材料科学与工程基础知识精选(九篇)

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第1篇：材料科学与工程基础知识范文

关键词：培养计划；培养目标；材料科学与工程；麻省理工学院

欧美国家在20世纪60―70年代开始设立材料科学与工程系。名称变更反映了对材料领域研究认识的变迁，即“材料研究需要依据其行为和特征，而不是依据材料类型来进行”。1998年教育部对材料类本科专业目录进行了调整，将原来划分过细的十多个材料类小专业合并成了现在的冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等六个专业。同时，在引导性专业目录中还设置了材料科学与工程一级专业。虽然以材料科学与工程一级大学科来设置专业是必然趋势，但材料科学与工程人才培养模式仍在探索之中[1]。同济大学当年就设置了材料科学与工程本科专业，期望以欧美的模式来培养材料学科人才。实际上，早在20世纪80年代，当时的同济大学建筑材料工程系就为建筑材料专业的本科生开设了材料科学导论、断裂力学、表面物理化学和传热、传质与动量传递（简称三传）4门基础课程。近几年因为参与学院材料科学与工程专业培养计划的修订工作，查阅了国内外许多大学这个专业的培养计划，国内高校在材料科学与工程专业培养计划上的认识一直存在争议。美国麻省理工（MIT）材料科学与工程专业本科培养计划的公开信息最多，不仅有课程列表和学分要求，还有课程的详细简介。尤其是麻省理工的开放课程服务（OpenCourseWare），使得我们还能够进一步了解课程大纲和部分内容。此外，MIT材料学科是USNews全美排名第一的，他们的培养

计划应该具有更好的借鉴意义。本文在反复仔细研究其有关本科培养的各种公开资料的基础上，对其培养计划进行了分析，结合自己的教学工作实践，总结了一些心得体会，希望与国内同行共享。

一、麻省理工材料科学与工程专业的培养计划

MIT材料科学与工程系设3个专业（Course）。其一为一般意义上的材料科学与工程专业（Course 3），学生所得学位是材料科学与工程理学学士（Bachelor of Science in Materials Science and Engineering），其所授学位是被ABET（Accreditation Board for Engineering and Technology，美国工程与技术鉴定委员会）授权的，绝大部分学生都选读这个专业。其二为课程选择度更大的一般专业（Course 3-A），这个专业的毕业生将获得没有特别指定专业领域的理学学士（Bachelor of Science without specification）学位，系里并不寻求ABET对这个学位的授权，只有很少学生选择这个专业，常常是医学、法学、MBA预科生选择这个专业。第三是考古与材料专业（Course 3-C），学生所得学位是考古与材料理学学士（Bachelor of Science in Archaeology and Materials），系里也不寻求ABET对这个学位的授权。从系里是否寻求对所授学位授权就可以看到，MIT材料科学与工程系本科生的主要专业是一般意义上的材料科学与工程专业（Course 3）。后面的讨论主要针对Course 3的培养计划进行。

1. 课程和学分要求

该培养计划的要求包括：（1）MIT的一般要求，共17门课程，其中自然科学6门，人文社科8门，限选科技课程2门，实验课程1门。（2）交流能力课程（Communication Requirement）4门。（3）系内课程，包括一套核心课程（Core subjects，共10门课），一个论文或2个实习以及4门限选课程，合计184～195学分。其2011―2012版本的课程和学分要求见表1，表中课程名称前面的数字表示课程号，后面跟表示学分的数字、课程性质、前修或同修课程号。MIT每门课程的学分由三部分组成，表示学习课程所需要的时间分布，中间用短线隔开，第一个数字表示讲课时间，第二数字表示实验、设计或者野外工作时间，第三个数字表示预习的时间，是以中等学生所需要时间估计的。1个学分大约相当于一学期需要14小时的学习时间。从表 1可见，一般专业课程，预习所需时间是讲课时间的2～3倍。

备注

*可以代替本先修课程的其他先修课程列在课程描述页面。

（1）这些课程可以算作必修课程或者限选课程的一部分，但不能同时计算。

（2）可以选9-12学分。

（3）通过申请，可以被类似课程替代。

2. 限选课程的选择

中列出了21门限选课程，每个学生只需要选择4门课（48学分）。理论上，学生可以在21门课程中任选48学分，甚至经过批准，还可以选择其他系的课程或者研究生课程来代替。实际上，由于材料的范围很广，这些选修课程是根据主要的研究领域来设置的，它们是： 生物与聚合物材料（Bio-and Polymeric Materials），电子材料（Electronic Materials），结构与环境材料（Structural and Environmental Materials），基础与计算材料科学（Fundamental and Computational Materials Science）。

因此，在MIT材料学院的网页上，曾经列出了各领域推荐的限选课程。网页上还列出了每一个方向的咨询教授，以方便对上述领域某一方面更感兴趣的学生选课。

3. 部分课程大纲和教学情况分析

（1）材料科学与工程基础课程

这个课程为15学分（5-0-10），总是与“材料实验”一起选修。课程安排也是交叉进行，实验周不上课，一共有4个实验周。这样，材料科学与工程课程讲课时间就缩短为9周（一个学期14周，最后一周为考试）。其课程安排为周一、三、五各2小时的讲课（lecture），周二和四各1小时的复习课（recitation）。所以一共27次讲课，18次复习课。实际讲课为24次，另外3次课为测验和考试。最后一次考试并不是考全部课程内容，即每次测验和考试都是分段内容。

这个课程由两个教授分别讲授，每个教授都是24次课，因此可以推论，每次每个教授将讲1小时。一个讲授结构和化学键（Structure and Bonding），一个讲授热力学和统计力学学（Thermodynamics and Statistical Mechanics）。

两部分课程分别布置6次作业，每部分每次都是2～3个题目，都有交作业的期限，没有按期交作业的，该次作业成绩为0。作业答案在交作业期限过后就会立即公布。课程总成绩由作业成绩占20%、三次测验占80%构成。得分标准为：总评80分以上A，70～79分为B，55～69分为C，低于55分为不及格。

（2）实验课程

MIT材料系内有2门必修的实验课程，即材料实验和材料综合实验。这两门课程同时还是加强专业交流能力培养的课程，所以，教学过程特别注意专业交流方面（包括论文写作、口头技术报告等）的形式要求。材料实验与材料科学与工程课程同时选修，在2年级第一学期进行。材料综合实验课（Materials Project Laboratory）基本上就是几个同学合作的科研项目，在3年级下学期进行。下面以二年级的材料实验为例，介绍其教学和考评办法。

如前所述，材料实验共4个实验周，实验周没有其他专业课。实验内容包括量子力学原理演示、热力学和结构，同时囊括了几乎全部现代材料分析研究方法（XRD、SEM/AFM、DSC、光散射等），并通过口头和书面方式加强交流能力培养。从教学内容看，这门实验课承担了教授材料研究方法的任务。

一般将50个左右学生（2011年的2年级学生只有43人）分成6个组。每个实验周有3个实验主题，每个主题下面2个实验，2个组共选一个主题，每组选做其中一个实验。6个实验同时进行。一周3次实验，每次4小时。因此，每个组每周只做3个实验（每个主题做1个实验），共12个实验。由于每个组只做了一半的实验，对另一半实验的了解，通过每周2次的1小时交流课程（recitation sections，一般隔天举行）来实现。交流课上，大家各自在黑板上即兴介绍实验的发现，回答教师和同学的提问。

该实验课由3个教授上，其中一个总负责。课程成绩评分标准

二、分析和讨论

1. 关于必修课和选修课

系内必修课程除毕业论文或企业实习外，共有10门。大学一般要求的17门课，理论上可以自由选择，但从表1系内课程的先修课程可以看出，微积分I和II，物理I和II是需要先修的，大学一般要求的6门自然科学课程就去掉了4门，能够自由选择的大学自然科学课程剩下2门。从系里建议的选课表（roadmap）可以看到，另外2门自然科学是化学和生物。所以，自然科学的必修课程实际上相当于14门。

限选课程要求包括GIR类型2门和48学分的系内选修课。有3门系内课程（共39个学分）可以作为GIR课程来选，但不能同时作为系内课程要求的学分。大多数系内选修课程的学分为12分，这样的话，系内限选课48学分需要选读4门。所以，每个学生可以有6门专业选修课程。有意思的是，在表1中只有21门限选课程，而该系主要的研究领域（或者说相当于我们的专业方向）有4个，平均每个方向只有5.25门课。如果去掉2011―2012年新增的2门课程，过去几年只有19门课，平均每个方向只有4.75门课程。看来，MIT材料科学与工程专业的课程设置，并不鼓励学生选单一专业方向的课程。实际上，在以前分专业方向限制选修课时，每个专业方向仅仅提供2～3门课程，进一步的分析见下文。

反观我们的培养计划，我们的专业方向必修课程有5门（14学分），选修课程应选4门（8学分），合计9门课程22学分。因为我们的学分是按照每周上课学时数计算的。如果按照MIT的学分计算方法，学分约为每周上课学时数的3～4倍，考虑到我们的上课周数为17～18周，而MIT才14周，因此，我们的专业方向应选学分至少相当于MIT的88学分，比其4门课程（48学分）的要求多了5门课程（40学分）。可见，我们的培养计划更加注重学生专业方向知识和技能的培养。

另外，MIT材料科学与工程系的研究领域非常广泛，关于其主要研究领域的介绍出现在3个网页上。其一是在该系的学位要求中关于限选课程的介绍网页，4个主要的研究领域分别是生物与聚合物材料、电子材料、结构与环境材料、基础与计算材料科学。其二是在MIT的招生网页，4个主要的研究领域分别是：半导体材料和低维系统（Semiconductor materials and low-dimensional systems）、能源材料（Materials for Energy）、纳米结构材料（Nanostructures）、材料的生物工程（Bioengineering of Materials）。在介绍全体教师（Faculty）的网页，列出了30个研究方向（discipline），共122人次（有重复计算，因为实际教师只有35人），平均每个研究方向4.07人次（或1.17人）。少的方向仅1人如微技术、半导体，最多的是纳米技术，23人次。上面列出的生物工程（包括生物物理和生物技术）9人次，能源材料（包括能源与环境、储能）9人次。人数比较多的研究方向还有结构与环境材料9人次，高分子材料7人次，电、光和磁材料7人次。

可见，尽管MIT研究的材料类型很多，但其本科生培养计划中，涉及具体材料类别方向的课程特别少。

2. 关于考核与成绩

MIT很多课程的成绩评定都包括平时作业和出勤与课堂参与情况。有的课程，考试以外的项目在成绩评定中所占份额可达到50%，有的实验课程则更是高达85%这在一定程度上反映了MIT对大学生平时学习的管理是非常严格的，与我们头脑中关于国外大学生“自由”学习的图像截然不同。

3. 关于选课进度安排

MIT材料系没有规定统一的选课进度表。但从其推荐的选课安排（roadmap）看，具有如下特点：

（1）8门大学一般要求的社科课程（GIR）分布在8个学期选修，即每学期选修1门社科课程；

（2）一年级把大学要求的6门自然科学课程（GIR）学完，包括数学、物理和化学。

（3）二年级起全面进入专业学习。第一学期学习材料科学与工程基础、材料实验2门课程，两门课交叉进行，实验周不上课。上课周每天都有材料科学与工程基础课，实验周每天都有实验或交流，学习安排非常集中。

（4）每学期的课程一般为4门，其中1门为社科课程。

MIT二年级第1学期就学习专业基础课程，这比我们的教学计划提前很多。国内的教学计划进度安排曾经强调，前两年不安排专业课，以至于我们的材料科学与工程课程被安排在第5学期，材料研究方法更是被安排在第6学期，使得高年级学习特别紧张，深入接触专业知识和方法的时间被推迟。

4. 关于培养计划的修订

从网页上能够追溯到MIT材料系1998年的培养计划，其培养计划在2003年做了很大的调整。两者的比较

这两个培养计划的最大差别在必修课，课程名称几乎完全变了。但对比课程名称和教学内容可以发现，新培养计划中的“材料科学与工程基础”包含结构与化学键、热力学与统计力学两大部分内容，分别由两位教授讲授，似乎代替了原来的“材料热力学”、“材料物理化学”和“材料化学物理”3门课程，因为其教材之一仍然是物理化学（Engel， T.， and P. Reid. Physical Chemistry. San Francisco， CA： Benjamin Cummings， 2005. ISBN： 9780805338423）。“材料实验”应该与原先的“材料结构实验”对应，“材料综合实验”应该与原来的“材料加工实验”对应。“材料的微结构演变”与原来的“材料结构”相似。取消了“材料力学”、“材料工程中的输运现象”2门课程。增加了“材料的电光磁性能”、“材料的力学性质”、“有机和生物材料化学”、“材料加工”4门课程。取消2门，合并2门，增加4门，课程总数不变。

选修课变化较小，只是增加了若干课程，特别是生物材料和纳米材料的课程。其实，两门生物材料课程是2000年增加的，当时选修课由4方向增加为5个方向。选修课的最大变化是理论上不再分专业方向，学生可以任意选课。但实际操作时，仍然向学生推荐各专业方向的课程组合。无论如何，每个专业方向的课程不足4门，学生必然需要选修其他方向的课程。

从2003年至今，必修课没有变化，选修课则有一些小的调整（表5）。其中2005年减少了高分子化学、化学冶金学（Chemical Metallurgy）2门课程。增加了2门数学，材料热力学（原来的必修课），先进材料加工，衍射和结构，材料的对称性、结构和张量性质，材料选择，共7门课程。可见，增加的这些课程仍然是与具体材料种类无关的。2007年和2011年分别增加了1门生物材料方面的课程。可见，即使是选修课的调整，仍然在继续加强有关材料行为特征方面的课程，减少有关具体材料种类的课程。

5. 关于培养目标与课程设置

过去，MIT材料科学与工程系培养目标分四类，研究型学位（Course 3）、预科型学位（Course 3A）、实践型学位（Course 3B，2003年取消）和考古型学位（Course 3C）。其中，研究型学位与实践型学位培养要求的唯一差别是不变的，即前者在四年级做毕业论文，后者在二年级暑假和三年级暑假做2个20周的企业实习，其他课程要求完全相同。现在把实践型学位取消了，但仍然保留了学生向这个方向发展的渠道，即学生仍然可以选择做毕业论文或者企业实习，学位合并在研究型学位（Course 3）中。

从2003年培养计划大调整来看，MIT材料科学与工程专业（Course 3）的主要培养目标是让本科毕业生继续深造。也可能是社会需求的变化促使MIT对培养计划进行调整。这从MIT选读实践型学位人数变迁或许可以看出一些端倪（表6）。从1998年到2002年，实践型学位人数多于研究型学位的人数，2002年突然降低，与研究型学位相当。查看大学2年级实践型学位学生注册数，从2002年起突然减少，由原来每年约20人突然减少为6人。2003年培养计划调整当年，还有5人注册为实践型学位，这应该是此前培养计划延续所致。

那么，没有了实践型（Course 3B）学位，是否还有学生仍然会选择实习代替论文呢。下面从2002～2008年MIT材料系本科毕业生去向分析。除了一些研究生院，网页一共列出了38家企业和17家政府部门或咨询机构。统计2002年以后（至2005年结束，当年仅剩下1人）各年4年级实践型学位人数（也约等于当年毕业人数）总和恰为38人，与毕业生去向统计的企业单位数刚好相同。这难道是巧合？是否可以推论，2003培养计划修改之后几乎就没有学生选择去企业实习了？

MIT材料专业取消实践型学位，以及此后可能几乎没有人选择实习代替毕业论文事实，一方面可能与美国产业向国外转移，本国企业对工程师的需求减少有关；另一方面，MIT培养计划中的课程设置调整也起了一定作用。因为选择实践型学位人数锐减在前（2002年），培养计划调整在后（2003年）。培养计划中去掉的必修课“材料力学”和“材料工程中的输运现象”，显然属于工程类课程。因此，其培养计划课程中增加材料研究型基础知识、减少工程知识的倾向十分明显，也说明其培养计划随社会需求进行了及时调整。

另外，尽管2003年培养计划中的必修课有较大调整，但选修课调整比较有限。而且调整前后，没有改变其材料类本科生宽专业培养的模式。

但在选修课中，把专业方向的基础课程去掉，仍然让人有点匪夷所思。例如，高分子化学在高分子材料领域历来就被认为是专业基础课。MIT在2005年却把这门课从本科生培养计划中去掉了。查看其高分子方向研究生培养计划核心课程，可以看到高分子物理化学、高分子合成、高分子合成化学等基础课程。可见，MIT把专业方向的一些基础知识培养放在了研究生阶段。

以上似乎给人这样的印象，如果不继续读研究生，则专业方向的基础知识是不太够的，无形中将人才培养的周期拉长到研究生阶段了。但从我自己教学的经验来看，学习高分子物理就可以了解高分子材料的行为和特征，未必需要清楚地知道高分子材料的合成与制备方法。我的一些研究生以前从未学习高分子方面的课程，为了让他们在研究中能够理解和使用高分子材料，我就是先给他们讲授高分子物理的基本知识。

另外，注意到MIT材料专业研究生数量是本科生数量的2.2倍，有很多研究生来自校外，特别是来自国外。所以，MIT材料专业培养计划中对专业方向选修课程的调整，结合研究生阶段的课程安排，既考虑到了本科宽专业基础的培养模式，又打通了本科生培养与研究生培养之间的关联，在研究生阶段加强专业方向基础知识的培养，也便于接受其他教育背景的学生来读研究生，还是十分合理的。

MIT材料专业的本科培养计划，不断强化了按照材料大类进行培养的模式，必修课和选修课都加强了材料基本行为知识的课程，减弱了材料类别基础知识的课程，把后者移到研究生教育阶段。这说明国外关于“材料研究依据其行为和特征，而不是依据材料类型来进行”的认识形成30多年以来，不仅没有改变，还在进一步加强。MIT在2003年对培养计划大调整时，加强了材料研究基础知识课程，减少了工程类课程，其本科生的主要去向是进一步深造，直接到企业就业的比例急剧减少。本科生阶段加强研究基础知识课程，把专业方向基础知识培养放在研究生阶段，加强了研究生的知识培养，可能是其材料研究能够长期在美国名列前茅的原因之一。

第2篇：材料科学与工程基础知识范文

1专业知识体系的调整

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

2课程体系的设置

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

3课程标准的制定

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

第3篇：材料科学与工程基础知识范文

关键词：航空材料 教学内容 教学深度

中图分类号：G642.4 文献标识码：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.05.030

1 引言

在现代材料科学与技术的发展历程中，航空材料一直扮演着先导和基础作用，机体材料的进步不仅推动飞行器本身的发展，而且带动了地面交通工具及空间飞行器的进步，发动机材料的发展则推动着动力产业和能源行业的推陈出新。“一代材料，一代飞行器”是航空工业发展的生动写照，也是航空材料带动相关领域发展的真实描述。可以说，航空材料反映结构材料发展的前沿，航空材料代表了一个国家结构材料技术的最高水平。近年来，各个航空类院校针对材料专业、机务维修专业、航空工程等专业纷纷开设航空材料课程，也出现了很多航空材料方面的教材，比如，哈尔滨工业大学出版社出版的《航空材料学》，国防工业出版社出版的《航空航天材料》，《航空工程材料》，西北大学出版的《航空材料及应用》。这些教材内容各有特点，有的是偏重于材料的基础知识，而真正关于航空用材的内容一带而过，有的是偏重于介绍航空材料的性能及研究进展，系统性不足。由于不同专业的培养目标不同，材料方面的基础知识掌握情况不同，航空材料课程内容必须具有针对性，不能搞一刀切，针对不同专业，课程定位和教学内容都应各有侧重。不应拘泥于某一本教材，要对教学内容进行针对不同专业的整合。

2 材料专业的航空材料课程内容

材料类专业一般从大学二年级就开设了材料科学基础，以后又陆续开设材料力学性能、材料物理性能、材料时效分析、功能材料、工程材料、材料加工成型原理与工艺等课程，通过这些课程的学习，学生已经很系统的掌握了材料的结构、性能、加工、使用性能之间的关系。所以航空材料课程的定位应该是专业课。从教学内容上，要舍弃材料科学基础的内容，舍弃大量基本原理、基本概念和方法，舍弃工程材料中重点讲述的一般钢铁材料的内容，重点讲述基础课程中所没有涉及的轻合金及高强钢、高温钛合金、镍基高温合金、金属间化合物、复合材料、航空用功能材料。介绍航空用材的发展趋势及科研走向，性能提高的主要障碍及克服的方法。不仅使学生对现有航空材料有所了解，同时激发学生对航空材料做进一步研究的兴趣。课程内容可做如下整合。

2.1 航空用结构材料

课程内容应以航空结构材料为主，重点讲授机体及发动机用结构材料。课程安排如下。

2.1.1 轻合金及超高强度钢

轻合金和超高强度钢都是航空飞行器的主要结构材料，其主要特点是比强度高、综合性能好。铝合金是应用最早的航空材料，具有密度小、塑性好、耐腐蚀、易加工、价格低等特点，至今仍被大量用于制造飞机机体材料。钛合金比强度高、热强性好，它的发展一开始就与在航空工业中的应用联系在一起，目前越来越多地被用于制造飞机机体和发动机的压气机等部位，在航空工业中占有越来越重要的地位。镁合金比铝合金和钛合金的密度更低，近年来由于其耐腐蚀性等问题得到一定程度的改进，使其在航空中的应用有上升趋势。超高强度钢主要用于制造飞机机体的重要承力件，在飞机用材中占有一定比例。

2.1.2 高温金属结构材料

高推重比、低油耗率发动机的关键是高温结构材料。发动机材料服役的基本环境特点是：高温，高载荷，高氧化腐蚀，高性能重量比，高可靠性与长寿命。针对服役的特点，选择材料出发点为：可承受的最高温度，高温比强度与比寿命，高温抗氧化能力，韧性，导热性，加工性。镍基高温合金由于具有最佳的综合性能一直是航空发动机涡轮和叶片材料的主要用材，各种新的加工方法的使用都是为了近一步提高它的性能，比如，定向凝固技术、单晶铸造、定向共晶自生技术、合金提纯等。随着涡轮前温度的不断提高，替代材料也成为研究的重点，在对比了陶瓷材料和金属间化合物六点性能之后，金属间化合物及以它为基的复合材料因为具有更高的耐热性和一定的塑性成为非常有前景的高温金属结构材料。

2.1.3 现代复合材料

复合材料是由两个或两个以上独立的物理相组成的一类固体产物。现在人们可以更能动地选择不同的增强材料和基体进行合理的性能设计，再采用多种特殊的工艺使其复合或交叉结合，从而制造出高于原先单一材料的性能或开发出单一材料所不具备的性质和使用性能，比如现代复合材料有高的比强度和比刚度，成为现代飞行器首选的结构材料之一。复合材料在飞机中的用量不断提高，在最新的波音787和空客380中的用量已经分别达到了30%和60%，作为结构材料最有前景的当属金属基或金属间化合物基复合材料和陶瓷基复合材料。

2.2 航空用功能材料

航空用功能材料主要指飞机机载设备用材，包括飞行保障设备、辅助动力装置设备、电子设备和武器设备四大类。机载设备用材的关键材料主要是各种微电子、光电子、传感器等光、声、磁、热的高功能及多功能材料。重点发展高灵敏度红外探测材料、高透过率红外罩材料、电致伸缩和磁致伸缩陶瓷材料、双脉冲点火发动机舱隔板材料、激光倍频材料、高强度激光材料、双模制导头罩材料、零膨胀微晶玻璃材料和极高反射率镀膜材料等。

3 非材料专业的航空材料课程内容

机务维修、航空工程等专业的没有系统学习材料类知识，对大量材料科学与工艺相关概念、术语等难以理解，针对这些专业的航空材料课程首先要对材料科学与工程的基础知识、基本概念和原理进行简要的介绍。

3.1 材料科学与工程基础知识部分

第4篇：材料科学与工程基础知识范文

您好！

我是xx大学材料科学与工程学院高分子材料与工程专业xx届的一名学生，即将面临毕业。

xx大学是我国著名的汽车、机械、材料科学等人才的重点培养基地，具有悠久的历史和优良的传统，并且素以治学严谨、育人有方而著称；xx大学材料学院则是我国材料科学研究基地之一。在这样的学习环境下，无论是在知识能力，还是在个人素质修养方面，我都受益匪浅。

四年来，在师友的严格教益及个人的努力下，我具备了扎实的专业基础知识，系统地掌握了材料科学基础、物理化学、有机化学、分析化学、材料实验学、机械原理及化工原理等有关理论；熟悉涉外工作常用礼仪；具备较好的日语听、说、读、写、译等能力；能熟练操作计算机办公软件。同时，我利用课余时间广泛地涉猎了大量书籍，不但充实了自己，也培养了自己多方面的技能。更重要的是，严谨的学风和端正的学习态度塑造了我朴实、稳重、创新的性格特点。

此外，我还积极地参加各种社会活动，抓住每一个机会，锻炼自己。大学四年，我深深地感受到，与优秀学生共事，使我在竞争中获益；向实际困难挑战，让我在挫折中成长。前辈们教我勤奋、尽责、善良、正直；吉林大学培养了我实事求是、开拓进取的作风。 我热爱贵单位所从事的事业，殷切地期望能够在您的领导下，为这一光荣的事业添砖加瓦；并且在实践中不断学习、进步。

第5篇：材料科学与工程基础知识范文

“材料科学基础”课程是材料、机械等业的核心基础课程之一，研究对象为材料的共性基础知识，阐明材料的成分、组织、制备工艺和性能之间的关系，与生产实际紧密联系。“材料科学基础”课程包涵金属材料、功能材料等材料科学多方面知识，课程部分内容抽象、概念性强，初学者难以理解，例如晶体结构、结晶过程、位错等。“材料科学基础”知识内容又与生产实际紧密联系，用该课程理论知识可以解释、指导生产过程中遇到的现象和问题的解决。材料科学是科技进步的先行者，重大科技的进步总是与材料科学相关联，随着科学技术的发展，新材料、新工艺、新机理被不断发现，可以看出，该课程讲授的知识要与时俱进，能够赶上相关学科科技的发展。但是，目前的教学过程中，该课程教材内容和教师授课内容，都偏重于理论教学方面，内容比较抽象，有些知识对于初学者难以理解，如位错理论等，此外，在一些应用型高校中该课程的授课方式和研究型高校没有什么差别，实验和实训课时不够，教学过程中授课知识与生产实践脱节，没有体现实践能力培养，不能很好的培养学生解决实际问题的能力，与应用型高校培养目标不相一致。因此，在课程教学过程中，围绕“卓越计划”目标，需要加强实践能力培养，教学内容、教学方法和考核体系的改革势在必行。

1 优化教学内容，强化实践教学

上海电机学院是一所工科特色明显的地方应用型高校，材料成型及控制工程专业于2013年获批为教育部“卓越工程师教育培养计划”，“材料科学基础”课程主要教学对象为该专业本科生。我校的材料成型及控制工程专业以塑性成形工艺及设备、模具设计与制造为主，培养的是工程技术型创新人才，大部分学生毕业后，服务于热加工、模具制造等行业。因此，需要在夯实基础、拓宽口径的前提下，结合我校人才培养目标，优化教学内容，强化实践教学。

该课程的教学内容主要有材料的结构、相图、凝固、缺陷、扩散、塑性变形、回复与再?Y晶以及材料的电、热、磁、光等性能[1-3]，可以看出，课程概念多且比较抽象。应用型高校随着教育改革的深入开展，一般设置该课程为48至60课时，课时量偏少，教师在授课过程中为了能够将课程内容讲授完整，往往偏重于理论知识教学，实验和实训课时少，导致该课程与工程实际应用联系不多，不能很好地培养学生解决实际问题的能力，不符合应用型高校和“卓越计划”的培养目标。为解决这个矛盾，我们采用增加课内实验课和增设单列“材料科学综合实验”课程相结合的办法，具体为：课内教师开发计算机模拟晶体结构等实践课程；课外（一般在学期末或假期）增设一周的“材料科学综合实验”课程，主要有金属塑性变形、金相实验等。此外，该课程有些理论知识过深，导致初学者学习起来感到困难，因此，有必要优化教学内容，降低部分课程内容教学难度与深度，特别是相关公式推导，有些难理解且与后续专业课知识重叠的理论知识可以留待专业课中精讲，如位错理论、铁-碳合金相图可以在《金属学原理及热处理》课程中精讲。

2 改革教学方法，体现实践能力培养

“材料科学基础”课程知识内容具有很强的理论性和抽象性，同时，也具有很强的生产实践性，如果应用型高校仍然采用单一的传统理论教学模式，就会导致实践教学效果差，学生的实践能力也得不到很好培养[4-5]。为提高课程教学效果，特别是实践能力教学效果，需要根据课程的特点，以材料的“成分-组织-工艺-性能”为主线，把孤立的内容有机的联系起来，通过教学方法的改进，体现实践能力培养。

（1）改革单一的理论教学方法。单一的理论教学方法一般是教师在讲台上讲授课程，通过“板书”形式表达授课主要内容和逻辑推理，学生做着听的方式。这样的授课形式呆板，学生学习效率底下，不适应“材料科学基础”课程中有关实践知识教学。为此，我们在授课方式进行了改革探索，在课堂教学过程中采用精讲重点内容，略讲或以“繁”化“间”方法讲解过深的理论知识，增加教师与学生互动讨论、学生自学、学术报告（教师参加相关学术报告，将学术报告录像后在课堂播放的方式）等多种形式的教学方式，让学生积极参与课堂教学，并让学生充分感觉到自己才是课堂教与学的主体，增强责任感，觉得自己有责任也有义务学好相关知识，从而达到“拓宽知识广度，增加学习深度”的教学目标。例如，课堂上可以通过讲解实例：比利时在1938 年冬季发生的阿尔伯特运河钢桥突然断裂坠河的事件，让学生感受到真实的画面，引发学生了解钢的力学性能与成分之间关联的兴趣，然后，教师可以布置任务让学生分析原因，最后，教师可以总结分析原因，即，建造桥时，所用钢材的磷含量过高，引起冷脆，从而造成桥体断裂，带动学生思考。

此外，教师要时刻关注本学科最新科技发展情况，要将相关新材料、新工艺、新机理等与教材理论知识融合后，再进行讲授，让学生认识到课本知识确有其应用的地方，增强实践感，感受到理论知识的重要性，激发学习兴趣，例如，任课教师在课堂讲授过程中将自己科研工作中的一些成果、相关材料研究前沿领域等结合到课堂教学中，起到拓展学生视野、激发学生好奇心，提高学习兴趣，也体现了实践能力的培养。

（2）充分运用多媒体教学。“材料科学基础”课程部分内容抽象、概念性强，对于大多数初学者来说，感到难学。因此，在课堂教学过程中，教师应尽可能采用启发式教育，多使用PPT演示文稿，发挥多媒体辅助教学作用，提高理论教学的直观性，便于理解接受，例如，用动态画面演示晶体结晶、空间点阵、晶体缺陷、以及相图等内容。在多媒体教学的辅助下，组织学生自学，并进行课堂讨论，以学生发言为主，这既能让他们直接参与教学，也能让教师了解学生学习的不足部分与难点，从而提高课堂的质量和效果。

此外，采用多媒体教学，还可增大教学容量，提高教学效率，积极改进教学过程。例如，在讲授金属形核和长大等理论知识时，采用PPT动画演示具有很好的教学效果，PPT动画演示能让学生直观感受到晶体形核和长大过程，减少理论教学时间。

3 改革评价方式，提高实践能力考核比重

“材料科学基础”是一门理论和实践相结合的课程，因此，在进行理论教学同时，要加强实践教学，学生在实践教学中（下转第104页）（上接第160页）能充分发挥自己的想象力和创造力，扩大知识面，形成工程实践思想[6，7]。因此，在对学生进行基础理论考核的同时，更应注重对实践能力的考核。然而，目前“材料科学基础”课程的考核普遍存在以下几方面问题：（1）以卷面?我豢际猿杉?决定最终成绩；（2）偏重理论知识考试，工程实践能力没有引起足够重视；（3）题目的难易程度难以把握等。

为应付考试，学生往往是在考试前几天突击，通过死记硬背有关理论知识应付考试过关，这种应试教育很难调动学生学习的积极性和主动性，考试结束后，学生基本忘记所学知识，达不到培养目标，因此需要对评价方式进行改革。对于“材料科学基础”这门课程，我们采用量化考核和模糊考核相结合的方式进行，分别占总成绩的70%和30%。量化考核还是采用试卷方式进行，主要有理论知识、实验设计等内容。模糊考核主要根据学生在理论和实验课中的表现，如出勤率、课堂纪律、向老师提问和课堂回答问题的积极性、实验操作能力、学习积极性的提高、团队合作能力等方面，同时结合自评和同学间互评的方式对实验课程进行考核评价。

第6篇：材料科学与工程基础知识范文

[关键词]材料科学基础 大学本科实验 教学改革 创新意识培养

[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）14-0093-02

一、问题的提出

时代特点决定了当代大学生除了要具有丰富的理论知识外，还必须要具有一定的实践能力和自主学习意识，以及对未知世界的探索欲望。自主学习意识是一种思维模式，是人面对未知世界时大脑的一种反应，是人处理问题的方式，它需要在实践中逐步建立。自主学习的能力包括两个方面：自信和方法，首先应该在大脑中建立通过独立自主学习可以获得成功的自信，然后是在独立自主学习过程中摸索自主学习的方法，从而获得自主学习的手段。[1]可见现代大学教育，还要进行自主学习能力、创新意识和对未知世界探索欲望的培养。[2]

二、材料科学基础课程的特点

材料科学基础是材料、机械、化工等专业必修的一门专业核心基础课程，是锻造工艺、焊接工艺与焊接性、铸造工艺、材料成型与检测等众多材料课程的基础，具有很强的理论性和实践性，同时材料科学基础也是一门不断发展的科学，所以还具有探索性。通过这门课程的学习，学生可以获得材料科学的基础理论知识，同时还能使实践能力得到锻炼，并树立自主学习意识，发展自主学习能力，培养创新意识。

三、材料科学基础教学的组织

根据材料科学基础教学大纲的基本要求，可将材料科学基础的教学分为两个方面：课堂教学和实验教学。

材料科学基础课程的内容抽象、微观，具有较强的理论性。

抽象方面，比如晶体的原子排列、晶格类型以及晶面晶向等，都是晶体材料原子排列一般规律的总结，并被赋予了客观的准确描述，使其成为材料性能和组织分析的依据。与此相似的还有凝固理论、扩散原理等。

微观方面，材料科学基础中的晶体结构、晶体缺陷、合金相图等理论都涉及原子的排列和运动，学生只能借助高科技手段对原子运动的结果进行观测，并借助理论分析原子的运动。

在理论性方面，材料科学基础的内容涉及大学物理、化学等理论课程知识，教材中引入了大量的理论推导，以及通过理论推导的预测，要求学生拥有扎实的基础知识。[3] [4]

正是由于上述三个原因，在教学过程中学生反映对教学内容理解困难、不透彻。这不仅加大了教学的难度，也为高校将自主学习能力、创新意识和对未知世界探索欲望的培养融入这门课程的教学创造了条件。

为了帮助学生对知识的理解和培养学生的动手能力，本课程的教学采用课堂教学和实验教学相结合的方法。目前此课程仍存在实验教学同理论教学脱节的问题：1.实验内容犹如蜻蜓点水地从理论教学内容中抽取部分知识点设计实验，覆盖面小；2.实验内容不具备连贯性，在已安排的材料科学基础实验中，实验内容之间没有关联（实际上很多理论内容之间都是存在关联的），知识脱节。这两个方面的原因导致实验的效果都不理想。

受考研和就业的影响，学生平时在材料科学基础课程上所能投入的时间和精力有限，为了不增加学生的负担，也为了更好地开展实验教学，我们必须对材料科学基础的实验进行改进，其指导思想如下。

1.实验内容需包含材料科学基础的主要教学内容，实验内容根据教学内容环环相扣，即前一个实验的样品和结果是后一个实验样品制备的开端。

2.为了降低制备实验样品的工作量，减轻学生负担，在实验过程中始终使用一个样品，但是不同实验对样品处理的方法和步骤不同。

3.实验教学进度同课堂理论教学进度相匹配，实现同步，这样理论和实践可以相互促进。

4.修订实验指导书，其中应包含实验目的、实验原理、实验步骤等与实验操作相关的内容，使学生可以独立自主地完成实验，培养实践能力和自主学习意识。此外，实验指导书也包含一定的拓展内容。

根据上述的指导思想，表1按次序列出实验名称，同时给出了实验内容和对应的理论知识以及要达到的实验目标。表1中的实验是根据课堂教学内容次序和实验知识点的承接性安排的。正是由于内容具有承接性，所以样品可以连续使用，即晶相样品制备实验中使用的样品也是淬火处理及晶相组织观察实验的材料，然后对淬火后的样品进行退火处理及晶相组织观察实验，再对样品进行塑性变形及再结晶组织观察实验，最后用这些样品进行金属材料硬度同组织的关系实验。由于样品贯穿整个实验使用，降低了制备晶相样品的难度，同时没有增加学生的负担，实验内容也涉及了材料科学基础的主要教学内容。

■

为了培养自主学习意识，学生可以根据自己的实际情况自主安排做实验的时间，进而发挥自己的学习主观能动性。为了更好地同课堂教学相配合，要求学生的实验安排同课程教学的进度相匹配。在教师给学生的实验指导书中，需要明确实验目的，细化实验步骤，以及进行相关的试验结果讨论。同时为了拓展学生的思维，在实验指导书中需要提供更深层的理论和实践问题。

为了锻炼学生学习的独立性，在学生遇到不易解决的问题时，教师首先要求学生自主查阅相关的科技图书文献解决，其次鼓励学生主动与实验教师探讨获得解决方案，最后教师统一讲授给出解决问题的最佳方案。这样的安排对培养学生独立思考、独立解决问题以及与他人沟通的能力有很大帮助。[5]

通过课堂教学和实践教学相结合，同时将培养学生的自主学习能力、创新意识融入其中，使学生的学习自觉性明显提高，期末考试成绩大幅度提升，硕士研究生入学考试通过率和成绩也都得到提高。

四、结束语

材料科学基础作为一门理论和实践性都很强的材料专业基础核心课程，在其教学过程中除了理论讲授之外还要进行与理论紧密联系的实验。将这门课程的教学与培养学生的实践能力、激发学生自主学习与创新意识紧密结合起来，在培养符合21世纪需求的合格大学本科毕业生方面可以起到事半功倍的效果。

[ 注 释 ]

[1] 郭元祥.知识的教育学立场[J].教育研究与实验，2009.

[2] 周亨近等.高分子材料与工程“宽专业”培养模式和课程体系的研究与实践[J].化工高等教育，2002.

[3] 石珂德.材料科学基础[M].北京：机械工业出版社，2003.

第7篇：材料科学与工程基础知识范文

    目前,无机材料物理化学课程沿用陆佩文[5]编写的硅酸盐物理化学课程体系,在多年教学过程中发现该课程体系存在如下的问题:

    1知识点分散

    无机材料物理化学课程的内容包含了材料科学基础的晶体学及晶体缺陷的内容,包含了材料加工的基础知识相平衡和相图,同时又涵盖了无机非金属加工过程特有的熔体和玻璃体,陶瓷加工过程的基础粘土水系化学,烧结加工过程的扩散、固相反应、固态相变和烧结等基础知识.课程体系分散复杂,课程的内容繁多,每一章单独成为体系,前后的联系不够明显.

    2与实际接触的宏观事物距离较大

    无机材料物理化学的教学体系以理论推导为主,涵盖了大量的前期科研工作者进行的理论推导,并且结合实践给出了很多应用.由于工科学生课程体系设置的特点,注重工程实际,注重在实践中解决问题.因此,在学生现有认识事物的体系中,对于宏观上能看到、能摸到的理解和掌握起来比较快,而对于微观的、抽象的体系认识起来难度比较大.

    3与实际的生产不能有效结合

    现有无机材料物理化学课程作为工科课程来讲,离实际工程应用距离比较远,对学生的吸引力不够,很多学生在课堂上经常问学了这么多公式、这么多图有什么用,而这个问题按照现有的课程体系无法回答.

    无机材料物理化学课程体系改革

    无机材料物理化学的知识点总体上概括起来可以分成两个主要方面,一是与陶瓷(水泥)生产密切相关的知识,二是与玻璃生产密切相关的知识体系.在此为分类基础上,对课程的知识点和讲授顺序重新进行了调整尝试.

    1以陶瓷生产为主线的课程体系设置

    在介绍与晶体相关的知识过程中,主要以实际中的陶瓷为例,首先进入晶体的微观世界,引出陶瓷的晶体结构,由晶体结构引出晶体概念、晶体化学知识,在晶体中漫游会发现很多缺陷,进而介绍缺陷的知识.简要介绍陶瓷的生产工艺,从原料加工到成品过程用动画演示,介绍原料过程中讲解粘土-水系的胶体化学,其中包含的胶体性质及一般的熔体性质通过固体的表面和界面部分来了解;利用陶瓷烧结过程中的烧结温度选择,引出相平衡和相图,重点介绍这部分内容,在烧结过程中的微观动画展示后引出扩散-固相反应-烧结.此部分中,重点是晶体的结构及相平衡的知识.

    2以玻璃生产为主线的课程体系设置

    与玻璃相关的课程知识介绍的过程中,首先展示玻璃,随后简要介绍玻璃的生产过程,该过程由于有无机非金属材料工学进行具体介绍.因此,只需描述即可,其后引出玻璃原料,简要复习晶体结构知识,按照生产流程加热熔融后的现象要有熔体和玻璃体部分来了解,结合玻璃的生产讲解相变过程中涉及到非晶体部分相平衡中的知识.在此部分的讲解中重点介绍非晶态物质的形成机理及过程.通过如上的体系改革使学生能够充分认识课程知识,并且知道整个体系的来龙去脉,使学生由过去的被动接受变为主动有意识的学习,形成良好的学习动力.

    课堂教学过程中“四要素”的融会贯通

    材料科学与工程的“四要素”始终作为课程讲授的主线,作为基础课程,主要授课的目标还是材料科学这四个要素之间是如何建立起联系的,为什么有这样的联系,影响因素等知识.在结晶学部分每介绍一个新概念,都有意识介绍该概念对无机材料工艺及性能的影响及其应用,如介绍空间群概念后简要介绍空间群分类后对压电性能的影响,丰富学生的知识体系,而且可以更好的融会贯通,理解概念.在熔体部分的性质概念介绍之后,要简要了解熔体的性质对玻璃加工工艺的影响.在讲粘度时,主要介绍粘度与温度和组成等因素的关系,但是到底会有什么样的影响并没有介绍.因此很多学生就是为了学习粘度知识而死记硬背,不知道粘度的具体应用,而在课堂上简要介绍过粘度会影响玻璃的加工温度及玻璃的成型性能时,同时简要介绍怎样影响的,就会使学生知道知识是有用的,学习起来目的性更强,而且方便对一些概念的理解记忆,而不是简单的死记硬背.在相平衡一章中,相图是一个重要的知识点,也是材料科学体系中一个非常重要的工具,学好相图对材料科学下一步学习至关重要.但是在以前的教学过程中按照书本的知识体系从头到尾介绍之后,很多学生都是一片茫然,似乎感觉是学习了几何学又或是物理学,不知道无机材料物理化学中为什么要单独拿出这一章来讲解这个图.经反思教学过程发现,在教学过程中过分重视教学内容的传授而忽略了这个工具实用性的介绍,按照“四要素”理论,相图这个工具应该是工艺制定的重要根据,因此在改革后的讲授过程中,在介绍过相率和简单的三元相图等基本知识后,就具体地举了一个Al2O3-SiO2-CaO三元体系陶瓷烧制的过程,简要介绍了如何利用三元相图进行原料配料计算,如何确定烧成温度,及得到的烧成体的主要成分和构成等知识.使学生先知道三元相图的作用,在材料学“四要素”体系中的位置,然后在具体地讲解三元相图的分析过程,并且在讲解过简单的三元相图后还要举1~2个实际的复杂例子进行实际应用.

第8篇：材料科学与工程基础知识范文

关键词：材料化学；教学问题；改革趋势

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.244

材料化学是材料化学专业的一门基础课程以及主干课程，是在化学学科、材料科学的相互交叉、渗透的过程中，形成、发展起来的，属于新兴的交叉、边缘学科。我们所采用的材料化学课程包括了晶体学基础、金属材料、有机高分子材料等等内容。材料化学的课程目的是为了使学生具有初步分析、解决材料中的化学问题的能力，通过该课程的学习，使学生熟悉材料的合成方法、表征手段，使学生掌握材料结构的基础理论，熟悉材料应用领域中的一系列知识，掌握材料性质与结构的关系等。并且为了培养学生的创新能力，通过对材料化学课程的系统学习，能够提高学生的综合素质。

1 材料化学教学中存在的问题

随着新材料、新技术、新理论等的出现，材料化学的快速发展要求教材不断更新，材料科学具有了新的生命力和发展前景。材料科学与工程技术日益融合，材料科学研究已经深入到源自尺度，发生了深刻的变化，并开拓了新的研究领域，如：微纳结构材料等等。并且材料化学是一门实践性很强的学科，作为教材，在日新月异发展的同时，需要具备基础性、前沿性和应用性特征。但是目前，教材对学科的原理、规律等难以阐明，缺乏较强的理化基础，根本无法适应学科的发展变化。一些大学毕业生就算具备很好的理论基础，也缺乏适应能力，后劲不足的缺点。对于材料化学研究的目的来说，教材具备应用型能够学以致用，目的明确；而教材具备前沿性，能够有利于学生较快地适应日后的科研工作，能够恰当地反映材料科学发展。随着科技的不断发展，新型材料的研发已经成了高科技中作为活跃的部分，从实验开发到工业应用，材料研究的周期大大缩短，因此，在材料化学的教材中，需要有意识的突出这一特征。另外，材料化学学科发展实践短，研究范围广，是一门新兴学科，课程参考教学资料少，存在本学科中的新理论、新技术不能及时充实到教材中的现象，对教材编著人员素质要求高，因此，材料化学课程教学内容要体现出与时俱进的理念，要进行很好的选取、改革和优化。

2 材料化学教学内容的改革趋势

2.1 材料化学课程教学内容的选取

在内容选取上，材料化学课程教学内容要根据两条原则。首先，材料化学课程教学的目标是“加强基础、突出应用、提高素质”，因此，要根据材料化学课程的研究内容和课程特征，处理好与其他学科的关系，材料化学专业的材料化学课程强调基础理论，适当地介绍一些传统材料，适当地加入一些内容，如：晶体理论、能带理论、热力学基础、金属结构近似模型等等。其中晶体理论包括晶体缺陷、X射线衍射基本原理、晶体结构对称性等等，不能有物没有理论，也不能有理论没有物理，并且还要适当的介绍一些新型功能材料结构、使用性能等。同时，还要突出其基础理论性，要与金属材料、高分子材料、无机非金属材料等联系起来又区别开来，突出材料合成条件、结构性能的关系。其次，要根据学校学科特点，遵循教学内容的选取原则，如：整体优化、精选内容、跟踪前沿等，根据教师的特长及科研成果，体现出课程内容的前沿性，实现课程内容的广度和深度，力求能够反映出当代材料化学新成就、新工艺等，让学生充分了解到材料化学发展趋势，如：纳米材料、能源材料等新材料，扩大学生的视野，培养学生的学习兴趣。

2.2 选取与优化材料化学课程内容的要求

首先，要了解化学在材料科学总的地位，熟悉材料化学的定义、材料类型、材料应用，了解与材料科学有关的期刊，了解新型材料的制备方法、功能、用途。材料化学结构理论要求掌握晶体结构的周期性、对称性概念与性质，主要包括点阵理论和晶体结构、原子结构等。要求要了解常见的对称元素系、疯子的几何构型等等，熟悉金属、离子化合物晶体，了解群的定义，常见分子点群，了解描述晶体结构的表达方法，掌握金属键能带理论、金属单质结构的近似模型，了解晶体学语言转变为化学语言等的方法，熟悉分子之间作用力等，了解不同化学元素等对材料性能的影响，了解不同材料的本质区别。材料化学合成原理与技术，要掌握材料制备技术，如：无定型材料的制备和晶体材料的制备等，熟悉无机材料制备基础理论，如：化学热力学、动力学等，熟悉高分析材料合成原理与方法。如：自由基聚合、高分子化学反应等。并且要熟悉晶体X射线衍射原理等等。其次，要加深理解各种传统材料结构决定性能的观点，熟悉几类重要材料，如：玻璃与陶瓷、聚合物等。另外，要熟悉纳米材料概念、技术等应用前景，了解光学功能材料、电性能材料等。

2.3 材料化学课程教学内容选取措施

一为了帮助学生顺利抵学习材料化学的基本原理，要重视由表入里、由浅入深的认知过程，处理好材料结构与性能、宏观与微观的关系。

二为了贯彻少而精、精而新、新而优的原则，在讲解课程基础知识的同时，要注重理论的连贯性，注意适当穿插新的研究成果，处理好课程内容更新与精选、更新与基础的关系，拓宽学生的知识面，注重其他课程和学科的渗透、促进作用。

三为了巩固学生学到的知识，要充分发挥例题习题的作用，使学生运用所学的知识去分析、解决问题。加强学生的练习，拓展并深化对基本概念、原理的理解，检查学生对课程内容的理解和掌握程度，提高其分析问题和解决问题的能力。

四为了训练学生演绎法和归纳法两种思维方式，要重视演绎法和归纳法的学习、运用，为化学理论提供一种思维体制，总结更新知识，培养学生观察、分析、推理等能力。

五为了提高学生的创新意识和综合素质，要注重理论联系实际，注重实验技能的训练，处理好理论教学与实验内容的关系，通过实验教学加深对原理的理解。

参考文献：

[1]李奇.材料化学精品课程建设的实践与思考[J].化学教育，2012（09）.

第9篇：材料科学与工程基础知识范文

【关键词】材料结构分析 精品课程 教学改革

【中图分类号】R2 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0024-02

材料结构分析技术是研究晶体结构及其变化规律的重要手段，是材料科学工作者必须掌握的基本知识。随着科学技术的不断发展，众多新型材料不断涌现，材料微观组织与结构分析在材料科学研究中所扮演的角色也越来越重要。因此，高校理工科专业开设有关材料结构分析相关课程，其必要性与重要程度不言而喻。

中南大学材料学院开设的“材料结构分析”一课是全院乃至全校示范性课程，其拥有一流的教师队伍，课程教学内容充实、教学方法先进，教学管理制度完善，教学团队还根据课程内容出版了一系列高水平教材和实验指导书籍。课程的主要内容是有关材料结构表征，以及相关分析仪器和测试技术的介绍，一直是金属材料工程、材料加工工程、粉末冶金工程、材料科学与工程等本科专业必修的专业基础课，并于2008年被评为湖南省精品课程、国家精品课程。在多年的教学实践中，各位任课教师和学者积累了丰富的经验，形成了一支科研业务强、教学水平高的一流团队，为学生创造出了一套完整、科学的理论和实践能力培养体系，在教学改革方面也取得了显著的效果。

一、以创新教育为核心，建立人才创新体系，培养高水平人才

本课程按照国家精品课程的标准和要求进行建设，在教师队伍、教学内容、教学模式、教学方法、教材建设和教学管理等方面争创一流，旨在培养学生的创新思维和创新能力。

学生通过本课程的学习，了解材料科学研究工作者通常关注的主要显微结构分析内容；掌握各种常见分析仪器的功能和基本原理，掌握材料结构分析的基本实验技术、样品制备方法；能与专门从事X射线、电子显微分析等材料结构分析工作的实验人员共同设计试验方案，正确分析检测结果，熟练选用材料结构分析手段开展相关科学研究。

通过扎实的基础理论学习和过硬的实验技能训练，培养学生从事材料科学研究必备的结构分析实验技能，提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。

二、加强师资培养，形成了一支结构合理、水平较高的主讲教师队伍

本课程已有近五十年历史，近半个世纪的传承，经过经验丰富的老教师的传、帮、带，形成了一支由黄伯云院士担任教学顾问，教授/博导、副教授、讲师和高级实验师组成的高水平教学团队，具有博士学历者60%以上；知识结构和年龄结构合理，既有经验丰富的老教师，也有年富力强的中青年教师骨干；师资配置合理，主讲教师9人，讲授/辅导教师4人，实验教师5人。其中教授/博导6人，研究员1人，副教授4人，讲师/实验师6人，助教1人。其中具有博士学位的11人，留学回国人员10人。教学队伍师德优良，学术造诣高，教学能力强，责任心强，团队和谐，长期承担本课程和相关课程教学工作，经验丰富，特色鲜明，青年教师培养计划科学合理，卓有成效。

五年来，材料结构分析精品课程教学团队中45岁以下主讲教师3人晋升为教授，1人晋升为研究员，4人评聘为博导。获国家级、省级、校级教学成果奖10人次，1人获政府特殊津贴，2人被评为教育部优秀人才，1人被评为芙蓉学者，2人选为湖南省青年骨干教师培养对象。由45岁以下主讲教师参与、主持国家级教学改革项目2项，主持国家863项目4项，国家自然科学基金项目3项，军工配套项目2项，其它省、部级重大科研项目12项。期间，他们发表高水平学术300多篇论文，申请专利6项。

本课程教学队伍一直工作在教学科研第一线，具有多年从事教学工作的丰富经验和强烈的敬业奉献精神。经过多年的教学改革与实践，建立了长期的合作伙伴关系和友好的团队协作精神，是一支“强业务，高水平，爱岗敬业的年富力强”的教学团队。

三、精炼教学内容，形成特色体系

“材料结构分析”原理与技术是晶体学、结构化学、金属学、原子物理、微电子学等多学科的交叉与融合。本课程针对全校材料学、材料加工工程、材料化学、粉体材料、冶金工程、机械工程等不同专业的共性和个性，整合、优化教学内容，凝炼核心技术，科学设计课程体系，形成了自己的体系特色。

针对我校材料科学与工程专业本科人才培养目标和“材料结构分析”课程定位，在“以学生为本，融知识传授、能力培养、素质教育于一体”的现代教学理念指引下，本课程结合“材料结构分析”的基本原理和学科的前沿发展，立足于“重基础、宽口径”、“服务有色金属行业、拓展新材料领域”的大材料学科人才培养思想，精选“X射线衍射分析”和“电子显微分析技术”为主要教学内容，遵循现代教育教学规律，科学地设计了课程体系，实现了理论教学与实践教学的有机统一。

理论教学以材料结构表征、分析仪器及测试技术为主线，突出晶体X射线衍射、电子衍射等重点教学内容，恪守“表征为核心、仪器重操作、技术抓应用”的原则，注重先修基础课及后续专业课的衔接。且善于采用案例教学法，将主讲教师承担科研项目获得的典型实验结果（照片）引入课堂，既正确处理好了经典与现代的关系，又确保了教学内容的基础性、研究性和前沿性。

实践教学以其优越的条件为学生提供了一个应用理论来解决实际问题的平台。目前，我院拥有4台不同型号的X射线衍射仪，2台透射电镜，4台扫描电镜，仪器强件较多，而且全部实现了开放运行，有条件安排本科生上机练习。实践教学的主要方式是由实验老师配合课程授课内容，对照仪器讲解，介绍仪器结构、工作原理和操作步骤，学生在教师的指导下自己动手制备样品，操作仪器进行样品测试，实验获得图谱或照片也要求由学生进行自行分析，教师最后组织讨论和讲解。

实践教学针对“基本操作”、“测试手段”和“研究方法”三大训练模块开设了多层次、多方位的多种类型实验。其中“基础型”实验4项，主要针对X射线衍射仪、透射电镜、扫描电镜和能谱仪的结构、原理及操作方法进行训练，加深学生对“材料结构分析”理论的理解，让学生熟悉仪器构造和基本操作方法；“综合型”实验6项，主要包括为X射线衍射物相分析、点阵常数的精确测量、金属薄膜样品的制备及典型组织的观察、扫描电镜成分衬度像及高倍组织观察，让学生学会样品制备和实验结果分析，熟悉材料结构分析的基本应用，学会针对不同研究对象选择正确的分析方法，了解“材料结构分析”的应用；“设计创新型实验”3项，主要是结合学生课外创新研究课题及导师课题设计大型实验，运用已掌握的知识真刀实枪地解决材料科学研究中的实际问题，从而提升从事材料科学研究的基本能力和综合素质，为后继专业课学习、开展毕业论文及科学研究奠定坚实的基础。另外，我们制订并实施了引导学生参加课外科技创新实验和科学研究的方法与政策，并进行考核，形成了“课程实验+课外创新实验+毕业论文”四年不断线的实践教学格局。

四、启发式教学，以灵活的教学手段保证教学质量

在先进的教学理念指引下，创新了教学方法和教学设计，既重视发挥教师的主导作用，又尊重学生在学习活动中的主体地位，实行启发式教学，鼓励学生积极参与学校组织的本科生创新实验和科研活动。并将多种教学方法有机结合，改革考试考核办法，建立了完善的教学评价与考核体系，有效地调动了学生学习的主观能动性和积极性，极大地激发了学生的学习潜能。我们在教学手段和教学方法等方面进行了全面改革，完全淘汰了传统的黑板加粉笔式教学模式，将多媒体教学、网络教学、双语教学相结合，且取得了很好的成效。

在理论基础部分的教学过程中，通过多媒体课件和动画将理论公式的推导思路分步、形象、启发式地进行讲述，有效地促进了学生的积极思考，培养了学生思考问题、解决问题的能力；在有关仪器设备内容的教学过程中，通过模拟动画进行解剖和分析，使原来在黑板上难以讲深讲透的内容形象、生动地展示在学生面前，提高了学生的学习兴趣和学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握，同时启发学生对现有设备提出结构改进意见，培养了学生的创新性思维能力。此外，利用留学回国教师和青年教师具有良好英语基础的优势，开展了双语教学。本课程“晶体基础”、“电子显微分析”部分采用英语课件，向学生推荐优秀的国外原版教学参考书，在传授专业知识的同时，提高了学生的外语学习兴趣和外语应用水平，同时为本课程与国际接轨奠定了基础。

网络教学环境学校的校园局域网及宽带网均与校内各教学楼、办公室、学生宿舍及教职工住宅区相通，并与国内外Internet网相联，网络教学软件资源齐备，硬件运行环境良好。 我们自行制作能满足本课程教学需要的一整套授课教案、电子课件以及一系列仪器设备模拟动画和录像等教学软件，并从日本引进了Jade 6射线衍射数据处理软件，可通过学校的局域网及宽带网经常保持更新，在教学过程中发挥积极的作用。在课程网站上建立了电子教案、教学指导、自测练习等，学生可以在网上自主学习，促进了教学效果的发挥。

重点、难点理论部分的教学采用“课前预习-学生发问-难点讲解-老师质疑-小组报告-学生汇报讲演”的“六步教学法”。通过学生自主学习，老师难点讲解的办法，逐步加深学生对教学重点、难点的理解，最后通过“汇报讲演”的形式牢固紧握。除此，本课程主讲教师都承担了大量的科研项目，在介绍材料结构分析方法基础知识后，结合科研案例讲解材料结构分析方法在材料研究中的具体应用，激发了学生的学习热情，加深了学生对所学知识的理解和掌握。

五、编纂特色教材，夯实教学基础

在教学条件保障上，所在学科为一级国学重点学科，该课程开设历史悠久，积淀深厚。自1980年以来，中南大学编写了《金属X射线衍射与电子显微分析技术》、《晶体X射线衍射学基础》（李树棠主编，冶金工业出版社出版）等教材，姜锋、尹志民主编的《材料结构分析》被纳入新世纪材料科学丛书选题；出版了《X射线衍射学实验方法》（李树棠主编，冶金工业出版社出版）及《金属材料科学与工程实验教程》（潘清林主编，中南大学出版社出版）等实验指导书籍，另外，尹志民主编了实验讲义《材料电子显微分析实验技术》，黄继武主编了网络讲义《Jade 5使用手册》。这些教材、实验教材及网络讲义等被全国多所高校选为本科教材和考研参考书，在国内产生极大的影响和反响。

精品课程建设旨在利用现代信息技术，发挥高校人才优势和知识文化传承创新作用，广泛传播国内外文化科技发展趋势和最新成果，展示我国高校教师先进的教学理念、独特的教学方法、丰硕的教学成果。经过课程建设，使本课程形成系统、完善的全方位、立体化的教学体系，取得高质量的教学研究成果的同时，将中南大学“材料结构分析”课程建设成教学资源网络共享、在全国具有示范作用的国家级精品课程。

参考文献：

黄伯云，坚持科学发展，办好功能材料高层论坛持续开拓创新，加速先进材料产业发展，2009年，功能材料