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材料科學論文:金屬材料科學專業實習教學改革

摘要：

生產實習是高校人才培養的重要環節之一，也是工程教育認證現場考察的重點環節之一。本文針對金屬材料科學與工程專業生產實習中存在的問題，進行了教學改革的嘗試，獲得了良好的實習效果。

關鍵詞：

金屬材料科學與工程專業；生產實習；教學改革

據統計，我國每年工科大學畢業生的數量居世界之首，但畢業生的質量卻令人堪優。在工程教育認證新形勢下，如何強化工程意識，培養解決復雜工程實踐能力是高等工程教育中刻不容緩的事情之一[1-3]。生產實習的目的是將理論教學與企業生產密切結合，提高專業興趣，擴寬專業認識，為同學即將選擇考研專業和就業提供指導，培養同學專業工程實踐和復雜工程實問題的解決能力。因此，生產實習承前啟后至關重要。目前盡管建立了眾多的校外實習基地，但企業考慮到實習安全、生產效率、生產車間場地空間等問題，導致生產現場停留參觀時間短。同時，車間噪音大，實習小組人數多，在“只許看，不許動”動的束縛下，實習變成了參觀、走馬觀花[4，5]。因此，同學對生產設備、生產工藝過程的了解和認識浮淺，甚至是囫圇吞棗。在工程認證新形勢下，探索教學模式改革將具有重要的意義。

一、生產實習教學改革

1.生產實習基地的選擇。在市場經濟和目前企業經濟運行困難形式下，企業在生產活動中均把經濟效益作為首要考慮因素，學生實習一般不會給企業帶來直接的經濟效益，反而可能會對工廠正常的生產秩序和安全造成或多或少的影響。因此，企業對接納學生實習一般持消極態度，能安排學生實習時間和次數有限。同時，由于實習經費限制，對生產實習基地只能就近選擇。因此，在實習經費和實習基地均有限的情況下，合理資源安排尤為重要。（1）建立校外精習基地。所謂精習，選擇典型的產品，熟悉零件的整個生產加工過程，既包括材質選擇、進廠檢測、生產設備型號、生產工藝制定、相關的性能檢測與質量控制、產品的市場定位與銷售情況、企業管理與企業文化。讓同學以工程技術人員的角度去熟悉、分析產品零件圖、加工工藝圖、焊接工藝圖等生產工藝過程。采用先課堂講解（興趣引導）—同學現場實習（感性認識）—課堂交流討論（啟發深入）—再次現場實習（理解領悟）—課堂討論交流（融會貫通）的方式進行。精習基地選擇一是交通方便，便于學生多次實習往返，節省實習經費；二是精習基地要有獨立功能產品或運動部件，既涵蓋金屬原料質量控制、加工成型（鑄造、鍛壓、焊接、塑性成型、熱處理中的一種或一種以上成型工藝）、質量檢測、裝配等工序。三是廠家積極配合，能提供產品生產圖紙、生產和檢測工藝文件、生產設備資料，并可接納多次實習。精習基地給同學一個全面系統的材料成型工程概念，讓同學由淺入深，由表及里，歸納總結其工藝選擇的理論依據、質量控制的方法，根據工況和經濟性，選擇零件熱處理、耐磨、耐蝕處理方法，探索思考該產品生產質量提升空間，進而培養解決復雜工程實踐問題的能力。（2）建立校內精習基地。大學一般建有科技成果轉化孵化器，既高校技產業園。雖然高校企業產業園的企業規模小，對生產實習來說，具有得天獨厚的優勢。輔助教學是高校產業園的職責之一，便于聯系落實實習任務，時間安排靈活。二是交通便利，便于往返多次實習。另外，高校科研成果成功轉化案例的學習，有助于激發同學學習的興趣和激情，培養同學創業的意識。（3）建立校外泛習基地。所謂泛習基地是指學生在企業實習1～2次，主要是讓同學了解熟悉不同零部件的生產成型工藝過程，掌握金屬零件不同的成型工藝，擴寬對產品生產加工視野。由于企業接納實習時間的限制，同學對泛習基地的生產工藝過程難以深入的理解和貫通，因此指導老師的預先講解、同學對企業相關產品、工藝的預先資料的收集、查閱和實習后現場答疑講解是決定泛習基地實習效果的關鍵環節。一般精習基地選擇1～2個企業，每個小組安排3～4次進廠實習機會，每次實習0.5～1天。泛習基地安排4～6個企業，每個企業安排1～2次進廠實習機會，每次0.5～1天。精習基地、泛習基地實習時間和次數的安排，可根據企業生產工序、生產規模、設備開工使用情況靈活調整。

2.指導教師工程素養的培養。目前高校師資評聘過分依重科高層次科研項目和論文，忽視了高校教師的工程應用能力的培養和引導。同時，很多高校教學重課堂理論教學的考核與評價，輕工程實習的投入與考核。另外，實習現場環境工況復雜，指導生產實習不僅需要投入時間和精力多，還要求老師具有較好的身體素質。因此，要到達預期的生產實習效果，具有工程開發或企業工作背景的指導老師尤為重要。選擇有經驗的老教師帶年輕教師，培養實習指導教師教學梯隊，是完成實習的有效保障[6]。指導教師到精習、泛習基地企業同技術人員交流座談，預先調研、制定實習計劃，收集編制實習報告。同時，做好預先動員，講解和指導工作。這些工作已遠遠的超出了“教學工作量”所能體現出的工作量，需要指導老師相互合作，共同完成。指導教師工程背景培訓需要學院、學校領導的重視和教學規章指導的引導。

3.教學模式改革。（1）實習前沿。同學第一次到企業實習，帶著對未來工作環境的憧憬，也充滿了對企業的好奇與迷茫。愿望是美好的，但現實是殘酷的。所選擇的精習、泛習基地在企業規模、技術先進性、企業管理、車間環境等諸多方面可能差強人意，實習動員要預先化解同學心中的就業觀與實習現實企業的落差，樹立正確的擇業觀念，引導同學走進企業，培養興趣，擴寬對專業的認識。同時，鼓勵同學不僅帶著眼睛去實習，更要帶著腦子去思考，去發現問題，并運用所以理論，探討解決實踐工程問題的可行性。（2）編寫實習報告。指導教師根據安排企業實習時間、企業設備開工情況，修改、編寫實習報告，避免同學實習報告流水賬、抄襲雷同、言之無物。實習報告采用啟發、討論，研究與探討的方式，引導同學對產品選材、成型工藝、質量控制、產品性能逐漸深入分析研究，將所學理論與產品加工制造工藝、技術相結合，培養同學解決復雜工程問題的能力。因此，實習報告的編寫是針對精習基地、泛習基地有的放矢，引導同學在實習過程中抓住重點環節，透過實習產品，回歸到理論的運用，將課堂理論與生產實踐融匯貫通。（3）實習考核。實習成績的考核與評定是實習學風引導的指揮棒。同時，考評制度也影響下一級同學學風和實習態度。制定合理的實習考核辦法是實習效果保障之一。一般從實習紀律（10%）、實習筆記（20%）、實習報告（40%）、實習答辯（30%）四個環節進行評價。實習筆記采用時抽查，即可可以監督同學，也可以及時了解同學實習掌握情況，合理的安排實習時間。實習答辯采用分組座談式答辯，同學主動講述和提問回答相結合，為同學進行理論的深化和梳理。

二、生產實習改革應用及效果

金屬材料科學與工程專業生產實習教學計劃3周15天，我們安排青島扎克船用鍋爐有限公司、青島金海納有限公司作為精習基地，萊鋼錨鏈、青島海立、城陽豐東熱處理、濰坊豐東熱處理、高密高鍛5家公司作為泛習基地，其產品包括：船用鍋爐、采煤機截齒、海上平臺錨鏈、冰箱變頻壓縮機、活性屏離子氮化爐、壓力機等。實習參觀公司按其產品成型工藝分，焊接成型：鍋爐壓力容器埋弧焊、CO2保護焊、氬弧焊、錨鏈閃光對焊、截齒釬焊。塑性成型：爐體的卷壓成型、汽車殼體零件的板料沖壓成型、錨鏈橫檔的熱鍛成型。鑄造成型：壓力機及其零件的砂型鑄造、消失模鑄造成型。機械加工成型：變頻冰箱壓縮機機械加工。板料和棒料下料：剪板機下料（≤8mm）、火焰和等離子氣割，棒材和管材的帶鋸切割下料。此外還涉及熱處理工藝：截齒的感應淬火、滲碳淬火、離子氮化、氣體氮化及其噴丸、噴砂除銹預處理工藝。按檢測方式可以分為探傷檢測：壓力容器X射線探傷、著色探傷和錨鏈超聲探傷。力學性能檢測：鍋爐焊縫的拉伸試驗、沖擊實驗。產品性能檢測：鍋爐的水壓檢測、變頻壓縮機噪聲檢測。鍋爐材料和錨鏈材料的元素檢測分析。從實習內容看涉及了本科課程中的金屬材料學、材料的力學性能、成型原理與工藝、熱處理工藝與裝備、無損檢測等課程。

學生在實習過程中，經過與指導老師、企業技術人員互動，在實習報告的引導下，通過課堂探討交流，能夠積極主動地完成各項實習任務，實習效果良好。另一方面，生產實習企業與學生獲得了互相認可，既企業在進行安全教育的同時，也給同學做了下一年度的招聘需求，同學可以帶著企業的技術問題在企業完成本科畢業設計，促進了學生的就業工作。

三、結論

在新的工程認證形勢下，通過學校、教師、學生、企業多層次全方位的精習基地、泛習基地建設、實習指導報告的引導、實習指導教師隊伍的形成，探索培養養具有解決復雜工程問題的工程技術人才新的生產實習改革正在付諸實施并初顯效果。

作者：孫金全 謝鯤 李敏 崔洪芝 單位：山東科技大學 材料科學與工程學院

材料科學論文:材料科學研究教學的體會

1展示結果引導入門，直觀易懂

《材料科學研究方法》涉及知識面廣，綜合性強，且是一門應用性強的課程。很多基礎知識在課本上不可能詳述，因此該課程相對來說比較難入門。筆者嘗試采用展示測試結果的方法來引導入門，能讓學生直觀易懂，從開始就知道一種研究方法能得到什么結果，解決什么問題。比如在講解熱失重分析方法時，開頭列出一張熱失重曲線圖，橫坐標是樣品溫度，縱坐標是樣品質量份數。讓學生明白，熱失重方法能得到一種材料在不同溫度下的質量變化結果，表征熱穩定性能。從而引發學生興趣，去深入學習這種研究方法的細節和原理。這種方法在其他章節如紅外光譜、核磁共振、電子顯微、光電子能譜和X射線衍射等中都可以采用。有些結果學生可能開始看不懂，但這樣更引發了他們的求知欲望。這樣，從實例分析測試結果出發，引發學生好奇，能讓學生主觀能動的聽講和學習。

2強調注意事項，闡述原理

細節決定成敗。《材料科學研究方法》中的儀器測試原理雖然明了，但是實現該原理的前提是要讓測試條件符合理論，因此有很多細節必需注意。這些細節不但影響測試的準確性，更能夠深入全面反應儀器的測試原理，從而讓學生更深刻掌握該儀器的原理、操作和應用。比如熱失重分析中，樣品質量份數能準確測量的理論前提是樣品在一個恒定氣體氛圍中，還要保護好天平。為達到這個條件，需要往爐子中通平衡凈化氣體，往天平裝置中通平衡惰性氣體和冷卻水。這些細節強調了，學生對熱失重分析的條件就會印象深刻，從而在測試中得到客觀準確的結果。

3結合性能規律講應用，提升興趣

《材料科學研究方法》的課程目標是要讓學生掌握各種材料分析方法，靈活應用各種材料分析工具。因此必須結合材料研究應用實例來講解分析儀器的應用。但如果只將例子泛泛而談，學生知其然不知其所以然，結果只能是蜻蜓點水，過眼云煙。如果能結合學生以前學到的材料物理和化學知識，闡明某種分析方法在材料結構性能規律上發揮作用的原理，則不但讓學生溫故了以前學到的理論知識，而且加深了學生對該分析方法在材料應用中的印象，極大提升了學生的學習興趣。例如筆者在講述DSC在聚合物結晶上的應用時，便結合DSC圖譜，給學生回顧了大量聚合物結晶學知識，包括不同晶型、再結晶作用、結晶度、熱歷史的影響等。這使得學生不但學習了DSC的應用，更學會了對理論知識的科學論證，引發了強烈的學習興趣。

4制作操作視頻，增強實踐

《材料科學研究方法》不僅要讓學生學會基本原理，更要讓學生會操作和應用。但是不同儀器具有不同的操作步驟和條件設置。這些操作步驟和條件設置即使記憶再好的人第一次學會后，在以后的操作中也會忘記某些細節。而制作操作視頻則可以將一臺儀器的操作步驟和條件設置完整的記錄下來。這不僅有助于學生的操作實踐，而且能起到保護儀器的作用。因此操作視頻可以讓學生學習該課程后有信心對該儀器和相應研究方法進行進一步的實踐和探索。

5結論

材料科學研究方法是一門綜合性和應用性很強的課程。對該課程事半功倍教學效果的方法有：授課教師知識面廣；對分析方法講解要通俗易懂；對儀器知識講解細致入微；對應用實例講解深入淺出；制作操作視頻，增強實踐。

作者：歐陽星陳大柱單位：深圳大學材料學院高分子材料與工程系

材料科學論文:剖析材料科學教學的微觀機理

一、MaterialsStudio軟件在教學中的應用

(一)簡介材料計算模擬軟件Materialsstudio是美國Accelrys公司為材料科學領域開發的一款科學研究軟件，用于幫助用戶解決當今材料科學中的一些重要問題。MaterialsStudio軟件包集成了Visual-izer、CASTEP、Dmol3、Reflex等二十幾個計算模擬模塊，是一款強有力的計算模擬工具。用戶可以通過Visualizer可視化模塊進行一些簡單的界面操作來建立材料分子的三維結構模型，之后通過軟件包中相應的計算模塊，對材料分子的構型優化、性質預測、X射線衍射分析及量子力學方面進行計算。通過計算得到的結果可以對各種晶體、無定型與高分子材料的性質及相關過程進行深入的分析和研究，其計算的結果精確可靠。CASTEP是CambridgeSequentialTotalEnergyPackage的縮寫，最早由英國劍橋大學的一個凝聚態理論小組開發，是廣泛用于計算周期性體系性質的一個先進量子力學程序。它可用于金屬、半導體、陶瓷等多種材料的相關計算，可研究晶體材料的光學性質（折射率，反射率，吸收及發射光譜等）、缺陷性質（如空位、間隙或取代摻雜）、電子結構（能帶及態密度）、體系的三維電荷密度及波函數等。

（二）教學環節設計1.知識點的設置。在材料科學的專業課中，如晶體物理、固體物理、半導體物理學、硅材料科學與技術等課程中,都會涉及材料的晶體結構，能帶結構，帶隙的分類，X射線衍射、缺陷，摻雜等知識點，也會涉及到材料的反射率、折射率、介電常數等材料的光學或化學性質。在完成這些基礎知識點的講解后，可以利用Mate-rialsStudio軟件進行計算和演示，為這些基礎理論給出直觀形象的解釋，把材料的宏觀性質與微觀機理銜接上，這樣學生對材料科學的知識體系就會有一個整體的認識和了解。2.密度泛函理論及波函數的介紹。密度泛函理論是一種研究多電子體系電子結構的量子力學方法，其本質是以電子密度分布函數為變量代替波函數中的自變量來求解薛定諤方程，使求解復雜體系波函數的本征值成為可能。目前，密度泛函理論已廣泛應用于物理、化學及材料相關領域，特別是用來研究分子和凝聚態的性質。目前密度泛函理論DFT（DensityFunctionalTheory縮寫）被廣泛應用到計算模擬軟件中來求解薛定諤方程，可對材料的結構、性質、光譜、能量、過渡態結構和活化勢壘等方面的進行計算研究。在與分子動力學結合后，在材料設計、合成、模擬計算等方面有明顯進展，成為計算材料科學的重要基礎和核心技術。3.軟件的操作及相關內容的演示。MaterialsStudio程序包中的二十多個計算模塊是通過Visualizer這個可視化核心模塊整合在一起的，用戶可以很方便地應用Visualizer模塊構建有機、無極、聚合物、金屬等材料分子、及周期性的晶體材料、表面、層結構等模型，通過鼠標控制這些分子構型，可從不同角度查看并分析體系結構，容易形成直觀的概念。MaterialsStudio自帶的數據庫中的晶體結構可以用于教學演示，如在硅材料科學與技術和半導體物理等課程的教學過程中，需要用到單晶硅的晶體結構，可以很方便地從MaterialsStudio軟件的Structures/semiconductors數據庫文件夾中導入Si這個晶體數據文件，在課堂上為學生們演示，從（100）、（110）、（111）不同的晶面來進行展示（如圖1），以說明硅單晶的晶體結構。也可以通過Visualizer模塊中的菜單選項Build->Sym-metry->Supercell建立n×n超胞結構，通過調整角度，可以從不同晶向觀察晶體的晶面，通過超胞結構也可以演示各種晶體的密堆積結構。這樣就給學生一個生動、形象、直觀動態的概念，使其易于在頭腦中建立空間模型，理解所學知識點。通過Visualizer模塊對硅單晶的元胞進行演示，我們可以知道每個硅原子至多與另外四個硅原子相連，借此可以說明硅原子的共價鍵取向及硅晶體屬于金剛石型結構，源于硅原子的sp3雜化，形成了四個共價鍵。通過CASTEP模塊對硅單晶的元胞進行計算，可以得出其能帶結構和態密度，通過對計算結果的分析，可以得出硅單晶材料的帶隙特點。在稀土化學的教學過程中，可以通過CCDC英國劍橋晶體數據庫及WebofScience網站來獲取稀土配合物的晶體結構，然后通過MaterialsStudioVisualizer讀出晶體結構，用于課堂演示，有助于學生理解復雜的稀土配合物結構。在固體物理教學過程中，可以利用MaterialsStudio中的Re-flex模塊模擬粉晶體材料的X光、中子以及電子等多種衍射圖譜,可用于驗證實驗結果及演示教學。4.知識點的拓展。對于缺陷、雜質摻雜、空位等對晶體材料的影響，可以通過MaterialsStudio中Visualizer模塊建立相應的模型，然后通過CASTEP計算模塊進行計算。通過對計算結果的分析，說明這些因素對半導體材料性質的影響。MaterialsStudio軟件同樣可以計算材料的折射率、反射率、介電常數等性質。其計算的結果數據和圖表可以與教科書或文獻上的數據圖表進行對比，來說明計算方法的正確性，以此為支點，采用同樣的計算方法，我們可以嘗試設計更多的新型材料并進行計算。通過這些詳實的計算實例我們可以更生動地說明教學中的知識點，學生可以根據自己的興趣愛好，嘗試進行材料分子模型的設計并進行模擬計算。通過計算結果的對比，可以初步探討晶體中缺陷、雜質、空位等因素對材料性質的影響，在此過程中增加了學生的學習自主性和興趣。

二、GaussianView和Gaussian軟件在教學中的應用

（一）簡介Gaussian是一個功能強大的量子化學綜合軟件包。應用它可以計算分子能量和結構、過渡態的能量和結構、化學鍵以及反應能量、分子軌道、熱力學性質、反應路徑等等，功能非常強大。計算可以模擬氣相和溶液中的體系,模擬基態和激發態，進而通過含時密度泛函研究材料分子體系的激發態，算出吸收和發射光譜。Gaussian擴展了化學體系的研究范圍，可以對周期邊界體系進行計算，例如聚合物和晶體。周期性邊界條件的方法(PBC)技術把體系作為重復的單元進行模擬，以確定化合物的結構和整體性質。而GaussianView是一款為Gaussian設計的配套軟件，其主要作用有兩個：1.構建Gaussian的輸入分子模型，2.以圖形顯示Gaussian程序的運算結果。

（二）知識點的設置1.在材料科學有機電致發光材料及稀土化學課程的教學過程中，會涉及到有機或稀土發光材料的吸收及發射機理。通過把Gaussian軟件教學過程，我們可以很好結合這些算例講解三重態，單重態發射過程，給出與發射過程相關的分子最高占據軌道HOMO和最低非占據軌道LUMO的電子密度圖，這樣就可以很形象地解釋發射過程中的電子轉移過程，對低能吸收和發射過程的電子躍遷性質進行判斷。2.軟件的操作及相關內容的演示。(1)通過CCDC晶體數據庫或者WebofScience網站獲得相應的配合物或者稀土配合物晶體的晶體結構（通常為cif文件）。(2)應用Mercury軟件或者MaterialsStudio軟件讀取相應的晶體結構，轉存為GaussianView程序可以讀取的格式（一般選用*.cif、*.pdb、*.mol2格式）,通過Gaussian-View轉存為Gaussian輸入程序（*.gif-Gaussianinputfile)。(3)采用Gaussian程序進行計算。(4)通過GaussianView程序讀入Gaussian03/09計算結果，通常為log文件，或者fchk文件，GaussianView可以很方便地讀取Gaussian的計算結果并且以圖形的形式顯示出來，并可應用它對計算結果進行分析。(5)通過GaussianView對計算結果的進行處理，通過它顯示出發光材料的分子軌道電子云密度分布情況，吸收光譜，發射光譜等情況，結合這些圖形信息，我們可以對有機電致發光材料或者稀土發光材料的發光機理進行教學。3.知識點的拓展。GaussianView是由Gaussian公司開發的一款非常好的分子建模及顯示工具，學生可以通過對它的使用，很方便地進行分子設計并輸入到高斯程序中進行計算。可以安排學生在基礎發光材料分子的基礎上，在分子配體的外圍添加外圍取代基或者改變配體，進行嘗試，進行配合物分子的設計，增強其動手能力，為今后走進實驗室進行有機合成做準備。

三、預期的效果

計算模擬軟件所用的計算資源可以采用多媒體教學中的電腦和學生自帶的筆記本電腦。通過對軟件進行簡單的操作講解，學生可以很方便進行建模和計算。在此教學過程中，可以培養學生的學習主動性、動手能力、以及一些基本的科學研究技能，增加其對材料科學的興趣，對科研領域的了解。

作者：吳玉輝吳盼單位：長春理工大學材料科學與工程學院吉林大學附屬中學

材料科學論文:材料科學引入計算模擬教學的研究

20世紀80年代以來，計算機已經成為各個材料領域研究專家的必備工具，并且隨著計算機技術和算法的發展，計算模擬方法也已經成為材料研究新的重要手段．計算模擬技術以物理學、化學等相關的基本理論為基礎，在計算機模擬環境下對宏觀、介觀以及微觀的不同尺度的材料進行多層次的模擬研究，計算材料的力學、熱學、光學、電學和磁學等多方面的物理性質，并進一步探求這些材料的組分、結構和功能之間的本質規律和內在聯系，為實驗制備新材料提供理論支持，變盲目的材料合成為針對材料性能的某類特定需求來主動地、有意識地設計材料的結構．計算模擬在材料科學中的作用已經不僅僅停留在計算機輔助和數據處理上，人們已經認識到計算模擬已經與實驗、理論研究一樣能夠發現新的科學現象、新的科學概念，從而計算模擬已經成為第三條科學發現的途徑．因此，現代材料科學已經不再是單純的實驗科學，計算模擬方法已成為與理論研究和實驗方法同樣重要的研究手段，實驗、理論和計算成為材料研究的3大支柱[4]．而且隨著計算材料科學的進一步發展，計算模擬方法在未來的材料研究中將顯示出越來越大的應用潛力．因此，了解和掌握材料計算和模擬的基本知識已成為現代材料研究工作者必備的技能之一．

材料的計算模擬方法介紹

材料的計算模擬研究是近年來飛速發展的一門新興學科和交叉學科．它綜合凝聚態物理學、理論化學、材料物理學和計算機算法等多個相關學科．它的目的是利用現代高速計算機，模擬材料的各種物理化學性質，深入理解材料從微觀到宏觀多個尺度的各類現象與性能，并對材料的結構和物性進行理論預言，從而達到設計和開發新材料的目的．材料的多尺度計算模擬方法主要有以下幾種:

(1)第一性原理計算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理論的第一性原理計算方法是目前研究微觀電子結構最主要的理論方法．第一性原理計算方法只用到普朗克常數(h)，玻爾茲曼常數(kB)，光速(c)，電子靜態質量(m0)和電子電荷電量(e)這5個基本物理變量和研究體系的基本結構．從量子力學出發，通過數值求解薛定諤方程，計算材料的物理性質．在密度泛函理論，局域密度近似(LDA)和廣義梯度近似(GGA)框架下的計算已廣泛應用于第一性原理的電子結構研究中，并已經取得很大的成功．結合一些能帶結構計算的方法，對于半導體和一些金屬基態性質，如晶格常數，晶體結合能，晶體力學性質都能夠給出與實驗符合得很好的結果，同時能夠比較精確地描述很多體系的電子結構(如能帶結構、電子態密度、電荷密度、差分電荷密度和鍵布局等)、光學性質(介電函數、復折射率、光吸收系數、反射光譜及光電導等)和磁性質，從微觀理論角度分析和揭示材料物理性質的起源，使實驗者主動對材料進行結構和功能的控制，以便按照需求制備新材料．

(2)分子動力學方法(MolecularDynamicsMethods)分子動力學是一種確定性方法，是按照該體系內部的內稟動力學規律來確定位形的轉變，跟蹤系統中每個粒子的個體運動，然后根據統計物理規律，給出微觀量(分子的坐標、速度)與宏觀可觀測量(壓力、溫度、比熱容、彈性模量等)的關系來研究材料性能的一種方法[5]．分子動力學方法首先需要建立系統內一組分子的運動方程，通過求解所有分子的運動方程，來研究該體系與微觀量相關的基本過程．對于這種多體問題的嚴格求解，需要建立并求解體系的薛定諤方程．根據波恩－奧本海默近似，將電子的運動與原子核的運動分開來處理，電子的運動利用量子力學的方法處理，而原子核的運動則使用經典動力學方法處理．此時原子核的運動滿足經典力學規律，用牛頓定律來描述，這對于大多數材料來說是一個很好的近似．只有處理一些較輕的原子和分子的平動、轉動或振動頻率γ滿足hγ＞kBT時，才需要考慮量子效應．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在簡單的理論準則基礎上(如簡單的物質與物質或者物質與環境相互作用)，采用反復隨機抽樣的手段，解決復雜系統的問題．該方法采用隨機抽樣的手法，可以模擬對象的概率與統計的問題．通過設計適當的概率模型，該方法還可以解決確定性問題，如定積分等．隨著計算機的迅速發展，蒙特卡洛方法已在材料、固體物理、應用物理、化學等領域得到廣泛的應用[6]．蒙特卡洛方法可以通過隨機抽樣的方法模擬材料構成基本粒子原子和分子的狀態，省去量子力學和分子動力學的復雜計算，可以模擬很大的體系．結合統計物理的方法，蒙特卡洛方法能夠建立基本粒子的狀態與材料宏觀性能的關系，是研究材料性能及其影響因素的本質的重要手段．

材料專業引入計算模擬教學的探索

材料計算的目的在于理解和發現新的材料性能及其物理本質．計算已經與實驗和形式理論一樣成為材料研究的3大支柱之一．為學生將來能夠有更高的起點研究材料科學，適應新形勢下材料研究方法，培養具有寬廣材料科學基礎，掌握材料現代研究手段的“寬口徑、厚基礎、強能力、高素質”的材料科學專業人才．我們在本科教學階段就應該有計劃的引入和加強計算模擬方法的教學．采用的教學形式可以結合實際情況，靈活的應用．近年來我們采取的教學方式主要有以下3種方式:(1)開設計算材料學類課程在2006年物理與電子信息學院材料物理與化學專業培養方案中已經確定《計算機在材料科學中的應用》和《計算物理》課程為專業選修課程，學時分別為36學時和54學時．《計算機在材料科學中的應用》課程偏重實踐教學，通過上機操作學習計算軟件的基本原理和使用方法．主要教學內容包括:材料學的發展現狀及計算機在材料科學與工程中的應用;材料科學研究中的數學模型;材料科學研究中常用的數值分析方法;材料科學研究中主要物理場的數值模擬;材料科學與行為工藝的計算機模擬;材料數據庫和新材料、新合金的設計;材料加工過程的計算機控制;計算機在材料檢測中的應用;材料研究科學中的數據和圖像處理;互聯網在材料科學研究中的應用等9部分內容，基本涵蓋當今計算機技術在材料科學研究中應用的各個方面．《計算物理》課程則以理論教學為主，偏重物理基本原理的介紹．主要教學內容包括:計算物理學發展的最新狀況;蒙特卡洛方法及其若干應用;有限差分方法;分子動力學方法;密度泛函理論;計算機代數;高性能計算和并行算法等8部分內容．計算材料類課程的開設注重理論和實踐并重的原則，在講解基本原理的同時加強學生動手上機實踐能力的培養，因此，經過課程的學習，學生已經初步具備利用計算機進行材料模擬的能力．部分選修計算材料類課程的同學在學習中對計算模擬產生了極大的興趣，在大四時選擇材料計算相關課題作為本科畢業論文選題．例如，08屆學生的畢業論文《ZnS摻雜Cu光學性質的第一性原理研究》和《布朗運動的蒙特卡洛模擬》，09屆學生的畢業論文《ZnO電子結構和光學性質的研究》，11屆學生的畢業論文《晶格熱容的理論計算》和《簡立方晶體結構能量分布的理論模擬》等均為材料計算和模擬相關課題，并且有多人的畢業論文被評為優秀畢業論文．個別優秀的學生讀研后繼續從事材料的計算模擬相關研究．通過幾年的教學實踐，計算材料相關課程的開設對于擴大學生的知識面，提高學生的理論分析能力有極大地幫助．(2)在材料相關的理論課程中加入計算模擬方法介紹雖然已經在材料專業開設《計算機在材料科學中的應用》和《計算物理》等材料計算相關的課程，但這兩門課均為專業選修課，只有選修相關課程的學生才能得到相應的計算模擬培訓，受眾面還比較窄．因此，為使更多的學生了解到材料模擬計算的相關理論和知識，在材料專業主干課的教學中也適時地加入相關的計算模擬方法的介紹，從而擴大計算模擬知識的普及面．例如，在《固體物理》課程中，當講解到能帶理論一章時，我們會在本章結束時，加入一次課，著重介紹基于第一性原理的平面波贗勢計算方法計算材料的能帶結構、電子態密度等以及第一性原理計算的常用軟件(CASTEP、VASP等)．一方面，對學生學習的理論知識加以直觀化和適度的擴展，另一方面也進一步普及第一性原理計算的相關知識．在《材料科學基礎》教學中講解到相平衡與相圖一章時，我們會在本章內容結束后介紹相圖計算近年來的發展現狀，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)計算方法、熱力學與動力學的結合、第一性原理與相圖計算方法的結合，并簡要介紹今后相圖計算可能的發展方向[7]．在晶體缺陷內容的教學中，穿插介紹利用分子動力學計算面心立方金屬空位和間隙原子點缺陷的形成能的方法．通過在課程教學中穿插入計算模擬方法的介紹，一方面也加深了學生對所學內容的理解，另一方面開闊了學生的眼界．(3)舉辦計算模擬相關的學術講座．自從2009年以來，物理與電子信息學院從事計算模擬研究的教師每學期都結合自身的科研情況舉辦面向全院學生的學術講座．例如在2011至2012學年第二學期，我們舉辦兩場學術講座，分別是《氧化鋅晶體及其摻雜的第一性原理研究》以及《可見光響應半導體光催化材料的結構和能帶設計》，教師在講座中介紹自己的科研情況，同時也使學生了解到如何把學到的計算模擬知識應用到科研實踐中去，讓學生體會到如何利用計算模擬預測材料的物理性質以及指導材料設計的研究方式，提高學生自覺學習計算模擬方法的積極性．

結束語

當今，隨著計算機技術的高速發展，計算模擬方法在材料物理性質預測、材料設計、合成和評價諸多方面有許多突破性的進展，計算模擬已經和實驗、理論成為材料研究的3大支柱，掌握計算模擬方法成為現代材料科學研究的必備手段之一，因此在材料科學相關專業中開展計算模擬方法的教學是十分迫切的．經過這幾年對材料相關專業的教學實踐發現，學生對計算模擬表現出極大的興趣，教學上也取得相應的教學成果．總之，在材料科學專業教學中引入計算模擬方法的教學是可行的，也是十分必要的，它對于培養學生的思維和探索的能力具有重要的支持作用．

作者：劉建軍尹新國張金鋒路彥峰單位：淮北師范大學物理與電子信息學院

材料科學論文:材料科學教學體系研究

一、南昌大學材料專業人才培養與江西的資源和產業特色

南昌大學地處江西，江西有著非常豐富的銅、鎢、稀土等礦產資源，經過幾十年的發展，江西已經形成了從礦產開采、冶煉、再到加工的一套比較完整產業鏈。但江西金屬企業多集中在產業鏈上游，利用高新技術生產高附加值產品的企業不多，特別是在銅、鎢的深加工方面，無論是研究水平還是生產技術水平都與國外存在一定差距。由于缺乏相關專業人才使得江西省資源得不到充分的開發和利用，造成資源優勢的浪費。作為中國高等教育的重點大學，南昌大學有義務也有必要積極培養與省情相適應的專業人才，將江西的資源優勢轉化為技術優勢，為江西和國家的發展做貢獻。然而此次調查發現，南昌大學雖然每年都培養出很多材料專業學生，但真正能進入到江西銅、鎢和稀土領域的學生卻很少。就目前情況來看，南昌大學雖然設置了大量的實踐教學內容，但其實踐教學體系研究內容相對比較分散，都是根據各個課程的特點開設一些實驗課，沒有形成比較系統的有針對性的實驗實踐教學體系。要改變這種現狀，就需要對實驗教學和實習實踐進行有效的整合，開展富有江西資源和產業特色的材料科學與工程專業實踐教學體系研究。通過本次對江西的資源特色和產業結構以及國內外著名大學實踐教學模式的調查和研究發現，南昌大學可以從以下幾個方面進行改進:

1．教學理念的轉變發展著眼于省情，江西有著非常豐富的礦產資源，一方面，作為江西省教學和科研實力最強的重點大學，培養這方面的技術和研究型人才來服務于江西建設;另一方面，正因為有這種很好資源和產業的外在優勢，南昌大學就應該充分的加以利用，在以后的研究和探索中形成自己獨有的專業和技術優勢。

2．課程設置方面首先，銅、鎢生產和加工工藝都比較傳統，學生在掌握好專業課的基礎上完全可以自學;但稀土材料就不同，它涉及內容廣泛，又自成一體，同時也是一門新興學科，知識理論對本科生來講還是有一定深度。為此，學校應該聘請在相關方面有深入研究的專家和教師，開設相關課程，教授學生相關方面的專業知識。其次，學校可以開設相關專題講座，邀請一些大型企業的工程師或是技術人員進行定期或不定期技術介紹或給學生授課，這不僅可以促進學生對企業的生產過程、生產設備、生產技術以及產品的了解，也為將來的工作打下扎實的基礎;同時也可以促進學生對專業知識的消化［3］。再次，學校應加強與國內外高校和研究所相關方面的交流與合作。

3．實驗設置方面雖然實驗課程較多，但就目前的實驗安排來看，與本土優勢資源相關的較少，實驗設置可以向這方面有所側重。

4．實踐教學改進可借鑒麻省理工學院的實踐教學模式。麻省理工學院(MIT)有一個本科實踐機會計劃(UPOP)，它由三個階段組成:第一階段:安排一周富有挑戰性的、集中而全面的學習培訓;第二階段:由兩部分組成。前部分在春季學期雇方與學生的雙向選擇，達成協議后，雙方簽訂協議。后部分為10—12周的夏季實踐;第三階段:參加由助教們安排的討論會。討論時學生必須提供一份報告并做答辯，答辯通過后得到3個學分。雖然UPOP實施的社會環境和實施方式與我們的實踐教學大不相同，但它有以下幾個方面值得我們借鑒:UPOP有一個專門的部門或者說是管理隊伍負責UPOP協調、學生服務以及與校友聯系等管理工作，這就保證了學生的實踐活動能夠順利實施，如果過程中遇到問題也可以及時得到解決。所以我們的高校也需要設立相應的管理部門來專門負責學生的實踐教學工作。在實習之前，管理部門要給學生安排一個集中培訓，除了專業技能的培訓之外，最主要的是訓練他們的溝通與協作能力。學生的實踐活動不一定局限于學校的統一安排，可以鼓勵學生主動與企業聯系，分小組實習肯定會比大批量人員的實習質量更好。無論是哪種實習方式，學生和企業一定要簽訂協議，以保障學生的安全和企業的利益不受損失。實習結束之后，學生為了得到學分，還必須從本學院找一位教師評閱實習報告和參加答辯，討論整個實踐情況。當然，在實踐教學過程當中，除了可以參考以上幾個方面，我們還應注意選擇大型的正規的企業進行實習，這不僅可以較好的保證學生的人身安全，也可以讓學生學到更專業更前沿的知識;同時我們還應該注重學生興趣和愛好的培養，興趣是學習的最大動力。

二、國內外大學材料科學與工程專業實踐教學差別及其原因

著眼于世界，我們發現，美國，德國，英國，日本，澳大利亞等工業比較發達的國家，他們的高等教育尤其是工科教育水平遠遠超過其他國家。這與他們本國的國情、教學理念、文化等因素存在著密切聯系。經過此次調查發現，他們的工科實踐教學都具有以下幾個特點:1、學生人數少，實踐教學資源充足，實驗室隨時向學生和教師開放，而且學校會舉辦很多的學術交流活動。2、社會對大學生的實踐實習活動非常支持，保證學生有大量的機會去培養自己的實踐動手能力。3、對學生理論知識的培養較弱，更注重培養學生的動手能力和實踐創新能力。4、重視學生興趣和特長的培養，從事研究的教師和學生的專業素質相對較高。以上幾點都是我國大多數高校所不具備的，其原因有多個方面:第一，高等工科教育受國情的制約和影響。雖然我國高校的實驗教學資源比較完善，但由于學生人數多，就很難保證實驗和教學質量;同時，人數多也不便于學生和實驗設備的管理，所以我國大部分高校的實驗室很難做到隨時向學生和老師開放，這種現狀導致的結果就是我國學生的實踐動手能力和專業素質普遍不如發達國家的學生。第二，我國高校的實踐教學得不到社會的足夠支持。一般的中國企業都不太愿意接受學生在其單位實習，其原因是多方面的:一是現在我們還沒有一套比較正規合作協議來保證學校和企業雙邊利益;二是學生實習必定會影響企業正常的生產工作，可能會損害企業的經濟利益。三是企業擔心自己的技術專利或科研成果外泄。第三，中國傳統的教學方式———灌輸式教學，雖然能夠使我們的學生有較高的理論水平，但同時也使我們的學生缺乏自主學習的能力和實踐創新能力。

三、我國未來實踐教學的發展趨勢

在與發達國家的比較中可以看出，我國高校在工科實踐教學過程中還面臨的眾多問題，在今后的發展道路上，我國的材料科學與工程專業實踐教學到底該如何走下去?首先，必須改變現有的教學理念和教學模式。在本科教育階段，在打好基礎的前提下，我們應盡可能地摒棄灌輸式的教學方式，盡早地培養學生的創新思維，鍛煉學生的研究能力。其次，企業應該轉變發展觀念，站在長遠的角度去看問題。雖然企業也有自己的研發團隊，但高校的科研力量更強。如果能把高校的科研優勢和企業的生產需求相結合，肯定能夠達到雙贏。實際上，許多企業在遇到技術難題的時候經常會向高校教師尋求幫助，如果能讓這種簡單合作方式正規化、制度化，并且讓學生參與其中，在各種生產和科研項目中培養學生的實踐創新能力和專業素質，那結果將不止是雙贏。最后，國家必須重視對材料研究型人才的培養。材料是當代社會經濟和科學技術發展的四大支柱之一，它滲透于社會建設的各行各業，尤其是在高科技領域和軍事領域顯得更為突出。計劃經濟時代，企業是國家的，為了加快國家的發展，每個企業都設有實習科，專門接待高校學生實習。現在，我國已然是市場經濟，但我們的實習體制卻沒能及時轉變過來，也就是國家沒有及時出臺相關的政策來支持高校的實踐活動，從而導致現在高校實踐教學的開展出現瓶頸。所以，國家應該盡快出臺相關的政策，鼓勵企業給學生提供實習機會，確保我國的工科教育能夠健康快速的發展。

作者：譚敦強趙淵博劉建英劉陽單位：南昌大學材料科學與工程學院

材料科學論文:材料科學與工程專業人才培養問題的若干認識

【摘 要】結合我校材料科學與工程專業的現狀和人才培養規律的認識和思考，提出了構建“大材料”（Material）教育背景下開放式（Open）個性化（Individuation）的人才培養模式（簡稱MOI人才培養模式）的必要性。并通過本模式的實踐，以人為本，因材施教，在新形勢下為社會培養復合創新型材料科學工程專業精英人才做出了突出的貢獻。

【關鍵詞】材料科學與工程 MOI人才培養模式 復合創新型

在現代科學技術中，材料、信息和能源被譽為國民經濟發展的三大支柱。新材料是現代科學技術發展的物質基礎和技術先導，材料學科的發展和進步對工業的發展和進步起著關鍵性的作用。材料科學與工程專業以材料學、化學、物理學為基礎，系統學習材料科學與工程專業的基礎理論和實驗技能，并將其應用于材料的合成、制備、結構、性能、應用等方面研究的學科。主要培養具備包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等材料學科領域的科學與工程方面扎實的基礎理論知識和過硬的專業技能，能在各種材料的制備、加工成型、材料結構與性能等領域從事科學研究與教學、技術開發、工藝和設備設計、技術改造及經營管理等方面工作，適應社會主義市場經濟發展的具有創新意識的高層次、高素質全面發展的科學研究與工程技術復合型人才。

一、我校材料科學與工程專業的現狀

江西理工大學（原名南方冶金學院）是我國有色金屬工業和材料學科領域重要的人才培養和科技創新的重要基地之一，被譽為“有色冶金人才搖籃”，學校先后隸屬于國家冶金工業部和中國有色金屬工業總公司，具有鮮明的有色金屬行業特色。1958年創辦煉鐵、煉鋼、軋鋼專業，1972年創辦有色金屬壓力加工專業，之后又陸續創辦了無機非金屬材料工程、材料化學、材料物理和材料成型與控制工程等專業，在上述專業的建設發展基礎上，形成目前的材料科學與工程專業學科，涵蓋以下五個二級學科專業：金屬材料工程、材料成型及控制工程、無機非金屬材料工程、材料物理、材料化學，其中，金屬材料工程是江西省“九五”、“十五”、“十一五”重點學科、省級品牌專業、省級示范碩士點。并建有國家銅冶煉和加工工程技術研究中心、國家鎢與稀土產品質量監督檢驗中心、鎢資源高效開發及應用技術教育部工程研究中心、江西省有色金屬加工工程技術研究中心、江西省銅冶煉和加工工程技術研究中心等科研平臺。

二、材料科學與工程專業人才培養規律的認識與思考

社會的不斷發展對人才提出了更高的要求，這一客觀要求也就使得學校必須創新人才培養模式，建立新的人才培養機制，采取更加科學、更為人性化的教育方法和手段，最大限度地開啟挖掘人才的創新思想。［1］我校材料科學與工程專業歷經53年的教學實踐積淀，使我們對本學科、本領域的人才培養規律有了較深刻的認識，主要體現在以下幾個方面：

1．對人才培養過程的認識與思考

人才培養過程是一個龐大的系統工程，它一般包括：“入口――培養環節――出口”三大階段。入口與出口是人才培養的兩個關鍵環節，二者相互制約又是相互促進的過程。出口暢，入口才能旺；入口強，出口才可能暢。而出口暢（就業好）的前提是以學生培養質量作為保證的。學生培養質量的高低關鍵在于培養環節，因此，培養環節是整個教學的重要環節，是教學工作的核心。這一環節，主要包括培養目標的定位；培養方案或教學計劃的制定；教材建設以及教學環境、條件的改善等。這些方面都是教學改革的重要內容，也是實現人才培養目標的重要保證。

2．對人才培養目標定位的認識與思考

人才培養目標是人才培養模式的方向，對整個人才培養過程具有重要的指向作用。要實現人才培養目標，關鍵是“找準定位、發揮優勢、辦出特色”。關于人才培養目標的定位，在高等教育階段大眾化、普及化的當今，不同類型、不同規格、不同專業的人才有著不同的質量評價標準。例如：學術性、研究型的精英人才、通識教育的復合型人才、技術應用型人才和實用型人才等，社會對不同規格的人才在知識、能力、素質等方面的要求是不同的。人才培養模式受社會的政治、經濟、文化等因素的制約，不同的社會及不同的時代有著不同的人才培養模式。通過總結我國幾十年的教育教學經歷及其人才培養規律，可歸納出如下三種具有鮮明時代特色的人才培養類型：

一元“專才型”人才：［2］該人才培養實行統一招生和固定學制，專業劃分細，口徑狹窄，其社會背景是高度統一的計劃經濟體制。一元型人才的特點是：學生重點掌握自己所學的專業，專業之外的知識相對薄弱。這種模式在我國生產力水平較落后，各行各業急需各種專業人才的計劃經濟時揮了積極作用；而隨著我國社會主義市場經濟的建立和國民經濟的迅猛發展，傳統的專才型人才培養模式已明顯落后于時展的步伐，因而構建新的創新型人才培養模式勢在必行。

二元“T型”人才：［3］所謂T型人才培養模式是以繼續學習能力的培養為核心，以實踐能力的培養為重點，使受教育者具有較強的創新精神與創新能力而構建的一種新型的人才培養模式。該人才培養模式既能適應市場經濟發展的需要，又可激發個人學習的興趣和主動性。T型人才雖然有了更多領域的知識，但學習過程仍是在規定課程、規定學習計劃和培養目標下完成的，這種過于死板的“職業定向型人才培養”仍不能完全適應動態、變化和發展的社會需求。

多元復合型人才：［4］即“厚基礎、寬口徑、強能力”的人才類型。該人才培養的特點是基礎知識豐富，專業知識扎實，具有針對性。同時，在其它相關領域又具有一定的選擇性和彈性，能夠根據學習或工作的需要及時掌握非專業知識，處理相關信息，從而使知識和能力呈現多元化的特點。顯然，多元復合型人才更能適應當今社會和時代的需要。

3．對人才培養質量的認識與思考

材料科學與工程專業人才的培養應注意“三個避免”，［5］即避免過于理念化、避免專業過窄、避免過于實務性和操作性；提高人才培養質量，應注重“三個結合”，即理念與實踐相結合、學校與企業教育相結合、國際先進做法與我國實際情況相結合。通過人才培養模式創新，傳承和發揚本學科特色和品牌效應，在國內材料類專業人才培養方面占據一席之地。

4．對學生素質教育的認識與思考

現代化社會的關鍵是人的現代化，是人素質的現代化。而傳統的教學模式束縛了人的素質提高。我們認為，素質教育是一種教育觀，也是一種教育思想，并且素質與知識、能力往往是融為一體的，三者密不可分。因此，我們要樹立“知識＋能力＋素質＋人格”的人才質量關。大力推進素質教育：一要提升學生的素質，二要培養學生的能力，三要訓練學生的思維方式。通過這些措施，促進素質教育水平的提高，使學生更好的全面發展。

三、MOI人才培養模式創建的必要性

作為江西省有色金屬材料工程人才培養重要基地和新材料研發中心，我校材料工程專業堅持“教學研究型”定位，緊密結合地方資源優勢和行業特色，“服務行業、服務地方”，歷經53年的建設與發展，形成獨特的人才培養模式和科研特色，在行業內具有較大影響力。

然而，隨著經濟、社會和科技的發展，材料物理與材料化學之間，金屬材料與無機非金屬材料之間的界限逐漸模糊，幾大材料之間有著更多的內在聯系和共性，如在知識體系上，材料結構、性能及檢測方面具有很大的共性；在課程設置上，如都開設了《材料科學基礎》、《材料力學性能》、《材料物理性能》、《材料研究方法》等學科基礎課程。因而僅具有單一材料專業基礎的人才已遠不能滿足現代社會發展需求，材料科研和生產需要有寬廣知識面的復合創新型人才。［6］我們所認為的復合創新型材料專業人才應當具備以下幾個標志性特征：一是具有比較扎實的材料學科基礎理論功底和復合的知識結構；二是具有從事材料工程領域實務工作的能力和較強的創新能力；三是具有更寬的專業視野、法學及管理觀念和較高的外語水平；四是具備良好的職業操守和人文素養。

材料科學論文:材料科學與工程專業《晶體學基礎》教學改革的探討

摘要：《晶體學基礎》是材料科學與工程專業的重要專業課程之一，也是進一步學習材料專業其他課程的基礎。本文根據材料專業《晶體學基礎》教學中存在的問題，從教學內容和次序、教學手段以及教學模式三個方面，提出了課程教學改革的詳細思路。

關鍵詞：晶體學;教學內容;教學手段;研討式教學;教學改革

一、前言

《晶體學基礎》課程是為地質學、材料科學、礦物學等專業學生在完成高等數學、普通化學和物理學等公共課程后而開設的一門專業基礎課[1-4]。對于材料科學與工程專業的學生而言，《晶體學基礎》課程中的晶體結構、晶體對稱性、倒易點陣、晶體投影、晶體生長、晶體缺陷等晶體學基本知識，是進一步學習《X射線衍射》、《電子顯微分析》、《材料科學基礎》、《材料力學性能》以及《材料物理性能》等專業課程的基礎[2]。在材料科學領域，調控材料的性能是人們追求的目標。如果一種材料的成分確定，那么它的電學、光學、磁學以及力學等性能將取決于材料的晶體結構類型和晶體中存在的缺陷特征（如雜質原子的濃度、位錯密度和晶粒尺寸等）。因此，《晶體學基礎》課程的基礎知識不僅在材料科學與工程專業各門專業課程的教學中起到重要的作用，而且將對學生們將來的材料科學與工程實踐起到重要的指導作用。

開設《晶體學基礎》課程以前，北京航空航天大學材料科學與工程專業的晶體學教學計劃主要安排在《材料科學基礎》課程中，大約講解4學時。另一方面，在《X射線衍射》和《電子顯微分析》等專業課程教學過程中，過去通常要利用2～4學時來講解布拉斐點陣、倒易點陣等晶體學知識。這使得部分晶體學知識被重復講授，而一些重要的晶體學知識沒有得到無法全面、系統和深入地講解。基于以上原因，北京航空航天大學自2010年起對材料專業的本科2年級學生開設了《晶體學基礎》課程。

通過過去幾年的《晶體學基礎》課程教學實踐，學生們普遍反應對晶體學基礎知識的理解更加全面和深入了，同時在學習與晶體學相關的其他材料專業課程時，也更加得心應手。但是，目前的晶體學教學中還存在以下3個主要問題。

1.晶體學涵蓋的內容十分廣泛，它是多個學科的重要基礎課程，不同學科對于晶體學知識的側重點有所差別。目前，國內《晶體學基礎》的教材主要是面向地質和礦物專業而編寫的[5]，其包含的內容以及章節編排次序也是為了使地質和礦物專業學生更好地掌握相關晶體學知識而設計的。所以，現有教材的教學內容以及講授次序并不完全適用于材料專業《晶體學基礎》課程的教學。

2.《晶體學基礎》課程中包含著很多晶體學基本概念，同時還有非常抽象的宏觀和微觀對稱操作以及晶體的投影操作。在以往的晶體學教學過程中，主要借助一些靜態的二維或者三維圖片進行講解，其表現力度有限，無法有效地使學生理解和掌握抽象的晶體學基本概念和理論。

3.在《晶體學基礎》的授課形式上，過去主要以教師講授為主，學生主動參與較少。僅僅通過教師對《晶體學基礎》中復雜空間對稱變換進行講解，難以使學生深入理解晶體中對稱特點、內部質點的堆積規律以及復雜的空間概念。同時，這樣也不利于學生創造性思維和解決實際問題能力的培養。

由以上分析可見，現有的《晶體學基礎》教學已經難以滿足材料科學與工程專業學生培養目標的要求。因此，我們有必要對該課程的教學內容、教學手段和教學模式進行改革，以充分調動學生的學習積極性和主動性，提高學生的學習興趣，使學生真正理解和掌握晶體學知識的精髓，為學生在將來的材料科學與工程實踐中打下良好基礎。

二、教學內容和講授次序的改革

目前，本校《晶體學基礎》的教學課時共32學時，與地質學和礦物學專業相比，總授課時間較少[3，4]。為了在有限的教學時間內講授材料科學專業學生所必需掌握的晶體學基礎知識，有必要將那些與材料科學專業相關性不大的內容進行刪減。例如，晶體理想形態和晶體規則連生方面的內容對地質學和礦物學專業十分重要，但是對于材料專業學生來說，只需要在課程緒論中加以概述就能夠滿足本專業的教學要求了。同時，對于后續材料科學的其他專業課程將詳細講解的知識點，也可以進行適當刪減，如晶體相變、晶體物理學等內容。另一方面，對于進一步學習材料專業其他課程而需要用到的一些重要晶體學基礎知識，應該增加講解內容的深度。例如，倒易點陣、吳氏網等基礎知識對于分析材料的微觀結構特征至關重要，但是，現有教材中的以上相關內容過于簡單，無法滿足材料專業學生的培養要求，所以，需要增加相關的授課內容。

教學內容的變更促使我們進一步思考授課內容編排的邏輯性。由于晶體學授課內容和側重點發生了變化，所以，我們就不能按照現有教科書中針對地質和礦物專業的教學目的來安排授課次序，而應該按照材料專業對晶體學教學內容的要求，研究如何安排授課次序才能更有利于本專業學生由淺入深、循序漸進地學習相關晶體學基礎知識。例如，在講解晶體宏觀對稱性之前，有必要先講解一些典型晶體結構的實例，以幫助學生形象地理解復雜的空間對稱操作;將晶體的微觀對稱和空間群知識從原教材的第七章提前到第三章[5]，使其與晶體宏觀對稱合并成晶體宏觀和微觀對稱一章，這樣有利于從宏觀和微觀相互聯系的角度進行講解;另外，倒易點陣知識應該從原教材的第一章后移到第四章，在講解完晶體定向和晶體學符號之后，學生們熟練掌握了晶體正空間的晶面和晶向指數，此時講授倒易點陣知識更有利于學生理解復雜的正空間和倒易空間的相互變換。

三、教學手段的改革

《晶體學基礎》課程的難點是晶體宏觀和微觀對稱、晶體的投影以及內部質點的堆積。除了采用傳統的板書和二維圖形對這些晶體學難點知識進行講解以外，我們應該更加注重利用一些三維模型。例如，在講解晶體的球面投影和吳氏網過程中，利用地球儀作為三維實物模型，能夠更好地說明晶體的各個晶面在進行球面投影過程中的操作次序，以及解釋如何利用吳氏網來計算晶面夾角。在講解晶體的旋轉對稱時，可以利用一些特制的三維立體模型，形象地顯示出不同軸次的旋轉對稱;另外，在講解晶體的極射赤平投影時，可以針對一些具有特殊對稱特點的宏觀晶體，讓學生自己動手制作相關的三維實物模型，通過觀察各晶面的投影特點，加深對極射赤平投影知識的理解。

同時，為了使學生更加形象地把握各種對稱變換特征和晶面投影規律，我們應該進一步利用三維多媒體軟件，制作一些三維動畫作為輔助教學手段[6]。這樣能夠通過三維旋轉來觀察晶體的宏觀對稱特點以及晶體結構中的質點（原子、分子或離子）位置，滿足晶體宏觀和微觀對稱要素及其操作等抽象教學內容的教學目的，使學生能夠直觀地觀察不同宏觀和微觀對稱操作的特點，從而加深對這些抽象晶體學概念的理解。

四、研討式教學模式的改革

本校《晶體學基礎》課程在開課初期的授課形式為大班整體授課，包括所有材料專業大二的學生（約150名）。由于聽課學生人數較多，導致教師難以實時掌握學生的聽課效果。故而，本校自2013年起對《晶體學基礎》課程進行了“小班化”教學實驗（每班70～80人），有效地提高了授課效果。但是，目前的教學模式基本上還是以教師的“填鴨式”教學方式為主要授課模式，學生缺乏學習的主動性，沒有積極地思考問題。因此，應該實現教師和學生共同主導本課程的教學過程，通過師生之間以及學生之間“研討式”的教學模式，使學生在研討過程中理解和掌握《晶體學基礎》的基本概念和抽象知識。針對每堂課的重點講授內容，教師在課堂中提出相關問題，將學生分成若干小組，每組4～6人，在教師的引導下，通過學生之間反復討論將復雜的晶體學問題進行逐步闡明，這樣也有利于檢驗學生對每堂課知識的掌握情況。同時，將分組討論的結果納入平時成績的考核體系，鼓勵學生主動提出問題，并積極地通過討論來相互啟發，進而解決各個難點問題。

另外，師生應該充分利用本校在校園網上建立的晶體學課程中心平臺。一方面，鼓勵學生在網絡上進行自由討論，另一方面，讓學生針對以上問題在課堂上以小組為單位進行發言和討論。通過以上“研討式”教學模式及時獲得學生學習效果的反饋，從而調整講課速度，提高學生的學習效果。

五、總結

《晶體學基礎》是材料科學與工程專業的重要基礎課程，應該按照材料科學專業學生應該掌握的晶體學知識，優化編排授課內容和次序，提高授課效果;利用三維晶體學動畫模型，加深學生對晶體對稱要素及其操作等復雜晶體學概念和理論的理解;建立“研討式”教學模式，針對課程的重點和難點，提出學生課堂和課后研討的主題，檢驗學生對授課內容的掌握情況，提高學生通過主動提問以及相互討論而獲取知識的能力，最終使學生更好地掌握材料科學專業必需的晶體學基礎知識，培養學生分析問題和解決問題的能力。

材料科學論文:金屬材料科學與工程專業生產實習教學改革與探討

摘要：生產實習是高校人才培養的重要環節之一，也是工程教育認證現場考察的重點環節之一。本文針對金屬材料科學與工程專業生產實習中存在的問題，進行了教學改革的嘗試，獲得了良好的實習效果。

關鍵詞：金屬材料科學與工程專業;生產實習;教學改革

據統計，我國每年工科大學畢業生的數量居世界之首，但畢業生的質量卻令人堪優。在工程教育認證新形勢下，如何強化工程意識，培養解決復雜工程實踐能力是高等工程教育中刻不容緩的事情之一[1-3]。生產實習的目的是將理論教學與企業生產密切結合，提高專業興趣，擴寬專業認識，為同學即將選擇考研專業和就業提供指導，培養同學專業工程實踐和復雜工程實問題的解決能力。因此，生產實習承前啟后至關重要。

目前盡管建立了眾多的校外實習基地，但企業考慮到實習安全、生產效率、生產車間場地空間等問題，導致生產現場停留參觀時間短。同時，車間噪音大，實習小組人數多，在“只許看，不許動”動的束縛下，實習變成了參觀、走馬觀花[4，5]。因此，同學對生產設備、生產工藝過程的了解和認識浮淺，甚至是囫圇吞棗。在工程認證新形勢下，探索教學模式改革將具有重要的意義。

一、生產實習教學改革

1.生產實習基地的選擇。在市場經濟和目前企業經濟運行困難形式下，企業在生產活動中均把經濟效益作為首要考慮因素，學生實習一般不會給企業帶來直接的經濟效益，反而可能會對工廠正常的生產秩序和安全造成或多或少的影響。因此，企業對接納學生實習一般持消極態度，能安排學生實習時間和次數有限。同時，由于實習經費限制，對生產實習基地只能就近選擇。因此，在實習經費和實習基地均有限的情況下，合理資源安排尤為重要。

（1）建立校外精習基地。所謂精習，選擇典型的產品，熟悉零件的整個生產加工過程，既包括材質選擇、進廠檢測、生產設備型號、生產工藝制定、相關的性能檢測與質量控制、產品的市場定位與銷售情況、企業管理與企業文化。讓同學以工程技術人員的角度去熟悉、分析產品零件圖、加工工藝圖、焊接工藝圖等生產工藝過程。采用先課堂講解（興趣引導）―同學現場實習（感性認識）―課堂交流討論（啟發深入）―再次現場實習（理解領悟）―課堂討論交流（融會貫通）的方式進行。

精習基地選擇一是交通方便，便于學生多次實習往返，節省實習經費;二是精習基地要有獨立功能產品或運動部件，既涵蓋金屬原料質量控制、加工成型（鑄造、鍛壓、焊接、塑性成型、熱處理中的一種或一種以上成型工藝）、質量檢測、裝配等工序。三是廠家積極配合，能提供產品生產圖紙、生產和檢測工藝文件、生產設備資料，并可接納多次實習。

精習基地給同學一個全面系統的材料成型工程概念，讓同學由淺入深，由表及里，歸納總結其工藝選擇的理論依據、質量控制的方法，根據工況和經濟性，選擇零件熱處理、耐磨、耐蝕處理方法，探索思考該產品生產質量提升空間，進而培養解決復雜工程實踐問題的能力。

（2）建立校內精習基地。大學一般建有科技成果轉化孵化器，既高校技產業園。雖然高校企業產業園的企業規模小，對生產實習來說，具有得天獨厚的優勢。輔助教學是高校產業園的職責之一，便于聯系落實實習任務，時間安排靈活。二是交通便利，便于往返多次實習。另外，高校科研成果成功轉化案例的學習，有助于激發同學學習的興趣和激情，培養同學創業的意識。

（3）建立校外泛習基地。所謂泛習基地是指學生在企業實習1～2次，主要是讓同學了解熟悉不同零部件的生產成型工藝過程，掌握金屬零件不同的成型工藝，擴寬對產品生產加工視野。由于企業接納實習時間的限制，同學對泛習基地的生產工藝過程難以深入的理解和貫通，因此指導老師的預先講解、同學對企業相關產品、工藝的預先資料的收集、查閱和實習后現場答疑講解是決定泛習基地實習效果的關鍵環節。

一般精習基地選擇1～2個企業，每個小組安排3～4次進廠實習機會，每次實習0.5～1天。泛習基地安排4～6個企業，每個企業安排1～2次進廠實習機會，每次0.5～1天。精習基地、泛習基地實習時間和次數的安排，可根據企業生產工序、生產規模、設備開工使用情況靈活調整。

2.指導教師工程素養的培養。目前高校師資評聘過分依重科高層次科研項目和論文，忽視了高校教師的工程應用能力的培養和引導。同時，很多高校教學重課堂理論教學的考核與評價，輕工程實習的投入與考核。另外，實習現場環境工況復雜，指導生產實習不僅需要投入時間和精力多，還要求老師具有較好的身體素質。因此，要到達預期的生產實習效果，具有工程開發或企業工作背景的指導老師尤為重要。選擇有經驗的老教師帶年輕教師，培養實習指導教師教學梯隊，是完成實習的有效保障[6]。

指導教師到精習、泛習基地企業同技術人員交流座談，預先調研、制定實習計劃，收集編制實習報告。同時，做好預先動員，講解和指導工作。這些工作已遠遠的超出了“教學工作量”所能體現出的工作量，需要指導老師相互合作，共同完成。指導教師工程背景培訓需要學院、學校領導的重視和教學規章指導的引導。

3.教學模式改革。

（1）實習前沿。同學第一次到企業實習，帶著對未來工作環境的憧憬，也充滿了對企業的好奇與迷茫。愿望是美好的，但現實是殘酷的。所選擇的精習、泛習基地在企業規模、技術先進性、企業管理、車間環境等諸多方面可能差強人意，實習動員要預先化解同學心中的就業觀與實習現實企業的落差，樹立正確的擇業觀念，引導同學走進企業，培養興趣，擴寬對專業的認識。同時，鼓勵同學不僅帶著眼睛去實習，更要帶著腦子去思考，去發現問題，并運用所以理論，探討解決實踐工程問題的可行性。

（2）編寫實習報告。指導教師根據安排企業實習時間、企業設備開工情況，修改、編寫實習報告，避免同學實習報告流水賬、抄襲雷同、言之無物。實習報告采用啟發、討論，研究與探討的方式，引導同學對產品選材、成型工藝、質量控制、產品性能逐漸深入分析研究，將所學理論與產品加工制造工藝、技術相結合，培養同學解決復雜工程問題的能力。因此，實習報告的編寫是針對精習基地、泛習基地有的放矢，引導同學在實習過程中抓住重點環節，透過實習產品，回歸到理論的運用，將課堂理論與生產實踐融匯貫通。

（3）實習考核。實習成績的考核與評定是實習學風引導的指揮棒。同時，考評制度也影響下一級同學學風和實習態度。制定合理的實習考核辦法是實習效果保障之一。一般從實習紀律（10%）、實習筆記（20%）、實習報告（40%）、實習答辯（30%）四個環節進行評價。實習筆記采用時抽查，即可可以監督同學，也可以及時了解同學實習掌握情況，合理的安排實習時間。實習答辯采用分組座談式答辯，同學主動講述和提問回答相結合，為同學進行理論的深化和梳理。

二、生產實習改革應用及效果

金屬材料科學與工程專業生產實習教學計劃3周15天，我們安排青島扎克船用鍋爐有限公司、青島金海納有限公司作為精習基地，萊鋼錨鏈、青島海立、城陽豐東熱處理、濰坊豐東熱處理、高密高鍛5家公司作為泛習基地，其產品包括：船用鍋爐、采煤機截齒、海上平臺錨鏈、冰箱變頻壓縮機、活性屏離子氮化爐、壓力機等。

實習參觀公司按其產品成型工藝分，焊接成型：鍋爐壓力容器埋弧焊、CO2保護焊、氬弧焊、錨鏈閃光對焊、截齒釬焊。塑性成型：爐體的卷壓成型、汽車殼體零件的板料沖壓成型、錨鏈橫檔的熱鍛成型。鑄造成型：壓力機及其零件的砂型鑄造、消失模鑄造成型。機械加工成型：變頻冰箱壓縮機機械加工。板料和棒料下料：剪板機下料（≤8mm）、火焰和等離子氣割，棒材和管材的帶鋸切割下料。此外還涉及熱處理工藝：截齒的感應淬火、滲碳淬火、離子氮化、氣體氮化及其噴丸、噴砂除銹預處理工藝。按檢測方式可以分為探傷檢測：壓力容器X射線探傷、著色探傷和錨鏈超聲探傷。力學性能檢測：鍋爐焊縫的拉伸試驗、沖擊實驗。產品性能檢測：鍋爐的水壓檢測、變頻壓縮機噪聲檢測。鍋爐材料和錨鏈材料的元素檢測分析。從實習內容看涉及了本科課程中的金屬材料學、材料的力學性能、成型原理與工藝、熱處理工藝與裝備、無損檢測等課程。

學生在實習過程中，經過與指導老師、企業技術人員互動，在實習報告的引導下，通過課堂探討交流，能夠積極主動地完成各項實習任務，實習效果良好。另一方面，生產實習企業與學生獲得了互相認可，既企業在進行安全教育的同時，也給同學做了下一年度的招聘需求，同學可以帶著企業的技術問題在企業完成本科畢業設計，促進了學生的就業工作。

三、結論

在新的工程認證形勢下，通過學校、教師、學生、企業多層次全方位的精習基地、泛習基地建設、實習指導報告的引導、實習指導教師隊伍的形成，探索培養養具有解決復雜工程問題的工程技術人才新的生產實習改革正在付諸實施并初顯效果。

材料科學論文:電子理論在材料科學中的應用

摘 要 材料科學本身就是建立在研究微觀離子的基礎上的，電子理論以其特性占據這材料科學研究中的重要位置。可以說，現在材料科學領域中對電子理論的應用是必不可少的。同時，電子理論是一個龐大的體系，其中包含著多種子理論，本文就以實踐種應用廣泛的密度泛函理論為例，簡要敘述電子理論在材料科學的各個領域中的重要作用，并闡述其部分內在規律，以期無論是對電子理論還是材料科學都能具有發展和推動的作用。

關鍵詞 電子理論；密度泛函理論；材料科學

近幾年，密度泛函理論與分子動力學相結合，在材料設計、合成、計算等諸多方面有明顯進展，成為計算材科學的重要基礎和核心技術。其他量子力學多體問題往往會具有一些“硬傷”，在計算的效率上，計算結果的精確度上，甚至于計算的方法上都難以達到一定的高度，隨著密度泛函理論的出現，使量子力學的研究又提升到另一個層次，與其他解決量子力學多提問題的方法相比，采用密度泛函理論所進行的研究能夠給出讓人滿意的結果，尤其使數據的精確，更能夠應用到其他領域的研究中，例如化學、數學等，甚至應用于工業生產和人們的生活中。

1 電子理論概述――以密度泛函理論為例

近年來隨著物理學的快速發展，人類在探索與發現量子力學和微觀事物本質問題上的研究成果越來越多，現今科學學科的分支確定更加細致化，僅就材料物理學科來說，建立了計算機材料分支學科。物理材料的基本性質多數會受到電力結構的影響，故而研究電子理論也必須借助于量子力學。發展電力理論為研究材料科學奠定了堅實基礎，同時也給材料科學的研究提供了有利的預測依據，能在一定程度上提高材料科學的發展速度，因此在材料物理科學中論述電力理論的意義和可行性是十分明顯的。

電子理論是一種傳統理論的統稱，但實際上電子理論中包含很多小的概念和理論，不同的理論也有不同的表述方式，密度泛函理論是較早的一種量子理論，他是以Thomas-Fermi的理論為基礎，產生于1960年到1970年。對于密度泛函理論來說，它與傳統的量子理論的不同在于對基本物理性質的描述方法，也是一種基準。前者是將粒子密度作為基本物理量，而后者則將研究重點放在粒子密度上，使得二者有很大的不同。

密度泛函理論并不是一成不變的，而是隨著科學研究的愈加深入而逐步發展的。從基本理論到現在的非局域泛函，不斷有新的理論來擴充這一理論所涵蓋的范圍，同時，這些理論互相彌補，也使得計算結果越來越精確和有效。可以說，這一理論是一種活的理論，它不但在本身領域不斷深入發展，還與其他理論相互聯系，活躍前進。

我們所稱的密度泛函理論具有很強的特點，主要在于需要通過計算機的運算來進行，運行的計算機中需要裝載相聯系的軟件。在市面上我們可以看到許多有關軟件，上面我們說到，不同的密度泛函理論所計算出的結果也不盡相同，主要差別在于數據的精確性，中間的差別在一定程度上與所使用的軟件有關。這一理論由于它的應用性廣泛，被用于多個領域的計算中，但也存在其本身的問題。但是，總體來說，密度泛函理論是一種相對較成熟的理論體系，今后其發展也將會更加多樣。

2 密度泛函理論在材料科學中的應用

如上所述，密度泛函理論在應用中已經得到了廣泛的實踐。“近幾年來DFT同分子動力學方法相結合，在材料設計、合成、模擬計算和評價諸多方面有明顯的進展，成為計算材料科學的重要基礎和核心技術”。

2.1 電性材料科學中的應用

在電能與熱能之間的轉換的領域上，各國的研究者都在深入進行研究，試圖找到一種新的電子特征。有的科學家利用密度泛函理論研究出某種材料的導電性能與金屬相比的優劣；有些科學家利用密度泛函理論框架中的小的理論，研究了電子、磁及其相互作用的問題，“結果表明，體系的性質隨原子位上庫侖相互作用參數U的改變而顯著變化”。有的科學家運用密度泛函理論，將增強的表面超導和圖像翻轉現象進行了計算和預判。

2.2 磁性材料科學中的應用

磁性材料科學是起源很早的一門科學，我們都知道，鐵是最早被發現具有磁性的物質，千百年來，人們對磁性科學的態度從神秘到了解，現在已經通過多種方法在研究。有些科學家通過密度泛函理論獲得了FeN的結構、結合能和磁矩，并且研究出團簇的尺寸的不同對原子的磁矩沒有必然的影響，反而原子會在某一范圍內變化。

2.3 光學材料上的應用

光學材料一般是指傳輸光的介質材料，有些科學家利用密度泛函理論研究而得出：“在有機多層光電子發射二極管、光族材料和高密度光數據貯存材料上有潛在應用。”

2.4 在納米材料上的應用

納米材料是指物質的3個緯度中至少有一個緯度的量級是納米。納米材料自被發現以來，逐步廣泛應用在生產、生活中，我們生活中所常見的納米防爆膜、納米微針等，現在在信息產業、能源產業、環境產業等都有廣泛的應用，同時科學界對納米的研究還在更加深入和精確。一些科學家利用密度泛函理論，研究出某些物質能夠吸收紅外，并且這種吸收能力極強。

3 結論

經典的電子理論認為，正離子所形成的電場是均勻的，而自由電子由于是運動的而不具有這種特性，自由電子和正離子相互碰撞不能形成新的物質，而僅僅是作為一種機械運動。正因為自由電子的不規律運動，所以沒有顯性的表現形式，但一旦給自由電子一個外在的力，例如磁場，自由電子就會有規律有方向地進行移動，從而形成電流。本文所討論的密度泛函理論，是在電子理論中具有重要地位的一種理論，盡管它現在已經廣泛應用于化學計算中，但是電子理論是包含多種其他理論，因此密度泛函理論更需要其他理論作為依據和支撐，其本身也能夠為其他理論研究提供理論支持，因此，無論是主要利用該理論或者是借鑒密度泛函理論的原理或計算方法，做出的研究也漸漸投入到實踐中，從而真正有益于人類。

材料科學論文:研討與展望高分子材料科學的發展進程

摘 要 高分子材料科學作為一種前沿學科，在當前保持了一種持續發展的態勢。本文從基本概念以及發展的過程向大家介紹這一門科學。

關鍵詞 高分子材料 現狀 可持續發展

1高分子材料的相關概念

1.1高分子材料的基本概念及來源

高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物為基礎的材料。高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料。按來源可分為分為天然、半合成（改性天然高分子材料）和合成高分子材料。天然高分子是生命起源和進化的基礎。人類社會一開始就利用天然高分子材料作為生活資料和生產資料，并掌握了其加工技術。如利用蠶絲、棉、毛織成織物，用木材、棉、麻造紙等

1.2高分子材料的分類

高分子材料按照特性分為橡膠、纖維、塑料、膠粘劑、涂料和高分子基復合材料等，其中前三種被稱為高分子的三大材料。

橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈柔性好，在外力作用下可產生較大形變，除去外力后能迅速恢復原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。纖維分為天然纖維和化學纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經過紡絲和后處理制得。纖維的次價力大、形變能力小、模量高，一般為結晶聚合物。塑料是以合成樹脂或化學改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。

2高分子材料科學的發展進程

2.1高分子材料科學的發展歷史

高分子學科的建立，至今不到80年。從遠古時期開始，人類就已經學會使用天然高分子材料，比如天然的樹脂、橡膠、棉花、木材等。

20世紀20年代，才出現高分子科學的概念。到了20世紀30年代，高分子材料工業才步入發展階段，而到了20世紀50年代配位聚合的出現極大地推動了高分子材料的發展。進入20世紀下半葉，高分子取得了一系列突破性的進展，比如聚烯烴的多元聚合，設計合成嵌段，超支化等聚合物等。

2.2高分子材料科學的發展現狀

進入21世紀，單單從一個大方向來描述高分子材料的發展現狀是不可取的也是不全面的，所以將簡單分為幾個領域分別介紹目前的發展現狀。

在電氣工業領域，高分子材料也有杰出的表現。隨著時代的發展，高分子材料在電子、家電和通信領域。我國電氣生產大國，全行業對高分子材料需求量較大用量。高分子材料輕質、絕緣、耐腐蝕、表面質量高和易于成型加工的特點正是生產各種家用電器的最佳材料，而家用電器是人們的必須生活用品，所以高分子材料在電氣工業的發展是會一直進行下去的。

在機械制造領域更加少不了高分子材料。比如，目前世界不少轎車的塑料用量已經超過 120千克/輛，德國高級轎車用量已經達到300 千克/輛。可見在汽車制造方面，高分子的發展還是比較成熟，系統的。并且可以預見，隨著汽車輕量化進程的加速，塑料在汽車中的應用將更加廣泛

高分子材料還在航空航天，建筑工程，醫療，包裝行業等眾多領域發展已經比較成熟，并且正在朝著一個更加規范，更加科學，更加和諧的方向穩定發展

2.3高分子材料科學的發展前景

高分子材料科學代表的是一種前沿技術，其發展趨勢也必然要適應社會發展的潮流和最先進工業發展的需求。

2.3.1精細化

隨著時代的發展，精細化必然成為材料的主流趨勢，未來將納米技術融入其中也是勢在必行的。高分子材料的納米化可以依賴于高分子的納米合成，這既包括分子層次上的化學方法，也包括分子以上層次的物理方法。利用外場包括電場、磁場、力場等的作用，采用自組裝或自合成等方法，靠分子間的相互作用，構建具有特殊結構形態的分子聚集體。

2.3.2綠色友好化

在強調可持續發展的21世紀，任何事物都在漸漸轉型，高分子材料也不例外。實現綠色友好化，需要在材料的合成，生產，運用三方面全方位實現。現在的高分子合成材料對石油的依賴性特別強，尋找可以替代石油的其它資源，則成為21 世紀的高分子化學研究中的一個迫切需要解決的問題。調節原子和分子在物質中的組合配置，控制物質的微觀性質、宏觀性質和表面性質，就可能使某種物質滿足某種使用要求，這種物質就能作為材料來使用。

2.3.3智能化

在這個智能材料的時代，高分子化學同樣承擔著不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可隨外界條件的變化而有意識的調節、修飾和修復，如若實現，也必然會對人類發展發揮巨大的作用。

3結語

本文通過比較淺層次的語言向大家介紹了高分子這門前沿科學，相信在今后的生活中，隨著科技的發展，技術的進步，越來越多的人會認識高分子材料，并投入到這門與人類生活息息相關的科學研究中去。

材料科學論文:基于高職―本科3+2分段培養體系的材料科學基礎專業課程的教學與實踐

摘 要：本文從3+2分段培養體系的人才培養方案出發，對支撐光伏專業的材料科學基礎的關鍵知識點進行梳理和篩選，闡述了詳細的材料科學基礎教學內容及重難點知識。并且結合教學實際和學生特點，提出了材料科學基礎課程的具體教學方式。

關鍵詞：3+2分段培養體系；高職；本科；教學；實踐

高職-本科3+2分段培養這種模式為學生的繼續深造和升格為高級技術管理人才提供了一條行之有效的途徑，能夠充分發揮高職和本科院校的優勢，為企業提供具有發展潛力的技能型人才，實現學校、學生、企業三方共贏。這種模式在江蘇首先試點，常州工程職業技術學院（以下簡稱“我院”）與常州工學院已經開展多屆合作，共同制訂了比較完善的人才培養方案，而高職、本科銜接課程體系的建設無疑是人才培養的關鍵，我院光伏材料制備技術專業在3+2轉段銜接階段開設材料科學基礎這門專業基礎課有其針對性和必要性。材料科學基礎這門課程主要揭示固體材料結構和性能之間的關聯，實際上是用數理化的知識分析實際的材料問題，其內容龐雜，理論性強，抽象，是材料類專業的必修專業基礎課，具有普遍指導意義。3年高職學段培養學生的專業實踐技能，要求感性認識頗多，2年本科學段著眼專業和管理技術提升，要求有更深的理論基礎和解決問題的能力。以下結合筆者的教學實踐，說明如何開展有效的材料科學基礎教學。

一、以光伏產業鏈為主線精選教學內容

材料科學基礎的內容包括晶體結構和缺陷、固體熱力學和動力學、固體結構和電子理論三大塊，具體知識要點有晶體結構、固體電子結構、合金固溶體結構、范性形變、缺陷、相圖、相變、界面、擴散、凝固結晶、回復再結晶等。全部講完至少400學時左右，實際上既沒有這么多學時，也沒有必要面面俱到。課程具有普遍意義，但對專業來說，只要篩選出密切相關的內容即可，做到必需和夠用即可。這樣一方面可節省時間，另一方面也能夠很快切入應用。所以，一定要梳理光伏產業鏈的應用點和材料科學基礎內容相匹配，形成少而精的教學大綱內容，以利于少學時教學和專業應用。

縱觀光伏產業鏈，從硅原料的制備和提純，單晶硅多晶硅的生產加工，光伏電池和組件系統的生產，與材料科學基礎關聯的地方還不少。硅晶體的表面形貌、生長方向、生長棱線、層向生長過程對應晶體學知識、晶向晶面及特征的描述；其中融入硅和化合物半導體的結構和電性能對應著合金結構和固態電子論的知識，并牽涉到結合鍵，能帶理論、半導體性能、光伏原理和光伏電池效率；晶片生產中缺陷位錯的控制（頸縮工藝等）以及電池片效率改進對應著晶體的缺陷理論；單晶多晶的形核生 長、環境控制、質量控制對應著凝固結晶理論；硅中雜質含量及分布以及柵線印刷、焊接、歐姆接觸對應合金知識相圖相變知識；PN結形成、焊接合金化過程、光生少子的擴散和壽命、I-U特性曲線的擴散方程推求對應擴散理論中的穩態和非穩態擴散；晶硅加工生產過程中的變形和損傷對應固體范性形變和再結晶；多晶的晶界和單晶多晶的制備過程中的固液界面對應界面理論。此外，掌握熱力學基本知識對分析缺陷、表面、相圖相變、凝固結晶都非常有用，對材料分類論述的三大類別材料如金屬、陶瓷、高分子各論也要介紹，這部分內容具體涉及銀漿與硅的歐姆接觸、互聯條焊接、石英容器性能、封裝用鋁合金、TPT、EVA的使用性能。基于以上分析，形成的課程知識點和相關內容以及重點難點見表1。

二、依據學生特點改革教學方式

此階段學生的主要特點有：①理論基礎較為薄弱。②從應用型到研究型的學習習慣還未轉變。對這兩特點，在制訂學習內容后還有一個如何讓其有效接受消化的過程，不適當地灌輸會使學生理解困難，對學習失去興趣，從而也失去了教學意義。結合教學實踐，筆者認為從以下幾個方面可以改善效果。

（1）精選教材。教材的選用原則是中等難度，有基礎的數理化知識銜接，便于自學和理清課程體系，也便于學生發現問題和受到啟發，提出問題。不宜一下子導入艱深的理論。好的教材閱讀能夠激發興趣，深入淺出，讓人受益。材料科學基礎作為普適課程，教材種類繁多，深度廣度側重點各有不同。貴州大學的張曉燕教授主編的《材料科學基礎（第二版）》具有以上特點，筆者認為比較適用。

（2）提供配套的參考資料和習題冊。作為經典理論，材料科學基礎暫時不會過時，現有的參考資料應該是比較豐富的，應該選擇性地看一些，特別是習題冊，更是和教材一樣必備，因為理論的定性和定量同樣重要，需要結合實際進行計算和練習，習題能夠加深學生對抽象理論的認識，效果明顯，能增強學生的成就感和求知欲。

（3）實驗驗證有助于理解理論。配套實驗可以幫助學生鞏固加深課堂理論知識，讓學生掌握基本實驗技能，培養學生自己分析問題、發現問題、解決問題的能力，讓學生獲得更多的感性體驗和創新體驗，在光伏材料生產中，處處有材料外觀、缺陷、性能以及工藝參數等的檢測，過程檢測更是質量保證的關鍵，一些實驗項目和檢測有密切相關，應該加以訓練。如晶體結構實驗中的典型金屬結構的鋼球堆積結構模型分析實驗、單偏光下晶體光學性質，非晶態的結構性質和玻璃析晶實驗（與長晶過程的坩堝析晶有關）、擴散和固相反應動力學實驗，以及電阻測定實驗等。

（4）明確概念，將理論講解淺顯化、簡化或省略推導，過程讓學生對基本概念產生深刻印象，后續教學才能順理成章。教師應重點講解參數的物理意義和相關概念，對求解過程作一般介紹和原則說明，以便于學生快速接受知識。

（5）利用網絡資源如魔課，愛課程等多媒體手段開展教學。應該承認，有些東西確實難以講清，因此晶體結構的三維圖、原子進入間隙位置的動畫演示、擴散微觀過程動態展示、缺陷產生增值過程和運動方式的直觀視頻顯示，這些似乎都離不開多媒體展示，可以極大提升學生的空間想象力。這些都得益于現代數碼技術可以把最微細的結構和復雜過程進行立體展示。網絡資源也要好好利用，網上課堂是主要方式，具有簡明易懂的優點。

（6）互動答疑及時解決疑問，按照邏輯體系進行內容順序重排。由于材料科學基礎是一門邏輯體系嚴密的理論課，在教學過程中不能生搬教材中的章節安排，應該從學生的知識結構來重新安排內容序列，力圖使學生運用現有的力學、數理化知識就能理解各種規律，由于先后次序很重要，因此及時解決問題可為下面章節授課鋪路。

（7）從理論到實踐，再從實踐回到理論，實現良性循環，螺旋上升。用理論分析和解決是最好的服務生產實踐方式，也是學習基礎理論的價值所在。

通過以上針對3+2銜接階段教學方式的改進，學生的學習積極性得到提升，專業基礎知識得到鞏固，結合專業實踐，也促進了其他課程的學習，這對以后的學習和創新是有益的。3+2分段培養能夠成就技能和學術兼備的人才，可滿足未來光伏產業發展對人才的需求，應該是一種值得倡導的模式。

材料科學論文:材料科學基礎課程啟發式教學改革探討

摘 要 《材料科學基礎課程》作為材料物理專業本科核心課程，對本專業知識體系的建立和后續專業課程的學習至關重要。本文針對《材料科學基礎課程》存在的教學問題，圍繞啟發式教學思想，從創新教學內容，豐富教學手段，增加課堂互動等方面對材料科學基礎教學改革進行探討，以期培養學生學習的積極主動性，提高教學效果。

關鍵詞 材料科學基礎 啟發式教學 教學改革

材料科學基礎是一門重要的專業理論基礎課程，它以材料的組織結構為出發點，涉及了各種材料的共性基礎知識。材料科學基礎課程是后續專業課程的基礎，在今后相關專業的工作和科研都有重要作用，但結合實際教學經驗來看學生普遍反映課程內容枯燥、難學。究其原因，是因為該課程理論知識點多并且內容較為抽象，如涉及名詞定義近300個。如何解決材料科學基礎教與學的問題，一直是該課程教學改革的重點。本文旨在結合啟發式教學改革的一系列思想，探討材料科學基礎的教學改革。

啟發式教學對于培養應用型人才具有重要積極作用，它不是一種簡單的教學方法的創新，而是一種教學思想的轉變。啟發式教學是從學生的需要出發，處理好教與學之間的關系，使學生成為學習的主體，教師起到指導與推動的作用，變教師的單純傳授為教師與學生間的互動。因此，啟發式教學能豐富材料科學基礎課程的教學改革內容，深化教學改革意義，對于創新型人才的塑造具有重要意義。

1創新教學內容，提高學生學習的積極主動性

材料科學基礎知識點抽象，課程內容有一定的理論深度，需要學生理論推導和邏輯思維能力。抽象繁多的知識點很容易打擊學生求知欲，使得學生喪失學習積極性。因此授課過程中，要注重啟發式教學手段，內容的趣味性。利用“聯想法”，通過一系列與生活或生產相關的實力或熱點話題引入知識點，通過實際案例演繹基礎理論的內涵與應用。

在每一章開頭，以實例開頭回答“為什么學”這一問題。如在講第五章材料的形變與再結晶時，教師首先詢問學生汽車輪轂是怎么制備而成，引起了學生學習的求知欲。然后通過汽車輪轂的加工鍛造過程，給學生具體講解工業生產中加工硬化和再結晶的應用。這種啟發式教學模式能夠減少學生對理論概念的陌生感，幫助他們理解基礎理念和基本概念科學內涵豐富性。

另外在課堂教學時，需要不斷引入科技前沿與研究熱點問題，能夠擴大學生的知識面，激發學習熱情。例如在講解第三章晶體缺陷的時候結合鐵電薄膜材料中位錯對其的影響等前沿，增加不同角度的正負位錯對鐵電薄膜單疇結構的影響介紹。這些講授內容能培養學生的科學精神，提高學習的積極主動性。

2改變教學方法和教學手段，幫助學生記憶和理解

材料科學基礎課程知識體系龐大復雜，需要記憶的知識點比較多，是教學過程中一大難題。另一方面，傳統的教學模式采用“注入式”教學，忽略了學生學習的主觀能動性，造成了教師難教學生難學的境地。如果教學方法過于刻板很難引起學生的共鳴。因此改變傳統的“注入式”教學方法和手段，不再只單一的重視講授而輕視指導。啟發式教學方式之一就是采用導學制，指導學生運用自己的思維模式，選擇最合適的思考與探究方式學習課程內容，使學生能對專業知識點感興趣深刻理解并記憶。

多媒體教學方式無疑是啟發式教學的一種重要實現途徑。多媒體教學方式可以化抽象知識為直觀，其優越性在材料科學基礎課程中能得到充分體現。例如，晶體結構三維圖像、位錯的分類和運動、材料的變形等內容是材料科學基礎教學中的重點和難點。采用多媒體技術中的二維、三維動畫進行演示，圖文并茂、聲形俱佳，學生通過形象形式深刻理解和掌握了抽象的概念。但同時，多媒體教學也存在著弊端，它會讓學生習慣于被動接受信息，削弱了學生的想象力和邏輯思維能力。這就要求教師在教學實踐中要把多媒體的應用與教學內容相整合運用多種教學手段的結合，因材施教、因課施教。

如在講授第三章固體結構中，對于體心、面心和密排六方等三種重要的結構參數，對于缺少立體空間概念的學生很難理解。講課的時候借助葡萄和牙簽等日常用品，以葡萄為原子牙簽為原子鍵給學生詳細講解了三種典型的晶體結構，并以作業的形式讓學生自己課下動手來做。這種教學方式能讓學生真正參與進來，打開了學生思路，獲得了很好的教學效果。

3翻轉課堂和課堂討論，增加師生互動

教學的一個重要內容就是指導學生怎樣去學習，這需要充分調動學生的主體地位，增加教師和學生之間積極的互動。啟發式教學要求把學生作為課堂的主體，為學生提供充分展示自己才能的機會。翻轉課堂作為一種新興的教學模式，它將傳統的課堂學習過程翻轉過來，讓學生在課堂外通過教學視頻或資料自主學習課程，而在課堂上教師對學生進行測評和相應指導已完成教學目標。另外在課上對于一些問題可以分組學習的方式展開交流和討論，每個學生參與其中獲得自己滿意的答案。翻轉課堂和適當的課堂討論能作為課堂教學的重要輔助環節，實現了以學生為主的主動式個性化學習，充分了體現了現代教育教學的基本內涵，值得我（下轉第73頁）（上接第53頁）們發揮其優勢并運用到材料科學基礎的教學進程中來。

但由于材料科學基礎基本概念抽象繁多，并不是所有的課程或知識點都適用于翻轉課程。具體來說，對于一些復習性質很強但又起到啟后作用的內容，可以預先設計出一系列問題讓學生查閱資料自學，然后在課堂上組織學生進行討論或讓學生親自到講臺上進行講解，涉及到新的知識點再由教師補充，這樣既活躍了教學氣氛，也可避免學生在學習熟悉的內容時產生厭倦從而提高教學效率。例如講授第五章晶體的塑形變形時，由于里面的許多知識點跟第三章相近，適合利用翻轉課堂的形式讓學生課下自學，課上由老師指導討論。這種教學模式增強學生的自信心和主動性，得到了事半功倍的效果。

4結語

總之，啟發式教學思想對于材料科學基礎教學改革具有重要指導意義。它要求教師在闡明概念、理論的基礎上，強調知識架構間的相互關系，注重講授理論的來源、思路、方法、意義和應用，講清它們之間的內在聯系。啟發式教學方法的應用能抓住學生的好奇心，提高學習主動積極性。在傳授課程知識點啟發式教學方法能給學生提供廣闊的思維空間和分析解決問題的能力。

材料科學論文:航空航天方向材料科學與工程專業英語教學改革

摘要：通過對航空航天材料專業英語教材、課堂教學內容與方法的改革與優化，培養學生具有較強的專業文獻的閱讀能力，進一步提高學生的聽、說、寫、譯能力，使學生能夠熟練應用英語交流、獲取知識。同時促進學生掌握良好的語言學習方法，提高文化素養，以適應社會發展和航空航天技術進步的需要。

關鍵詞：航空航天材料;專業英語;教學;改革

航空航天材料是指飛行器及其動力裝置、附件、儀表所用的各類材料，是航空航天工程技術發展的決定性因素之一，也是材料科學中富有開拓性的一個分支。飛行器及其裝置的設計，不斷地向材料工程提出新的課題，推動了航空航天材料科學的進步。各種先進材料的出現也為飛行器及其裝置的設計提供更多的可設計性，極大地促進了航空航天技術的發展。因此，先進航空航天材料的開發、研究與應用反映了一個國家的工業水平與航空航天技術，關系到一個國家的綜合實力與國際影響力。因此，各國都把先進材料的研究和開發放在重要地位。盡管我國近年來在航空航天材料的研發方面取得了巨大進展，但仍然與發達國家存在較大的差距。因此，需要不斷學習和引進國外的先進技術和經驗。而國外相關資料都是英文出版，這就需要航空航天材料方向的學生具有較高的材料科學與工程專業英語的聽、說、讀、寫能力，以完成獲取專業所需信息等任務。

材料科學與工程專業英語是一門語言應用與材料專業知識緊密結合的課程。它不但涉及英語科技文體的語法特征和材料專業技術文獻的語言特點，而且涉及一定的專業技術內容及科技信息交流。課程目標是培養學生具有較強的專業文獻的閱讀能力，進一步提高學生的聽、說、寫、譯能力，使學生能夠熟練應用英語交流、獲取知識。同時促進學生掌握良好的語言學習方法，提高文化素養，以適應社會發展和航空航天技術進步的需要。課程的教學目標是：掌握一定量的與材料科學與工程專業有關的常用單詞和常用詞組，并掌握一定的構詞法知識，具有識別生詞的能力，能順利閱讀專業相關的英文原版教科書、參考書及專業論文。但現行的教學模式在教學管理與培養方式中存在許多問題亟待解決，目前也沒有針對航空航天方向的材料科學與工程專業英語教材。因此，迫切需要完善教學內容，優化教學方式，改編教材，以全面提高材料科學與工程專業英語的教學質量。

一、改編現有專業教材，擴展學生專業視野

瀏覽現有大部分的《材料科學與工程專業英語》教材可發現，內容基本是《材料科學概論》或《材料科學基礎》的英文版本的改編，實際是英文版的專業教材，不具專業英語教材特點。而且教材內容的更新速度慢，與國際上材料科學的快速發展不相適應，學生閱讀起來單調、枯燥。因此，在現有教材的基礎上，急需編寫新版實用性教材。新版教材需兼顧英語的語法特點和材料專業技術知識，既強調專業基礎理論知識又涵蓋國際研究前沿趨勢。

從提高學生的聽、說、讀、寫及翻譯的綜合能力著手，按照從難到易的教材內容順序，突出航空航天行業背景及新技術特點，完成《材料科學與工程專業外語》教材的設計與撰寫。從教材章節編排上，按照先介紹語言知識后介紹材料專業的順序布局。可以在開始的章節介紹科技英語的構詞、語法的特點以及專業學術文章的撰寫規則。隨后的幾個章節，簡單介紹材料的基礎理論知識，學生可以結合以前學習的材料專業知識進行這部分的學習。目的是給學生介紹英文專業詞匯，讓學生逐漸熟悉專業英語的閱讀。隨后，在材料學的專業知識內容上，結合專業基礎課程，著重介紹和航空航天技術緊密相關的材料研究內容，例如飛機結構復合材料、高溫材料、隱身材料、非晶材料、太陽能材料等。同時，為了進一步提高學生閱讀和理解專業文獻資料的能力，提高學生從專業文獻中獲取重要信息和跟蹤學術研究前沿的能力，教材還可以向學生介紹利用互聯網站和相關的學術期刊網站獲取最新專業文獻的方法。并且，從材料專業高質量的國際期刊上精心選取一些難度適中的綜述性和研究型的論文作為課堂教學內容。由于這些論文內容新穎且緊密跟蹤本領域的研究前沿，學生也易于接受。這樣，既提高了教學效果，也使學生對專業英語的重要性有了更深地認識和理解。

二、豐富課堂教學內容，夯實學生基本功

調研各高校材料專業的本科生教學計劃，發現專業英語課程設置在第七至第八學期，大四學生對英語學習逐漸變得陌生，如果直接面對專業英語的學習，勢必會造成學生學習的困難。因此，教師除了教授教材的內容外，可以適當拓展相關內容的英語學習，提高學生的學習興趣。

從知識結構設置上，可以根據學生畢業后學習、就業及工作的實際需要，突出對學生專業英語實際應用能力的培養和訓練。為了突出實際應用能力培養及常用交流，可按照先讀后寫，先聽后說的思路，來對學生進行專業英語實際應用能力的訓練。通過由學習模仿到實際應用的教學模式，重點培養撰寫英文摘要、寫推薦信、求職信、會議常用發言以及模擬求職對話等能力。除此而外，還可以就學生即將面臨的畢業設計論文撰寫，展開介紹和講評。“學以致用”，而實際應用是學生學習的動力。學生一旦體會到能從專業外語的學習中獲益，便會提高學習的積極性，促進專業英語的教學。

為了增加教學內容的趣味性，在實際教學過程中增加一些與課文內容相關的最新外文視頻。材料科學與工程是一個大專業，其中又有金屬材料、高分子材料及陶瓷材料等二級專業，因此除了完成教材的教學內容外，還應針對不同專業分門別類地介紹材料的最新的實際應用。介紹時，可以從互聯網上搜索最新的文字資料，也可以搜索最新的視頻資料，其中視頻資料更生動，因此受到學生們的歡迎。比如在講解金屬材料和復合材料時，可以給學生播放波音、空客等制造飛機發動機及機身結構的最新技術視頻。還可以通過播放如太陽能電池、風力發電技術及3D打印技術等視頻，加深學生對陶瓷材料、功能材料及復合材料在新能源及新技術領域的應用認識。因此，通過利用多媒體技術的視頻資料，不但可以提高學生的英語聽力，擴充學生的詞匯量，還可以使學生在輕松的學習氛圍中了解相關技術的應用前沿，深化在學生對航空航天材料科學與工程的認識。

三、改革課堂教學方法，提高課堂教學質量

材料專業英語是一種正規的書面體，專業詞匯多詞形復雜、句子長，且與專業知識結合緊密，相對于基礎英語來說，缺少文學作品中的韻律、節奏感，讀起來抽象、枯燥，造成教師講授、學生學習的興趣不高。如果采用傳統的專業課程的講課為主的教學方法，勢必不能有良好的教學效果。因此，應該結合英語課堂教學和專業課的教學特點，采取多元化的教學方法，對學生進行課堂教學。

可以采取英語課堂的教學，讓學生隨堂朗讀教材內容，學生在讀的過程中，既熟悉了教材內容，又對英語的“說”有提高。隨后，對學生進行分組，討論分析教材內容，或者也可以提出一個小話題，學生可進行問題的分析并提出解決方案。這樣，既提高了學生的英語口語技能，也加強了學生分析專業問題的能力。課后布置適量的課后翻譯作業，可以是對教材內容的翻譯也可以是對課堂增補內容的翻譯，通過英漢互譯的環節，鞏固課堂教學內容。在課程結束前，還可以穿插學生就自己的畢業設計方向，做一個簡短的英文講座，既可以對課堂教學效果進行測試，也可以提高同學們的口頭表達能力，增加同學們英語交流的信心。

在進行課堂教學的時候，如前所述，可以圍繞課堂教學時的內容，充分利用互聯網技術，為學生補充國際上航空航天材料的最新研究成果和先進的應用實例，可以是文字資料也可以是視頻文件的學習。進行文字資料的學習時，可以采用先朗讀后分析、翻譯的方法，逐步分解。進行視頻資料的學習時，教師應提前將語音資料轉換成文本資料，課堂上可以進行邊視聽邊進行講解，讓學生在愉快的氛圍中進行學習，進而達到良好的課堂效果。

四、結語

我國航空航天技術的發展對航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人員必須及時關注國際發展，密切和國外學術交流，才能保障材料領域的不斷進步，這就對科技人員的專業英語要求也不斷提高。因此，通過對航空航天材料專業英語教材、課堂教學內容與方法的改革與優化，來全面培養學生的讀、聽、說、寫、譯的綜合能力，增強學生的國際競爭力，為航空航天材料技術領域輸送優秀人才。

材料科學論文:化工材料科學與工程的發展現狀及趨勢研究

【摘 要】隨著社會不斷進步，化工生產備受關注，化工生產為社會發展提供相應的材料，是社會工程建設中的重點內容。化工材料科學與工程研究是化工生產中的重點內容，本文對化工材料科學與工程的發展現狀進行分析，針對其中存在的問題，提出促進化工材料科學與工程發展的對策，并對未來社會發展的化工材料科學趨勢演變進行暢想。希望相關的研究能夠促進我國化工產業的發展。

【關鍵詞】化工材料科學與工程 發展現狀 趨勢分析 研究

化工材料科學與工程是社會經濟發展的主要驅動力之一，同時能夠帶動信息技術與生物技術的發展。在以科學技術為主導的當今社會中，無論是高校中還是化工企業中，都需要培養化工材料科學與工程的專業人才，創新材料科學與工程的發展。從化工材料科學與工程的發展中找尋其中存在的問題，以便于后期的工程技術研發。

1 化工材料科學與工程的發展現狀分析

1.1 化工材料科學與工程的發展歷程

化工材料科學與工程的從個個單一分來的學術系統中，逐漸實現走向了科學之間的相互融合。在社會發展的進程中，材料科學的應用與社會建設步伐息息相關。單一化的材料科學發展不能適應社會發展需求，各個材料學科之間應該實現相互交叉、滲透、移植，從細分最終走向綜合化的發展。在20世紀40年代，基礎科學與工程之間的相互滲透較差，固體物理學與材料工程學之間的互不融合。從60年代起，材料科學與工程學能夠實現交互，材料科學與材料工程之間的大部分內涵能夠實現重疊，化工材料科學與工程得到了教育界的廣泛認可[1]。

1.2 化工材料科學與工程在教育界的發展

化工材料科學與工程是高校教育中的重點內容，該門學科經過多變的研究與演變，衍生出中諸多的子學科。以美國麻省理工學院材料學科專業演變為例，與化工材料科學與工程相關的專業課程有：地質與采礦工程、采礦與冶金、冶金與材料科學等。歐美等國家將在材料教育方面的認識比較深，將很多高校中的冶金、陶瓷、電子材料等科目統稱為材料，材料教學內容逐漸擴大，應用到社會建設中的諸多領域中。目前，我國重點高校相繼設立材料科學與工程學院，針對于化工方面的教學改革，在原設置專業的基礎上，補充了非金屬的工程材料的內容。化工材料科學與工程的發展能夠打破原專業設置的界限，加強專業間的滲透和聯系，教學內容實現了更新。截止至2003年7月份，具備材料科學與工程的院校占據我國的高校的總數的34%。化工材料科學與工程的教學逐漸展現出了新思路[2]。

2 化工材料科學與工程的發展趨勢

2.1 化工材料科學與工程教學中創新性人才培養

化工材料科學與工程的發展，以來社會化工企業的技術研發還遠遠不夠，為了更好的促進化工材料科學的發展，在未來的科技社會中，化工材料科學與工程還需要與教育實現緊密結合。促進化工新材料的研發與應用，需要在高校中培養優秀的材料科學人才，與社會高精尖材料研發機構構成聯動機制。對于材料科學的人才培養要求極為嚴格，一方面需要學生具有較好的結構力學基礎，另一方面還要向學生傳授學生微系統、納系統、生物系統。同時還需要進行材料結構、性能、工藝等工程的研究，以計算機技術進行材料科學的模擬研發。高校能夠為社會輸送創新性的人才，是社會化工企業實現穩步發展的關鍵。創新性人才的能夠促進化工新材料的研發，保障化工材料領域更新[3]。

2.2 化工新材料的研發

在科技信息不斷發展的當今社會中，對于化工材料的研發技術越來越先進，我國化工材料科學與工程的未來發展，需要與科技信息技術相互融合，研發出具有更多功能的化工新材料。這些新材料的研發與應用能夠在傳統材料的優勢基礎上，為人們的生活提供更多的便利。

2.2.1 纖維材料

化工新材料“十三五”發展規劃在即，很多具有高技術含量、高價值知識密集和技術密集的新型材料，在社會建設中能夠發揮出無線的潛力。這些新材料與傳統的材料相比，在質量上更加的輕便，在性能上的更加的好，在功能上更加的強大，附加值更加的高。那么何為化工新材料，化工新材料是指一些包含高性能纖維復核材料，這些才能夠在國防軍工、航空航天、新能源及高科技產業中應用廣泛，同時化工新材料在建筑、通信、機械、環保以及海洋開發中用途更大。有專家指出，全球纖產量在近十年內的長幅為3%，而高性能的纖維在全球范圍內產量增長能夠達到30%，也就是說，在未來的幾年間是高性能纖維發展的黃金期[4]。

2.2.2 聚酰亞胺

有機高分子材料也是化工新材料的另一類，與傳統的高分子材料相比，聚酰亞胺的綜合性比較強，特點突出。聚酰亞胺作為一種特種工程材料，已廣泛應用在航空、航天、微電子、分離膜、納米、液晶、激光等領域。在物理性質上，耐高溫達 400℃以上，長期使用溫度范圍-200～300℃，熔點特征不明顯。并且該種材料絕緣性能極高。通常情況下，103赫下介電常數為4.0；在化學性質上，聚酰亞胺可以被分為脂肪族、芳香族、半芳香族聚酰亞胺三種。聚酰亞胺，因其在性能和合成方面的突出特點，不論是作為結構材料或是作為功能性材料，其在微電子領域發揮著重要的作用。

3 結語

綜上所述，化工材料科學與工程化工研發領域中的重點內容，提升對于化工材料科學與工程的研發，能夠有效的促進化工領域發展。本文對化工材料科學與工程的發展現狀進行分析，與社會發展趨勢相互結合，研究其在未來的發展方向。在未來，需要對化工材料科學與工程教學中進行創新性人才培養，鼓勵化工新材料的研發，實現科技創造未來。

材料科學論文:材料科學與工程專業的實驗室教學地位思考

[摘要]站在一級學科專業角度理解“材料科學與工程”實踐教學的含義，剖析目前我國高等學校本科實驗室在實踐教學方面存在的問題。提出高等學校的實踐教學應該以培養大學生科學實驗及工程實踐的能力為目的，以傳授科學發現的實驗方法、研究手段以及工藝技術為任務，并在認知學科知識、掌握專業技能基礎上實現大學生創新能力的培養；實驗室應該是完成實踐教學任務的主要基地，實驗室建設應該是高校實踐教學基地建設的落腳點與主要方向。

[關鍵詞]實驗室；實踐教學；工程實踐能力；人才培養

0引言

“材料科學與工程”專業是一級學科專業，深刻理解專業內涵，是保證實現專業人才培養目標的關鍵。從培養專業人才的角度，專業教學自然包括學科理論知識與專業實踐能力協調統一的兩個部分。如何進行專業實踐能力的培養是高校普遍關注的問題，也是目前高校教育工作者的重點研究課題[15]。伴隨國家對教育的重視和大量投入，用于培養學生實踐能力的基礎設施得到完善。然而，這并不意味著專業實踐能力培養的問題得到解決，恰恰相反，社會要求高校改革實踐教學模式，培養高素質工程實踐能力人才的呼聲日益強烈。深刻思考高校實踐教學現狀，目光聚焦教學實驗室，高校教學實驗室的性質、作用與地位值得再審視。高校教學實驗室的建設方向對高校實踐教學模式改革的影響作用值得探究。

1從“材料科學與工程”的學科內涵理解專業實踐教學的涵義“材料科學與工程”學科是研究有關材料成分/結構、制備/合成、性能和使用效能及其關系的科學技術與生產。對此，材料科學與工程專業的基本教育要面向學科的要素，自然科學知識與工程技術知識應該是構成知識結構的主要方面。就理論教學而言，要以系統的知識學習和綜合思考能力培養為主，強調寬厚的基礎、學科知識橫向與縱向間的聯系。理論教學的核心任務，就是培養專業理論素質。實踐教學不應該僅是理論的再現和簡單證明，而是強調理論在應用中的相關性和綜合性，同時引導和激發學生走向科學研究和工程實踐的起點。實踐教學的任務和目的就是培養大學生獲取科學知識的能力與工程實踐的能力。基于此，確立了高校實踐教學改革以及實踐教學基地建設的方向。高校教學實驗室是完成實踐教學任務，實施學生工程實踐能力培養計劃的主體，高校實踐教學改革以及實踐教學基地建設的對象是教學實驗室（以下簡稱實驗室）。

2我國材料科學與工程專業教育的發展現狀對實踐教學的要求2.1重視寬口徑材料類人才的培養

材料類型已經覆蓋了金屬材料、無機非金屬以及高分子材料材料工程方面，覆蓋了金屬的成型與加工、無機非金屬工程、高分子材料工程以及冶金工程等。材料科學與工程專業的實踐教學應該與此對應，重視寬口徑的科學研究和工程實踐能力的培養[3]。

實際上，在專業人材培養過程中，各個學校依據自身條件和發展定位而限定“寬口徑”的“度”，即辦學特色。由此，也決定了“寬口徑的科學研究和工程實踐能力的培養”的實踐教學內涵對于每個學校來講是有一定限度的。實驗室對于實現“寬口徑”的科學研究和工程實踐能力的培養目的具有了可行性。

2.2培養模式由“專業培養”向“學科培養”方向發展各教學環節的學科性特點日益突出：在課程設置上，普遍注重學科式課程，專業課程已從中心地位轉向了載體地位；在課程內容上，圍繞學科發展和技術進步，培養學生適應社會科技發展的大方向。實踐教學與學科性內容的關聯性日益緊密[4]。例如，大功率X射線衍射儀、透射電子顯微鏡等高、精、尖設備大量向本科教學開放；普遍提倡本科生低年級開始進入科研團隊，參與導師的科研工作；畢業論文或設計題目普遍要求真題真做。實驗室對于實現寬口徑的科學研究和工程實踐能力的培養的有效性日益彰顯。寬口徑的科學研究與工程實踐能力培養的主體地位也日益凸顯。

2.3實踐教學方面的投入由基礎轉向專業

伴隨國家對教育的重視和大量投入，培養學生實踐能力的基礎設施得到完善，學生的實際操作動手水平、分析和解決問題的能力得到了明顯的提高。以天津理工大學為例，在經歷“十五”、“十一五”基礎實驗室專項投資建設基礎上，投資0.24億元進行了“十二五”建設，以學科與專業綜合建設作為重點，加強教學科研創新平臺以及人才培養質量建設。實踐教學方面的投入已由基礎轉向專業，投入的趨向突顯學科性。科學研究和工程實踐能力的培養越來越可以立足于實驗室。

2.4材料科學與材料工程相結合的綜合性人才的培養日益受到重視隨著社會的發展及國際競爭日趨激烈，社會對材料研究專門人才的需求淡化了材料科學與材料工程的概念，對材料科學與材料工程相結合綜合性人才的需求增加。

伴隨專業教學內容學科化、綜合化，實踐性更強，探索性更強。以專業認識實習或企業化的現場實踐為實施方式的教學模式呈現出不適應性。實驗室建設作為學校教學改革的重要部分，其建設易于朝向保障實現材料科學與材料工程相結合的綜合性人才培養目標發展。從高校的性質與任務、高校實驗室建設的目的，以及從現實條件來看都是符合邏輯的。

3高等學校實驗室實踐教學現狀的思考與改革措施3.1高等學校實驗室實踐教學現狀的思考

1） 以科學實驗教學涵蓋實踐教學。實驗室的實踐教學過于強調學科性：教學內容突出學科化，教學方式強調科學探索。與此對應，用于實踐教學的投資趨向于科學研究設備。實驗設備現代化、高精尖化以及專門化。這種實踐教學現狀使科學探索深度不斷加大，基礎實踐能力逐漸淡化。雖然對教師與大學生雙方的科學素質要求越來越嚴格，但基本技術的實際操控能力越來越弱化。如果以寬口徑的科學研究與工程實踐能力的培養標準來衡量高等學校實驗室的實踐教學，對學生工程實踐能力的培養會被弱化。

從材料測試分析方法的課程教學來講，由于側重電子探針、原子探針等現代分析手段，材料成分分析最基礎的化學分析方法被淡化，而化學分析方法是工程實際中測定鋼平均成分的基本方法。大學生就業主體還在企業，仍面向工程實際。大學教育，特別是工科的大學教育，工程知識的教學偏弱，大學生就業難，社會接受度低，這些也是需要考慮在內的客觀原因。

另外，先進科研手段層出不窮，先進工程技術不斷發展。在先進科技面前，面對高精尖、高價值科技手段，存在看得見卻摸不得的客觀現實。不能上手，實踐能力無從培養。

除此之外，在科技飛速發展的今天，要求大學生群體在一個相對較短的、確定的時間段內了解新的科學研究方法，培養出相適應的科學研究能力，是不可能的，也是不可行的。

2） 實驗室實踐教學存在明顯的教學實驗性。高等學校實驗室的實踐教學受傳統的思想影響，實驗教學依課程開設，且在內容上注重理論知識的驗證，正所謂教學實驗，而非實驗教學。而且，在實驗教學內容中對科學發現的歷史缺乏重視。科學發現的歷史，不僅在于體現知識體系的形成過程，有助于學生更好地理解、掌握知識，而且在于展現了探究科學的思想方法、在探究科學問題中所采用的技術手段以及技術手段的選擇使用、改進與發展的過程，這些恰恰表現的是工程實踐的核心內容。

在實驗教學形式上，所謂基礎性、設計性及綜合性實驗的劃分，多是從實驗內容的量、涉及知識性的面及工作難度角度，而非從實驗教學的內涵上來考慮。項目之間相互獨立，缺乏系統性，且實驗項目在內容設置上重復現象嚴重；實踐教學在培養學生創新意識、專業實驗能力及科學研究基本能力方面的主體地位與作用上沒有有效體現；學生創新意識不能得到有效激發；教學過程未能切實體現以學生為本、學為主體的教育理念。

傳統的實驗室教學模式不適應寬口徑的科學研究與工程實踐能力的培養這一實踐教學的內涵，實驗室教學的實質作用未有效體現。

3） 高校實驗室教學的優勢尚待發揮且不能與工程實踐相協調。按照傳統觀念，實驗室的實踐教學注重科學理論相關的工作。在此觀念下，設立的實驗室多屬于科學實驗型實驗室，而非工程實踐基地。為彌補這一不足，高校多致力于建設校外工程實踐基地，使本屬于學校自身的實踐教學體系，被分成校內的實驗室實踐教學與校外的工程實踐教學兩部分，使得科學研究和工程實踐能力的培養出現脫節，不能協調統一。

校外實踐基地的建設有效支撐高校實踐教學。因而，許多高校大力建設校外產學研基地，實施“卓越工程師”培養計劃等。在“十二五”期間，天津市投資了4.25億元用于實施卓越人才教育培養計劃，建設10個可共享的工程實踐教育中心。在實踐中發現，所謂工程實踐基地實踐教學的內容與形式偏向工程，一定程度上弱化實踐教學的科學研究與工程實踐能力的協調統一，對材料科學與材料工程相結合的綜合性人才培養目標的實現具有一定局限性。同樣，工程實踐基地建設為適應科技飛速發展的現實，滿足大學生群體在一個相對較短的、確定的時間段內掌握不斷涌現的新的科學技術是不可能的，也是不可行的。另外，由于企業客觀現實的限制，校外產學研基地的工程實踐教學效果確實大打折扣。況且，在信息交流高度發展的今天，是否需要花大力氣建設校外產學研基地以完成工程實踐教學是一個值得商榷的問題。

3.2高等學校實驗室實踐教學改革措施

1） 提高對實驗室工作重要性的認識。高等學校實驗室是學生實踐能力培養及實施工程素質教育的重要場所，保證教學質量及實現人才培養目標的重要基地。黨的十八屆五中全會已經明確，內涵發展、提升教育教學質量是“十三五” 高等學校改革的核心。必須樹立以學生為本，實施知識傳授、能力培養、素質提高協調發展的實驗教學觀念，提高實驗教學對培養創新型人才重要性的認識，深化實驗教學改革，支撐教育教學質量的提升。

2） 加強實驗室建設，深化實驗教學改革。首先，通過管理體制創新，實現實驗室的角色轉換。高等學校實驗室建設，要以深化改革現有實驗教學體系和管理體制為核心。通過體制創新，打通實驗教學與理論教學的教師身份界限，在建立起滿足實驗教學需要的高素質實驗教學隊伍基礎上，形成設備先進、資源共享與開放服務的實驗教學環境，提高實驗教學水平，支持實踐教學質量的提升，使實驗室真正成為實施實踐教學任務的主要基地。

其次，通過理念創新，打通科學研究與教學實踐之間的界壘，有效地實現教研相長，培養了學生的實踐能力。通過理念創新，形成科學研究與教學實踐協調一致、科研研究室與教學實驗室協調統一的機制，實現教研相長。學術性的教學模式，打通了科研研究驗室與教學實驗室的管理界壘，專業教學任務由團隊協調處理，應該是一個積極的探索。

4結束語

實踐教學改革是高校特別是工科院校教育改革的重要部分。實踐教學改革是保障學校培養滿足社會發展需要的，科學發現與工程實踐能力相結合的綜合性人才的重要支撐。從高等教育發展面臨的形勢要求、高校的性質與任務，以及學科專業建設內涵與發展方向的邏輯出發，高校實驗室應該培養大學生獲取科學知識能力與工程實踐能力的能力。借助體制創新，使實驗室真正成為實施實踐教學任務的核心載體。教育者應通過理念創新，打通科學研究與教學實踐之間的界壘，使實驗室真正成為學生獲取科學知識與進行工程實踐能力培養的主要基地。