大材料专业_材料科学基础_课程的教改认识与实践_靳正国
《材料科学基础》课程教学大纲
《材料科学基础》课程教学大纲一、《材料科学基础》课程说明（一）课程代码：08131015（二）课程英文名称：Fun dame ntals of Materials Scie nee（三）开课对象：材料物理专业（四）课程性质：《材料科学基础》是材料科学与工程系各专业本科生的一门重要的专业基础课，以介绍工程材料的基础理论为目的，既具有较强的理论性，又与生产实际有紧密的联系。
研究材料的成份、组织结构、性能及三者间的关系。
（五）教学目的：掌握有关工程材料的基本理论和知识，训练用所学理论分析实际问题的方法和思路。
初步掌握材料的科学实验方法和有关的实验技术；掌握定量、半定量地解决工程材料问题的方法。
（六）教学内容：本课程主要包括工程材料中的原子排列、固体中的相结构、凝固、相图、固体中的扩散、塑性变形、回复与再结晶、固态相变、复合效应与界面，以上内容都是材料科学的基础理论，它对于发展新材料、培养学生创新能力具有深远的意义。
（七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数：72学时分数：4 学分学时数具体分配：（八）教学方式：以讲授为主的教学方式。
（九）考核方式和成绩记载说明：考核方式为考试。
严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。
综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40%，期末成绩占60%。
二、讲授大纲与各章的基本要求第一章工程材料中的原子排列教学要点：通过本章的学习使学生掌握固体中原子的排列方式和分布规律，包括固体中的原子是如何相互作用并结合起来的，晶体的特征及其描述方法，晶体结构的特点，各种晶体间的差异，以及晶体结构中缺陷的类型及性质。
这些都是本章重点介绍的内容。
这些知识不仅是学习材料学科课程的基础，也是学习其他专业课程比不可少的基础。
1. 掌握晶面、晶向的表示方法2 •熟悉三种典型的晶体结构3 •晶体缺陷的基本类型、基本特征、基本性质4•位错的应力场和应变能；位错的运动与交互作用教学时数：13 学时教学内容：第一节原子键合一、固体中的原子的结合键（金属键、共价键、离子键、分子键、氢键）二、工程材料的分类第二节原子的规则排列一、晶体学基础（晶体、结构、空间点阵、布拉菲点阵晶面指数、晶向指数、晶面间距）二、晶体结构及其几何特征（金属中常见晶体结构、陶瓷的晶体结构）第三节原子的不规则排列一、点缺陷（平衡浓度、形成、结构和能量）二、线缺陷（位错的基本类型、柏氏矢量、位错密度、作用在位错上的力及位错的运动、位错的应力场与应变能位错之间的交互作用、位错的增值、塞积与交割、实际晶体中的位错）三、面缺陷（晶界、亚晶界、挛晶界和相界）考核要求：1、原子键合1.1 固体中的原子的结合键（识记）1.2 工程材料的分类（领会）2、原子的规则排列2.1 晶体学基础（领会）2.2 晶体结构及其几何特征（识记）3、原子的不规则排列3.1点缺陷（应用）3.2线缺陷（应用）3.3面缺陷（领会）第二章固体中的相结构教学要点：通过本章的学习使学生掌握固熔体、化合物、陶瓷晶体相、玻璃相及分子相等五类。
大材料专业“材料科学基础”课程的教改认识与实践
— 32 — ©
大材料专业“材料科学基础”课程的教改认识与实践
了不涉及哪类材料的相关基础理论知识的汇集 , 如几何结晶学基础 、晶体化学基础 、缺陷化学基 础 、表面与界面理论基础以及固体材料扩散理论 等 。在这方面 ,我们也注意了不能与学生所学过 的基础内容重复 ,特别是物理 、化学和物理化学中 的内容 。
作为材料科学与工程学科重要基础课程之一 的“材料科学基础”正面临着以加强基础 、拓宽专 业知识面和加强实践训 练为主要目 的的课程改 革。
一 、课程的性质及历史沿革 1 . 课程的性质 。 材料科学主要是指从事对材料本质规律的发 现 、分析、认识、设计及控制等方面研究的一门科 学 。其目的在于揭示材料的行为 ,给予材料结构、 性质等的统一描绘或建立模型 ,以及解释结构与 性能之间的基本关系 。其内涵是由组成 - 制备 结构 - 性能 - 与环境相互作用等几大要素组成。 广义地讲 ,材料科学的核心内容是对结构的
认识以及其对性能的影响 。对此需要了解材料在 各种过程中的行为 ,如加热过程、冷却过程 、反应 过程、界面过程 、扩散过程 、相变过程等 。因此可 以说 ,研究过程是理解结构的重要环节 ,结构是决 定性能的核心 ,外界条件控制着结构的形成 。
在材料科学中 ,对材料结构的描述有不同的 角度和层次 ,如组成基元 ( 原子、离子或分子) 、结 合方式 (金属键 、离子键 、共价键 、分子键) 、排列规 律 (晶态 、非晶态 、缺陷) 及运动形式 (扩散、偏析、 迁移、晶格振动 、电子运动、质点热运动) 等方面 。 此外描述材料的结构也可以通过原子结构 、晶体 结构、显微结构等不同层次 。材料的原子结构 ,电 子围绕着原子核的运动会影响原子的键合 ,使材 料表现出金属、无机非金属或高分子的固有属性 。 金属 、无机非金属和某些高分子材料在空间能形 成规则的原子排列或称晶态结构会表现出独特的 物理性质 ,如石墨和金刚石都是由碳原子组成 ,但 原子排列方式不同而导致了强度 、硬度及其它物 理性能上的显著差别 。又如玻璃态的聚乙烯呈透 明状 ,而晶态的聚乙烯是半透明的 。从显微结构 的层次上讲 ,纳米材料许多特异的性能是与其晶 粒细化和界面成分提高密切相关。这些统一起来
浅析材料科学基础的教学改革与实践
浅析材料科学基础的教学改革与实践1 提高教师业务力量与素养教师是向学生传授学问的主体，教学水平及教学质量的提高，关键在于教师，教师的业务素养及力量的凹凸是打算一个学校将来进展的关键因素之一。
但一支高水平师资队伍的形成不是一朝一夕就能完成的，它需要在正确的方针、政策指导下，经过长期不懈的努力才能形成。
而教师队伍建立特殊要从青年教师抓起，由于青年教师业务素养及力量的凹凸，代表着学校的将来与盼望。
哪个学校留意对青年教师业务素养及力量的培育和提高，哪个学校将来就有进展，就能上水平，哪个学校就抓住了教育要面对世界，教育要面对将来，教育要面对现代化的这一根本宗旨。
因此，青年教师业务素养及力量的培育与提高是直接关系到一个学校能否完成为党和国家培育四有人才任务的大问题，是提高学校教学质量与水平的关键之关键。
1.1 对青年教师进展师德师风教育，树立爱岗敬业精神一个教师的师德、师风的好坏，不但直接影响学校教学水平与质量的提高，而且将直接影响学校的学风建立乃至培育四有人才的大局。
因此，加强对教师进展师德、师风教育是治校之本。
由于教师在教学中的主导作用打算了师德、师风对学风的导向作用，一个优秀的教师不仅能激发学生努力求知，还通过言传身教教会学生怎样做人，使学生终身受益，因而教师的师德、师风将直接影响一个学校的学风。
如何使青年教师一走向教学岗位就坚固地树立起爱岗敬业、为人师表、教书育人的坚决信念呢?聘请在教学、科研岗位上有突出奉献的博士导师、教授设立专题，对青年教师进展师德、师风教育是一个好方法，这样可以通过博士导师、教授、老先生的言传身教使青年教师从开头参与教师队伍就清晰熟悉到教师是人类灵魂的工程师，担当着为党和国家培育社会主义建立所需要的四有人才的宏大使命，要想很好地完成党和国家培育社会主义建立所需要的四有人才的宏大使命，必需标准自己的言行、爱岗敬业、为人师表、教书育人，使之真正符合当代教育进展所需要的有思想、有品德、有力量、有水平的人类灵魂工程师的要求。
《材料科学基础》课程思政建设的探索与实践
《材料科学基础》课程思政建设的探索与实践随着科学技术的不断发展和社会经济的快速增长，材料科学作为一门基础性科学学科，已经成为了现代工程和技术领域的重要基石。
在材料科学的学习和研究过程中，不仅需要注重学生的学科理论能力、实验技能训练，还需要更加强调学院教育的重要性，在课程教学中注重思想政治教育，加强思政建设。
本文将从以下三个方面进行探讨。
一、思政建设的意义思政教育是当前高等教育中的一大重要任务，也是所有课程建设中的必修环节。
随着时代的变迁和发展，学生的思想意识也将不断发生变化。
作为学校教育的重要组成部分，思政教育不仅可以提高学生的思想政治素质和道德水平，更是可以锻炼学生的人文精神，提升学生的人格魅力和综合素质。
对于材料科学基础课程而言，思政教育意义重大。
首先，材料科学与人类的生产和生活密切相关，所以必须注重学生的社会责任感和社会使命感，让学生了解材料科学的作用和意义。
其次，材料科学学科自身具有深刻的哲学和思想内涵，在教学中，要教给学生材料的使用和科技的发展，同时也要让学生掌握人文精神，充分领会材料科学的意义和目的。
二、课程思政建设的内容与方法思政建设的目的就是要让学生在课堂学习的时候，不仅仅掌握材料科学理论和实践技能，更是要充分领会人文精神和社会责任感。
对于材料科学基础课程而言，思政建设的内容可以从以下几个方面展开：1、科研心态和价值观教育材料科学的研究有其独特的科研心态和价值观，教学中应在学习材料科学的理论知识的同时，培养学生严谨、批判、创新和奉献的科研精神。
引导学生建立真实、客观的科学合理的人生观、价值观，贯彻中华民族优良传统文化和社会主义核心价值观。
2、社会实践教育材料科学教育需要通过社会实践来提高学生的实践能力和创新精神，让学生更加深刻地体会到材料科学的实践应用。
在社会实践中，学生可以走进实际材料生产和应用现场，了解行业发展新趋势与新技术，进一步增强学生的社会责任感。
3、民族精神教育无论是什么时代，民族精神都是材料科学教育的重要内容。
关于《材料科学基础》教学改革的探讨与实践
《 材料科学基础》 是材料类专业 的一门重要基础课 ， 自 材料学院成立以来 ， 就非常重视该课程的建设。然而由于 该课程具有理论 性强 、 内容繁杂 、 知识点多而且抽象等特 点， 如何 解 决 好 教 与学 的 问题 ， 一 直是 该 课 程 教学 改革 的 重点 。
一
课， 以强 化基 础 、 突 出共性 、 拓 宽 专业 面 向 。通 过近 几年 的 建设 ， 现在已经初步建立了科学合理的材料科学基础课程 体系 ， 全部课程实现多媒体教学 ， 达到 了良好 的教学效果 。
习机会 。此外 ， 许 多学 校利 用 “ 校 董会 ” 的渠 道 ， 通过“ 产 学 研” 办公室， 也提供 了一定数量的带薪实习岗位。这些措施 拓 宽 了会 计 学实践 教学 的形 式 。 四是 改革 毕业论 文形 式 ， 实
现 形式 的多元 化 。
点发展会计事务所 、 代账公司。一般这类单位工作量大 ， 愿 意 给学 生提供 很大 的实 习空 间 。在 这类 企业 实 习学 生 可 以 接 触到 真实 的账 目和真 实工作 环境 。
【 教改创新 】
关于《 材料科学基础》 教学改革的探讨与实践
王树林 ， 季家友 ， 黄志 良， 石和彬
（ 武汉工程大学 材料学院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ３ ）
摘要 ： 本文针 对无机非金属材料专业的专业基础课《 材料科 学基础》 ， 提 出了教学改革方案 ， 并进行 了教 学实践 ， 实践 证 明 改 变教 学 方 法和 手段 ， 采取 启发 式 教 学模 式 ； 应 用现 代化 信 息技 术 ； 构 筑 先进 的 实验 体 系 ； 重 视课 后 习题 以巩 固课 堂 知识 ； 全面的课程考核方式等是提 高教 学效果的有力措施及手段。 关键词 ： 《 材料科学基础》 ； 教学改革 ； 实践 中 图分 类 号 ： Ｇ ６ ４ ２ ． ０ 文 献标 志 码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ４ — ９ ３ ２ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ９ — ０ ０ ５ ０ — ０ ２
材料科学基础的教学改革与实践
材料科学基础的教学改革与实践
材料科学是一门跨学科的科学，它涉及多个学科领域，包括物理学、化学、工程学等。
在材料科学的教学中，要求学生不仅具备深厚
的理论知识，还需要具备实践能力和应用能力。
然而，在材料科学的
教学中，存在着一些问题，如教学内容单一、难度大、实践环节不足等。
因此，本文将分享材料科学基础的教学改革与实践。
首先，材料科学的教学应该注重理论与实践相结合。
为了提高学
生的实践能力，可以采用多种教学方法，例如课堂演示、实验操作等。
通过实践能够使学生更加深刻地理解和掌握材料科学的基本理论，同
时也能够提高学生的实际操作能力。
其次，在材料科学的教学中，应该注重学生能力的培养。
不仅要
重视学生基本的理论知识的学习，同时还要注重学生独立思考和解决
问题的能力的培养。
可以采用研讨课、课堂讨论等多种教学方法，帮
助学生提高应用能力。
最后，为了让学生更好地掌握材料科学的知识，教学内容应该更
加具有实际意义，力求生动有趣。
例如，可以通过一些案例或者实际
问题来讲解材料科学的相关知识，这样学生就能更好地理解和应用所
学知识。
综上所述，材料科学的教学改革与实践需要注重理论与实践相结合，注重学生能力的培养，同时也需要注重教学内容的生动有趣。
这
样才能更好地提高学生的学习兴趣和学习水平。
《材料科学基础》课程教学改革探讨
《材料科学基础》课程教学改革探讨作者：宋祖伟梁爱琴师进生代辉来源：《考试周刊》2012年第94期摘要：文章分析《材料科学基础》课程教学中存在的问题，结合课程性质和特点，优化教学内容，采用互动式教学模式，利用多媒体、网络等教学手段，强化实验和创新实践的改革措施，提升教学水平与质量，激发学生学习兴趣，培养学生的自主学习能力和创新意识。
关键词：《材料科学基础》教学改革教学方法《材料科学基础》是材料类专业的一门重要专业基础课，内容涉及材料的晶体结构与缺陷、材料的形变和再结晶、金属和合金的相图等知识，具有概念多、内容抽象、学科知识面宽等特点，与生产实际紧密联系。
“老师难教、学生难学”是课程教学中反映出的最突出问题，堪称“天书”[1]。
传统教学中，教师采取板书为主，结合课外辅导的教学方法，很难达得最佳的教学效果；学生方面，更是感觉课程枯燥、难理解和记忆、应用知识解决工程实际的能力相当薄弱，由此产生抵触心理，逃课现象时有发生。
为此，各高校对该课程的教学改革与课程建设都进行有益的尝试[2]。
本文从教学内容、教学方法与教学手段等方面进行了改革探索和实践，激发了学生学习热情，提高了教学效率，极大改善了教与学的尴尬境地，使教学相长。
1.优化、更新教学内容根据材料类专业的培养目标和课程特点，选择胡赓祥、蔡珣主编的《材料科学基础》（上海交通大学出版社）作为课程教材。
经典的材料科学基础理论是教学重点，因此在内容设置上体现课程基础性特征，让学生系统掌握各个知识点，重点、难点要讲透，既注意与学生以前所学过的基础知识的衔接，又要避免重复，使学生容易接受新的知识，顺利完成新旧知识的过渡，打消抵触心理。
该课程的基础性强调材料的共性规律，故打破不同材料之间的界限，对不同理论体系加以整合，针对材料多样性，寻求各种材料的共性。
其次，在讲授材料科学基础内容时，紧跟时代步伐，将材料科学的发展前沿与最新成果融入课堂教学：如引进纳米新材料和环境材料等新知识，引导学生关注这些新领域、新发现、新课题，开阔眼界，启迪思维，激发学习兴趣[3]。
基于材料化学专业《材料科学基础》课程研究与实践
多 、 理 规 律 多 （ 及 原 理 、 律 几 十 个 ） 概 念 定 义 多 原 涉 规 、 （ 词 、 义 近 ３ ０个 ） 有 些 微 观 结 构 看 不 见 、 不 到 ， 名 定 ０ ， 摸
度 。 涵 盖 了 金属 材 料 、 机 非 金 属 材 料 、 分 子 材 料 及 无 高 复 合 材 料 等 ， 将 基 础 理 论 融 为 一 体 ， 出 了 材 料 的 共 并 突 性教学 ， 合作 为 我校 的教 材。另外 ， 了开 拓视 野 ， 适 为 选 择 西 安 交 通 大 学 出 版 的 《 料科 学 基 础 》、 料 科 学 材 《材
。
础 ， 为 高 分 子 材 料 方 向 的学 生 进 一 步 学 习 《 分 子 化 并 高
学 》、 高 分 子 物 理 》 《 《 、 高分 子 材 料 》 专 业 课 程 以及 无 等 机 材 料 方 向 学 生 学 习 《 瓷 工 艺 原 理 》 《 机 功 能 材 陶 、无 料 》 专 业 课 程 起 着 重 要 的 衔 接 作 用 。可 以 看 出《 料 等 材
科 学 基 础 》 程 在 材 料 化 学 专 业 的 人 才 培 养 中 占有 重 课 要 的 地 位 。 按 照该 专 业 培 养 计 划 的人 才 培 养 目标 ： 是 “ 为后 续 专业 课 打 下 牢 固 的基 础 ， 时 为 将 来 从 事 材 料 的 同 研 究 与 开 发 打 下 坚 实 的 理 论 基 础 ” 我 们 通 过 对 这 一 。 课 程 的 学 习 ， 学 生 在 掌 握 材 料 科 学 的 基 本 知 识 的基 础 使 上 ， 会 运 用 基 础 原 理 来 解 决 实 际 （ 业 ） 题 ， 为 将 学 专 问 并
材料科学基础实践教学大纲
《材料科学基础》实验教学大纲一、课程简介《材料科学基础》实验是应用物理专业课程《材料科学基础》的相应实践教学环节，是该课程的课内实验部分。
二、课程实验教学目的与要求1、实验教学目的通过实验，巩固所学理论课程的基本概念、基本理论，掌握材料结构、成分、制备工艺与性能之间的关系，理解材料晶体缺陷常识，掌握金属材料、无机非金属材料、高分子材料组成结构等知识；掌握功能材料其基础物理知识，学习各种材料结构分析在科研等方面的实际应用。
从而培养学生的实践能力和分析问题、解决问题的能力。
2、实验教学要求《材料基础实验》课程要求学生掌握各种实验仪器的操作，加深对理论课程的理解、记忆、掌握，深入理解材料物理本质同材料性能之间的关系关联规律。
要求学生亲自参与实验过程，仔细观察实验现象，认真记录实验结果数据，分析实验现象和结果。
培养科学、严谨、实事求是的科学态度。
为后续课程的学习、专业课程的学习、课程设计及进一步深造打好基础。
三、实验项目1.材料晶体结构数据的获得－X射线衍射实验目的：了解粉末X射线衍射工作原理、结构及使用方法。
在理论课程的基础上，加深对材料晶体结构的理解，掌握晶体结构数据的获得方法。
实验原理:X射线衍射分析（X-ray diffraction，简称XRD），是利用晶体形成的X射线衍射，对物质进行内部原子在空间分布状况的结构分析方法。
将具有一定波长的X射线照射到结晶性物质上时，X射线因在结晶内遇到规则排列的原子或离子而发生散射，散射的X射线在某些方向上相位得到加强，从而显示与结晶结构相对应的特有的衍射现象。
X射线衍射方法具有不损伤样品、无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息等优点。
衍射X射线满足布拉格（W.L.Bragg）方程：2dsinθ=nλ式中：λ是X射线的波长；θ是衍射角；d是结晶面间距；n是整数。
波长λ可用已知的X射线衍射角测定，进而求得面间隔，即结晶内原子或离子的规则排列状态。
《材料科学基础》课程简介
1、课程代码2、课程名称材料科学基础3、授课对象金属材料工程专业本科生4、学分3.55、修读期第4学期6、课程组负责人彭志方教授、雷燕讲师7、课程简介材料科学基础是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业课。
本课程将系统、全面地介绍材料基础理论知识，诸如材料的结合键、材料的晶体结构、晶体结构缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形与强化、材料的亚稳态。
本课程着眼于材料基本问题、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。
通过理论教学与实验教学，使学生不仅能掌握基本理论，善于分析和解决问题，同时也培养学生的动手能力、验证理论、探索新知识的能力。
本课程也是材料科学与工程专业的技术基础课，它为该专业学生的后续课程，如材料加工成型、材料热处理、材料的性能、工程材料学、材料测试、材料的近代研究方法、计算机在材料科学中的应用等提供基础。
8、实践环节学时与内容或辅助学习活动材料科学基础综合实验1周9、课程考核布置课后作业，作为平时成绩，占30％。
期末考试为闭卷考试，卷面考试成绩占70％。
10、指定教材石德珂，材料科学基础，机械工业出版社，200611、参考书目[1] 物理冶金基础，冶金工业出版社，唐仁正，1997[2] 材料科学基础，哈尔滨工业大学出版社，赵品，谢辅洲，孙文山.，2000[3] 材料科学基础，清华大学出版社，潘金生等，1998[4] 金属学，上海科技出版社，胡庚祥，钱苗根.，198012、网上资源1、课程代码2、课程名称材料工程基础3、授课对象金属材料工程专业本科生4、学分2.55、修读期第5学期6、课程组负责人李正刚讲师、梁夏讲师7、课程简介《材料工程基础》是材料专业学生的重要技术基础课，主要阐述了固态相变的基础理论和材料强化的基本工艺方法，并介绍了常用的各种工程材料。
本课程重点放在基本现象、基本概念和基本方法上，主要内容包括钢的加热转变、冷却转变、回火转变，珠光体相变，马氏体相变，贝氏体相变，钢的退火、正火、淬火和回火和工业用钢、铸铁及有色合金等内容。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
靳正国 郭瑞松 侯 信 郭新权 胡绳荪 盛 京
【摘 要】 本文根据天津大学材料学院材料科学与工程专业教学改革的目标 , 讨论了相关《材料科学基础》 课程教改中的一些热点问题及教改实践 。“材料科学基础” 是材料科学与工程专业较为基础和重要的课程 , 在 公共基础课和专业课程之间起着一个必经的桥梁作用 。 材 料学院在专 业设置齐 全 、专业 积淀较厚 的背景下 , 利用 学科门类齐全的优势 , 在加强基础 、拓宽专业 、注意 理论体系的 贯通融合 、与专业 课的衔接 等方面进行 了 探索 和三大材料专业知识结构的优化重组 , 初步建立了大 材料专业“ 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 。 【关 键 词】 材料科学与工程专业 教学改革 材料科学基础 课程建设 【作者简介】 靳正国 、郭瑞松 , 天津大学材料科学与工程学 院教授 ;侯信 , 天津大学材 料科学与 工程学院副 教 授 ;郭新权 , 原天津大学材料科学与工程学院副教授 ;胡绳 荪 , 天津大学材料科学与工程学院教授 , 天津市教改 项目负责人 ;盛京 , 天津大学材料科学与工程学院教授 , 教 育部教改项目负责人 。
的效应决定了材料的性能 。 2.课程的历史沿革 。 材料在人类文明进步的发展历程中始终扮演
着重要的角色 。 历史上 , 人类文明阶段是按石器 时代 、陶器时代 、青铜器时代、铁器时代来划分 , 现 代的所谓核时代与信息时代也是与两个著名的元 素 U 和 Si 的开发紧密联系, 这些反映了材料对于 人类文明发展的重要作用 。 人类在利用材料资源 和挖掘材料 资源的历程中, 已将材 料的种类、品 种、用途不断扩大 , 不断赋予材料新的设计 、新的 结构 、新的功能甚至智能 。 如今, 世界各国已注册 的材 料就有几十万种, 并且 仍在不断地增加中。 随着各类材料大规模的应用和研究发展及与相关 基础学科的交叉融合 , 人类对材料本质的了解也 得到了不断深入, 对各类材料的理解认识积累了 丰厚的理论基础 , 形成了以基本成分、键性特点、 本质属性分类的所谓金属材料、无机非金属材料 和高分子材料的专业体系 。
的基础性。 对此, 我们在教学大纲的制定上侧重
— 32 —
大 材料 专业“ 材料 科学 基础” 课 程的教 改认 识与 实践
了不涉及哪类材料的相关基础理论知识的汇集, 如几何结晶 学基础、晶体化学基础 、缺陷化学基 础、表面与界面理论基础以及固体材料扩散理论 等。 在这方面, 我们也注意了不能与学生所学过 的基础内容重复 , 特别是物理 、化学和物理化学中 的内容。
广义地讲, 材料科学的核心内容是对结构的
认识以及其对性能的影响 。 对此需要了解材料在 各种过程中的行为, 如加热过程、冷却过程 、反应 过程、界面过程、扩散过程 、相变过程等 。 因此可 以说 , 研究过程是理解结构的重要环节 , 结构是决 定性能的核心 , 外界条件控制着结构的形成 。
在材料科学中 , 对材料结构的描述有不同的 角度和层次 , 如组成基元(原子、离子或分子)、结 合方式(金属键 、离子键、共价键、分子键)、排列规 律(晶态、非晶态、缺陷)及运动形式(扩散、偏析、 迁移 、晶格振动、电子运动、质点热运动)等方面。 此外描述材料的结构也可以通过原子结构 、晶体 结构 、显微结构等不同层次。 材料的原子结构, 电 子围绕着原子核的运动会影响原子的键合 , 使材 料表现出金属 、无机非金属或高分子的固有属性。 金属、无机非金属和某些高分子材料在空间能形 成规则的原子排列或称晶态结构会表现出独特的
在以金属材料、无机非金属材料、高分子材料 的专业课程体系中 , 属于专业基础理论课的内容 均列为必修。 其中关于材料科学基础的教学从各 专业课程的安排上看 , 金属材料专业一般是以金 属和合金材料的本征行为及其应用理论为重点; 无机非金属材料专业的重点是离子键和共价键材 料物理化学上的基本特征及行为规律 ;而对高分 子材料专业, 其材料科学基础理论多分散在“ 高分 子物理” 、“ 高分子化学” 等课程的相 关章节中进 行, 其中制备科学涉及的较多而关于晶态物质结 构理论及高温过程则涉及的较少。
物理性质 , 如石墨和金刚石都是由碳原子组成, 但 原子排列方式不同而导致了强度、硬度及其它物 理性能上的显著差别 。 又如玻璃态的聚乙烯呈透 明状 , 而晶态的聚乙烯是半透明的。 从显微结构 的层次上讲 , 纳米材料许多特异的性能是与其晶 粒细化和界面成分提高密切相关。 这些统一起来
— 31 —
高等工程教育研究 2005 年增刊
易见的。
(4)与专业课的衔接。 材料科学基础课在 6 门学院平台课中与各专 业课的衔接关系是最为密切的 。 对此我们明确界 定了与专业课的衔接 , 即对涉及较为具体的一些 材料的行为、结构特征以及性能或功能的介绍, 一 般留给专业主干课程内进行。 这样保证了在有限 的课堂学时内使学生能够基于大材料学科的范围 去了解和认识其中的基本概念 、基本原理、基本规 律, 这对学生更清晰地掌握并运用这些基础理论 无疑是十分有利的 。 此外 , 在大材料意义下的基 础理论体系, 能以更宽的学科内容 , 更鲜明的材料 个性特征, 对其相互间的特征映衬给予了更为完 整的体现 。 基于如上的认识 , 我们在教学大纲的制定讨 论中明确:授课内容应从材料科学与工程的基本 原理出发, 要力求全面地阐明各种材料的共性规 律, 以及金属材料、无机非金属材料和有机高分子 材料的主要个性特征 , 本着材料科学的范畴 , 以固 体材料结构为重点, 从微观、宏观、物质内部 、表面 与界面、静态及动态过程等不同层面角度, 阐述与 固体材料密切相关的 质点间结合方 式和相互作 用, 质点的空间排列特征规律 , 聚集态结构 , 结构 缺陷及变化规律之间的相互关系, 表面与界面相 关的理论和 现象, 以及凝聚态材料 的相平衡、相 图、扩散 、相变等, 使学生对材料组成与物质结构 的内在联系有系统、深刻的理解和掌握 , 同时又了 解材料结构与性状间关系的基本规律 , 为今后继 续从事材料类专业的学习打下扎实的宽专业口径 的理论知识基础。 为此具体构建了以材料中的物 质结构和物质质点运 动及物相为核 心的大纲框 架: 2.新的教与学模式 。 “ 材料科学基础” 作为“ 大材料宽专业口径” 的 专业基础课 , 更为具体的是在教材的编写上如何 做好授课内容的取舍与更新, 以及在有限的课时 内达到理想的教学效果。 (1)教材建设 。 材料科学基础课程体系与许多相关专业课程 体系是紧密联系的 , 但本身教学内容中的每一环 节又是相对独立的 , 这就要求在组织教材中应注 意各个环节之间的衔接 , 特别是在与后读课程的 关系上。 教材内容与体系的取舍既要明确与后读 课程的相互关联, 又要保持课程自身体系的完整, 兼顾不同材料的特点及知识体系与要素 , 充分注
二、 课程教学的改革 随着教育创新的不断深入 , 材料科学与工程 学科正面临着办学指导思想上的转变 , 即围绕着 适应现代材料科学技术的发展, 在教育观念上实 现由注重专业教育向 注重能力与素 质教育的转 变。 办学的目的是强调在宽专业知识面上对学生 进行综合素质的提高 , 培养既掌握材料科学与工 程基本原理 , 又通晓材料制备与加 工、组成与结 构、性能与应用等系统知识的宽专业人才。 在材料学院进行的教学改革方案中 , 按“ 材料 科学与工程” 一级学科设立了六门相关材料科学 的平台基础 课程是:材料科学基础 、材料物理性 能、材料力学性能 、材料现代研究方法、材料研究 与计算机应用、材料概论(双语)。 其中“ 材料科学 基础” 是最为基础和重要的平台课程, 在学科知识
(1)利用材料学院学科门类齐全的优势, 进 行三大材料专业知识结构的优化重组 , 建立大材 料专业的“ 材料科学基础” 课程的教学体系。
(2)根据材料学院材料科学与工程一级学科 设立的六门平台基础课的相互衔接 、交叉、融合的 要求制订课程的教学大纲 。
(3)打破原有材料划分的界限 , 从材料科学 的本质出发 , 以突出基础、强调共性为重点 , 在三 大材料的结构与性能特征相互映衬下制定“ 材料 科学基础” 的教学内容。
构建中起着“ 基石”的作用 , 其教学内容的设定、宽 度和深度决定着学生培养中关于材料学知识的基 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 。 可 以说“ 材料科学基 础” 课程是公共基础课和专业课程之间的一个重 要桥梁。
材料学院现设有金属材料 、无机非金属材料、 高分子材料 、材料化学和材料加工及自动化五个 专业。 此专业设置在国内材料类学院中 , 是属于 专业设置较为齐全的 , 并且其中四个专业是上世 纪 50 年代期间先后成立的老专业。 在以如此学 科门类较为齐全、专业历史发展较长的背景下开 展材料科学基础课程的改革, 既有有利的一面, 又 有困难的一面 。 对此 , 我们在如下几方面进行了 教改内容的规划:
(4)按材料学二级学科专业设课 , 进行教学 改革的初步尝试。
(5)组织编写“ 材料科学 基础” 课程 教学用 书。
(6)组织编写课程的 CA I 课件, 提高课堂教 学质量与效果 。
(7)加强实践教学 , 探索新的教与学模式。 三、 课程改革的实践 1 .新课 程体系 的建 设 。 在新课程体系的建设中, 首先是打通金属材 料、无机非金属材料 、高分子材料专业的相关基础 课, 按材料科学与工程一级学科设置“ 材料科学基 础” 课程。 根据材料科学与工程专业的平台教学 要求, 实现材料科学与工程专业真正意义下的基 础理论知识的教学, 我们在课程体系、大纲制定、 教材编写等方面注意了如下几点: (1)加强基础 。 作为大材料专业的平台课程首先要体现课程
(2)拓宽专业 。 在大纲的制定中, 我们打破了三大材料的旧 有界限 , 以材料科学与工程专业的授课角度去思 考内容的舍取, 不根据授课教师的特长设置内容。 在理论模型的介绍上 尽量拓展其适 用的材料范 围, 如关于位错模型 , 界面结构模型等。 在叙述上 也采用通用性的模式以最大限度的淡化三大材料 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, 我们选择了相律、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 , 舍去了具体材料的相图及其应用的 大部分内容。 (3)注意理论体系的贯通融合。 在分析金属 、无机非金属 、高分子材料的基础 理论体系的基础上 , 我们注意了从理论范畴和科 学体系层面上进行整合贯通。 例如在介绍材料中 的表面带电、界面偏析、质点扩散、结构缺陷类型、 相变类型上均拓宽了材料的范围 。 事实上 , 材料 科学在理论上的交叉融合已日益明显 , 材料制备 和使用过程中许多概念 、现象和转变都存在着许 多相似之处 , 例如马氏体相变理论最初由金属学 家建立, 广泛用于钢的热处理理论解释 。 而氧化 锆增韧陶瓷中同样也发现了马氏体相变现象, 并 作为陶瓷增韧的一种有效方法 。 又如缺陷行为、 平衡热力学 、扩散 、塑性变形和断裂机理、界面的 精细结构与行为 、晶态和非晶态结构、不同类型材 料中的电子迁移理论等可以用来解释不同类型材 料的行为 。 这些都为材料科学基础课程的内容整 合提供了十分良好的基础和可能性 。 此外 , 在整合共性基础理论体系的同时, 力求 让三大材料在相互映 衬下表达其各 自的个性特 征。 例如我们在介绍材料的结构章节中 , 晶态和 非晶态结构均并列了三大材料的内容 , 其中高分 子的典型球晶进入了晶态结构的介绍 , 而非晶态 结构则以高分子材料为重点。 这样使学生能在更 宽阔的视域中掌握材料科学的基础知识 , 这对于 他们今后的专的“ 材料科学基础” 正面临着以加强基础 、拓宽专 业知识面和加强实践 训练为主要目 的的课程改