《材料科学基础》教学中的晶体缺陷.doc

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1、《材料科学基础》教学中的晶体缺陷-科学论文《材料科学基础》教学中的晶体缺陷徐香，刘清芝，代辉，王强（青岛农业大学化学与药学院，山东青岛266109）摘要：晶体缺陷是材料科学基础课中的重点和难点。本章节内容比较抽象复杂，属于比较难理解和掌握的章节。如何讲好讲清楚本章内容，使学生理解起来更容易、掌握起来更透彻，笔者就自身的课堂教学及具体知识点从多媒体教学的直观优势、将抽象概念与实际晶体相联系、加强师生间的互动及不可摒弃的板书四个方面进行了探讨。关键词：晶体缺陷；多媒体教学；互动；教学体会中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（

2、2015）40-0223-02基金项目：山东省省级精品课程建设《材料科学基础》（XDSJP2013011）作者简介：徐香（1978-），女（汉族），山东高密人，理学博士，副教授，研究方向：材料化学、计算化学；刘清芝（1979-），女（汉族），山东烟台人，博士，副教授，研究方向：材料化学、分子模拟；代辉（1978-），男（汉族），河南光山人，博士，副教授，研究方向：光电功能材料；王强（1978-），男（汉族），山东烟台人，博士，讲师，研究方向：铜系精细化学品合成。《材料科学基础》是高等学校材料化学相关专业的一门重要的专业基础课，主要研究材料的微观结构、

3、微观过程，使学生掌握研究材料微观的方法，建立微观和宏观特性与性能间的联系及对应关系，并掌握材料成分、结构与性能之间的关系及其变化规律。本课程是多学科知识的交叉与渗透，为后续专业课学习的基础，同时也是学生将来从事材料研究的理论基础。“晶体缺陷”与前面章节“晶体结构”紧密相连，同时也是后续章节“材料的形变与再结晶”学习的基础，在《材料科学基础》课程内容中起到承上启下的作用。此外，由于本章节涉及到晶体的内部微观，内容相对来说比较抽象，是历届学生反映最难理解掌握的章节。如何清楚讲解该部分内容，使学生理解起来更容易、掌握起来更透彻，笔者就自身的课堂教学及具体知

4、识点的讲解谈一些切身体会。一、充分利用多媒体教学多媒体教学是目前比较普遍和先进的教学手段。利用多媒体进行材料科学基础的教学，能够优化教学过程。由于内容可以丰富多彩，多媒体教学也能从一定程度上激发学生的学习兴趣，从而充分调动了学生的积极性，并能提高教学质量。多媒体教学具有非常好的直观优势，可以在很大程度上弥补学生在学习晶体缺陷时三维空间想象力的不足。材料科学基础中，对晶体缺陷的定义是“在实际材料的微观结构中原子的排列或多或少地存在离开理想的区域，出现不完整性，通常把这种偏离完整性的区域称为晶体缺陷”。该部分内容是微观的东西，且非常抽象。若教师在教学中仅

5、仅依靠板书和相关模型教具，学生理解起来还是比较困难的，也很容易失去学习兴趣。采用多媒体教学，将抽象内容以生动的二维或三维动画的形式展示给学生，学生可以直观的理解，并能从多个角度进行观察。这不仅可以提高学生的学习兴趣，还能弥补传统教学在实践和空间等方面的不足。通过多媒体教学使学生能够清晰地观察和理解实验现象、材料结构以及原理，从而激发他们的学习兴趣。如“螺位错”和“位错的运动”是大多数学生认为最为抽象的部分，它是如何形成以及如何交互运动的？如果教师仅靠平面图来辅助讲述，学生很难理解，尤其是螺位错的形成更是抽象。通过使用软件，可将位错结构进行三维旋转，从

6、而能使学生从各个方向来观察位错，理解位错结构；通过动画，学生能清晰地看到不同位错的形成，通过观察位错线和伯氏矢量的关系，可以理解刃位错、螺位错、混合位错的区别，也能直观地观察到滑移和攀移这两个不同过程。同时多媒体还具有的很大的优势在于，教师讲解的时候可以根据学生需要，随时暂停和回放，使学生能够彻底明白。二、将抽象概念与实际晶体相联系在材料科学基础中，晶体缺陷是从原子水平的微观方面，分析讨论实际晶体中由于原子（或离子、分子）的热运动及晶体的形成条件、冷热加工过程和其他辐射、杂质等因素造成的缺陷。由于是从原子水平研究，所以很多分析的图形都是局部的原子排列

7、图。局部的原子排列图使学生很难跟宏观物体联系起来，因此讲解的过程中，教师应该注意将抽象概念与实际晶体相联系。即每次看完局部原子微观图后应该看一下宏观物体图，使学生明白这微观的图是属于宏观的哪一部分。而我们研究缺陷是因为缺陷对晶体的性能有很大的影响，比如结构敏感的性能如屈服强度、断裂强度、塑性、电阻率、磁导率等，此外还与扩散、相变、塑性变形、再结晶、氧化、烧结等有着密切联系。“掌握内部规律，改变宏观性质，为我所用”是我们最终的目的，从这个角度，也必须在教学中时刻将抽象概念与实际晶体相联系。如讲晶体缺陷中刃位错的相关知识时，从图1（a）宏观图形介绍刃位错

8、的基本知识，强调多余的半排原子面，指出滑移面和位错线。然后用图1（d）从微观方面介绍，同样指出多余的半排原子