材料科学技术范文10篇

材料科学技术范文篇1

关键词：低碳经济；低碳技术；材料科学

低碳经济是指减少温室气体排放量的一种经济发展方式，特别是有效控制二氧化碳这种主要的温室气体的对外排放。低碳经济的主要目标就是实现排放的最小化以及污染的最小化，实质在于提升资源的利用率并创设新型的清洁能源发展结构，实现技术创新、制度创新和观念更新。同时，发展低碳经济涉及到生活、生产方式以及价值观乃至国家利益等多个范畴。世界气候变化关乎人类的生产和延续，因此各国都围绕低碳经济做出了努力，通过科学技术的研发以及生活方式、生产方式的转变来减少资源消耗、降低污染排放。实现经济发展和社会发展的双赢，在这样的背景下，材料科学技术的发展逐渐引起世界各国的重视。

一、低碳经济下材料科学技术的发展概述

在当前低碳经济环境下，很多国家为了适应经济全球化发展，踊跃发展科学技术。材料科学技术是其中很重要的一个范畴，很多国家将材料科学技术看作国家发展策略当中重要的构成成分，应当得到重点的扶持。在国际范围内欧美国家较先发展材料科学技术，并且无论在科学理念还是科学研究成果方面都位居前列。其中美国的材料科技战略的目的在于保持本国在全球范畴内的领先地位，掌握信息技术以及生命科学、环境科学乃至纳米技术的发展，实现能源、信息等重要的部门和领域的要求。欧洲国家的新材料科技战略的目标在于实现航空材料、电信材料等领域在世界范围内的领先，在欧洲的一些国家大力发展光电材料，纳米技术、超导技术等。通过产品的创新以及技术的创新，在新材料制造装备、加工以及应用等三个方面来实现低碳经济的发展。在亚洲国家当中，具有代表性的国家比如日本，重视材料科学技术的实用性，同时也注重产品的先进性，追求产品的高端化发展，争取在顶尖的领域赶超美国等发达国家。日本对于新材料的研究和传统材料的优化采用的是齐头并进的策略，重视对现有材料的性能提升以及对旧产品的回收利用等。在新世纪新材料技术发展筹划当中，重视环保型以及再生型产品的发展，以资源友好特性和环境保护特性为主要的发展标准，通过开发新的材料科学技术以解决资源匮乏和环境污染的问题。国内对于材料科学技术的发展也十分重视，具体体现在各大国家发展计划当中，为材料领域提供了可观的篇幅，在材料科学技术领域我国已经有了比较充分的技术体系，并且在材料领域的研发方面有了明显的进步，在一些新材料领域的研究上取得了明显的成效。但是我国缺乏自主创新能力，不够重视带有自主知识产权的材料以及技术的发展，严重妨碍了新材料以及技术的研究和发展。所以，我国依旧需要努力，改善材料技术的发展现状，实现低碳经济的发展。

二、低碳经济对于材料产业的具体要求

（一）产业结构调整。在低碳经济形势下，新材料产业需要尽快调整产业结构，压缩初始材料加工产能，推动产业链的深入发展，改造产业结构以及区域布局等。（二）技术更新。当前的制造业的发展和升级对低碳材料提出了更高的要求，需要通过技术的更新来实现低碳技术的发展，需要先占据技术主导权，实现产业发展的生命力，促进新材料新技术的更新和发展。（三）调整能源结构，改善生态环境。优化能源结构，降低碳排放，提升一些清洁能源在生产发展当中的应用，以实现经济以及环境的持续性发展。

三、材料技术科学在低碳材料领域当中的应用展望

（一）碳纤维复合材料。碳纤维是现阶段高端复合材料当中使用较为广泛的材料。现阶段工程领域对于结构的轻质化要求给碳纤维复合材料提供了更为广阔的发展环境。主要的应用领域有航空航天、空中运输等，利用碳纤维材料制造的飞行器有很好的实用性，比如助推力强，质量轻、噪音小等，能够起到减少能源消耗的作用。（二）节能建筑材料。在低碳经济中，建筑材料逐渐走向轻质化，绿色化的发展方向。建筑中经常采用透明的绝热材料和外部墙面复合构成透明的隔热墙，减少了由于空气对流产生的热量的损耗，负荷保温玻璃具有多重保温的性能，能够维持室温的稳定，减少能源的消耗，在外界温度变化的时候依旧能够有效的维持室内温度的稳定。另外，对太阳能资源的利用，太阳能可以产生绿色化的能源，可以有效地控制碳排放，实现经济的绿色化发展。（三）新型能源材料。随着人们逐渐对环境和能源问题的重视，清洁能源已经成为了一种比较有竞争力的能源之一，比如汽车能源领域的氢能源，能够实现传统能源难以实现的高效率转化。另外在电气领域，应用新型的储电装置，能够提升电能应用效率，应用前景十分广泛。

低碳经济是当前世界经济发展实现持续化的关键路径，这也是社会经济发展的内在要求。在全球气候变化，环境恶化以及全球能源储备减少的情况下，需要将材料科学技术与低碳经济发展理念紧密融合，开发出新型材料以及先进的低碳能源技术，以实现经济的可持续发展。

参考文献：

[1]张煜州.低碳经济发展的科技创新研究[J].科技风，2018，(04):9-10.

[2]赵红.低碳经济背景下建筑新材料产业的发展与挑战[J].价值工程，2017，(24)：3-4.

材料科学技术范文篇2

能源、信息和材料是现代经济发展的三大支柱，而材料更是基础。没有先进的材料就没有先进的工业、农业和科学技术．重大的技术革新往往起始于材料的革新。如20世纪50年代镍基超级合金的出现，将材料使用温度由原来的700℃提高到900X2从而使得超音速飞机问世。而高温陶瓷的出现则促进了表面温度高达1000~2的航天飞机的发展。近代新技术(原子能、计算机、集成电路、航天工业等)的发展又促进了新材料的研制。当前可称为精密陶瓷时代、复合材料时代、塑料时代或合成材料时代等等。材料可以从不同角度分类．根据材料的组成可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料(聚合物)和复合材料；根据特性和用途可将它分为结构材料和功能材料两大类。结构材料主要是利用其力学性能，制造需承受一定载荷的设备、零部件、建筑结构等。功能材料主要是利用其特殊物理性能(电学、热学、磁学、光学性能等)，用于制造各种电子器件、光敏元件、绝缘材料等。根据材料内部原子排列情况分为晶态和非晶态材料；根据材料的热力学状态分为稳态和亚稳态材料；根据材料尺寸分为一维(纤维及晶须)、二维(薄膜)和三维(大块)材料等。

2“材料科学”与“材料科学与工程”

材料科学(MaterialsScience)~科伴随着生产力发展和科技进步产生与发展。材料的各种性能是其化学成分和组织结构等内部因素在一定外界条件下的行为表现。研究材料主要是为了更有效地使用材料，即了解影响材料性能的各种因素，从而掌握提高其性能的途径。材料科学是阐明材料的性能和行为与其成分及内部组织结构之间的关系。一般认为，学科间的区别不是绝对的。材料科学是由多种学科分化而产生，而又通过集成走向成熟的。材料科学产生之初，有学者认为：冶金学仍然是一门健全的学科，拥有基本理论、方法和界限，但随着工程中日益不断地使用聚合物、陶瓷、玻璃和复合材料，其研究拓展为材料科学(Calvert，1997)。20世纪50年代，材料科学(MaterialsScience)这一新概念，主要源于冶金学，1958至于959年间美国大学教育性质的改变和各种新材料科学研究组织的形成，是材料科学形成的标志。西北大学(NorthWesternUifiversity)是最早将材料科学作为系名的大学(1954年)，并为本科生的研究生开设了相关课程，出版了《材料性能原理(PrinciplesofthePropertiesofMaterials))(1954年)一书，材料科学领域已经发展出多个分支，包括固体物理、冶金学、高分子化学、无机化学、矿物学、玻璃与陶瓷技术。一门学术型学科抽涉及的范围远远大于由大学里院系、学会和专业杂志所构成的群体，它是一所“看不见的学院(hwisiblecollege)”，它们的成员共享某一特定的研究传统，学者们从中学到了基本的理论框架、操作规范和技术方法。DavidTumbul(1983)~E《对“材料科学”产生和发展的评述》一文中，将材料科学定义为：在超分子水平上表征，认识和控制物质的结构．并建立这一结构与性能(力学、磁、电等)间的关系，即所谓的超分子科学。

MSE(MaterialsScienee&Engineering)的概念最初产生于20世纪50年代，到1960年已经基本稳固建立。在COsMT(1974)的报告中，将MSE定义为：涉及将材料成分、结构和制备与其性能和使用建立关系所形成并应用的知识。1957年美国政府出台了资助l2个相关实验室计划，首批三个材料科学实验室分别建立在康奈尔大学、宾西法尼亚大学和西北大学。这些实验室1972年由国家科学基金会(NSF)正式负责。此后各个大学教授的课程，也深受这些材料科学实验室所从事工作的影响。1958年，为了更好地已经建立的新学科的特征，又在系保后面加上了。与工程，并开始了。材料科学与工程的教育，如牛津大学的材料科学系也简单地更名为“材料系(DepartmentofMaterials)”。同期还有一批大学，如德克萨斯大学的奥斯分校等没有设立材料科学系，但已经开始了系间合作，进行了与材料科学相关的研究生教育，通常这种教育也不仅限于在“工程学院”之内。虽然没有这个系名，但老师的专业知识和研究生的研究工作集中在材料制备、固体化学、高分子工程与科学、X射线晶体学、生物材料、结构材料、材料理论和凝聚态材料及器件等相关领域。1964年麻省理工学院(MIT)也将系名以为“冶金与材料科学系”，1974年正式改名为“材料科学与工程系”。20世纪60年代，材料科学被引入欧洲的大学，如北威尔士大学、苏赛克大学和伯明翰大学。1956年，中国在西方工作过的科学工作者们制定一份科学技术规划时，认识当时的中国已经培养了具有金属材料方面知识的科技人员，但对合金及其热处理方面的科技人员数量不足，到1980年，已经有l7个院校的金属物理专业改为材料科学专业。

材料科学技术范文篇3

关键词：计算机；材料科学；具体运用

现阶段，计算机在材料科学领域得到了非常广泛的应用，尤其在材料液态成型、连接成型和塑性成型的过程中，借助计算机技术的先进性可以对材料成型工艺进行升级和优化，运用定量预测的方式代替传统模式中的动向描述。有关技术人员能够借助这种方式来提升自身的工作效率，同时防止人工误差对材料、工艺和环节造成的影响[1]。如今，经验试错法已经不适于当今时代的发展趋势，在计算机的协助之下，工作人员能够以更加便捷可靠的操作形式进行试验。将计算机技术运用到材料科学中，有助于形成质量好、实用性强的材料。

1计算机技术在材料科学中的应用

1.1在新材料设计中的应用

在分析材料设计的具体方式和尺寸测量等知识的过程中，应该将人工智能和大数据技术等当下比较火热的新技术运用到新材料设计工作中，这样能够拓展研究人员的思维，让他们在实际工作中加入更多的创新理念。利用传统模式进行工作的过程中需要运用复杂的化学理论和物理理论，计算机技术能够将这些杂乱的试验资料进行整合，并且衍生出全新的材料研发形式，从而有效提升工作效率，也提高了材料设计的整体质量[2]。

1.2在材料研究中的应用

在进行材料研究的过程中，对于技术工作人员来说，其日常工作过程中一项非常重要的内容就是进行系统模拟试验，为了达到实验的理想效果和目的，需要技术人员掌握计算机的操作知识和专业技能，在进行材料研究的工作中发挥自身的价值。通过计算机模拟出来的结果能够使技术人员获得有效的数据，并且为后续各项工作提供必要的数据基础。计算机模拟需要结合新材料设计的具体工作来展开，如果能够将计算机的模型作为实体体系的主要参照，那么后续模拟试验的进行将会更具有真实性[3]。借助这种方法得出的结果不仅准确有效，还能够将一些繁杂的环节简化，还能够对工作的状态进行实时的观察和分析。在以往的传统模式下，实验室具有一定的局限性，其中有很多难以探索的模型，但是这些模型均可以借助计算机模拟出结果，这种全方位预测的模式是其他技术无法比拟的。

1.3在优化和自动控制材料以及工艺中的应用

目前，科学技术水平的快速发展已经带动很多技术在各个领域中得到了全面的应用，在材料加工领域也是如此。在技术的支撑下，工作人员可以利用可编程控制器来实现材料加工的自动化发展，这种技术能够有效提升产品的整体质量和水准。在材料加工环节也可以借助计算机技术，为相关技术人员提供更多的便利，一些利用传统模式进行加工的复杂环节均可以借助这种技术变得更加简便，技术人员只需要通过简单的操作流程就可以完成材料加工[4]。由此观之，计算机能够有效地提升材料加工的整体效率，同时还能够达到控制材料或创新工艺的效果。例如，材料科学技术人员在展开材料加工工作的过程中，可以在计算机模型中输入相应的数据，在数据输入之后就可以通过计算机的自动化设置和转换得出最终的结果。这种模拟方式比较精确，同时还能够对后续材料制备的各个环节进行全面的监管。尤其是在传统模式下比较常见的材料表面问题处理工作中，计算机技术能够发挥非常重要的作用，在对制造材料过程中的内容进行控制时，确保各项数据在要求的范围内。在此基础上，如果能够进一步将计算机应用到自动控制材料的工作中，能够有效发挥出计算机在材料制作和工艺优化等方面的优良特性。此外，除了能够有效提升材料科学领域发展的实效性，还能够从质量和自动化控制的标准上对其进行全面的提升。

1.4在处理数据和图像中的应用

在对材料科学进行研究的过程中，无论是借助什么方式都必须经过试验的步骤，在不断实验的过程中会产生海量的数据和信息，对此，可以借助计算机强大的存储功能来保存数据。除了录入信息和数据，计算机还可以承担处理图像的任务，关于材料科学的研究很多时候都需要应用到相应的图像，尤其是在研究的过程中，可能会涉及材料特性和凝聚态结构之间的关系，因此需要借助电子显微镜技术和光学显微镜等形式来展现凝聚态结构的二维图像[5]。在呈现出图像之后，计算机将会进一步对后续图像和数据进行处置，在此基础上获得的结果将更加直观可靠。例如，计算机能够直接产生聚合方式的具体分布情况和有关的信息，同时结合自身整合数据的方式展现出信息材料的实际性能，这些结果能够为后续材料的应用和与结构方面有关的研究提供参考。

2计算机技术自身实际应用表现

2.1计算机模拟技术在液态金属成形中的应用

计算机数值模拟技术在液态金属充型期发挥着非常重要的作用，只有在保障各项数值精确可靠的基础上才能够达到液态金属充型期的理想效果。借助计算机技术能够在处理自由表面工作的过程中充分利用体积函数和流量的有关数据，同时还能够计算出与修正流量和传热有关的结果。经过对层流模型和有关工作的实验验证之后，能够准确地模拟出液态金属充型期的双方模型结构[6]。如今又衍生出了很多的算法和模式，例如并行算法、三维有限差分法和三维有限单位法等。在使用这些方法的时候，需要结合具体情况来进行选择，每一种方法都存在着双面性，因此应该尽量发挥算法中的优良特性，选择主要的侧重点，这样不仅能够发挥出理想的效果，还能够保障整体工作的有效性和准确性。

2.2计算机模拟技术在热处理工艺中的应用

计算传热学和热弹性力学对当今计算机模拟技术的发展和应用起到了不可忽视的作用，借助这种技术不仅能够提高计算机模拟研究的速率，还能够借助热处理计算机模拟技术为后续工作的开展奠定基础。在此基础上，如今很多领域都应用了真空加热、控制炉温和感应加热等技术，不仅取得了举世瞩目的成果，还有效推动了我国经济的发展。其中，计算机模拟技术在热处理工艺中应用的频率比较高，运用计算机模拟技术能够实现热处理工艺的优化。例如，利用计算机技术进行钢淬火方面的模拟试验时，为了能够提高计算机的运行速率，同时保障各项数据和模型具备准确性，需要保证实际模拟需求能够和热弹性模型的构建工作相结合，除此之外，应该控制周围的环境，使其保持合理的温度和残余应力，从而实现钢淬火流程的优化和改良。在此基础上，此技术在气体渗碳的过程中也发挥了不小的作用。借助离子渗碳数学模型和计算机模拟技术，可以得到与碳浓度有关的曲线，将得出的结果与具体的情况和特点进行对比，并且找出二者之间相同的部分。在进行真空加热和感应加热的过程中，整个系统中的工艺参数能够及时录入计算机模拟的模型中，通过这种方式能够解决传统模式中存在的人工误差因素，这样不仅能够提升产品的整体水准，还能充分保障数据的真实性。技术人员在接触到计算机技术之前容易造成各种误差，还面临着繁杂的操作流程。利用这种方式不仅能够通过参数的控制来掌握各项工艺，还能够避免上述问题的发生。除了上文列举的几种应用形式，在塑性成型、连接成型和金属热处理工作中也能够有效地借助计算机技术。因此，计算机技术在材料学的应用所产生的效果是显而易见的，在未来的发展过程中具有较高的应用价值。

3结束语

计算机技术的应用，使材料科学在各方面水平都得到了有效的提升，但是仍然有部分工作人员没有认识到计算机技术的重要性，仍然采用传统的模式来进行工作，将自身的经验作为主要的参照标准。在未来的发展过程中，应该摒弃这种思想，提升计算机的利用率，借助计算机技术来解决传统模式中存在的一些问题和弊端，通过正确的使用方法来提高材料科学研究工作的整体效率和质量，相信在计算机技术的支持下，材料科学将会朝着更加科学和健康的方向发展。

参考文献：

[1]万志华.计算机技术用于材料数据和图像处理:评《计算机在材料科学与工程中的应用》[J].材料保,2020,53(11):191.

[2]宗朔通,郭琦.《计算机在材料科学中的应用》课程的探索研究[J].山东化工,2020,49(21):174+176.

[3]郑建秋.计算机模拟技术在材料科学研究中的应用浅析[J].厦门城市职业学院学报,2020,22(2):91-96.

[4]董抒华,张明伟,焦学健,等.《计算机在材料学中的应用》课程说课设计[J].山东化工,2019,48(21):210-211.

[5]陈锟,刘克家,施宇涛,等.“计算机在材料科学中的应用”课程改革与实践[J].广州化工,2019,47(1):125-126.

材料科学技术范文篇4

【关键词】材料科学与工程；课程体系；实验教学体系；策略

1材料科学与工程专业相关概念解析

材料科学与工程专业是对材料的制备与加工、性质、使用性能等要素和这些要素间相互关系的规律研究。由于无机非金属材料、高分子材料等各类材料在科学内涵、研究方法与设备上具有相似或共同的特点。与此同时，科学技术的发展在客观上需要对不同种类的材料进行全面的了解和研究，材料科学与工程专业正在逐步壮大并迅速发展成为一门独立的一级学科，体现了大学科一体化。近几年，我国材料科学与工程教育在素质教育的改革下得到迅速的发展，探究材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系建设对专业教学质量的提升、学生创新实践能力的培养具有重要的推动作用。

2材料科学与工程专业课程体系建设策略

材料科学与工程专业课程体系建设是该专业能够正常发展的基础，为此首先应该加强该方面的工作。课程体系建设是个大工程，要想让所建体系既能满足专业发展的需要，又能符合学生实际需求，就需要做好前期的调研工作。该专业课程体系建设主要涉及四个方向，即材料制作以及加工方法研究、材料成分以及组织结构研究、材料相关物化性质的研究以及所得材料使用性能的研究。当然，在对专业课程体系的建设过程中也要主次分明，能够根据相关理论知识的实用性对学生所学知识内容做好规划。2.1教学内容分清主次。为了让学生在有限的时间内获得最具实用性的内容，就要求相关课程体系建设负责人在安排教学内容过程中要分清主次，最好能分成像了解、掌握、理解等这种层次分明、要求明确的课程体系。明确而清晰的材料科学与工程专业课程体系不仅能够为授课教师提供更便捷的教学任务和教学目标，而且还能减轻学生的学业负担。当然，要保证该专业课程体系建设能够符合社会发展实际的需要。材料科学与工程专业属于工科类专业，而工科类专业对学生实践操作能力有着较高的要求，因此在该课程体系建设过程中应该重点突出对实践教学的重要性，完善理论教学与实践教学有机结合的过程，避免学生眼高手低、只会纸上谈兵。2.2对相关课程进行合理地定位。对于材料科学与工程专业的学生来说，他们在大学期间要接触很多不同性质、不同类别的课程，为了能够让学生清楚地了解到他们所学课程所属类别，在对该专业课程体系建设过程中要对相关课程分门别类，对这些课程进行合理地定位。为此，要将所修课程分为公共基础课程、专业基础课程、专业重点课程、专业选修课程、公共选修课程、实践教学课程。这种分类方法不仅有助于学生合理分配他们的业务学习时间，而且还能够保证所建体系的合理性、科学性，有利于教学过程的高效进行。虽然这些课程对于学生今后的发展都非常重要，“学如初起之苗不见其增，日有所长”，任何一门课程的学习都可能会对他们今后产生影响，所以虽然按照课程的性质对这些课程进行了分类，但是这并不能代表其对学生重要性的大小。

3材料科学与工程专业实验教学体系建设策略

正如上面所谈到的，材料科学与工程专业属于工科类专业，而工科类专业的一大特点就是对理论与实践结合的要求较高，这就要求对高校实验教学体系建设工作应该予以足够的重视。“实践是检验真理的唯一标准”，而对于学生来说，要想让他们能够真正意义上的体会到理论知识的重要性。3.1构建材料科学与工程专业实验教学平台。构建材料科学与工程专业实验教学平台是进行该专业实验教学体系建设工作的第一步，同时也是最重要的一步。只有当实验教学平台构建完毕以后，才能为师生提供学习、实践平台。在构建实验平台的过程中要始终秉承以“深化课程基础实验教学、加强综合实验能力训练、注重创新意识和创新能力培养”为教学目标的教学理念，改革教学过程、教学方法，以提高学生实践操作能力为教学重点，深化授课教师的教学责任，让教师能够承担起教育学生、监督管理学生的责任，保证学生在实践教学课堂的学习态度和学习质量。同时也为加强师生之间的互动而做出努力，活跃课堂气氛，提高学生学习的热情和兴趣。3.2为材料科学与工程专业实验教学提供优质的师资队伍。过去很多实验室负责教师并没有相关专业背景，当学生在实验过程中面临问题需要教师解答时，很多教师往往由于非本专业出身而回答不了学生所提出的问题。为了在材料科学与工程专业实验教学体系建设中碰到相似的问题，在实验教学体系建设过程中要做到防患于未然、未雨绸缪，为材料科学与工程专业实验室提供优质的师资队伍，保证实践教学的质量。实验教学对于学生将理论知识转化为实践操作能力的重要性很明显，因此，必须对建设实验教学体系工作重视起来。

【参考文献】

[1]石萍，刘伟东，张广安，谷志刚.材料科学与工程专业实验教学体系改革与实践[N].辽宁工业大学学报(社会科学版)，2011(04).

[2]周花，刘兴军，任磊，戴李宗，彭栋梁，熊晓鹏，肖祖法.建设面向全校开放的材料科学与工程实验教学平台[J].中国现代教育装备，2017(03).

材料科学技术范文篇5

【论文摘要本文根据上海工程技术大学材料科学和工程专业教学培养目标的特征,从课程体系和内容,教学理念,教学方法及手段,实践教学环节改革,考核评价方式,师资队伍建设等方面讨论了“材料科学基础”课程教改中的一些热点新问题及教改实践。根据我校培养优秀工程师的办学定位,结合材料学科的发展方向,初步建立了居于“基础适度、口径宽广、应用为先”标准的“材料科学基础”课程的新教学体系,从中取得了一些较好的教改效果和经验。

上海工程技术大学是一所以培养优秀工程师为主要目标的教学型大学。根据我校的办学定位和特色,作为材料科学和工程学科重要基础课程之一,“材料科学基础”有必要在加强基础、拓宽专业知识面和加强实践练习等方面进行课程改革。

1课程的性质

材料科学是一门揭示探究固体材料性质规律、设计及控制材料性能的科学,其目的在于揭示材料的结构和性能之间的基本关系。探究表明,材料结构是决定材料性能的核心要素,而材料的显微结构和材料的加工过程有密切的关系。因此,材料科学也需要探究材料在各种过程中的行为,这些过程包括加热过程、冷却过程、反应过程、界面过程、扩散过程、相变过程等。

“材料科学基础”是材料科学和工程学科的主干基础课程和核心课程,是材料科学和工程学科人才的基本知识和基本能力的重要组成部分,是本学科专业人才的整体知识结构、能力结构、素质结构的重要基石。根据我校的教学培养目标,本门课程的教学实践必须着眼于培养未来的材料工程师,紧贴上海市发展先进制造业的需求,结合本校材料科学重点学科的发展方向,在进行材料科学基础理论和基本技术教育的基础上,侧重进行材料开发应用、材料改性和材料加工的工程教育。

2课程教学的改革实践

“材料科学基础”课程建设和课程教学改革的指导思想是根据专业发展规划,主动适应上海经济、科技和社会的发展对材料学科专业人才知识结构和实践能力的要求,强调理论和实践结合,在宽专业知识面上对学生进行综合素质的提高,培养既把握材料科学和工程基本原理,又通晓材料制备和加工、组成和结构、性能和应用等系统知识的宽专业人才。作为材料学科最为基础和重要的平台课程,“材料科学基础”在学科知识构建中起着“基石”的功能,其教学内容的设定、宽度和深度决定着学生培养中有关材料学知识的基础深度和知识面的广泛程度,并影响着后续课程的展开、实施及教学效果。本着“基础适度、口径宽广、应用为先”的教学原则,我们对课程教学目标、课程体系和内容、实践教学环节、教学方法和手段、考核评估等方面进行了教学改革的实践。

2.1课程教学目标

作为应用型本科材料专业的基础课程,“材料科学基础”课程的教学目标具有多重指向性。一方面,应打下材料科学和工程领域的基本理论基础,为学习材料专业其他知识做预备,同时也为部分学生进一步深造做预备,为此要根据不同学生的情况,有区别地加以培养;其次,要注重培养学生运用基础理论分析和解决实际新问题的思路和能力,把握材料科学和工程学科的思维方法,为今后自学材料领域的相关知识打下良好的基础;最后,根据社会经济的发展需求,强调学生对材料科技进展和人类文明及经济发展关系的认知,能从价值工程的角度研发、选择和应用材料,从环境保护和可持续发展角度评价使用材料。

2.2课程体系和内容

在课程体系上,贯彻“基础适度、口径宽广、应用为先”的课程体系改革原则,在保持金属材料为主的专业特色的基础上,全面介绍了金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料的共性和个性特征,在材料科学理论模型的介绍上尽量拓展其适用的材料范围,如晶体结构,位错模型,界面结构模型等。教学内容的取舍以“精、宽、新、用”为原则,从材料科学和工程的基本原理出发,以固体材料结构为重点,从微观、宏观、物质内部、表面和界面、静态及动态过程等不同层面角度,阐述固体材料结构、结构缺陷及变化规律,以及固态材料的相平衡、相图、扩散、相变等,在材料应用方面,结合材料科学的理论内容,介绍相关的新材料、新工艺,如纳米材料、功能材料的最新进展,使学生对材料组成和物质结构的内在联系、材料结构和性能间关系有系统的理解和把握,为今后相关专业课程的学习打下扎实的宽专业口径的理论知识基础。

2.3实践教学环节

在加强实践的教学改革中,采取实验教学课程建设和学院平台实验室建设相结合的方式,推进课程实践教学的全面提高。材料科学基础的实践教学环节分为两个部分,一是课内实验,现配置了16学时的实验课,二是单列了一门“材料科学综合实验”课程,时间布置为连续的3周。针对课程教学目标和教学内容改革的要求,重新讨论制定了课内实验内容,加大综合性实验的比重,如金属塑性变形和再结晶综合实验、金相分析综合实验等,编写了新的实验教学指导书。课内实验以学生材料学基础技能练习为目标,如金相试样的制备、金相组织观察、材料塑性变形过程组织变化的特征,强调对不同材料显微结构基本特征的把握。材料科学基础综合实验课程的主要目的是通过一个完整的实验过程,包括明确实验目的、设计实验过程、实施实验和分析实验结果,培养学生材料科学和工程的基本素养,提高实验动手能力和分析、解决新问题的能力,进一步巩固对材料科学基础核心内容,即“材料结构决定材料性能、材料加工过程和材料结构密切相关”的认知。课内实验和综合实验内容互为补充、相益得彰,取得了新教学培养模式的良好的教学效果。

2.4教学手段和教学方法

在课堂教学和课内实验教学实践中,充分利用多媒体教学手段,自编CAI多媒体课件,在有限的学时内最大限度的发挥多媒体教学的应用效果。一些实验室目前难以实现而对学生的学识教育较为重要的内容也通过多媒体形式使学生有一个较为直观的熟悉。和此同时,还对教学方法进行了相应的改进,授课力求重点突出、逻辑清楚,强调教学互动,提倡师生间平等讨论,倡导探索性和探究性的学习方法,达到理论融会贯通的目的。

2.5考核方式

在课程建设过程中我们对课程的考核方式也进行了深入的讨论,大家认为合理的考核评价制度应该以提高学生的综合素质为主要目标,为此有必要改进传统的闭卷考试形式,避免“一考定终身”的方法。对此我们正在探索一种更为全面均衡的考核方法。具体考虑为将平时作业、实验报告、小论文、随堂考试和期末考试相结合的方式。重视对平时学习过程和阶段学习效果的评价,将上课听讲和课堂交流、作业习题解答的独特性及完成质量列入考评,鼓励学生自主学习、创新学习,鼓励学生发表有自洽性合理性的不同见解。在阶段学习后,设计一些随堂考试卷,随堂考试答应学生参考课堂笔记和教材,但每个学生必须独立完成试卷,重点考查学生对基础知识的应用能力,检验学生分析解决新问题的能力。将实验报告作为独立考查的重要部分,注重培养学生独立完成实验并撰写规范的实验报告的能力,检验和评价学生的动手能力和创新思维能力。适当调低期末考试在学生学业成绩中的权重,例如由原来的70％降低到50％或更低,试卷内容要充分体现教学大纲的基本要求,重点考查学生的临场应变能力,对基本知识的把握、熟练和提炼的程度。

2.6师资队伍建设

课程建设主要依靠教师推动。近年来,我们以全面提高教师队伍素质为中心,以培养优秀年轻骨干教师为重点,在职教师再培训和引进高素质人才并重,着眼于学科可持续发展的需求,建设一支结构优化、素质良好、富有活力、具有创新能力的高水平的教师队伍,取得了很大成效。教师队伍的科研和工程实践能力有了极大的提升,在“材料科学基础”教学团队中,有校学科带头人、上海市曙光学者、校青年学术骨干等,科研及学科建设的成果反哺教学的结果,促进了学生科研实践能力的提高和材料工程意识的形成。教师团队通过公开课观摩学习,加强教学法探究,极大地提升了教师整体的业务水平和教学效果。

3结语

作为上海市重点课程建设的“材料科学基础”正在我校材料学院相关专业范围内进行教学实践,在课程目标、课程体系和内容、实践教学环节、教学手段和方法、考核方式改革等方面进行了探索实践并取得了一定的成绩。课程建设下一步的工作重点将放在网络教学平台建设上,以进一步提高教学效益和教学质量。教育教学改革是一项永无止境的事业,只有通过对学生培养的各个环节进行更具体的探索和调查探究,不断地实践以总结其中的经验教训,才能逐渐探索出一条适合于应用型本科材料专业人才培养的成功之路。

参考文献

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[3郭齐勇.大学的教育理念和目标[J.中国大学教学,2002,10摘要:18-20.

材料科学技术范文篇6

关键词：“工程材料学”；航空航天专业；教学改革

“工程材料学”是航空主机类专业（包括飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等专业）的学科基础课程。该课程虽然仅有48学时，但承担着为未来的航空工程师构建材料知识体系的重任，对学生今后的发展起着重要作用。本文结合近年的工作实践，对该课程在教学要求、教学内容和教学方法等方面的改革进行研讨。

一、高度重视航空和材料领域发展对“工程材料学”课程教学的影响

材料学既是基础科学，也是应用科学。材料科学与技术的发展，解决了很多工程领域的关键问题，有力地推进了相关科学和技术的进步，使得材料科学成为最活跃的科学领域，材料产业也成为国民经济发展的重要支柱产业。“工程材料学”以物理学、化学等理论为知识基础，系统介绍材料科学的基础理论和实验技能，着重培养学生把这些知识应用于解决工程实际中提出的对材料结构、性能等方面问题的能力。作为一门重要的学科基础课程，“工程材料学”具有较长的开设历史，在人才培养中发挥了重要的作用。航空航天领域的发展对工程技术人员的能力素质提出了更高的要求，特别是“卓越工程师”教育培养计划的实施，对工程类课程建设的需求更加迫切，有必要以新的形势为背景反思该课程的教学改革。航空以众多学科知识、先进研究成果为基础，已发展成为一个由多个分系统组成的大系统，需要工程技术人员采用系统工程的方法进行综合设计。现代航空技术一百多年的发展，使得人们可以在更大的范围内探索天空，也使得飞行器的工作条件更加恶劣，工作环境更加严苛。现代飞行器不仅要具有速度快、航程大、载重多等特点，还要满足节能低碳等要求。材料科学技术的发展，为解决航空航天领域的诸多难题提供了可能，“一代材料，一代飞机”已成为飞行器发展公认的规律。这对航空航天工程技术人员的材料知识提出了更高的要求。在飞行器及其主要部件的设计、制造和维护工作中，要全面认识材料的性质和特点，才能挖掘材料的潜能，充分利用材料的特性，满足工作需要。面对航空航天迅猛的发展形势，仅了解和掌握已有材料的知识是不够的。具有创新素质的工程技术人员，要了解材料科学与工程的发展方向和趋势，分析材料领域的发展对航空航天领域的影响，同时要认真研究具体工作对新材料、新工艺的要求，明确材料发展的需求。在新型飞行器的研发过程中，要综合考虑用户对飞行器总体性能的多种要求，对各项技术参数进行统一的优化。在落实对飞行器性能的要求时可以发现，很多要求是相互矛盾的，比如飞机的航程和机动性就存在着较大的矛盾。为了获得较好的综合性能，需要对飞机进行一体化设计，要及时掌握各种设计方案对飞机主要材料和工艺的要求，对飞机整体结构进行综合优化。在此过程中，各部门工程师都需要和材料系统密切配合，才能实现信息和资源共享，降低全系统的风险，提高系统的可靠性和综合性能。材料科学技术的迅速发展也对课程教学提出了新的要求。材料科学与技术是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。在现代科学技术中，材料科学是发展最快速的学科之一，在金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等主要方向上的发展日新月异，促使“工程材料学”课程内容的不断充实。“工程材料学”课程要系统讲授材料科学与技术的基础理论和实验技能，使得学生掌握工程材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的知识。早期的航空工程结构以自然材料为主，如在美国莱特兄弟制造出第一架飞机上，木材占47%，普通钢占35%，布占18%。随后，以德国科学家发明具有时效强化功能的硬铝为代表，很多优质金属材料被开发出来，使得大量采用金属材料制造飞机结构成为可能，也使得研究者们投入了更多的精力于金属材料的探索。相应地，这一时期“工程材料学”课程内容也以金属材料为主。上世纪70年代以后，复合材料开始在航空领域应用。复合材料具有较高比强度和比刚度的优点使得工程技术人员对其抱有很大的希望。航空工程师首先采用复合材料制造舱门、整流罩、安定面等次承力结构，而现在复合材料已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。复合材料因其良好的制造性能被大量应用在复杂曲面构件上。复合材料构件共固化、整体成型工艺能够成型大型整体部件，减少零件、紧固件和模具的数量，降低成本，减少装配，减轻重量。复合材料的用量已成为先进飞行器的重要标志。相应地，复合材料必然要在“工程材料学”课程中占重要地位。钛合金的开发和应用使得飞行器具有更好的耐热能力，提高了发动机、蒙皮等结构的性能，有效解决了防热问题。“工程材料学”课程的教学内容应该及时反映材料科学在提高飞行器性能方面的新应用与新进展。与此同时，其他相关学科也取得了长足的发展，使得主机专业教学内容大幅度增加，“工程材料学”课程的教学内容和学时之间的矛盾愈加突出。

二、认真分析专业教学对“工程材料学”课程的不同要求

“工程材料学”课程是一门重要的学科基础课，是基础课与专业课间的桥梁和纽带，在航空航天主机类专业培养学生实践动手和创新创造能力，提高学生综合素质等方面具有重要作用。在多年的教学实践中，该课程对主机类各专业采用同一标准教学。虽然主机类各专业人才培养有其共性要求，但随着航空航天事业的发展，专业分工越来越细，差异化特征也越来越明显，因此“工程材料学”课程应该充分考虑不同专业的具体需求，结合各专业的课程体系安排教学。飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等主机类专业根据航空领域中的分工培养学生，毕业学生的工作要求有所不同，对知识结构的要求也不一样。就材料方面知识而言，不同专业学生也会有所区别，应按照专业特点纵向划分对“工程材料学”课程的要求。不同专业主要服务对象的材料特点是确定课程要求的主要依据。飞行器设计与工程专业要全面统筹飞行器产品及各部件的设计和制造，主要从事飞行器总体设计、结构设计、飞机外形设计、飞机性能计算与分析、结构受力与分析、飞机故障诊断及维修等工作，要求了解材料科学与工程的发展对现代飞行器设计技术的影响，因此要较全面地掌握主要航空材料的性能、制造等方面的知识，了解轻质高强材料的发展动态和发展趋势。飞行器动力工程专业要求学生学习飞行器动力装置或飞行器动力装置控制系统等方面的知识，主要培养能从事飞行器动力装置及其他热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才。飞行器动力的重要部件对抗氧化性能和抗热腐蚀性能要求较高，要求材料和结构具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。因此，材料在高温下的行为、性能和分析、选择方法应该是该专业“工程材料学”课程的重点。飞行器制造工程和机械工程等专业要针对现代飞行器工作条件严酷、构造复杂的特点，采用先进制造技术，实现设计要求，并为飞行器维护提供便利。该专业要求学生理解飞行器各部件的选材要求，掌握材料的制造工艺。飞行器零部件形状复杂，所用材料品种繁多，加工方法多样，工艺要求精细。很多新材料首先在航空航天领域得到应用，其制造技术具有新颖性的特征，设计、材料与制造工艺互相融合、相互促进的特点非常明显，这就要求学生在“工程材料学”课程中把材料基础打好，适应工艺和材料不断发展的要求。虽然各专业对“工程材料学”课程的要求有所不同，但课程基础一致。该课程名称为“工程材料学”，即明确其重点在于将材料科学与技术的成果运用于航空航天工程，把材料基本知识转化为生产力。“工程材料学”是相关专业材料学科的基本课程，学生要通过该课程了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料等微观和宏观基础知识，学习材料研究、分析的基本方法，掌握材料结构与性能等基础理论，研究主要材料的制备、加工成型等技术，为更好地学习专业课程创造条件，为将来从事技术开发、工艺和设备设计等打下基础。由此可见，在明确了各专业对该课程的个性化要求的基础上，更要明确共性要求。“工程材料学”课程要培养学生材料方面的科学概念，提升材料方面的科学素质，扎实的材料科学与技术知识基础是学生学习专业课程、提高综合素质、培养创新能力的必备条件，是进一步发展的基础。因此，“工程材料学”课程采用“公共知识+方向知识”的模式比较合适，即把教学内容划分为每个专业均要求了解的材料领域知识和根据各个专业特色需要重点介绍的知识两部分，既满足了宽口径、厚基础的教学需要，又注重了后续专业课程学习和能力培养的要求，促进了基础理论和专业应用的融合渗透，较好地满足了材料、设计、制造、维护一体化发展的需要，增强了跨学科、跨专业认识问题、思考问题和研讨问题的能力。

三、多管齐下建设丰富的教学环境

作为一门学科基础课程，“工程材料学”课程要根据学校人才培养创新目标和相关专业的人才培养标准、方案，结合卓越工程师教育培养的要求，注重与专业课程体系的融合，注重与工程实践教育的结合，注重对学生创新意识、创业能力及综合运用知识能力的培养。在充分调研与分析专业人才培养对课程教学要求的基础上，要对课程的教学大纲和内容进行修订，与相关教学环节有效整合，拓展教学活动的空间，营造良好的学习环境和氛围，加强与后续课程及实践活动的联系，解决学科基础课的教学与专业人才培养需求的脱节或不衔接等问题。“工程材料学”在第四学期开设，是一门承前启后的课程。在前期开设的课程中，“大学物理”和“航空航天概论”是两门直接相关的课程。“大学物理”提供了学习“工程材料学”的科学基础，认真分析“大学物理”知识点在“工程材料学”中的应用，有助于学生更好地理解相关概念。“航空航天概论”以航空航天领域的发展为主线，介绍飞行器的组成及工作原理。如果在“工程材料学”课程讲授之初让学生重新回到机库，从材料发展的角度再次审视航空航天的进步，结合材料学的概念研究飞行器的组成及工作原理，会使得学生对该课程有比较全面的认识。在相关专业的后续课程中，有好多课程与“工程材料学”密切相关，如“飞行器总体设计”、“发动机原理”、“先进制造技术”等，如果在“工程材料学”中对有关知识点作简单介绍，可以使学生更好地综合分析相关概念，加深理解。在主机类专业培养方案中，“工程训练”是集中式的工程能力培养环节，其教学内容与“工程材料学”密切相关。“工程训练”教学内容以机械制造工艺和方法为主，包括热处理、铸造、锻造、焊接、车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工、钳工、数控加工、特种加工、塑性成型等，每一种制造工艺和方法都与工程材料密切相关。在以前的教学工作中，材料是加工对象，对材料的性能等的介绍很简单，学生的认识较浅。如果在“工程训练”教学过程中，针对不同的加工工艺和方法对材料作较深入的介绍，从应用的角度分析不同材料加工工艺和方法的适应性，可以促进学生把材料理论知识的学习和工程实际联系起来。通过让学生分析研究实际材料在加工过程中的表现来认识材料的性能，通过感性认识来体会材料变化的规律，把深奥的材料科学理论知识和生动形象的加工过程结合起来。这样不仅强化了工程训练效果，还能让学生把材料的知识学活，留下更深刻的影响，更好地发挥学生的潜力。航空航天主机类专业的课程设计是重要的综合学习环节。课程设计任务一般是完成一项涉及本专业一门或多门主要课程内容的综合性、应用性的设计工作，通过一系列设计图纸、技术方案等文件体现工作成果。很多主机类专业的课程设计涉及材料的选用、处理等方面的问题。按照教学计划，“工程材料学”先行开设。因此，在相关课程设计中，有目的地提出材料问题，引导学生在更广的范围里选材，在更加深入的层面上分析材料性能，可以更好地调动学生自主探究材料科学的积极性，帮助学生把材料知识转化为初步的工作能力，克服课程知识的碎片化倾向。

四、结语

航空航天是现代科学技术的集大成者，该领域发展很大程度上取决于材料科学技术的进步。材料学是航空航天工程技术人员知识结构的重要组成部分。“工程材料学”要按照现代大工程观的要求组织教学，才能实现教学目标，提高培养质量。航空航天领域和材料科学技术发展，极大地丰富了“工程材料学”的教学内容。要根据学科领域的发展需要选择教学内容，按照理论实践结合、突出工程应用的要求构建知识体系。在教学工作中，应根据不同专业的培养要求，深入研究材料学的基本要求和各专业的发展方向，形成“公共知识+方向知识”的“工程材料学”课程结构，提高教学效率。统筹考虑专业教学与其他课程的联系，以及课程设计、工程训练、毕业设计等教学环节，以“工程材料学”课程为中心，注重课程的纵向推进和知识的横向联系，不断加深对材料学的理解和掌握，培养多角度研究分析、跨专业交流合作、多学科解决问题的能力。

作者:汪涛 周克印 单位:南京航空航天大学材料科学与技术学院

参考文献：

[1]朱张校,姚可夫.工程材料[M].北京:清华大学出版社,2011.

[2]周风云.工程材料及应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.

[3]王少刚,郑勇,汪涛.工程材料与成形技术基础[M].国防科技出版社,2016.

材料科学技术范文篇7

一、制约材料科学与工程导论双语教学开展的现状

长期以来，我国高等院校理工专业课程教学一般仅使用母语授课，只在有限的公共英语课和专业英语课上采用英语教学。造成这种局面的主要原因一方面是高校对双语教学重视不够，另一方面是专业课教师的英语水平有限。尽管理工专业课教师多数具备很强的专业知识背景，并且在长期跟踪领域前沿的过程中形成了较优秀的英语读写能力，但由于缺乏英语交流环境，其英语口语能力普遍较弱，甚至有的发音还不够标准。这就导致了教师在授课时不敢或是不愿说英语，从而限制了双语教学的开展。另外，学生们长期以来普遍重视读写，忽略听说，一定程度上给双语教学带来了困难此外，相关外文课外参考资料也不够丰富，虽然互联网上知识繁多，但是内容散乱，无法形成系统的教学资料。尽管可以采用引进国外优秀教材的方式弥补这一缺陷，但是由于地方院校的学生英语水平参差不齐，若直接使用引进的原版教材，大部分的学生都会感觉理解困难，甚至失去学习的信心和兴趣。这样不仅难以达到提高学生英语能力的目的，而且会导致学生失去本该轻松掌握的专业知识。因此，编写结构合理、详略得当、有所侧重的中英文对照教材显得尤为重要。

综上所述，传统的教法、学法和教材都制约了双语教学的开展，但开展材料科学与工程导论双语教学仍势在必行。材料科学与工程导论是湖南科技大学金属材料工程专业本科生的必修学位课，于大三第一学期开设，在金属材料专业(本科)的教学中，材料科学与工程导论既涉及到材料的发展和各种材料的特点，又需要讲述材料科学与材料工程的基础知识。其主要特点如下：

(1)覆盖面广——涉及史学、物理学、化学、材料学、工程学等多种学科知识的综合；

(2)内容新——尽管人类使用材料已有几百万年的历史，但材料科学与工程在2O世纪五六十年代才形成一门完整的学科，目前仍处在高新技术的前沿领域，内容日新月异；

(3)教学时间短——实际理论教学时数只有32课时。随着现代科学技术的高度发展，材料科学与工程导论课程的教学逐渐显露出一些与之不相适应的地方，主要表现在：内容没有更新，教学手段比较落后，教学体系的调整缺乏系统性，理论与实践结合不够紧密。因此，笔者认为必须对本课程进行教学改革，推行双语教学。

二、多媒体双语教学的实践效果

通过对2003级和2004级金属材料专业的2轮材料科学与工程导论的教学实践，我们逐步完善了授课方案，为实行双语教学做了充分准备。在对2003级学生授课的过程中，采用的是传统的板书教学形式。由于在板书书写过程中花费了大量的时间和精力，加上教学时间又比较短，为了完成教学任务，无法对课程内容在深度和广度上进行拓展。因此，在对2004级学生授课的过程中，采用了多媒体教学，对电子教案进行了充分准备。大量的图、表、动画的展示，一方面增强了学生学习的兴趣，另一方面也使学生对材料科学与工程学科的内涵和发展趋势有了更为深刻的认识。但是由于目前材料学科发展很快，大部分新的研究成果都是用英文表述，仅仅通过翻译介绍最新的成果无法让学生理解材料科学与工程学科的奥妙与趋势，并且学生在接触到原汁原味的英语资料时也会感觉生涩。在这种情况下，我们提出了双语教学改革方案，并申请到学校的支持。在湖南科技大学教研课题《材料科学与工程导论双语教学研究与实践》的支持下，我们根据前期的准备工作和教学实践中发现的问题，挑选了合适的参考书，并重新对课件进行了修改和完善。首先，将原部分章节的双语内容扩展到整个课程；其次，增加了扩展学生视野的专题讲座部分和锻炼学生思考分析能力的讨论部分。2007年下半年正式在2005级金属材料1～2班实施了双语教学计划。在课程讲授到1／3的时候，我们对班级所有学生进行了关于双语教学效果的小调查。从反馈的结果来看，几乎所有的学生都表示喜欢这种双语教学的模式，大部分的同学反映，双语教学对专业词汇的学习有一定的帮助，75％的学生认为增加英语表达不会影响正常教学的容量，相反它更能为深奥而又枯燥的专业知识增添乐趣，加深学生对抽象名词的理解，提高学生的学习兴趣和积极性。同时，学生们也提出了一些意见和建议，如单词量大，英语基础不够，很多同学建议多媒体课件应该对重点内容配上中文对照，并配上录制的声音文件，给同学们展示标准化语音、语调等。根据反馈意见，我们对课程内容进行了调整，增加了中英文对照部分，增加了图片，并给每个同学发放了该课程相关的单词表，从而增强了学生参与课程的积极性，提高了教学效果。在教学过程中也发现了一些问题需要改进，如学生的英语基础相差比较大，部分同学跟不上课程；教师的英语口语有待进一步提高。经过一年左右的实践，我们对材料科学与工程导论双语教学过程中获得的经验和教训进行了总结。尽管取得了一些成绩，积累了一定的双语教学经验，但我们发现，仅靠一轮教学的实践就找到适合我们学校的双语教学方案还很不够。因此，一方面，我们决定延长该课题的研究期限，更加深入的进行本课题的研究：由于原计划主要参照了一些重点大学的教学实践方案，而我们的学生与重点大学的学生相比，英语基础较差，主动学习能力较弱，所以我们主动调整了教学内容中的中英文比例，最大限度地提高学生参与课程的积极性，并计划在2006级金属材料专业实施，对比效果。另一方面，也希望通过本课题的实施，将双语教学扩展到金属材料专业的其他专业课程，如笔者讲述的《粉末冶金原理》。为了尽快摸索出适合我校特色的双语教学模式，我们进行了对比教学实验H]。为了找到较为平衡的双语教学方式，在对2006级金属材料专业教学的过程中，我们采用了较多的中文内容，并在教学过程中及时调整中英文比例。从学生反馈的信息来看，中英对照的讲授方式应该是比较适合我校学生的双语教学方式，既有利于学生接受专业知识，又有利于学生英语水平的提高。

三、关于双语教学的思考

我校是一所地方性综合性大学，与双语教学起步较早的重点大学相比较，虽然取得了一些进展，但目前仍处于摸索和起始阶段，存在着一些问题，比如对双语教学的认识、双语师资队伍的建设和学生的外语水平、教材的选择、资金投入以及双语教学的评价一等问题。针对我校的具体情况，笔者认为可从以下几个方面进一步加强和推广双语教学。

(一)加强师资培训力度，积极引进人才优秀的师资是双语教学成功的保证。一方面，要抓好在职教师再培训工作，如选派教师到外国语学院培训，以提高英语应用特别是英语口语水平。同时，应该积极组织承担双语教学的教师到英语母语国家进行短期进修，或鼓励本校有海外留学背景的教师尽量采用双语教学。而本校培训是我校教师培训最切实可行的办法，学校可以聘请本校外国语学院的教师对非英语专业教师进行英语培训，切实提高教师的英语口语能力。另一方面，学校应制定优惠政策、开辟绿色通道，积极引进国外留学人员和国内高级人才，促进双语教学的开展。

(二)科学选用教材。引进与自编结合教材是教学之本。实施双语教学首先要有合适的外文教材。一是内容要合适，既能简明扼要的叙述基本理论，又能展示学科的研究前沿，以符合课程教学的基本要求；二是语言规范，文笔流畅，简明易读，便于中国师生使用。目前，国内大多数高校采用的英文教材都是国外的原版教材。这类教材语言规范，内容较新颖，信息量大，但其篇幅往往很长，内容与我国现行教学基本要求有较大偏差；并且由于这类教材编写的对象是英语为母语的学生，文字中有一些中国师生不大熟悉的标准和约定，增加了理解的难度，直接用于教学多有不妥。因此，我们在选择英语原版教材进行双语教学时，应参考和对比国内同类教材，既要注重本课程所需的基础理论，又要对比教材内容、逻辑结构；既要考虑跟踪学科前沿，又要分析其叙述方法和特点。避免教材选用出现偏差，影响教学效果。同时我们应鼓励高水平教师自主编写英文或中英文对照教材，并争取正式出版，以满足双语教学的需求。

(三)因材施教，区别对待地方院校的学生英语水平参差不齐，实施双语教学应该采取分阶段、分专业、有重点的方式进行推广。首先，在师资条件较好的某一专业、某一课程进行双语教学试点，可以全年级学生全选，也可部分选，要充分考虑学生的个体差异、外语水平等，优化多媒体课件中的中英文比例和授课过程中英文讲述比例；其次，也可以根据学生的外语基础，尝试将同一专业或者相近专业外语基础较好的学生集中在一个班级里，教师根据学生的实际情况实施双语教学。

材料科学技术范文篇8

关键词:计算机;材料科学;四位一体;教学模式

随着计算机模拟技术的快速发展，材料科学研究已经从传统的试错法逐步走向多元化、多尺度化研究［1-2］，材料研发模式的变革对人才培养提出了新的挑战。因此，国内各高等院校认识到“计算机在材料科学中的应用”课程的重要性［3-4］。该课程是材料类专业本科生的一门专业必修课程，其目的是为了培养学生运用计算机进行材料科学研究和解决材料工程领域实际问题的能力，提升学生创新精神和科技探索能力。然而，在教学过程中存在重理论轻实践、教学模式单一、前沿性不足、思政育人单调等问题。在新工科背景下，迫切需要进行教育教学改革，不断提升学生利用计算机技术工具分析和解决问题的能力，进而提高课程教学效果。

一、当下“计算机在材料科学中的应用”课程教学存在的问题

“计算机在材料科学中的应用”课程涉及的理论知识面较广，是融合计算机技术和材料科学学科基础的跨学科课程。课程对该专业学生的发展具有重要奠基作用，因此这门课程的教学质量日益受到重视。但因各个高校学科设置和师资力量不同，该课程教学主要采用传统的理论授课的形式进行，通过对这门课程教学过程的调研，发现在教学中还存在以下问题。

(一)教学观念上重理论轻实践

目前大多数高校对于该课程的设置偏重理论方向，缺乏针对专业知识方面的培养，疏忽了实践操作能力的培养，甚至以理论教学替代实践教学等。使学生不易理解理论知识，甚至易感觉到枯燥无味，久而久之，学生就会失去对该门课程的积极性和主动性。

(二)教学内容上重教材知识轻前沿问题

课程知识量大、内容繁杂，且具有前瞻性。随着计算技术的快速发展，越来越多的新材料、新工艺、新方法被研发应用，但授课内容提及前沿学术问题的计算机应用较少，造成教学内容未能有效结合学科前沿的知识发展，导致学生知识结构偏窄、守旧，难以满足新时代解决复杂材料问题的新需求。

(三)教学方式上重讲授灌输轻实践操作

课程整体课时相对有限，导致教师为了满足课程的内容要求出现填鸭式教学，而这种教学方式往往缺少互动，课堂仍以是“教师为中心”。这种教学方式枯燥，学生易产生反感心理，使教学效果达不到预期。学生普遍反应对该课程涉及的一些应用性很强的软件掌握并不理想，缺乏灵活的运用能力。

(四)教学目标上重知识传授轻思政育人

目前该课程侧重关注专业理论学习，大部分教师在课堂讲授中以知识和技能传授为主，没有有意识地对学生进行思政教育，且课程思政内容融入不深，没有新颖性、时代性。学生学习目标局限于掌握专业知识，不明确课程思政的教育意义，缺乏学习积极性和热情。

二、“计算机在材料科学中的应用”课程“四位一体”教学模式构建

桂林理工大学无机非金属材料工程专业开设的“计算机在材料科学中的应用”课程分为理论授课(10学时)与上机实践授课(14学时)两部分，共计24学时。该课程主要介绍计算机用于材料建模及设计、数据处理和图像分析、科技论文绘图等。本文在原有课程体系的基础上，借鉴先进教学理念，提出“四位一体”“计算机在材料科学中的应用”课程教学模式(如下图所示)，从育人目标、教学目标、教学方式、评价标准等方面对该课程教学进行改革，以务实教育为主线，注重过程与方法、知识与技能的考核，以务“虚”教育为两翼，强化学生情感态度与价值观的评价，把务实与务“虚”有机结合起来，培养情智同步发展的应用研究型人才。

三、“四位一体”教学模式在“计算机在材料科学中的应用”课程中的实施策略

(一)厚植理论基础，开展研究型、探究式教学

当前“计算机实验”已成为传统实验的一个重要技术手段，相应的计算机软件已广泛应用于材料科学研究和实践教学［5］。对于电子原子层面的问题，一般采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，如MaterialsStudio(MS)、QuantumEspresso、VASP软件等。课堂中引入MS进行教学，开展无机非金属材料的结构设计和性能预测。1．注重应用，强调实践(1)DFT对学生的物理基础要求较高，理论模型也不易理解。因此，将DFT串联，采用故事教学法进行概述讲解。从薛定谔方程出发，介绍适用于非均匀电子系统的DFT，导出包括多粒子体系中交换和关联效应的单电子自洽方程组(Kohn-Sham方程)，再引入交互关联泛函和赝势，构成单电子近似的现论依据。该部分使学生对DFT的理论基础有了初步了解。(2)结合理论教学内容，介绍MS的基本功能、操作、使用，并通过具体科研实例讲解如何用MS进行建模和计算。同时，通过上机操作完成从模型建立到性能预测，再到处理数据及分析全过程的学习，培养学生运用计算机解决科研和生产实际问题的能力，从而提高教学效果。2．充分体现科教融合教师将科研成果转化为教学内容，以理论引申、教学案例等方式进行教学，丰富更新教学内容。教师通过提出科学问题，引导和鼓励学生利用MS进行科学研究和探索。例如，利用MS建立缺陷模型，对其进行几何结构优化，得到基态能量和晶格参数，进行性能预测，分析缺陷对PbTiO3电子结构、介电性能、光学性质等影响。教师给出科学问题和解决思路，学生独立思考整个过程，进而培养学生的实践操作能力和创新思维，激发学生的求知欲望。

(二)启发创新思维，采用线上线下体验教学

“计算机在材料科学中的应用”涉及的理论知识广、实践性强，非常适合开展线上线下体验式教学，通过将“教”和“学”适当分离，可拓展教学的时间和空间，提高学生的主动性和参与度。开展线上线下体验教学，需将现有的教学内容进行重新组织和设计。一是课前自主学习。教师分解知识点，录制微视频或收集网络资源，并安排学习任务。学生带着学习任务(随堂测验、作业或思考)在线完成各章节的基本理论知识、软件介绍和基本操作等学习，以保证学生线上学习的效率。二是课堂互动讲授。教师精心设计课堂教学活动，有针对性地对各章知识点进行总结串讲。学生在掌握知识基础的前提下，带着疑问进行研讨，有助于其巩固、转化并灵活运用线上知识。三是课后开放探索。教师布置一些相关的开放性课题，学生课后完成开放性课题研究，并观看教师共享的讲解视频，培养学生科学研究能力和创新思维，实现“学、教、做互动”体验式教学。课程考核设置比例为:总成绩100分=平时成绩(线上学习20%+课堂表现20%)+开放性课题成绩(60%)。通过设计多元化课程考核方式，注重过程考核和能力考核，尽量使分数客观反映该课程教学目标的达成情况，提升学生学习的积极性和体验式教学的效果。以“计算机技术用于材料数据和图像处理”一章为例，利用录制微视频形成线上课程，线上课程内容囊括材料数据处理的基本理论、Origin软件的应用、基本功能和使用，要求学生提前完成软件的安装并预习初步学习软件的基本功能，以便开展课堂教学和操作指导。课堂重点介绍曲线拟合和线性插值法，并通过实践上机操作讲授Origin在数据处理中的应用实例，供学生进行有针对性的学习和讨论。课后根据教师的实验数据，要求学生绘制双Y轴的粒径分布图和某薄膜材料的电滞回线图，培养学生数据处理和分析的能力，为后续课程的学习奠定基础，尤其是毕业设计(论文)有关的材料数据的处理与分析。

(三)拓展学科视野，引入前沿知识教学

在课程教学中需将教材内容与前沿知识衔接，丰富教学内容，以适应“计算机在材料科学中的应用”的理论和实践不断发展的需求。教师应注重文献与时政知识的积累，不断补充和更新与该课程有关的前沿知识到教学素材库。如在“绪论”部分，介绍材料基因方法在锂电池材料、钙钛矿型光伏材料、热电材料等一系列材料设计中的应用［6］;在材料设计这一章中介绍第一性原理计算在新材料设计中的应用，展示高通量计算筛选新材料的强大功能，使学生了解材料科学的新兴领域，深化“理论+实验+计算”的材料设计理念，培养学生的科学兴趣，提升学生综合素养。

(四)树立文化自信，融入课程思政教学

结合“计算机在材料科学中的应用”课程性质和特点，发掘该课程中的思政元素，将思政教育融入教学内容。在阐明“计算机在材料科学中的应用”的基本原理和相关实践操作的基础上，通过“感官冲击→道理讲解→心理反应→思政升华”模式，将课程背景和理论知识有机融入社会主义核心价值观，并在实践教学过程中，采用“案例法”“讨论法”等教学手段进行科学精神和创新精神教育，使学生树立坚定的理想信念和丰富的人文修养。以“计算机模拟技术用于材料设计”一章为例。在讲授计算机在材料模拟发展中的作用时，列举由中国国防科学技术大学自主研制的超级计算机，其第二代系统———“天河二号”成为2013年全球最快超级计算机。在讲授计算机模拟技术———主要是第一性原理理论基础的时候，引入香港大学姚望教授对自旋电子学和自旋量子计算做出的重要贡献及其荣获2014年度全球华人物理与天文学会亚洲成就奖。通过视频及图文并茂的形式，将抽象理论具体化，通过感官冲击，使学生领会到科学家敢于探索、潜心钻研的高尚情操，了解我国在计算材料领域所做出的国际贡献，进一步增强科技自信、文化自信和民族自信。在讲MS实例操作时，结合近年来国内科学家在《Nature》《Sci-ence》《科学通报》等国内外期刊发表的文献进行科研实例教学。在布置开放性课题时，要求学生查阅相关性强且质量高的文献进行分组讨论，再结合所学知识独立完成课题。并且把分组讨论和课题所涉及的思政内容作为德育考核，评价学生的情感态度与价值观，使评价机制做到虚实结合。

结语

随着超级计算机、量子计算、新材料等先进技术的快速发展，“计算机在材料科学中的应用”也正发生极大转变。传统的教学内容和方式需要不断改革以满足人工智能时代的发展需求，提出“四位一体”教学模式，从研究型探究式教学、线上线下体验教学、前沿知识教学和课程思政教学四个方面进行课程教学改革，突出课程的设计性、研究性、探索性，实现教、学、做、评的融合，重点培养学生知识应用能力、实践能力、创新精神和文化自信。同时，为后续课程的学习做打下基础，尤其是毕业设计(论文)提供方法和途径，也为高校应用研究型人才培养提供实践依据。

参考文献:

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［5］张茂林，李智敏，施建章．相对介电常数测试与模拟计算结合研究［J］．实验技术与管理，2017，34(01):41-43．

材料科学技术范文篇9

一、低碳经济形势下国内外材料科学技术的发展现状

在低碳经济形势下，为争取其经济和科技的领先地位，世界各国都十分重视材料科学技术的应用和发展，把新材料新技术作为科技发展战略的重要组成部分，予以重点支持。美国新材料科技战略目标是保持本领域在全球的领导地位，支撑信息技术、生命科学、环境科学和纳米技术等发展，满足能源、信息等重要部门和领域的需求。美国氢燃料研发主要集中在生产、储存和氢的配送技术及驱动汽车的几乎无空气污染物和温室气体排放的燃料电池技术开发上，研制的高效堆积式多结砷化镓太阳能电池的转换效率达到31％。通过在宇航发动机中增加先进结构材料，把发动机的推重比提高到20，大大降低飞机的重量，节约能源。欧盟新材料科技战略目标是，在航空航天材料、电子信息材料等领域竞争领先优势。欧盟科研公司大力发展光学材料、磁性材料、燃料电池技术、纳米技术、超导体、信息存储技术、钛基复合材料等。通过产品创新和技术创新，在新材料制造装备、加工和应用三个方面来发展低碳经济，并计划到2020年温室效应气体在1990年的基础上至少减少20％。H1日本新材料科技战略目标是保持产品的国际竞争力，注重实用性，在尖端领域赶超欧美。日本对新材料的研发与传统材料的改进采取并进的策略，注重已有材料性能的提高及回收再生。15]在21世纪新材料发展规划中将研究开发与资源、环境协调的材料以及减轻环境污染且有利于再生利用的材料作为主要考核指标。通过开发新的材料科学技术以解决资源短缺和环境污染问题。我国历来重视材料科学技术的发展，在各项国家计划中都给予了材料领域重点支持，如973、863、科技攻关计划等。在低碳经济形势下，我国已形成了比较完善的材料科技体系，在材料领域的研发方面取得了长足进步，某些新材料领域具有明显的资源优势和技术优势，如纳米碳管、有机发光材料、稀土永磁材料等方面进入国际先进行列。但我国自主创新能力弱，缺乏有自主知识产权的新材料产品及技术，严重阻碍新材料新技术的研究发展。因此，我国正通过各方面的不断努力，改进材料的加工制备技术、工艺及装备，大踏步向低碳经济迈进。

二、低碳经济对新材料产业的发展要求

展望世界经济的未来，低碳经济要带动实体经济的发展，必须借助新材料新技术的支撑。低碳经济对新材料产业提…的总体要求是：为推动经济向低消耗、低碳排放的转提供物质基础。具体包括：

1产业结构调整升级。低碳经济形势下，根据传统产业的低碳升级改造和新兴战略性产业发展的需要，新材料产业需要加速调整产业结构，压缩初级材料加工：[业产能，推动产业链向精深升级发展，优化产业结构和区域布局。

2技术创新。制造业的升级对低碳材料的需求层出不穷，必须通过不断的技术创新研发出新型低碳技术，抢占技术主导权，增加产业的柔性和生命力，不断地促进新材料新技术的更新发展。

3优化能源结构改善生态环境。优化能源结构，逐步降低煤炭在一次能源结构中的比例，提高核能、太阳能和风能等清洁、高效、优质能源的比重，以保证经济与环境的可持续发展。

三、材料科学技术在低碳材料领域中的应用前景和发展趋势

(一)碳纤维复合材料

碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料，结构轻质化要求使碳纤维复合材料具有广阔的应用前景。碳纤维复合材料以其独特、卓越的理化性能广泛应用在火箭、导弹和高速飞行器等航空航天领域。采用碳纤维与塑料制成的复合材料制造各种宇宙飞行器，[71不但推力大、噪音小，而且由于其质量较轻，所以动力消耗少，节省大量燃料。在汽车行业中，用碳／玻璃纤维混杂增强复合材料可以大大减轻车重，降低成本，减少污染。在电子工业中，研磨碳纤维加入到热塑性树脂基体制得导电塑料，可有效地解决抗静电问题，制成的部件不需要刷导电底漆，可大大降低低本并减少对环境的污染。

(二)新型信息功能材料

随着电子技术飞速发展，新型信息功能材料正向节能环保、智能化方向发展。电子信息功能材料是以宽禁带半导体材料、光电子材料、磁性材料和纳米材料为主导发展方向。光电子材料正由体材料向薄层、超薄层和纳米结构材料的方向发展，[81美国、日本通过研究Ⅱ一Ⅵ族材料技术制得了以激光、红外为主要应用背景的新型高性能光电子材料。利用第三代半导体材料制成的高效率白光发光二极管作为新型高效节能固体光源，在光显示、光存储、光照明：等领域中有着广阔的应用前景。电磁屏蔽材料是一种防止电子污染所必需的防护性功能材料，是目前高新技术发展领域中的新型电子材料，其电磁波的屏蔽性能将随着我国电子工业的飞速发展而日益改善和提高。

(三)节能建筑材料

低碳经济中，建筑材料正向轻质化、绿色化方向发展。建筑上常将透明绝热材料与：外墙复合成透明隔热墙，大大减少因对流造成的热量损失。复合保温玻璃具有双重保温性能，可保持室温稳定，降低能量的损耗。纳米微胶囊相变材料通过相变技术在恒温状态下进行吸热或放热，在外界温度变化时能有效地保持室内热环境的稳定性，减少能量的损耗，[91达到建筑节能的目的。太阳能光电材料是太阳能电池与建筑材料复合而成的新型建材，太阳能光电屋顶、太阳能电力墙和太阳能光电玻璃不仅能吸收太阳热能，还能将其转换为电能，支持住宅内部用电，甚至还能将多余电力输入电网。随着太阳能技术的发展，太阳能光电玻璃有望在十年之内成为生态建筑中的主流玻璃材料。

(四)新型能源材料

随着人们对环境问题和能源问题的日益重视，清洁能源已成为一种有市场竞争力的能源形式。氢能源以高效、环保等优势应用于汽车上，但由于制氢和运输困难，尚未获得大规模应用。生物燃油随着柴油机性能的改善，已逐渐贴近了实际应用。镍氢电池是近年来开发的一种新型电池，没有记忆效应，没有环境污染，广泛应用在电动汽车上。燃料电池具有高的能量转换效率且不污染环境，广泛用于通讯、汽车等领域。美国在管型固体氧化物燃料电池(SOFC)研究上处于领先地位，德国SIMENS公司开展了平板型SOFC研究，但由于材料、结构、制造技术等问题，SOFC尚处于技术攻关阶段。高温超导材料作为一种新型节能材料，大幅提高电力生产、传输、分配和利用的效率，具有广阔的应用前景。

四、先进低碳技术促进低碳经济的发展

当今时代，高速发展的工业技术要求加工制造的产品精密化、轻量化、集成化；国际竞争更加激烈的市场要求产品性能高、成本低、周期短；日益恶化的环境要求材料加工过程中能耗低、碳排放量低。因此，需要探索先进材料加工技术，使材料由单一的传统型向复合型、多功能型及低碳型方向发展。

(一)无模成形技术

无模成形技术是一种板料的柔性加工工艺，基本无需模具或只需简单模具。该技术成本低，周期短，节省能源，显著提高塑性成形的精度和效率，广泛用于加工小批量多品种产品。在低碳经济形势下，一些新型的板料无模成形技术应运而生，带来巨大的经济价值。旋压是一种典型的连续局部塑性成形工艺，精度高、柔性好、易于实现机械化与自动化、节约材料，是实现薄壁回转体零件少无切削加工的先进制造技术，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子、化工等领域，已成为精密塑性成形技术的重要发展方向。数字化渐进成形是日本学者松原茂夫于20世纪90年代提出的，之后世界各国学者对该工艺的成形过程、成形机理、成形性等展开了广泛的研究并取得突破。金属板料数字化渐进成形技术易于实现自动化，广泛用于航空航天领域，解决钛板零件小批量多品种、回弹大和难成形问题。

成形锤渐进成形是90年代新兴的加工技术，使用刚性冲头和弹性下模，对板材各局部区域分别打击成形所需形状的加工工艺。日本静冈大学对自由曲面的渐进成形工艺、加工路径、工序控制等方面做了比较系统的研究，但我国尚未展开。成形锤渐进成形只是成形形状比较简单的工件，而且成形后留下大量的锤击压痕点，影响制品的表面质量，因而后续需要进一步研究处理。

(二)近净成形技术

近净成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术。它改造了传统的毛坯成形技术，使得成形的机械构件具有精确的外形，高的尺寸精度、形位精度和好的表面粗糙度。近净成形技术是目前制造技术中发展较快的先进技术，使机械产品毛坯成形实现由粗放到精化的转变，使外部质量做到无余量或接近无余量，内部质量做到无缺陷或接近无缺陷，实现了优质、高效、轻量化、低成本的加工，021广泛用于机械零件制造上。美国、日本等利用气化模铸造、树脂自硬砂组芯造型等近净成形技术加工制造汽车模具、飞机用高强超硬铝合金及铝锂合金零部件等，取得了巨大的技术经济效益，如汽车缸体铸件已经做到壁厚在3mm～4mm。计算机的发展、非线性问题计算方法的改进，推动了非线性有限元等技术发展，近净成形正向虚拟制造和网络制造方向发展，并且将由宏观模拟进一步向微观的组织模拟和质量预测方向发展。近净成形技术改善了生产条件，减少对环境的污染，成为一种清洁的绿色生产技术，为可持续发展创造有利条件。

(三)内高压成形技术

目前，减轻重量以节约能耗、降低排放是航空航天领域及汽车工业应对全球能源危机和环保压力的主要措施。采用轻质材料是实现结构轻量化的主要手段，而内高压成形是生产轻质复杂零件的理想方法。内高压成形也称为液压成形工艺，以管材作坯料，通过管材内部施加高压液体和轴向进给把管材压入到模具型腔使其成形为所需形状的工件。美国T．Altan教授主要进行管材液压成形性能、成形加载路径，有限元自适应仿真方面的研究。日本主要研究成形工艺参数和设备性能，极大的提高了管材成形极限。在这方面我国研究起步较晚，用液压成形工艺制造汽车、飞机等机械零件尚处于起步阶段。内高压成形工艺是一种先进的柔性加工技术，用来整体成形轴线为二维或三维曲线的异型截面空心零件，成形精度高、制造柔性化、节省能源、降低材料消耗、节约成本，有着广泛的应用前景与发展潜力。铝合金、镁合金、钛合金室温下成形性差，采用常温液压成形方法很难成形复杂零件，这时常采用热介质成形，㈣即将管材、模具和液体介质加热到一定温度而成形的空心变截面零件，可显著提高管材内压成形极限、增加零件复杂程度，广泛用于航空航天以及汽车领域。根据目前的应用现状，内高压成形正向着双层管的液压成形、拼焊管液压成形和热态介质内高压成形方向发展。

(四)绿色制造技术

绿色制造技术是在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的新型制造模式。绿色制造可最大限度地提高资源利用率，减少资源消耗，降低成本，减少或消除环境污染，实现经济效益和社会效益协调优化。㈣少无切削加工技术是一种精密成形加工方法，可以大大减少机械加工余量，节省能量，目前在机械加工中广为使用。快速原型制造技术则是综合利用激光技术、CAD技术和数控技术而形成的少无切削加工的高新技术，节约资源，减少加工废弃物，是很有发展前途的绿色制造技术，广泛应用于模具制造、产品开发、医疗器械等领域。超高速加工技术是近年来发展起来的一种集高效、优质和低耗于一身的先进制造工艺技术。该技术既可保证加工质量和提高加工效率，又能降低能源消耗，减少碳的排放，是绿色制造技术未来的发展方向。虚拟制造技术(VMT)是以信息集成为基础的一种先进制造技术。在虚拟制造环境中生成软产品原型，代替传统的硬样品进行实验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而节省能源和原材料，缩短产品开发周期，降低成本。该技术应用在飞机、汽车等领域，美国波音公司在777新型客机机型设计中，利用VMT和三维模型进行管道布线等复杂装配过程的模拟，获得了前所未有的成功。

材料科学技术范文篇10

1新形势下现有毕业设计教学方式存在的问题

1．1教学时间集中。效果不理想

材料科学与工程专业本科毕业设计的内容主要分为研究型设计和工艺型设计。研究型设计围绕指导教师指定的科学技术问题展开试验性或分析性研究，而工艺型设计以指定的条件进行生产工艺流程的设计。这两个过程都涉及到大量的科学技术知识，且所需的知识很多在教学中并未涉及，而大部分学生没有充分的时间进行文献阅读并进行相应知识的积累，因此不了解设计内容的背景和科学问题，在设计过程中处于被动的状态，很难有自己的见解。因而，这一过程对其科学素养与工程技术素质的培养效果大打折扣。

1．2与考研、找工作时间重合，受到冲击

近年来，随着本科毕业生就业难问题的突显，考研和找工作占据了大学高年级学生相当一部分时间和精力。据统计，河南理工大学材料学院近年来的考研率一直维持在35％以上，而且进一步呈现低年级化。许多学生从一年级就关心考研问题，而一部分学生为了增大考研成功率，在三年级上学期开始上考研班。这对本科教学造成了严重冲击。而由于毕业设计的时间集中于四年级下学期，与研究生考试、复试以及单位招聘的时间重合，因此许多学生忙于考研和找工作而在毕业设计中投入精力少。这使毕业设计教学时间集中的问题恶化，进一步降低了教学效果。

1．3教学内容不尽合理，形式单一

近年来大学毕业生工程技术素质的下降使用人单位对大学生的期望降低，而激烈的就业竞争使学生在实现就业的过程中处于弱势。因此，对于选择就业的毕业生，提高其对工作岗位的适应能力，有针对性地拓展其知识结构，对其职业发展有很大的帮助。但是目前的毕业设计教学内容很难达到与工厂对学生的要求一致。因此，增加其他形式的教学内容，丰富毕业设计内容势在必行。

2毕业设计教学改革的内容与措施

2．1打破时间限制。增加教学时限为了使学生有足够时间进行文献阅读和研究工作，毕业设计提前至本科教学的三年级开始。从这一阶段开始，毕业设计教学与专业理论知识的教学相辅相成，科研和设计的实践活动促进学生对理论知识学习的兴趣。对刚刚学过的知识应用，也可以有效地拓展科研或设计的思路。同时，这样的教学方式使学生有充足的时闻进行毕业设计的文献阅读，积累相关的知识，了解设计背景，改变了学生过去“仓促上阵”的状况。在材料科学与工程专业08级本科生中以自愿的形式选择部分学生实施新的教学方式，并以其余的学生进行对照。结果表明，从三年级开始毕业设计的学生毕业论文或设计说明书的质量明显高于对照组，其对研究工作的理解好于对照组，工作量大大超过对照组从答辩成绩分析，实行新教学方式的学生毕业设计成绩普遍高于对照组，优秀率达~1]52．6％，其余为良好，无中或中以下成绩。

2．2结合教师科研项目合理选题让学生在毕业设计中参与教师的科研工作，一方面可以为教师的科研课题增加一支新生力量，另一方面学生通过参与科研可以得到科研能力和其他能力与素质的培养，为今后考研继续深造奠定基础。河南理工大学材料学院材料学系设有水泥、混凝土、玻璃、陶瓷、耐火材料、新型功能材料等研究方向，近几年承担国家、省、市、校级及企业委托1o0多项科研课题，为学生选题提供了较大空间。另外，我们还充分利用新进博士所具有的外联关系，选派优秀本科毕业生到相关知名院校和科研室所进行毕业论文工作，收到了良好效果。据统计，自2005级~1J2006级已毕业的2届250多名学生中，总共有超过80％的人选择与教师科研课题有关的研究题目，且呈增长趋势。

2．3借助外部力量进行工艺性设计的教学毕业设计是一个实践性很强的教学环节，以往这个环节完全与社会、工厂企业脱钩，设计题目由指导教师设定，一般除毕业实习阶段到有关工厂企业去实地考察外，大部分时间完全由教师指导学生在学校关门做设计，存在许多弊端。为此我们从2004级材料科学与工程专业毕业生开始，采用了“由指导教师与焦作千业水泥有限公司有关生产技术人员联合指导毕业设计”的做法，结合水泥工厂的工程实际问题和生产技术难题进行毕业设计的选题。在2005级和2006级毕业生中进一步推广，让学生到即将工作的企业和单位参加实际题目的设计。实践证明，这是工科类大学生进行毕业设计的一条有效途径。

3结语

从目前的效果来看，本科毕业设计的改革取得了初步的成功，这一环节的教学质量有较明显的提高，学生、用人单位的反馈较好。下一步改革的范围将扩展到所有学生，同时在以下方面进行更深入的改革。