材料科学与工程专业汇总十篇

时间:2022-03-29 21:37:15

材料科学与工程专业

材料科学与工程专业篇(1)

本专业的毕业生多进入各钢企、制造企业、汽车厂,以及陶瓷、水泥、家电等企业。一般的,材料科学与工程专业金属方向多进入钢企和相关研究院,高分子及非金属方向多进入陶瓷、玻璃、涂料、家电等行业,多属大型国企、军工、民企和科研院校。而材料科学与工程专业中,偏应用的材料加工和其他一些研究方向,相对找工作容易一些。在现代科学技术中,材料科学是国民经济发展的三大支柱之一。主要专业方向有金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等等。

(来源:文章屋网 http://www.wzu.com)

材料科学与工程专业篇(2)

“材料科学基础”是研究材料的成分、结构、性能之间的关系及其变化规律的一门基础学科,是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业基础课。根据教育部提出的拓宽专业口径、按专业大类进行人才培养的基本思路和1997年国务院学位办颁发的新专业目录,材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料。为此,各相关高校在材料科学与工程专业主干课程“材料科学基础”的教学上都进行了教学改革。暨南大学材料科学与工程专业自2002年设立以来,就依据教育部的要求,将专业培养目标设定为培养“大材料”科学研究与工程技术所需的人才。故“材料科学基础”课程内容设置为介绍三大材料的基础知识,在教学模式、手段及课程配套方面也具有鲜明的特色。本文阐述了暨南大学材料科学与工程系以“奠定学科专业基础,培养学生科学的思维能力”为宗旨,开展“材料科学基础”教学工作的经验和体会。并以此为契机,进一步优化教学内容,探索新的教学模式和教学手段,进一步提高教学质量。

一、课程发展历史、性质与定位

材料是人类文明发展的基石。人类发展的文明史就是按石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代来划分的,可见材料对人类文明进程的重要贡献。与人类使用材料的漫长历史相比,对材料的研究即材料科学的历史比较短暂。19世纪中叶,开始采用金相显微镜研究钢铁,相平衡热力学和统计热力学则为建立材料的相平衡与相变提供了理论基础。20世纪20年代,原子结构和量子力学提供了研究材料微观结构的理论,x射线衍射技术和电子显微技术为探索材料的微观结构提供了手段。20世纪50年代,金属学已初具规模。高校金属材料专业都开设了《金属学》课程。到20世纪60年代,世界经济的腾飞促使陶瓷学和高分子材料学建立,其代表作分别为wg金格瑞的《陶瓷导论》(introduction to ceramics)和pj flory的《高分子化学与物理》(polymer chemistry and physics)。前者,wg金格瑞教授将金属学的原理应用于无机材料的结构、热力学、动力学、相变及性能分析当中,成功地指导了水泥、玻璃和陶瓷材料的生产和科研。而pj flory教授则主要围绕聚合物的合成过程、聚集态结构以及物理、化学等行为特征,阐述了高分子材料的结构及性能。到今天,三大材料的研究相互渗透,研究方法相互借鉴,产生了21世纪的材料科学。

“材料科学基础”着眼于材料基本问题诸如材料的结合键、材料的晶体结构及缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散,材料的塑性变形、材料的亚稳态。从金属材料的基本理论出发,将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起,使学生能把握材料的共性,熟悉材料的个性。本课程横向融合金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基础理论于一炉,纵向则充分利用学生已经学过的基础知识(包括高等数学、普通物理、物理化学、材料力学等),并能连接后续的材料的分析与表征、材料物理、材料加工工艺学等必修课程及高分子材料、无机非金属材料、金属材料等模块的选修课程。

二、教学内容的优化和选择

现代材料工业和技术的发展推动材料从组成、结构和功能的单一化向复合化、一体化发展,使培养大材料、宽专业人才的教学改革迫在眉睫。在此形势下,2002年暨南大学材料科学与工程专业设立并开始招收首届本科学生,确定了《材料科学基础》为专业基础课(必修,72学时,4学分)。本课程内容旨在以物质结构和结构形成为主线将三大固体材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料)的基础知识有机结合,构建大材料专业公共性专业基础课教学体系。该课程体系旨在强化对学生重基础的通才教育模式,在教学内容上力求共性教学,突出个性特点。为此。从选择教材着手,优化教学内容,强化基础教学,着重培养学生科学的思维方法、创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力。

目前, “材料科学基础”教材体系可分为两大类。第一类沿袭“金属学”课程的教学内容,增加了少量无机非金属材料、高分子材料和复合材料等内容,往往侧重金属材料。这类教材基本上适合以金属材料为主导的材料科学与工程专业的教学。第二类教材则是在增加非金属材料、高分子材料、复合材料等新材料内容的同时,对该课程的所有内容进行了全新的组合,将它们有机地融入整个教材体系中,形成新的包含各种类型材料的教学体系。由于低年级本科学生的专业知识有限,这类教材在教学中要突出构建整个教学内容的逻辑性和条理性,避免学生掌握了各材料的个性,却忽视了各材料的共性,从而使整个课程陷入一个“材料学概论”的泥潭。为达到突出共性教学的目的,搭建一个合理材料科学与工程的知识平台,根据整个学科的培养方案和教学计划,我们选择上海交通大学出版社出版的面向21世纪新教材《材料科学基础》作为教材,从教学目标出发,该教材最显著的特点是着重于基本概念和基础理论,便于在教学中掌握深度和广度。根据本专业培养目标的要求和培养方案的特点,在确立教材内容、体系与后续课程的相互关联的基础上,在保持课程自身体系的完整性的条件下,兼顾到不同材料的特点及知识体系与要素课程内各个环节之间的逻辑关系,对该教材的内容进行了“扬弃”,将课程教学内容分为三大模块:

1 材料的结构。①微观结构:原子的排列方式、高分子链结构;②结构的完整性:晶体学基础、金属的晶体结构、合金、离子晶体结构规则、共价晶体结构、聚合物的晶态结构;③结构的不完整性:晶体缺陷、表面和界面、非晶态、亚稳态、准晶态。

2 固体中原子及分子的运动。①扩散:菲克第一、第二定律、扩散的热力学分析、扩散原子理论、影响因素;②高分子的分子运动:分子链的运动及其柔顺性、分子的运动方式及影响因素。

3 材料的组织结构变化。①材料的形变和再结晶:单晶和多晶体的塑性变形、回复和再结晶;②相图。单元系相图:凝固、形核和晶体长大;二元系相图:匀晶、共晶和包晶相图、混溶间隙、相图分析;三元系相图:相图基础、三元匀晶和共晶相图。

为了在上述教学内容中力求共性教学,以最大限度地淡化三大材料各自的专业色彩,力求突出共性的内容。例如,相平衡与相图的内容,选择了相律、相平衡热力学理论、一元、两元和三元基本相图类型的阅读等为重点内容,而淡化与此相关的教材中有关金属材料的冶金和铸造 

方面的内容。

通过多年的教学实践,上述教学内容的优化既得到了后续课程教师的肯定,又使学生学以致用,达到了奠定学科专业基础、培养科学思维的目的。

三、教学内容组织方式与目的

本课程教学内容的特点是“三多一少”,即叙述性的原理、规律多,需要记忆的概念、定义多,课程内容知识点多。理论计算少。因该课程内容枯燥、抽象,学生感到难学。具体表现在:不能很好地将数学理论应用到材料科学的基础课程、无法判定从而掌握教学内容中的重点、不能将所学的知识点和实际的材料联系起来。所以,我们在教学内容的组织上做了一些探索:

1 突破传统的“一本教科书”的局限性。本课程的教学内容在严格按照教学大纲和教学计划授课的同时,综合多种中文教材、英文教材等,力图做到知识面完整、讲授描述通俗易懂。如针对本专业每年都有数目不等的海外学生的特点,在教学提倡采用台湾晓园出版社出版的《材料科学与工程》作为补充性教材,提升外招学生对学科知识的认同感和认知度。

2 探索课堂教学,有所为,有所不为。课堂讲重点、难点,讲思路,留给学生充分的思考时间和空间,以调动他们的主动性和积极性。对难点和重点内容,尽量举出其应用实例,结合学科前沿知识,使学生知道该原理的用处,听课时不感到抽象、空洞,达到了理论联系实际的目的。而且,对重点和难点内容务必做到举一反三,确保学生能够掌握,以达到以点带面,进而掌握所学知识的目的。

3 注重教学内容的连贯性,连通性,提高学生对所学知识点的融会贯通能力。本课程在教学过程中,提倡预习,并将即将讲授的知识点与所学基础知识点的关联告知学生,使其掌握学习的主动性。对部分关联度高的章节,采用课堂讨论、换位讲授等方法,调动课堂气氛,使学生自觉地运用基础知识解决教学过程中的难点,从而提高他们通晓所学知识点的能力,达到全面提升专业素质和人文素质的目的。例如,在相图的学习中,尝试让学生利用所学的物理、化学知识换位讲授一元相图和二元相图的基础,一方面使他们学会对所学知识点进行归纳和演绎,另一方面提升他们的口头表达、演讲技巧。

4 充分、恰当地采用现代化多媒体教学方法,并辅之以动画,实现图、文、声、像的视听一体化教学。特别是对那些教学难点和需要丰富空间想象力的内容,形象、生动地展示在学生面前,既直观又富动感,可明显提高教学效果。

四、教学方法与教学手段

“材料科学基础”课程内容抽象、概念性强,学生在学习时容易感到枯燥难学。因此,在课堂上应常采用启发式教育,常用提问、问答或引而不发方法,调动学生的积极思维能力。在讲授时使用ppt演示文稿,尽量多用教学模型、挂图、照片和曲线图表等形象化语言。涉及部分教学内容如位错运动等,应结合动画生动地用图像演示给学生,以加深他们对课程内容的理解,提高学习兴趣。对于部分与前期知识关联度高的基本理论如单元相图,组织学生进行课堂讨论(seminar),并以学生发言为主,让他们直接参与教学。对需要运用较多数学知识且理论性较强的内容,如扩散第一、第二定律,应多采用板书推导,加强逻辑性学习。另外,为了提高学生对那些需要有丰富空间想象力的晶体结构、金相组织的转变和识别、位错、位错增殖和缠结过程等知识难点的理解和掌握,将先进的多媒体现代化教学手段引入材料科学基础教学中,并让它们以二维或三维动画形式生动形象地展示在学生面前,弥补传统教学在时间和空间等方面的不足,以提高教学效果。在课外,还可建立qq空间,在群聊中解决课堂中来不及解决的问题,通过师生交流,提高学生探索性自学能力和学习的积极性。

在“宽口径,大平台”培养模式下开展材料科学与工程教学, “材料科学基础”作为专业必修的主干课程,突出共性教学是打好学科专业知识的必备条件。从时代的需要出发,合理选择及组织教学内容、创新教学手段和方法,使其与教学内容相互协调,是构建新时代“材料科学基础”教学体系的关键。今后, “材料科学基础课程”将继续围绕以符合时展、符合教育规律为中心开展课程建设,不断探索和实践,为成功培养宽专业人才奠定基础。

参考文献:

[1]石德珂,材料科学基础[m],北京:机械工业出版社,2003。

[21张联盟等,材料科学基础[m],武汉:武汉理工大学出版社,2004。

[3]刘智恩,材料科学基础[m],西安:西北工业大学出版社,2003。

[4]donald r,askeland,材料科学与工程[上下册)[m]台北:晓园出版社,1989。

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[6]胡赓祥等,材料科学基础[m],上海:上海交通大学出版社,2006。

[7]杨雄,材料科学基础-教学大纲和教材的改革与建设[j],科教文汇,2008,(7)。

[8]董兵海等,材料科学基础课程教学模式探讨[j],新课程研究(职业教育),2008,(135):18—20。

[9]齐义辉,韩萍,材料科学基础课程的教学改革与实践[j],辽宁工学院学报,2007,9(2):138—139。

材料科学与工程专业篇(3)

中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2013)01(a)-0-01

我国高等学校材料专业教学体系与教学内容沿袭前苏联模式近50年, 目前,需要对这门专业课程进行改革,才能跟上时代的步伐,适应经济建设的飞速发展。在专业培养目标达成共识后,该校调整了专业课程体系、增设多门专业课。其中《电子信息材料》(48学时)为其中之一。电子信息材料不仅应用于航空航天等国防尖端领域,还广泛用于民用工业和日常生活。作为材料学科与产业中一只蓬勃的生力军,电子信息材料在当今信息和知识的年代已成为世界诸多国家重要的经济增长点[1-2]。因此增设这门专业课旨在拓宽学生的知识面, 让学生了解一些材料科学的前沿领域和发展趋势,增加兴趣, 热爱专业, 为以后的学习和就业奠定基础[3]。

1 目前电子信息材料课程存在的问题

国内院校《电子信息材料》课程历来多是为材料专业学生而开设,已形成适合其专业特点的、较完备的教学内容体系;在教学研究方面业已取得许多具有鲜明专业特色的研究成果。但由于电子信息材料本身具有:(1)内容多,涉及面广。(2)内容更新快。(3)实践性强等特点,许多院校只把其作为选修课,课程内容大多只是具有普及知识的作用,学生学后并无多大印象。而且很多学校在课程教学上存在教材陈旧、教学方法和手段单一、没有实验课等这些不利于《电子信息材料》课程发展的弊端。

2 电子信息材料教学改革的内容

结合本校材料专业特点,并考虑天津市电子材料行业的工业特色,研究适用于材料专业的《电子信息材料》课程内容体系,希望在教学内容、教学手段和教学方法上有所突破。

2.1 整体设计教学内容

结合材料学院专业课程设置的具体特点,对国内外参考教材及课程体系进行系统的调查研究, 并广泛收集材料科学领域的参考文献及最新信息,选用合适的教材制定出新的《电子信息材料》教学内容,力争在教学内容上突出以下特色:根据材料科学发展的最新动态和材料专业课程设置的现实需求, 坚持简化理论、增加应用、拓宽知识面、更新内容的基本原则。充分考虑到本课程在专业培养目标中的地位, 在内容安排、表述手段等方面进行系统设计,同时充分考虑到本课程与其它相关课程之间的合理配置和支持, 对教学内容进行整体优化。兼顾各种电子材料共性与个性的结合, 实现多学科知识的交叉和渗透。在课程内容上,我们将对材料科学的五要素模型进行讨论, 试图在材料的组成、制备、结构、性能与应用之间建立一个整体和全貌的关系;对材料的组成、结构与性能、制造工艺与方法等内容进行深入讲解, 力求彰显材料的共性。然而材料是具体品种组成的, 不同的材料具有其鲜明的个性, 所以在材料的应用、材料的比较与选择等内容中又比较兼顾个性, 以利于学生在学习具体材料的基础上, 能做到举一反三, 更深刻地了解材料的共同之处。

2.2 更新教学手段

材料科学博大精深、变化无穷, 神奇而又充满魅力。电子信息材料这门课只是其中一个分支。为此在授课过程中切实做到动之以情, 导之以趣, 制作内容丰富、生动活泼的多媒体课件。在讲授中把传统的导电材料、电阻材料,磁性材料,神奇的超导材料、激光材料, 异军突起的集成电路半导体材料等材料科学发展的前沿领域的知识介绍给学生。另外,可以购置相关的电子音像资料,使学生能更直观地了解材料的制备及应用的一些情况。

2.3 改善教学方法

(1)互动教学。教学建设要注意提高学生学习的主观能动性,教学过程中,教师应多向同学提出问题,引导同学们思考和讨论。同时注意启发和鼓励学生发现问题、提出问题。在一些章节讲完之后还要提出后续和推广问题,为学生留下思考和研究的空间。通过这些方法,能够培养学生自主学习能力和创新能力,激发学生的创新意识和独立思考能力,提高课程的教学效果。

(2)实物教学。《电子信息材料》是一门实践性很强的课程。实践性如何体现,也是使学生对这门课感兴趣的关键之一。我们采用把科研、生产中的典型材料带到讲台上,如:导电材料中的导电银浆、半导体材料中的单晶硅片、介电材料中的钛酸钡电容器、光电材料中的荧光粉、敏感电子材料中的压电器件等。让学生观看实物,并参观实验室观看某些实验的制备过程,把一些抽象的理论通过实物展现出来,加深了学生的理解,也增加了学生的学习兴趣。

(3)撰写小论文。材料的发展日新月异,除了在课堂教学中不断更新材料领域的知识外,在课外还要求学生自己查阅国内国际专业期刊上发表的文献资料,了解有关材料的发展情况,并写出学习论文。这样不仅拓宽知识面,锻炼学生的自学能力、思考能力以及创新能力,还培养他们从多方面摄取知识营养的习惯,调动他们学习的主动性和积极性

(4)参与科研。介绍本专业教师正在从事的与教学内容相关的科研项目,如,半导体发光方面、铁电材料方面、铁磁体方面等。鼓励有兴趣的学生成立科研小组,参与到教师的课题研究中,撰写科研论文,以激发学生的学习热情,使课堂上学到的知识得到很快验证和应用。

2.4 加强实验教学

电子信息材料课程是和生产实践紧密联系的课程,应该合理安排实验教学和实习教学。这对于学生基本原理的掌握和工程实践能力的培养具有举足轻重的作用。

3 结语

《电子信息材料》是一门简化理论、侧重介绍材料特点及应用的专业课,其先修课程是在材料学专业中理论性较强的《材料科学基础》和《材料性能学》,因此如何将一些复杂的理论应用在课程中并与材料的实际应用紧密结合将是本课程的主要特色之一。根据专业要求开设实验课并采用实物教学是本项目的又一特色,体现了理论与实践相联系的宗旨。这要求教师有较宽的知识面和一定的电子材料的专业背景。采用这种教学方法,可以使教师在教学中实现学习、教学、实践、科学研究的良性循环,上课时能游刃有余,学生对于这样的教学方法也会增加

兴趣。

参考文献

材料科学与工程专业篇(4)

中图分类号:G 642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2017)01(a)-0233-02

Education Reform and Thinking on the Cognition Practice of Materials Science and Engineering

Xu Leihua Chen Hui Gu Yongqin Zhu Lei Ou Xuemei

(School of Material Science and Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou, the People’s Republic of China, Xuzhou Jiangsu,221116,China)

Abstract:Cognition practice is a important teaching link in the specialized training plan of Material science and technology. We analysed the current situation of the speciality cognition practice and found the problem that existed in the process of practice. According to the results of the analysis, we have reformed the design of practice and improved practical teaching.

Key Words:Material science and engineering; Cognition practice; Reform

材料科学技术的发展,是国民经济发展的重要基础,为航天、航空、信息、国防、交通等高新技术进步提供了有利的支撑作用。材料科学与工程专业以物理学、化学为理论基础,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[1]。随着社会经济和科学技术的不断发展,材料科学与工程专业人才培养的实践能力和综合素质的要求也越来越高。实习是把理论教学和社会实践联系起来的有效途径,因而实习课程已经成为材料类本科生培养计划中的重要教学环节。

为了使课堂教学与生产需求密切联系,培养学生理论联系实际的能力,提高学生实践能力和综合素质,必须强化认识实习环节。大二结束时,大多数工科学生完成基础课程的学习,开始转入专业课程的学习。此时,学生对该专业课程的学习和未来的就业方向充满期待但又缺乏了解,认识实习作为学生了解该专业在实际生产中的应用窗口,能够帮助学生建立初步的专业概念并激发其学习专业课程的兴趣和爱好,为其未来两年的专业课程学习提供动力。因而,精心安排的认识实习对学生培养至关重要。

1 材料科学与工程专业认识实习现状分析

在多年实习教学的基础上,我们总结了开展实践教学的经验,同时也发现一些问题。认识实习中常遇到或发生的问题主要有实习单位的落实,实习教学的模式以及学生思想重视程度等问题。

近年来,受金融危机的影响,一些行业不景气,相关企业的经济形势也非常严峻,有些甚至都停工检修。这些单位不愿意接纳本科生进行认识实习,而且在生产不旺盛的企业里实习,学生的收获非常有限,甚至会影响其学习该专业的积极性。有一年,认识实习在一个从事金属件热处理的工厂进行,该厂工艺设备陈旧,能耗高,工人作业环境恶劣。当时就听到有学生悄悄说到“材料专业毕业后就在这样的工厂工作啊, 真不该报考材料”。显然,实习单位的选择不当大大影响学生的学习热情。还有一些企业出于安全考虑,对接受大学生参观实习缺乏积极性,不愿意承担相应的社会责任。因此很难与之建立起长效的合作机制。

由于材料专业人数众多,大多数实习单位场地局促,都是让企业负责人员带领学生参观生产流程的各个环节,且生产现场噪音大,大多数学生反映无法听清工作人员的讲解,对生产流程中各个环节的运转掌握不到位,实习效果不尽如人意。

有些学生重视理论课程的学习,而轻视实践教学,对实习重要性的认识不够。在实习过程中,这些同学走马观花,无意于对生产流程的观察,也就很难对复杂的生产流程建立起整体印象,对专业理论知识在实际中的应用也难以建立感性认识。这也使得实习效果不尽如人意。

2 材料科学与工程专业认识实习的改革与思考

为了提高认识实习的效果,提高实习质量,我们从实习单位的选择,实习模式以及实习效果的考核等3个方面进行了改革。

2.1 实习单位的选择

单位的选择应以学生为主体,按照本科生的培养计划,结合该专业特色来选择适合的实习单位,为学生了解专业的典型生产流程提供信息渠道。具体来说,实习单位的选择应本着能给学生产生良好、正面印象的原t。一些知名的国内外大中型企业,拥有先进技术和设备,往往更能够引起学生的关注,激发学生的实习兴趣。并且,这些企业重视其社会责任和企业形象,愿意支持与配合高校的认识实习工作,为认识实习提供更多的便利条件。此外,实习单位的选择还应该考虑是否适合认识实习的开展。例如,一些大型企业,其自动化程度高,大多数生产过程都通过控制仪表来完成,现场少有人工操作。在这样的企业实习,学生无法观察生产线内部的流程和工艺,连续生产设备如同原料和产品之间的黑匣子,难以产生感性认识,对于专业的了解帮助不大。这类企业虽然技术先进,但并不适合认识实习。相反,一些中小型企业,由于自动化程度不高,学生可以深入生产车间参观生产流程,近距离观察各种设备,甚至是人工的生产操作,因而对原料到产品的生产过程有深刻的感性认识。所以认识实习单位的选择要综合考虑多方面的因素,以适合认识实习的开展,达到实习目的为根本。

为了更好地开展认识实习工作,我们利用校企合作平台以及校友的力量在重型工程机械著称的徐州和经济活跃的常州建设了实习基地。实习单位涵盖了大中型国企,徐工集团,中车集团,德资Bosch-Rexroth公司以及中煤科工集团常州研究院有限公司等多家大中型国企外企下属的工厂和车间,为认识实习的顺利、高效的开展提供了强有力的保障[2]。

2.2 改进实习模式

为了提高实习的质量,改善实习效果,我们对实习模式进行改革,一改以往直接把学生送到实习地点,学多学少都是学生自己掌握,无法保证实习质量,而是按照实习前准备―进厂实习―实习后总结的思路开展实习工作。实习之前,在学校召开实习动员大会,首先把即将参观实习的厂家企业提前告知学生,布置学生查阅相关资料,对实习单位的产品、工艺流程进行了解,以及对所涉及到的专业知识做到心中有数。实习过程中,到达一个实习单位,首先请实习单位的技术负责人介绍,使学生对实习对象有个理性的认识,然后分成几个小组,每个小组分别由一个企业技术人员和一个指导教师带队,参观和实习生产流水线,将所学理论放到实践中验证;参观完毕后,全体集合,对参观产生的疑问进行统一解答,从实践又回到理论。通过理论―实践―理论的思路,取得了最佳实习效果[3]。

2.3 改革综合考核措施

有效的考核方式,能够帮助学生树立对认识实习的正确认识,在培养计划改革中,加大认识实习课程的学分,有利于提高学生对认识实习课程的重视,在机制上起到促进和激励学生认真参与认识实习的作用。考核不仅是保证实习效果的必要手段,而且能够促使学生在实习过程中深入钻研,琢磨理论知识和生产实际的有机结合。每个实习单位的参观完毕并不意味着实习的结束,我们要求学生对每一次参观有详细的现场实习日记,并转化成实习报告。实习报告的内容不仅包含所实习企业的基本概括,更重要的是要对现场技术人员讲解的生产原理、工艺流程、主要控制参数等内容进行总结归纳,内化成自己的知识。此外,实习报告中还要求学生针对自己的专业方向,结合实习的内容,阐述个人的理解和体会,以启发学生思考问题,拓展思路。同时,为了提高学生的主动性和积极性,我们鼓励他们与现场指导人员互动与交流,对生产流程提出问题,并及时记录学生在实习过程中的学习状态。通过综合考核现场实习情况和实习报告,树立学生对实习的正确态度,来督促学生对教学内容掌握,以期达到良好的实习效果。

3 结语

中国矿业大学历来重视学生的实习环节,近年来,学校加大对学生实习的经费投入,加强学生实习教学质量的控制和提高。经过多年的努力,我们在材料科学与工程专业认识实习教学的探索和实践中,已经在徐州和常州初步建设一批管理科学,技术先进的实习基地。在实习教学过程中,我们丰富了实践经验,拓宽了学生的专业知识和视野,提高了学生独立思考的能力,也培养了学生的工程意识。但是,我们也意识到:实习质量的提高是一项艰巨的、长期的任务,只有通过不懈的努力,用于探索与实践,不断完善现有实习条件,最大限度地启发学生的创新思维,激发他们对专业方向的兴趣,为专业课程的学习打下良好的基础。

⒖嘉南

材料科学与工程专业篇(5)

中图分类号:G420 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)26-0073-02

一、引言

实验实践是工科学生培养创新能力的最重要环节。一般大学本科教学期间,学生实践能力的培养主要靠教学实验、实习和毕业论文/设计三个环节来完成。其中毕业实习是学生进入生产实际、了解生产实际的一个非常重要的环节,对培养工科学生的动手能力、工程能力至关重要,然而,目前毕业实习是各高校所遇到的一个重要难题:一是经济上的原因,一般高校都难以拿出大笔实习经费资助学生驻在企业进行生产实习。二是企业积极性不高,学生实习不能动手等种种原因,使毕业实习效果不理想。这势必影响工科院校学生的教育质量,目前国内各高校都在积极想办法解决这一问题。然而,这一问题不是短时间能解决好的,在这样的背景下,一方面,对外我们要积极寻求稳定的、适合高校本科专业进行生产实习的合作单位进行长期合作,这是长远的解决途径;另一方面,对内我们应做好实验教学的调整和改革,通过高校自身实验教学改革,大力加强和调整实验教学毕业论文/设计环节的内容,来弥补生产实习过程不足的这一缺憾。面对21世纪,对于高校材料科学与工程专业而言,必须通过这样的改革途径,建立符合材料科学与工程学科发展规律,适应本校办学实际的实验教学体系,培养学生的工程能力和创新能力[1,2,3]。

二、注重课程体系建设,整合优化实验课程内容

1.注重实验课程设置的科学、合理和完整性。材料科学与工程专业的专业课程设置中包括专业基础课、专业课、专业选修课等内容,这些课程基本都设置有实验内容,但有些实验课程内容的设置彼此间没有很好地协调与配套,有的甚至有重复。比如,对X射线内容的学习,专业课《晶体学》、《材料研究方法》、《无机材料测试技术》等课程均有与X射线衍射检测技术相关的实验内容,目前在内容设置上很多高校都有重复的现象。因此,考虑三门专业课的课程特点,每门课程的实验内容调整应各自有所侧重,彼此协调配套,设置科学合理,可以让学生由浅入深,逐渐达到对X射线检测这一专业检测技术有很深入的了解和应用的目的。所以,要对这些专业的实验课程进行科学、完整、合理优化。

2.强化专业基础实验。专业基础实验在工科类课程设计中有着重要的地位,它使学生对专业课程的理解和专业实践能力的提高起着基础的、承上启下的作用。我们在进行材料科学与工程专业实验课程体系建设时,提到一个重要的培养目标,就是将材料科学与工程专业的本科生作为材料工程师和研究型人才来培养,他们应具备相应的材料生产、制备、材料研究和材料分析检测的知识和能力。需要在本科教育过程中结合本专业的特点,加强相应基础实验项目训练。如,将水泥、玻璃、陶瓷、耐火以及新型建材等领域的原料处理、制备工艺、分析检测等内容融入到实验教学中。使这些相关行业的基础实验内容所占比例加大,为以后学习相关专业实验的操作与理解打下坚实的基础。

3.增加综合、设计性实验数量,减少演示、验证性实验。目前演示性、验证性实验内容一般都是由教师演示,学生观摩,或观摩后由学生动手按照老师演示和叙述自己操作一遍。这类实验主要是训练学生对一些实验仪器、实验原理、实验方法的熟悉和掌握,而对科学方法的探索、独立思考、自主创新等方面的训练则相对欠缺。因此,这种按部就班、照方抓药式的演示性、验证性实验过多,不容易引起学生对科学实验和探索的兴趣,不利于培养学生独立思考和自主创新的能力。因此,需要在实验课程设置时对其数量应进行合理控制,选取具有代表性的实验内容开设就行;同时,也应对演示性、验证性实验内容和形式进行改进,在其中合理融入探索性和研究性的内容,使学生在验证、操作的同时达到对基本知识、技能的系统化、完整化理解。如,我们在设计粘土交换容量测试实验时,每组学生除了按照验证实验的步骤测试完老师指定的粘土外,再测试一种特性未知的粘土,让学生们自己处理实验中可能出现的和已知粘土不同的实验现象,比较各自的实验结果,总结粘土交换容量测试过程会出现的问题,以及相应的改良方案。

4.加强实验内容间的衔接,减少重复性实验。目前,由于仪器设备条件的限制和课程体系设置的原因,各专业课实验项目的设置都比较独立,再加之各课程教学小组之间的协调、沟通相对欠缺,因此,对不同课程之间的实验项目设置时会有重复或相似的现象。比如,我们学院的《无机材料检测技术》、《材料研究方法》等几门涉及材料分析检测技术的课程在设置实验教学项目时有部分实验内容有重复或相似现象。为此,我们在选定实验内容时首先会了解学生所学的其他实验课程,对里面有重复或相似的地方进行修改或删除。同时,可以增加一些相应专业方向的适应性实验内容,比如,水泥专业的学生,增加一些水泥行业生产实际中常见的检测实验内容。

5.增加探索性、研究性实验。通过上述对实验项目进行优化整合之后,实验实践教学在学时数安排上相对合理宽松,这为在课程教学进度中增加探索性、研究性综合实验项目成为可能。如我院学生自己设计的建陶厂抛光废料的综合利用的实验项目,首先让学生对建陶厂的生产情况进行调研,使其对这一行业的生产情况有大致了解,然后再设计不同的废料利用方案,学生们可以分组进行,让他们在实验中互相交流,彼此评价出相对合理可行的利用方案。这一实验项目的推出很受学生好评,学生积极性空前提高。学生依次实验项目内容为主体组成研究团队,多次获得部级的经费资助。此类实验使教与学、学与解决实际问题融为一体,能充分发挥学生的智慧,为他们进行自主创新训练提供实践平台。

6.有计划地推进实验室开放。实验室开放对提高学生的知识创新能力具有促进作用。应该逐步地推进实验室的开放程度,学院逐渐从经费、师资等方面为有创新欲望强的学生提供尝试的平台,让其在相关教师的指导下,自己提出研究问题,自己拟订实验方案并动手开展实验研究,这样让那些有科研天赋的学生能迅速脱颖而出[4]。

三、改进实验教学方法

理想教学效果和目的的获得,除了需要科学合理设置实验项目外,实验教学方法的影响也不容忽视。现阶段,我国高校实验教学方式主要是以教师为中心的传授模式,学生反馈的意见普遍认为,做完实验后收获不大,教师对学生实验成绩和教学效果的评价也较为难。因此,改进教学方法对于提高专业课程教学水平和人才培养目标的实现具有重要意义[5]。

1.改进实验教学过程。将以前由教师准备实验的做法,改变为以学生为主体、学院实验中心针对本科生由学院出资长期设置八个实验助教岗位,由热爱科学实验、科研素养好、动手能力强的大三、大四的学生担任。实验课程开始前,由教师提供实验指导书,仪器、试剂的准备由实验助教组织上课的学生分组、独立地完成,教师只负责监督指导。这样可以让每个学生从实验准备阶段就开始对即将进行的实验内容有所了解。教师在实验讲授时尽量不讲述具体的实验步骤和过程,只强调实验过程中的关键环节、注意事项,把时间留给学生自己思考。教师负责在学生实验过程中按小组轮流巡视、观察、指导学生注意操作方法的规范,及时纠正实验中发现的问题,保证每个学生实验操作水平基本达标。

2.改进实验考核指标的改革。实验教学效果和实验教学考核的方法是主要依据实验报告,结合学生平时实验堂表现来进行。由于学生平时实验课堂表现考核难以把握和量化,所以目前对实验教学效果和考核的方法大多依据实验报告。而实验教学是一个多因素的过程,仅凭实验报告作为评定学生实验成绩的好坏,显然不尽合理,因为,这样并不能完全反映出一个学生的真实成绩。所以需要改进学生课堂表现评价,对这一点,我们学院也正在积极尝试各种办法。对于那些设计性、解决实际问题以及学生自主创新性的实验内容,应单独设立评价标准。

四、结束语

实践环节是高校工科学生教学环节中非常重要的环节,它包括课程实验、实习和毕业论文/设计环节。本文仅针对目前高校生产实习逐渐下滑的背景下,对实验课程体系内容进行改革进行一些初步探讨,以希望高校一方面对外继续加强生产实习单位的建设,逐步建立长期稳定的生产实习基地;另一方面对外加强和调整实验教学环节的内容,弥补暂时实践教育环节的不足,从而继续保持或增强工科学生的创新能力的培养,为国家培养出更多更优秀的工程技术人才。

参考文献:

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[2]陈桂华,闫瑞强.材料化学专业实验教学研究[J].洛阳师范学院学报,2009,(28):150-151.

材料科学与工程专业篇(6)

专业英语是一门综合性较强的课程,即包括基础英语的基本知识又包含了特定专业的专业知识,因此其既具有语言教学的规律性又具有专业教学的规律性[1]。但目前,专业英语教学任务分散在各个学院,专业外语教师师资力量较薄弱,而且专业外语课时少,很难实现科技英语系统教学[2]。而学生从基础英语教学模式一下子转变为专业英语教学模式,面对大量复杂的专业词汇及长句、难句,同学们初学时不易掌握,不会进行长句结构分析,不会词性的转换及词序的灵活处理,因此翻译课文经常不能表达原意。而且,一般专业英语课程开设在第六学期,此时同学们刚刚接触本专业基础课程,对专业知识和技能的理解和掌握有限,因此对于教材中一些专业性很强的知识很难理解,学生掌握起来较吃力而使其失去学习兴趣,课堂中形成了老师为主的翻译模式[3,4]。由于缺少了对科技英语体系的系统学习部分,同学们对科技论文的结构及撰写格式不甚了解,在毕业设计环节,本科生撰写英文摘要等方面的表现很差。

为了提高材料科学与工程专业学生的专业英语水平,本文从教学内容及教学方法上进行了一系列探索,力求提高学生专业外语的自学能力及应用能力。

2. 教学内容改革

目前,材料科学与工程专业选择的专业英语教材主要内容包括水泥、玻璃、陶瓷及耐火材料等传统工程材料的制备原理及工艺,专业性很强,部分内容因为学生未接触本专业课程,缺乏专业背景而很难理解。因此。针对本专业学生的实际情况,在充分调研国外相关教材的基础上,将国外原版教材中过于水泥、玻璃、陶瓷及耐火材料的精华部分作为课堂教学的一部分,让同学们掌握科学、客观、较标准的英文表述习惯,而内容和难易程度则与专业知识结合紧密,以各种材料概述、制备工艺、性能及应用为主,不再涉及一些专业性太强的理论知识。课程中除了讲解专业知识外,在课程绪论部分给学生一个过渡,让学生了解专业英语与基础英语之间的区别以及专业英语句式结构的特点,使学生能够对专业英语的语法结构有一个大致的了解。同时,为了提高学生科技论文查阅及写作能力以及国际交流能力,教材中将设置有关专业论文结构与撰写的章节。

3. 教学方法改革

专业外语课时设置都较短,一般为32~48学时,在短短的32学时内,要求学生“听、说、读、写”全面发展几乎是不可能的。因此,课内教学主要仍以“能读会写”为主要教学目标。但教学方法将不再以教师为主角,改变原来“老师讲、学生听”这种填鸭式的教学方式,通过翻转课堂,让同学们走上讲台,完成课文的翻译及讲解过程。老师主要负责专业词汇的讲解及引伸,扩展同学们的专业词汇,通过讨论对同学们在翻译过程中产生的问题进行纠正及讲解,剖析复杂长句及难句的句式结构。结合目前同学们专业外语学习现状,将在课堂上引入大量的科技外文文献,使同学们掌握其主要结构及撰写要求,重点培养同学们掌握本专业论文英文摘要的撰写。

材料科学与工程专业篇(7)

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)41-0216-02

面对21世纪的挑战,如何加强学生创新能力的培养,已成为我国当前高等教育改革的重要课题。随着社会经济发展和科学进步的需要,多学科已交叉渗透到与材料制备、结构、性质和应用各个领域。在科学技术高速发展,各种材料不断创新涌现,产业化的背景下,材料科学与工程专业以“宽专业、厚基础、高素质、重实践、强能力”原则,深化改革“材料工程应用复合型专业创新人才”培养方案,突破专业个性培养模式的约束。精心设计课程体系是实施创新教育的关键,是培养具有创新能力人才的核心环节,也是培养复合型人才的最有效途径之一。目前,“大材料”学科相互交叉渗透融合已成共识,专业课程却内容相对陈旧,逻辑和结构衔接不够紧密;设计性、综合性、创新性、开放性实验相对较少,支持专业培养目标的力度不够等问题日益凸显。在此背景下,本专业以材料的材料制备/加工、组织结构/成分、性能、应用四个要素及其相互关系为基础,构建专业核心课程群、专题选修课群、工程实践课程群为基本框架的课程体系。

一、整合课程内容,构建专业核心课程群

材料科学与工程专业培养计划从2007年开始,以全面系统的知识学习和综合思考能力培养为主,以材料制备/加工、组织结构/成分、性能及应用等四要素及其关系构成的材料学科共同基础知识作为重要的教学内容,构筑了“理论教学、实践教学、科学研究三个维度基本框架的新型课程教学体系”。目前,贵州大学材料科学与工程专业设置了“金属材料”、“材料压力加工”方向课程。为了满足“宽专业、厚基础、高素质、重实践、强能力”的培养目标,材料科学与工程专业按金属材料、材料压力加工二个方向的共同的或相近的学科基础、科学内涵、研究方法与研究设备,设计专业核心课程群,体现“大材料”学科共同的知识体系。如《固态相变》与《热处理工艺学》整合成《热处理原理及工艺》,《材料分析方法》与《材料物理性能》整合成《材料现代研究方法》,融入CAD、Origin、Matlab等软件组建新《计算机在材料中的应用》课程等;构建6~8门具有基础性、系统性、发展性特点的“专业核心课程群”(图1)。专业核心课程群以材料科学基础作为主线,安排各门课的教学内容,既相互衔接、循序渐进,又各有侧重、特点突出。便于学生学习材料共性规律,掌握有关材料及其关系构成的材料学科共同基础知识。鼓励教师把科研项目涉及核心课程相关的基础原理理论引入课堂教学,帮助学生树立完整、基本的知识观念,最大限度地拓展学生的知识结构,是培养应用复合型专业人才的重要组成部分。

二、设置专题选修课群,适应学生个性发展

加强理论基础同时,适当拓宽知识面,注重培养学生适应社会多样化、复杂化的能力。根据地方经济发展需求和学生个性发展,结合材料科学进展、专业教师科研特色,本专业在培养方案个性课程模块中设置“专题选修课程群”,让学生拓宽渠道获取更多学科专业知识,各得其所、各展其长,完善学生的知识结构系统,满足学生个性发展。学生根据其兴趣、未来发展、就业需要,自主选择相关课程。具体措施是:确定3~4个重点学术方向,每一方向下设置由3~4门课程组成的专题选修课程(图2)。学生可选择进入其中一个方向学习相关专业课程,使学生在熟悉共性知识基础上,掌握一种在国内处于领先水平的材料制备及组织控制技术。从而培养学生运用宽口径专业基础知识解决具体实际问题的应变能力和素质,提高学生适应知识经济社会的能力。

三、强化工程实践课程群,培养学生创新能力

实践课程是理论教学的延续。实践课程群主要包括《综合实验》、《认识实习》、《生产实习》、《毕业实习》、《毕业论文(设计)》及《综合素质拓展》等课程。为了进一步增加实验教学的综合性、研究性、设计性、先进性,对专题实验1、2、3内容进行整合,开设《综合实验》,强化学生创新能力和实践能力。专题实验1中验证性、演示性实验设计成综合性实验;专题实验3中引入3个教师科研项目创新性实验。鼓励学生积极参加国家数学建模比赛、省级节能减排设计研究、校级SRT计划等素质拓展活动,培养学生专业素质技能和实践创新的能力。校外实习基地涵盖材料制备—过程处理—组织观察—性能测试—应用的生产流程,可以满足各种实习教学的要求。引入电化教学等改革手段,学生能在短时间内吸收消化更多学科知识,掌握专业实习重点、难点,提高了实习质量。毕业论文采用“本科导师制”,选定基地技术人员或专业老师为导师,让学生提前进入导师课题组,熟悉设备操作,以不同的企业生产问题或科研课题内容加以培养创新能力。

从自身实际出发,材料科学与工程专业构建了应用复合型创新人才的课程体系。课程体系实施是一项系统工作,不可能一蹴而就,还需强化试验平台建设、教学改革、师资建设,课程评价体系等措施,才能确保其顺利实施和有效运行。

参考文献:

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[6]蒋淑英,孙永兴,黄万群,等.“材料科学与工程”学科建设与发展[J].科教文汇,2009,(22):198,223.

[7]林金辉,汪灵,邱克辉,等.材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系建设[J].高等教育研究,2007,24(6):54-56.

材料科学与工程专业篇(8)

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。

材料科学与工程专业篇(9)

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)06-0191-03

教育部于2010年6月正式启动“卓越工程师教育培养计划”(简称“卓越计划”),旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量的各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。在《国务院关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见》和《贵州省工业十大振兴产业规划》中都把材料产业确定为贵州省支柱产业之一,工业总产值占全省工业总产值的37%。贵州省材料产业急需一批高质量的工程技术人才。2011年贵州大学正式启动了“卓越工程师培养计划”,材料科学与工程专业成为试点专业。材料科学与工程是贵州大学传统优势和特色专业、贵州省示范专业、国家一类特色专业、国家专业综合改革试点专业,具有材料科学与工程一级学科博士学位和硕士学位授予权。要实现材料科学与工程卓越工程师的培养目标得通过相应的课程体系来完成,科学合理的课程体系是成功实现培养目标的主要载体,它能够培养学生具有良好的知识、能力和素质结构。本文对材料科学与工程卓越工程师培养计划中课程体系进行深入分析,总结了启动卓越工程师培养计划试点工作以来,材料科学与工程专业根据学校的办学定位和学科特点,利用与贵州省材料产业企业紧密合作的优势,积极开展优化专业课程体系工作。

一、材料科学与工程专业课程体系及实施的现状

贵州大学材料科学与工程专业目前的课程体系可以概括为“通识课程+通识拓展+学科大类+专业教育+个性课程+实践环节”的结构体系。多年来,我校材料科学与工程专业课程体系形式上发了一些变化,但多数课程都是延续了以前金属热处理专业的课程,理论教学内容无太大变化,知识体系相对稳定。教学方法与手段上除了增加了多媒体技术之外,理论教学过程与工程师培养尚存在差距。当前,由于高校普遍存在“重学历、重科研、轻教学”的现象,真正走上讲台为学生授课的老师趋于高学历、年轻化;真正有工程经验的教授却很少走上讲台,这很不适宜于工程师培养。而作为工科高校人才培养的重要环节方面――实践教学环节,材料科学与工程专业实践教学环节由校内工程训练和校外实习组成。其中校内专题实验是经过实践教学改革整合为单独的实验课程:《材料专题实验Ⅰ》、《材料专题实验Ⅱ》、《材料专题实验Ⅲ》。但多年来,由于学校的人才政策的原因,导致专业实验师资队伍严重不足,使其理论教学与实验教学总是存在脱节的现象,且实验内容简单,不系统,而学生对实验教学也不够重视。另外,在校外实习方面,材料科学与工程专业实习也存在一些问题,一是实习经费低,不利于实习的安排;二是由于企业存在安全和保密的问题,企业不愿意接收学生到现场实习。以上原因导致学生认识实习和生产实习都形同走马观花,以至于学生对实际工程缺少直接接触,对材料制备和检测技术认识不够深入,实习达不到应有效果。

材料科学与工程专业篇(10)

中图分类号:G642文献标志码:A文章编号:1673-291X(2010)36-0283-02

本科层次的应用型人才培养正是在中国经济建设现代化和高等教育大众化推动下产生的一种新型本科教育。应用型本科教育的培养目标定位于技术工程师,这类人才介于工程研究型和技能应用型之间的工程应用型人才[1]。他们既要具有较强的专业基础理论知识,又能够解决生产实际中的具体技术问题。材料是现代社会发展的基础,起着先导作用[2]。材料科学从过去的金属材料、无机非金属材料和高分子材料转向以复合材料、纳米材料、功能材料等为主导的发展格局。虽然这些新型材料的出现又大大丰富了材料的种类,但各类材料具有相似的学科基础、科学内涵、研究方法与研究设备,同时科学技术的发展在客观上需要对各类材料全面了解和研究,因此材料科学与工程学科逐步形成并迅速发展成为一门独立的学科。它主要研究材料的制备与加工、组成与结构、性质、使用性能等要素和它们之间相互关系的规律,并研究材料的生产过程及其技术[3]。可见,材料科学与工程本身就是实践性非常强的一门学科,要求学生有较强的实验动手能力以及解决生产过程的具体问题的能力,而专业的实验实习就是培养学生这样的能力。结合应用型本科院校的特点,专业的实验实习在应用型本科院校材料科学与工程的人才培养中显得尤为重要。

一、实验实习教学的现状和存在的问题

材料科学与工程实验主要目的是在于使学生更好理解相关的原理,锻炼学生运用相关技术方法的能力,而实习的目的在于培养学生解决生产实际中具体问题的能力。在具体实施中,存在实际知识不足,重理论轻实验现象,实验技能较低等问题,实验教学的积极性难以调动,在工作岗位上对实际工作适应性较差,遇到问题不能及时解决。

大多数的专业实验多数为验证性实验,根据课程设置实验内容,内容单调重复,学生按规定的步骤去完成实验内容来验证课堂的原理和方法。这种教学方法虽然进一步加深学生对课堂上学到的原理和方法的理解,但学生处于被动的接受状态,积极性不高,对于学生综合能力的培养是远远不够的。这些弊端严重阻碍了学生作为工程应用型人才的培养[4]。

二、面向应用型本科院校实验实习教学体系的建立

现有的实验教学体系、内容和方法不能适应工程应用型人才的培养,就需要确立面向工程应用型人才教育的实验教学目标和体系以培养和提高学生的实验技能和解决实际问题的能力。根据应用型本科教育的要求[5],并考虑材料科学与工程专业实验教学现状,参考其他高校和企业对这类人才的素质要求的调查研究,笔者对本专业实验实习教学体系的构建提出以下想法:

(一)建立独立于理论教学的实验教学体系

传统的实验教学仅仅是理论教学的一个辅助手段,缺少独立的教学体系。这种体制在强调传授知识的观念下能起到巩固理论知识的作用,但在培养学生解决实际问题的能力方面受到制约。由于原来实验教学的内容常从属于某一门课程,各门课程按照自身的需要开设实验,忽视了相关课程间的联系,且相近课程的实验各自为政、有些重复的内容,造成资源的浪费。针对这种状况,实验课最好独立设课,并有自己的教学大纲、教材,改变传统实验课单一对应理论课的做法,我们设立了材料物理实习、材料化学实习、非金属材料检测等实验课,同时把实验内容重新组合,减少验证性实验的内容,增加设计性、综合性、创造性实验的内容。在实验室建制上,设立由学院统一管理的教学实验中心。这样使专业实验教学做到既注重纵向知识体系的系统性,又要注重横向知识的相互渗透,使专业实验教学最大限度地挖掘学生的知识潜能,锻炼学生的专业实践能力[6]。

(二)建立注重能力的实习教学体系

工程应用型人才是直接在生产一线工作或指导工作的,解决生产过程中的问题。而具体的生产过程和实验也有着很大的不同。为了适应学生以后就业的需要,我们建立了实习的教学体系,让学生能认识、了解、解决具体的生产中的问题。根据我院材料专业的方向特点,从第三学期就安排学生开展认知实习,即通过进入一些相关企业实习,对视光材料的生产加工进行初步了解。接着在第六学期在进一步明确专业方向后,开展以锻炼学生解决实际问题能力的综合实习,然后在分不同的方向进行对应的视光材料应用实习、材料分析检测实习、生物相容性材料应用实习,同时为毕业论文的开展准备相关前期工作。

三、材料科学与工程实验实习教学的实践

根据学校人才培养的目标和要求,综合学院的实验条件,建立了由学院统一管理的教学实验中心,由基础化学实验室、基础材料制备实验室、材料加工实验室、高分子材料实验室、现代仪器分析实验室、先进复合材料实验室、生物材料实验室、材料分析测试实验室等组成。在实验室管理上,每个实验室都由专人进行管理,保证实验仪器设备的正常运行,并实行教学实验开放制度,让学生随意选择时间来完成实验。在内容的安排上,划分为基本技能实验、专业实验、研究性实验三个层次,并编写了相关的实验指导书,建立修订了综合性实验和研究性实验的教学大纲。在此基础上,建立了实习基地,让学生参与到实际的生产过程中。

(一)基本技能实验

材料学基本技能实验起着由公共基础实验课向专业课程过渡的桥梁作用,学生对基本技能实验的熟练程度将直接影响到整个专业课程实验。笔者根据材料科学与工程专业的特点,制定了包括材料试样制备、红外分析、材料力学性能实验等内容在内的基本技能实验指导书和试验教程,旨在培养学生最基本的动手能力和实验技能。在实验过程中,通过教师演示、学生亲自动手、教师跟踪指导等步骤,使学生熟练地掌握基本技能,如试样制备、分析检测、实验数据处理等。基本技能实验一般安排在第二学年的第二学期进行。

(二)专业实验

专业实验以材料制备,材料的结构与性能,材料的性能与应用,材料的结构表征等材料科学组元为主线,将课程实验有机地结合起来,突出了各课程之间、各实验之间的内在联系,使学生对包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料以及生物材料在内的各种材料的研究内容与方法有一个整体的认识与把握。专业实验主要包括: 材料物理实习、材料化学实习、非金属材料检测、综合实习、视光材料应用实习、材料分析检测实习、生物相容性材料应用实习、高分子材料检测等实验课。另外,又将专业实验分为必修实验和选修实验(专业实验主要安排在第三学年进行),让学有余力或有特殊兴趣的学生拓宽知识面,激发他们对实验科学的爱好和追求科学真理的动力。

(三)研究性实验

由于研究性实验具有综合、开放、弹性大的特点,针对学院现有的仪器设备状况、研究方向以及老师的科研项目,笔者制定了现阶段材料科学与工程专业研究性实验的研究方向如高分子材料的合成与制备、天然材料的结构分析、视光材料应用、生物材料方向等。在实验方式上,以科研小组的形式来组织和实施研究性实验。在实验过程中,让学生从查找文献资料开始进行积极思考、提出方案、实验计划与步骤、解决问题方法与对策,到最后独立地完成实验。在时间安排上,研究性实验一般集中在第三学年暑假1~2个月的时间,对于有兴趣的同学可以将研究性实验延长至第四学年的第一个学期,让学生利用课余时间参加到老师的科研项目中。研究性实验完全脱离了常规的“预习一操作一报告”的传统教学模式 [7],要求学生通过实验室的学习和实践,完成一个科学研究的小课题。这样的实验教学虽然对教师提出了更高的知识要求并需要花费更多的时间和精力,但它的确能培养学生的创新精神和实践能力,也会激发起学生的学习兴趣 [8]。

(四)建立实习基地

专业生产实习是实践教学的重要组成部分,是学生巩固所学专业基本理论,培养学生工程意识,让学生了解实际生产情况、综合运用所学知识的重要环节,是顺利走向社会的桥梁和纽带。充分利用校外实习基地的资源,将工厂企业作为课堂。材料学院相继建立了“镇江万新光学眼镜有限公司”、“无锡朴业橡塑有限公司”、“国家眼镜产品质量监测中心”等生产实习基地,将教学中“聚合物成型加工”、“材料合成与制备”、“质量管理”及“角膜接触镜技术”等课程的内容与生产实习紧密结合,大大拓展了本科实验教学领域。实习方式上可采用集中与分散相结合的实习模式,即有条件的学生自行联系实习单位,无条件的学生由学校安排实习单位。为了成功实施这种实习方式,必须让实习单位和学生双方都事先明确实习要求,并建立相应的监督和考核机制,让企业真正成为学校人才培养的第二教室。此外,一些实践期间表现优秀的学生直接被企业留用,一方面解决了学生的就业问题同时也给企业提供了高层次技术人才。

参考文献:

[1]尹飞鸿.工程类应用型本科教学质量保障体系的研究[J].上海工程技术大学教育研究,2007,(3).

[2]邹建新,伍维根,周建国.高校材料专业职业应用型人才培养知识体系的构建[J].中国冶金教育,2006,(2).

[3]王章忠,皮锦红,巴志新.材料科学与工程专业应用型人才培养的思考[J].南京工程学院学报:社会科学版,2007,(1).

[4]丁浩,杜高翔,邓雁希,李金红.材料科学与工程专业增强工程化教学的研究探索[J].中国地质教育,2008,(4).

[5]范舟,王斌,郭小阳.材料科学与工程引导性专业实践教学体系探索[J].西南石油大学学报:社会科学版,2009,(2).

[6]韩雅静,原续波,李宝银,张爽男,胡绳荪,盛京.材料科学与工程专业教学平台实验室综合实验课程改革初探[J].高等工程教育研究,2005,(2).

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