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以生为本的互动式案例法在磁性材料课程教学中的应用
2020-03-21 21:25
摘要:本教学论文基于《磁性材料》课程实践性强的特点,提出了互动式案例教学法,搜集来自于教师科研动向和成果、国际相关知名企业的产品、磁性材料在现实中应用三大方面的案例,结合磁学基本原理进行分析,通过多媒体课件改进、领域专家现身讲解、专题讨论等形式来完善《磁性材料》课程的教学体系。互动式案例法的实施可实现教师与学生的“教”和“学”互动,提高授课生动性和新鲜感,培养学生专业兴趣和培养学生具有应用基本理论和知识,综合分析问题、解决问题的能力。
关键词:案例法;磁性材料;课程教学
《磁性材料》是材料学专业各方向尤其是“功能材料”专业方向的本科专业基础课程,是在《材料科学基础》《材料物理》等课题基础上对磁性材料方面知识的进一步深化,旨在培养学生掌握基础的磁学理论和典型的磁性材料的发展、特性和制备工艺[1]。该课程对材料学专业功能材料方向培养目标的实现起关键作用,它的教学质量直接影响学生专业课的学习水平、创新实践能力的培养、毕业设计的质量及今后胜任工作的能力。课程教学内容主要分为两大部分:一通过磁性物理学章节的学习,掌握磁性物理学的基本物理概念和理论;二、通过不同磁性材料性能和工艺的介绍,掌握典型磁性材料的特性和制备工艺。由于课程理论和应用的关联性非常强,因此本论文旨在分析案例法在《磁性材料》课程中的应用。
1.《磁性材料》课程的特点
《磁性材料》课程的内容包括磁性物理学、烧结钕铁硼、复合稀土永磁材料、永磁铁氧体、软磁金属材料和软磁铁氧体材料、磁功能材料、磁路设计等。其具有鲜明的特征:(1)物理学概念强;(2)涉及的材料种类多、工艺性强;(3)应用领域新颖。
针对于以上《磁性材料》的课程特点,我们提出采用案例教学法能够帮助学生更加生动的理解和掌握课程知识[2,3]
2.案例法教学的优点
经过几届学生的教学实践,我们认为《磁性材料》课程采用案例法教学具有以下几个方面的优点[4-8]
(1)实现物理概念的具体化
在《磁性材料》学习之前,已学习过《功能材料》和《材料化学》等课程,这些课程对磁物理学的知识已有所讲解,但学生却仍没有印象。原因是学生学习时缺乏物理概念模型。我们将磁物理学章节穿插在具体的材料章节中,将概念与具体产品联系在一起。
(2)实现课堂教学的互动
现在的教学方法主要以“填鸭”和“灌教”为主,教师缺少“导”和“引”。这样的教学使学生注意力不集中,知识点难以掌握。我们设置案例主题,学生围绕这个案例进行讨论并掌握若干知识点。讨论时学生是课堂的“主导者”。
(3)实现专业课学习与毕业环节的衔接
按教学安排,《磁性材料》课程在大三下学期,马上就要进入毕业论文环节。因此实施案例法,可以让学生了解到老师的最新科研动态,对毕业论文选题能有提前准备,也让学生提前掌握文献检索能力。
(4)实现概念与工艺的衔接,学习与就业之间紧密联系
现在专业课堂教学基本集中在概念和基本原理方面,存在太过理论化、概念化、抽象化的问题,使得学生对专业的兴趣性不够,觉得所学知识对就业无用。因此大四阶段的专业课教学存在学生上课不专心、逃课的现象。我们将教师科研动向和成果、国际上具有代表性的知名企业的产品、磁性材料在现实中应用等方面作为主题进行分析,然后引伸出相应地概念和基本原理,促进学生的兴趣和就业。
3.《磁性材料》教学方法改革
3.1《磁性材料》课程的指导思想
在对培养目标的分析基础上,确立《磁性材料》专业课教育教学的指导思想为:
(1)以知识-能力-素质为主线,贯穿于教育教学的整个过程和各个环节,强化工程意识,注重能力和素质的培养。
(2)传承、传播、再阐述、校准已有的知识;提供探寻真理的氛围,培养学生的探究精神和创造性思考的能力。
(3)鼓励学生的探究精神,要努力培养全面发展的学生,使他们不仅掌握科学文化知识,同时兼备科学精神和人文精神,拥有健康的体魄、完美的人格。
(4)学生的素质比学习和考试成绩更重要,鼓励学生对世界充满好奇心和探究精神,促使其具有创造能力和广泛的兴趣。
通过以上分析,案例法在《磁性材料》课程教学中的运用具有非常有利的行业大背景:(1)磁性材料与目前许多新兴产业联系在一起,因此讲案例,学生感兴趣。(2)全球的磁性材料产业趋势向中国发展,因此讲案例,一可行,二可实施,三对就业有益。
3.2 案例法的教学方法
(1)课堂教学方法的改革:
改变传统教学方法中95%时间由一个老师讲教的问题。实施新型的教学方法,突出点两点变化i) 65%老师讲教,35%学生互动讨论。在整个教学过程设置3~4个案例主题,学生先课前查阅资料,课堂中进行分组讨论,最后教师总结。ii) 科研反哺教学,实现精而简。65%老师讲教中,针对不同磁性材料邀请不同研究方向的老师或专家结合自身科研成果讲解,达到讲解专业,且易懂。
(2)教学课件制作的改革:
传统的课件制作:全部知识点→简单举例应用领域。
本教改课件制作:先举例,再引知识点。企业产品的介绍→引出一级知识点→企业产品的深入分析→引出二级知识点→……。通过案例,实现知识点分级学习。比如:通过某一牌号磁体的介绍,引出“最大磁能积”、“矫顽力”“磁感应强度”等概念;然后提出问题:提高“最大磁能积”等性能的理论途径;最后引出:提高性能的工艺条件。
4.具体实施方法举例
本论文通过影像介绍、教师科研案例分析、企业产品实例分析、磁体应用领域等案例形式来具体展现磁体材料方面的知识。
4.1课件制作改进,通过多举案例,引导学生学习的兴趣
在新课件中引入多个案例,通过这些案例让同学们增加学习课程的兴趣,有助于学生重新认识自己和身边的科技产品,有助于把理论与实践紧密结合起来[9-11]。比如绪论章节,通过案例实施,向同学讲述为什么要开设《磁性材料》课程。原因之一:举例磁性材料分别在中国的产业背景;原因之二:举例磁性材料在计算机、混合动力汽车、风力发电、核磁共振、电子设备等高端领域的应用,说明“磁性材料使用领域先进”。
科学知识以影像形式传播将获得事半功倍的效果。课程中安排学生观看Discovery记录片《Magnetism》,带领同学进入磁力的神秘世界。磁力是宇宙中最强大、最基本的力量。人类及世上万物凭借磁力而存在,而原子是一切磁力的来源。地球上有许多生物能运用磁力生存于自然界中;而人类也借着磁力与电力的结合,进入机器时代,创造现代世界,如核子反应炉的出现能代替污染性的能源,取得更廉价的电力;核磁共振技术帮助人类及早发现疾病,拯救更多的生命…等划时代的革命性发明 [12]
4.2 设置案例主题,建立“以学生为主体的课堂教学模式”
加强师生交流,课堂教学的最大特点是教师站在讲台上,向学生灌输知识,教师为教学活动的主体 [13,14]。将传统的“教师被动教”转变为“学生主动学”,加强教师和学生之间的交流是建立“以学生为主体的课堂教学模式”的关键。在《磁性材料》课程教学过程中,我们提早向学生准备几个与磁性相关的案例主题:如:磁性材料在汽车、风力发电;纳米磁性材料的研究现状;金属软磁材料的制备等。将学生分成若干组,每组课后查阅完成相应的文献并完成主题报告,课内做PPT汇报,其他组的同学提问,事后老师点评。通过这个环节实现:i)让学生参与教学:学生可以自拟与磁相关的主题,对于其他组PPT汇报效果参与评分,而这部分分值作为学生平时成绩的一大比重。ii)让学生动脑:课堂提问不但是教师获取反馈信息的一种方法,也是学生了解自己有关学习信息的一种手段,并有助于学生集中精力,跟上教师讲课的内容、节奏和思路。iii)让学生动笔:在课程进行过程中,鼓励学生将自己对磁性材料的理解以书面形式反馈给教师,及时掌握学生对课程的理解和掌握程度。iiii)学生动手:通过主题案例调研,让学生亲自上讲台汇报PPT,来实现“以学生为主体的课堂教学模式”[15,16]
4.3毕业校友的成就为案例,把教学内容与就业结合起来,使学生更深入的了解专业知识在工作中的作用
在教学实践中,邀请了毕业校友走进《磁性材料》的课堂,向同学们讲述其毕业后参加工作的实践经历,讲述激子的工作方向和前景。通过这些讲述,使学生们获得了与以前基础知识完全不同的感受,感受到专业课教学的内容与现实工业和生活如此贴近。而学长的工作经历也使学生倍感亲切,仿佛就在讲述着自己未来的路,能够对自己未来的工作去向进行深入思考。
5.教学结果
(1)让抽象的物理概念简单化,使工学背景的学生易于接受
我们将磁物理学章节穿插在具体的材料章节中,将概念与具体的产品性能联系在一起,让学生对概念更形象化。
(2)实现课堂教学的互动,提高学生参与度
我们通过设置案例主题,学生围绕这个案例进行讨论,并以组为单位进行课外文献查阅,制成PPT,课堂内组织汇报,对于报告成绩的评定由学生自己参与。这些讨论实现:学生是课堂的“主导者”,教师仅是“导引者”。
(3)实现专业课学习与毕业环节的衔接
实施案例法,可以让了解到老师的最新科研动态,对毕业论文选题能有提前准备;同时学生通过资料检索完成案例主题的讨论,也让学生提前掌握文献检索能力。
(4)实现与就业环节联系,让学习实现“学有所用”,提高学习主动性
教学中将教师科研动向和成果、国际上具有代表性的知名企业的产品、磁性材料在现实中应用等方面作为主题进行分析,然后引伸出相应地概念和基本原理;甚至邀请知名企业的技术高工前来授课,通过他们向学生介绍企业对人才的需求是什么。因此通过案例法,促进与就业环节联系,学生对专业学习的兴趣性和主动性都大大提高,最显著的变化,上课更专业,“停头族”没了,旷课生也没了!
6.结语
在《磁性材料》的课程教学中,通过案例法的合理应用,使学生脱离了长期以来养成的依靠教材来学习知识的习惯,而变成培养一种灵活主动的通过查阅和了解相关资料和实时科技信心来获取知识的能力。这种能力的培养也是响应教育部实施的“卓越工程师计划”的特点、宗旨和措施。通过案例法在《磁性材料》课程教学中的应用探索出一条专业课教育教学的新路,以培养学生更高更强的专业能力,适应目前日益激烈的就业竞争。
参考文献
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