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摘 要 ：针对高校材料科学与工程专业信息材料系列课程,分析了教学案例体系设计建设思路和办法.突出面向应用指导思想,围绕“信息获取-处理-存储-传递-显示”信息链过程,合理设计案例体系结构和实践案例.教学案例体系可为多门信息材料课程教学服务,有助于强化课程与实际应用的联系,提高学生的科研能力、创新能力和解决实际问题的工程能力.
关 键 词 ：信息材料；案例教学
一、引言
信息材料是信息技术的基石,在现代材料科学中占有非常重要的地位,其研究和应用在进入21世纪后得到了蓬勃的发展.信息材料的涵盖非常广泛,包括信息的获取、处理、存储、显示整个信息链过程中涉及的各种材料.随着信息技术、材料技术的进步,信息材料处于越来越重要的地位,国内外一流大学,如美国麻省理工大学、哈佛大学,国内清华大学、上海交通大学、北京邮电大学等纷纷将信息材料类型课程纳入教学内容.信息材料的课程教学在研究生教育课程体系中,包含多门课程,如《功能材料》、《信息材料学》、《电子材料》、《半导体材料》等,形成了内容联系紧密的系列课程,占据了材料科学与工程教学课程体系中非常重要的部分.
信息材料紧贴信息技术,其学习过程中材料的成分、结构、工艺、性能教学主线必然要和相关的信息技术和电子器件密切结合.传统的信息材料相关课程课堂教学模式,以材料的基础理论的讲授为主,教学主线多围绕材料“成分-结构-工艺-性能”传统主线,与信息技术器件应用和最新科研成果的结合不够紧密,教学环节中的“应用性”、“研究性”、“探讨性”、“创新性”不够突出.
二、信息材料案例教学国内外研究现状
国外信息材料课程主要是适应近三十年来信息技术的突飞猛进,结合各自的科研特色所开设,其教学内容和教学模式多贴近各自科研实际和科研项目.如美国麻省理工学院（MIT）开设有《Electrical, Optical, and Magic Properties of Materials》和《Special Problems in Electronic, Photonic and Magic Materials》课程,哈佛大学开设有《An Introduction to Electronic Materials for Engineers》、奥克兰大学开设有《Electronic Materials and Their Applications》课程等.
国外案例教学的历史悠久.在古希腊、罗马时代,就萌发了原始形态的案例,产生了案例教学的雏形.著名的古希腊哲学家、教育家苏格拉底开创的“问答式"教学法,就带有创设问题情境引导学生思考如何解决问题的特点,这是案例教学的萌芽.19世纪后期,哈佛法学院在法学教育之中,使用的案例教学以法院判例为教学内容,在课堂上学生充分地参与讨论,考试是以假设的判例作为考试题目.这被认为是现代案例教学的开始.哈佛商学院于1921年正式推行案例教学.自此之后,案例教学在世界范围内受到了学术界和教育界的重视和支持,开始了近代对案例教学的研究.
在国外,信息材料课程在开设之初便引入了案例教学模式.美国麻省理工大学（MIT）在开设《Electrical, Optical, and Magic Properties of Materials》课程时,便在授课中采用了以电、光、磁特定电子器件的应用提出问题,从材料的结构分析问题,最终以材料的性能解答问题的教学模式.这便是案例教学组织教学内容的典型代表.奥克兰大学和哈佛大学都在教学课时中设置大量研讨课程,就具体案例进行针对性研讨,从中锻炼学生的自主思维和创新思维能力.由于案例教学的效果明显,而且国外大学在科研中成果突出,可借鉴的案例众多,促使国外各大学纷纷建设信息材料教学案例体系,用于辅助课程教学,成果显著.
国内的信息材料课程多在上世纪末才开始开设.如清华大学开设《电子材料导论》研究生课程,北京邮电大学开设《电子材料》研究生课程,上海交通大学开设《功能材料学》研究生课程等.国内各高校案例教学的推广较晚.国内最早的案例教学是在工商管理MBA教育中开展的.由于案例教学独特的教学效果,使得案例教学的功效日益为我国教育界所认同,近年来逐步纳入许多高校的教改计划,在许多学科教学中渐渐频繁运用,并取得一定成效.案例教学法成为教育理论界与实践界共同的“新宠”.但是,由于我国信息材料课程开设时间较短,且各学校信息材料课程多为门数较少,相互关联较弱,在案例教学引入时,往往只有较少的1-2个案例,作为课程的辅助部分,其案例教学的涵盖面太少,不成体系,效果并不明显.
三、信息材料案例教学体系设计思路
我国信息材料课程体系、课程案例教学、可采用的案例,较之国外大学还有较大的差距.主要问题在于信息材料课程不成体系、相互间联系不够密切、案例数目过少、没有系统的案例库.因此,在进行信息材料案例教学体系设计时,明确教学案例需要同时为涉及信息材料及其相关基础知识的多门课程提供支撑,如《材料物理》、《信息材料学》、《电子材料与器件》、《功能材料》等,建成可同时为多门课程提供案例教学素材的案例库.
在案例设计时,突出面向应用面向实践特色.信息材料的突出特色有以下两点：一是和信息技术以及电子器件的发展息息相关.二是和授课高校的科研实际密切相关.因此在信息材料的课程教学内容中必须突出面向应用,案例教学所采用的素材案例必须是最新并已经应用,在工业和生活中可见的技术及器件,此外应当结合本校科研实际,借助本校已有的科研条件,设计实践案例教学环节,让学生动手制备和表征信息材料,这样才能真正激发学生的兴趣,培养学生的创新能力和实际工程能力.
四、信息材料案例教学体系设计
(一)案例教学主线
围绕信息技术“信息获取-处理-存储-传递-显示信息链”主线,以每个信息链环节中涉及的典型器件为案例,再围绕材料的成分设计、制备工艺、应用特点、发展前景构建典型案例,形成案例体系,为信息材料系列课程案例教学服务. 信息材料教学内容围绕信息技术中所涉及的各种器件及其所用材料展开,因此按照信“信息链”主线组织案例教学体系是较好的教学模式.具体案例建设实例如围绕信息获取材料,建设红外辐射探测材料与器件、量子肼探测材料与器件、热探测材料与器件教学案例；围绕信息处理材料,建设半导体二极管集成电路材料、光子/声子晶体材料教学案例；围绕信息存储,建设铁氧体磁粉硬盘存储材料、硒碲化合物光盘存储材料教学案例；围绕信息传递材料,建设铝绞线电缆通信材料、石英光纤通信材料教学案例；围绕信息显示材料,建设电场发射显示材料、等离子激发显示材料、有机电子发光显示材料、液晶受光显示材料教学案例.每个案例按照材料的“成分-结构-工艺-性能-器件-应用”展开研讨式或者实验设计和实施实践教学.
(二)案例教学体系结构
信息材料系列课程,如《材料物理》、《信息材料学》、《电子材料与器件》、《功能材料》、《半导体材料》等,既有共叉教学内容,又根据授课目的各有侧重和区分,这是信息材料系列课程的固有特点.在案例教学体系中,既要争取同一案例素材可以为多门课程所用,又要针对各门课程,进行同一案例素材的特色建设.如半导体材料作为信息材料基石,典型半导体材料器件,如单晶硅p-n结,在《信息材料学》、《电子材料与器件》、《半导体材料》三门课程中都可以作为案例分析教学,但可根据课程特色,在同一个案例中分析教学侧重不同,按照侧重点为材料导电基本原理、材料成分结构分析、材料性能特点和材料器件应用特点细化建设案例,将之建设成为可以选择不同侧重点为不同课程服务.应当具体分析,明确可为多门课程服务的共性案例和为专门课程服务的特色案例之间的关系,两者在案例教学体系中所占比重应根据根据服务课程的体系结构设定.
(三)实践案例设置及比重
教学案例组成要素可分为三个：基础知识讲解、案例解析或研讨、案例实践.三者相互联系,只有三个要素各自在教学案例中所占权重合理,案例教学才能够收到较好的效果.现有的信息材料系列课程案例教学方法多以课堂授课、课堂研讨为主,不能很好的适应面向应用,注重工程实际的特点.因此,在案例教学体系设计中需要针对性重点开展实践案例建设.结合授课院校的现有科研条件、学生创新实践基地硬件条件和外部支撑条件（校企合作教学科研平台、各类重点实验室等）,选取材料制备和应用难度较小的典型材料案例,如电介质材料及电容的制备、磁性材料的的制备及性能表征等,作为实践教学案例进行建设,分析实践环节中实验设计、实验实施、实验结果分析、实验和应用的联系评价四个环节在实践案例中的权重及相互关系,让学生自主研讨、设计材料成分、制备材料和简单器件、考核材料和器件性能、分析总结心得体会.通过实践案例教学更好的培养学生的动手、创新思维和面向应用的能力.实践案例在教学案例体系中所占比例应不低于30%.
五、信息材料案例教学体系建设办法
信息材料案例教学体系建设宜采用学习借鉴-结合科研-特色建设-研讨和实践结合的具体做法.第一,借鉴国外一流大学信息材料系列课程的案例,如麻省理工学院、奥克兰大学等学校信息材料教学案例,学习其组织形式、案例分析手段、教学目的和效果评价手段；第二,在进行案例建设前明确结合科研项目及科研方向指导思想,依托现有科研基础和科研条件建设课堂教学和实践教学案例；第三,建设过程中,结合高校自身信息材料系列课程的教学需求、人才培养需求和学科特色,突出教学案例体系特色建设；第四,在案例建设中,合理分配课堂研讨案例教学和动手实践案例教学的比例,重点建设实践案例教学,使案例体系更加符合面向应用需求.
六、结束语
案例教学已经成为我国高等院校信息材料系列课程教学的重要组成部分,但目前突出的问题是不成体系,效果不好.本文针对信息材料系列课程,论述了可同时服务多门课程的教学案例体系的设计基本思路、案例体系主线设计、体系结构设计、实践环节设置和建设办法.该教学案例体系可为多门信息材料课程教学服务,有助于强化课程与实际应用的联系,提高学生的科研能力、创新能力和解决实际问题的工程能力.
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（作者单位：国防科学技术大学 航天科学与工程学院, 湖南 长沙 410073）