材料科学论文

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材料科学论文:金属材料科学专业实习教学改革

摘要：

生产实习是高校人才培养的重要环节之一，也是工程教育认证现场考察的重点环节之一。本文针对金属材料科学与工程专业生产实习中存在的问题，进行了教学改革的尝试，获得了良好的实习效果。

关键词：

金属材料科学与工程专业；生产实习；教学改革

据统计，我国每年工科大学毕业生的数量居世界之首，但毕业生的质量却令人堪优。在工程教育认证新形势下，如何强化工程意识，培养解决复杂工程实践能力是高等工程教育中刻不容缓的事情之一[1-3]。生产实习的目的是将理论教学与企业生产密切结合，提高专业兴趣，扩宽专业认识，为同学即将选择考研专业和就业提供指导，培养同学专业工程实践和复杂工程实问题的解决能力。因此，生产实习承前启后至关重要。目前尽管建立了众多的校外实习基地，但企业考虑到实习安全、生产效率、生产车间场地空间等问题，导致生产现场停留参观时间短。同时，车间噪音大，实习小组人数多，在“只许看，不许动”动的束缚下，实习变成了参观、走马观花[4，5]。因此，同学对生产设备、生产工艺过程的了解和认识浮浅，甚至是囫囵吞枣。在工程认证新形势下，探索教学模式改革将具有重要的意义。

一、生产实习教学改革

1.生产实习基地的选择。在市场经济和目前企业经济运行困难形式下，企业在生产活动中均把经济效益作为首要考虑因素，学生实习一般不会给企业带来直接的经济效益，反而可能会对工厂正常的生产秩序和安全造成或多或少的影响。因此，企业对接纳学生实习一般持消极态度，能安排学生实习时间和次数有限。同时，由于实习经费限制，对生产实习基地只能就近选择。因此，在实习经费和实习基地均有限的情况下，合理资源安排尤为重要。（1）建立校外精习基地。所谓精习，选择典型的产品，熟悉零件的整个生产加工过程，既包括材质选择、进厂检测、生产设备型号、生产工艺制定、相关的性能检测与质量控制、产品的市场定位与销售情况、企业管理与企业文化。让同学以工程技术人员的角度去熟悉、分析产品零件图、加工工艺图、焊接工艺图等生产工艺过程。采用先课堂讲解（兴趣引导）—同学现场实习（感性认识）—课堂交流讨论（启发深入）—再次现场实习（理解领悟）—课堂讨论交流（融会贯通）的方式进行。精习基地选择一是交通方便，便于学生多次实习往返，节省实习经费；二是精习基地要有独立功能产品或运动部件，既涵盖金属原料质量控制、加工成型（铸造、锻压、焊接、塑性成型、热处理中的一种或一种以上成型工艺）、质量检测、装配等工序。三是厂家积极配合，能提供产品生产图纸、生产和检测工艺文件、生产设备资料，并可接纳多次实习。精习基地给同学一个全面系统的材料成型工程概念，让同学由浅入深，由表及里，归纳总结其工艺选择的理论依据、质量控制的方法，根据工况和经济性，选择零件热处理、耐磨、耐蚀处理方法，探索思考该产品生产质量提升空间，进而培养解决复杂工程实践问题的能力。（2）建立校内精习基地。大学一般建有科技成果转化孵化器，既高校技产业园。虽然高校企业产业园的企业规模小，对生产实习来说，具有得天独厚的优势。辅助教学是高校产业园的职责之一，便于联系落实实习任务，时间安排灵活。二是交通便利，便于往返多次实习。另外，高校科研成果成功转化案例的学习，有助于激发同学学习的兴趣和激情，培养同学创业的意识。（3）建立校外泛习基地。所谓泛习基地是指学生在企业实习1～2次，主要是让同学了解熟悉不同零部件的生产成型工艺过程，掌握金属零件不同的成型工艺，扩宽对产品生产加工视野。由于企业接纳实习时间的限制，同学对泛习基地的生产工艺过程难以深入的理解和贯通，因此指导老师的预先讲解、同学对企业相关产品、工艺的预先资料的收集、查阅和实习后现场答疑讲解是决定泛习基地实习效果的关键环节。一般精习基地选择1～2个企业，每个小组安排3～4次进厂实习机会，每次实习0.5～1天。泛习基地安排4～6个企业，每个企业安排1～2次进厂实习机会，每次0.5～1天。精习基地、泛习基地实习时间和次数的安排，可根据企业生产工序、生产规模、设备开工使用情况灵活调整。

2.指导教师工程素养的培养。目前高校师资评聘过分依重科高层次科研项目和论文，忽视了高校教师的工程应用能力的培养和引导。同时，很多高校教学重课堂理论教学的考核与评价，轻工程实习的投入与考核。另外，实习现场环境工况复杂，指导生产实习不仅需要投入时间和精力多，还要求老师具有较好的身体素质。因此，要到达预期的生产实习效果，具有工程开发或企业工作背景的指导老师尤为重要。选择有经验的老教师带年轻教师，培养实习指导教师教学梯队，是完成实习的有效保障[6]。指导教师到精习、泛习基地企业同技术人员交流座谈，预先调研、制定实习计划，收集编制实习报告。同时，做好预先动员，讲解和指导工作。这些工作已远远的超出了“教学工作量”所能体现出的工作量，需要指导老师相互合作，共同完成。指导教师工程背景培训需要学院、学校领导的重视和教学规章指导的引导。

3.教学模式改革。（1）实习前沿。同学第一次到企业实习，带着对未来工作环境的憧憬，也充满了对企业的好奇与迷茫。愿望是美好的，但现实是残酷的。所选择的精习、泛习基地在企业规模、技术先进性、企业管理、车间环境等诸多方面可能差强人意，实习动员要预先化解同学心中的就业观与实习现实企业的落差，树立正确的择业观念，引导同学走进企业，培养兴趣，扩宽对专业的认识。同时，鼓励同学不仅带着眼睛去实习，更要带着脑子去思考，去发现问题，并运用所以理论，探讨解决实践工程问题的可行性。（2）编写实习报告。指导教师根据安排企业实习时间、企业设备开工情况，修改、编写实习报告，避免同学实习报告流水账、抄袭雷同、言之无物。实习报告采用启发、讨论，研究与探讨的方式，引导同学对产品选材、成型工艺、质量控制、产品性能逐渐深入分析研究，将所学理论与产品加工制造工艺、技术相结合，培养同学解决复杂工程问题的能力。因此，实习报告的编写是针对精习基地、泛习基地有的放矢，引导同学在实习过程中抓住重点环节，透过实习产品，回归到理论的运用，将课堂理论与生产实践融汇贯通。（3）实习考核。实习成绩的考核与评定是实习学风引导的指挥棒。同时，考评制度也影响下一级同学学风和实习态度。制定合理的实习考核办法是实习效果保障之一。一般从实习纪律（10%）、实习笔记（20%）、实习报告（40%）、实习答辩（30%）四个环节进行评价。实习笔记采用时抽查，即可可以监督同学，也可以及时了解同学实习掌握情况，合理的安排实习时间。实习答辩采用分组座谈式答辩，同学主动讲述和提问回答相结合，为同学进行理论的深化和梳理。

二、生产实习改革应用及效果

金属材料科学与工程专业生产实习教学计划3周15天，我们安排青岛扎克船用锅炉有限公司、青岛金海纳有限公司作为精习基地，莱钢锚链、青岛海立、城阳丰东热处理、潍坊丰东热处理、高密高锻5家公司作为泛习基地，其产品包括：船用锅炉、采煤机截齿、海上平台锚链、冰箱变频压缩机、活性屏离子氮化炉、压力机等。实习参观公司按其产品成型工艺分，焊接成型：锅炉压力容器埋弧焊、CO2保护焊、氩弧焊、锚链闪光对焊、截齿钎焊。塑性成型：炉体的卷压成型、汽车壳体零件的板料冲压成型、锚链横档的热锻成型。铸造成型：压力机及其零件的砂型铸造、消失模铸造成型。机械加工成型：变频冰箱压缩机机械加工。板料和棒料下料：剪板机下料（≤8mm）、火焰和等离子气割，棒材和管材的带锯切割下料。此外还涉及热处理工艺：截齿的感应淬火、渗碳淬火、离子氮化、气体氮化及其喷丸、喷砂除锈预处理工艺。按检测方式可以分为探伤检测：压力容器X射线探伤、着色探伤和锚链超声探伤。力学性能检测：锅炉焊缝的拉伸试验、冲击实验。产品性能检测：锅炉的水压检测、变频压缩机噪声检测。锅炉材料和锚链材料的元素检测分析。从实习内容看涉及了本科课程中的金属材料学、材料的力学性能、成型原理与工艺、热处理工艺与装备、无损检测等课程。

学生在实习过程中，经过与指导老师、企业技术人员互动，在实习报告的引导下，通过课堂探讨交流，能够积极主动地完成各项实习任务，实习效果良好。另一方面，生产实习企业与学生获得了互相认可，既企业在进行安全教育的同时，也给同学做了下一年度的招聘需求，同学可以带着企业的技术问题在企业完成本科毕业设计，促进了学生的就业工作。

三、结论

在新的工程认证形势下，通过学校、教师、学生、企业多层次全方位的精习基地、泛习基地建设、实习指导报告的引导、实习指导教师队伍的形成，探索培养养具有解决复杂工程问题的工程技术人才新的生产实习改革正在付诸实施并初显效果。

作者：孙金全 谢鲲 李敏 崔洪芝 单位：山东科技大学 材料科学与工程学院

材料科学论文:材料科学研究教学的体会

1展示结果引导入门，直观易懂

《材料科学研究方法》涉及知识面广，综合性强，且是一门应用性强的课程。很多基础知识在课本上不可能详述，因此该课程相对来说比较难入门。笔者尝试采用展示测试结果的方法来引导入门，能让学生直观易懂，从开始就知道一种研究方法能得到什么结果，解决什么问题。比如在讲解热失重分析方法时，开头列出一张热失重曲线图，横坐标是样品温度，纵坐标是样品质量份数。让学生明白，热失重方法能得到一种材料在不同温度下的质量变化结果，表征热稳定性能。从而引发学生兴趣，去深入学习这种研究方法的细节和原理。这种方法在其他章节如红外光谱、核磁共振、电子显微、光电子能谱和X射线衍射等中都可以采用。有些结果学生可能开始看不懂，但这样更引发了他们的求知欲望。这样，从实例分析测试结果出发，引发学生好奇，能让学生主观能动的听讲和学习。

2强调注意事项，阐述原理

细节决定成败。《材料科学研究方法》中的仪器测试原理虽然明了，但是实现该原理的前提是要让测试条件符合理论，因此有很多细节必需注意。这些细节不但影响测试的准确性，更能够深入全面反应仪器的测试原理，从而让学生更深刻掌握该仪器的原理、操作和应用。比如热失重分析中，样品质量份数能准确测量的理论前提是样品在一个恒定气体氛围中，还要保护好天平。为达到这个条件，需要往炉子中通平衡净化气体，往天平装置中通平衡惰性气体和冷却水。这些细节强调了，学生对热失重分析的条件就会印象深刻，从而在测试中得到客观准确的结果。

3结合性能规律讲应用，提升兴趣

《材料科学研究方法》的课程目标是要让学生掌握各种材料分析方法，灵活应用各种材料分析工具。因此必须结合材料研究应用实例来讲解分析仪器的应用。但如果只将例子泛泛而谈，学生知其然不知其所以然，结果只能是蜻蜓点水，过眼云烟。如果能结合学生以前学到的材料物理和化学知识，阐明某种分析方法在材料结构性能规律上发挥作用的原理，则不但让学生温故了以前学到的理论知识，而且加深了学生对该分析方法在材料应用中的印象，极大提升了学生的学习兴趣。例如笔者在讲述DSC在聚合物结晶上的应用时，便结合DSC图谱，给学生回顾了大量聚合物结晶学知识，包括不同晶型、再结晶作用、结晶度、热历史的影响等。这使得学生不但学习了DSC的应用，更学会了对理论知识的科学论证，引发了强烈的学习兴趣。

4制作操作视频，增强实践

《材料科学研究方法》不仅要让学生学会基本原理，更要让学生会操作和应用。但是不同仪器具有不同的操作步骤和条件设置。这些操作步骤和条件设置即使记忆再好的人第一次学会后，在以后的操作中也会忘记某些细节。而制作操作视频则可以将一台仪器的操作步骤和条件设置完整的记录下来。这不仅有助于学生的操作实践，而且能起到保护仪器的作用。因此操作视频可以让学生学习该课程后有信心对该仪器和相应研究方法进行进一步的实践和探索。

5结论

材料科学研究方法是一门综合性和应用性很强的课程。对该课程事半功倍教学效果的方法有：授课教师知识面广；对分析方法讲解要通俗易懂；对仪器知识讲解细致入微；对应用实例讲解深入浅出；制作操作视频，增强实践。

作者：欧阳星陈大柱单位：深圳大学材料学院高分子材料与工程系

材料科学论文:剖析材料科学教学的微观机理

一、MaterialsStudio软件在教学中的应用

(一)简介材料计算模拟软件Materialsstudio是美国Accelrys公司为材料科学领域开发的一款科学研究软件，用于帮助用户解决当今材料科学中的一些重要问题。MaterialsStudio软件包集成了Visual-izer、CASTEP、Dmol3、Reflex等二十几个计算模拟模块，是一款强有力的计算模拟工具。用户可以通过Visualizer可视化模块进行一些简单的界面操作来建立材料分子的三维结构模型，之后通过软件包中相应的计算模块，对材料分子的构型优化、性质预测、X射线衍射分析及量子力学方面进行计算。通过计算得到的结果可以对各种晶体、无定型与高分子材料的性质及相关过程进行深入的分析和研究，其计算的结果精确可靠。CASTEP是CambridgeSequentialTotalEnergyPackage的缩写，最早由英国剑桥大学的一个凝聚态理论小组开发，是广泛用于计算周期性体系性质的一个先进量子力学程序。它可用于金属、半导体、陶瓷等多种材料的相关计算，可研究晶体材料的光学性质（折射率，反射率，吸收及发射光谱等）、缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、电子结构（能带及态密度）、体系的三维电荷密度及波函数等。

（二）教学环节设计1.知识点的设置。在材料科学的专业课中，如晶体物理、固体物理、半导体物理学、硅材料科学与技术等课程中,都会涉及材料的晶体结构，能带结构，带隙的分类，X射线衍射、缺陷，掺杂等知识点，也会涉及到材料的反射率、折射率、介电常数等材料的光学或化学性质。在完成这些基础知识点的讲解后，可以利用Mate-rialsStudio软件进行计算和演示，为这些基础理论给出直观形象的解释，把材料的宏观性质与微观机理衔接上，这样学生对材料科学的知识体系就会有一个整体的认识和了解。2.密度泛函理论及波函数的介绍。密度泛函理论是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法，其本质是以电子密度分布函数为变量代替波函数中的自变量来求解薛定谔方程，使求解复杂体系波函数的本征值成为可能。目前，密度泛函理论已广泛应用于物理、化学及材料相关领域，特别是用来研究分子和凝聚态的性质。目前密度泛函理论DFT（DensityFunctionalTheory缩写）被广泛应用到计算模拟软件中来求解薛定谔方程，可对材料的结构、性质、光谱、能量、过渡态结构和活化势垒等方面的进行计算研究。在与分子动力学结合后，在材料设计、合成、模拟计算等方面有明显进展，成为计算材料科学的重要基础和核心技术。3.软件的操作及相关内容的演示。MaterialsStudio程序包中的二十多个计算模块是通过Visualizer这个可视化核心模块整合在一起的，用户可以很方便地应用Visualizer模块构建有机、无极、聚合物、金属等材料分子、及周期性的晶体材料、表面、层结构等模型，通过鼠标控制这些分子构型，可从不同角度查看并分析体系结构，容易形成直观的概念。MaterialsStudio自带的数据库中的晶体结构可以用于教学演示，如在硅材料科学与技术和半导体物理等课程的教学过程中，需要用到单晶硅的晶体结构，可以很方便地从MaterialsStudio软件的Structures/semiconductors数据库文件夹中导入Si这个晶体数据文件，在课堂上为学生们演示，从（100）、（110）、（111）不同的晶面来进行展示（如图1），以说明硅单晶的晶体结构。也可以通过Visualizer模块中的菜单选项Build->Sym-metry->Supercell建立n×n超胞结构，通过调整角度，可以从不同晶向观察晶体的晶面，通过超胞结构也可以演示各种晶体的密堆积结构。这样就给学生一个生动、形象、直观动态的概念，使其易于在头脑中建立空间模型，理解所学知识点。通过Visualizer模块对硅单晶的元胞进行演示，我们可以知道每个硅原子至多与另外四个硅原子相连，借此可以说明硅原子的共价键取向及硅晶体属于金刚石型结构，源于硅原子的sp3杂化，形成了四个共价键。通过CASTEP模块对硅单晶的元胞进行计算，可以得出其能带结构和态密度，通过对计算结果的分析，可以得出硅单晶材料的带隙特点。在稀土化学的教学过程中，可以通过CCDC英国剑桥晶体数据库及WebofScience网站来获取稀土配合物的晶体结构，然后通过MaterialsStudioVisualizer读出晶体结构，用于课堂演示，有助于学生理解复杂的稀土配合物结构。在固体物理教学过程中，可以利用MaterialsStudio中的Re-flex模块模拟粉晶体材料的X光、中子以及电子等多种衍射图谱,可用于验证实验结果及演示教学。4.知识点的拓展。对于缺陷、杂质掺杂、空位等对晶体材料的影响，可以通过MaterialsStudio中Visualizer模块建立相应的模型，然后通过CASTEP计算模块进行计算。通过对计算结果的分析，说明这些因素对半导体材料性质的影响。MaterialsStudio软件同样可以计算材料的折射率、反射率、介电常数等性质。其计算的结果数据和图表可以与教科书或文献上的数据图表进行对比，来说明计算方法的正确性，以此为支点，采用同样的计算方法，我们可以尝试设计更多的新型材料并进行计算。通过这些详实的计算实例我们可以更生动地说明教学中的知识点，学生可以根据自己的兴趣爱好，尝试进行材料分子模型的设计并进行模拟计算。通过计算结果的对比，可以初步探讨晶体中缺陷、杂质、空位等因素对材料性质的影响，在此过程中增加了学生的学习自主性和兴趣。

二、GaussianView和Gaussian软件在教学中的应用

（一）简介Gaussian是一个功能强大的量子化学综合软件包。应用它可以计算分子能量和结构、过渡态的能量和结构、化学键以及反应能量、分子轨道、热力学性质、反应路径等等，功能非常强大。计算可以模拟气相和溶液中的体系,模拟基态和激发态，进而通过含时密度泛函研究材料分子体系的激发态，算出吸收和发射光谱。Gaussian扩展了化学体系的研究范围，可以对周期边界体系进行计算，例如聚合物和晶体。周期性边界条件的方法(PBC)技术把体系作为重复的单元进行模拟，以确定化合物的结构和整体性质。而GaussianView是一款为Gaussian设计的配套软件，其主要作用有两个：1.构建Gaussian的输入分子模型，2.以图形显示Gaussian程序的运算结果。

（二）知识点的设置1.在材料科学有机电致发光材料及稀土化学课程的教学过程中，会涉及到有机或稀土发光材料的吸收及发射机理。通过把Gaussian软件教学过程，我们可以很好结合这些算例讲解三重态，单重态发射过程，给出与发射过程相关的分子最高占据轨道HOMO和最低非占据轨道LUMO的电子密度图，这样就可以很形象地解释发射过程中的电子转移过程，对低能吸收和发射过程的电子跃迁性质进行判断。2.软件的操作及相关内容的演示。(1)通过CCDC晶体数据库或者WebofScience网站获得相应的配合物或者稀土配合物晶体的晶体结构（通常为cif文件）。(2)应用Mercury软件或者MaterialsStudio软件读取相应的晶体结构，转存为GaussianView程序可以读取的格式（一般选用*.cif、*.pdb、*.mol2格式）,通过Gaussian-View转存为Gaussian输入程序（*.gif-Gaussianinputfile)。(3)采用Gaussian程序进行计算。(4)通过GaussianView程序读入Gaussian03/09计算结果，通常为log文件，或者fchk文件，GaussianView可以很方便地读取Gaussian的计算结果并且以图形的形式显示出来，并可应用它对计算结果进行分析。(5)通过GaussianView对计算结果的进行处理，通过它显示出发光材料的分子轨道电子云密度分布情况，吸收光谱，发射光谱等情况，结合这些图形信息，我们可以对有机电致发光材料或者稀土发光材料的发光机理进行教学。3.知识点的拓展。GaussianView是由Gaussian公司开发的一款非常好的分子建模及显示工具，学生可以通过对它的使用，很方便地进行分子设计并输入到高斯程序中进行计算。可以安排学生在基础发光材料分子的基础上，在分子配体的外围添加外围取代基或者改变配体，进行尝试，进行配合物分子的设计，增强其动手能力，为今后走进实验室进行有机合成做准备。

三、预期的效果

计算模拟软件所用的计算资源可以采用多媒体教学中的电脑和学生自带的笔记本电脑。通过对软件进行简单的操作讲解，学生可以很方便进行建模和计算。在此教学过程中，可以培养学生的学习主动性、动手能力、以及一些基本的科学研究技能，增加其对材料科学的兴趣，对科研领域的了解。

作者：吴玉辉吴盼单位：长春理工大学材料科学与工程学院吉林大学附属中学

材料科学论文:材料科学引入计算模拟教学的研究

20世纪80年代以来，计算机已经成为各个材料领域研究专家的必备工具，并且随着计算机技术和算法的发展，计算模拟方法也已经成为材料研究新的重要手段．计算模拟技术以物理学、化学等相关的基本理论为基础，在计算机模拟环境下对宏观、介观以及微观的不同尺度的材料进行多层次的模拟研究，计算材料的力学、热学、光学、电学和磁学等多方面的物理性质，并进一步探求这些材料的组分、结构和功能之间的本质规律和内在联系，为实验制备新材料提供理论支持，变盲目的材料合成为针对材料性能的某类特定需求来主动地、有意识地设计材料的结构．计算模拟在材料科学中的作用已经不仅仅停留在计算机辅助和数据处理上，人们已经认识到计算模拟已经与实验、理论研究一样能够发现新的科学现象、新的科学概念，从而计算模拟已经成为第三条科学发现的途径．因此，现代材料科学已经不再是单纯的实验科学，计算模拟方法已成为与理论研究和实验方法同样重要的研究手段，实验、理论和计算成为材料研究的3大支柱[4]．而且随着计算材料科学的进一步发展，计算模拟方法在未来的材料研究中将显示出越来越大的应用潜力．因此，了解和掌握材料计算和模拟的基本知识已成为现代材料研究工作者必备的技能之一．

材料的计算模拟方法介绍

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．

材料专业引入计算模拟教学的探索

材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．

结束语

当今，随着计算机技术的高速发展，计算模拟方法在材料物理性质预测、材料设计、合成和评价诸多方面有许多突破性的进展，计算模拟已经和实验、理论成为材料研究的3大支柱，掌握计算模拟方法成为现代材料科学研究的必备手段之一，因此在材料科学相关专业中开展计算模拟方法的教学是十分迫切的．经过这几年对材料相关专业的教学实践发现，学生对计算模拟表现出极大的兴趣，教学上也取得相应的教学成果．总之，在材料科学专业教学中引入计算模拟方法的教学是可行的，也是十分必要的，它对于培养学生的思维和探索的能力具有重要的支持作用．

作者：刘建军尹新国张金锋路彦峰单位：淮北师范大学物理与电子信息学院

材料科学论文:材料科学教学体系研究

一、南昌大学材料专业人才培养与江西的资源和产业特色

南昌大学地处江西，江西有着非常丰富的铜、钨、稀土等矿产资源，经过几十年的发展，江西已经形成了从矿产开采、冶炼、再到加工的一套比较完整产业链。但江西金属企业多集中在产业链上游，利用高新技术生产高附加值产品的企业不多，特别是在铜、钨的深加工方面，无论是研究水平还是生产技术水平都与国外存在一定差距。由于缺乏相关专业人才使得江西省资源得不到充分的开发和利用，造成资源优势的浪费。作为中国高等教育的重点大学，南昌大学有义务也有必要积极培养与省情相适应的专业人才，将江西的资源优势转化为技术优势，为江西和国家的发展做贡献。然而此次调查发现，南昌大学虽然每年都培养出很多材料专业学生，但真正能进入到江西铜、钨和稀土领域的学生却很少。就目前情况来看，南昌大学虽然设置了大量的实践教学内容，但其实践教学体系研究内容相对比较分散，都是根据各个课程的特点开设一些实验课，没有形成比较系统的有针对性的实验实践教学体系。要改变这种现状，就需要对实验教学和实习实践进行有效的整合，开展富有江西资源和产业特色的材料科学与工程专业实践教学体系研究。通过本次对江西的资源特色和产业结构以及国内外著名大学实践教学模式的调查和研究发现，南昌大学可以从以下几个方面进行改进:

1．教学理念的转变发展着眼于省情，江西有着非常丰富的矿产资源，一方面，作为江西省教学和科研实力最强的重点大学，培养这方面的技术和研究型人才来服务于江西建设;另一方面，正因为有这种很好资源和产业的外在优势，南昌大学就应该充分的加以利用，在以后的研究和探索中形成自己独有的专业和技术优势。

2．课程设置方面首先，铜、钨生产和加工工艺都比较传统，学生在掌握好专业课的基础上完全可以自学;但稀土材料就不同，它涉及内容广泛，又自成一体，同时也是一门新兴学科，知识理论对本科生来讲还是有一定深度。为此，学校应该聘请在相关方面有深入研究的专家和教师，开设相关课程，教授学生相关方面的专业知识。其次，学校可以开设相关专题讲座，邀请一些大型企业的工程师或是技术人员进行定期或不定期技术介绍或给学生授课，这不仅可以促进学生对企业的生产过程、生产设备、生产技术以及产品的了解，也为将来的工作打下扎实的基础;同时也可以促进学生对专业知识的消化［3］。再次，学校应加强与国内外高校和研究所相关方面的交流与合作。

3．实验设置方面虽然实验课程较多，但就目前的实验安排来看，与本土优势资源相关的较少，实验设置可以向这方面有所侧重。

4．实践教学改进可借鉴麻省理工学院的实践教学模式。麻省理工学院(MIT)有一个本科实践机会计划(UPOP)，它由三个阶段组成:第一阶段:安排一周富有挑战性的、集中而全面的学习培训;第二阶段:由两部分组成。前部分在春季学期雇方与学生的双向选择，达成协议后，双方签订协议。后部分为10—12周的夏季实践;第三阶段:参加由助教们安排的讨论会。讨论时学生必须提供一份报告并做答辩，答辩通过后得到3个学分。虽然UPOP实施的社会环境和实施方式与我们的实践教学大不相同，但它有以下几个方面值得我们借鉴:UPOP有一个专门的部门或者说是管理队伍负责UPOP协调、学生服务以及与校友联系等管理工作，这就保证了学生的实践活动能够顺利实施，如果过程中遇到问题也可以及时得到解决。所以我们的高校也需要设立相应的管理部门来专门负责学生的实践教学工作。在实习之前，管理部门要给学生安排一个集中培训，除了专业技能的培训之外，最主要的是训练他们的沟通与协作能力。学生的实践活动不一定局限于学校的统一安排，可以鼓励学生主动与企业联系，分小组实习肯定会比大批量人员的实习质量更好。无论是哪种实习方式，学生和企业一定要签订协议，以保障学生的安全和企业的利益不受损失。实习结束之后，学生为了得到学分，还必须从本学院找一位教师评阅实习报告和参加答辩，讨论整个实践情况。当然，在实践教学过程当中，除了可以参考以上几个方面，我们还应注意选择大型的正规的企业进行实习，这不仅可以较好的保证学生的人身安全，也可以让学生学到更专业更前沿的知识;同时我们还应该注重学生兴趣和爱好的培养，兴趣是学习的最大动力。

二、国内外大学材料科学与工程专业实践教学差别及其原因

着眼于世界，我们发现，美国，德国，英国，日本，澳大利亚等工业比较发达的国家，他们的高等教育尤其是工科教育水平远远超过其他国家。这与他们本国的国情、教学理念、文化等因素存在着密切联系。经过此次调查发现，他们的工科实践教学都具有以下几个特点:1、学生人数少，实践教学资源充足，实验室随时向学生和教师开放，而且学校会举办很多的学术交流活动。2、社会对大学生的实践实习活动非常支持，保证学生有大量的机会去培养自己的实践动手能力。3、对学生理论知识的培养较弱，更注重培养学生的动手能力和实践创新能力。4、重视学生兴趣和特长的培养，从事研究的教师和学生的专业素质相对较高。以上几点都是我国大多数高校所不具备的，其原因有多个方面:第一，高等工科教育受国情的制约和影响。虽然我国高校的实验教学资源比较完善，但由于学生人数多，就很难保证实验和教学质量;同时，人数多也不便于学生和实验设备的管理，所以我国大部分高校的实验室很难做到随时向学生和老师开放，这种现状导致的结果就是我国学生的实践动手能力和专业素质普遍不如发达国家的学生。第二，我国高校的实践教学得不到社会的足够支持。一般的中国企业都不太愿意接受学生在其单位实习，其原因是多方面的:一是现在我们还没有一套比较正规合作协议来保证学校和企业双边利益;二是学生实习必定会影响企业正常的生产工作，可能会损害企业的经济利益。三是企业担心自己的技术专利或科研成果外泄。第三，中国传统的教学方式———灌输式教学，虽然能够使我们的学生有较高的理论水平，但同时也使我们的学生缺乏自主学习的能力和实践创新能力。

三、我国未来实践教学的发展趋势

在与发达国家的比较中可以看出，我国高校在工科实践教学过程中还面临的众多问题，在今后的发展道路上，我国的材料科学与工程专业实践教学到底该如何走下去?首先，必须改变现有的教学理念和教学模式。在本科教育阶段，在打好基础的前提下，我们应尽可能地摒弃灌输式的教学方式，尽早地培养学生的创新思维，锻炼学生的研究能力。其次，企业应该转变发展观念，站在长远的角度去看问题。虽然企业也有自己的研发团队，但高校的科研力量更强。如果能把高校的科研优势和企业的生产需求相结合，肯定能够达到双赢。实际上，许多企业在遇到技术难题的时候经常会向高校教师寻求帮助，如果能让这种简单合作方式正规化、制度化，并且让学生参与其中，在各种生产和科研项目中培养学生的实践创新能力和专业素质，那结果将不止是双赢。最后，国家必须重视对材料研究型人才的培养。材料是当代社会经济和科学技术发展的四大支柱之一，它渗透于社会建设的各行各业，尤其是在高科技领域和军事领域显得更为突出。计划经济时代，企业是国家的，为了加快国家的发展，每个企业都设有实习科，专门接待高校学生实习。现在，我国已然是市场经济，但我们的实习体制却没能及时转变过来，也就是国家没有及时出台相关的政策来支持高校的实践活动，从而导致现在高校实践教学的开展出现瓶颈。所以，国家应该尽快出台相关的政策，鼓励企业给学生提供实习机会，确保我国的工科教育能够健康快速的发展。

作者：谭敦强赵渊博刘建英刘阳单位：南昌大学材料科学与工程学院

材料科学论文:材料科学与工程专业人才培养问题的若干认识

【摘 要】结合我校材料科学与工程专业的现状和人才培养规律的认识和思考，提出了构建“大材料”（Material）教育背景下开放式（Open）个性化（Individuation）的人才培养模式（简称MOI人才培养模式）的必要性。并通过本模式的实践，以人为本，因材施教，在新形势下为社会培养复合创新型材料科学工程专业精英人才做出了突出的贡献。

【关键词】材料科学与工程 MOI人才培养模式 复合创新型

在现代科学技术中，材料、信息和能源被誉为国民经济发展的三大支柱。新材料是现代科学技术发展的物质基础和技术先导，材料学科的发展和进步对工业的发展和进步起着关键性的作用。材料科学与工程专业以材料学、化学、物理学为基础，系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能，并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面研究的学科。主要培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料学科领域的科学与工程方面扎实的基础理论知识和过硬的专业技能，能在各种材料的制备、加工成型、材料结构与性能等领域从事科学研究与教学、技术开发、工艺和设备设计、技术改造及经营管理等方面工作，适应社会主义市场经济发展的具有创新意识的高层次、高素质全面发展的科学研究与工程技术复合型人才。

一、我校材料科学与工程专业的现状

江西理工大学（原名南方冶金学院）是我国有色金属工业和材料学科领域重要的人才培养和科技创新的重要基地之一，被誉为“有色冶金人才摇篮”，学校先后隶属于国家冶金工业部和中国有色金属工业总公司，具有鲜明的有色金属行业特色。1958年创办炼铁、炼钢、轧钢专业，1972年创办有色金属压力加工专业，之后又陆续创办了无机非金属材料工程、材料化学、材料物理和材料成型与控制工程等专业，在上述专业的建设发展基础上，形成目前的材料科学与工程专业学科，涵盖以下五个二级学科专业：金属材料工程、材料成型及控制工程、无机非金属材料工程、材料物理、材料化学，其中，金属材料工程是江西省“九五”、“十五”、“十一五”重点学科、省级品牌专业、省级示范硕士点。并建有国家铜冶炼和加工工程技术研究中心、国家钨与稀土产品质量监督检验中心、钨资源高效开发及应用技术教育部工程研究中心、江西省有色金属加工工程技术研究中心、江西省铜冶炼和加工工程技术研究中心等科研平台。

二、材料科学与工程专业人才培养规律的认识与思考

社会的不断发展对人才提出了更高的要求，这一客观要求也就使得学校必须创新人才培养模式，建立新的人才培养机制，采取更加科学、更为人性化的教育方法和手段，最大限度地开启挖掘人才的创新思想。［1］我校材料科学与工程专业历经53年的教学实践积淀，使我们对本学科、本领域的人才培养规律有了较深刻的认识，主要体现在以下几个方面：

1．对人才培养过程的认识与思考

人才培养过程是一个庞大的系统工程，它一般包括：“入口――培养环节――出口”三大阶段。入口与出口是人才培养的两个关键环节，二者相互制约又是相互促进的过程。出口畅，入口才能旺；入口强，出口才可能畅。而出口畅（就业好）的前提是以学生培养质量作为保证的。学生培养质量的高低关键在于培养环节，因此，培养环节是整个教学的重要环节，是教学工作的核心。这一环节，主要包括培养目标的定位；培养方案或教学计划的制定；教材建设以及教学环境、条件的改善等。这些方面都是教学改革的重要内容，也是实现人才培养目标的重要保证。

2．对人才培养目标定位的认识与思考

人才培养目标是人才培养模式的方向，对整个人才培养过程具有重要的指向作用。要实现人才培养目标，关键是“找准定位、发挥优势、办出特色”。关于人才培养目标的定位，在高等教育阶段大众化、普及化的当今，不同类型、不同规格、不同专业的人才有着不同的质量评价标准。例如：学术性、研究型的精英人才、通识教育的复合型人才、技术应用型人才和实用型人才等，社会对不同规格的人才在知识、能力、素质等方面的要求是不同的。人才培养模式受社会的政治、经济、文化等因素的制约，不同的社会及不同的时代有着不同的人才培养模式。通过总结我国几十年的教育教学经历及其人才培养规律，可归纳出如下三种具有鲜明时代特色的人才培养类型：

一元“专才型”人才：［2］该人才培养实行统一招生和固定学制，专业划分细，口径狭窄，其社会背景是高度统一的计划经济体制。一元型人才的特点是：学生重点掌握自己所学的专业，专业之外的知识相对薄弱。这种模式在我国生产力水平较落后，各行各业急需各种专业人才的计划经济时挥了积极作用；而随着我国社会主义市场经济的建立和国民经济的迅猛发展，传统的专才型人才培养模式已明显落后于时展的步伐，因而构建新的创新型人才培养模式势在必行。

二元“T型”人才：［3］所谓T型人才培养模式是以继续学习能力的培养为核心，以实践能力的培养为重点，使受教育者具有较强的创新精神与创新能力而构建的一种新型的人才培养模式。该人才培养模式既能适应市场经济发展的需要，又可激发个人学习的兴趣和主动性。T型人才虽然有了更多领域的知识，但学习过程仍是在规定课程、规定学习计划和培养目标下完成的，这种过于死板的“职业定向型人才培养”仍不能完全适应动态、变化和发展的社会需求。

多元复合型人才：［4］即“厚基础、宽口径、强能力”的人才类型。该人才培养的特点是基础知识丰富，专业知识扎实，具有针对性。同时，在其它相关领域又具有一定的选择性和弹性，能够根据学习或工作的需要及时掌握非专业知识，处理相关信息，从而使知识和能力呈现多元化的特点。显然，多元复合型人才更能适应当今社会和时代的需要。

3．对人才培养质量的认识与思考

材料科学与工程专业人才的培养应注意“三个避免”，［5］即避免过于理念化、避免专业过窄、避免过于实务性和操作性；提高人才培养质量，应注重“三个结合”，即理念与实践相结合、学校与企业教育相结合、国际先进做法与我国实际情况相结合。通过人才培养模式创新，传承和发扬本学科特色和品牌效应，在国内材料类专业人才培养方面占据一席之地。

4．对学生素质教育的认识与思考

现代化社会的关键是人的现代化，是人素质的现代化。而传统的教学模式束缚了人的素质提高。我们认为，素质教育是一种教育观，也是一种教育思想，并且素质与知识、能力往往是融为一体的，三者密不可分。因此，我们要树立“知识＋能力＋素质＋人格”的人才质量关。大力推进素质教育：一要提升学生的素质，二要培养学生的能力，三要训练学生的思维方式。通过这些措施，促进素质教育水平的提高，使学生更好的全面发展。

三、MOI人才培养模式创建的必要性

作为江西省有色金属材料工程人才培养重要基地和新材料研发中心，我校材料工程专业坚持“教学研究型”定位，紧密结合地方资源优势和行业特色，“服务行业、服务地方”，历经53年的建设与发展，形成独特的人才培养模式和科研特色，在行业内具有较大影响力。

然而，随着经济、社会和科技的发展，材料物理与材料化学之间，金属材料与无机非金属材料之间的界限逐渐模糊，几大材料之间有着更多的内在联系和共性，如在知识体系上，材料结构、性能及检测方面具有很大的共性；在课程设置上，如都开设了《材料科学基础》、《材料力学性能》、《材料物理性能》、《材料研究方法》等学科基础课程。因而仅具有单一材料专业基础的人才已远不能满足现代社会发展需求，材料科研和生产需要有宽广知识面的复合创新型人才。［6］我们所认为的复合创新型材料专业人才应当具备以下几个标志性特征：一是具有比较扎实的材料学科基础理论功底和复合的知识结构；二是具有从事材料工程领域实务工作的能力和较强的创新能力；三是具有更宽的专业视野、法学及管理观念和较高的外语水平；四是具备良好的职业操守和人文素养。

材料科学论文:材料科学与工程专业《晶体学基础》教学改革的探讨

摘要：《晶体学基础》是材料科学与工程专业的重要专业课程之一，也是进一步学习材料专业其他课程的基础。本文根据材料专业《晶体学基础》教学中存在的问题，从教学内容和次序、教学手段以及教学模式三个方面，提出了课程教学改革的详细思路。

关键词：晶体学;教学内容;教学手段;研讨式教学;教学改革

一、前言

《晶体学基础》课程是为地质学、材料科学、矿物学等专业学生在完成高等数学、普通化学和物理学等公共课程后而开设的一门专业基础课[1-4]。对于材料科学与工程专业的学生而言，《晶体学基础》课程中的晶体结构、晶体对称性、倒易点阵、晶体投影、晶体生长、晶体缺陷等晶体学基本知识，是进一步学习《X射线衍射》、《电子显微分析》、《材料科学基础》、《材料力学性能》以及《材料物理性能》等专业课程的基础[2]。在材料科学领域，调控材料的性能是人们追求的目标。如果一种材料的成分确定，那么它的电学、光学、磁学以及力学等性能将取决于材料的晶体结构类型和晶体中存在的缺陷特征（如杂质原子的浓度、位错密度和晶粒尺寸等）。因此，《晶体学基础》课程的基础知识不仅在材料科学与工程专业各门专业课程的教学中起到重要的作用，而且将对学生们将来的材料科学与工程实践起到重要的指导作用。

开设《晶体学基础》课程以前，北京航空航天大学材料科学与工程专业的晶体学教学计划主要安排在《材料科学基础》课程中，大约讲解4学时。另一方面，在《X射线衍射》和《电子显微分析》等专业课程教学过程中，过去通常要利用2～4学时来讲解布拉斐点阵、倒易点阵等晶体学知识。这使得部分晶体学知识被重复讲授，而一些重要的晶体学知识没有得到无法全面、系统和深入地讲解。基于以上原因，北京航空航天大学自2010年起对材料专业的本科2年级学生开设了《晶体学基础》课程。

通过过去几年的《晶体学基础》课程教学实践，学生们普遍反应对晶体学基础知识的理解更加全面和深入了，同时在学习与晶体学相关的其他材料专业课程时，也更加得心应手。但是，目前的晶体学教学中还存在以下3个主要问题。

1.晶体学涵盖的内容十分广泛，它是多个学科的重要基础课程，不同学科对于晶体学知识的侧重点有所差别。目前，国内《晶体学基础》的教材主要是面向地质和矿物专业而编写的[5]，其包含的内容以及章节编排次序也是为了使地质和矿物专业学生更好地掌握相关晶体学知识而设计的。所以，现有教材的教学内容以及讲授次序并不完全适用于材料专业《晶体学基础》课程的教学。

2.《晶体学基础》课程中包含着很多晶体学基本概念，同时还有非常抽象的宏观和微观对称操作以及晶体的投影操作。在以往的晶体学教学过程中，主要借助一些静态的二维或者三维图片进行讲解，其表现力度有限，无法有效地使学生理解和掌握抽象的晶体学基本概念和理论。

3.在《晶体学基础》的授课形式上，过去主要以教师讲授为主，学生主动参与较少。仅仅通过教师对《晶体学基础》中复杂空间对称变换进行讲解，难以使学生深入理解晶体中对称特点、内部质点的堆积规律以及复杂的空间概念。同时，这样也不利于学生创造性思维和解决实际问题能力的培养。

由以上分析可见，现有的《晶体学基础》教学已经难以满足材料科学与工程专业学生培养目标的要求。因此，我们有必要对该课程的教学内容、教学手段和教学模式进行改革，以充分调动学生的学习积极性和主动性，提高学生的学习兴趣，使学生真正理解和掌握晶体学知识的精髓，为学生在将来的材料科学与工程实践中打下良好基础。

二、教学内容和讲授次序的改革

目前，本校《晶体学基础》的教学课时共32学时，与地质学和矿物学专业相比，总授课时间较少[3，4]。为了在有限的教学时间内讲授材料科学专业学生所必需掌握的晶体学基础知识，有必要将那些与材料科学专业相关性不大的内容进行删减。例如，晶体理想形态和晶体规则连生方面的内容对地质学和矿物学专业十分重要，但是对于材料专业学生来说，只需要在课程绪论中加以概述就能够满足本专业的教学要求了。同时，对于后续材料科学的其他专业课程将详细讲解的知识点，也可以进行适当删减，如晶体相变、晶体物理学等内容。另一方面，对于进一步学习材料专业其他课程而需要用到的一些重要晶体学基础知识，应该增加讲解内容的深度。例如，倒易点阵、吴氏网等基础知识对于分析材料的微观结构特征至关重要，但是，现有教材中的以上相关内容过于简单，无法满足材料专业学生的培养要求，所以，需要增加相关的授课内容。

教学内容的变更促使我们进一步思考授课内容编排的逻辑性。由于晶体学授课内容和侧重点发生了变化，所以，我们就不能按照现有教科书中针对地质和矿物专业的教学目的来安排授课次序，而应该按照材料专业对晶体学教学内容的要求，研究如何安排授课次序才能更有利于本专业学生由浅入深、循序渐进地学习相关晶体学基础知识。例如，在讲解晶体宏观对称性之前，有必要先讲解一些典型晶体结构的实例，以帮助学生形象地理解复杂的空间对称操作;将晶体的微观对称和空间群知识从原教材的第七章提前到第三章[5]，使其与晶体宏观对称合并成晶体宏观和微观对称一章，这样有利于从宏观和微观相互联系的角度进行讲解;另外，倒易点阵知识应该从原教材的第一章后移到第四章，在讲解完晶体定向和晶体学符号之后，学生们熟练掌握了晶体正空间的晶面和晶向指数，此时讲授倒易点阵知识更有利于学生理解复杂的正空间和倒易空间的相互变换。

三、教学手段的改革

《晶体学基础》课程的难点是晶体宏观和微观对称、晶体的投影以及内部质点的堆积。除了采用传统的板书和二维图形对这些晶体学难点知识进行讲解以外，我们应该更加注重利用一些三维模型。例如，在讲解晶体的球面投影和吴氏网过程中，利用地球仪作为三维实物模型，能够更好地说明晶体的各个晶面在进行球面投影过程中的操作次序，以及解释如何利用吴氏网来计算晶面夹角。在讲解晶体的旋转对称时，可以利用一些特制的三维立体模型，形象地显示出不同轴次的旋转对称;另外，在讲解晶体的极射赤平投影时，可以针对一些具有特殊对称特点的宏观晶体，让学生自己动手制作相关的三维实物模型，通过观察各晶面的投影特点，加深对极射赤平投影知识的理解。

同时，为了使学生更加形象地把握各种对称变换特征和晶面投影规律，我们应该进一步利用三维多媒体软件，制作一些三维动画作为辅助教学手段[6]。这样能够通过三维旋转来观察晶体的宏观对称特点以及晶体结构中的质点（原子、分子或离子）位置，满足晶体宏观和微观对称要素及其操作等抽象教学内容的教学目的，使学生能够直观地观察不同宏观和微观对称操作的特点，从而加深对这些抽象晶体学概念的理解。

四、研讨式教学模式的改革

本校《晶体学基础》课程在开课初期的授课形式为大班整体授课，包括所有材料专业大二的学生（约150名）。由于听课学生人数较多，导致教师难以实时掌握学生的听课效果。故而，本校自2013年起对《晶体学基础》课程进行了“小班化”教学实验（每班70～80人），有效地提高了授课效果。但是，目前的教学模式基本上还是以教师的“填鸭式”教学方式为主要授课模式，学生缺乏学习的主动性，没有积极地思考问题。因此，应该实现教师和学生共同主导本课程的教学过程，通过师生之间以及学生之间“研讨式”的教学模式，使学生在研讨过程中理解和掌握《晶体学基础》的基本概念和抽象知识。针对每堂课的重点讲授内容，教师在课堂中提出相关问题，将学生分成若干小组，每组4～6人，在教师的引导下，通过学生之间反复讨论将复杂的晶体学问题进行逐步阐明，这样也有利于检验学生对每堂课知识的掌握情况。同时，将分组讨论的结果纳入平时成绩的考核体系，鼓励学生主动提出问题，并积极地通过讨论来相互启发，进而解决各个难点问题。

另外，师生应该充分利用本校在校园网上建立的晶体学课程中心平台。一方面，鼓励学生在网络上进行自由讨论，另一方面，让学生针对以上问题在课堂上以小组为单位进行发言和讨论。通过以上“研讨式”教学模式及时获得学生学习效果的反馈，从而调整讲课速度，提高学生的学习效果。

五、总结

《晶体学基础》是材料科学与工程专业的重要基础课程，应该按照材料科学专业学生应该掌握的晶体学知识，优化编排授课内容和次序，提高授课效果;利用三维晶体学动画模型，加深学生对晶体对称要素及其操作等复杂晶体学概念和理论的理解;建立“研讨式”教学模式，针对课程的重点和难点，提出学生课堂和课后研讨的主题，检验学生对授课内容的掌握情况，提高学生通过主动提问以及相互讨论而获取知识的能力，最终使学生更好地掌握材料科学专业必需的晶体学基础知识，培养学生分析问题和解决问题的能力。

材料科学论文:金属材料科学与工程专业生产实习教学改革与探讨

摘要：生产实习是高校人才培养的重要环节之一，也是工程教育认证现场考察的重点环节之一。本文针对金属材料科学与工程专业生产实习中存在的问题，进行了教学改革的尝试，获得了良好的实习效果。

关键词：金属材料科学与工程专业;生产实习;教学改革

据统计，我国每年工科大学毕业生的数量居世界之首，但毕业生的质量却令人堪优。在工程教育认证新形势下，如何强化工程意识，培养解决复杂工程实践能力是高等工程教育中刻不容缓的事情之一[1-3]。生产实习的目的是将理论教学与企业生产密切结合，提高专业兴趣，扩宽专业认识，为同学即将选择考研专业和就业提供指导，培养同学专业工程实践和复杂工程实问题的解决能力。因此，生产实习承前启后至关重要。

目前尽管建立了众多的校外实习基地，但企业考虑到实习安全、生产效率、生产车间场地空间等问题，导致生产现场停留参观时间短。同时，车间噪音大，实习小组人数多，在“只许看，不许动”动的束缚下，实习变成了参观、走马观花[4，5]。因此，同学对生产设备、生产工艺过程的了解和认识浮浅，甚至是囫囵吞枣。在工程认证新形势下，探索教学模式改革将具有重要的意义。

一、生产实习教学改革

1.生产实习基地的选择。在市场经济和目前企业经济运行困难形式下，企业在生产活动中均把经济效益作为首要考虑因素，学生实习一般不会给企业带来直接的经济效益，反而可能会对工厂正常的生产秩序和安全造成或多或少的影响。因此，企业对接纳学生实习一般持消极态度，能安排学生实习时间和次数有限。同时，由于实习经费限制，对生产实习基地只能就近选择。因此，在实习经费和实习基地均有限的情况下，合理资源安排尤为重要。

（1）建立校外精习基地。所谓精习，选择典型的产品，熟悉零件的整个生产加工过程，既包括材质选择、进厂检测、生产设备型号、生产工艺制定、相关的性能检测与质量控制、产品的市场定位与销售情况、企业管理与企业文化。让同学以工程技术人员的角度去熟悉、分析产品零件图、加工工艺图、焊接工艺图等生产工艺过程。采用先课堂讲解（兴趣引导）―同学现场实习（感性认识）―课堂交流讨论（启发深入）―再次现场实习（理解领悟）―课堂讨论交流（融会贯通）的方式进行。

精习基地选择一是交通方便，便于学生多次实习往返，节省实习经费;二是精习基地要有独立功能产品或运动部件，既涵盖金属原料质量控制、加工成型（铸造、锻压、焊接、塑性成型、热处理中的一种或一种以上成型工艺）、质量检测、装配等工序。三是厂家积极配合，能提供产品生产图纸、生产和检测工艺文件、生产设备资料，并可接纳多次实习。

精习基地给同学一个全面系统的材料成型工程概念，让同学由浅入深，由表及里，归纳总结其工艺选择的理论依据、质量控制的方法，根据工况和经济性，选择零件热处理、耐磨、耐蚀处理方法，探索思考该产品生产质量提升空间，进而培养解决复杂工程实践问题的能力。

（2）建立校内精习基地。大学一般建有科技成果转化孵化器，既高校技产业园。虽然高校企业产业园的企业规模小，对生产实习来说，具有得天独厚的优势。辅助教学是高校产业园的职责之一，便于联系落实实习任务，时间安排灵活。二是交通便利，便于往返多次实习。另外，高校科研成果成功转化案例的学习，有助于激发同学学习的兴趣和激情，培养同学创业的意识。

（3）建立校外泛习基地。所谓泛习基地是指学生在企业实习1～2次，主要是让同学了解熟悉不同零部件的生产成型工艺过程，掌握金属零件不同的成型工艺，扩宽对产品生产加工视野。由于企业接纳实习时间的限制，同学对泛习基地的生产工艺过程难以深入的理解和贯通，因此指导老师的预先讲解、同学对企业相关产品、工艺的预先资料的收集、查阅和实习后现场答疑讲解是决定泛习基地实习效果的关键环节。

一般精习基地选择1～2个企业，每个小组安排3～4次进厂实习机会，每次实习0.5～1天。泛习基地安排4～6个企业，每个企业安排1～2次进厂实习机会，每次0.5～1天。精习基地、泛习基地实习时间和次数的安排，可根据企业生产工序、生产规模、设备开工使用情况灵活调整。

2.指导教师工程素养的培养。目前高校师资评聘过分依重科高层次科研项目和论文，忽视了高校教师的工程应用能力的培养和引导。同时，很多高校教学重课堂理论教学的考核与评价，轻工程实习的投入与考核。另外，实习现场环境工况复杂，指导生产实习不仅需要投入时间和精力多，还要求老师具有较好的身体素质。因此，要到达预期的生产实习效果，具有工程开发或企业工作背景的指导老师尤为重要。选择有经验的老教师带年轻教师，培养实习指导教师教学梯队，是完成实习的有效保障[6]。

指导教师到精习、泛习基地企业同技术人员交流座谈，预先调研、制定实习计划，收集编制实习报告。同时，做好预先动员，讲解和指导工作。这些工作已远远的超出了“教学工作量”所能体现出的工作量，需要指导老师相互合作，共同完成。指导教师工程背景培训需要学院、学校领导的重视和教学规章指导的引导。

3.教学模式改革。

（1）实习前沿。同学第一次到企业实习，带着对未来工作环境的憧憬，也充满了对企业的好奇与迷茫。愿望是美好的，但现实是残酷的。所选择的精习、泛习基地在企业规模、技术先进性、企业管理、车间环境等诸多方面可能差强人意，实习动员要预先化解同学心中的就业观与实习现实企业的落差，树立正确的择业观念，引导同学走进企业，培养兴趣，扩宽对专业的认识。同时，鼓励同学不仅带着眼睛去实习，更要带着脑子去思考，去发现问题，并运用所以理论，探讨解决实践工程问题的可行性。

（2）编写实习报告。指导教师根据安排企业实习时间、企业设备开工情况，修改、编写实习报告，避免同学实习报告流水账、抄袭雷同、言之无物。实习报告采用启发、讨论，研究与探讨的方式，引导同学对产品选材、成型工艺、质量控制、产品性能逐渐深入分析研究，将所学理论与产品加工制造工艺、技术相结合，培养同学解决复杂工程问题的能力。因此，实习报告的编写是针对精习基地、泛习基地有的放矢，引导同学在实习过程中抓住重点环节，透过实习产品，回归到理论的运用，将课堂理论与生产实践融汇贯通。

（3）实习考核。实习成绩的考核与评定是实习学风引导的指挥棒。同时，考评制度也影响下一级同学学风和实习态度。制定合理的实习考核办法是实习效果保障之一。一般从实习纪律（10%）、实习笔记（20%）、实习报告（40%）、实习答辩（30%）四个环节进行评价。实习笔记采用时抽查，即可可以监督同学，也可以及时了解同学实习掌握情况，合理的安排实习时间。实习答辩采用分组座谈式答辩，同学主动讲述和提问回答相结合，为同学进行理论的深化和梳理。

二、生产实习改革应用及效果

金属材料科学与工程专业生产实习教学计划3周15天，我们安排青岛扎克船用锅炉有限公司、青岛金海纳有限公司作为精习基地，莱钢锚链、青岛海立、城阳丰东热处理、潍坊丰东热处理、高密高锻5家公司作为泛习基地，其产品包括：船用锅炉、采煤机截齿、海上平台锚链、冰箱变频压缩机、活性屏离子氮化炉、压力机等。

实习参观公司按其产品成型工艺分，焊接成型：锅炉压力容器埋弧焊、CO2保护焊、氩弧焊、锚链闪光对焊、截齿钎焊。塑性成型：炉体的卷压成型、汽车壳体零件的板料冲压成型、锚链横档的热锻成型。铸造成型：压力机及其零件的砂型铸造、消失模铸造成型。机械加工成型：变频冰箱压缩机机械加工。板料和棒料下料：剪板机下料（≤8mm）、火焰和等离子气割，棒材和管材的带锯切割下料。此外还涉及热处理工艺：截齿的感应淬火、渗碳淬火、离子氮化、气体氮化及其喷丸、喷砂除锈预处理工艺。按检测方式可以分为探伤检测：压力容器X射线探伤、着色探伤和锚链超声探伤。力学性能检测：锅炉焊缝的拉伸试验、冲击实验。产品性能检测：锅炉的水压检测、变频压缩机噪声检测。锅炉材料和锚链材料的元素检测分析。从实习内容看涉及了本科课程中的金属材料学、材料的力学性能、成型原理与工艺、热处理工艺与装备、无损检测等课程。

学生在实习过程中，经过与指导老师、企业技术人员互动，在实习报告的引导下，通过课堂探讨交流，能够积极主动地完成各项实习任务，实习效果良好。另一方面，生产实习企业与学生获得了互相认可，既企业在进行安全教育的同时，也给同学做了下一年度的招聘需求，同学可以带着企业的技术问题在企业完成本科毕业设计，促进了学生的就业工作。

三、结论

在新的工程认证形势下，通过学校、教师、学生、企业多层次全方位的精习基地、泛习基地建设、实习指导报告的引导、实习指导教师队伍的形成，探索培养养具有解决复杂工程问题的工程技术人才新的生产实习改革正在付诸实施并初显效果。

材料科学论文:电子理论在材料科学中的应用

摘 要 材料科学本身就是建立在研究微观离子的基础上的，电子理论以其特性占据这材料科学研究中的重要位置。可以说，现在材料科学领域中对电子理论的应用是必不可少的。同时，电子理论是一个庞大的体系，其中包含着多种子理论，本文就以实践种应用广泛的密度泛函理论为例，简要叙述电子理论在材料科学的各个领域中的重要作用，并阐述其部分内在规律，以期无论是对电子理论还是材料科学都能具有发展和推动的作用。

关键词 电子理论；密度泛函理论；材料科学

近几年，密度泛函理论与分子动力学相结合，在材料设计、合成、计算等诸多方面有明显进展，成为计算材科学的重要基础和核心技术。其他量子力学多体问题往往会具有一些“硬伤”，在计算的效率上，计算结果的精确度上，甚至于计算的方法上都难以达到一定的高度，随着密度泛函理论的出现，使量子力学的研究又提升到另一个层次，与其他解决量子力学多提问题的方法相比，采用密度泛函理论所进行的研究能够给出让人满意的结果，尤其使数据的精确，更能够应用到其他领域的研究中，例如化学、数学等，甚至应用于工业生产和人们的生活中。

1 电子理论概述――以密度泛函理论为例

近年来随着物理学的快速发展，人类在探索与发现量子力学和微观事物本质问题上的研究成果越来越多，现今科学学科的分支确定更加细致化，仅就材料物理学科来说，建立了计算机材料分支学科。物理材料的基本性质多数会受到电力结构的影响，故而研究电子理论也必须借助于量子力学。发展电力理论为研究材料科学奠定了坚实基础，同时也给材料科学的研究提供了有利的预测依据，能在一定程度上提高材料科学的发展速度，因此在材料物理科学中论述电力理论的意义和可行性是十分明显的。

电子理论是一种传统理论的统称，但实际上电子理论中包含很多小的概念和理论，不同的理论也有不同的表述方式，密度泛函理论是较早的一种量子理论，他是以Thomas-Fermi的理论为基础，产生于1960年到1970年。对于密度泛函理论来说，它与传统的量子理论的不同在于对基本物理性质的描述方法，也是一种基准。前者是将粒子密度作为基本物理量，而后者则将研究重点放在粒子密度上，使得二者有很大的不同。

密度泛函理论并不是一成不变的，而是随着科学研究的愈加深入而逐步发展的。从基本理论到现在的非局域泛函，不断有新的理论来扩充这一理论所涵盖的范围，同时，这些理论互相弥补，也使得计算结果越来越精确和有效。可以说，这一理论是一种活的理论，它不但在本身领域不断深入发展，还与其他理论相互联系，活跃前进。

我们所称的密度泛函理论具有很强的特点，主要在于需要通过计算机的运算来进行，运行的计算机中需要装载相联系的软件。在市面上我们可以看到许多有关软件，上面我们说到，不同的密度泛函理论所计算出的结果也不尽相同，主要差别在于数据的精确性，中间的差别在一定程度上与所使用的软件有关。这一理论由于它的应用性广泛，被用于多个领域的计算中，但也存在其本身的问题。但是，总体来说，密度泛函理论是一种相对较成熟的理论体系，今后其发展也将会更加多样。

2 密度泛函理论在材料科学中的应用

如上所述，密度泛函理论在应用中已经得到了广泛的实践。“近几年来DFT同分子动力学方法相结合，在材料设计、合成、模拟计算和评价诸多方面有明显的进展，成为计算材料科学的重要基础和核心技术”。

2.1 电性材料科学中的应用

在电能与热能之间的转换的领域上，各国的研究者都在深入进行研究，试图找到一种新的电子特征。有的科学家利用密度泛函理论研究出某种材料的导电性能与金属相比的优劣；有些科学家利用密度泛函理论框架中的小的理论，研究了电子、磁及其相互作用的问题，“结果表明，体系的性质随原子位上库仑相互作用参数U的改变而显著变化”。有的科学家运用密度泛函理论，将增强的表面超导和图像翻转现象进行了计算和预判。

2.2 磁性材料科学中的应用

磁性材料科学是起源很早的一门科学，我们都知道，铁是最早被发现具有磁性的物质，千百年来，人们对磁性科学的态度从神秘到了解，现在已经通过多种方法在研究。有些科学家通过密度泛函理论获得了FeN的结构、结合能和磁矩，并且研究出团簇的尺寸的不同对原子的磁矩没有必然的影响，反而原子会在某一范围内变化。

2.3 光学材料上的应用

光学材料一般是指传输光的介质材料，有些科学家利用密度泛函理论研究而得出：“在有机多层光电子发射二极管、光族材料和高密度光数据贮存材料上有潜在应用。”

2.4 在纳米材料上的应用

纳米材料是指物质的3个纬度中至少有一个纬度的量级是纳米。纳米材料自被发现以来，逐步广泛应用在生产、生活中，我们生活中所常见的纳米防爆膜、纳米微针等，现在在信息产业、能源产业、环境产业等都有广泛的应用，同时科学界对纳米的研究还在更加深入和精确。一些科学家利用密度泛函理论，研究出某些物质能够吸收红外，并且这种吸收能力极强。

3 结论

经典的电子理论认为，正离子所形成的电场是均匀的，而自由电子由于是运动的而不具有这种特性，自由电子和正离子相互碰撞不能形成新的物质，而仅仅是作为一种机械运动。正因为自由电子的不规律运动，所以没有显性的表现形式，但一旦给自由电子一个外在的力，例如磁场，自由电子就会有规律有方向地进行移动，从而形成电流。本文所讨论的密度泛函理论，是在电子理论中具有重要地位的一种理论，尽管它现在已经广泛应用于化学计算中，但是电子理论是包含多种其他理论，因此密度泛函理论更需要其他理论作为依据和支撑，其本身也能够为其他理论研究提供理论支持，因此，无论是主要利用该理论或者是借鉴密度泛函理论的原理或计算方法，做出的研究也渐渐投入到实践中，从而真正有益于人类。

材料科学论文:研讨与展望高分子材料科学的发展进程

摘 要 高分子材料科学作为一种前沿学科，在当前保持了一种持续发展的态势。本文从基本概念以及发展的过程向大家介绍这一门科学。

关键词 高分子材料 现状 可持续发展

1高分子材料的相关概念

1.1高分子材料的基本概念及来源

高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。按来源可分为分为天然、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进化的基础。人类社会一开始就利用天然高分子材料作为生活资料和生产资料，并掌握了其加工技术。如利用蚕丝、棉、毛织成织物，用木材、棉、麻造纸等

1.2高分子材料的分类

高分子材料按照特性分为橡胶、纤维、塑料、胶粘剂、涂料和高分子基复合材料等，其中前三种被称为高分子的三大材料。

橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。

2高分子材料科学的发展进程

2.1高分子材料科学的发展历史

高分子学科的建立，至今不到80年。从远古时期开始，人类就已经学会使用天然高分子材料，比如天然的树脂、橡胶、棉花、木材等。

20世纪20年代，才出现高分子科学的概念。到了20世纪30年代，高分子材料工业才步入发展阶段，而到了20世纪50年代配位聚合的出现极大地推动了高分子材料的发展。进入20世纪下半叶，高分子取得了一系列突破性的进展，比如聚烯烃的多元聚合，设计合成嵌段，超支化等聚合物等。

2.2高分子材料科学的发展现状

进入21世纪，单单从一个大方向来描述高分子材料的发展现状是不可取的也是不全面的，所以将简单分为几个领域分别介绍目前的发展现状。

在电气工业领域，高分子材料也有杰出的表现。随着时代的发展，高分子材料在电子、家电和通信领域。我国电气生产大国，全行业对高分子材料需求量较大用量。高分子材料轻质、绝缘、耐腐蚀、表面质量高和易于成型加工的特点正是生产各种家用电器的最佳材料，而家用电器是人们的必须生活用品，所以高分子材料在电气工业的发展是会一直进行下去的。

在机械制造领域更加少不了高分子材料。比如，目前世界不少轿车的塑料用量已经超过 120千克/辆，德国高级轿车用量已经达到300 千克/辆。可见在汽车制造方面，高分子的发展还是比较成熟，系统的。并且可以预见，随着汽车轻量化进程的加速，塑料在汽车中的应用将更加广泛

高分子材料还在航空航天，建筑工程，医疗，包装行业等众多领域发展已经比较成熟，并且正在朝着一个更加规范，更加科学，更加和谐的方向稳定发展

2.3高分子材料科学的发展前景

高分子材料科学代表的是一种前沿技术，其发展趋势也必然要适应社会发展的潮流和最先进工业发展的需求。

2.3.1精细化

随着时代的发展，精细化必然成为材料的主流趋势，未来将纳米技术融入其中也是势在必行的。高分子材料的纳米化可以依赖于高分子的纳米合成，这既包括分子层次上的化学方法，也包括分子以上层次的物理方法。利用外场包括电场、磁场、力场等的作用，采用自组装或自合成等方法，靠分子间的相互作用，构建具有特殊结构形态的分子聚集体。

2.3.2绿色友好化

在强调可持续发展的21世纪，任何事物都在渐渐转型，高分子材料也不例外。实现绿色友好化，需要在材料的合成，生产，运用三方面全方位实现。现在的高分子合成材料对石油的依赖性特别强，寻找可以替代石油的其它资源，则成为21 世纪的高分子化学研究中的一个迫切需要解决的问题。调节原子和分子在物质中的组合配置，控制物质的微观性质、宏观性质和表面性质，就可能使某种物质满足某种使用要求，这种物质就能作为材料来使用。

2.3.3智能化

在这个智能材料的时代，高分子化学同样承担着不可替代的作用。智能材料是材料的作用和功能可随外界条件的变化而有意识的调节、修饰和修复，如若实现，也必然会对人类发展发挥巨大的作用。

3结语

本文通过比较浅层次的语言向大家介绍了高分子这门前沿科学，相信在今后的生活中，随着科技的发展，技术的进步，越来越多的人会认识高分子材料，并投入到这门与人类生活息息相关的科学研究中去。

材料科学论文:基于高职―本科3+2分段培养体系的材料科学基础专业课程的教学与实践

摘 要：本文从3+2分段培养体系的人才培养方案出发，对支撑光伏专业的材料科学基础的关键知识点进行梳理和筛选，阐述了详细的材料科学基础教学内容及重难点知识。并且结合教学实际和学生特点，提出了材料科学基础课程的具体教学方式。

关键词：3+2分段培养体系；高职；本科；教学；实践

高职-本科3+2分段培养这种模式为学生的继续深造和升格为高级技术管理人才提供了一条行之有效的途径，能够充分发挥高职和本科院校的优势，为企业提供具有发展潜力的技能型人才，实现学校、学生、企业三方共赢。这种模式在江苏首先试点，常州工程职业技术学院（以下简称“我院”）与常州工学院已经开展多届合作，共同制订了比较完善的人才培养方案，而高职、本科衔接课程体系的建设无疑是人才培养的关键，我院光伏材料制备技术专业在3+2转段衔接阶段开设材料科学基础这门专业基础课有其针对性和必要性。材料科学基础这门课程主要揭示固体材料结构和性能之间的关联，实际上是用数理化的知识分析实际的材料问题，其内容庞杂，理论性强，抽象，是材料类专业的必修专业基础课，具有普遍指导意义。3年高职学段培养学生的专业实践技能，要求感性认识颇多，2年本科学段着眼专业和管理技术提升，要求有更深的理论基础和解决问题的能力。以下结合笔者的教学实践，说明如何开展有效的材料科学基础教学。

一、以光伏产业链为主线精选教学内容

材料科学基础的内容包括晶体结构和缺陷、固体热力学和动力学、固体结构和电子理论三大块，具体知识要点有晶体结构、固体电子结构、合金固溶体结构、范性形变、缺陷、相图、相变、界面、扩散、凝固结晶、回复再结晶等。全部讲完至少400学时左右，实际上既没有这么多学时，也没有必要面面俱到。课程具有普遍意义，但对专业来说，只要筛选出密切相关的内容即可，做到必需和够用即可。这样一方面可节省时间，另一方面也能够很快切入应用。所以，一定要梳理光伏产业链的应用点和材料科学基础内容相匹配，形成少而精的教学大纲内容，以利于少学时教学和专业应用。

纵观光伏产业链，从硅原料的制备和提纯，单晶硅多晶硅的生产加工，光伏电池和组件系统的生产，与材料科学基础关联的地方还不少。硅晶体的表面形貌、生长方向、生长棱线、层向生长过程对应晶体学知识、晶向晶面及特征的描述；其中融入硅和化合物半导体的结构和电性能对应着合金结构和固态电子论的知识，并牵涉到结合键，能带理论、半导体性能、光伏原理和光伏电池效率；晶片生产中缺陷位错的控制（颈缩工艺等）以及电池片效率改进对应着晶体的缺陷理论；单晶多晶的形核生 长、环境控制、质量控制对应着凝固结晶理论；硅中杂质含量及分布以及栅线印刷、焊接、欧姆接触对应合金知识相图相变知识；PN结形成、焊接合金化过程、光生少子的扩散和寿命、I-U特性曲线的扩散方程推求对应扩散理论中的稳态和非稳态扩散；晶硅加工生产过程中的变形和损伤对应固体范性形变和再结晶；多晶的晶界和单晶多晶的制备过程中的固液界面对应界面理论。此外，掌握热力学基本知识对分析缺陷、表面、相图相变、凝固结晶都非常有用，对材料分类论述的三大类别材料如金属、陶瓷、高分子各论也要介绍，这部分内容具体涉及银浆与硅的欧姆接触、互联条焊接、石英容器性能、封装用铝合金、TPT、EVA的使用性能。基于以上分析，形成的课程知识点和相关内容以及重点难点见表1。

二、依据学生特点改革教学方式

此阶段学生的主要特点有：①理论基础较为薄弱。②从应用型到研究型的学习习惯还未转变。对这两特点，在制订学习内容后还有一个如何让其有效接受消化的过程，不适当地灌输会使学生理解困难，对学习失去兴趣，从而也失去了教学意义。结合教学实践，笔者认为从以下几个方面可以改善效果。

（1）精选教材。教材的选用原则是中等难度，有基础的数理化知识衔接，便于自学和理清课程体系，也便于学生发现问题和受到启发，提出问题。不宜一下子导入艰深的理论。好的教材阅读能够激发兴趣，深入浅出，让人受益。材料科学基础作为普适课程，教材种类繁多，深度广度侧重点各有不同。贵州大学的张晓燕教授主编的《材料科学基础（第二版）》具有以上特点，笔者认为比较适用。

（2）提供配套的参考资料和习题册。作为经典理论，材料科学基础暂时不会过时，现有的参考资料应该是比较丰富的，应该选择性地看一些，特别是习题册，更是和教材一样必备，因为理论的定性和定量同样重要，需要结合实际进行计算和练习，习题能够加深学生对抽象理论的认识，效果明显，能增强学生的成就感和求知欲。

（3）实验验证有助于理解理论。配套实验可以帮助学生巩固加深课堂理论知识，让学生掌握基本实验技能，培养学生自己分析问题、发现问题、解决问题的能力，让学生获得更多的感性体验和创新体验，在光伏材料生产中，处处有材料外观、缺陷、性能以及工艺参数等的检测，过程检测更是质量保证的关键，一些实验项目和检测有密切相关，应该加以训练。如晶体结构实验中的典型金属结构的钢球堆积结构模型分析实验、单偏光下晶体光学性质，非晶态的结构性质和玻璃析晶实验（与长晶过程的坩埚析晶有关）、扩散和固相反应动力学实验，以及电阻测定实验等。

（4）明确概念，将理论讲解浅显化、简化或省略推导，过程让学生对基本概念产生深刻印象，后续教学才能顺理成章。教师应重点讲解参数的物理意义和相关概念，对求解过程作一般介绍和原则说明，以便于学生快速接受知识。

（5）利用网络资源如魔课，爱课程等多媒体手段开展教学。应该承认，有些东西确实难以讲清，因此晶体结构的三维图、原子进入间隙位置的动画演示、扩散微观过程动态展示、缺陷产生增值过程和运动方式的直观视频显示，这些似乎都离不开多媒体展示，可以极大提升学生的空间想象力。这些都得益于现代数码技术可以把最微细的结构和复杂过程进行立体展示。网络资源也要好好利用，网上课堂是主要方式，具有简明易懂的优点。

（6）互动答疑及时解决疑问，按照逻辑体系进行内容顺序重排。由于材料科学基础是一门逻辑体系严密的理论课，在教学过程中不能生搬教材中的章节安排，应该从学生的知识结构来重新安排内容序列，力图使学生运用现有的力学、数理化知识就能理解各种规律，由于先后次序很重要，因此及时解决问题可为下面章节授课铺路。

（7）从理论到实践，再从实践回到理论，实现良性循环，螺旋上升。用理论分析和解决是最好的服务生产实践方式，也是学习基础理论的价值所在。

通过以上针对3+2衔接阶段教学方式的改进，学生的学习积极性得到提升，专业基础知识得到巩固，结合专业实践，也促进了其他课程的学习，这对以后的学习和创新是有益的。3+2分段培养能够成就技能和学术兼备的人才，可满足未来光伏产业发展对人才的需求，应该是一种值得倡导的模式。

材料科学论文:材料科学基础课程启发式教学改革探讨

摘 要 《材料科学基础课程》作为材料物理专业本科核心课程，对本专业知识体系的建立和后续专业课程的学习至关重要。本文针对《材料科学基础课程》存在的教学问题，围绕启发式教学思想，从创新教学内容，丰富教学手段，增加课堂互动等方面对材料科学基础教学改革进行探讨，以期培养学生学习的积极主动性，提高教学效果。

关键词 材料科学基础 启发式教学 教学改革

材料科学基础是一门重要的专业理论基础课程，它以材料的组织结构为出发点，涉及了各种材料的共性基础知识。材料科学基础课程是后续专业课程的基础，在今后相关专业的工作和科研都有重要作用，但结合实际教学经验来看学生普遍反映课程内容枯燥、难学。究其原因，是因为该课程理论知识点多并且内容较为抽象，如涉及名词定义近300个。如何解决材料科学基础教与学的问题，一直是该课程教学改革的重点。本文旨在结合启发式教学改革的一系列思想，探讨材料科学基础的教学改革。

启发式教学对于培养应用型人才具有重要积极作用，它不是一种简单的教学方法的创新，而是一种教学思想的转变。启发式教学是从学生的需要出发，处理好教与学之间的关系，使学生成为学习的主体，教师起到指导与推动的作用，变教师的单纯传授为教师与学生间的互动。因此，启发式教学能丰富材料科学基础课程的教学改革内容，深化教学改革意义，对于创新型人才的塑造具有重要意义。

1创新教学内容，提高学生学习的积极主动性

材料科学基础知识点抽象，课程内容有一定的理论深度，需要学生理论推导和逻辑思维能力。抽象繁多的知识点很容易打击学生求知欲，使得学生丧失学习积极性。因此授课过程中，要注重启发式教学手段，内容的趣味性。利用“联想法”，通过一系列与生活或生产相关的实力或热点话题引入知识点，通过实际案例演绎基础理论的内涵与应用。

在每一章开头，以实例开头回答“为什么学”这一问题。如在讲第五章材料的形变与再结晶时，教师首先询问学生汽车轮毂是怎么制备而成，引起了学生学习的求知欲。然后通过汽车轮毂的加工锻造过程，给学生具体讲解工业生产中加工硬化和再结晶的应用。这种启发式教学模式能够减少学生对理论概念的陌生感，帮助他们理解基础理念和基本概念科学内涵丰富性。

另外在课堂教学时，需要不断引入科技前沿与研究热点问题，能够扩大学生的知识面，激发学习热情。例如在讲解第三章晶体缺陷的时候结合铁电薄膜材料中位错对其的影响等前沿，增加不同角度的正负位错对铁电薄膜单畴结构的影响介绍。这些讲授内容能培养学生的科学精神，提高学习的积极主动性。

2改变教学方法和教学手段，帮助学生记忆和理解

材料科学基础课程知识体系庞大复杂，需要记忆的知识点比较多，是教学过程中一大难题。另一方面，传统的教学模式采用“注入式”教学，忽略了学生学习的主观能动性，造成了教师难教学生难学的境地。如果教学方法过于刻板很难引起学生的共鸣。因此改变传统的“注入式”教学方法和手段，不再只单一的重视讲授而轻视指导。启发式教学方式之一就是采用导学制，指导学生运用自己的思维模式，选择最合适的思考与探究方式学习课程内容，使学生能对专业知识点感兴趣深刻理解并记忆。

多媒体教学方式无疑是启发式教学的一种重要实现途径。多媒体教学方式可以化抽象知识为直观，其优越性在材料科学基础课程中能得到充分体现。例如，晶体结构三维图像、位错的分类和运动、材料的变形等内容是材料科学基础教学中的重点和难点。采用多媒体技术中的二维、三维动画进行演示，图文并茂、声形俱佳，学生通过形象形式深刻理解和掌握了抽象的概念。但同时，多媒体教学也存在着弊端，它会让学生习惯于被动接受信息，削弱了学生的想象力和逻辑思维能力。这就要求教师在教学实践中要把多媒体的应用与教学内容相整合运用多种教学手段的结合，因材施教、因课施教。

如在讲授第三章固体结构中，对于体心、面心和密排六方等三种重要的结构参数，对于缺少立体空间概念的学生很难理解。讲课的时候借助葡萄和牙签等日常用品，以葡萄为原子牙签为原子键给学生详细讲解了三种典型的晶体结构，并以作业的形式让学生自己课下动手来做。这种教学方式能让学生真正参与进来，打开了学生思路，获得了很好的教学效果。

3翻转课堂和课堂讨论，增加师生互动

教学的一个重要内容就是指导学生怎样去学习，这需要充分调动学生的主体地位，增加教师和学生之间积极的互动。启发式教学要求把学生作为课堂的主体，为学生提供充分展示自己才能的机会。翻转课堂作为一种新兴的教学模式，它将传统的课堂学习过程翻转过来，让学生在课堂外通过教学视频或资料自主学习课程，而在课堂上教师对学生进行测评和相应指导已完成教学目标。另外在课上对于一些问题可以分组学习的方式展开交流和讨论，每个学生参与其中获得自己满意的答案。翻转课堂和适当的课堂讨论能作为课堂教学的重要辅助环节，实现了以学生为主的主动式个性化学习，充分了体现了现代教育教学的基本内涵，值得我（下转第73页）（上接第53页）们发挥其优势并运用到材料科学基础的教学进程中来。

但由于材料科学基础基本概念抽象繁多，并不是所有的课程或知识点都适用于翻转课程。具体来说，对于一些复习性质很强但又起到启后作用的内容，可以预先设计出一系列问题让学生查阅资料自学，然后在课堂上组织学生进行讨论或让学生亲自到讲台上进行讲解，涉及到新的知识点再由教师补充，这样既活跃了教学气氛，也可避免学生在学习熟悉的内容时产生厌倦从而提高教学效率。例如讲授第五章晶体的塑形变形时，由于里面的许多知识点跟第三章相近，适合利用翻转课堂的形式让学生课下自学，课上由老师指导讨论。这种教学模式增强学生的自信心和主动性，得到了事半功倍的效果。

4结语

总之，启发式教学思想对于材料科学基础教学改革具有重要指导意义。它要求教师在阐明概念、理论的基础上，强调知识架构间的相互关系，注重讲授理论的来源、思路、方法、意义和应用，讲清它们之间的内在联系。启发式教学方法的应用能抓住学生的好奇心，提高学习主动积极性。在传授课程知识点启发式教学方法能给学生提供广阔的思维空间和分析解决问题的能力。

材料科学论文:航空航天方向材料科学与工程专业英语教学改革

摘要：通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化，培养学生具有较强的专业文献的阅读能力，进一步提高学生的听、说、写、译能力，使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法，提高文化素养，以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。

关键词：航空航天材料;专业英语;教学;改革

航空航天材料是指飞行器及其动力装置、附件、仪表所用的各类材料，是航空航天工程技术发展的决定性因素之一，也是材料科学中富有开拓性的一个分支。飞行器及其装置的设计，不断地向材料工程提出新的课题，推动了航空航天材料科学的进步。各种先进材料的出现也为飞行器及其装置的设计提供更多的可设计性，极大地促进了航空航天技术的发展。因此，先进航空航天材料的开发、研究与应用反映了一个国家的工业水平与航空航天技术，关系到一个国家的综合实力与国际影响力。因此，各国都把先进材料的研究和开发放在重要地位。尽管我国近年来在航空航天材料的研发方面取得了巨大进展，但仍然与发达国家存在较大的差距。因此，需要不断学习和引进国外的先进技术和经验。而国外相关资料都是英文出版，这就需要航空航天材料方向的学生具有较高的材料科学与工程专业英语的听、说、读、写能力，以完成获取专业所需信息等任务。

材料科学与工程专业英语是一门语言应用与材料专业知识紧密结合的课程。它不但涉及英语科技文体的语法特征和材料专业技术文献的语言特点，而且涉及一定的专业技术内容及科技信息交流。课程目标是培养学生具有较强的专业文献的阅读能力，进一步提高学生的听、说、写、译能力，使学生能够熟练应用英语交流、获取知识。同时促进学生掌握良好的语言学习方法，提高文化素养，以适应社会发展和航空航天技术进步的需要。课程的教学目标是：掌握一定量的与材料科学与工程专业有关的常用单词和常用词组，并掌握一定的构词法知识，具有识别生词的能力，能顺利阅读专业相关的英文原版教科书、参考书及专业论文。但现行的教学模式在教学管理与培养方式中存在许多问题亟待解决，目前也没有针对航空航天方向的材料科学与工程专业英语教材。因此，迫切需要完善教学内容，优化教学方式，改编教材，以全面提高材料科学与工程专业英语的教学质量。

一、改编现有专业教材，扩展学生专业视野

浏览现有大部分的《材料科学与工程专业英语》教材可发现，内容基本是《材料科学概论》或《材料科学基础》的英文版本的改编，实际是英文版的专业教材，不具专业英语教材特点。而且教材内容的更新速度慢，与国际上材料科学的快速发展不相适应，学生阅读起来单调、枯燥。因此，在现有教材的基础上，急需编写新版实用性教材。新版教材需兼顾英语的语法特点和材料专业技术知识，既强调专业基础理论知识又涵盖国际研究前沿趋势。

从提高学生的听、说、读、写及翻译的综合能力着手，按照从难到易的教材内容顺序，突出航空航天行业背景及新技术特点，完成《材料科学与工程专业外语》教材的设计与撰写。从教材章节编排上，按照先介绍语言知识后介绍材料专业的顺序布局。可以在开始的章节介绍科技英语的构词、语法的特点以及专业学术文章的撰写规则。随后的几个章节，简单介绍材料的基础理论知识，学生可以结合以前学习的材料专业知识进行这部分的学习。目的是给学生介绍英文专业词汇，让学生逐渐熟悉专业英语的阅读。随后，在材料学的专业知识内容上，结合专业基础课程，着重介绍和航空航天技术紧密相关的材料研究内容，例如飞机结构复合材料、高温材料、隐身材料、非晶材料、太阳能材料等。同时，为了进一步提高学生阅读和理解专业文献资料的能力，提高学生从专业文献中获取重要信息和跟踪学术研究前沿的能力，教材还可以向学生介绍利用互联网站和相关的学术期刊网站获取最新专业文献的方法。并且，从材料专业高质量的国际期刊上精心选取一些难度适中的综述性和研究型的论文作为课堂教学内容。由于这些论文内容新颖且紧密跟踪本领域的研究前沿，学生也易于接受。这样，既提高了教学效果，也使学生对专业英语的重要性有了更深地认识和理解。

二、丰富课堂教学内容，夯实学生基本功

调研各高校材料专业的本科生教学计划，发现专业英语课程设置在第七至第八学期，大四学生对英语学习逐渐变得陌生，如果直接面对专业英语的学习，势必会造成学生学习的困难。因此，教师除了教授教材的内容外，可以适当拓展相关内容的英语学习，提高学生的学习兴趣。

从知识结构设置上，可以根据学生毕业后学习、就业及工作的实际需要，突出对学生专业英语实际应用能力的培养和训练。为了突出实际应用能力培养及常用交流，可按照先读后写，先听后说的思路，来对学生进行专业英语实际应用能力的训练。通过由学习模仿到实际应用的教学模式，重点培养撰写英文摘要、写推荐信、求职信、会议常用发言以及模拟求职对话等能力。除此而外，还可以就学生即将面临的毕业设计论文撰写，展开介绍和讲评。“学以致用”，而实际应用是学生学习的动力。学生一旦体会到能从专业外语的学习中获益，便会提高学习的积极性，促进专业英语的教学。

为了增加教学内容的趣味性，在实际教学过程中增加一些与课文内容相关的最新外文视频。材料科学与工程是一个大专业，其中又有金属材料、高分子材料及陶瓷材料等二级专业，因此除了完成教材的教学内容外，还应针对不同专业分门别类地介绍材料的最新的实际应用。介绍时，可以从互联网上搜索最新的文字资料，也可以搜索最新的视频资料，其中视频资料更生动，因此受到学生们的欢迎。比如在讲解金属材料和复合材料时，可以给学生播放波音、空客等制造飞机发动机及机身结构的最新技术视频。还可以通过播放如太阳能电池、风力发电技术及3D打印技术等视频，加深学生对陶瓷材料、功能材料及复合材料在新能源及新技术领域的应用认识。因此，通过利用多媒体技术的视频资料，不但可以提高学生的英语听力，扩充学生的词汇量，还可以使学生在轻松的学习氛围中了解相关技术的应用前沿，深化在学生对航空航天材料科学与工程的认识。

三、改革课堂教学方法，提高课堂教学质量

材料专业英语是一种正规的书面体，专业词汇多词形复杂、句子长，且与专业知识结合紧密，相对于基础英语来说，缺少文学作品中的韵律、节奏感，读起来抽象、枯燥，造成教师讲授、学生学习的兴趣不高。如果采用传统的专业课程的讲课为主的教学方法，势必不能有良好的教学效果。因此，应该结合英语课堂教学和专业课的教学特点，采取多元化的教学方法，对学生进行课堂教学。

可以采取英语课堂的教学，让学生随堂朗读教材内容，学生在读的过程中，既熟悉了教材内容，又对英语的“说”有提高。随后，对学生进行分组，讨论分析教材内容，或者也可以提出一个小话题，学生可进行问题的分析并提出解决方案。这样，既提高了学生的英语口语技能，也加强了学生分析专业问题的能力。课后布置适量的课后翻译作业，可以是对教材内容的翻译也可以是对课堂增补内容的翻译，通过英汉互译的环节，巩固课堂教学内容。在课程结束前，还可以穿插学生就自己的毕业设计方向，做一个简短的英文讲座，既可以对课堂教学效果进行测试，也可以提高同学们的口头表达能力，增加同学们英语交流的信心。

在进行课堂教学的时候，如前所述，可以围绕课堂教学时的内容，充分利用互联网技术，为学生补充国际上航空航天材料的最新研究成果和先进的应用实例，可以是文字资料也可以是视频文件的学习。进行文字资料的学习时，可以采用先朗读后分析、翻译的方法，逐步分解。进行视频资料的学习时，教师应提前将语音资料转换成文本资料，课堂上可以进行边视听边进行讲解，让学生在愉快的氛围中进行学习，进而达到良好的课堂效果。

四、结语

我国航空航天技术的发展对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员必须及时关注国际发展，密切和国外学术交流，才能保障材料领域的不断进步，这就对科技人员的专业英语要求也不断提高。因此，通过对航空航天材料专业英语教材、课堂教学内容与方法的改革与优化，来全面培养学生的读、听、说、写、译的综合能力，增强学生的国际竞争力，为航空航天材料技术领域输送优秀人才。

材料科学论文:化工材料科学与工程的发展现状及趋势研究

【摘 要】随着社会不断进步，化工生产备受关注，化工生产为社会发展提供相应的材料，是社会工程建设中的重点内容。化工材料科学与工程研究是化工生产中的重点内容，本文对化工材料科学与工程的发展现状进行分析，针对其中存在的问题，提出促进化工材料科学与工程发展的对策，并对未来社会发展的化工材料科学趋势演变进行畅想。希望相关的研究能够促进我国化工产业的发展。

【关键词】化工材料科学与工程 发展现状 趋势分析 研究

化工材料科学与工程是社会经济发展的主要驱动力之一，同时能够带动信息技术与生物技术的发展。在以科学技术为主导的当今社会中，无论是高校中还是化工企业中，都需要培养化工材料科学与工程的专业人才，创新材料科学与工程的发展。从化工材料科学与工程的发展中找寻其中存在的问题，以便于后期的工程技术研发。

1 化工材料科学与工程的发展现状分析

1.1 化工材料科学与工程的发展历程

化工材料科学与工程的从个个单一分来的学术系统中，逐渐实现走向了科学之间的相互融合。在社会发展的进程中，材料科学的应用与社会建设步伐息息相关。单一化的材料科学发展不能适应社会发展需求，各个材料学科之间应该实现相互交叉、渗透、移植，从细分最终走向综合化的发展。在20世纪40年代，基础科学与工程之间的相互渗透较差，固体物理学与材料工程学之间的互不融合。从60年代起，材料科学与工程学能够实现交互，材料科学与材料工程之间的大部分内涵能够实现重叠，化工材料科学与工程得到了教育界的广泛认可[1]。

1.2 化工材料科学与工程在教育界的发展

化工材料科学与工程是高校教育中的重点内容，该门学科经过多变的研究与演变，衍生出中诸多的子学科。以美国麻省理工学院材料学科专业演变为例，与化工材料科学与工程相关的专业课程有：地质与采矿工程、采矿与冶金、冶金与材料科学等。欧美等国家将在材料教育方面的认识比较深，将很多高校中的冶金、陶瓷、电子材料等科目统称为材料，材料教学内容逐渐扩大，应用到社会建设中的诸多领域中。目前，我国重点高校相继设立材料科学与工程学院，针对于化工方面的教学改革，在原设置专业的基础上，补充了非金属的工程材料的内容。化工材料科学与工程的发展能够打破原专业设置的界限，加强专业间的渗透和联系，教学内容实现了更新。截止至2003年7月份，具备材料科学与工程的院校占据我国的高校的总数的34%。化工材料科学与工程的教学逐渐展现出了新思路[2]。

2 化工材料科学与工程的发展趋势

2.1 化工材料科学与工程教学中创新性人才培养

化工材料科学与工程的发展，以来社会化工企业的技术研发还远远不够，为了更好的促进化工材料科学的发展，在未来的科技社会中，化工材料科学与工程还需要与教育实现紧密结合。促进化工新材料的研发与应用，需要在高校中培养优秀的材料科学人才，与社会高精尖材料研发机构构成联动机制。对于材料科学的人才培养要求极为严格，一方面需要学生具有较好的结构力学基础，另一方面还要向学生传授学生微系统、纳系统、生物系统。同时还需要进行材料结构、性能、工艺等工程的研究，以计算机技术进行材料科学的模拟研发。高校能够为社会输送创新性的人才，是社会化工企业实现稳步发展的关键。创新性人才的能够促进化工新材料的研发，保障化工材料领域更新[3]。

2.2 化工新材料的研发

在科技信息不断发展的当今社会中，对于化工材料的研发技术越来越先进，我国化工材料科学与工程的未来发展，需要与科技信息技术相互融合，研发出具有更多功能的化工新材料。这些新材料的研发与应用能够在传统材料的优势基础上，为人们的生活提供更多的便利。

2.2.1 纤维材料

化工新材料“十三五”发展规划在即，很多具有高技术含量、高价值知识密集和技术密集的新型材料，在社会建设中能够发挥出无线的潜力。这些新材料与传统的材料相比，在质量上更加的轻便，在性能上的更加的好，在功能上更加的强大，附加值更加的高。那么何为化工新材料，化工新材料是指一些包含高性能纤维复核材料，这些才能够在国防军工、航空航天、新能源及高科技产业中应用广泛，同时化工新材料在建筑、通信、机械、环保以及海洋开发中用途更大。有专家指出，全球纤产量在近十年内的长幅为3%，而高性能的纤维在全球范围内产量增长能够达到30%，也就是说，在未来的几年间是高性能纤维发展的黄金期[4]。

2.2.2 聚酰亚胺

有机高分子材料也是化工新材料的另一类，与传统的高分子材料相比，聚酰亚胺的综合性比较强，特点突出。聚酰亚胺作为一种特种工程材料，已广泛应用在航空、航天、微电子、分离膜、纳米、液晶、激光等领域。在物理性质上，耐高温达 400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，熔点特征不明显。并且该种材料绝缘性能极高。通常情况下，103赫下介电常数为4.0；在化学性质上，聚酰亚胺可以被分为脂肪族、芳香族、半芳香族聚酰亚胺三种。聚酰亚胺，因其在性能和合成方面的突出特点，不论是作为结构材料或是作为功能性材料，其在微电子领域发挥着重要的作用。

3 结语

综上所述，化工材料科学与工程化工研发领域中的重点内容，提升对于化工材料科学与工程的研发，能够有效的促进化工领域发展。本文对化工材料科学与工程的发展现状进行分析，与社会发展趋势相互结合，研究其在未来的发展方向。在未来，需要对化工材料科学与工程教学中进行创新性人才培养，鼓励化工新材料的研发，实现科技创造未来。

材料科学论文:材料科学与工程专业的实验室教学地位思考

[摘要]站在一级学科专业角度理解“材料科学与工程”实践教学的含义，剖析目前我国高等学校本科实验室在实践教学方面存在的问题。提出高等学校的实践教学应该以培养大学生科学实验及工程实践的能力为目的，以传授科学发现的实验方法、研究手段以及工艺技术为任务，并在认知学科知识、掌握专业技能基础上实现大学生创新能力的培养；实验室应该是完成实践教学任务的主要基地，实验室建设应该是高校实践教学基地建设的落脚点与主要方向。

[关键词]实验室；实践教学；工程实践能力；人才培养

0引言

“材料科学与工程”专业是一级学科专业，深刻理解专业内涵，是保证实现专业人才培养目标的关键。从培养专业人才的角度，专业教学自然包括学科理论知识与专业实践能力协调统一的两个部分。如何进行专业实践能力的培养是高校普遍关注的问题，也是目前高校教育工作者的重点研究课题[15]。伴随国家对教育的重视和大量投入，用于培养学生实践能力的基础设施得到完善。然而，这并不意味着专业实践能力培养的问题得到解决，恰恰相反，社会要求高校改革实践教学模式，培养高素质工程实践能力人才的呼声日益强烈。深刻思考高校实践教学现状，目光聚焦教学实验室，高校教学实验室的性质、作用与地位值得再审视。高校教学实验室的建设方向对高校实践教学模式改革的影响作用值得探究。

1从“材料科学与工程”的学科内涵理解专业实践教学的涵义“材料科学与工程”学科是研究有关材料成分/结构、制备/合成、性能和使用效能及其关系的科学技术与生产。对此，材料科学与工程专业的基本教育要面向学科的要素，自然科学知识与工程技术知识应该是构成知识结构的主要方面。就理论教学而言，要以系统的知识学习和综合思考能力培养为主，强调宽厚的基础、学科知识横向与纵向间的联系。理论教学的核心任务，就是培养专业理论素质。实践教学不应该仅是理论的再现和简单证明，而是强调理论在应用中的相关性和综合性，同时引导和激发学生走向科学研究和工程实践的起点。实践教学的任务和目的就是培养大学生获取科学知识的能力与工程实践的能力。基于此，确立了高校实践教学改革以及实践教学基地建设的方向。高校教学实验室是完成实践教学任务，实施学生工程实践能力培养计划的主体，高校实践教学改革以及实践教学基地建设的对象是教学实验室（以下简称实验室）。

2我国材料科学与工程专业教育的发展现状对实践教学的要求2.1重视宽口径材料类人才的培养

材料类型已经覆盖了金属材料、无机非金属以及高分子材料材料工程方面，覆盖了金属的成型与加工、无机非金属工程、高分子材料工程以及冶金工程等。材料科学与工程专业的实践教学应该与此对应，重视宽口径的科学研究和工程实践能力的培养[3]。

实际上，在专业人材培养过程中，各个学校依据自身条件和发展定位而限定“宽口径”的“度”，即办学特色。由此，也决定了“宽口径的科学研究和工程实践能力的培养”的实践教学内涵对于每个学校来讲是有一定限度的。实验室对于实现“宽口径”的科学研究和工程实践能力的培养目的具有了可行性。

2.2培养模式由“专业培养”向“学科培养”方向发展各教学环节的学科性特点日益突出：在课程设置上，普遍注重学科式课程，专业课程已从中心地位转向了载体地位；在课程内容上，围绕学科发展和技术进步，培养学生适应社会科技发展的大方向。实践教学与学科性内容的关联性日益紧密[4]。例如，大功率X射线衍射仪、透射电子显微镜等高、精、尖设备大量向本科教学开放；普遍提倡本科生低年级开始进入科研团队，参与导师的科研工作；毕业论文或设计题目普遍要求真题真做。实验室对于实现宽口径的科学研究和工程实践能力的培养的有效性日益彰显。宽口径的科学研究与工程实践能力培养的主体地位也日益凸显。

2.3实践教学方面的投入由基础转向专业

伴随国家对教育的重视和大量投入，培养学生实践能力的基础设施得到完善，学生的实际操作动手水平、分析和解决问题的能力得到了明显的提高。以天津理工大学为例，在经历“十五”、“十一五”基础实验室专项投资建设基础上，投资0.24亿元进行了“十二五”建设，以学科与专业综合建设作为重点，加强教学科研创新平台以及人才培养质量建设。实践教学方面的投入已由基础转向专业，投入的趋向突显学科性。科学研究和工程实践能力的培养越来越可以立足于实验室。

2.4材料科学与材料工程相结合的综合性人才的培养日益受到重视随着社会的发展及国际竞争日趋激烈，社会对材料研究专门人才的需求淡化了材料科学与材料工程的概念，对材料科学与材料工程相结合综合性人才的需求增加。

伴随专业教学内容学科化、综合化，实践性更强，探索性更强。以专业认识实习或企业化的现场实践为实施方式的教学模式呈现出不适应性。实验室建设作为学校教学改革的重要部分，其建设易于朝向保障实现材料科学与材料工程相结合的综合性人才培养目标发展。从高校的性质与任务、高校实验室建设的目的，以及从现实条件来看都是符合逻辑的。

3高等学校实验室实践教学现状的思考与改革措施3.1高等学校实验室实践教学现状的思考

1） 以科学实验教学涵盖实践教学。实验室的实践教学过于强调学科性：教学内容突出学科化，教学方式强调科学探索。与此对应，用于实践教学的投资趋向于科学研究设备。实验设备现代化、高精尖化以及专门化。这种实践教学现状使科学探索深度不断加大，基础实践能力逐渐淡化。虽然对教师与大学生双方的科学素质要求越来越严格，但基本技术的实际操控能力越来越弱化。如果以宽口径的科学研究与工程实践能力的培养标准来衡量高等学校实验室的实践教学，对学生工程实践能力的培养会被弱化。

从材料测试分析方法的课程教学来讲，由于侧重电子探针、原子探针等现代分析手段，材料成分分析最基础的化学分析方法被淡化，而化学分析方法是工程实际中测定钢平均成分的基本方法。大学生就业主体还在企业，仍面向工程实际。大学教育，特别是工科的大学教育，工程知识的教学偏弱，大学生就业难，社会接受度低，这些也是需要考虑在内的客观原因。

另外，先进科研手段层出不穷，先进工程技术不断发展。在先进科技面前，面对高精尖、高价值科技手段，存在看得见却摸不得的客观现实。不能上手，实践能力无从培养。

除此之外，在科技飞速发展的今天，要求大学生群体在一个相对较短的、确定的时间段内了解新的科学研究方法，培养出相适应的科学研究能力，是不可能的，也是不可行的。

2） 实验室实践教学存在明显的教学实验性。高等学校实验室的实践教学受传统的思想影响，实验教学依课程开设，且在内容上注重理论知识的验证，正所谓教学实验，而非实验教学。而且，在实验教学内容中对科学发现的历史缺乏重视。科学发现的历史，不仅在于体现知识体系的形成过程，有助于学生更好地理解、掌握知识，而且在于展现了探究科学的思想方法、在探究科学问题中所采用的技术手段以及技术手段的选择使用、改进与发展的过程，这些恰恰表现的是工程实践的核心内容。

在实验教学形式上，所谓基础性、设计性及综合性实验的划分，多是从实验内容的量、涉及知识性的面及工作难度角度，而非从实验教学的内涵上来考虑。项目之间相互独立，缺乏系统性，且实验项目在内容设置上重复现象严重；实践教学在培养学生创新意识、专业实验能力及科学研究基本能力方面的主体地位与作用上没有有效体现；学生创新意识不能得到有效激发；教学过程未能切实体现以学生为本、学为主体的教育理念。

传统的实验室教学模式不适应宽口径的科学研究与工程实践能力的培养这一实践教学的内涵，实验室教学的实质作用未有效体现。

3） 高校实验室教学的优势尚待发挥且不能与工程实践相协调。按照传统观念，实验室的实践教学注重科学理论相关的工作。在此观念下，设立的实验室多属于科学实验型实验室，而非工程实践基地。为弥补这一不足，高校多致力于建设校外工程实践基地，使本属于学校自身的实践教学体系，被分成校内的实验室实践教学与校外的工程实践教学两部分，使得科学研究和工程实践能力的培养出现脱节，不能协调统一。

校外实践基地的建设有效支撑高校实践教学。因而，许多高校大力建设校外产学研基地，实施“卓越工程师”培养计划等。在“十二五”期间，天津市投资了4.25亿元用于实施卓越人才教育培养计划，建设10个可共享的工程实践教育中心。在实践中发现，所谓工程实践基地实践教学的内容与形式偏向工程，一定程度上弱化实践教学的科学研究与工程实践能力的协调统一，对材料科学与材料工程相结合的综合性人才培养目标的实现具有一定局限性。同样，工程实践基地建设为适应科技飞速发展的现实，满足大学生群体在一个相对较短的、确定的时间段内掌握不断涌现的新的科学技术是不可能的，也是不可行的。另外，由于企业客观现实的限制，校外产学研基地的工程实践教学效果确实大打折扣。况且，在信息交流高度发展的今天，是否需要花大力气建设校外产学研基地以完成工程实践教学是一个值得商榷的问题。

3.2高等学校实验室实践教学改革措施

1） 提高对实验室工作重要性的认识。高等学校实验室是学生实践能力培养及实施工程素质教育的重要场所，保证教学质量及实现人才培养目标的重要基地。党的十八届五中全会已经明确，内涵发展、提升教育教学质量是“十三五” 高等学校改革的核心。必须树立以学生为本，实施知识传授、能力培养、素质提高协调发展的实验教学观念，提高实验教学对培养创新型人才重要性的认识，深化实验教学改革，支撑教育教学质量的提升。

2） 加强实验室建设，深化实验教学改革。首先，通过管理体制创新，实现实验室的角色转换。高等学校实验室建设，要以深化改革现有实验教学体系和管理体制为核心。通过体制创新，打通实验教学与理论教学的教师身份界限，在建立起满足实验教学需要的高素质实验教学队伍基础上，形成设备先进、资源共享与开放服务的实验教学环境，提高实验教学水平，支持实践教学质量的提升，使实验室真正成为实施实践教学任务的主要基地。

其次，通过理念创新，打通科学研究与教学实践之间的界垒，有效地实现教研相长，培养了学生的实践能力。通过理念创新，形成科学研究与教学实践协调一致、科研研究室与教学实验室协调统一的机制，实现教研相长。学术性的教学模式，打通了科研研究验室与教学实验室的管理界垒，专业教学任务由团队协调处理，应该是一个积极的探索。

4结束语

实践教学改革是高校特别是工科院校教育改革的重要部分。实践教学改革是保障学校培养满足社会发展需要的，科学发现与工程实践能力相结合的综合性人才的重要支撑。从高等教育发展面临的形势要求、高校的性质与任务，以及学科专业建设内涵与发展方向的逻辑出发，高校实验室应该培养大学生获取科学知识能力与工程实践能力的能力。借助体制创新，使实验室真正成为实施实践教学任务的核心载体。教育者应通过理念创新，打通科学研究与教学实践之间的界垒，使实验室真正成为学生获取科学知识与进行工程实践能力培养的主要基地。