材料化学工程论文合集12篇

时间:2022-02-03 13:54:30

材料化学工程论文

材料化学工程论文篇1

2新材料的开发

我国在新材料的开发领域取得了很多亮点,这些新材料的开发成为分离和反应过程的重要基石。一些研究所和大学正在开发一种非晶态的金催化材料,这种材料很有发展前途,因为它具有非常明显的催化特性,而且其催化活性还具有特殊的选择性,具有显著的催化活性和特殊的选择性。对这种材料进行流程综合和技术集成,可以有助于我国新型石油化工技术的构建。石油化工科学研究院也开发出一种新型的钛硅分子筛催化材料,这种材料具有定向氧化催化作用,可以实现“原子经济”,使“零排放”工艺成为可能,而且也具备工业化生产的可能性。而在新材料的分离技术方面,我国也取得了很大的进步,其中南京工业大学发展了以陶瓷膜材料为原料的新单元技术,同时加强了对集成单元技术的开发,这些研究不仅使我国陶瓷技术更加趋于成熟,而且还形成了陶瓷膜新产业,为我国带来巨大的社会和经济效益。

3材料化学工程技术的进展

材料化学主要是对产品微结构进行调控,其主要手段是在加工材料时,将化学方法引入进去,这样我们就可以通过宏观条件来调控产品的微观结构,从而为材料的加工和制备提供理论和技术指导。因此,化学工程技术的改进将直接促进材料化学工程的发展。我国在化学工程技术改进方面已经取得了非常大的进展。清华大学在碳纳米粉体材料的制备过程中,引入了传统的流化床技术,大大降低了生产成本,从而使此生产技术可以用于工业化生产,带来巨大的经济效益。北京化工大学则用超重力场技术来放大纳米材料生产过程中的形貌控制问题,这样就可以通过调节超重力场的强度来调节和改变产品的粒径,。通过这种方法,我国已经成功制备出碳酸钡、碳酸、碳酸锂、氢氧化铝和碳酸锶等纳米粉体,并且形成了工业化生产的技术体系,为我国带来巨大的经济效益。

4展望

材料化学工程作为一门交叉学科,不仅促进了材料工业的发展,而且也丰富了传统化学工程学科的内容,因此,具有非常重大的研究意义。我国材料化学工程的研究已经取得很多可喜的成就,很多成果在世界上都位于领先水平。但是,材料化学工程中仍然有很多问题需要我们解决,因此,我们需要再接再厉,争取使材料化学工程的研究更加深入,使其更好地为人类服务。

材料化学工程论文篇2

中图分类号:G642 文献标识码: A 文章编号:1672-1578(2012)04-0055-02

“高分子材料学”是我校材料科学与工程专业(表面工程方向)的一门专业课程。表面工程学生的就业领域主要为材料涂装、防腐等,学生需要熟悉各种工程材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料等)的基本性质、制备工艺以及表面处理方面的知识。“高分子材料学”主要介绍高分子材料的制备、性能、成型、改性及应用等方面的知识。

“高分子材料学”这门课共32学时,所选教材为化学工业出版社出版的《高分子材料基础》。主要内容包括四部分:高分子材料的合成及制备、高分子材料的结构与性能、常见的高分子材料及其成型加工方法、高分子材料的改性及应用。该教材[1]浓缩了高分子材料与工程专业的四门专业主干课共192学时的内容,即高分子化学(48学时)、高分子物理(64学时)、高分子材料成型工艺(48学时)、聚合物改性原理及方法(32学时)。

1 “高分子材料学”讲授过程中面临的问题

“高分子材料学”课程的讲授具有较大难度,主要表现在以下方面:

该课程涵盖了高分子材料与工程专业学生的专业主干课内容,要深入讲解这些内容,需要近200学时,而针对表面工程学生开设的“高分子材料学”仅仅只有32学时,时间紧,内容多,如何合理安排各部分内容占的比重是授课教师面临的首要问题。

“高分子材料学”相关内容的学习,需要学生具备一定的化学基础及力学基础,而对表面工程的学生而言,因专业侧重不同,化学课程及机械基础课开设门类不如高分子材料与工程专业齐全,导致表面工程的学生在学习“高分子材料学”时,对教材内容的理解及掌握有一定难度。这对授课教师备课也提出了更高的要求,如何在有限的学时中适时补充相关背景知识帮助学生理解,是授课教师需要思考的另一问题。

“高分子材料学”虽为表面工程学生的专业课之一,但从历年就业情况看,表面工程学生就业以金属材料加工行业居多,而从事高分子材料加工行业的很少。故必然存在学生对该课程重视程度不够,学习积极性不高的问题,因此授课教师也需要在教学模式上进行探索创新,充分调动学生学习的积极性,引导学生主动参与到教学过程中来。

2 “高分子材料学”课程教学模式探索

2.1梳理重点,侧重剖析基本概念

“高分子材料学”学时有限,内容繁多,因此需要授课教师在备课时梳理出各章节的重要知识点和基本概念, 注意各部分内容的衔接,并找出线索将各章散落的知识点贯穿起来。

比如,在介绍高分子材料合成及制备时,着重讲授加聚反应及缩聚反应的基本步骤,对比这两种聚合反应的特点及反应产物特性,便于学生掌握常见高分子材料的合成反应类型,了解制备方法对材料性能的影响。考虑到表面工程学生的学科基础及专业侧重,对反应速率的计算等知识点不做要求。

再如,课程内容第二部分介绍高分子材料的结构与性能,这部分内容为承上启下的重点章节,高分子材料的结构及性能特点在其合成过程中奠定基础,并将在成型过程及改性中得以体现和完善。这部分内容体现了高分子材料与其他材料的本质区别,涉及的基本知识点很多,而且多为表面工程学生不熟悉的内容。因此,同样需要通过对比,突出高分子与低分子的结构与性能差异,侧重高分子温度——形变关系,结晶过程及晶体结构等重要知识点的讲解。

2.2因材施教,适时补充背景知识

“高分子材料学”中很多知识点的理解离不开有机化学、物理化学等基础课程的支撑,而表面工程方向的学生并未开设相关课程。为此,需要教师在讲授过程中适时补充背景知识。

例如,在讲授高分子合成反应类型对材料性能的影响时,可简要介绍常见化学基团的特点并联想对应的高分子材料的性能特点及成型要点。以聚碳酸酯(PC)为例,这种材料采用缩聚反应制备,分子结构中含有酯基,酯基在一定条件下容易水解,因此可联想到PC材料在成型时的高温条件下应避免水分的存在,防止水解反应发生导致材料性能劣化。

此外,为弥补学生基础知识的不足,讲授时还可结合日常生活中的实例进行对照说明。在讲授高分子结晶时,可联想泡面模型以及珍珠形成等实例;讲授高分子材料降解及添加剂功效时,可结合塑料制品长期暴晒变色发脆、塑料拖鞋逐渐由软变硬等学生熟知的生活常识进行分析。

2.3结合专业,调动学生学习积极性

“高分子材料学”为考查科目,且表面工程的学生就业以金属材料加工行业居多,学生误认为这门课程与自己的专业及将来就业衔接不紧,从而对“高分子材料学”课程重视不够,故学习积极性也不高。为此,授课教师应有意识的引导学生思考,并采用灵活的考核方式调动学生的积极性。

笔者在讲授此门课程时,并未采用课堂考试的形式进行考核,而是给学生布置了“高分子材料与表面工程”为主题的课程论文撰写任务,并让学生制作出相关的PPT将自己的论文进行口头陈述,最后根据其论文撰写情况、PPT制作情况及陈述情况给出该门课程的成绩[2]。课程论文的完成情况直接跟成绩挂钩,能有效调动学生的积极性及对课程的重视;课程论文的撰写需要大量专业文献为基础,学生在撰写论文的过程中能自觉关注及阅读相关专业文献,有利于拓宽其专业视野;制作PPT的过程是对课程论文内容的凝练,有利于学生理清思路掌握重点;口头陈述环节能有效杜绝学生互相抄袭论文,教师也能通过学生的口头陈述情况,观察学生对该门课程基础知识的掌握程度。

学生通过独立搜集资料撰写论文制作PPT并口头陈述等环节的训练,既能让他们发现“高分子材料学”这门课程与所学专业的紧密联系,也锻炼了他们的资料搜集能力及口头表达能力,为将来毕业答辩及就业面试打下基础。

3 结语

高分子材料是非常重要的工程材料,对于表面工程的学生而言,应该熟悉并掌握这类工程材料的特性。“高分子材料学”虽然不是表面工程方向的专业主干课,但涵盖了高分子材料相关的大量专业基础知识,也是面向表面工程学生开设的唯一一门有关高分子材料的课程。授课教师应该积极进行教学模式的探索,激发学生的学习兴趣,让学生在有限的学时中掌握相关基础知识。

参考文献:

材料化学工程论文篇3

为了克服传统灌输式、填鸭式教学模式的弊端,积极响应教育部的高校本科生教学模式改革号召,专注于培养动手能力强、理论结合实践、高水平、综合素质的新世纪人才,许多高校的诸多专业课程都在进行教学模式改革。我校材料科学与工程专业为宽口径的大专业,主要培养无机非金属材料方向的毕业生。《复合材料》作为本专业的一门必修课,这门课程涵盖知识点很多,包括聚合物基复合材料、金属基复合材料和陶瓷基复合材料等各个领域的基础知识、制备工艺和实际应用[1]。该课程对于扩大学生的专业知识面、提升学生的专业知识和实践技能具有重要的理论指导作用。针对目前该课程教学中存在的一些问题,本文提出了《复合材料》教学改革的一些方案和措施。

1课程的主要内容和培养目标

《复合材料》是材料科学与工程专业本科生的基础课、必修课,也是本科毕业生从事材料、复合材料等相关工作、科研、工程应用的必备课程。本课程主要讲授常见复合材料的分类、加工制备技术及应用背景,如聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料和纳米复合材料等。在毕业设计、科研实践中掌握上述几种复合材料的制备及工艺技术,是材料类专业毕业生能够胜任本专业工作的基础和保障。这门课程的培养目标是理解复合材料的界面优化设计及界面作用机理,掌握复合材料的种类和制备工艺方法。了解复合材料界面及性能测试表征方法,学会分析材料研究和生产中的复合材料如金属基、聚合物基、陶瓷基、水泥基复合材料及纳米复合材料的成分、组织形貌和结构性能,并能够适当的调整配方或改进制备工艺最终实现目标所需的力学性能或特殊功能。

2教学中发现的问题

《复合材料》课程内容繁多,涉及三大类材料金属、无机非金属和聚合物的配方、加工、性能及应用,涉及到大量的增强材料、基体材料制备工艺参数和配方,使得学生难于寻找重点内容,学习起来很难抓住重点,接收效果差。另外,学生也不清晰自己将来所面对的就业方向。因此,很有必要让学生自己动手查阅感兴趣的复合材料及相关产品,增强对某一材料产品及其知名企业的了解。在加深对这门专业课的认识和理解的同时,知道自己感兴趣的行业和就业方向[2-3]。这门课程一般期末考试成绩权重大于80%,平时成绩占的比重很小。因此,学生缺乏主动的学习意识,学生对于琐碎繁杂的知识点理解起来也很吃力,上课时容易产生懈怠的情绪、玩手机、精神溜号等现象。多年的教学经验发现:学生期末时候考前突击,只会应付期末考试,只求分数不求甚解,学生对知识的掌握不扎实、不系统,影响后续课程的学习效果和专业技能的培养。学生虽然经过突击性理论学习,但是仍然缺乏专业的实践、应用能力,不能学以致用。学生往往考完试后再问就什么也答不上来,遇到一些实际应用问题也不能马上想起课本上的理论知识体系。这些现象的根本原因在于学生缺少对知识点所对应的实践、范例的了解。

3《复合材料》课程的教学改革措施

3.1以工业产品、科研信息为导向,加深学生对不同类型复合材料的深入理解

本课程涉及到金属基、聚合物基、陶瓷基、水泥基复合材料及纳米复合材料等理论方面的内容,理论较深奥、知识面广、内容概念复杂,学生在学习过程中会遇到许多问题。在教学中充分考虑到知识面的拓宽和不同复合材料应用之间的相互关系,注重产品应用开发为导向,对复合材料的理论配方、制备工艺、性能要求、开发新产品的思路等方面的进行强化,在保持课程系统性的前提下,对一些次要的偏理论的内容适当删减。着重对近期出现的新型复合材料在结构材料和功能材料领域的应用实例进行介绍。通过引入实际产品和工业化生产问题,促进学生深入理解每种复合材料的基础知识和应用前景[4]。将目前与课程有关的科研动态带入课堂,让课程有足够的吸引力。如讲述通过介绍阻燃电缆护套料配方及工艺让学生深入聚合物基复合材料的加工原理和应用场合;通过介绍现有的锂电池正极材料让学生了解碳基复合材料以及纳米复合材料的应用;还有近期Science、Nature等顶级期刊发表的最新纳米尺度金属的伪弹性、功能材料,碳纳米管、石墨烯的微观尺度研究及其在复合材料、功能材料中的最新应用。这些科研实例的讲解可以激发学生的科研热情,调动学生的学习积极性。

3.2以查找和阅读期刊文献为导向,培养学生的主动学习意识

每一章节都给学生布置一定数量的关键词、主题词,让学生去期刊网或外文电子资源网站查阅相关章节关键词的期刊论文或发明专利,填写文献资料统计表。每个学生都要在课堂讲解文献,学生需要提问互动。通过这种能力培养,加深学生对某一复合材料的了解同时,也锻炼学生的查阅文献能力、阅读能力和课堂表达能力,发挥互动、让更多同学参与到课题讨论中,从兴趣和讨论中掌握复杂的知识点。“学生讲,教师听”的这种新模式可以增加教学互动效果,课堂上适当增加学生汇报文献、专利的内容,可以增进师生的相互交流、相互影响。这种方法可以活跃课堂气氛,加深学生对所学知识的理解,激发学生的创新意识和独立思考能力,显著提高课程的教学效果。培养学生一丝不苟、精益求精的学习和科研精神。

3.3增加学生的课外实训环节,让学生到实验室动

手参与复合材料的设计和制作除了课堂教学以外,还可以以材料生产和应用中的实际问题出发,培养学生的动手实践能力和团队协作意识。增加学生的课外实训环节,培养学生从发现问题、提出问题到解决问题的能力,真正意义摆脱课本的死知识[5]。要求老师到实验室亲自指导,让学生到实验室亲自动手参与某些复合材料的设计制备,要求每组学生实践不少于7个工作日,自己动手完成一个小实验,在课堂上互相交流自己的所学、所做、所感,是如何将文献知识转化为直接的功能或结构材料并实现其应用价值。让学生亲手参与实验设计和制作可以提高学生的主动性,再次回到课堂后能够更深刻听讲,认识到课本上基础知识的重要性。逐渐培养学生从提出问题,到寻找解决问题思路,最终解决问题的能力。实训结束后最终以实验报告形式上交并考核。这种实训环节可以在培养学生的应用技能的同时,培养学生团队协作意识,激发学生的课外学习热情。加强学生对知识的理解,提高对课本知识的应用能力,避免“读死书、死读书”。

4《复合材料》课程的教改考核及预期效果

该课程在增加课堂文献讲解、答辩和课外实训环节后,期末考核时弱化期末考试成绩的比重,侧重上课过程中文献讲解、答辩和课外实训的考核,即增加平时成绩的权重。具体成绩比例可以调整如下:(1)期末考试分数:占考核总成绩的50%。(2)文献调研、讲解、讨论环节分数:每名学生不少于两次文献调研、讲解、讨论,共计占总成绩的30%,其中文献整理情况10%、课堂讲解10%和回答问题10%。加分条件:学生查阅参考文献可以查阅英文文献,考察学生对英文文献的理解,根据实际情况给予加分0.5~1分;课堂讲解文献后能够准确回答课堂老师或同学提出所有问题的学生得满分。(3)课外实训环节分数:两次实验占总成绩的20%,其中两次实训过程中的动手实验及实验报告各占10%。通过在《复合材料》课程教学中增加文献讲解和课外实训环节进行教改,改革后的保守目标是:100%学生能系统掌握查阅期刊文献和发明专利的方法,并且能够读懂科技论文的核心研究思想和理论内涵;90%的学生应能掌握课程重点知识,熟悉课本知识中的某种复合材料的制备方法和应用实例;20%学生能掌握英文期刊文献的查阅能力并且能够读懂英文文献含义,具备书写科研论文的基本素质和功底。上述比例都以学生总数为基数,各部分不互相独立,存在相互重叠。希望通过任课教师和学生的共同努力,最终实现由大学的应试教育到应用型人才培养的转变。

5结语

作为一门材料类专业本科生的必修课,《复合材料》对于增加学生的知识面和了解专业方向具有重要作用。因此,这门课程的学习效果影响毕业生的综合素质和专业技能。作者针对平时教学中的一些问题,如上课死气沉沉,学生玩手机,期末考试突击复习等现象提出了一系列教改方法,主要是增加课堂上的工业产品、科研信息吸引学生的兴趣,增加文献讲解、答辩环节和课后的实训环节来弱化期末考试成绩的权重,这样来督促学生主动学习并且能够活跃课堂互动,通过课外实训环节提高学生的实践技能和对基础知识的应用能力。通过教师和学生的共同努力实现由应试教育到应用型人才培养的转变,进一步提升毕业生的专业技能和综合素质。

参考文献

[1]周曦亚.复合材料[M].北京:化学工业出版社,2005:1-225.

[2]马庆宇.复合材料概论课程教学改革初探[J].石家庄职业技术学院学报,2011,23(4):53-55.

[3]杨继年,丁国新,王周锋,等.《复合材料概论》课程的教学设计与实践[J].广州化工,2015,43(3):167-168.

材料化学工程论文篇4

中图分类号:G642.0?摇 文献标志码:A?摇 文章编号:1674-9324(2014)01-0098-02

复合材料是材料科学与工程发展最为活跃的前沿领域之一,是国防和国民经济建设的关键高技术新材料。我国高校开设的本科复合材料与工程专业一般以聚合物基复合材料为主线,目标是培养具备复合材料与工程领域的基础理论、专业知识和实验技能,适应现代复合材料高科技化发展趋势,掌握复合材料设计与制备技术,能从事先进复合材料与结构的设计、制备、评价的高级专业技术人才。我国聚合物基复合材料工业发展迅猛,产销量居世界首位。但是相对于发达国家的研究和应用水平,还存在很大差距。因此,面对日益增加的技术需求与教学内容的大量更新,为适应现代教育培养的新形势,必须对复合材料与工程专业的人才培养进行全面研究与改革。济南大学复合材料与工程专业自1995年招收本科生,1999年获得硕士学位授予权。我校的人才培养教学实践和对其他高校的调研结果表明,复合材料与工程专业的课程体系中普遍存在四个方面的问题:①化学与力学知识薄弱,创新能力差;②专业面太窄,毕业生工作适应性差;③理论与实践环节脱节,学生解决实际工程能力弱;④没有很好体现办学特色。针对上述问题,如何根据当今复合材料的发展,开展先进的、科学可行的专业人才培养工作,具有重要的现实意义和深远的历史意义。

一、加强有机化学、高分子知识的讲授

聚合物基复合材料的基体材料是有机物。有机化学是一门探讨有机分子结构性质、有机反应途径机理以及相关产物分离与结构鉴定的基础科学,是本专业一门重要的专业基础课。有机化学是聚合物合成的反应类型和反应机理的坚实基础。教学过程中应培养学生从有机化学的角度学习和设计聚合物合成的反应过程,提高学生学习高分子化学的效率,启发学生对聚合物设计的创新思维。高分子化学和高分子物理是本专业两门重要的专业技术基础课,既是理论学科,又是应用学科,涉及理论和实验教学两方面[1]。其专业理论性强,概念复杂,抽象难懂,聚合反应机理都是微观的,内容较难掌握,容易影响学生的学习兴趣。同时,教学内容与学时数减少的矛盾日益突出。为了提高学生学习的积极性和主观能动性,授课过程应结合复合材料常用聚合物基体材料,注重对各知识点进行重组和精练,不拘泥于教材内容的排序,兼顾聚合物基体最新的科技进展,做到重点突出,主次分明,紧密结合工程实践应用。

二、加强力学与结构设计知识的讲授

复合材料既是一种材料又是一种结构。复合材料的组分材料和纤维的铺设方向可以按照设计要求进行选择,即复合材料具有可设计性。复合材料的非均匀性和各向异性是复合材料力学的重要特点。与常规材料的力学理论相比,普通力学问题在复合材料力学中需要重新研究,以确定常规材料的力学理论、方法、公式的适用性与如何修正。对于复合材料的结构进行力学分析和设计计算必须以准确的复合材料力学性能数据为前提。随着复合材料的开发和应用,复合材料力学已形成独立的学科分支并蓬勃发展。

三、扩宽专业面,提高毕业生工作适应性

复合材料与工程专业涉及面广,内容多,如何根据社会的不同需要设置不同的专业教学知识体系十分重要,也非常困难。从毕业生就业和工作情况分析,应进一步扩宽学生知识面,提高其工作适应性。复合材料行业的发展,一方面分工越来越细,出现高度专业化趋势;另一方面技术复合程度越来越高,出现高度综合化趋势。因此,在专业课与选修课的设置上应充分考虑,使学生的专业知识、技能、工程素质与管理素质得到提高,工作的适应性增强。针对这种情况,我校对课程体系设置进行了改革,主干学科还是材料科学与工程,主要课程包括工程力学、物理化学、高分子化学及物理、材料科学基础、材料复合原理、复合材料学、复合材料聚合物基体、复合材料工艺与设备、复合材料结构设计基础、复合材料测试技术、现代材料测试技术。选修课的设置充分考虑扩宽知识面和就业,具体科目包括无机非金属材料工艺概论、新型建筑材料、工业仪表与工程测试、计算机辅助设计、试验设计与数据处理、金属材料概论、材料科学研究方法、建筑装饰材料、建筑装饰艺术设计等。

四、进一步加强实践实训环节,提高毕业生工程能力

复合材料与工程专业属工程技术型专业,应侧重对学生工程能力、推广应用能力的培养。复合材料工业一直持续快速发展,其发展速度远超过经济发展速度,并且没有任何减速的迹象。限制其发展的主要因素是不能提供足够的训练有素的工程师。针对这种情况,我们不断完善人才培养方案,重视实践教学环节,将教学实验、实习、科研实践相结合,将校内外实践教学相结合,增加开设了两周的综合性实验和一周的设计性实验。同时,与企业建立了多个复合材料教学实践基地,除了规定的认识实习、生产实习和毕业实习以外,再组织有兴趣的同学利用寒暑假在企业进行实地学习,并请企业参与专业建设和人才培养方案制定。定期邀请相关的专家报告他们的新产品开发研究,介绍行业新工艺与新设备。实践教学效果得到显著提高。

五、结合各校实际情况,体现学科的办学特色

各高校复合材料与工程专业的办学条件差异较大,应扬长避短,积累优势,形成自己的特色[2]。复合材料按照基体材料的分类可以分为聚合物基复合材料、无机非金属基复合材料、金属基复合材料。我校复合材料与工程专业在十多年的发展过程中,形成了自己的办学特色和科研方向,将专业教学与科研融为一体。结合我校传统无机非金属材料的基础优势,在课堂教学和实践教学中,将专业面从聚合物基复合材料拓宽到无机非金属基复合材料,并保持无机基复合材料的优势和特色。我校复合材料与工程专业于2009年被评为山东省品牌专业。实践表明,我们的特色办学促进了人才培养目标的实现,在提高人才培养质量方面发挥了独到的作用,也为学生就业扩宽了渠道,为山东省复合材料行业发展做出了贡献。总之,复合材料工程技术型专业人才的培养,应加强相关基础知识的讲授,扩宽学生知识面,努力提高学生工程能力和创新能力,着力解决学生工程能力弱的问题,使毕业生在复合材料生产、设计及研究开发等方面具有更快更高更强的工作适应性。

参考文献:

材料化学工程论文篇5

【基金项目】湖北省教育厅教学研究项目(编号:2011276,2012288)。

Abstract: In recent years, with the gradual increase of the national investment in new energy, new materials, and optoelectronic information industry, the demands of social engineering capabilities, as well as business level of materials physics graduates increase accordingly. It?蒺s imperative to reform the existing teaching system of materials physics. In this work, the reform of teaching system of materials physics was discussed from four aspects of teaching philosophy, curriculum development, teaching practice, and faculty development. In addition, some suggestions on how to train more professional materials physics graduates were given.

Key words: materials physics; teaching reform; personnel training

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2013)06-0170-02

材料物理专业属于材料科学类,其培养目标是培养较系统的掌握材料科学的基本理论与技术,具备材料物理相关基本知识和基本技能,能在与材料科学与工程相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料物理高级专门人才[1]。随着科学技术的不断发展,社会对材料物理专业人才的需求情况也在逐渐发生变化。近几年国家在新能源、新材料以及光电信息领域投入的不断加大,使得企业对于材料物理专业毕业生的需求数量也在逐年增加,特别是对于具有较强专业基础和实践能力的人才的需求,是很多高新技术企业每年人才发展计划的重点。

材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科,主要通过各种物理技术和物理效应,实现材料的合成、制备、加工、修饰与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用;新型材料的设计以及材料的计算机模拟等。随着国家对本专业人才需求的变化,对本专业的教学体系进行一定的改革迫在眉睫。本文以武汉工程大学材料物理专业的发展为出发点,分别从教学理念、课程建设、教学实践以及师资队伍建设四个方面入手,详细探讨了本专业在新形势下进行教学改革的一些措施。

一、教学理念的更新

面向未来的教学改革需要现代化的教学思想,需要前瞻性的教学理念[2]。这些教学理念包括从专业教育向综合素质教育,从重知识传授向能力培养转变;从封闭式的学校教育模式向开放型的产、学、研三结合的教育模式转变;从标准化培养模式向个性化、选择性培养模式转变;从维持性学习向创新性学习转变[3]。

武汉工程大学材料物理专业所属学科为省级重点学科及湖北省首批优势特色学科,本专业依托自身的学科优势和人才优势,将专业人才培养特色定位于低温等离子体技术及应用和功能薄膜材料的开发,重点培养在光电信息材料、新能源材料、环境材料等方面具有扎实的基础理论知识和实践能力的应用型创新人才。

为适应新时期国家建设对材料物理专业人才需求的变化,在对本专业人才的需求情况以及人才市场走向等问题进行充分调查论证的基础上,明确了我校材料物理专业的培养目标,即在专业设置和课程体系设计上尽量体现“拓宽专业面、夯实基础、重视能力培养”的指导思想,着力培养学生的创新能力,真正提高本科生的素质教育。同时,我们也注意到现实的就业压力对学生的影响,在打好基础,增强适应性的同时,设置功能薄膜材料和等离子体技术2个专业方向,提供了更多的课程、丰富了教学内容,扩大了学生的选择空间,满足学生多样化的需求,进一步体现了因材施教的思想;同时也体现我校等离子体学科及薄膜材料研究方面的特色。

新的教学方案力求将全面素质教育的精神渗透到专业教育之中,使基础知识教育、能力训练和素质培养结合起来,对学生进行较为系统的基本知识和基本理论的教学,加强对学生基本方法和技能的训练,重视对学生创造能力和创新意识的培养。

二、课程建设的优化

在不同的社会需求下,根据社会对毕业生需求的调研及预测对材料物理专业的课程体系进行适当的修订,突出本专业在不同时期的重点,对于培养满足社会需求的高水平人才十分重要[4-7]。我校材料物理专业在课程建设方面主要集中在提升现有课程和推出新课程/新内容两个方面。

在提升现有课程方面,对于本专业的一些老牌重点课程,采取主讲教师负责制,其余教师积极参与,分工合作,加强重点课程建设,并积极申报新的重点课程。经过几年建设,已在多门课程的建设方面取得了较好成果,如《材料科学基础》、《工业等离子体原理》、《薄膜材料与制备技术》等课程已建设成为校级精品课程,《纳米材料与技术》、《固体物理学》课程成为校级重点建设课程。这些重点课程的建设一方面锻炼了队伍,提高了整体素质,另一方面对其他课程的建设起到很好的示范带动作用。在重点课程建设过程中,本专业一直在积极探索课程教学改革方法,采用多媒体教学的课程由2002年的1门发展到现在所有课程都使用多媒体教学;双语教学也从无到有,《工业等离子体原理》、《薄膜材料与技术》已采用双语教学。

在推出新课程/新内容方面,本专业根据毕业生就业新形势对培养方案进行了大量修改。新的培养方案进一步体现了因材施教的思想,提供了更多的课程、丰富了教学内容,扩大了学生的选择空间;同时也体现了我校等离子体学科优势的特色。如新培养计划针对社会需求开设了《电子材料》和《工业等离子体工程》等课程,课程内容紧紧围绕目前工业生产中涉及到的新产品和新技术,有利于学生更好地完成从学校到社会的衔接。此外,现有课程的授课内容也逐步以市场为导向,在保持现有特色的同时,增加与市场需求相关联的专业知识体系,学生毕业后反响良好。

三、教学实践改革

材料物理专业的实践教学主要分为校内实践和校外实践两部分。校内实践主要是指在学校现有的实验条件下进行的一系列基础实验和专业实验,因此实验室建设也是提高实践教学质量的必要前提[8-10]。我校材料物理专业以湖北省等离子体化学与新材料重点实验室、湖北省微波等离子体技术研究工程中心和专业实验室为校内实践教学平台,在材料制备、加工,材料性能(力学、电学、磁学、热学等性质)测试、材料组织结构测定及材料应用等方面开展实验室建设,并结合本学科科研发展方向进行建设,设备采购主要围绕着材料科学基础、材料合成与加工、薄膜材料、材料表面改性、等离子体加工、纳米材料等课程进行。

在此基础上,我校材料物理专业根据学科建设发展情况,在2005年对实践教学环节进行了重大改革,将原来分散在各个课程中的实验课程进行整合,对原有实验体系进行重新规划,开设单独的实验课程,制定统一大纲,整合实验内容,并对实验内容适当更新,使实验体系更加完备,并与实用化紧密结合,侧重于培养学生动手能力。整合后的校内实验课为《材料科学基础实验》、《材料物理专业实验》以及《等离子体技术与应用实验》三门课程,总学时由原来的80个增加到108个。

同时,在实验内容上进行创新,将科研成果转化为教学内容,以科研促进教学。目前,在材料物理专业开设的3门实验课中,《材料物理专业实验》以及《等离子体技术与应用实验》全部实验均为教师科研转化而来。所有专业实验将科研与教学紧密结合,一方面弥补教学经费的不足,另一方面让学生接触科学前沿,激发从事科研工作兴趣,培养学生在从事科学研究的同时加深对课程内容的理解,提高教学效果。

此外,在校内实践教学中增设《学年论文》这一实践教学内容,让学生模拟实际科学研究,通过教师拟定方向,学生收集资料、归纳总结收集到的信息写出文献综述、然后针对发现的问题确定具体的研究题目,再制定详细的实验方案,并预测可能的结果。最后通过答辩,完成这一实践教学环节。

在校外实践教学方面,本专业设置有《毕业实习》环节,毕业实习地点的选择主要以人才市场需求为导向,目前学校已与多家从事光电信息材料、新能源材料、环境材料的企业签订实习协议,并在几家硅材料制造企业、LED制造企业及薄膜制备企业建立了实习基地,为学生的毕业实习提供了保障。此外,在指导毕业论文过程中,鼓励学生采取“宜化模式”完成毕业论文。由于“宜化模式”课题来源于企业,结合工厂实际,其研究结果更具有实用性。学生在做毕业论文过程中能够更好地将书本上的理论知识与现实的生产实际相结合,有效训练学生综合应用知识的能力。本专业近年来在学生毕业实习和毕业论文环节中有超过25%的学生采取“宜化模式”进行毕业论文。

四、加强师资队伍建设

师资队伍建设是专业建设的重要环节。为了培养出满足社会需要的高素质人才,教师的知识更新和自身素质提升十分关键[9,11]。本专业在职教师具有学历层次高、职称结构合理、平均年龄低的特点,基于这样一个教师队伍现状,材料物理专业的师资队伍建设一直坚持高标准、高水平的指导思想,在引进高水平的学术带头人、责任教授的同时,加大力度对现有的青年教师进行培养,提高他们的教学、科研水平。具体措施主要包括对青年教师进行帮扶指导,努力提高青年教师的教学技能;合理安排好现有教师的教学和科研工作,在保证教学质量的前提下,积极开展科学研究工作,通过科学研究,不断提高教师的学术素养;积极引进优秀教师,逐步建立一支高水平、稳定的教师队伍。

此外,本专业在教学过程中积极聘请相关行业的优秀工程师为学生讲授专业基础课程或进行专题报告,在此过程中让老师和学生充分了解国内外相关行业的发展动态,探讨材料物理专业今后的发展方向和毕业生应该具备的基础知识和基本技能,以此加强学生对本专业的了解,更进一步提高教学效果。

五、结语

如何培养满足新形势要求的材料物理专业高素质应用型人才,是所有高校材料物理专业教学人员需要探讨的核心问题。教学改革是一个随社会形势发展而不断进行的过程,因此,我们时刻紧跟社会发展步伐,在充分了解国家和社会对本专业人才需求的前提下不断探求新形势下的教学改革,这样才能不断为社会输出高水平的专业人才。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部高等教育司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍(1998年颁布)[G]. 北京:高等教育出版社,1998,138.

[2]王雅珍,祖立武,张小舟,等.高分子材料与工程专业教学改革探索与实践[J].高师理科学刊,2007,27(1):61―63.

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[8]姚婷珍,许天旱.材料物理实验教学改革初探[J].广西教育,2009,3:109―110.

材料化学工程论文篇6

中图分类号:G642.3 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)09-0119-03

随着现代科学技术的高速发展,自然科学之间更加相互渗透、融合和交叉。陈旧的基础课教学内容和体系与新的科学前沿理论的矛盾日益突出,因此,有必要对现有的知识体系和专业格局进行调整和重组,建立综合性材料科学与工程专业,以适应未来知识经济的发展对材料类专业人才的需求。“材料科学与工程”专业在教育部1998年正式颁布的本科专业目录中作为引导性专业提出,体现了材料科学与材料工程相互交叉与相互渗透综合的发展趋势,也符合社会所需复合型人才成长的要求。“材料科学基础”是该专业的一门重要的专业基础课程,担负着公共基础课和专业课程之间的衔接作用,也是研究生入学的必考课程。该课程对材料科学与工程专业人才运用理论知识解决实际问题的能力的培养、创新能力的培养、科学的思维方法的培养和整体知识结构的构建具有奠基作用。因此,我们在教学内容方面进行了改革与优化整合。

一、教学内容优化的动因

根据教育部提出的拓宽专业口径、按专业大类进行人才培养的基本思路及1997年国务院学位办颁发的新专业目录中提出的引导性专业——材料科学与工程专业,部分高校材料类的专业设置不再分为无机非金属材料工程、高分子材料与工程和金属材料,而是按照材料科学与工程一级学科进行重新设置,“材料科学基础”作为材料科学与工程专业的专业基础课,其教学内容和教学体系也进行了相应的改革。安徽建筑工业学院作为建筑类一般本科院校,其材料类专业是按二级学科进行课程设置,设高分子材料与工程、无机非金属材料工程以及电子科学与技术(电子材料方向)三个材料类专业,各成体系。其中关于材料科学基础的教学从各专业课程的安排上看,无机非金属材料工程专业和电子科学与技术(电子材料方向)专业开设“无机材料科学基础”,其重点是无机材料的结构、组成和性能之间的关系及其变化规律,内容相近;而高分子材料与工程专业未单独开设材料科学基础课程,材料科学基础中大部分相关的理论分散在专业基础课程“高分子化学”和“高分子物理”中,其中涉及较多的是制备科学而关于高温烧结、扩散、固相反应和相变过程及晶体结构和缺陷理论则涉及的较少。然而,社会需要的人才正向着复合型人才发展,材料也正在向着功能型和复合型发展,因此为了满足社会对材料类人才的要求,培养人才应具有大材料专业的理论基础,故必须对无机材料科学基础的教学内容进行合理的优化和整合,同时考虑安徽建筑工业学院的特色,构建具有自己特色的“材料科学基础”一级学科平台课程体系。

二、教学内容的优化原则

材料化学工程论文篇7

“材料工程基础”是教育部21世纪初高等教育教学改革项目“材料科学与工程专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究”中主干专业基础课程,是材料科学与工程专业的专业基础课程,长期以来,备受学校和院领导的重视,这对材料工程基础课程的改革就提出了更高的要求,如何进行课程改革,培养适应社会发展对材料工程需要的新型人才是材料工程教学团队需要认真思索的关键问题。

1 课程体系

材料学是一门试验性科学,涵盖金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料四个方向,材料科学与工程专业的学生,毕业后主要从事材料制备与加工的科研与生产工作,材料的多样性,各种材料制备、加工方法千差万别,材料工程问题就显得错综复杂了,这就要求从这多种多样的工程问题中提炼出各种材料制备与加工的共同涉及基础问题,建立材料学学的平台课程—材料工程基础完整的知识体系。

“工程”是科学的某种应用,通过这一应用,使自然界的物质和能源的特性能够通过各种结构、机器、产品、系统和过程,是以最短的时间和精而少的人力做出高效、可靠且对人类有用的东西。在现代社会中,“工程”一词有广义和狭义之分。就狭义而言,工程定义为“以某组设想的目标为依据,应用有关的科学知识和技术手段,通过一群人的有组织活动将某个(或某些)现有实体(自然的或人造的)转化为具有预期使用价值的人造产品过程”。就广义而言,工程则定义为由一群人为达到某种目的,在一个较长时间周期内进行协作活动的过程。又根据两院院士师昌绪先生的定义:材料是人类制造生活和生产用的物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。显然,材料工程属狭义工程的范畴,材料工程应为是有组织活动将自然的或人造的物质制造成生活和生产产品的活动或过程。因此,从这个定义出发,凡是材料制备过程中所涉及技术和方法问题都属材料工程问题包括原材料的输送、原材料精制、合成、产品精制、后加工、包装、运输等生产工序原理以及为完成上述工序的一些配套工序如生产过程中的传热问题、三废处理问题。由于材料的多样性,各种材料制备、加工方法千差万别,材料工程问题就显得内容庞大、错综复杂了,避开各种材料的制备的特殊工艺问题,各种材料在制备过程中所涉及的共同的基本原理应成为材料工程课程中的基本问题。我们以自编《材料工程基础》为教学的教材,教授物质输送原理及设备、热量传递、质量传递,并对质量衡算、能量衡算、经济衡算做简单介绍。

2 教学手段

课程改革的目的是提高教学质量,提高教学质量是通过一定的教学手段得以实现的。材料工程基础的教学拟采取小班教学的方式,除在知识点的传授方面如基本公式的推导、理论的讲解仍采用传统的以教师授课为主方式外,在课堂教学中还采用一下的教学手段。

2.1 多媒体课件

当今的学生,从校门到校门,多数学生既没有生活经验,更无工程概念,要学好材料工程基础这一工程类课程,老实说,有一定的难度,充分利用现代化教学手段进行教学,制作了多媒体课件,模拟实际生产工艺和流程,使抽象的概念具体化,复杂的问题简单化,繁琐的内容精炼化,实际问题形象化,为学生生动形象的理解生产原理和过程起了重要的作用。

2.2 讨论式教学及设计演练

课堂设置讨论课,引导学生探究各种材料制备过程中所共性问题,生产过程技术经济评价问题,分层次布置工程设计任务,使学生能全面思考工程问题。例如在传热部分,进行板式换热器的设计;在传质的几个章节中,吸收部分设计煤气中苯类物质吸收工艺流程;精馏章节中,进行年产8000吨乙醇板式精馏塔工艺设计等。使学生初步了解设计程序与步骤:设计任务下达后,通过资料的收集,流程选择,基本计算,确定工艺路线,确定生产设备大小,进行设备平面布置,完成设计任务。

2.3 双语教学

随着全球一体化进程的加速,在国际交流日夜频繁的今天,语言显得尤为重要。采用原版教材,双语教学无疑能使学生掌握原汁原味的英语,为其日后的交流扫清障碍。更重要的是可以拓宽学生的国际视野、国际交流能力和竞争意识,同时可以吸引更多的留学生优质生源,提高国际化办学能力。

3 能力培养

在互联网时代,全民都面临同样的信息平台,甚至我们的学生比教师有更好的计算机能力,轻点鼠标就可能获得一门学科的基础理论。这就给我们提出新的问题和面临严峻的挑战:在互联网时代,专业课我们应该教学生什么以及如何教,培养学生那些能力。首先是收集信息的能力,现代社会是信息时代,大量信息资源都可以通过网络共享,除此之外,还有大量的数据库可以利用,掌握了信息资源,就是掌握了该学科的发展前沿。然后是自主学习能力,收集到信息,怎样才能转化为自己的知识,建立自己的知识体系这就需要培养学生严谨求实创新的科学思维与人格以及为科学献身的精神和健康向上的学习精神;接下来是合作精神,随着社会分工的越来越细,完成一个工程问题往往是一个系统工程,需要多方面人员的相互合作,因此合作能力就显得十分重要了,在教学中,有意识地培养学生分工合作是教育的一个重要组成部分,对本门课而言可以采用分组进行课程设计,同组同学之间分工协作,共同完成一个课题,已达到培养学生合作能力的目的。

4 评估体系

理论考试不在作为学业成绩的唯一标准,可以从多层面进行评价如理论考试成绩、课程设计成绩、课堂讨论成绩、平时作业成绩等。

5 结论

材料工程基础课程改革是一个系统工程,需要执行者有强烈的社会责任感,从课程的内容体系、教学手段、能力培养目标,评价体系进行研究和探索,真正实现培养合格人才的教育目标。

参考文献:

[1] 王昆林.材料工程基础 [M].北京:清华大学出版,2009,9.

[2] 冯晓云,童树亭,袁华.材料工程基础 [M].北京:化学工业出版社,2007,7.

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[5] 毕大森.材料工程基础[M].北京:机械工业出版社,2011,2.

[6] 谷臣清.材料工程基础[M].北京:机械工业出版社,2004,2.

材料化学工程论文篇8

作者简介:吴亚盘(1978-),男,陕西西安人,三峡大学机械与材料学院,讲师;赵君(1980-),男,山东泰安人,三峡大学机械与材料学院,副教授。(湖北 宜昌 443002)

基金项目:本文系2013年三峡大学教学研究课题重点项目“新能源材料与器件专业人才培养模式研究与实践”的研究成果。

中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)35-0110-02

工科化学是三峡大学(以下简称“我校”)新能源材料与器件专业的学生进入大学后面临的第一门专业基础课。它不仅是中学化学知识的拓宽和延伸,而且为后续化学课程(材料物理化学、材料化学、电化学分析等)的学习奠定基础,在材料课程体系中占有重要的地位和作用。因此,“工科化学”课程教学质量和效果将直接影响到新能源材料与器件专业学生运用化学基础知识处理材料制备及性能表征的能力。

工科化学课程具有其自身的特点和教学要求,如学时少、重应用,所以不能像化学专业一样,当作一门专业基础课,面面俱到。以理科化学专业为例,无机化学及分析课程要求一学年100余学时,而作为工科专业,工科化学与无机化学及分析课程具有很大的相似性,却仅有48学时。两者相比较,工科化学课程学时被大大压缩。加之工科化学涉及化学中的基本概念和理论、元素化学及基础分析的部分内容,学生们普遍感觉难学。尤其面对有限学时的工科类学生,教师如何在有限学时内仍能使学生深刻把握相关的化学知识,提高学生综合应用能力,并获得良好的教学效果,这是每位工科化学教师都必须面对的一个现实问题。本文结合新能源材料与器件专业自身特点,从工科化学课程的培养目标及学科发展方向出发,探讨工科化学课程教学的特点,并结合实践对工科化学教学提出几点建议。

一、结合新能源材料与器件专业特点,合理优化教学内容

目前,有关工科化学课程的教材很多,如江棂主编的《工科化学》、强亮生主编的《工科大学化学》、徐瑛等主编的《工科化学概论》、唐和清主编的《工科基础化学》、高发明等主编的《简明工科基础化学》等,针对不同学科、专业和适用对象,教材知识体系的设置和侧重点各不相同。根据该课程的专业基础课性质,按照突出物质的结构-性能与定量分析并重的原则,三峡大学选用了史启祯主编的《无机化学与化学分析》作为该门课程的主要教材。该教材的特色是包含主篇和副篇两大块。主篇主要是铺就一个基础知识平台,为后续专业基础课程做铺垫,副篇主要是引用化学的应用实例及趣事培养学生的专业学习兴趣。[1]它吸取了国内外同类教材的精华,教学内容难度适中,语言形象生动,适用性强,较适合作为三峡大学新能源材料与器件专业的专业基础课教材,该教材内容可以很好地为目前新能源材料与器件专业的学生提供相应的智力储备。同时,为帮助学生进一步加深对工科化学的认识和了解,还将曹锡章等主编的《无机化学》、武汉大学主编的《分析化学》等教材作为教学参考书。

此外,鉴于新能源材料与器件专业的学生特点及工科化学教学内容较多大,有关的价键理论等知识抽象难懂,因此,在实际的课堂教学中,笔者注重学科知识的拓展及实用化,除讲授教材内容外,还穿插介绍当前新能源材料方面的科技发展动态、工科化学方面最新的科研成果以及自身的科研工作进行讲解,不断优化和充实教学内容。例如,在讲授金属有机配合物材料时,笔者介绍了目前比较热门功能配合物材料当前的研究热点,并以自己在多功能金属配合物材料方面研究的成果介绍给学生。这些相关教学内容拓宽与延伸不仅提高了学生对该课程的学习兴趣,也激发了学生的科研兴趣,达到了较好的教学效果。

二、改革教学模式,探索新的教学方法和手段

在实际的教学过程中,专业基础课的特点决定了它的教学方法不同于选修课,它不仅强调教学内容的系统性、学习方法的引导,而且更需要调动学生学习的主动性,激发学生的学习兴趣。[2]针对“工科化学”课程的专业必修课性质及其教学内容众多,需要理解和识记的知识点较难的特点,笔者坚持“教师正确引导,学生积极参与”的教学原则,采用了多媒体教学与传统教学相结合的教学模式,结合课堂讨论、课外辅导、学生自主学习等多变的教学方法和手段,以增强教学效果。

1.采用传统教学与多媒体教学相结合的教学模式

在传统的教学过程中,教师可以通过讲解、板书、提问、讨论等方式组织课堂教学。然而,一些形象化、具体化的影音视频资料很难展现给学生。而多媒体作为一种新生的现代化教学手段,可以很好地弥补传统教学的不足。它能将抽象的概念直观化、具体化,并容纳较多的信息量,使课堂教学变得形象丰富有新意,教学效率高。[3]“工科化学”课程涉及无机化学中的基本概念和理论、元素化学和基础分析三大块内容。知识面广,内容枯燥,为尽可能调动学生的主动性,引导学生更好地理解和记忆,笔者结合新能源材料与器件专业培养方案,对所选用的教材中的教学内容进行了调整和压缩,制作多媒体课件,在实际的教学活动中,采用了传统教学与多媒体教学相结合的教学模式。通过浅显易懂的课堂讲授和内容丰富的课件展示,增加了学生对工科化学基础知识的认识,加深了学生对教材中的核心知识的理解,取得了较好的教学效果。

2.积极开展互动教学,活跃课堂气氛

根据工科化学专业基础课的性质,在实际的课堂教学中采用引导式讲授和学生讨论相结合的互动教学方法,可以很好地调动学生的学习主动性,营造良好的课堂氛围,提高教学质量,增强教学效果。[4]因此,在教学过程中,笔者既重视发挥教师的引导作用,又充分调动学生学习的主动性和兴趣。课堂上,笔者会针对教材上相关的知识,常常向学生设定问题,留给学生课后查资料,下次课展开讨论。这种教学方法不仅能激发学生学习的主动性和兴趣,而且可以活跃课堂气氛。例如,在讲授绪论中物质的状态时,笔者提出“物质按其存在状态可以分为几类”;讲到新材料的分类时,提出“什么是等离子体”和“什么是液晶材料”等许多在生活中涉及到的化学类新名词、新概念,让学生进行思考和讨论,然后教师再进行讲解,这样一来课堂气氛十分活跃。这种互动教学方式使学生对工科化学的兴趣大增,学习的积极性和主动性也随之增强,对教材中的基本知识点理解更透彻,记忆更深刻,收到了理想的教学效果。

3.及时进行课外答疑,解决学生课后学习遇到的问题

考虑到要在48个学时内完成工科化学教学大纲的教学任务,而且知识点庞杂,难以让学生在短时间内消化和掌握,笔者只能在实际的课堂教学过程中很紧凑地按照教学计划安排好教学内容,课堂上没有充足的时间解决学生课后学习或完成作业过程中遇到的问题。为了能让学生及时解决学习教材内容中遇到的问题,笔者每周专门安排一次课后答疑。通过实践发现,学生很珍惜与代课老师交流的机会,会把自己在学习教材、完成课后作业过程中遇到的困惑整理出来让老师做答。通过这种方式,学生对教材中知识点的理解和掌握就更为透彻,极大地提高了学生学习工科化学的积极性。

4.选择部分章节让学生主讲,提高学生语言表达能力

在传统教学模式中,教师的主要任务是站在讲台上“讲授”,学生的主要任务是“听讲”,在讲课过程中,教师设置一些教学活动,与学生进行互动,调节课堂气氛。然而,这种以课堂为中心、死板灌输的教学模式严重制约了学生课堂学习积极性。学生只能按照教师设计好的课程教学内容被动学习,在课堂上基本没有表达自己想法的机会,即使偶尔被提问,也会因缺乏足够的准备,发言效果不佳,导致缺乏自信心。

大学的三尺讲台,不仅仅属于教师,还属于学生,学生也可以借助这个讲台得到必要的锻练。如果能够给学生提供上台讲解的机会,学生就能够深刻体会站在讲台上的责任,就必须按照教师的要求将自己准备的内容用简洁明了的语言展现给其他学生。另外,学生在走上讲台之前,课前会做充分的准备,然后把自己准备好的知识传递给其他学生,无形中提高了学生学习的主动性。例如,工科化学中,其中一章为《氢》,这一章主要讲解氢、制备、用途、同位素、氢化物分类、氢能源等,没有较难的理论。因此,笔者提前两周安排学生课后查资料和素材,做多媒体课件,课堂抽出一个学时让准备好的学生上讲台讲解。从4~5名同学上讲台讲解的情况来看,学生课前都做了精心的准备,而且最大限度地利用了网络等媒体资料。学生的多媒体课件制作简洁,图文并茂,讲解结束后,其他学生可以提问,共同参与问题的讨论。这样一来,不仅锻炼了学生的语言表达能力以及沟通能力,而且为学生将来毕业时能够更好地在应聘中表现自己提供了锻炼机会。

三、探索新型考核方式,提高教学效果

在整个教学活动中,考核环节是一个必不可少的重要环节。专业基础课的考核不同于专业选修课灵活多样的方式,一般采取传统的闭卷考试,需要学生记忆的知识点多,容易使学生思想负担过重,给学生学习带来压力。而新能源材料与器件专业的“工科化学”课程作为专业基础课,其主要任务是简明地介绍化学中的部分原理,在中学化学的基础上,重点掌握元素及化合物的物质本性及变化规律,建立一个化学意识,在以后遇到相关问题时能够从化学的角度去解决。鉴于该课程的专业基础课性质和内容多、知识面广、学生掌握知识点难度大等情况,为提高学生的学习主动性和教学效果,笔者对该课程的考核方式也进行了相应的改革,采取了中期课程小论文与期末闭卷考试相结合的方式。具体的成绩考核核算方法为:课堂表现、出勤情况和课后作业完成情况占成绩的10%,课程小论文成绩占10%,实验成绩占10%,期末试卷卷面成绩占成绩的70%。这种考核方式不同于以往的“1+2”模式(总评成绩=卷面+平时+实验),既可客观地反映学生对课堂所学知识的理解和掌握情况,同时可以真实地反映学生课后学习这门课程的积极性和主动性,最终期望能够全面反馈出这门课程的教学效果。

四、结语

“工科化学”课程作为新能源材料与器件专业学生的专业基础课,其内容繁多、涉及无机化学、分析化学两个二级学科的部分基础知识。该门课程的教学效果为学生学习后续材料物理化学、材料化学、电化学基础等课程提供重要的基础。因此,合理优化教学内容,探索行之有效的教学方法及考核方式对于调动学生学习的主动性和兴趣,提高教学质量和教学效果起到至关重要的积极作用。

参考文献:

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[2]樊晓芳.高等院校无机化学教学改革探析[J].科技教育创新,2013,(3):146-153.

材料化学工程论文篇9

“材料科学基础”是研究材料的成分、结构、性能之间的关系及其变化规律的一门基础学科,是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业基础课。根据教育部提出的拓宽专业口径、按专业大类进行人才培养的基本思路和1997年国务院学位办颁发的新专业目录,材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料。为此,各相关高校在材料科学与工程专业主干课程“材料科学基础”的教学上都进行了教学改革。暨南大学材料科学与工程专业自2002年设立以来,就依据教育部的要求,将专业培养目标设定为培养“大材料”科学研究与工程技术所需的人才。故“材料科学基础”课程内容设置为介绍三大材料的基础知识,在教学模式、手段及课程配套方面也具有鲜明的特色。本文阐述了暨南大学材料科学与工程系以“奠定学科专业基础,培养学生科学的思维能力”为宗旨,开展“材料科学基础”教学工作的经验和体会。并以此为契机,进一步优化教学内容,探索新的教学模式和教学手段,进一步提高教学质量。

一、课程发展历史、性质与定位

材料是人类文明发展的基石。人类发展的文明史就是按石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代来划分的,可见材料对人类文明进程的重要贡献。与人类使用材料的漫长历史相比,对材料的研究即材料科学的历史比较短暂。19世纪中叶,开始采用金相显微镜研究钢铁,相平衡热力学和统计热力学则为建立材料的相平衡与相变提供了理论基础。20世纪20年代,原子结构和量子力学提供了研究材料微观结构的理论,x射线衍射技术和电子显微技术为探索材料的微观结构提供了手段。20世纪50年代,金属学已初具规模。高校金属材料专业都开设了《金属学》课程。到20世纪60年代,世界经济的腾飞促使陶瓷学和高分子材料学建立,其代表作分别为wg金格瑞的《陶瓷导论》(introduction to ceramics)和pj flory的《高分子化学与物理》(polymer chemistry and physics)。前者,wg金格瑞教授将金属学的原理应用于无机材料的结构、热力学、动力学、相变及性能分析当中,成功地指导了水泥、玻璃和陶瓷材料的生产和科研。而pj flory教授则主要围绕聚合物的合成过程、聚集态结构以及物理、化学等行为特征,阐述了高分子材料的结构及性能。到今天,三大材料的研究相互渗透,研究方法相互借鉴,产生了21世纪的材料科学。

“材料科学基础”着眼于材料基本问题诸如材料的结合键、材料的晶体结构及缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散,材料的塑性变形、材料的亚稳态。从金属材料的基本理论出发,将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起,使学生能把握材料的共性,熟悉材料的个性。本课程横向融合金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基础理论于一炉,纵向则充分利用学生已经学过的基础知识(包括高等数学、普通物理、物理化学、材料力学等),并能连接后续的材料的分析与表征、材料物理、材料加工工艺学等必修课程及高分子材料、无机非金属材料、金属材料等模块的选修课程。

二、教学内容的优化和选择

现代材料工业和技术的发展推动材料从组成、结构和功能的单一化向复合化、一体化发展,使培养大材料、宽专业人才的教学改革迫在眉睫。在此形势下,2002年暨南大学材料科学与工程专业设立并开始招收首届本科学生,确定了《材料科学基础》为专业基础课(必修,72学时,4学分)。本课程内容旨在以物质结构和结构形成为主线将三大固体材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料)的基础知识有机结合,构建大材料专业公共性专业基础课教学体系。该课程体系旨在强化对学生重基础的通才教育模式,在教学内容上力求共性教学,突出个性特点。为此。从选择教材着手,优化教学内容,强化基础教学,着重培养学生科学的思维方法、创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力。

目前, “材料科学基础”教材体系可分为两大类。第一类沿袭“金属学”课程的教学内容,增加了少量无机非金属材料、高分子材料和复合材料等内容,往往侧重金属材料。这类教材基本上适合以金属材料为主导的材料科学与工程专业的教学。第二类教材则是在增加非金属材料、高分子材料、复合材料等新材料内容的同时,对该课程的所有内容进行了全新的组合,将它们有机地融入整个教材体系中,形成新的包含各种类型材料的教学体系。由于低年级本科学生的专业知识有限,这类教材在教学中要突出构建整个教学内容的逻辑性和条理性,避免学生掌握了各材料的个性,却忽视了各材料的共性,从而使整个课程陷入一个“材料学概论”的泥潭。为达到突出共性教学的目的,搭建一个合理材料科学与工程的知识平台,根据整个学科的培养方案和教学计划,我们选择上海交通大学出版社出版的面向21世纪新教材《材料科学基础》作为教材,从教学目标出发,该教材最显著的特点是着重于基本概念和基础理论,便于在教学中掌握深度和广度。根据本专业培养目标的要求和培养方案的特点,在确立教材内容、体系与后续课程的相互关联的基础上,在保持课程自身体系的完整性的条件下,兼顾到不同材料的特点及知识体系与要素课程内各个环节之间的逻辑关系,对该教材的内容进行了“扬弃”,将课程教学内容分为三大模块:

1 材料的结构。①微观结构:原子的排列方式、高分子链结构;②结构的完整性:晶体学基础、金属的晶体结构、合金、离子晶体结构规则、共价晶体结构、聚合物的晶态结构;③结构的不完整性:晶体缺陷、表面和界面、非晶态、亚稳态、准晶态。

2 固体中原子及分子的运动。①扩散:菲克第一、第二定律、扩散的热力学分析、扩散原子理论、影响因素;②高分子的分子运动:分子链的运动及其柔顺性、分子的运动方式及影响因素。

3 材料的组织结构变化。①材料的形变和再结晶:单晶和多晶体的塑性变形、回复和再结晶;②相图。单元系相图:凝固、形核和晶体长大;二元系相图:匀晶、共晶和包晶相图、混溶间隙、相图分析;三元系相图:相图基础、三元匀晶和共晶相图。

为了在上述教学内容中力求共性教学,以最大限度地淡化三大材料各自的专业色彩,力求突出共性的内容。例如,相平衡与相图的内容,选择了相律、相平衡热力学理论、一元、两元和三元基本相图类型的阅读等为重点内容,而淡化与此相关的教材中有关金属材料的冶金和铸造 

方面的内容。

通过多年的教学实践,上述教学内容的优化既得到了后续课程教师的肯定,又使学生学以致用,达到了奠定学科专业基础、培养科学思维的目的。

三、教学内容组织方式与目的

本课程教学内容的特点是“三多一少”,即叙述性的原理、规律多,需要记忆的概念、定义多,课程内容知识点多。理论计算少。因该课程内容枯燥、抽象,学生感到难学。具体表现在:不能很好地将数学理论应用到材料科学的基础课程、无法判定从而掌握教学内容中的重点、不能将所学的知识点和实际的材料联系起来。所以,我们在教学内容的组织上做了一些探索:

1 突破传统的“一本教科书”的局限性。本课程的教学内容在严格按照教学大纲和教学计划授课的同时,综合多种中文教材、英文教材等,力图做到知识面完整、讲授描述通俗易懂。如针对本专业每年都有数目不等的海外学生的特点,在教学提倡采用台湾晓园出版社出版的《材料科学与工程》作为补充性教材,提升外招学生对学科知识的认同感和认知度。

2 探索课堂教学,有所为,有所不为。课堂讲重点、难点,讲思路,留给学生充分的思考时间和空间,以调动他们的主动性和积极性。对难点和重点内容,尽量举出其应用实例,结合学科前沿知识,使学生知道该原理的用处,听课时不感到抽象、空洞,达到了理论联系实际的目的。而且,对重点和难点内容务必做到举一反三,确保学生能够掌握,以达到以点带面,进而掌握所学知识的目的。

3 注重教学内容的连贯性,连通性,提高学生对所学知识点的融会贯通能力。本课程在教学过程中,提倡预习,并将即将讲授的知识点与所学基础知识点的关联告知学生,使其掌握学习的主动性。对部分关联度高的章节,采用课堂讨论、换位讲授等方法,调动课堂气氛,使学生自觉地运用基础知识解决教学过程中的难点,从而提高他们通晓所学知识点的能力,达到全面提升专业素质和人文素质的目的。例如,在相图的学习中,尝试让学生利用所学的物理、化学知识换位讲授一元相图和二元相图的基础,一方面使他们学会对所学知识点进行归纳和演绎,另一方面提升他们的口头表达、演讲技巧。

4 充分、恰当地采用现代化多媒体教学方法,并辅之以动画,实现图、文、声、像的视听一体化教学。特别是对那些教学难点和需要丰富空间想象力的内容,形象、生动地展示在学生面前,既直观又富动感,可明显提高教学效果。

四、教学方法与教学手段

“材料科学基础”课程内容抽象、概念性强,学生在学习时容易感到枯燥难学。因此,在课堂上应常采用启发式教育,常用提问、问答或引而不发方法,调动学生的积极思维能力。在讲授时使用ppt演示文稿,尽量多用教学模型、挂图、照片和曲线图表等形象化语言。涉及部分教学内容如位错运动等,应结合动画生动地用图像演示给学生,以加深他们对课程内容的理解,提高学习兴趣。对于部分与前期知识关联度高的基本理论如单元相图,组织学生进行课堂讨论(seminar),并以学生发言为主,让他们直接参与教学。对需要运用较多数学知识且理论性较强的内容,如扩散第一、第二定律,应多采用板书推导,加强逻辑性学习。另外,为了提高学生对那些需要有丰富空间想象力的晶体结构、金相组织的转变和识别、位错、位错增殖和缠结过程等知识难点的理解和掌握,将先进的多媒体现代化教学手段引入材料科学基础教学中,并让它们以二维或三维动画形式生动形象地展示在学生面前,弥补传统教学在时间和空间等方面的不足,以提高教学效果。在课外,还可建立qq空间,在群聊中解决课堂中来不及解决的问题,通过师生交流,提高学生探索性自学能力和学习的积极性。

在“宽口径,大平台”培养模式下开展材料科学与工程教学, “材料科学基础”作为专业必修的主干课程,突出共性教学是打好学科专业知识的必备条件。从时代的需要出发,合理选择及组织教学内容、创新教学手段和方法,使其与教学内容相互协调,是构建新时代“材料科学基础”教学体系的关键。今后, “材料科学基础课程”将继续围绕以符合时展、符合教育规律为中心开展课程建设,不断探索和实践,为成功培养宽专业人才奠定基础。

参考文献:

[1]石德珂,材料科学基础[m],北京:机械工业出版社,2003。

[21张联盟等,材料科学基础[m],武汉:武汉理工大学出版社,2004。

[3]刘智恩,材料科学基础[m],西安:西北工业大学出版社,2003。

[4]donald r,askeland,材料科学与工程[上下册)[m]台北:晓园出版社,1989。

[5]william d callister,fundamentals of materials science andengineering[m],北京:化学工业出版社,2004。

[6]胡赓祥等,材料科学基础[m],上海:上海交通大学出版社,2006。

[7]杨雄,材料科学基础-教学大纲和教材的改革与建设[j],科教文汇,2008,(7)。

[8]董兵海等,材料科学基础课程教学模式探讨[j],新课程研究(职业教育),2008,(135):18—20。

[9]齐义辉,韩萍,材料科学基础课程的教学改革与实践[j],辽宁工学院学报,2007,9(2):138—139。

材料化学工程论文篇10

材料化学作为化学和材料科学的一个交叉学科,受到了各国政府的重视,许多高校纷纷设立材料化学专业。为适应21世纪社会对材料化学专业人才的需求,经安徽省教育厅批准,我校于2003年增设了材料化学本科专业,并在当年正式招生,目前已经有5届毕业生,学生就业情况良好。材料化学作为材料科学与工程学科的二级学科专业,培养的是应用型理科人才,所以材料化学专业学生不但要加强数学、物理、化学及材料学科等基础理论知识的学习,还必须接受更多的应用性、实践性的知识教育。如何完成这一培养目标,使材料化学专业人才的培养能够满足现代化社会发展对本专业人才的需求,是高校材料化学专业教育工作者必须面对的现实问题。只有进一步转变教育思想和观念,深化教育改革,革新教学体系,优化课程体系中实践性教学环节,才能培养出掌握基本理论知识,动手能力强,富有创造精神的材料化学专业人才,才能办出高水平的材料化学专业,以满足经济建设和社会发展的需求。

1 材料化学专业人才培养方案基本框架

从“厚基础、强能力、重实践”的人才培养总体要求出发,设计培养方案、课程体系,优化教学内容。我校材料化学专业教育内容和知识体系由公共基础课程、通识教育课程、专业课程、专业选修课程和实践性课程五大部分内容构成。

公共基础课程包括:思想教育,体育活动,大学英语和计算机基础等。

通识教育课程包括:人文社会类,自然科学和艺术类等知识体系。

专业课程包括:大类平台专业基础课程和材料化学专业课程。

专业选修课程包括:材料化学专业方向性选修课程。

实践性课程包括:课程设计、毕业实习、毕业论文、社会实践、科技活动等材料化学专业实践训练知识体系。

2 材料化学专业课程体系设计

材料化学作为化学和材料科学的交叉学科,其课程要求学生掌握材料化学的基础知识和基础理论,培养学生具有材料的制备、表征、技术开发和生产的基本能力。在构建材料化学专业课程体系时,我们一直强化教学环节的科学性、系统性和综合性,将所有教育环节分为公共基础课程、通识教育课程、专业课程、专业选修课程和实践性课程五个知识体系。其专业课程体系以无机化学、分析化学、有机化学和物理化学的理论课程和实验课程基础,把材料科学基础、材料化学、材料物理等作为本专业的入门专业课程。在经过这些课程的学习之后,陆续学习高分子化学、高分子物理、材料性能学、材料现代分析技术、机械制图等专业课程,在此基础上通过专业选修课程的学习形成专业特色方向。并通过开设材料科学导论、纳米材料导论等任选课程拓宽学生的知识面。为了淡化专业界限,我校材料化学专业和化学、应用化学专业实施按大类培养,统一设置通识教育和基础教育平台。在2011年修订的材料化学专业人才培养方案中,课程教学计划课内总学时为2633学时,学生毕业应取得总学分为154学分,其中,通识教育和基础教育与我校化学专业和应用化学专业一致;专业教育、实践教学和综合教育的课程体系与化学专业和应用化学专业有区别的开设,更加突显材料化学的特色。

3 构建相对完善的实践教学体系

3.1 构建新的实践教学体系

材料化学作为一门实践性很强的交叉学科,在教学计划中强化实践教学环节,确保实践教学环节的实施。按照本专业人才培养目标的定位,我们优化完善了实践教学体系。将实践教学体系分为三个层次:一是基础实验层次,注重基础技能训练,培养学生对科学现象的观察和分析能力;二是测量实验层次,注重专业技能训练,设置了课程设计、综合性和设计性实验等内容,培养学生的专业实践能力;三是综合实践层次,注重综合素质训练,设置了毕业设计(论文)、社会实践、科技竞赛和创新性实践活动等内容,培养学生对所学知识的综合运用能力。

3.2 更新重组实践教学内容

在2011年修订的人才培养方案中实践教学环节为35学分,占总学分的22.7%。实践教学内容重点强调以能力培养为核心,优化和重组了原四大化学(无机、有机、分析和物理化学)实验教学的内容与结构,将实践教学内容分层次进行教学,确立了基础实验、测量实验和专业实验三层次的实验教学体系,涵盖了验证性实验、综合设计性实验和研究性实验等教学内容。同时,积极推进实践教学内容的更新和方法手段的改革,减少验证性实验,积极创造条件增开综合性、设计性实验、研究性实验,强化毕业论文实践环节的检查和指导;加强校企合作,积极安排生产实习和社会实践活动,进一步加强对学生实验技能、实践能力的培养,培养学生的动手能力和创新能力。

4 结语

材料化学专业的培养方案、课程体系的探索和完善将是在科学发展观的指导下我们今后多年的一大工作任务。要坚持以就业为导向定位人才培养目标,结合社会需求和学科发展实际,研究建立专业人才培养模式,提高材料化学专业毕业生的就业能力;以能力培养为本位构建专业课程体系,提高学生的理论知识水平,课程体系遵循“厚基础、强能力、重实践”的人才培养模式制定教学计划,在四年教学计划的基础上,分析理论教学相关课程,优化教学内容,合理分配理论课程学时数,使课程体系逐渐趋于科学、规范,达到构建合理的专业课程体系、优化学生知识结构和促进专业人才培养的目的。

参考文献

[1] 禹筱元,罗颖,董先明.材料化学专业人才培养模式的改革与实践[j].高教论坛,2010(1):24-25,39.

[2] 宋金玲,蔡颖,王瑞芬,等.材料化学专业人才培养模式的研究与实践[j].价值工程,2011:273-274.

[3] 易清风,申少华,肖秋国,等.教学研究型高校材料化学专业创新人才培养模式的探索与研究[j].广东化工,2011,38(10):174-175.

[4] 郭琳琳.材料化学课程设置与教学初探[j].沧州师范专科学校学报,2010,26(1):115-116.

材料化学工程论文篇11

[关键词]材料科学与工程专业 材料科学基础 教学

“材料科学基础”是研究材料的成分、结构、性能之间的关系及其变化规律的一门基础学科,是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业基础课。根据教育部提出的拓宽专业口径、按专业大类进行人才培养的基本思路和1997年国务院学位办颁发的新专业目录,材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料。为此,各相关高校在材料科学与工程专业主干课程“材料科学基础”的教学上都进行了教学改革。暨南大学材料科学与工程专业自2002年设立以来,就依据教育部的要求,将专业培养目标设定为培养“大材料”科学研究与工程技术所需的人才。故“材料科学基础”课程内容设置为介绍三大材料的基础知识,在教学模式、手段及课程配套方面也具有鲜明的特色。本文阐述了暨南大学材料科学与工程系以“奠定学科专业基础,培养学生科学的思维能力”为宗旨,开展“材料科学基础”教学工作的经验和体会。并以此为契机,进一步优化教学内容,探索新的教学模式和教学手段,进一步提高教学质量。

一、课程发展历史、性质与定位

材料是人类文明发展的基石。人类发展的文明史就是按石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代来划分的,可见材料对人类文明进程的重要贡献。与人类使用材料的漫长历史相比,对材料的研究即材料科学的历史比较短暂。19世纪中叶,开始采用金相显微镜研究钢铁,相平衡热力学和统计热力学则为建立材料的相平衡与相变提供了理论基础。20世纪20年代,原子结构和量子力学提供了研究材料微观结构的理论,X射线衍射技术和电子显微技术为探索材料的微观结构提供了手段。20世纪50年代,金属学已初具规模。高校金属材料专业都开设了《金属学》课程。到20世纪60年代,世界经济的腾飞促使陶瓷学和高分子材料学建立,其代表作分别为wG金格瑞的《陶瓷导论》(Introduction to Ceramics)和PJ Flory的《高分子化学与物理》(Polymer chemistry and physics)。前者,wG金格瑞教授将金属学的原理应用于无机材料的结构、热力学、动力学、相变及性能分析当中,成功地指导了水泥、玻璃和陶瓷材料的生产和科研。而PJ Flory教授则主要围绕聚合物的合成过程、聚集态结构以及物理、化学等行为特征,阐述了高分子材料的结构及性能。到今天,三大材料的研究相互渗透,研究方法相互借鉴,产生了21世纪的材料科学。

“材料科学基础”着眼于材料基本问题诸如材料的结合键、材料的晶体结构及缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散,材料的塑性变形、材料的亚稳态。从金属材料的基本理论出发,将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起,使学生能把握材料的共性,熟悉材料的个性。本课程横向融合金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基础理论于一炉,纵向则充分利用学生已经学过的基础知识(包括高等数学、普通物理、物理化学、材料力学等),并能连接后续的材料的分析与表征、材料物理、材料加工工艺学等必修课程及高分子材料、无机非金属材料、金属材料等模块的选修课程。

二、教学内容的优化和选择

现代材料工业和技术的发展推动材料从组成、结构和功能的单一化向复合化、一体化发展,使培养大材料、宽专业人才的教学改革迫在眉睫。在此形势下,2002年暨南大学材料科学与工程专业设立并开始招收首届本科学生,确定了《材料科学基础》为专业基础课(必修,72学时,4学分)。本课程内容旨在以物质结构和结构形成为主线将三大固体材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料)的基础知识有机结合,构建大材料专业公共性专业基础课教学体系。该课程体系旨在强化对学生重基础的通才教育模式,在教学内容上力求共性教学,突出个性特点。为此。从选择教材着手,优化教学内容,强化基础教学,着重培养学生科学的思维方法、创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力。

目前, “材料科学基础”教材体系可分为两大类。第一类沿袭“金属学”课程的教学内容,增加了少量无机非金属材料、高分子材料和复合材料等内容,往往侧重金属材料。这类教材基本上适合以金属材料为主导的材料科学与工程专业的教学。第二类教材则是在增加非金属材料、高分子材料、复合材料等新材料内容的同时,对该课程的所有内容进行了全新的组合,将它们有机地融入整个教材体系中,形成新的包含各种类型材料的教学体系。由于低年级本科学生的专业知识有限,这类教材在教学中要突出构建整个教学内容的逻辑性和条理性,避免学生掌握了各材料的个性,却忽视了各材料的共性,从而使整个课程陷入一个“材料学概论”的泥潭。为达到突出共性教学的目的,搭建一个合理材料科学与工程的知识平台,根据整个学科的培养方案和教学计划,我们选择上海交通大学出版社出版的面向21世纪新教材《材料科学基础》作为教材,从教学目标出发,该教材最显著的特点是着重于基本概念和基础理论,便于在教学中掌握深度和广度。根据本专业培养目标的要求和培养方案的特点,在确立教材内容、体系与后续课程的相互关联的基础上,在保持课程自身体系的完整性的条件下,兼顾到不同材料的特点及知识体系与要素课程内各个环节之间的逻辑关系,对该教材的内容进行了“扬弃”,将课程教学内容分为三大模块:

1 材料的结构。①微观结构:原子的排列方式、高分子链结构;②结构的完整性:晶体学基础、金属的晶体结构、合金、离子晶体结构规则、共价晶体结构、聚合物的晶态结构;③结构的不完整性:晶体缺陷、表面和界面、非晶态、亚稳态、准晶态。

2 固体中原子及分子的运动。①扩散:菲克第一、第二定律、扩散的热力学分析、扩散原子理论、影响因素;②高分子的分子运动:分子链的运动及其柔顺性、分子的运动方式及影响因素。

3 材料的组织结构变化。①材料的形变和再结晶:单晶和多晶体的塑性变形、回复和再结晶;②相图。单元系相图:凝固、形核和晶体长大;二元系相图:匀晶、共晶和包晶相图、混溶间隙、相图分析;三元系相图:相图基础、三元匀晶和共晶相图。

为了在上述教学内容中力求共性教学,以最大限度地淡化三大材料各自的专业色彩,力求突出共性的内容。例如,相平衡与相图的内容,选择了相律、相平衡热力学理论、一元、两元和三元基本相图类型的阅读等为重点内容,而淡化与此相关的教材中有关金属材料的冶金和铸造 转贴于 方面的内容。

通过多年的教学实践,上述教学内容的优化既得到了后续课程教师的肯定,又使学生学以致用,达到了奠定学科专业基础、培养科学思维的目的。

三、教学内容组织方式与目的

本课程教学内容的特点是“三多一少”,即叙述性的原理、规律多,需要记忆的概念、定义多,课程内容知识点多。理论计算少。因该课程内容枯燥、抽象,学生感到难学。具体表现在:不能很好地将数学理论应用到材料科学的基础课程、无法判定从而掌握教学内容中的重点、不能将所学的知识点和实际的材料联系起来。所以,我们在教学内容的组织上做了一些探索:

1 突破传统的“一本教科书”的局限性。本课程的教学内容在严格按照教学大纲和教学计划授课的同时,综合多种中文教材、英文教材等,力图做到知识面完整、讲授描述通俗易懂。如针对本专业每年都有数目不等的海外学生的特点,在教学提倡采用台湾晓园出版社出版的《材料科学与工程》作为补充性教材,提升外招学生对学科知识的认同感和认知度。

2 探索课堂教学,有所为,有所不为。课堂讲重点、难点,讲思路,留给学生充分的思考时间和空间,以调动他们的主动性和积极性。对难点和重点内容,尽量举出其应用实例,结合学科前沿知识,使学生知道该原理的用处,听课时不感到抽象、空洞,达到了理论联系实际的目的。而且,对重点和难点内容务必做到举一反三,确保学生能够掌握,以达到以点带面,进而掌握所学知识的目的。

3 注重教学内容的连贯性,连通性,提高学生对所学知识点的融会贯通能力。本课程在教学过程中,提倡预习,并将即将讲授的知识点与所学基础知识点的关联告知学生,使其掌握学习的主动性。对部分关联度高的章节,采用课堂讨论、换位讲授等方法,调动课堂气氛,使学生自觉地运用基础知识解决教学过程中的难点,从而提高他们通晓所学知识点的能力,达到全面提升专业素质和人文素质的目的。例如,在相图的学习中,尝试让学生利用所学的物理、化学知识换位讲授一元相图和二元相图的基础,一方面使他们学会对所学知识点进行归纳和演绎,另一方面提升他们的口头表达、演讲技巧。

4 充分、恰当地采用现代化多媒体教学方法,并辅之以动画,实现图、文、声、像的视听一体化教学。特别是对那些教学难点和需要丰富空间想象力的内容,形象、生动地展示在学生面前,既直观又富动感,可明显提高教学效果。

四、教学方法与教学手段

“材料科学基础”课程内容抽象、概念性强,学生在学习时容易感到枯燥难学。因此,在课堂上应常采用启发式教育,常用提问、问答或引而不发方法,调动学生的积极思维能力。在讲授时使用PPT演示文稿,尽量多用教学模型、挂图、照片和曲线图表等形象化语言。涉及部分教学内容如位错运动等,应结合动画生动地用图像演示给学生,以加深他们对课程内容的理解,提高学习兴趣。对于部分与前期知识关联度高的基本理论如单元相图,组织学生进行课堂讨论(seminar),并以学生发言为主,让他们直接参与教学。对需要运用较多数学知识且理论性较强的内容,如扩散第一、第二定律,应多采用板书推导,加强逻辑性学习。另外,为了提高学生对那些需要有丰富空间想象力的晶体结构、金相组织的转变和识别、位错、位错增殖和缠结过程等知识难点的理解和掌握,将先进的多媒体现代化教学手段引入材料科学基础教学中,并让它们以二维或三维动画形式生动形象地展示在学生面前,弥补传统教学在时间和空间等方面的不足,以提高教学效果。在课外,还可建立QQ空间,在群聊中解决课堂中来不及解决的问题,通过师生交流,提高学生探索性自学能力和学习的积极性。

在“宽口径,大平台”培养模式下开展材料科学与工程教学, “材料科学基础”作为专业必修的主干课程,突出共性教学是打好学科专业知识的必备条件。从时代的需要出发,合理选择及组织教学内容、创新教学手段和方法,使其与教学内容相互协调,是构建新时代“材料科学基础”教学体系的关键。今后, “材料科学基础课程”将继续围绕以符合时展、符合教育规律为中心开展课程建设,不断探索和实践,为成功培养宽专业人才奠定基础。

参考文献:

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[4]Donald R,Askeland,材料科学与工程[上下册)[M]台北:晓园出版社,1989。

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[6]胡赓祥等,材料科学基础[M],上海:上海交通大学出版社,2006。

[7]杨雄,材料科学基础-教学大纲和教材的改革与建设[J],科教文汇,2008,(7)。

[8]董兵海等,材料科学基础课程教学模式探讨[J],新课程研究(职业教育),2008,(135):18—20。

[9]齐义辉,韩萍,材料科学基础课程的教学改革与实践[J],辽宁工学院学报,2007,9(2):138—139。

材料化学工程论文篇12

我们清醒地认识到,中国石油大学(北京)材料工程专业型硕士的培养刚刚起步,比起国外著名高校材料工程专业硕士研究生的培养存在较大差距。我们就材料工程专业的教学、实践、企业工作站科研与生活、毕业论文等方面存在的问题调查了已经毕业和在站的材料工程专业硕士研究生。学生普遍反映,与同一工作站其他高校的材料工程专业硕士生相比,中国石油大学(北京)学生在站时间为1年半至2年,其他高校学生大多为1年,中国石油大学(北京)学生在进入工作站之前已经开展了10周的工程实践训练,学生进入企业工作站所安排的研究课题相对较快,他们在进站工作中和工作站的员工接触非常融洽,都能够很快地适应工作环境,增长了社会见识,增强了沟通能力,而且企业工作站导师与校方导师之间有良好的沟通,学生能够很快地融入企业工作站的科研工作中。学生可以经常到油气田现场工作,对现场工作的认识更加深刻,现场工作经验非常丰富。学生也反映,尽管已有10周的工程实践经验,但是由于缺乏科研经验,导致进入课题研究的时间比较长,而工作站还很少对学生的课题研究进度进行考核和监督,致使课题的进展缓慢,最终影响论文的完成进度。工作站地点离学校较远,学生很少能回到学校和导师进行深入的面对面交流,致使导师对学生的研究情况不了解,而学生在研究过程中遇到的问题也不能得到彻底的解决,导致学生不能对课题进行深度的研究。在实际的课题研究过程中,由于现场工作条件测试手段的局限性,学生只能学会一些简单的检测技术,导致学生的学术深度不够。学生对目前的情况提出了自己的解决办法,包括:(1)研究生应带着项目进工作站,且在进入工作站之前,应该进行一些有关项目的培训工作;(2)要求进站研究生定期回学校汇报工作情况;(3)加强和工作站的沟通,由工作站抽查学生的出勤情况;(4)根据情况,实行专业型硕士研究生与不同的企业工作站实行双向选择;(5)在派遣学生进入工作站之前,应考察工作站的食宿医疗状况。通过分析,我们总结出专业型研究生培养过程中所存在的一系列问题:(1)由于专业型硕士研究生没有科研经验,不知道如何开展课题研究;(2)学校导师不知道每个研究生的具体研究内容、研究过程中存在的困难、课题进展情况、现场导师的指导情况等;(3)作为专业型硕士研究生应该掌握现代化的检测手段,并能够利用这些手段分析研究材料的性能、结构,但由于现场实验室的实验手段、仪器设备相对比较落后,导致现场的学生只是从事比较简单的金相分析、硬度分析、尺寸测量等没有科技含量的工作,这对于提高研究生的创新能力极为不利;(4)学生到现场后,认为自己不属于单位的工作人员,上班时间不去单位,甚至长期不到试验现场,缺乏自律性的学生没有把自己看做是一名研究生,工作积极性和主动性不够高,而现场导师也不能及时把他们的状况反馈到学校,导致学校、企业工作站和研究生之间缺乏相互沟通。由此可见,真正培养出市场紧缺的应用型人才,仅靠企业工作站明显不能满足要求。

(二)授课与学术交流的现状

专业型研究生区别于学术型研究生最主要的特征就是实践和应用能力。教育部指导意见明确指出专业学位研究生在校期间,必须保证不少于半年的实践教学,但受传统教学模式的影响,对在校研究生的培养大多仍然采用“教师授课—学生听课—考试”的本科化模式,即以教师为授课主体,将课本知识灌输给学生,或者教师布置要讨论学习的内容,让学生自己准备某一专题的内容,然后由该生讲授。这种传统的授课方式会导致学生专业知识面狭窄、综合能力低和学生充分利用学校和教师资源来提升自己的学习水平较低。从学术交流角度来看,研究生本是学科前沿的代表,应主动参与学术交流活动,但从实际情况来看,参与学术交流活动的研究生比例偏小,尤其是到工作站后参与学术交流的机会更少,大多以课题研究代替社会实践居多,不少学生没有安排实践,参与科研课题级别分布明显,牵头主持过课题的学生数量不多。可见,突出实践能力培养是全日制专业型研究生教育与学术型研究生教育区别之所在。因此,我们应对学生的学术交流、工程实践训练、企业站实习等问题制订切实可行的方案,提高学生创新能力。

(三)毕业论文现状

学位论文是研究生科学研究的重要成果,也是衡量研究生能否获得学位的重要依据之一。为了实现全日制专业学位研究生的培养目标,在评价学位论文质量时要摒弃以学术需求为导向的传统思维。专业学位论文不像学术学位论文那样注重原创性,而是侧重实践探索的创新,体现综合运用相关专业知识分析和解决实际问题,以及独立承担专业领域实际工作和管理工作的能力。此外,专业学位论文要突出社会性、经济性和实用性。专业学位论文必须立足于实践,在调查研究的基础上针对实践工作中需要研究的问题,或者制约某个部门、行业或企业发展所亟须解决的问题进行研究。再次,学位论文形式可以多种多样,可采用调研报告、应用基础研究、规划设计、产品开发、案例分析、项目管理、文学艺术作品等多种形式,主要体现专业型研究生运用知识解决实际问题的能力。专业硕士的培养目标是培养更多应用型、复合型的高层次专门人才,但并不是不要求了解最先进的分析手段,只是解决具体的问题即可。而已经毕业的2009级材料工程专业硕士学位论文远没有达到上述目标,其存在一定缺陷。譬如,一名学生开展二氧化碳驱输送系统腐蚀控制研究,主要针对近年来国内几大油田均进行二氧化碳驱先导试验后发现,二氧化碳驱过程中存在不同程度的腐蚀问题,导致某些工艺设施使用寿命仅为1~2年,为此必须开展缓蚀剂、防腐涂料等技术攻关以解决二氧化碳驱油注采输系统中金属设施的腐蚀问题。该生研究了二氧化碳驱采出水的腐蚀规律,针对二氧化碳驱的腐蚀条件,选择了多种材料进行筛选试验,确定了两种可行的金属材料,并筛选了缓蚀剂和防腐涂层。文中采用的实验手段包括压腐蚀挂片试验、高压腐蚀试验、腐蚀速率的测定、缓蚀剂合成及筛选试验、涂层优选试验。在论文中,只是开展了腐蚀试验,测定了腐蚀速率,没有提出较为创新性的试验。大多专业型硕士研究生论文都存在类似的问题,即创新能力不强、所从事的工作大多是企业工作站工作人员就可以开展的工作、所使用的仪器设备大多是比较普通的仪器设备,这表明专业硕士的培养环节仍缺乏创新能力的培养。

二、提高材料工程专业研究生培养质量的对策

(一)授课方式

要求在完善研究生专业基础知识结构的基础上以启发讨论式为主,辅之以其他多种形式的教学形式。在讲授基础知识后,以小组讨论的方式开展启发式教学。研究生在探讨问题的过程中,可以发表各自见解,同时将点滴的灵感融入集体配合协作之中。在授课内容上,授课教师根据学生在实际中需要掌握的知识去组织内容,提供若干参考教材、课程相关论文以及在相关学科中具有影响力或者有争论的论文给学生,扩大学生阅读面,跟踪最新的与课程相关的热门理论和实际应用情况,从而提高学生的创新能力。同时,授课教师可讲授学科前沿领域所面临的技术难题以及所对应的措施,使研究生少走些弯路,研究生学位论文也能够站在更高的起点,引导研究生进行深入思考。

(二)招生与录取对策

我们对报考材料科学与工程系的研究生大力宣传国家关于发展全日制专业学位研究生教育的各项政策,大力宣传经济社会发展对于应用型、高素质人才的迫切需要,大力宣传发挥好全日制专业学位硕士研究生作用对于促进我国经济社会又好又快发展的重要意义,营造良好的舆论环境,形成优秀人才踊跃报考专业硕士的氛围。同时增加全日制专业学位推荐免试的人数并给予相关的政策支持。报考专业型硕士研究生的学生优先录取,报考学术型研究生若不能被录取,没有机会转为专业型硕士研究生。录取为专业型研究生的,给予全日制专业学位更高的待遇,奖学金的评选也采取倾斜政策,全日制专业学位研究生所享受的待遇高于学术型硕士研究生。与此同时,由于专业型硕士研究生都要到工作站开展毕业论文或毕业设计工作,学校导师也希望招学术型研究生而不希望招专业型研究生,为此,应制定政策要求带学术型研究生的导师每年缴纳不同数额的配套经费,带的人数越多缴纳的数额越高,而指导专业型研究生不需缴纳任何费用,并且给予一定补助。

(三)制订合理的培养方案

材料工程以材料科学、机械和力学等自然科学学科为基础,主要研究材料的组织结构、合成与加工、性质和使用性能之间的关系,解决实际生产中出现的材料问题。随着我国油气资源勘探开发不断向高原、沙漠、山地和海域等地质条件比较恶劣的地区扩展,恶劣地质条件对油气装备用材料性能提出了更高要求,材料工程专业研究生需解决复杂油气田开采及储运过程中所面临的复杂难题,因此提出材料工程专业研究生应能够运用现代信息技术获取信息并进行调研分析的能力,应具有较强的综合运用材料工程专业理论和技术手段提出、分析并解决材料工程实际问题的能力,确定了几个培养方向。(1)腐蚀与防护工程:开展油气装备金属材料的H2S/CO2腐蚀机制与寿命预测研究,研究钢和耐蚀合金在高温高压H2S/CO2条件下的腐蚀失效机理及防护措施,解决油气安全生产所面临的关键问题。(2)高分子材料工程:基于高分子材料的微观结构与性能关系,通过分子结构设计、修饰新方法新技术,以高分子材料在高温高压高H2S/CO2介质中的老化机理为指导,开展高强、耐磨、耐腐蚀橡胶、涂层及工程塑料的研究与应用。(3)石油工程材料:基于材料科学理论,开发石油新型装备材料以及材料性能表征,满足日益苛刻的油气田环境对材料的要求。(4)先进功能材料:以材料的多功能化与智能化为目标,研发先进的功能材料及智能材料,满足现代高技术发展对先进功能材料的需求。要求专业硕士研究生入学后在学校导师和现场导师的指导下,明确研究方向、学习相关课程及进行资料和文献调查研究。每位硕士研究生在论文开题之前,必须阅读至少40篇与所从事的研究工作相关的文献,其中外文文献的数量不得少于15篇,并写出文献综述报告。工程硕士专业学位论文形式可以是工程设计、技术研究或技术改造、工程管理类型。论文工作应有明确的工程应用背景或来源于工程实际,有一定的技术难度,论文成果具有一定的先进性和实用性。对不同形式的论文有不同的要求,对于工程设计类论文,应以解决生产或工程实际问题为重点,要求设计方案正确、布局及设计结构合理、数据准确、设计符合行业标准;对于技术研究或技术改造类项目论文,要求分析过程正确、实验方法科学、实验结果可信;对于工程管理的论文,要求应有明确的工程应用背景,研究成果应具有一定经济或社会效益,统计或收集的数据可靠、充分,理论建模和分析方法科学正确。在入学后的第四学期开展中期考核,包括考核学生的选题与工程实际、工程技术和产业背景的关联度,对工程实际产生作用或价值,以及是否有利于解决当前工程实际、工程技术面临的难题,是否对产业有重要技术创新。考核学生课题的进展情况,如与开题报告时相比,完成课题研究工作的比例,是否在中期考核前取得相应科研成果;考核学生是否完成实践活动并提交实践报告;考核学生参加课题组内报告和参加国内外教授的学术报告情况,以及下一阶段工作安排的合理性和可行性,是否能按期完成课题研究,是否能按期完成学位论文等相关工作。

(四)工程实践课程的制订

中国石油大学(北京)材料工程研究生工程实践课程,安排在入学一年课程学习之后。以腐蚀与防护工程方向为例,我们开展10周的涉及腐蚀与防护相关的专业实习,是全日制硕士专业学位研究生了解油气田生产开发过程中石油装备材料与腐蚀防护技术专业知识的重要实践教学环节。通过现场材料与腐蚀工况、防腐措施的调研实习,辅以现场工程技术人员和教师的讲授等实践环节,熟悉油气田生产开发的主要设备和工艺流程,了解我国油气田生产开发过程中使用材料以及材料腐蚀与防护技术应用现状,增强学生对油田现场所使用的金属材料、非金属材料以及材料腐蚀与防护专业的感性认识,培养学生综合应用专业理论知识解决现场腐蚀与防腐问题的工程实践能力。通过专业实习,学生应达到以下基本要求:(1)了解井下管柱系统、井口装置与阀门、集输站场等关键部件的材质、腐蚀工况条件及腐蚀失效现象;(2)了解油田现场主要采取的控制或预防腐蚀的各种措施及其效果;(3)了解油田现场采取的腐蚀速度监测检测技术、腐蚀评定方法和标准;(4)总结油田现场腐蚀失效规律,分析油田现场发生腐蚀失效的可能原因和腐蚀机理,评价防腐措施的有效性。

(五)试验平台建设

重点是筹措经费建立研究生专用实验平台,大力开展实验教学,着力培养研究生的创新思维、实践能力和动手能力。在实验室环境、硬件设置、软件安装方面,按照研究生的教学和科研要求进行规划。如腐蚀与防护工程方向的实验室,设有制样室、常温常压室、高温高压室、电化学室、环境力学室等。近年来,学校加大投入,先后买入了多台电化学测量仪器、高温高压釜、慢拉伸试验机、拉扭疲劳试验机等,完全可以满足学生在腐蚀与防护工程方面的教学和科研需求,所提供的优质科研条件在研究生实践教学环节中得到了充分利用,使研究生科研能力及实践能力的培养更加系统和全面,极大地提升了材料工程专业研究生的科研创新能力和实践能力。

(六)企业工作站与学校优势资源共享,合作申报科研课题

重点是拓宽企业工作站与学校的沟通渠道,大幅增加前沿实践性、创新应用性课程,打通学校和企业工作站的沟通渠道,让三大石油公司相关机构参与大学课程体系建设。为此,学校组织导师深入三大石油公司相关机构实践基地考察调研实践课题,根据企业工作站对专业型研究生培养的目标要求完善课程设置体系,强化课程的实践创新性。与此同时,我们聘请了大量企业工作站的导师,让有丰富实践经验的专家教授走进课堂,讲授实践性质较强的课程,导师和学生共同探讨实践性课题中的设计、研究和问题等,依托各企业工作站实践基地或以实践基地为主组织研究生课程教学,让学生身临其境地学习、感受。学术型研究生主要从事自然基金项目的基础研究工作,专业型研究生的创新能力的提高,需要从具有高技术难度的技术难题入手,其中作为技术骨干参与国家863项目、国家科技部中小企业创新基金、科技部星火计划和国家科技部科技支撑计划等项目,对于提高研究生的创新能力具有巨大推动作用。我们与部分企业工作站已经开展了这方面的合作,取得了良好的效果。譬如,我们与一家企业共同申报国家科技部科技支撑计划,主要开展采输系统二氧化碳腐蚀控制关键技术研究,进入该企业工作站的学生主要围绕该计划开展如下工作。(1)开展二氧化碳驱产出井及集输管线腐蚀影响因素及影响程度研究:针对二氧化碳驱高含二氧化碳采出液性质,找出影响二氧化碳驱产出井及集输管线腐蚀的主要因素。(2)产出井及集输系统耐二氧化碳腐蚀涂、衬层以及耐蚀材料的优选研究:针对二氧化碳驱体系的特点,研究玻璃钢环氧树脂内衬层、煤焦油环氧树脂防腐涂层、纳米陶瓷涂层、超高分子量PE内衬复合管、玻璃钢管、合金管等在该腐蚀体系中的耐蚀性能并优化耐二氧化碳腐蚀涂、衬层。(3)产出井及集输管线二氧化碳腐蚀体系缓蚀技术研究:在确定二氧化碳驱产出井及集输管线腐蚀的主要影响因素的基础上,利用筛选、复配、优化等技术手段研究适合二氧化碳驱腐蚀体系的缓蚀剂,并研究缓蚀剂可行的现场加注工艺技术。(4)产出井及集输系统阻垢技术研究:利用筛选、复配、优化等技术手段研究适合不同部位的阻垢剂并研究阻垢剂的加注工艺技术。通过共同攻关,许多技术难题得到克服,研究生的创新能力得到极大提高。实践证明,共同合作申报科技攻关项目,让学生参与其中是切实可行的培养途径。