來，使學(xué)生能夠在微觀和宏觀中建立聯(lián)系。

三、加強(qiáng)師生間的互動(dòng)

互動(dòng)式教學(xué)是教師與學(xué)生雙方的交流和探討，使學(xué)生在教師已授知識(shí)的前提下，對(duì)知識(shí)掌握的一種具體反饋。師生間的互動(dòng)可以激發(fā)教學(xué)雙方的主動(dòng)性與能動(dòng)性，可以培養(yǎng)學(xué)生的自主意識(shí)和創(chuàng)新能力。通過課堂互動(dòng)過程中的訓(xùn)練，學(xué)生能夠逐漸愛學(xué)、會(huì)學(xué)和善學(xué)，從而提高教學(xué)效果。鑒于晶體缺陷這部分知識(shí)的難度大，所以互動(dòng)式教學(xué)顯得尤為重要。

為了更好的加強(qiáng)師生間的互動(dòng)，在教師授課時(shí)，應(yīng)更多地面向?qū)W生，及時(shí)觀察學(xué)生的表情，了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。若大多數(shù)學(xué)生的表情較為輕松愉快，說明學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容理解較好；若學(xué)生對(duì)教師的提問反應(yīng)較為遲緩，或部分學(xué)生甚至出現(xiàn)皺眉等困惑表情，說明學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容存在理解和掌握的困難。此時(shí)，教師應(yīng)將授課速度減慢，或?qū)λ鶄魇诘闹攸c(diǎn)內(nèi)容進(jìn)行重復(fù)或更為詳細(xì)的解釋，有動(dòng)畫的可以重復(fù)放慢播放，以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解；在講解過程中，教師還可以多次向?qū)W生拋出啟發(fā)式的問題，通過學(xué)生的回答情況來判斷他們對(duì)課堂內(nèi)容的理解；課堂講解的過程中也可以配以簡(jiǎn)單小測(cè)驗(yàn)，以達(dá)到較好的互動(dòng)效果。如位錯(cuò)反應(yīng)這部分知識(shí)，可以給出例題讓學(xué)生判斷位錯(cuò)反應(yīng)能否發(fā)生，檢測(cè)學(xué)生是否掌握了位錯(cuò)反應(yīng)發(fā)生的兩個(gè)基本條件，即幾何條件和能量條件。學(xué)生做完后可以引導(dǎo)學(xué)生做進(jìn)一步的理解：兩條挨著的位錯(cuò)線是不穩(wěn)定的，通常為了降低體系能量是以分開的狀態(tài)存在。

四、不可摒棄的板書講解

在教學(xué)過程中，我們不應(yīng)完全依賴多媒體教學(xué)，而忽視了板書的魅力。教師應(yīng)該根據(jù)所講內(nèi)容的具體教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況，在整個(gè)的教學(xué)環(huán)節(jié)中合理使用多媒體教學(xué)，必要的時(shí)候配以板書講解。板書教學(xué)時(shí)教師始終是處于教學(xué)過程中的主導(dǎo)地位，可以對(duì)一些知識(shí)點(diǎn)著重強(qiáng)調(diào)，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力。

在晶體缺陷的知識(shí)點(diǎn)中，我們應(yīng)該充分發(fā)揮板書的優(yōu)勢(shì)。如位錯(cuò)反應(yīng)這部分知識(shí)點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了位錯(cuò)反應(yīng)發(fā)生的兩個(gè)基本條件：一是幾何條件，反應(yīng)后諸位錯(cuò)的伯氏矢量之和應(yīng)該等于反應(yīng)前諸位錯(cuò)的伯氏矢量之和；二是能量條件反應(yīng)后各位錯(cuò)的總能量應(yīng)小于反應(yīng)前各位錯(cuò)的總能量。為使學(xué)生透徹理解和掌握，給出學(xué)生判斷位錯(cuò)反應(yīng)能否發(fā)生的練習(xí)題。首先可以帶著學(xué)生板書復(fù)習(xí)伯氏矢量的表示及模的求法，以及位錯(cuò)的能量與伯氏矢量模的平方成正比。在學(xué)生自己練習(xí)的基礎(chǔ)上，帶學(xué)生板書講解求算過程，使學(xué)生能夠清楚自己求算過程中的問題所在，可以比較好的掌握該知識(shí)點(diǎn)。

五、結(jié)語

本文針對(duì)《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)“晶體缺陷”，就自身的課堂教學(xué)及具體知識(shí)點(diǎn)從四個(gè)方面進(jìn)行了探討。筆者認(rèn)為鑒于晶體缺陷知識(shí)點(diǎn)的復(fù)雜抽象，應(yīng)該充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的直觀優(yōu)勢(shì)，使抽象知識(shí)具體化，解決學(xué)生空間想象的困難；由于該部分知識(shí)是從原子水平研究，所以很多分析的圖形都是局部的原子排列圖，因此在教學(xué)中應(yīng)將抽象概念與實(shí)際晶體相聯(lián)系，便于學(xué)生從宏觀和微觀兩個(gè)方面掌握晶體缺陷；講授過程中，教師應(yīng)該特別注重師生間的互動(dòng)，及時(shí)觀察了解學(xué)生的理解掌握情況；最后，教師應(yīng)該充分發(fā)揮板書的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合多媒體教學(xué)，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)有更好的掌握。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈淑果，寧向梅，田保紅，