材料科学基础十篇

材料科学基础篇1

【关键词】 材料学;材料科学基础;教学改革

材料是人类生存和发展的基础。纵观人类利用材料的历史，可以清楚地看到，每一种重要材料的发现和利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新的水平，给社会生产力和人类生活带来巨大的变化，把人类物质文明和精神文明向前推进一步。可以说没有半导体材料的开发和工业生产，便不可能有目前的计算机技术和现代信息技术革命;没有现代的高温高强度结构材料，便没有今天的宇航科技;没有低损耗的光导纤维，便不会出现光纤维的长距离传输，也无当前的光通信可言。高等院校深刻感受到材料对社会影响的方方面面，深刻认识到现代社会对材料学方面人才的需求。

我国各大高校纷纷设立了材料学院，并建立健全了材料学方面各类培养课程。材料科学基础是材料学专业学生必修的专业基础课。通过材料科学基础课程的学习， 可使学生掌握材料科学基础领域的基本理论知识和实验操作技能，以利于学生学习材料学专业的后续课程。[1-6]本论文通过分析材料学专业材料科学基础课程教学中存在的问题，阐明了材料学专业进行材料科学基础教学改革的必要性，并结合本人讲授材料科学基础过程中的体会，初步探讨了如何提高材料科学基础的教学效果，并对教学内容，教学方法等方面的改革进行了探讨。

1.材料学专业材料科学基础教学改革的必要性

随着现代社会对材料学人才的大量需求，材料学专业已逐步成为全国各大高校重要的组成部分，但由于专业的性质，材料学专业也是高校中最难学习的专业之一。要成为一个材料学专业合格的本科毕业生，既要具备化学方面的基础，又要物理方面的基础，还要掌握材料化学，材料物理等材料专业的知识。但由于学生大学学习的时间是有限的，这就造成材料学专业课程设置时，存在“课时紧，任务重” 的问题。以材料科学基础为例，材料学专业材料科学基础授课时间一般不少于120学时，而纵观全国各大高校材料学专业，材料科学基础通常为54学时，个别为72学时，且大多没有实验。这并不意味着材料学专业对材料科学基础的要求低，而是由于材料学专业课程多、学时紧等原因导致的无奈之举。材料科学基础学时少造成学生对材料科学基础的知识掌握肤浅，很难真正体会材料科学基础的本质，同时也影响了后续材料学专业课的学习。另外，不设材料科学基础实验，学生的动手能力得不到锻炼，在进行后续课程时没有任何基础，从而影响了其它材料学专业实验的顺利进行。总之，材料学专业材料科学基础教学存在的诸多弊端已严重地影响了材料学专业学生的正常学习，因此，材料学专业材料科学基础教学改革势在必行。

2.材料科学基础的课程内容和特点

材料科学基础是一门古老又新兴的课程，它是一门理论性强，内容丰富，掌握起来有相当难度的课程。同时，它也是一门重视实验，能够培养学生动手能力的课程。具体来讲，材料科学基础主要内容分为三大模块:第一模块为晶体结构和缺陷，包括各种晶体的空间结构、可能出现的各种缺陷及缺陷的表示法。本模块内容约占总学时的25%～35%;第二模块为原子及分子运动、材料的变形和再结晶，本模块内容约占总学时的45%～55%;第三模块为单元及多元相图，包括晶体的凝固和相图的关系、相图的分析等，本模块内容约占总学时的15%～25%。分析各模块的主要内容，可以提炼出材料科学基础主要包括晶体的结构及表示方法。[7-9]

3.材料学专业材料科学基础课程改革研究

3.1 教学内容改革

根据材料科学基础的主要内容和课程特点，结合材料学专业对材料科学基础的要求，我们对材料科学基础教学内容主要进行了如下改革:“精简内容，把握重点，强调相关。”材料科学基础经过上百年的发展，内容已经相当丰富，而且还在不断更新。如此庞大的内容仅仅通过短短的54学时或者72学时来顺利完成全部教学内容几乎是不可能的，因此，精简教学内容是材料科学基础教学必须进行的环节。针对材\料学专业的特点和材料学专业对材料科学基础的要求，并考虑到材料学专业材料科学基础没有实验的实际情况，我们对这三大模块进行了以下改革:首先，精简第三模块的内容，使其仅占总学时的5%，同时在第三模块中加入15%的实验内容，从而使学生掌握基本的实验操作;其次，把握第一模块的内容，第一模块为材料科学基础基础知识和基本理论，是材料科学基础学习的重点，这部分的学习可以使学生初步了解材料科学基础的本质，同时在第一模块增加材料科学基础的X衍射、透射电镜等基本的表征手段的学习，这部分内容达到总学时的40%;最后，强调第二模块中与材料学专业相关的材料科学基础内容， 占总学时的40%。第二模块的内容非常繁多，我们通过学习原子和分子的运动规律、材料的形变及再结晶规律，使学生能熟练掌握与材料学专业有关的材料科学基础知识，为后续材料学专业学习打下基础。

3.2 教学方法改革

材料科学基础是一门看似简单，但掌握起来却有相当难度的课程。在教学过程中必须尽快让学生掌握材料科学基础的学习方式，跟上上课节奏，学生才能有效地掌握这门课程。这就要求在教学过程中必须改革传统的灌输式教学方法。在教学实践中通过借鉴前人的经验和总结自己的教学过程中的教训，在教学方法上主要做了以下改革:(1)通过现实的例子，引发学生学习材料科学基础的兴趣。针对材料是科技的基础这特点，通过材料的突破实现国家的科技发展的例子，增加学生学习材料科学基础的兴趣。同时，介绍材料科学基础与材料学专业其他课程的关系，使学生了解材料科学基础对其专业学习的重要性，引起学生对材料科学基础学习的高度重视。比如讲到晶体结构和由于掺杂引起的缺陷内容时，可以介绍当前高科技领域的发展基本都是通过掺杂引起材料能带发生变化的特点，激励同学们努力学习好这门大部分高科技所需要的基础知识，为将来祖国的发展作出自己的贡献;同时介绍材料学专业方面的所有专业课或多或少的与这们课有关联的特点，使学生了解材料科学基础对其专业学习的重要性。(2)以晶体结构为主线，引导学生深刻理解物质的结构决定性质的原理。为了让学生更好地掌握晶体的结构缺陷和性质的关系，如必须使学生真正理解什么是位错运动，实际晶体结构中的位错是什么样子。(3)通过课本目录，帮助学生学会总结，比较，归纳。材料科学基础内容琐碎繁多，在学习过程中，必须及时总结，比较和归纳，才能将材料科学基础的内容形成整体，不致前面学的很快就忘记，影响后面内容的学习。在教学过程中，针对学生在长期学习过程中不看目录的缺点，我们强调了目录的作用。比如学习完一章后引导学生根据目录回忆本章主要内容，象本章包括几节，每节主要讲了什么主要内容，其中重点是什么等。然后引导学生比较这一章与前面几章的联系和区别。最后，分析学过的内容，总结和归纳出要掌握的主要内容。(4)逐步引导，培养学生自学。大学教学的一个很重要的任务就是教会学生自学，学生在学习材料科学基础的过程中对于晶体的结构和三元相图，掌握起来具有较大难度，需要老师讲解，但对于原子结构和键合相对简单，可以通过在老师引导下，学生自学的方式掌握。这既节约了学习时间，又有效地锻炼了学生的自学能力。(5)通过做凝固和晶体结构分析实验使学生对书本上学的凝固原理和晶体结构缺陷有更深入的了解，如让同学门把铁碳合金熔化后浇注在砂型腔里铸造成钢锭，研究是凝固原理对其结构的影响，然后把凝固后的钢锭用XRD(X射线衍射)，研究其晶体结构和晶体缺陷，同时把钢锭磨平后在显微镜下研究其晶相，找出成分中的马氏体等晶相组织，与书上的相图对比，加深对书本上知识的理解。

3.3 考试方式改革

课程成绩的考核是课程的重要内容，考核方式对教学效果有很大的指导作用。针对材料科学基础的特点和主要内容，我们将材料科学基础的考试方式分为三块，一是传统的闭卷考试，占总成绩的60%，二是平时成绩，主要是作业完成情况和每章主要内容总结等，占20%，三是实验情况，在学生的实际操作中，考察学生的动手能力，以及通过实验考察学生对课本内容的理解能力占20%。其中在闭卷考试中，我们强调了课本的基本知识，同时，有相当数量的综合题主要考察学生对所学的内容的综合应用情况，而概念题则考察学生对材料科学基础结构和本质的理解情况。

4.结论

通过以上教学改革探索，激发了学生学习材料科学基础的兴趣，加深了学生对材料科学基础这门课的理解，为后续的材料学专业的课程学习打下了坚实的基础。

参考文献

1 张莉芹.“材料科学基础”多媒体教学浅析[J].中国冶金教育，2008，5:58-59.

2 张建新. 《材料科学基础》本科教学的改革与实践[J].科技信息，2009，21:114-115.

3 王小槐，张照军.《材料科学基础 综合设计型实验教学的探索[J].实验室研究与探索，2004，23(1):62-64.

4 杜双明.材料科学基础课程教学质量保障系统[J]. 技术与创新管理，2008，29(6):649-651.

5 付猛，沈榕.论材料科学基础课程建设的基本原则[J].时代教育，2008，10:44-45.

6 王章忠， 张祖凤， 巴志新. 应用型本科《材料科学基础>>课程建设与改革[J]. 南京工程学院学报(社会科学版)，2005，5(2):65-66

7 胡赓祥，蔡珣.材料科学基础[M].上海:上海交通大学出版社，2002.

材料科学基础篇2

 

美国俄亥俄州立大学(OSU)是一所历史悠久的研究型高等学府，为十大联盟Big Ten Conference成员，被誉为“公立常春藤”大学之一。OSU开设的专业几乎涵盖了所有的学术领域，很多专业在全美名列前茅。

 

OSU工程学院材料科学与工程系由地质、采矿及冶金系和粘土、陶瓷系合并而成，许多教师在国际相关研究领域享有很高的声誉。系里拥有一栋办公楼和两栋试验楼，拥有很多具有国际先进水平的仪器和设备，其研究方向覆盖了金属、陶瓷等电子、生物、超导、传感器、金属间化合物、先进复合材料、涂层、薄膜材料等的加工、组织及其化学、物理、力学性能的研究。

 

国内某高校(以下称A高校)是一所以土木建筑、环境市政、材料冶金及其相关学科为特色，以工程技术学科为主体，工、理、文、管、法、经、艺等学科协调发展的多科性大学。该高校冶金工程学院由冶金工程、材料成型与控制工程、金属材料工程、化学工艺与工程4个专业组成。其研究方向覆盖表面纳米化处理、超细晶材料制备、涂层材料、电池材料、钢铁材料、金属间化合物等领域。

 

OSU的材料科学与工程系和A高校的冶金工程学院都设置有材料科学基础课程，且都立足培养材料加工类专业理论应用型人才。因此，对这两所大学材料科学基础类课程的教学方法进行比较研究是可行的。通过比较研究，对国内高校材料专业乃至其他理工类专业的教育教学改革和课程体系建设具有一定的启示和借鉴作用。

 

一、课程体系

 

OSU的本科教育旨在培养学生对专业的学习兴趣，帮助学生获得应对现代社会挑战所需要的知识和能力。OSU将每学年分为Winter、Spring、Summer、Autumn四个学期。除了Summer Quarter，其他学期都安排了材料科学基础的相关课程，其专业课设置均为专业基础课，即精心为学生设计的入门课程，主要目的是给学生展示该学科涉及哪些方面的内容，哪些内容可以在今后的学习中进行深入学习，帮助学生完成从高中向大学阶段的过渡[1]。

 

OSU材料科学基础相关主要课程有：MSE564——材料微观组织和力学性能、MSE342——材料的微观组织和特性、MSE741——透射电镜、MSE205——材料科学与工程简介、MSE361——材料的力学性能简介、MSE605——材料科学原理、MSE765——材料的力学性能。这些课程共分为三个体系，205、605讲授的是材料科学基础和原理，注重介绍各类材料的组织、结构、性能、加工工艺与其应用之间的关系，讲授金属材料、陶瓷、聚合物、化合物等材料的组织结构对其力学等性能的影响以及分别采取哪种工艺改变材料的结构获得预期性能。361、564、765主要讲授了材料的宏观力学性能，例如陶瓷、金属材料、聚合物、化合物等材料的拉伸、疲劳、断裂、蠕变等宏观力学性能，并阐述了材料组织结构对其变形行为的影响。

 

342和741讲授了材料微观组织结构分析与表征，主要通过XRD、SEM、EBSD、TEM等分析方法对材料的位错、织构等微观组织结构的分析与表征。课程体系安排由浅及深，比如605是205的深化版，对相关理论进行了深入讲解，重点对位错、扩散、钢的热处理部分进行了扩充。765是361、564这两门课程的深化版。学生可以自主的根据自己的掌握程度以及兴趣选择基础课程或者深化课程，完善自己的理论知识体系。

 

A高校实施以通识教育为基础的专业教育，培养德、智、体、美、劳全面发展的高水平高素质人才。该高校材料科学基础相关课程主要包括金属学、材料化学、材料组织结构的表征、材料性能学、材料加工原理和材料综合实验，体现“组织决定性能，性能决定用途”的知识核心。此外，该高校设有材料塑性力学、凝固理论、轧制技术、冲压成型等课程，旨在帮助学生形成一个从材料合成到后续加工的完整知识体系，但是理论基础课程设置较少，学生对基础理论的掌握程度有待深入。

 

二、实践教学

 

实验是课程的重要组成部分，也是学生学习掌握材料组织性能、材料检测方法的重要手段[2]。OSU采用分时段的实验室管理方法，即将每次参与实验的学生分成四组，四组学生在50分钟内交换使用实验仪器，大大提高了实验效率，也能够让每个学生亲自参与到实验环节中，并从中得到锻炼与知识的理解与巩固。学院也会设计一些趣味实验，MSE361课程就设置了一个“Egg Drop”项目，就是让学生开动脑筋，采用奇思妙想确保鸡蛋从5层楼上扔下来而不破裂，要想成功完成这个项目，学生需要发挥团队协作精神，综合运用材料力学知识，选取有效材料对鸡蛋进行保护，并采用有限元进行模拟分析。

 

A高校的材料科学基础课程实验属于验证性技术基础实验，一共包含三个内容，分别为金相样品的制备及显微镜使用，Fe3C-Fe平衡组织分析以及金属塑性变形与再结晶实验。实验采用集中安排的形式，安排在具体的某周某节课，由教师动手操作，学生围在周围学习，然后分组完成实验操，每个学生的亲身经历比较少，通过实验获得的专业知识也会减弱。

 

三、课堂教学方法

 

课堂教学方法是在一定的理论指导下，为实现既定教学目标而采用的课堂教学形式。教师应该了解和掌握多种教学方法，根据具体的教学情境和教学目标运用不同的教学方法。

 

OSU所有的教室基本都配备有投影设施，在讲课过程中，教师可以用电子笔在PPT上勾画、讲解。另外教师在授课过程中，可根据需要设置一些问题，学生通过手中的clicker，按键给出自己的判断，答题结束后，屏幕上很快显示出统计结果，教师会据此了解学生对知识点的掌握情况。

 

OSU课堂多采用以激发学生潜能为目标的“案例教学”、“交互教学”和“小组讨论”。案例教学通过教师讲解实例向学生介绍材料组织及性能的相关理论知识，然后学生再利用网络、书籍等资料，运用所学的知识对自选材料进行分析;交互式教学方法，构建了一个平等和互相尊重的学习氛围，实现了师生之间的相互沟通和加深对新概念的理解;在小组讨论与汇报过程中，教师对每个学生都十分重视，尽量让每个学生都有表现的机会，强调让每个人都分担一部分工作。在展示成果时，每人都要汇报自己做了什么，并谈谈自己独到的见解。有些课程在课程讲授完之后，会要求学生分小组完成一个项目设计，这样可以培养学生的团队合作意识、创新精神和社会责任感，使其学会如何收集资料，也使概念的记忆和问题的解决迅速化。

 

A高校目前的课堂以讲述为主导，案例教学和交互教学方法逐渐加以应用，这样的做法对学生自己构建知识体系有重要意义。但是在构建知识体系的过程中，教师相对传统的讲述方式、作业布置等情况，导致对学生知识结构方向的纠偏作用比较小。学生在不知道问题的已知条件的由来的时候，往往难于形成自己的知识体系。课堂互动的效果与美国的课堂气氛差异很大，在美国课堂上，只要教师提出了问题，学生会马上有激烈的反应，若是有讨论的话，教室里马上就会活力四射;但是在中国课堂上，教师提出问题，大多数学生会选择沉默，教师需要用“点将”的方式实现互动。

 

OSU将更多的时间留给了学生，让学生有更多的作业时间和创新时间。A高校则在课堂教学上花了更多的时间，教师和学生的创新思路和时间将受到限制。

 

四、考核体系

 

OSU将考试成绩分散在日常学习中，根据学生的到课率、课堂答题情况、作业完成情况、小测验、期中考试、期末考试、实验(实验表现和出勤)、实验评估和项目等综合决定。所以从头至尾，学生需要认真学习才能取得理想的成绩。

 

A高校的成绩由期末考试和平时成绩来决定，期中、期末考试占70%，平时成绩占30%。平时成绩包括实验、出勤和作业全部。因此，学生就会只注重最终的学习结果，而不注重期间学习的过程。这对学生人生观，价值观的形成有重要的影响。

 

五、启示与借鉴

 

通过对俄亥俄州立大学和国内A高校材料科学基础相关专业的课程设置、实践教学、教学方法和考核体系进行对比，分析了A高校在教育教学过程中存在的问题。为提高材料科学基础课程的教学水平和人才培养质量，一方面要在实施通识教育的基础上加强自然科学、人文社科教育，拓宽学科范围，适当增加选修课程的数量，提高课程的综合性，增加学生学习知识面和课程选择的自主性;另一方面，材料科学基础课程教学内容要紧跟学科前沿，使学生了解到材料领域的高新技术，并应涉及各种材料工艺的计算机模拟[3];同时，实践教学要从教学计划和实验室管理两方面进行改进，更新实验室管理办法，维护设备的正常运转，使每个学生都可以参与其中。

材料科学基础篇3

1传统教学与多媒体教学的优势与劣势

1．1传统教学的优势与劣势

(1)有利于控制课堂教学进度。传统教学要求教师设计完整的教案和讲稿，课前备课充分，有利于控制课堂教学进度。

(2)有利于学生手脑协调并用。传统教学中的板书常写常擦，要求学生集中注意力边听边记笔记，锻炼了学生的手、脑协调并用能力。

(3)有利于多种教学形式的组织与转换。教师授课时可因时、因势变换启发、提问、讨论等多种形式组织教学，避免单调。

(4)有利于达到教与学的情感交流与互动。传统教学中，教师以独特的教态授课，学生可适时表达体会或置疑，教师全程监控学生的学习动态和接收反馈以及时调整教学节奏，实现教与学的情感交流与互动。

(5)不利于课堂效率的提升。传统教学中，大量课堂时间花在了板书文字和题图上，如相图单元，需要花相当的时间绘制相图才能有针对性地讲解；若板书过的重点在后续中需要强调时，往往需要重写，使得课堂效率难以提高。

(6)不利于直观、形象化授课。课程中的“材料结构”、“晶体缺陷”、“相图”等章节，仅靠模型、挂图，教师很难直观、形象地授课，学生感到抽象、不理解。

1．2多媒体教学的优势和劣势

(1)直观形象易扩充。好的多媒体课件图文并茂、声像共存，利于调动学生的多种感官和情绪学习；易于扩充课堂内容，再现或模拟教学场景。如在“晶体缺陷”章节，播放媒体文件“玉米粒的分布”和“毛毛虫的运动”，学生会心微笑的同时恍然大悟，原来我们的生活中就有与之相关的事物。

(2)高效轻松易互动。把教学内容浓缩进电脑，而教师只需一只鼠标就可灵活实现各种教具及内容间的转换，轻松提高授课效率；课后师生的交流与互动对于课程复习、学生创新能力培养很重要，多媒体教学提供了学习实时交流互动的可能性。

(3)重复再现易更新。课件可随时拷贝帮助学生课后学习；授课时教师利用鼠标就可再现知识点；同一课程在针对不同授课对象时，电子版课件可方便地实时更新。

(4)不利于教学进度的控制。多媒体教学信息量大，教学进度快，学生易跟不上思路；有了课件，学生大都不再记笔记，注意力易涣散，教师难以控制教学进度。

(5)不利于师生情感的交流。在多媒体课堂上，教师失去了表演的激情，而学生也习惯了注目于屏幕，双方交流出现真空，情感交流受阻。

(6)不利于学生能力的培养。课件中清晰的画面虽直观但制约了学生的想象力和创造力；课件频繁切换使学生跟不上思路而妨碍学习、思考能力的培养；学生过分依赖课件，疏于对知识的梳理和总结，难以将知识转化为实际能力。综上，两种教学模式各自存在固有优势和缺点，就本课程而言，应结合专业培养目标，从以下几方面力求两者有机结合，推动课程教学改革发展。

2传统与多媒体教学在材料科学基础课程中的有机结合

2．1在教学理念方面的和谐统一

在高教课程体系改革深化的今天，课程学时数的减少与要求掌握的知识、信息量的增多的矛盾升级警示我们，传统教育模式已不适应新形势下教学改革的发展，因此必须更新教学理念，从教师为主体转化为以学生为主体，实现自主学习和创新教育。而教学理念的转变，首先在于教师观念的转变，教师只有充分意识到自身在教学过程中的地位和角色，才有助于学生主体地位的实现；传统方式和多媒体技术作为不同形式下的授课手段，在教学理念的实现方面可以和谐统一。例如在“材料的凝固”一章中，用板书推导关键理论公式，能给予学生充分的理解时间，体现教与学的互动性，调动学生参与的积极性；而插播媒体文件演示金属的凝固过程，则直观形象地帮助学生理解和记忆，若再辅之以设问、置疑等手段，则不但可提高教学质量和效果，还利于学生创新思维和能力的培养。因此在新的教学理念的引导下，发挥传统教学优势，糅合先进多媒体技术，利于全面优化教学过程，提高教学质量和效率。

2．2在课件与教案要求方面的和谐统一

教案可以体现教师对课程的熟悉和掌控度，其逻辑性、条理性充分与否可以预测教师授课水平。那么在多媒体课堂，课件是不是可以完全取代教案而实现“无纸化”授课呢?答案显然是否定的。高校教师要清醒地意识到多媒体不是课堂的“主角”，运用现代化技术是为了更好地解决在传统教学中难以解决的问题，因此设计教案作为教师充分备课、系统整理授课思路的手段，依然不可或缺，而正因有了根据教学内容精心制作的多媒体课件，教案可以更加注重课程的系统化和条理化，而把需要扩展和具体化的内容在课件中以各种形式表现出来。例如在“相图”章节，教案涵括了各小节的主要内容、承接关系、主要概念、重要定律等，而多媒体课件中具体的文字说明避免了低效的板书；可以再现相图的绘制和分析的动画过程、展示金相显微组织图片，避免了手绘相图以及摆弄挂图和模型的麻烦；利用可视化技术将三元相图拆分、旋转、重组，直观表现出内部各个相区的位置和形态，避免了教师讲不清、学生听得一头雾水的尴尬。多媒体教学作为一种现代教育的新型模式，追根溯源还是在传统教学的基础上继承和发展起来的，教师应针对专业和课程特点，教学前充分分析和准备，设计提纲挈领的教案，编制独具优势的课件，结合教学的其他环节，相辅相成，切实提高教学质量和效果。

2．3在课堂教学组织方面的和谐统一

材料科学基础篇4

关键词：材料科学基础；实验教学改革；预期效果

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）08-0036-02

材料科学基础是材料科学方法与工程专业一级学科公共主干课，是介于一般基础课与专业课之间的专业基础课，在教学中占有极其重要的地位，是学习其他相关专业课程的基础。材料科学基础实验是与材料科学基础课程教学配套的实践性课程，该课程的主要目的是培养学生的基本实验、实践能力，能应用所学的基本知识分析实验现象，解决实验中出现的问题。能根据要求查阅资料，设计实验方案，正确分析实验结果。通过实验培养学生分析和解决问题的能力以及创新精神。

随着国家高教改革的实施，实验课在教学中越来越受重视，很多高校以把实验课作为一门独立的课程来计算学分，为提高学生的动手能力，使实验与教学有机的结合起来，让学生在以后的工作中能学以致用，我们进行了一些探索和讨论，希望目前实验教学中一些不合理、不适合的方面能得以改进，充分发挥发挥实验教学在专业教学中的作用。

一、课程的主要内容及实验教学的现状

本课程将系统全面介绍材料科学的基础理论知识，诸如固体材料的结合键，材料的结构与性能，材料中的扩散，材料的相变，材料的塑性变形与强化，以及材料科学研究方法等，将金属材料、无机非金属材料、聚合物材料紧密地结合在一起。通过学习，要求学生掌握材料组织结构―成分―工艺―性能相互关系的基本规律和基本理论，深入理解他们之间的相互关系，培养学生应用所学的知识，分析、解决材料研究、开发和使用中实际问题的能力。初步掌握材料科学研究的思路和方法，为后续课程的学习和进一步深造奠定理论基础。

目前，我院材料科学基础实验课程存在着一个全国高校实验教学普遍存在的问题――实验与专业课之间为隶属关系。实验内容往往各自独立，实验之间缺乏连贯性，由于实验主要以分析材料的组织为主，因此常常出现重复实验操作的现象，往往造成实验室效益低下，教师、设备、房屋等的极大浪费。实验的模式，往往是以验证性实验为主，大多是按照实验指导书，在实验室人员的指导下按部就班地进行实验，学生做完实验后常常不知道做此实验的目的、意义是什么，使学生缺乏对实验过程的理解及相关理论知识的融会贯通，不能充分掌握和利用所学知识进行创新。同时，目前实验主要以验证实验为主，大大阻碍了学生创新能力的培养。有的实验操作具有重复性，学生常常由于重复相似的实验，而失去对实验的兴趣，进而对实验抱着敷衍的态度。如，钢铁平衡组织及铸铁组织的观察、马氏体形态观察、金属的低倍组织缺陷观察等，目前主要是学生用金相显微镜对各种组织的标样进行观察，实验具有相似性，学生做实验时实验兴趣逐渐减退，往往做完实验很快就忘了。

二、实验教学改革的内容

1.验证型实验加深学生对基本理论的理解。由于材料科学基础实验是学生首次进入专业实验室，因此他们对实验室的基本情况都不了解。基础实验，主要使学生了解实验室的规章制度、注意事项及实验设备的相关知识，掌握实验设备的结构、功能，及其操作方法。本部分的实验包括金相显微镜结构与使用、金相试样的制备、金相显微摄影技术，要求学生能按实验指导书的要求，正确进行实验，联系课堂所学知识，加深对所学知识的理解，使学生掌握金相试样的制备方法，金相显微镜的使用方法和金相显微镜的数码照相法。

2.综合型实验培养学生综合实践能力。在这一实验环节中，要求学生能根据实验目的，合理设计实验方案，正确进行实际操作，应用所学的理论知识分析问题实验结果，解决实验中出现的问题。如铁碳合金平衡组织的观察与分析等。这些实验可与材料热处理、材料工艺学课程的学习一起进行。将一个班的学生分成若干个组，每组4～6名学生，由学生根据材料热处理、材料工艺学课程所学知识，在老师的指导下，学生从原料的选择、加工开始，进行配料、成型、热处理、制备金相试样，进而进行金相实验，分析各组间观察到的金相图像不同的原因。

3.设计型实验提高学生创新能力。在有关教师的指导下，学生应用所学本课程的理论知识，在本学科的前沿进行一些探索性的实践，可以在本课程时间内提出有创新性的设想和研究方案，而后在开放实验室中进行，也可以是教师科研工作中与本课程内容有关的小课题，鼓励学生应用所学的知识提出创新性的设想。如：“高强铝合金组织与性能研究”的实验。首先，学生在研究生的指导下完成相关文献的查阅，通过查阅文献，拟定出实验目的。提高铝合金强度的方法很多，如添加合金元素、制定合理的热处理工艺、采用最佳的制备工艺等，本实验的实验目的即选取适当的方法以提高铝合金的强度。其次，学生在结合文献的基础上，根据实验室条件，选择适当的实验设备。如，我院实验室可选相应实验设备有：电阻熔炼炉、金相显微镜、硬度计、力学性能实验机、扫描电子显微镜等。学生可通过所选实验设备进行合金熔铸、合金热处理、力学性能分析、显微结构分析等实验。然后，学生结合文献在老师的指导下拟定切实可行的实验步骤。在研究生的参与下完成实验。在实验实施过程中，可以几个同学一起完成，这样又可培养学生的协作能力。

4.实验报告的撰写。目前，大多数学生在撰写专业实验报告时，仍按照大学物理实验报告的模式来撰写，包括实验题目、实验目的、实验器材、实验原理、实验步骤、实验数据处理以及问题的分析讨论几个主要部分。但综合型实验与设计型实验的实验报告要求按正规期刊上发表的小论文的格式进行撰写。这样有利于培养学生的逻辑思维、文字表达能力。较好的小论文还可以进行发表，以此来提高学生学习的兴趣、学习自信，及学院的教学影响力。

三、教学实验改革的预期效果

材料科学基础通常开设在第五学期，是我院材料类本科生接触的第一门专业基础课程，课时多，课程难度也比较大，其实验课主要围绕组织的金相分析为主，有一定的操作重复性，学生实验后往往记不住实验的内容，缺乏实验兴趣。经过实验教学改革，开设综合型实验及设计型实验后，在实验过程中，学生都是实验的主体，整个实验都是在实验室老师的指导下由学生独立完成，综合实验对培养学生主动学习、灵活运用所学理论知识及创新的能力，激发学生的学习热情，提高学生解决分析问题的能力，都具有一定的效果。

四、结束语

以上是本人在材料科学基础实验教学过程中，对实验教学改革的一些思索。实验环节是工科学生学习期间的重要环节，实验教学工作的好坏，直接影响到学生专业知识学习能力、实践动手能力及创新能力的培养，因此，实验教学的改革是一项势在必行的艰巨任务，如何开展材料科学基础实验的教学改革是值得进一步深思和探讨的。

参考文献：

[1]胡庚祥.材料科学基础[M].上海：上海交通大学出版社，2000.

[2]那顺桑.金属材料工程专业实验教程[M].北京：冶金工业出版社，2004.

材料科学基础篇5

关键词：专业基础课；全英语教学；材料科学与工程

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）03-0092-02

随着经济全球化的加深与国家对外开放的不断推进，如何培养大批具有国际视野、通晓国际规则、能够参与国际事务与国际竞争的国际化人才，成为我国高等教育急需解决的重要问题。教育部早在2001年颁发的《关于加强高等学校本科教学工作，提高教学质量的若干意见》中就提出，“本科教育要创造条件使用英语等外语进行公共课和专业课教学”，“力争三年内，外语教学课程达到所开课程的5%～10%。”[1]。近来，《上海市中长期教育改革和发展规划纲要（2010―202O年）》中明确提出，“提升教育国际化水平，注重培养学生的国际视野和国际交流能力，增强上海教育的国际吸引力、影响力和竞争力”，凸显了高等教育中专业课程英语教学问题的重要性。全英语教学，是指用英语进行全程授课，让学生在全英语环境中学习专业知识。与一般的双语教学相比，全英语教学对学生和师资队伍的要求更高，教学难度也更大。尽管在专业课教学中如何恰当地运用英语授课，英语与中文两种语言的运用比例如何把握，仍然是一个充满争议的话题，但近年来人们逐渐认识到，双语混合授课既不利于专业课程教学目的的贯彻，也不适应国际化合作办学的需求[2]。因此，推广专业课程的全英语教学，是实现高等教育国际化的重要途径。建立国际化的课程体系，培养全英语教学的师资队伍，是实现教育国际化的重要内容[3]。上海理工大学材料科学与工程学院从培养国际化、工程化人才的宗旨出发，自建院起即开展了本科专业全英语教学的探索。“材料科学与工程”本科专业作为教育部和上海市卓越工程师教育培养计划试点专业，在课程设置方面突出了全英语专业课教学，特别是在专业基础课方面强调全英语授课，使学生从一开始就接受英语的专业知识教育，有利于培养英语思维的习惯及通过英语交流的专业能力，提高学生的竞争力。该专业的基础课主要由“材料科学基础”、“材料工程基础”和“材料结构与性能”三门课程构成；在教学内容的选择与设置方面，力求完美体现材料学科“成分―结构―加工―性能―应用”的主线。在专业基础课程体系的层面上进行全英语教学，是高等教育中一个大胆的尝试和创新，虽然符合教育国际化的要求，但是对师资队伍和教学方法等都提出了更高的要求。总结上海理工大学材料学院五年来在专业课程全英语教学方面的经验，不仅对培养材料科学与工程专业的国际化人才至关重要，而且可为其他专业类似课程体系的建设提供借鉴。

一、“材料科学与工程”全英语专业基础课程体系的特点

“材料科学与工程”的专业基础课由“材料科学基础”、“材料工程基础”和“材料结构与性能”三门全英语课程构成。课程体系的构建参考了美国有关大学的专业基础课程，并选用美国犹他大学Callister教授编写的英文原版教材为主要参考教材。三门课程的教学内容彼此关联，共同组成一个完整的、材料学科基础的知识体系。其中，“材料科学基础”作为先行课程，主要介绍金属、陶瓷与聚合物材料的组成、结构与缺陷等基础知识和概念；“材料工程基础”作为衔接课程，涉及不同材料的分类、加工方法及影响复合材料性能的主要因素；“材料结构与性能”作为后续课程，侧重于金属力学性能及其强化机制与材料的光、电、热、磁性能的介绍。通过全英语专业基础课程的教学，不仅使学生掌握材料科学与工程学科的基本概念与基础理论，并且可熟悉有关专业名词的英文表达，从而为后续专业课程的学习、出国深造与攻读研究生奠定良好的专业基础。

二、教学方法的实践与创新

对工科专业的基础课程开展全英语教学实践，是高等教育中一项充满挑战与争议的工作。一般而言，专业基础课是高校中设置的为专业课学习奠定必要基础的课程，作为基础课与专业课之间承前启后的桥梁与纽带，关系到学生专业基础知识体系的构建与后续专业课程的学习[4]，因此不宜采用全英语教学。然而，上海理工大学材料科学与工程学院近五年的教学实践表明，通过配备高素质的师资队伍，并采用有针对性的教学方法，完全有可能在不牺牲教学效果的前提下，兼顾传授专业基础知识与培养专业英语运用能力的教学目的。

首先，为了保证全英语授课教学质量，学院以具有多年海外留学经历的教师为骨干组成专业基础课的全英语教学团队，通过定期的教学研讨总结教学经验、相互取长补短，不断改进教学方法，提高教学效果。另外，学院通过邀请海外高水平师资来华授课、骨干教师观摩教学的方式，使教学团队成员获得了宝贵的全英语授课经验。材料学院经过近五年来的全英语教学团队建设，已形成一支以中青年教授为骨干、讲师为后备力量的教学梯队。考虑到三门课程教学内容的关联性，学院成立了全英语专业基础课教学协调组，由主管教学的领导担任组长，三门课程的负责人为组员，通过定期开会，协商不同课程间知识内容的划分，并针对每学期教学中遇到的新问题开展讨论，既避免了各课程授课内容的重复，又有效实现了不同课程间知识结构的连贯性。例如，当教学中涉及到先行课程有关知识时，教师注意梳理知识脉络，通过回顾先行课程基础知识的方式，逐渐引出后续课程的重点讲述内容。

其次，为了保证教学效果，全英语授课均采用小班化教学，每班学生人数控制在20人左右。小班化教学不仅有利于教师与学生的互动交流，根据学生的水平做到因材施教，并且可采用主题讨论等多种灵活的教学方法。在专业基础课程的全英语授课中，教师普遍采用启发性教学方法，注重激发学生的学习兴趣和参与课堂教学的积极性。例如，针对“材料工程基础”课程中的复合材料，可让学生列举所熟知复合材料的特点及用途，并进一步引导学生，通过查阅资料拓展对复合材料概念及其设计思路的理解。针对“材料结构与性能”课程中的力学性能，启发学生深入思考如何提高金属的综合力学性能及各种强化方法的微观机理。另外，对已讲授的教学内容，鼓励学生进行自我总结，在每一章节学习结束后，要求学生通过自由分组讨论的方式对重要知识点进行复习，并在课堂上对有关内容进行阐述和讲解，然后由教师和其他组的同学对讲述内容进行点评。通过以上方法的实施，可充分调动学生参与课堂教学及主动学习的兴趣。

再次，授课过程中我们综合采用了多种教学手段。针对学生阅读英文原版教材困难的现状，通过教师的精心备课，精练教学内容，突出教学重点；针对重点的概念和理论，通过反复强调、辅以中文解释的方式，帮助学生准备理解和掌握。课件制作时避免大段的文字描述，加入大量的图片、视频与动画，以直观图示的方式帮助学生克服语言障碍，加深对教学内容的理解。日常教学中，强调课前预习与课后复习的重要性，为了方便学生自主学习，我们为每门课程都建立了内容丰富的课程网站，为学生提供有用的知识与网站链接，并定期上传课件。每次上课前，教师都通过课堂提问等方式，回顾总结上次课讲授的重点内容，帮助学生强化记忆。

然后，全英语专业基础课程改变了传统的课堂教学评价方法，更加注重学生在教学过程中的课堂表现。除关注学生对知识技能的掌握，还关注他们自主学习、师生互动、团队协作、课堂问答及课后作业中的综合表现，即关注学生的整个学习过程。课堂表现的优劣在平时成绩中体现，占到课程总成绩的40%，从而改变了以往完全由考试成绩评价学生及教学效果的方法。

三、取得的成果与经验

材料学院成立五年来，一如既往地坚持开展专业课程的全英语授课，取得了一定的成绩与经验。目前，“材料科学与工程”专业的专业基础课程体系中的三门全英语课程均获得了上海市有关教学内涵建设项目的支持。其中，“材料科学基础”与“材料工程基础”先后获得上海高校示范性全英语课程建设项目的立项，“材料结构与性能”获得了上海市教委重点课程建设项目的资助。同时，三门全英语课程都被列为校级的专业核心课程。通过近几年的课程建设，我们在专业基础课程体系的完善、教学内容的规划、教学方法的改进与课程网站建设方面都取得了一定的成绩。

另外，在专业基础课开展全英语教学的基础上，材料学院进一步拓展了全英语教学专业课程的范围，陆续开展了“材料科学与工程”专业其他专业课的全英语教学，包括“现代材料分析方法”、“高分子科学基础”、“功能材料学”、“纳米材料学”、“复合材料学”等。通过上述专业课程的全英语教学实践，我们不仅向学生传授了专业知识技能，而且从学生开始接触专业即培养其专业英语的能力，因而获得了学生的认可与好评。我们相信，随着上海理工大学材料学院国际交换生与合作办学项目的开展，我们的全英语课程建设项目必将获得更大的发展空间。

参考文献：

[1]胡梦红，刘其根.地方农林类本科院校推广全英语教学的必要性[J].教育教学论坛，2015，（16）：105-106.

[2]隋铭皓，盛力，高乃云.基于开展《给水排水工程概论》全英语教学的思考与初步实践体会[J].教育教学论坛，2012，（31）：122-124.

材料科学基础篇6

【关键词】无机材料科学基础；教学改革；情感教育

《无机材料科学基础》是无机非金属材料、材料物理、材料化学、粉体工程等材料专业本科生必修的专业基础理论课和主干课程之一。该课程是研究无机非金属材料的组成与结构、合成与制备、性能、使用效能四者相互关系和变化规律的一门科学，因而它是具有立体性质的一个科学领域[1-2]。本文首先分析了《无机材料科学基础》课程的教学现状，然后针对该现状谈几点教学改革的思路。

1 课程教学现状

1.1 课程内容多，理论性强，难度大

《无机材料科学基础》作为专业基础课程，是材料学科的核心课程。该课程内容广泛，逻辑严谨，科学系统，注重新概念、新理论、新工艺、新材料以及不同学科知识的融合交叉；大量应用学生先修完的《物理化学》、《大学物理》、《高等数学》等众多课程中的内容，而且对先修课的掌握程度要求比较高；加之学生刚刚接触材料类专业基础课，学习效果往往不尽理想，学生普遍反映这门课程难学[3]。

1.2 学时数不足

一方面课程理论学时减少，我校由原来的70学时减少至56学时；另一方面随着材料科学的飞速发展，新型无机材料不断涌现，教材知识量显著增加。《无机材料科学基础》课程所面临的学时数不足与课程内容的不断拓展和更新的矛盾日益加剧[4]。

1.3 90后学生学习不刻苦

随着我国高等教育从“精英教育”向“大众教育”转化，当代大学生思想活跃，个性强，兴趣爱好广泛，知识面宽，但自控能力差，学习不刻苦，吃苦精神不强；而且部分学生基础差，底子薄，似有屈就普通高校之感，对所学专业不甚热爱，学习目的不明确。

2 教学改革思路

2.1 优化课程内容，突出重点

在教学过程中，对教学内容进行优化，将整个课程分为三个主要部分[5]。

2.1.1 无机材料的结构、性质部分：主要内容包括结晶学基础、晶体结构与晶体缺陷、熔体与玻璃体、表面与界面等内容。强调晶体结构缺陷、熔体和玻璃体的结构等内容，弱化结晶学基础等部分教学内容。

2.1.2 无机材料的热力学部分：主要内容为热力学应用、相平衡。由于学生之前已修过《物理化学》，所以精简热力学内容，重点讲述相平衡中的二元、三元相图及其应用等内容，强调三元系统相图的判定规则、结晶路程等知识。

2.1.3 无机材料的动力学部分：包括扩散与相变、固相反应、烧结等内容。重点讲述材料在高温下的动力学过程，材料的烧成工艺对性能的影响，为后续课程陶瓷工艺学提供理论基础。

2.2 加强前沿成果介绍，培养学生兴趣

在兼顾专业基础知识和教学重点的同时，将与教学内容相关的前沿科学技术、研究成果引入课堂，这样提高了学生的兴趣，为学生今后进一步深造和从事科研工作打下良好的基础。比如在讲授粉体表面与界面时，引入纳米材料内容。

2.3 制作优秀课件，采取多媒体教学方式

课件是多媒体教学的重要载体，其质量的好坏影响课堂教学效果的优劣。多媒体课件不同于教科书和备课笔记，无需大段的解释，应对教学内容进行最优化设计。制作优秀课件，关键在于全面、准确把握教学内容，应主要围绕对教学重点、难点、疑点等问题的表现上[6]。《无机材料科学基础》课程中有大量的图形、公式、化学反应式等用黑板难以解决的信息。用多媒体教学极大的丰富了课程教学信息量，提高了教学效率。同时需要详细透彻讲解或学生难以接受的内容，用黑板板书讲授，实现多媒体与传统两者教学方式的有机结合，优势互补。

2.4 教学形式灵活，提高教学质量

首先，授课过程尽量多举实例，结合工艺进行讲解，尽量扩充理论应用方面的实际例子，突出实用性。使学生从枯燥的理论中解脱出来，与生产实践紧密结合。其次，让学生为主体参与教学。预先告知某一教学内容的几个问题，让学生在课下准备，推举代表上台讲授，通过换位方式，学生既掌握了教学内容，体会到了备课的辛苦，又锻炼了口头表达能力，收到较好的教学效果。

3 融入情感教育

3.1 既热爱学生又对学生要求严格

情感教育在大学的教育中也常常被忽略，尤其是没有引起专业教师的重视，似乎学生的思想教育都是辅导员的事情，与我们专业教师很遥远。作为一名青年教师，在教学中把学生当成学弟学妹，从人生的理想，到学生的日常生活与学习，多关心多帮助，课间多注意与学生沟通，掌握学生的动态，使学生真正体验教师关心关怀他们的良苦用心[7]。同时对学生要求严格，比如上课考勤，课堂提问记录，批改作业评分登记等等，通过得力的措施促使学生重视该课及后续专业课的学习，保证教学质量。

3.2 挖掘专业课程的情感性因素

在专业课程中挖掘出情感性因素，让学生发现课程学习所蕴含的趣味性，从而提高学习兴趣[8]。比如讲鲍林规则时，展开讲讲关于鲍林的基本情况，包括他的家庭背景、科研工作经历及他对于结晶学的贡献。花些时间讲伟大科学家的奇闻秩事有助于增加学生的好奇心和对于课程的兴趣。

4 结束语

《无机材料科学基础》课程的教学改革是一项复杂的工程，必须根据教学大纲的要求，坚持以学生为本，不断改革，另外还要加强学生素质和外语能力的培养，总之教学改革的成效需要师生的共同努力。

【参考文献】

[1]陆佩文.无机材料科学基础[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003.

[2]韩培德，张艳，李玉平，等.“材料科学基础”课程建设与教学实践[J].科教园地，2007（12）：85-86.

[3]赵慧君，穆云超，范积伟，等.无机材料科学基础的课程建设与教学改革探讨[J].科技信息，2012（9）：218.

[4]宋晓岚.《无机材料科学基础》课程建设与教学改革探讨[J].理工高教研究，2004，23（2）：109-111.

[5]葛金龙，王传虎.《无机材料科学基础》教学改革探讨与实践[J].赤峰学院学报，2011，27（4）：259-260.

[6]王湘利.提高多媒体课题教学质量不能忽视的四个问题[J].现代教育研究・普教研究，2010（5）：77-79.

材料科学基础篇7

关键词：材料科学与工程专业；课程体系；实验教学体系建设

TB30-4

材料科学与工程是一门研究材料的组成与结构、材料的性质、使用性能、制备与加工以及它们之间相互关系的规律，以及对材料的生产技术和生产过程进行研究的学科。材料科学近年来迅速发展成一门独立的学科，并呈现出与工程相互交叉渗透的发展趋势。作为基础学科，单纯的注重培养专业素质明显已经不能适应社会发展的需求。随着我国材料科学与工程教育改革的逐步实行和迅速发展，高等院校的相关材料专业也从课程教育体系、实验教学体系、教学方法等方面进行了改革。该体系应树立新型的教学模式，优化教学方案，建设完善的课程体系和实验教学体系，从而能不断提高教学质量，充分培养学生的创新意识和创新能力，全面推动材料科学与工程教育的改革。

本文根据我校的实际情况，借鉴其他院校改革的相关经验，对材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系建设进行了探讨和分析。

一、课程体系建设

材料科学与工程专业的课程体系建设，应符合21世纪高等教育的发展趋势。树立以素质为前提，知识为载体，能力是关键的新型人才观。还要把各类材料和相关的合成技术以及分析测试技术当做一个整体，进行分析，真正形成“大学科”，才能满足社会和时展的要求。课程体系建设主要包括以下几个方面。

1.公共基础课。公共基础课主要包括两个方面，分别是：社会科学基础课程体系和自然科学基础课程体系，占总学分的45%。公共基础课主要包括了人文社会科学知识、自然科学知识以及工具性知识，主要是为了培养学生的思想道德品质、文化素质和身心素质、获取知识的能力。

2.专业基础课和专业核心课。专业基础课包括数字电子技术基础，画法几何与工程制图、工程力学等课程，占总学分的6%。专业基础课以培养学生的工程素质、工程应用能力和工程技术知识。

专业核心课是材料科学与工程专业的重点组成部分，密切围绕学科专业的基本要求和培养目松柚茫即可以突出学科专业的共同特点又可以体现不同院校的办学特色。专业核心课主要包括：材料科学基础、材料工程基础、材料物理化学、材料物理性能、材料科学研究方法、材料设计与制备、计算机在材料科学与工程中的应用七大课程，占总学分的14%。充分体现了“大材料”学科的共同知识体系。有利于学生更有效的掌握专业知识，更好地培养学生形成良好的的科学素质、知识应用能力、创新能力。

3.专业选修课。按照二级学科设置专业选修课，占总学分的13%。主要包括无机非金属材料的主干课程，和金属材料的主干课程。学生通过选修这类课程，可以在掌握“大材料”学科共同知识的基础上，对于无机非金属材料和金属材料的基本知识结构体系也能有一定的了解。此外，还开设了高分子材料、复合材料、材料成型加工工艺与设备和一些特色选修课，使核心课程得到深化，也激发了学生的学习兴趣。

4.公共选修课。公共选修课包括各种素质类课程和任选课程，占总学分的8%。这类课程开设的主要目标是加强学生的人文主义和经济管理等教育，促进学生的个性发展，提高学生的综合素质。

5.实验设计。实验设计包括实验课程、设计及实习等。实验设计是理论教学知识的延伸，有利于培养学生的实际操作能力，激发学生对科学研究的兴趣。主要的内容包括：课程设计、材料性能实验室、材料设计与制备综合实验室、毕业实习等。占总学分的14%。

二、实验教学体系建设

随着社会经济的发展和科学技术的进步，对于材料和工程专业的人才的要求也不断提高，他们应掌握材料现代测试技术与研究方法，并且要具备从事各种材料合成制备、性能与结构分析研究、新材料开发及应用的能力。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宗旨，根据材料科学与工程专业培养目标要求，构建课程基本知识-专业综合-设计创新三层次实验教学体系。课程基本知识实验教学体系服务于专业理论课程的实验教学；专业综合实验教学体系是独立于专业理论课程平台的实验教学，包括课程设计、材料设计与制备综合实验、毕业设计；设计创新实验教学体系是为学生自主设计创新服务的平台实验教学。[1]

材料科学与工程专业平台实验室下设材料制备实验室、材料成分测试实验室、材料组织结构分析实验室、材料物理性能表征实验室、材料计算机模拟实验室，形成了即独立又相互联系的实验教学体系。这种实验教学体系不但能够满足材料科学与工程专业核心课程的需要，也为材料综合实验教学水平的提高和学生自主创新设计创造了条件。

材料科学与工程专业安排了专门的时间来进行材料设计与制备实验，学生通过亲自动手做实验，能够熟练掌握材料科学研究的一般程序，对材料设计与制备、成分与结构分析、性能表征等也有了全面的了解，有助于理解材料的设计思路与研究方法。学生还可以根据教师布置的实验题目，为了获得性能达标的各种材料，设计出较合理的制备工艺制度，利用平台实验室进行材料制备，从而了解材料制备方法、工艺、设备性能与操作方法。利用材料成分测试实验室、材料组织结构分析实验室、材料物理性能表征实验室对所制备的材料成品各种无力性能进行分析，并对实验结果进行综合分析。综合实验的训练，培养了学生分析及解决问题的能力。

三、讨论

综上所述，我校在“大学科”的背景下，构建以材料的组成与结构、材料的性质、使用性能、制备与加工等四个方面以及其相互关系为基础的材料科学与工程专业体课程体系，体现了素质结构、能力结构、知识结构协调发展的原则。构建了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宗旨的材料科学与工程专业实验教学体系。但是教学改革不可能一蹴而就，是一个不断发展的过程，只有通过不断探索和实践，总结经验，才能不断完善材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系，以满足社会对相关材料科学与工程专业人才的需求。

材料科学基础篇8

一、纳米技术知识基础设施计划概述

1．纳米技术知识基础设施计划与纳米信息学2012年5月，即在材料基因组计划颁布11个月之后，美国“国家纳米计划（”NationalNanotechnologyInitiative，NNI）提出纳米技术知识基础设施计划，以确保美国在纳米领域可持续设计方面继续保持其国际领先地位。该计划旨在建立一个直接面向问题、面向需求的纳米技术知识基础设施，从而加快美国在纳米领域技术发现与技术创新的速度。从计划的内容与目标不难看出，此项计划与材料基因组计划有诸多相似相通的地方。提到纳米技术知识基础设施计划，必须要提及纳米信息学（nanoinformatics）这一重要的概念。纳米信息学指的是开发和实施有效的机制以帮助相关机构对纳米技术信息进行收集、验证、储存、分享、发掘、分析和应用，覆盖整个纳米领域，影响到研究、开发以及应用的方方面面。一个不断完善的纳米信息学基础设施将通过不断改善实验数据的再现性，以及通过促进工具和模型的开发和验证，而将数据转换成信息加以应用，从而确保国家纳米技术可持续性发展。因此，纳米信息学将为纳米材料和产品的合理设计，研究方向最优化和风险评估奠定坚实的基础。从这个角度来看，纳米技术知识基础设施计划和纳米信息学的发展同时也为材料基因组计划的实施提供了必要的补充与帮助。

2．纳米技术知识基础设施计划的基础与助推力（1）多元化的合作团队建立一个由科学家，工程师和技术人员组成的多样性的协作团队，对于美国纳米技术的研究、开发和应用至关重要，它们是美国纳米技术核心竞争力的中坚力量。该团队涉及纳米技术研究、开发乃至产业化的方方面面，包括多方面的研究力量，主要有：实验科学家、计算科学家和理论家，产业工程师，负责材料合成、测试、质量监控等的技术人员。（2）跨学科的协作网络建立一个灵活的可以开展多学科知识协作的网络，有效衔接基础实验研究、建立模型和应用开发，对于提高研发效率具有重要的作用。可靠的计算模型能够准确地预测和设计具有理想性能的纳米材料并进行风险评估和管理。此外，模型在开发新概念以及加深人们对纳米级材料的性能和行为的理解方面也起着重要作用。因此，当模型和实验结果在网络中能够被迅速分享时，基础研究与应用开发就可以更加有效迅速地连接起来，从而有的放矢提高研发效率。（3）可持续的计算工具箱一套能够促进实验分析和理解纳米材料的计算工具对于完成纳米技术知识基础设施计划而言至关重要。计算工具能够帮助人们发现在当前理论框架中不明显或难以表现出来的材料的性能与现象之间的关系。因此，经过验证、易于访问且得到良好维护的模拟软件将对纳米材料的性能和行为做出可靠的模拟，从而有效帮助纳米材料的设计与开发。（4）坚实的数据基础纳米技术知识基础设施计划迫切需要建立一个坚实的纳米技术数据和信息基础，将纳米材料设计、合成、性能、现象以及对生物和环境的影响等方面实验数据进行整合。开源数据与软件、开放获取的方式、通用的数据传送与存档格式、标准化的词表等都是建立这一基础的必要条件，对研究人员管理与储存实验数据具有重要的意义，同时也将极大地促进不同学科间研究人员的数据共享与彼此合作。

3．纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划相互促进、共同发展材料基因组计划是美国众多行业众多机构为加速本国先进材料的发现和巩固制造业的地位而共同做出的努力。纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划的合作涉及纳米技术知识基础设施计划的所有方面，特别是研究方法和数据方面的建设。通过相互间合作与交流，纳米技术知识基础设施计划与材料基因组计划将实现互利共赢。因此，这里所介绍的纳米技术知识基础设施计划将直接为材料基因组计划作出贡献。纳米技术知识基础设施计划试图通过模型、模拟工具和数据库的发展，以实现对纳米级尺度和亚微秒领域里各种现象的预测。相比来说，材料基因组计划的范围要宽得多，既包括纳米级别也包括宏观尺度的材料信息。纳米技术知识基础设施计划的实施对材料基因组计划来说，将是其重要和有利的补充。纳米技术知识基础设施计划取得的重要成果，如数据格式标准化，使实验科学家与理论家相结合以加速材料设计的方法等可适用于材料基因组计划的其他相关领域。同样，通过材料基因组计划开发出的与纳米材料相关的方法和标准等也可以在纳米技术知识基础设施计划的工作中进行探索，测试和评估。通过持续的交流与合作，在这2项计划指引下合作的各部门成果将推动整个时间与空间范围内材料的研究与开发，以进一步提高美国在材料与制造领域甚至更广泛领域的竞争能力。

二、启示与建议

材料基因组计划后，我国学术界迅速做出了反应。在中国科学院和工程院的推动下，计划的当年，近百名材料领域的科学家会聚北京香山，召开了“材料科学系统工程”会议，并提出建设集理论计算、数据库和测试三位一体的共用平台、实现重点材料示范突破以及成立多方协作的指导委员会等建议。在过去的2年多里，在中国工程院、中国科学院、科技部等机构以及上海市、北京市等地方政府的努力下，我国的材料基因组计划正在逐步落到实处，其研究理念也越来越多地被学术界所接受和采纳，不同学科背景的研究人员也逐渐投身此中。十几年前的“人类基因组计划”，我国尽管在后期也有少量参与，但是并没有能抓住那次重大科学计划的先机。因此，面临比“人类基因组计划”更为广泛的“材料基因组计划”，我国政府和相关机构能够迅速做出响应并踏实努力，确实有很大的进步且值得肯定。但在赶超的过程中，我们决不能简单照搬国外计划的内容与方案，而应深入消化吸收，并结合自身情况做出适合国情的选择与决定。

1．积极鼓励并大力发展原创的材料计算软件美国材料科学家已经通过不断改进计算方法，在计算预测模型上取得了不少成果，只是苦于一直没有合适的平台向制造业分享这些研究成果。材料基因组计划正是为他们提供了一个向材料科学家和制造商在内的整个材料科学界共享数据和计算工具的平台。当然在建立这个平台的过程中，随着交流与合作的加深，还将伴随计算工具与方法的不断改进与提高。而我国在材料计算软件上的开发几近空白，几乎没有自主知识产权的通用程序包。除了个别单打独斗的研究小组，我国材料计算大都依靠外国商用软件，在使用上有很大的局限性。因此，我国推动材料基因组计划的发展，首先亟需解决的是形成规模化的长期稳定的开发队伍，开发自主知识产权的各种模型、算法和大规模科学计算软件，摆脱国外软件的垄断和限制，为我国新材料产业的全面发展打下坚实的基础。

2．依托现有基础将数据库建设细化对材料的性能进行成功模拟和预测取决于2个基本要素，一是计算模拟方法和软件，另一个就是材料数据库。从材料领域的广度和深度，不难看到建立材料数据库将会是一项庞大的系统工程，需要政府、学术界、产业界通力合作，需要投入大量的人力物力和时间才能完成。高度规范化的系统数据库是决定这项计划成败的关键。美国政府也并没有从零开始建设，而是依托纳米技术知识基础设施计划的实施或者IBM和哈佛大学这样的机构自身的基础进行建设。我国可考虑依托“863”“、973”、国家科技支撑项目、国家自然科学基金等现有科技计划，对已完成项目的实验数据进行整理归纳，在统一的加工、标引与建设规范的指导下，逐步建设完成整个材料领域的数据库。2014年3月正式开通的“国家科技报告服务系统”，可系统查阅国家科技计划项目所产生的科技报告，涵盖国家科技投入产生的大量科技信息和数据。如果能够设计合理的字段与入口，也极有可能对材料领域的数据库的建设起到支撑与帮助作用。

材料科学基础篇9

【摘要】电子材料与器件课程作为电子材料专业的基础和入门课程，对于学生夯实基础、激发学习兴趣、展开深层次学习具有至关重要的作用。而该课程的教学方式方法，对于学生掌握电子材料与器件知识有着重要影响，在本文中，笔者将新形势下电子科技学科教学改革的特点和教学经验相结合，通过对电子材料与器件课程的教学内容、课程安排、教学形式等方面的研究，探索更加完善的教育教学方法，努力提高电子材料与器件课程的教学质量。

关键词 电子科学与技术；电子材料与器件；教学方法

电子材料与器件课程是电子科学技术相关专业的基础性课程，对于学生巩固基础知识和提高专业技能是极为重要的。而提高电子材料与器件课程教学的质量，使课程与社会需求相结合，是高校教师探索的重中之重。笔者承担着我校电子材料与器件课程的教学任务，在总结教学经验的基础上，笔者在教学内容、课程安排和教学形式等方面进行了尝试，并取得了一定的教学成果。

1.电子材料与器件简介

处于电子科学技术产业链前端的电子材料和元器件是众多核心基础产业的重要组成部分，是计算机网络、通讯、数字音频等系统和相关产品发展的基础。电子材料与器件是指在电子技术和微电子技术中使用的材料和器件，包括半导体材料与器件、介电材料与器件、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料光电子材料和磁性材料、电磁波屏蔽材料以及其他相关材料与器件。电子材料与器件是现代电子产业和科学技术发展的重要物质基础，同时又是科技领域中技术导向型学科。它涉及到物理化学、电子技术、固体物理学和工艺基础等多学科知识。根据材料的化学性质，可以分为金属电子材料,电子陶瓷，高分子电子、玻璃电介质、气体绝缘介质材料，电感器、绝缘材料、磁性材料、电子五金件、电工陶瓷材料、屏蔽材料、压电晶体材料、电子精细化工材料、电子轻建纺材料、电子锡焊料材料、PCB制作材料、其它电子材料。

2.电子材料与器件课程教学模式

2.1电子材料与器件课程教学形式

电子材料与器件课程既包含电子材料的物理特性和电子器件的工作原理，还包含丰富的电子材料与器件的理论知识，并且与实践应用紧密结合。为了更好的培养学生的时间能力，增强实践意识，达到学以致用的目标。因此，电子材料与器件的课程教学应采取实验教学和理论教学相结合的教学形式，教师安排合理的实验活动，将理论教学与实验教学有机结合，达到学生巩固理论知识、增强实践技能的教学目标。

2.2电子材料与器件教学课时安排

教学采用教材《电子材料与器件原理》。在电子材料与器件教学的课时安排上，该课程作为电子科学与技术专业的核心课程，电子材料与器件课程的总课时应不少于80学时，理论课学时设计应在64学时左右，实验课学时应在16学时左右，任课教师可以根据教学过程中的实际情况增加或减少某一章节的课时安排。

2.3电子材料与器件课程教材选择

在电子材料与器件课程的教材选择方面，由于电子材料与器件是电子科学技术的一部分内容，目前我国关于电子科学技术的参考书籍很多，其中也不乏经典教材，但考虑到本科生对于该课程接触时间段、基础知识薄弱等特点，笔者认为任课教师可以自行编写课件和讲义，以便学生更好的理解教学内容。除此之外，由加拿大萨斯喀彻温大学电气工程系教授、加拿大电子材料与器件首席科学家萨法·卡萨普编写的《电子材料与器件原理（第3版）》也是业界公认的电子材料与器件教学的参考书籍。

3.电子材料与器件课程的理论教学

在新时期素质教育的背景下，电子材料与器件课程的理论教学更侧重于加强学生的实践能力，因此需要对传统的电子科学技术教学中重视原理、定律和规律的模式进行调整，在教学内容的设置方面，为了便于学生更好的理解知识体系，以笔者讲授电子材料与器件理论课程（共80学时）为例，该理论课程共被划分为材料科学的基本概念、固体中的电导和热导、量子物理基础、现代固体理论等四个章节，这四个章节阐述了电子材料与器件涉及的基础理论，内容包括材料科学基础理论、固体中的电导和热导、量子物理基础和现代固体理论，以及对各种功能材料与器件的原理与性能的讨论。另外，在讲授每章内容时，任课教师应注意弱化理论知识，增加实践知识。

4.电子材料与器件课程的实验教学

电子材料与器件的实验教学要与理论教学紧密结合，并重点介绍理论课上讲过的电子材料与器件，实验课程学时不能偏少，开设实在要安排在理论教学完成之后，使学生能够充分将理论知识应用于实践中。在实验开始前，教师要要求学生充分掌握理论知识，实验结束后，学生要写实验报告，使实验切实产生作用，而不是走马观花。在实验课程的设定方面，要尽量避免与其其它验课程的重复，还要确保理论与实践相辅相成，充分利用实验资源。

5.电子材料与器件课程的学生评价体系

素质教育的电子材料与器件课程的学生评价标准应区别于传统的考试评价方式，教师要将学生的平时表现、理论知识掌握、实践能力等纳入对学生的评价体系中。促使学生不再局限于对电子材料与器件规律、定义等知识的僵化掌握，而是将学习重点偏向于实践和应用。这种评价方式的转变，有利于学生积极主动的掌握知识，在实践中巩固理论知识，在理论中深化实践知识，全面提高电子材料与器件的课程教学效率和质量。

电子材料与器件在信息产业的发展与科学技术的研究中的重要性与日俱增。它既是电子科学技术体系专业知识中的重要环节，更为电子科学专业的学生提供了良好的科研基础和就业竞争力。本文通过对电子科学与技术专业特点与电子材料与元器件课程内容的分析，探讨了电子材料和元器件在电子科学专业领域的重要性，笔者还结合自身多年电子科学专业的教学经验，对电子材料与元器件教学的教学形式、课时安排、教材选择进行了新的探索，对电子材料和元器件的理论和实践课程提出了新的意见和建议，以便于提高教学质量，提升学生专业素养。

参考文献

[1]萨法·卡萨普.《电子材料与器件原理（第3版）》.西安交通大学出版社.2009年6月

[2]安毓英，刘继芳，李庆辉.光电子技术[M].3版.北京：电子工业出版社，2013

材料科学基础篇10

1专业知识体系的调整

2006年教育部全国高等学校教学研究中心、材料科学与工程教学指导委员会联合制定的《高等学校材料化学专业规范(讨论稿)》(以下简称“规范”)中所制定的专业知识体系对于我校应用型人才培养来说，显得内容偏多，理论偏深，要求偏理，工程意识不强，因此，结合我校应用型人才办学实际，对“规范”中所界定的专业知识体系中内容做了相应的调整，从而形成了我校材料化学专业发展的专业知识体系。该体系内容调整的思路和原则是:精简内容，保证基本理论和必要的基本知识，降低难度，突出应用特色，体现学科进展;达到学生具备继续学习的理论基础和应用所学知识于工程实践的能力，适于培养应用型、创新型人才的要求。如“规范”中的量子力学基础、计算化学、电子论、材料科学中的数学等理论性强的内容一律删除。调整后，体系由化学基础知识、材料科学基础知识、专业方向知识三个部分所组成，其中化学基础知识包括基本的化学知识，化学原理、化学方法;材料科学基础知识包括材料的结构、材料的化学制备，材料的分析测试、材料的物理性质以及材料的成型加工等;专业方向知识包括高分子材料的制备、结构、性能、加工以及应用等，详见表1。

2课程体系的设置

设置什么样的课程来贯彻实施上述专业知识是我们一直以来探索的一个重要的教学改革问题。课程设置不同所获得的教育效果也就不同。在这方面各学校办学情况不同其做法也不一样［2－4］。经过几年的教学实践，我们认为，材料化学既然是研究材料的化学问题的科学，材料化学专业人才培养理当强调化学基础的学习，只有具备厚实的化学基础，才有可能弄清材料的化学问题，并用化学方法去研究和解决材料的化学以及其他问题，未来发展才有后劲;另外，化学基础好更有利于学生就业。因此，我们设置了无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、化工原理、高分子化学、材料化学和材料科学基础、高分子材料等9门核心课程来完成化学基础、材料学基础和专业方向等三部分知识，并做到统一考虑内容取舍、不重叠，处理好课程的相对完整与课程间融合衔接;精简繁多的数学推导和叙述性的内容，做到“简明”而不弱化基本理论，以满足材料化学专业本科教育专业认证的基本要求;引进学科近展的新内容，反映学科发展的方向。在教学内容上，无机化学、有机化学、化工原理、高分子化学和高分子材料等都紧密联系工业生产实际，渗透工程意念;分析化学以仪器分析方法为主;物理化学强化热力学基础和界面与胶体化学及其在材料化学中的应用;材料化学注重材料制备和分析测试;材料科学基础主要介绍材料的物理性质和材料的成型与加工(如表1所示)。

3课程标准的制定

教学的规范化、标准化是课程实施质量的保障，为此，我们陆续制定了上述核心课程的课程标准。在课程标准中规定了各门课程的性质、课程目标、课程内容，以及学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的基本要求，全面体现素质教育、创新教育的理念和课程功能。课程标准是教材编写、教学及其评估的依据，同时也是管理和评价课程、加强课程建设的基础，它的制定和实施，将全面推动教学质量的提高，这对于培养素质全面、富有应用型、创新型人才具有深远意义［5］。