南京航空航天大学 - 《南京航空航天大学报》
40余所高校甄选，一本教材如何20年不过时？
2025-06-30
浏览(25) (0)
这是一本20余年不过时的教材，从“手写绘图”到“数字化转型”，从单一纸质到“立体资源”。编写《材料科学基础》遇到的问题多、难度大，20余年，每一种新型材料的特性、每一类复杂结构的机理、每一串艰深公式的深义……都需要在教材编写中逐个攻破。他们就这样，在一问一答、一题一议间闯过了一关又一关！
如何串起多学科的知识？在有限的篇幅里精心取舍
随着教育部高等学校专业设置调整，原有的细分专业合并为“材料科学与工程”大专业，一本能真正做到将金属材料、陶瓷材料、高分子材料以及复合材料四者有机结合起来的教材成为“刚需”。
“我们怀着填补空白的决心，开始筹备编写工作”，2004年底，材料科学与技术学院教授陶杰和姚正军联合东南大学薛烽、合肥工业大学宫晨利、许少凡等教授，组建起跨校编写团队。参与编写的老师们长期奋斗在一线教学岗，对学生在专业学习过程中遇到的难点了如指掌。
即便有着丰富的教学经验和深厚的专业积淀，在着手编写教材时，仍会有一个问题横亘在眼前：教材涉及内容量大、系统性强，如何在有限篇幅内梳理核心知识、突出逻辑主线？
为此，团队不断地进行知识解构与重构。从微观结构到宏观性能，教材各章节之间层层递进、各知识点之间环环相扣，某一章节的缺失可能影响整体理解，如不掌握晶体缺陷知识，就难以理解材料强化机制。
“内容取舍需要有的放矢，更要综合考虑学生的学习规律”，陶杰说道，跨学科多元知识的融合，不仅对教材知识脉络的梳理提出了更高要求，还对多学科的知识调动提出了挑战，教材在有限的空间内，弱化了一部分物理、化学的基础知识，将这部分内容的补充交由其他专业基础课程。
2006年2月，第一版《材料科学基础》正式出版，打破传统各类小专业之间的条块分割，首次实现了多材料领域基础理论的融合，建立了更为宽广的基础知识体系，有关材料基础理论更全面、更系统、更实用。
如何让晦涩的公式更通俗易懂？多种手段呈现知识点
作为专业必修主干课程，《材料科学基础》“难度大”成为师生共识，而造成学习难度的原因之一就是公式与模型繁多，不仅需要大量的记忆，还要理解其适用条件和推导逻辑。
作为配套教材，如何通过谋篇布局，让内容化难为易，是编写组一直在努力的方向。
让数学与物理模型通俗化。通过简明推导或类比方法帮助理解，防止公式堆砌导致的晦涩。同时，为了能让学生在课后巩固学习内容，在后续的改版中，逐渐增加了配套的习题与拓展资源；通过基础概念题与综合应用题的搭配，让学生可以自测是否完全掌握知识点，并添加了慕课等在线资源，进行教材难点的补充讲解。
增加对教材内容的个性解读。于章节扉页中增加了构思巧妙、配图精致的导学内容，每章开篇第一页作为导读，提纲挈领地介绍本章核心内容；第二页明确学习目标，点明重难点，帮助学生快速把握学习方向，引发学生对于章节内容的兴趣与思考，为后续学习做铺垫。
让教材富含“思政元素”。“在第三版教材的编写过程中，我们将课程思政元素深度融入其中”，姚正军说道，随着课程思政建设在高校教育中全面推进，团队深刻认识到，课程思政的落地生根必须与教材建设相辅相成。教材每章结尾处设置了二维码，扫描二维码，就能进入要点总结与拓展阅读板块。“在这一板块中，我们巧妙地引入哲学思维”，陶杰介绍道，比如，通过唯物辩证法的“量变质变规律”解释位错运动与材料塑性变形的关系，分享中国科学家在材料领域的重大创新案例，让专业知识的传授与情怀的培养同频共振。
让教辅资源为高效教学“助攻”。针对教材难点，为有效辅助学生构建系统化知识框架，助力材料学子们夯实专业基础，从教材初版开始，编写组就推出了与教材相匹配的教辅材料。教辅材料以深化基础理论知识为核心目标，强化基本原理与实践应用的衔接转化，着力培养学生运用材料科学理论知识解决复杂问题的能力。
如何化抽象知识为生动具象？让多元教学资源“动”起来
教材中涉及大量微观概念，如晶体结构、位错、相变等，这些内容难以通过肉眼观察，需要较强的空间想象力和抽象思维能力，对学习者来说具有一定难度。
为更清晰地呈现微观结构，团队老师选择自主绘制示意图，质量达到国际同类教材的水准，成为当时国内材料学科教材的标志性创新。在选择出版形式上，尽管当时彩印的成本是普通教材的两倍，权衡成本和教材的呈现质量后，团队仍然选择了彩印，目的是让学生能够真正看清材料的“微观世界”。这种前瞻性的出版决策，为教材建立了独特的市场辨识度。
随着时代的发展，团队也在第二版、第三版教材编写中有意识地增加配套的优质数字化教学资源，融合生动动画、视频及专业图表等多元形式，将抽象的概念与原理转化为直观可视化内容，让教学资源真正“动起来”“活起来”“用起来”，极大地帮助学生突破学习难点，提升对专业知识的理解与掌握效率。
团队还将“实验室”搬进教材。在教材中配套了虚拟仿真实验平台，通过这一平台，可以开展材料科学理论的试验验证；团队同步将教学视频上线慕课平台，实现“课堂+线上”无缝衔接。这些闪耀着科技之光的转型举措，让教材从笔墨间的知识载体，蜕变为连接课堂与未来的智慧方舟。
如何搭建理论与实践的桥梁？及时“补给”新案例
教材中的很多理论都需联系材料制备、加工及应用场景，但学生大多缺乏实践经验，难以将书本知识与实际问题对应。为此，团队始终注重更新数据和案例，保持“三个紧追”，确保内容不过时。
紧追行业步伐。在教材中精心选取案例，以更好地讲授知识点。传统材料领域的案例相对比较成熟，但随着新型材料的出现，还需要引用一些权威的前沿研究，来扩充学生的知识面。在更新案例时，要考虑行业应用的覆盖面，航空航天、电子信息、生物等领域对材料性能的要求不同，需要精选具有普适性的案例。
为了让教材更能适应行业发展，教材会根据行业反馈，针对不同材料方向的人才培养需求，不断进行内容的更新和完善。比如，材料加工方向侧重塑性变形理论，而材料设计方向更关注计算材料学基础，在内容编写时需要兼顾不同诉求。
紧追时代步伐。《材料科学基础》教材于2006年6月发行首版，重印7次，首版总印数1.8万册，先后被列入“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材和江苏省精品教材计划；2017年9月发行第二版，重印4次，获评2020年度中国石油和化学工业优秀出版物奖·教材一等奖；2022年2月发行第三版，入选“十四五”材料类专业教指委规划教材、战略性新兴领域“十四五”高等教育教材体系建设项目和江苏“十四五”普通高等教育本科省级规划教材。
“教材的蓬勃生命力，源自其对时代发展的敏锐追随”，陶杰介绍道，教材改版并非单纯地遵循时间周期，而是承载着学科发展与教育使命的双重考量。一方面，材料科学基础理论体系具有稳定性，伴随学科前沿技术理论的持续性突破，尤其是在新材料研发等领域取得的重大进展，教材需要实现知识体系的动态更新；另一方面，教材建设需要体现国家对教育的基本要求，反映最新的科技发展和社会变化。正是这种外在规范和内在需求的共鸣，推动着教材版本的迭代。
紧追教育前沿。无论行业如何发展、时代如何变迁，教材最终是要服务于学生的认知发展、能力培养和素养提升。因此，需要始终确保教材内容与学生成长规律相契合。
历经数十年教学实践检验，《材料科学基础》凭借严谨的知识架构、鲜活的实际案例，以及丰富多元的配套资源，在国内高校材料基础课程教材中“火速出圈”，被国内40余所“双一流”建设高校及重点院校选用，包括北京大学、南京大学、东南大学、华东理工大学等。教材充分满足了教师的教学需求与学生在专业知识探索中的学习诉求，收获了来自教学一线的广泛认可和高度赞誉。
目前，编写组正在筹备第四版教材的内容，将聚焦AI技术与计算机编程技术的深度应用。引导学生通过编写代码，完成从材料结构、性能到服役行为的多维度预测分析，着重体现AI技术与材料科学基础内容的融合，进一步提升教材的专业性与时代性。 （彭丽 张一坤 江雨）