材料科学与工程导论篇（1）

电子材料与器件课程是电子科学技术相关专业的基础性课程，对于学生巩固基础知识和提高专业技能是极为重要的。而提高电子材料与器件课程教学的质量，使课程与社会需求相结合，是高校教师探索的重中之重。笔者承担着我校电子材料与器件课程的教学任务，在总结教学经验的基础上，笔者在教学内容、课程安排和教学形式等方面进行了尝试，并取得了一定的教学成果。

1.电子材料与器件简介

处于电子科学技术产业链前端的电子材料和元器件是众多核心基础产业的重要组成部分，是计算机网络、通讯、数字音频等系统和相关产品发展的基础。电子材料与器件是指在电子技术和微电子技术中使用的材料和器件，包括半导体材料与器件、介电材料与器件、压电与铁电材料、导电金属及其合金材料、磁性材料光电子材料和磁性材料、电磁波屏蔽材料以及其他相关材料与器件。电子材料与器件是现代电子产业和科学技术发展的重要物质基础，同时又是科技领域中技术导向型学科。它涉及到物理化学、电子技术、固体物理学和工艺基础等多学科知识。根据材料的化学性质，可以分为金属电子材料，电子陶瓷，高分子电子、玻璃电介质、气体绝缘介质材料，电感器、绝缘材料、磁性材料、电子五金件、电工陶瓷材料、屏蔽材料、压电晶体材料、电子精细化工材料、电子轻建纺材料、电子锡焊料材料、PCB制作材料、其它电子材料。

2.电子材料与器件课程教学模式

2.1电子材料与器件课程教学形式

电子材料与器件课程既包含电子材料的物理特性和电子器件的工作原理，还包含丰富的电子材料与器件的理论知识，并且与实践应用紧密结合。为了更好的培养学生的时间能力，增强实践意识，达到学以致用的目标。因此，电子材料与器件的课程教学应采取实验教学和理论教学相结合的教学形式，教师安排合理的实验活动，将理论教学与实验教学有机结合，达到学生巩固理论知识、增强实践技能的教学目标。

2.2电子材料与器件教学课时安排

教学采用教材《电子材料与器件原理》。在电子材料与器件教学的课时安排上，该课程作为电子科学与技术专业的核心课程，电子材料与器件课程的总课时应不少于80学时，理论课学时设计应在64学时左右，实验课学时应在16学时左右，任课教师可以根据教学过程中的实际情况增加或减少某一章节的课时安排。

2.3电子材料与器件课程教材选择

在电子材料与器件课程的教材选择方面，由于电子材料与器件是电子科学技术的一部分内容，目前我国关于电子科学技术的参考书籍很多，其中也不乏经典教材，但考虑到本科生对于该课程接触时间段、基础知识薄弱等特点，笔者认为任课教师可以自行编写课件和讲义，以便学生更好的理解教学内容。除此之外，由加拿大萨斯喀彻温大学电气工程系教授、加拿大电子材料与器件首席科学家萨法・卡萨普编写的《电子材料与器件原理（第3版）》也是业界公认的电子材料与器件教学的参考书籍。

3.电子材料与器件课程的理论教学

在新时期素质教育的背景下，电子材料与器件课程的理论教学更侧重于加强学生的实践能力，因此需要对传统的电子科学技术教学中重视原理、定律和规律的模式进行调整，在教学内容的设置方面，为了便于学生更好的理解知识体系，以笔者讲授电子材料与器件理论课程（共80学时）为例，该理论课程共被划分为材料科学的基本概念、固体中的电导和热导、量子物理基础、现代固体理论等四个章节，这四个章节阐述了电子材料与器件涉及的基础理论，内容包括材料科学基础理论、固体中的电导和热导、量子物理基础和现代固体理论，以及对各种功能材料与器件的原理与性能的讨论。另外，在讲授每章内容时，任课教师应注意弱化理论知识，增加实践知识。

4.电子材料与器件课程的实验教学

电子材料与器件的实验教学要与理论教学紧密结合，并重点介绍理论课上讲过的电子材料与器件，实验课程学时不能偏少，开设实在要安排在理论教学完成之后，使学生能够充分将理论知识应用于实践中。在实验开始前，教师要要求学生充分掌握理论知识，实验结束后，学生要写实验报告，使实验切实产生作用，而不是走马观花。在实验课程的设定方面，要尽量避免与其其它验课程的重复，还要确保理论与实践相辅相成，充分利用实验资源。

5.电子材料与器件课程的学生评价体系

素质教育的电子材料与器件课程的学生评价标准应区别于传统的考试评价方式，教师要将学生的平时表现、理论知识掌握、实践能力等纳入对学生的评价体系中。促使学生不再局限于对电子材料与器件规律、定义等知识的僵化掌握，而是将学习重点偏向于实践和应用。这种评价方式的转变，有利于学生积极主动的掌握知识，在实践中巩固理论知识，在理论中深化实践知识，全面提高电子材料与器件的课程教学效率和质量。

电子材料与器件在信息产业的发展与科学技术的研究中的重要性与日俱增。它既是电子科学技术体系专业知识中的重要环节，更为电子科学专业的学生提供了良好的科研基础和就业竞争力。本文通过对电子科学与技术专业特点与电子材料与元器件课程内容的分析，探讨了电子材料和元器件在电子科学专业领域的重要性，笔者还结合自身多年电子科学专业的教学经验，对电子材料与元器件教学的教学形式、课时安排、教材选择进行了新的探索，对电子材料和元器件的理论和实践课程提出了新的意见和建议，以便于提高教学质量，提升学生专业素养。

【参考文献】

[1]萨法・卡萨普.《电子材料与器件原理（第3版）》.西安交通大学出版社.2009年6月

材料科学与工程导论篇（2）

一、前言

高端应用型本科培养模式教学方案是《工程材料》课程教学的指导依据，也是高职院校课程教育的有机组成部分。所以重视高端应用型本科培养模式下的“工程材料课程”的学习，可以达到符合预期的教学效果。

二、工程材料课程的重要性

工程材料是土木工程专业重要的专业基础课，工程建设离不开工程材料，材料的发展也会带动整个土木建设的的相关飞跃。交通运输行业依托检测行业的发展和社会需求的增加，工程材料课程的重要性也愈加凸显，对于高职土木工程专业而言，这门课程和就业的一些岗位息息相关，工程材料的检测试验对整个工程建设的影响很大，要求学生在校期间学好这门课程。

三、工程材料课程的特点

《工程材料》的课程要求是使学生能够掌握工程材料的分类及应用，了解工程材料的基本理论;能够根据所学的知识解决工程实际的问题;能够对常规材料进行试验检测，掌握混凝土配合比的重要内容。掌握沥青混合料的配合比设计。该课程的特点是各种材料内容独立、涉及材料多、教学内容繁。课程安排90学时，其中实训课时占50%。工程材料是土木工程专业学生的专业基础课，本门课程为专业课的学习奠定了基础。因此，要求学生对本门课程的学习达到教学目标的要求。

四、工程材料在目前高职院校的课程方法和存在的弊端

1.理论和实践教学中基础材料的比例偏重

我国高职院校的工程材料教学主要是培养学生应用工程材料的能力，在实际教学中应该把重点放到应用这一点上，当然也不能忽略理论知识的重要性，毕竟理论是应用的基础。但是，当前我国高职院校工程材料教学所用的教材应用性不强，过于系统化，工程材料基础相对较弱的学生学习起来有一定的难度。又加上教学和学习任务繁重，影响师生的教学及学习兴趣，严重影响了学生对该知识的学习。

2.专业部分的内容欠缺

《工程材料》课程中知识内容多，相互之间的知识内容多数独立，系统性及连贯性不大，原理性强。按此课程的教学内容多而杂、概念繁多、学时数少的特点来看，学生要想学好本门课程，至少需要课后复习1小时以上，对新知识的内容至少要预习30分钟以上。但绝大多数学生不复习或复习时间不超过30分钟，“课堂不听、课后不看”几乎成了学生的惯例。

3.教学方法

（一）、实用为本，学以致用

教学内容以实用为本，学以致用，在教学方法上坚持“一个中心、联系重点、突出实用”的原则。在课程内容组织中，围绕材料的成分为中心，以材料的工艺、组织和性能之间的联系为重点。课程讲授内容围绕中心和重点展开，突出实用，保证教学内容的连续性和实用性。在学习传统工程材料时，也引入新材料、新科技，将现阶段的最新工程技术标准加入到教学内容中去，这样使学生始终学习到最新的工程材料知识内容。改变以往“理论为主，轻视实用”的教学理念，同时加大实践学时，增加实验项目种类。

（二）、理论与实践有效结合

《工程材料》属于专业基础课，是一门偏重实践应用的课程，大量知识都来自于实践的积累。其理论内容原理性强，与实践联系息息相关，因此实践环节在整个知识内容中占有非常重要的地位。通过实践环节可以培养学生分析、解决问题及实际操作动手能力，同时通过之后的实践环节加强学生自主创新能力的培养，将理论内容与实践环节有效结合起来。实践教学体系以材料的工艺为中心，包括测试实验的操作和加工方法的操作，以学生为主体来组织教学。同时利用多媒体技术与网络资源，实现实验教学的形象化和可视化，有效的将理论与实践结合起来。

五、高端应用型本科的培养目标

为建立和完善与现代产业体系相适应的职业教育体系，创新高端技能型、应用型人才培养模式，更好地服务于我省“对高素质专门人才培养的新要求。桂林理工大学土木专业与广西交通职业技术学院路桥专业联办“1+3”分段联合培养以能力培养为本位的高职本科教育，强调以“高端应用型”作为教学目标，以职业岗位能力作为教学目标设置课程，组织教学内容，打破普通本科的“学科本位”，拓宽与创新人才培养模式，构建突出应用能力培养的教学体系、课程结构和教学方法体系。

具体目标包括：构建高职院校和应用型本科“1+3”分段培养层次的整体职业教育人才系统培养体系，形成高端应用型本科一体化人才培养方案，明确人才培养目标;基础教学在本科院校完成，使学生有扎实的理论基础，专业教学在高职院校完成，突出培养学生的实践能力和专业能力。培养“高端应用型”的专业技术人才。构建实践导向的专业课程体系;遵循技术应用型本科人才培养规律，加强校企合作，实行学科课程、项目课程、综合实践课程有机结合，突出实践技能、技术应用和设计能力培养;构建高职、本科衔接质量监控模式，贯穿高职、本科教育全过程。

六、工程材料课程的教学思路

1.教学体系调整

现有工程材料课程与其他专业课程衔接不够，有部分教学内容重复。如工程材料的“土工材料”章节和“砂石材料”部分重叠，需从在授课内容上进行合理调整。课程体系改革的原则要坚持“厚基础、宽口径、反应现代、融入前沿、综合交叉、注重实践”。保证适度的材料基础理论知识，突出工程材料的应用和加工工艺方法，加强实验和实训等实践性教学环节。处理好课程之间的衔接、分工和配合。避免教学内容的重复和知识点遗漏，以达到整体优化的目的。

2.教学内容优化

工程材料课程以培养应用型人才为目标，所以教学内容上适当进行整合和优化。以各专业培养目标为导向，精心组织相应专业对应的工程材料课件。适当简化课程中过于深奥的理论知识点，简化复杂的公式推导，重视学生材料设计能力的培养。要保证教学内容的基础性、实用性和先进性。材料的强度、硬度和塑性、韧性之间的此消彼长的关系是基础性的知识点。从实用性的角度看，工艺部分对机械和近机类学生非常重要，重点讲解。

3.实验环节创新

实践教学是理论和实践联系的桥梁。本课程的实验部分为材料基本性能实验、材料设计配合比实验，实验时学生被动在教师的指导下按照实验步骤完成实验过程。对于高端应用型本科人才的培养模式中，教师进行适当的项目教学、任务教学设计，在实验教学环节中使学生成为主导，教师对其引导和指导，培养学生的自学能力、团队合作能力。

结束语

课程教学在高职教育中占据着十分重要的位置，教育者要努力研究教学方法，不断分析和调整教学中的问题，使得高端应用型本科培养模式在工程材料课程中得到很好的应用。

材料科学与工程导论篇（3）

随着社会的发展，特别是信息功能材料的发展和应用的日益广泛，作为功能材料基础的磁性材料得到了日益广泛的应用。与此相适应的，在材料科学与工程学科的教学体系中，特别是在一些主干课程中都出现了与磁性材料相关的内容也就成为历史的必然。因为磁性材料从材料微观结构上涉及到晶态材料、非晶态材料、纳米晶材料，也涉及到金属材料、陶瓷材料等无机材料，所以在《材料物理导论》中把“材料的传导性和磁性”作为一个章节，《新材料概论》中与磁性有关的有“磁性材料”和“超导材料”两个章节，《金属功能材料》涉及到磁性的章节更多，有“磁性材料”、“金属薄膜材料”、“非晶态金属材料”、“信息材料”、“超导材料”及“智能金属材料”等章节，在涉及到材料物理性能及测试的教材中，都会不可避免地涉及到磁学知识。在国外的教材中，情况也是如此，如《工程材料科学与设计》一书。在无机材料、陶瓷材料等课程中，也都会涉及到磁性材料，在材料物理性能的讲授中，也必然会涉及到电性及磁性的内容。考虑到磁学知识的广泛性及分散性，我校在教学实践中发现，有必要充分利用学校在这方面的优势，把磁学的相关知识单独作为一门学科进行讲授，这样既有利于学生对磁学知识有一个系统的理解，也可以适应社会发展的需要。磁性材料作为一种非常重要的基础功能材料，在社会中已经得到了广泛的应用，作为材料科学与工程专业的学生，非常有必要对磁学及磁性材料的知识有一个专门的了解，这样做会使学生受益终生。因为一方面有利于扩大他们的知识面和视野，也非常有利于他们就业；另一方面有的学生进入研究生阶段后，如果具备一些磁学相关知识，也非常有利于他们的学习和研究工作，《金属材料结构与性能》属于材料科学与工程学科领域的基础教材和国内外材料专业硕士的必修教材，也把“材料的磁性能”作为一个章节进行讲授。

作为重要的现代信息功能材料的磁性材料，其发展具有悠久的历史，在这方面已经有许多专门的文献资料进行了介绍，在此不再赘述。人类很早就开始了磁学的研究，但直到量子力学创立后，才对磁性的起源有了一个较为清晰的认识，也就是说，磁性本质上起源于物质的量子性质。这就说明要研究与磁性相关的现象，就必须具有《量子力学》的学习背景；要研究大量微观粒子聚集体的磁学性质，就必然要用到《热力学统计物理》的知识；要研究固体的磁学性质，也必然要对《固体物理》有深入的了解。所以，在学习《磁学》课程之前，必须要以这三门课程的学习为先导，而在材料科学与工程专业中作为专业基础课，都会专门开设这三门课程，这也就为磁学课程的开设创造了有利条件。我校的探索实践表明，在讲授中应以《磁性材料》课程为主线来进行讲授，并且适当增加一些必要的磁学知识和磁测量知识，以利于学生的理解，也有利于学生对其他相关课程的学习。我校几年来的实践教学都收到了良好的效果。人们对纳米结构体系与新的量子效应器件的研究已经取得了许多新的进展，有许多成果已经产业化，并由此带动了传统产业的技术升级和技术进步，从而掀起了纳米科技热潮。纳米结构由于具有纳米微粒的特性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应等特点，又存在由纳米结构组合引起的新的效应，如量子耦合效应和协同效应等，这些都属于量子力学现象，现代纳米科技研究也多是以这些效应为出发点来进行的，这些内容也是材料科学与工程学科各门主干课程的重点内容。磁学主要研究物质的磁性及其起源，也就是研究与电子的自旋相关的性质及理论。磁学从创立之初就一直在从事与量子效应有关的知识研究。从量子力学创立至今，磁学从理论上对这些问题的探索已经有将近一个世纪的时间，积累了丰富的知识，对磁学相关知识的学习，必然会大大促进学生对材料科学与工程学科的学习和理解。

并列为现代科学技术的三大支柱，并认为他们是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一。在这三大支柱中，材料科学显得尤为重要，可以说材料科学是现代科学技术发展的重要支撑，这主要体现在材料是人类社会进步的里程碑，而先进材料是高新技术发展和社会现代化的基础和先导，也因为信息和能源技术的发展都与材料科学的进步和发展密切相关。材料一直是人类赖以生存和发展的物质基础，但材料科学的提出却是20世纪60年代初的事情，也是科学技术发展的必然结果。随着人们对材料的制备、微观结构与宏观性能之间关系等研究的逐步深入，各种材料体系，如金属材料、高分子材料、陶瓷材料等都已相继建立起来。对不同材料的研究可以相互借鉴，也使得不同材料之间的相互替代和补充成为可能，由此也出现了复合材料的概念并得到了广泛应用。随着人们对材料研究的深入，逐渐形成了材料科学与工程这门学科。这门学科除了研究材料的组成、结构与性质的关系等基础研究之外，还研究材料在制备过程中的工艺和工程技术问题。现在一般认为，材料科学与工程主要包括组成与结构、合成与制备、性质及使用效能等四个方面，它是关于材料成份、结构、工艺与它们的性能和用途之间的有关知识的开发和应用的科学。由此可以看出，材料科学与工程科学有多学科交叉、与实际应用密切相关等特点，并且也是一门正在发展中的科学。作为一级学科，材料科学与工程学科下设有材料物理与化学、材料学、材料加工工程三个二级学科。按照我国的专业规划，材料科学与工程学科以材料学、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。更进一步讲，材料科学与工程专业培养具备包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料等材料领域的科学与工程方面较宽的基础知识，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的科学研究与工程技术人才。金属材料领域涉及的金属磁性材料和无机非金属材料领域涉及的陶瓷基铁氧体材料都已经得到了非常广泛的应用。高分子领域的有机磁体，目前正在成为国际上研究的热点，也是软物理研究的一个重要领域。由此可以看出，材料科学与工程领域涉及的各个方面，都可以看到磁性材料的影子。材料一般分成结构材料和功能材料两大类，磁性材料作为具有特定物理功能的材料，在功能材料中占有很大的比重。当前功能材料的研究和开发的热点集中在光电子信息材料、功能陶瓷材料、能源材料、生物医用材料、超导材料、功能高分子材料、先进复合材料、智能材料以及生态环境材料等领域，这几类材料几乎都与磁性材料有直接或间接的关系，各类材料的磁学性质无疑也是当今研究的热点问题。

材料科学与工程导论篇（4）

关键词:

材料化学;绪论课;教学设计

材料化学是材料科学与化学的交叉学科，伴随着材料科学的发展而诞生和成长，即是材料科学的重要部分，又是化学学科的一个分支［1］。目前，很多高等学校的化学和材料类专业开设了《材料化学》这门课程。《材料化学》是南阳师范学院材料化学专业的核心基础课程，对于培养学生的材料科学基础知识，分析和解决材料制备和应用中的化学问题的能力起到了关键作用。但是该课程涉及的知识面广泛，内容庞杂、概念甚多、加上课程改革，理论课时数减小，学生在学习《材料化学》课程过程中，普遍存在概念混淆、重点难以掌握等问题。绪论是一门课程的开场白和宣言书，是师生之间学习和交流的起始点，能为学生建立起一门课程的知识轮廓。通过对绪论进行学习，学生可以了解课程在所学专业中所处的地位和作用，以及该课程的教学内容、学习方法和考核方式等问题［2］。如何激发学生学习该课程的兴趣，提高课程的教学质量，绪论课在整个课程教学中有着举足轻重的地位。结合近年来的教学实践，就如何讲好《材料化学》绪论课谈一些心得。

1首先明确课程性质、特点及地位

教学之初，首先明确该课程作为专业核心课程的重要地位，是学习后面材料专业课程的基础课程，同时明确考核方式，加强学生对本课程的重视程度。材料化学是材料科学和化学学科的交叉学科，课程内容既涉及工程材料应用中的实际问题，又包括材料结构及制备中的化学问题。作为一门交叉学科，很多知识点与材料学和化学课程中的相关内容重复，很多学生以为学过相关知识，就会从思想上松懈。然而，相关知识点虽然出现重复，但在不同学科中讲授的重点是不同的。在讲授材料化学课程的过程中，要着重培养学生利用化学的思维解决材料科学中的问题，使学生深刻领会化学与材料科学交叉的重要意义。通过一些实例，讲解本课程与化学和材料相关课程的区别和联系，使学生更加深入了本课程的性质和地位。材料科学是偏实际应用的工科课程，化学是偏理论的理科课程，材料化学则是利用化学的理论解决材料应用中的实际问题。

2材料

以材料的实际应用为引子，如材料在航天航空、交通运输、电子信息、生物医药等领域的应用，带领学生进入学习状态，引导学生回想什么是材料?材料的种类?提出材料是对人类有用的物质，是人类赖以生存和发展，征服自然和改造自然的物质基础;是人类进步的里程碑。然后介绍材料的发展历史，说明人们对材料的使用，是从最早的天然材料，依次经历了陶瓷、青铜、铁、钢、有色金属、高分子材料以及新型功能材料。根据材料的发展史，启发学生思考材料研究和发展过程中的规律和特点。人们对材料的使用经历了从天然材料到合成材料，从传统材料到新兴材料。传统的材料主要以经验，技艺为基础，材料靠配方筛选和性能测试，通过宏观现象建立的唯象理论对材料宏观性能定性解释，不能预示性能和指明新材料开发方向，而新型材料则以基础理论为指导。材料科学的历史表明，当一种全新的材料在原子或分子水平上合成后真正巨大的进展就常常随之而来。化学的发展往往导致材料技术的实质性进步。在新材料的研发和材料工艺的发展中，化学一直担当着关键的角色［3］。任何新材料的获得都离不开化学，以石墨烯为例，物理学家主要关注其电子结构及输运理论，材料学家主要测试材料的电磁、光电、传感和催化等性能，而化学家的任务则是利用化学气相沉积和插层剥离等方法制备该材料。只有通过化学气相沉积法制备出高质量大尺寸的石墨烯，才能推动石墨烯在电子信息领域走向实用化。

3材料与化学

材料化学是材料科学与化学学科的交叉，很多学生容易混淆材料科学和化学的研究范畴。在本课程的第一节课，一项重要的任务是使学生明确材料科学和化学的研究内容和范畴，这对于后续相关概念的讲解至关重要。材料科学的研究对象是材料，材料是对人类有用的物质，指的是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。而化学的研究对象是物质，物质是构成人类物质世界的基础。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料;材料科学是一门研究材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能及应用之间相互关系的科学;而化学则是从原子和分子角度研究物质的组成，结构、性质及相互转变规律的科学。因此，化学研究的尺度范围是原子、分子、分子纳米聚集体。材料科学最早研究的尺度范围在微米以上，如钢和陶瓷的组织结构。随着一些新兴材料的出现和发展，人们对材料的研究甚至小到电子结构。如近些年发现的拓扑绝缘体，其表面导电，体内不导电的性质由其拓扑的能带结构决定，而该拓扑结构则与电子的自旋运动有关，研究拓扑绝缘体必须从电子自旋角度认识其结构。因此，材料科学的研究范畴不断拓展，并于其它学科交叉。

4材料化学

通过学习材料的发展历程、材料科学与化学之间的区别和联系，学生已经对材料化学有了一定的认识，引导学生给材料化学下一个定义。材料化学是关于材料结构、制备、性能和应用的化学。本校材料化学专业选用曾兆华、杨建文编著第二版《材料化学》作为教材，教材的章节也是按照材料结构、制备、性能和应用进行安排的［4］。在这部分内容讲授过程中，可以让学生以教材目录为参照，讲到相关内容可以与教材相关章节进行对应。

4.1材料的结构

从三个层次讲解材料的结构，分别是电子原子结构、晶体学结构和组织结构。电子原子结构在很大程度上影响材料的电、磁、热和光的行为，并可能影响到原子键合的方式，因而决定材料的类型。在这个层次上研究的化学问题主要涉及原子序数、相对原子量、电离势、电子亲核势、电负性、原子及离子半径等。原子序数决定了材料的化学组成，电负性决定材料内部原子之间的键合方式，从而影响材料的导电性、强度和热膨胀系数等。晶体学结构主要指原子或分子在空间排列的方式，根据原子排列的有序性，将材料分为晶体和非晶体。晶体中出现局部无序，或对理想晶体的产生偏离，则出现缺陷。缺陷的存在影响材料的力学性能和电学性能等。如在本征硅内部掺杂磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成杂质原子缺陷，增加本征硅的导电性，形成N型半导体。组织结构主要指材料的物相组成及结构、晶粒的大小和取向等。在大多数金属、某些陶瓷以及个别聚合物材料内部，晶粒之间原子排列的变化，可以改变它们之间的取向，从而影响材料的性能。一般来说，减小金属的晶粒可以降低其熔点。在这一结构层次上，颗粒的大小和形状起着关键作用。大多数材料是多相组成的，控制材料内部物相的类型、大小、分布和数量可以调控材料的性能。

4.2材料制备

材料合成与制备就是将原子、分子聚集在一起，并转变为有用产品的一系列过程。材料制备的方法和工艺影响材料的结构，从而影响材料的性能。根据制备原理的不同，材料制备方法可以分为物理法和化学法。物理法指在材料制备过程中，仅改变材料内部原子或分子的聚集状态，不涉及化学反应的方法。如真空镀膜、溅射镀膜、脉冲激光沉积法等。化学法则在材料制备过程中，涉及化学反应，并且有新物质的生成。如固相反应法、有机合成法、水热法、沉淀法、化学气相沉积法等。以石墨烯材料为例讲解材料的制备方法。石墨烯作为二维单原子层材料，既可以采用物理法制备，也可以采用化学法制备。2004年发现石墨烯的报道，便是采用简单的胶带对撕方法制备，该方法依靠外力使石墨片层克服层间范德华力，使层与层之间分离，从而获得单层石墨，该方法也称为物理机械剥离法。利用甲烷、乙烯等烃类气体作为碳源，镍、铜、金等金属作为基片，采用化学气相沉积法则可以制备高质量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨为原料，利用化学插层剥离的方法也可以用来制备石墨烯［5］。但不同方法制备获得石墨烯的尺寸及性能差别较大，在不同的应用领域采用的石墨烯制备方法是不同的。

4.3材料性能

材料的性能由其结构决定，与材料制备的工艺和方法有关。性能是指材料固有的物理、化学特性，材料性能决定了其应用。广义地说，性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述，例如力学性能是材料对外力的响应、电学性能是对电场的响应、光学性能是对光的响应等。因此，材料的性能可分为力学性能和特殊的物理性能。常见的力学性能包括材料的强度、硬度、塑性、韧性等。力学性能决定着材料工作的好坏，同时也决定着是否易于将材料加工成使用的形状。锻造成型的部件必须能够经受快速加载而不破坏，并且还要有足够的延性才能加工变形成适用的形状。微小的结构变化往往对材料的力学性能产生很大的影响。材料特殊的物理性能包括电、磁、光、热等行为。物理性能由材料的结构和制造工艺决定。对于许多半导体金属和陶瓷材料来说，即使成分稍有变化，也会引起导电性很大变化。过高的加热温度有可能显著地降低耐火砖的绝热特性。少量的杂质会改变玻璃或聚合物的颜色。

4.4材料应用

材料化学已经渗透到现代科学技术的众多领域，如电子信息、环境能源、生物医药和航天航空等领域。例如，在电子信息领域，现代芯片制造离不开化学。光刻过程使用的光刻胶和显影液，镀膜过程中的化学气相沉积和原子层沉积，刻蚀过程中的反应离子刻蚀，这些工艺过程都离不开化学的作用。在环境能源领域，新型光催化材料和太阳能电池材料的研究和开发，离不开化学法制备材料和对材料进行化学掺杂改性。在生物医药领域，对传感材料进行化学改性提高其传感特性，对仿生材料进行表面改性可以提高其生物相容性。在航天航空领域，各种轻质、耐高温、耐摩擦等结构材料和功能化智能材料的研发都离不开化学。

5结语

通过对“材料化学”绪论课的精心设计，使学生明确了该课程的性质和重要地位，大量的实例激发了学生学习的兴趣和求知欲，树立了学生学好该课程的信心，为课程的深入学习起到了奠基石的作用。以“材料、材料与化学、材料化学”为主线进行讲授，使学生对本课程的内容有了更加清晰和深入的认识，取得了良好的教学效果。

参考文献

［1］禹筱元，罗颖，董先明.材料化学专业人才培养模式的改革与实践［J］．高教论坛，2010，1(1):23－25.

［2］杨卓娟，杨晓东.关于高校课程绪论教学的思考［J］．中国大学教学，2011(12):39－41.

［3］唐小真，杨宏秀，丁马太.材料化学导论［M］．北京:高等教育出版社，1997.

材料科学与工程导论篇（5）

科研方面

作为负责人，杨静老师先后承担国家自然科学基金面上项目、青年基金等国家及省部级科研项目7项。作为主要参加人，在研973计划子课题1项（第1参与人），完成863计划项目1项。在Nature Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Phys. Rev. Lett.等国际著名学术期刊发表SCI论文40余篇， SCI他引706次。论文被Nature、Nature Phys.、Chem. Rev.等国际顶级学术期刊发表的综述论文多次正面引用。国家自然科学基金委《Science Foundation in China》、《天津日报》头版分别以“A top-down strategy towards monodisperse colloidal quantum dots”、“天大首创量子点合成新工艺”为题，相继报道了本人的工作。以通讯作者参与编写出版首部激光合成纳米材料英文专著一部（Pan Stanford出版社）。申请发明专利12项，已授权5项。荣获2015年度天津市自然科学一等奖（排名2）。入选教育部“新世纪优秀人才”计划、天津市“青年科技优秀人才”计划、天津市“131创新人才培养工程第二层次人选”、天津大学“北洋青年学者”和首批“北洋青年骨干教师”。 2014受邀在澳大利亚举行的第8届先进材料加工国际会议上作邀请报告，受邀担任第3届优秀青年材料学家国际会议分会主席并作邀请报告。2012-2015年三次参加“清华-天大-华理-上硅所材料学科青年教师研讨会”并作口头报告；2015年参加首届京津冀青年科学家论坛并作口头报告。2011年赴美国伯克利劳伦斯国家实验室、莱斯大学和伊利诺伊理工大学进行学术交流。2013年赴淄博与南澳大学、美国弗吉尼亚理工大学来访教授探讨相关科研合作项目，并作口头报告。同时，担任国家自然科学基金函评专家、Frontiers期刊审稿编辑。

教学、人才培养方面

本科生教育教学方面。主讲学院“六大平台课程”之一、专业核心课“材料现代研究方法”，于2009年获部级精品课程，2014年获部级精品资源共享课，2015年加入“课程质量提升计划课程”（排名2），参与“十二五”普通高等教育本科部级规划教材《材料分析方法》编写，撰写2个章节（2014年出版）。同时承担本科生跨专业选修课“材料进展前沿”、“纳米材料与技术”课堂教学，以及“材料科学基础实验”的实践教学工作。2011年9月协助德国萨尔大学Springborg教授开展全英文授课。先后指导本科毕业设计15人，其中1人作为共同作者在国际著名学术期刊Nature Commun.上发表研究论文。指导天津市大学生创新训练项目2项。2015年受聘“师昌绪荣誉学位计划”导师。先后担任09级金属、13级功能材料专业本科生班主任，并荣获院级优秀班主任称号。

研究生教育教学方面。新增开设材料学专业硕士生学位课“材料热力学”和选修课“半导体光电材料基础”，形成了“以科研为导向、开放教学、自主学习”的教学模式。其中，“半导体光电材料基础”于被首批确定为研究生数字化教学“开放课程”，获“开放课程”建设三等奖、天津大学优秀教学成果二等奖、全英文课程建设立项。独立指导硕士生7人，已毕业3人。先后协助指导硕士生17人，博士生10人。

学科、实验室建设、管理等方面

作为新能源材料研究所副所长，参与新增功能材料专业建设，承担本研究所科研管理及日常事务性工作。作为天津大学第十一届学位评定委员会第四分委会委员，参与硕士生培养方案修订和课程改革、学位授予点自评、指导教师岗位选拔办法制定等。参与材料学院竞争力提升项目“材料学科竞争力提升的研究与实践”。参与天津市材料复合与功能化重点实验室建设。此外，在院、系各项工作中也起到骨干带头作用，例如：参与制定材料学院“985工程”2010-2020年总体规划及2010-2013年建设规划，以及材料学院“985工程”（2010-2020年及2010-2013年）改革方案；承担学院赴美交流学生英语面试、学院宣传册和硕士研究生培养方案英文版校订等工作；多次担任材料学院大学生科技立项评审评委、博士生论坛评委等。

2015年荣获天津大学第二十一届十佳杰出青年（教工）、天津大学校级“三八红旗手”等荣誉称号。作为九三学社天津大学第六届委员会委员、九三学社天津大学委员会青年工作委员会副主任，承担组织、宣传等社务工作，并于2015年荣获九三学社天津市委员会优秀社员称号。

学生感言：

材料科学与工程导论篇（6）

材料物理专业是“研究各种材料特别是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料发展提供科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”[1，2]。材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科，主要通过各种物理技术和效应，实现材料的合成、制备、加工与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用；新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。材料物理将理科的知识传授与工科的工程能力培养相结合，使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特点。

二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位

材料物理化学是贵州大学材料物理专业本科生的学位必修课程，这门课程是从物理化学的角度研究材料科学与工程的基础理论问题，从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。该门课程的教学目的在于提高学生的专业知识水平，培养学生科学的思维方式和独立的创新能力，以及综合运用基础理论来解决实际问题的能力。材料物理化学是材料物理专业非常重要的专业基础课，它以高等数学、大学化学、大学物理等理论基础课程为基础。高等数学是学习物理化学的重要手段和工具，物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。认识到大学物理和物理化学中热力学内容的衔接，了解大学物理中原子结构知识的介绍，协调好与大学化学中原子结构部分内容的关系，突出重点，避免重复，讲清难点，是材料物理化学教学中值得注意和认真对待的问题[4]。材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程（材料腐蚀与防护等）的基础课程。材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分，就要运用材料物理化学中诸多热力学基本知识，如G-T平衡图和克拉佩龙方程等。材料物理化学如同一座桥梁，将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来，以完善专业知识的系统与连贯性。同时，材料物理化学作为一门重要的专业基础课，是许多高等院校研究生入学考试的必考科目。材料物理化学与材料科学与工程各专业相关的生产生活联系紧密。新材料的设计、合成以及产物性能的提高与可控自由基聚合反应中所用的新型催化剂和引发剂息息相关。在材料表面改性过程中，界面效应是起理论指导作用的。电化学在材料领域应用广泛，例如：熔盐电解法制取金属铝、多种稀土金属及其合金，金属在使用过程中的腐蚀及防护等，新型的化学传感器、燃料电池、锂离子电池的研究和生成都要用到电化学理论。而对于发展迅速的前沿材料纳米材料，如何制备具有规定尺寸和组成的纳米颗粒、测量其性质、了解它们的特殊性质与颗粒尺寸的关系等很大程度上依赖于科学测量手段和化学化工技术，这也离不开材料物理化学基本原理的指导。

三、材料物理化学的教学难点

根据在以往的教学过程中的观察与经验，材料物理化学是一门老师难教、学生难学的课程。这首先是因为材料物理化学课程与数学物理联系密切、抽象概念多、数理推导多、公式繁杂等特点。许多学生见到大段连篇的公式推导就会产生畏难心理，丧失学好该课程的信心，然后就逐渐厌学甚至放弃学习。再加上该门课程对于材料物理专业的学生来说，课时相对较少，要在有限的学时中掌握较多的内容，使得以往的教学出现点到为止，认识学习不够深入的现象[5]。该门课程的授课对象是大学二年级上学期的学生，处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期，求知欲强，精力充沛。面对这样的学生，如何有效地利用他们的求知欲，激发起学习该课程的兴趣，并针对他们的缺点，制定行之有效的方法及对策，使其通过该门课程的学习，培养起运用物理化学的方法进行科学研究和解决实际问题的能力，是值得我们教学工作者值得思考并认真对待的问题。

四、材料物理化学的教学改革

针对上述问题，为提高材料物理化学的教学质量，激发学生的学习兴趣，培养学生能力，我们对材料物理化学课程教学进行了多方面的改革。

材料科学与工程导论篇（7）

中图分类号：G643 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）01-0274-02

一、现有专业学位工程硕士研究生培养存在的问题

全日制专业学位硕士研究生培养的目标是以企业需求和职业岗位为导向，培养具有掌握扎实的理论基础和系统的本学科专业知识，具有综合运用能力的研究生[1，2]。应突出研究生毕业后能够从事某一类专业或某种具体职业岗位所需要的职业知识和职业技能的职业特点。事实上，西部院校受传统教育观念、师资结构和学术研究生培养模式的影响，专业学位研究生教育基本沿袭了学术性学位研究生教育的培养模式，和东部等先进院校相比，更没有很好地体现出自身的培养目标和特点。例如，在人才培养方案、课程体系和课程设置、教学学时、教学大纲等方面基本和学术研究生的相同或类似，使得学生从事工程实践的时间较短，学生的工程技术能力没有得到充分有效的培育和锤炼，导致专业学位工程硕士研究生教育成为带着“学术化”影子的培养模式，使得专业学位研究生培养模式重点不明晰[3，4]，在很大程度上制约了研究生培养的质量。因此，为了培养掌握扎实的基础理论和宽广的专业知识，具有较强的解决实际问题的能力，能够承担专业技术或管理工作，具有良好的职业素养的高层次应用型专门人才，迫切需要培养单位对专业学位硕士研究生的培养模式进行探索与实践。

二、提高材料工程专业学位研究生培养质量的措施

（一）优化人才培养方案，加强课程体系建设

专业学位硕士研究生的人才培养方案应更加突出行业、企事业单位的职业性质和特点的要求[5]。按照行业特点或职业需要优化人才培养方案，构建课程体系。在课程设置中尽可能体现出与学术型硕士研究生的区别，在课程设置上突出实用化、工程化、技术化和职业化特点，改变课程设置僵化、强调统一、灵活性差等缺点。

1.课程体系的构建要打破原有全日制学术型研究生课程体系的框框，在重视基础理论能力培养的同时，要适度增加通用型理论课程模块，即“大学科、大平台”课程。材料工程专业学位研究生应掌握各种材料的制备技术、材料的各种分析手段和表征方法，以及工程技术与实践能力。因此，作为专业学位课，我们设置了《材料工程案例分析》、《材料制备技术》和《材料现代分析方法》三门课程。其中，《材料工程案例分析》是一门综合性工程技术性很强的课程，内容涉及金属材料、无机材料、高分子材料以及复合材料在实际工程应用中的特点及技术指标要求，例如金属材料的失效原因分析及采取的措施；电子陶瓷材料在高温烧结时颜色变黑的原因；钛酸钡本应为绝缘材料，但添加稀土元素变为半导体材料；等等。与其他基础课程相比，与企业生产实践的联系更为密切，重点在于培养学生分析和解决实际工程技术问题的能力。《材料制备技术》涉及各种材料的制备原理、制备方法与应用特点，是材料工程研究生必须掌握和了解的基础理论知识。《材料现代分析方法》是一门重要的工具课，既涉及到基础理论知识，又侧重于方法的具体实践应用，是必须掌握的专业学位课程。其内容包括X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜、能谱分析、光电子能谱、原子力显微镜、差热分析、红外光谱、核磁共振、激光粒度分析、比表面测试等各种表征和分析测试方法。这些核心课程的设立将奠定专业学位研究生解决实际工程和技术问题的理论基础。

2.根据培养方向不同，灵活设置研究生课程模块，即“小方向”课程。例如，根据材料工程方向发展的特点和结合材料学院的科研基础，材料工程专业硕士研究生的培养方向主要有材料加工成型与模具设计、电子功能材料与器件、新能源材料与电源技术、高分子材料合成与改性等四个方向。在这四个方向上可灵活设置专业方向模块课程，即每个方向设置两门任选课程。材料加工成型与模具设计方向主要课程有《材料成型技术与模具》和《材料表面工程技术》，电子功能材料与器件方向主要有《先进无机材料与物理性能》和《光电转换材料与器件》，新能源材料与电源技术方向主要有《电化学原理及测试技术》和《新型能源材料》，高分子材料合成与改性方向主要有《高分子材料选论》和《有机波谱分析》。按不同的培养方向灵活设置研究生课程，可为专业学位研究生提供更大的自主选择性，有利于培养其职业素养，提高学习效率。

3.除了专业学位课和选修课外，为了提高研究生的解决实际工程和技术问题的能力，强化专业实践能力，作为必修课程，设置了《材料科学与工程实验》和《专业实践》这两门课程，以更好地凸显专业学位研究生职业取向和过硬的专业实践的特色。同时，还设置了学术讲座、知识产权、信息检索、技术经济分析等课程，以期全面培养专业学位研究生的信息获取能力和企业技术管理等能力。

总之，课程设置要联系企业实际需求，考虑专业学位硕士研究生学习工作和研究背景等实际因素，根据企业技术创新的需求，整合教学资源，开发出一套以因材施教、体现学科前沿和实践性的专业学位研究生课程体系，不断提高研究生解决实际技术问题的科研攻关能力。比如，在材料工程专业学位硕士研究生的培养过程中，我们让研究生学习典型的数据处理软件Origin和CAD、ProE等工程制图软件，而该类实用工程软件的学习无疑将提高专业学位研究生的实践技能。

（二）加强师资队伍建设

专业学位研究生的硕士论文选题应来自于企业和科研课题，工程背景明确，应用性强。因此，专业硕士研究生导师要求双导师制。一位是校内的导师，另一位是企业导师。学校导师主要负责研究生的课程学习、开题报告、学位论文理论部分的指导等；企业导师负责专业学位研究生的选题、工作安排、专业实践能力的培养、学位论文实践部分的指导等。学校、企业导师要共同制定研究生培养方案，从而保证专业学位研究生培养的质量。在实际操作中，要注意以下问题：

1.在导师遴选上，既要对导师的学历、职称、科研成果等进行量化评定，又要从工程实践经验、基础理论和指导能力及精力等方面对导师进行全方位综合测评。只有达到要求的校内外导师才有资格被聘为专业学位研究生导师。此外，要弱化对导师学历的要求，强化对导师工程实践能力和专业技术能力的要求。

2.加强专业学位研究生导师素质建设。随着专业学位硕士生规模的不断扩大，现有校内导师有相当数量是从学校到学校的年轻导师，他们虽然学历高，但大多缺乏实际工程经验。为此我们有计划地选派年轻教师到设计院、高新技术企业去挂职锻炼。同时，通过承担企业的横向研究，使年轻教师了解工程实际，参加企业的产品开发、设计、技术改造以及企业的运行、营销和管理，从而了解企业的需求。同时，在稳定现有导师资源的同时，我们从企业聘请或引进有工程技术背景的技术人员和专家作为专任的专业学位研究生指导教师，根据学科方向相近或相似的原则，成立3～5人由校内和校外导师组成的导师指导团队，这样可有效发挥各自导师的作用。

3.聘请企业专家担任相关课程任课教师。例如，《材料工程案例分析》这门学位课，可以聘请行业技术专家以专题讲座形式讲授新技术、新工艺和新设备，分析企业面临的技术难题或企业实际发生的技术难题如何攻关解决等，强化研究生解决实际工程技术问题的意识和能力；加大实践领域专家承担专业课程教学的比例，明确实习实践导师和论文导师的职责。

（三）深化校企合作，建立研究生联合培养基地

结合专业和行业的特点，选择条件好的企事业单位、科研院所等共建研究生联合培养实习实践基地，强化产学研用人才培养链条。材料学院已与行业部门共建实习实践基地十多个。2012年，桂林电子科技大学材料学院和桂林电器科学研究院有限公司共建了研究生联合培养基地，该基地被批准为省级研究生联合培养基地。上级有关部门拨专款用于该基地的建设。材料学院的专业学位研究生可方便地到该基地实习实践，企业的导师和校内导师组成导师指导团队共同指导专业学位研究生。同时，联合培养基地拿出专项资金用于改善研究生的实习实践条件以及资助专业学位研究生的科研课题。经过实践发现专业学位研究生的工程实践能力和职业技能明显提高。目前已基本形成了培养单位和行业部门良性互动的包括课堂实践、科研实践和企业实践的实践教学体系。

三、结语

材料工程专业学位硕士研究生具有职业教育的背景，职业知识和职业技能的培养是非常重要的。因此，应不断地在研究生培养方案、课程体系建设、双导师队伍建设、研究生专业实践基地建设等方面进行探索与实践，以保障专业学位研究生培养质量的稳步提高。

参考文献：

[1]吴启迪.抓住机遇 深化改革 提高质量 积极促进专业学位教育较快发展[J].学位与研究生教育，2006，（5）.

[2]周远清.积极发展专业学位研究生教育培养更多高层次应用型专门人才[J].学位与研究生教育，2001，（5）.

材料科学与工程导论篇（8）

中图分类号：TU5；G642 文献标识码：A 文章编号：1672-8882（2012）10-030-03

《土木工程材料》是土木工程专业的一门重要专业基础课，该课程主要是介绍各类土木工程材料的成分、生产过程、技术性能、质量检验以及使用等基本知识。通过本课程的学习，使学生能针对不同工程合理地选用材料，并能与后续课程紧密配合，理解材料与土木工程设计、施工的相互关系，初步具备解决在实际工作中出现的土木工程材料问题的能力[1]。自2008年，我校主持湖南省精品课程《建筑材料》的建设以来，全体任课教师注重改革教学方法和手段，灵活运用多种有效的教学手段，能够激发学生的学习兴趣，并提高其学习积极性，在引导学生掌握有效学习方法的同时，提高了学生的综合能力。经过多年的课程教学实践，取得了一些经验，本文针对《土木工程材料》课程的教学难点，结合地方本科院校自身的特点，对该课程的教学方法进行了有益探索，总结出了“激发兴趣，引导思维，把握主线，建立联系，注重实践，提升能力”的教学策略。

一、土木工程材料课程教学难点

（一）种类繁多，各种材料自成体系

土木工程材料课程中介绍的材料品种繁多、涉及面广、内容庞杂，各材料自成体系、各章节横向联系不显著，而且课时少，实践性强。课程中概念多，专业术语多，经验表格与规范多，公式推导少，逻辑与连贯性不强且以叙述为主，要求学生机械记忆力较多。而工科学生往往习惯于逻辑运算和理论推导，空间想象力和数学思维能力较强，而不太善于叙述、归纳和总结，因而学生在学习土木工程材料课程时常常感到枯燥乏味、没头绪、难记牢，甚至产生厌学心理，影响学习效果。另一方面，本课程中的材料的组成、结构与性能的关系；水泥的矿物成分、水化产物及其性能特点；构成混凝土各材料的特点、性能及配合比与混凝土拌和物及硬化混凝土性能的关系等教学内容，涉及材料的化学组成较多，但土木工程类学生在大学期间没有开设化学相关课程，所以，学生在学习过程中存在理解上的难点。

（二）承上启下，桥梁作用不易发挥

土木工程材料作为一门专业基础课，承上需运用之前学习的物理、化学、理论力学、材料力学等课程的基础理论，领会与理解各种土木工程材料的组成、结构、制备方法或施工工艺与其技术性质、质量间的相互关系和土木工程材料的环境行为与服役性能及其失效机理等知识；启下需与该专业后续课程和工程应用紧密配合，掌握土木工程材料的技术性质及其影响因素和在土木工程应用中的合理选用。本课程的教学难点是如何把握适当尺度，在基础理论、工程材料科学知识与土木工程应用间架起“桥梁”，建立紧密联系，在不同种类的材料间形成知识的连贯性，知识内容间透出逻辑性，在引导学生转变学习方法、思维方式的同时，注意激发、提高和保持学生学习的兴趣和积极性，增强学生对知识的理解和掌握，让学生通过自主学习和良好的训练，缩短“桥梁”。

二、土木工程材料课程教学策略的探索与实践

（一）激发兴趣，启发思维

苏霍姆林斯基曾说：“只有能激发孩子去进行自我教育的教育才是真正的教育”。教学是师生的双边活动，要提高教学质量，充分调动学生课堂学习的积极性、自觉性和主动性，是十分重要的环节[2]。

1. 以“学生为主体、教师为主导”的教学理念来调动学习热情

将“以教师为主体”的传统教学模式转变为“以学生为主体、教师为主导”的教育教学模式，以导学为主线，建立主导、主体相结合的教学模式，充分发挥学生的主观能动性[3]。先让学生充分认识到学习建筑材料的重要性和必要性，激发学生学习的积极性；教学时教师要深入浅出地将复杂问题简单化，将枯燥的理论学习变为生动的工程实例。比如学习水泥的特性时就让学生根据水泥的特性、工程特性和环境特点来思考水泥的应用情况，某工程适宜选用何种水泥，不宜选用何种水泥。此外，在每次上课期间（课间10分钟休息），教师确定或学生自选感兴趣的2个与本次课内容相关主题，学生课余利用网络并查阅图书馆相关书籍资料，并在下次上课时由学生自己讲解（每次汇报时间为5-8分钟）。教师适时穿插提问，也应鼓励学生提问，或就提出的问题在全班展开讨论，最后再由老师总结点评，这样可以使学生更多地参与课堂教学过程。这种学生主动参与课堂的方式，不仅回顾并拓展了上节课程的相关内容，重要的是学生独立完成查阅资料、整理材料、制作课件、自己讲解和回答问题等环节，学生积极参与课堂教学，综合自己所学过的知识从多角度看问题，既培养思维能力，又锻炼表达能力；既提高了学生学习的兴趣，又加深了学生对知识的理解和掌握，有利于锻炼和培养学生的综合能力，学生也非常乐意参与这种教学方式。这种角色的转变使得教师教学更生动，学生学习更主动，教学活动氛围更活跃，形成一种教学相长、师生共同探讨的良好环境。

2.以新颖、实用、丰富、开放的教学内容来激发学生的求知欲望

随着当前教学设备的更新和多样化，采用多媒体教学，将大量的实验动画、工程录像、工程实景图片资料、工程实例、工程案例、工程事故、实验视频等适时地插入到课堂教学中，最大限度地缓解教学学时少与教学内容多和实践教学环节薄弱等矛盾，也可以在课堂教学中充分激发学生的学习兴趣，进一步拓宽专业知识面。另一方面，材料科学随着科学技术和生产力的进步取得了突飞猛进的发展，土木工程材料的品种不断增多，质量不断提高，功能不断丰富。新材料、新技术、新标准、新规范、新观念、新政策法规和学科发展动态都应及时充实到教学中来。新材料、新技术因其科技含量高、可持续发展性强，是今后工程建设应用的必然。如与水有关的性能引入国家大剧院 “自洁净”建筑材料，建筑钢材引入“鸟巢”的Q460新型合金钢，混凝土引入上海世博会意大利馆的透明混凝土，建筑塑料引入水立方的乙烯- 四氟乙烯共聚物（ETFE）膜等，在对应章节授课时，如能将这些新材料的研究最新进展和工程应用情况介绍给学生，一方面展示了材料在工程建设中的重大作用；另一方面可使学生掌握最新的科研信息，了解材料的发展动态，能有效的增强学生的求知热情。

3.以自主、合作、探究的教学方式来启发学生的创造性思维

古人云：“学起于思，思源于疑”。为了培养学生的思维能力，教师要善于鼓励学生思考各种问题[4]。由于使用了多媒体教学方法，就可以节约一部分板书的时间，所以在课堂就可以在教师的指导下，针对一些具有启发性或争论性的问题先让学生展开自由讨论，然后在教师统一指导下组织大家讨论发言。这种方法可以采用3种实施形式：一种是在课前布置讨论话题并提出方向性的问题，让学生带着问题去看书、查阅相关资料，做到有的放矢，上课时组织大家讨论并发，例如在讲混凝土强度时，先提出混凝土在外力作用下为什么会发生破坏，混凝土强度与哪些因素有关等几个问题。第二种是在课堂教学中也可设置一些疑问和悬念，不但能集中学生的注意力，吸引学生进入良好的学习状态，有效控制课堂气氛，还可以提高教学效果，引导学生积极思考。如在绪论中可向学生提出在18、19世纪以前为何没有大跨度建筑？在讲授影响材料导热性因素时，可提出“为什么住进新居的人们总觉得较老房子冷，到冬季更甚”等等疑问，以引导学生积极思考。第三种是就某一综合性问题布置思考题，把全班学生随机分成几组，进行小组讨论，增强学生对材料的感性和理性认识，引导学生从各个方面去思考解决的方法。

土木工程材料类型繁多，但是每一种材料又有许多不同的类型，所以就可将具有可比性的两个或多个不同对象进行系统的比较和研究，得出研究对象的本质、特点和规律。如在讲授掺混合材料的硅酸盐水泥时，在系统讲授活性混合材性质及二次水化反应的基础上，引导学生从混合材料的掺量、混合材料的特性等方面去对比硅酸盐水泥系列的共性和个性，从而总结各种水泥的应用规律，这样可以大大地提高学生学习的积极性、使其能主动运用已有的理论基础知识，达到对新知识深化理解和强化记忆的目的。

（二） 把握主线，建立联系

把握每种工程材料的性质及其在土木工程中的应用这条主线，将枯燥的知识讲述与工程实例相结合，从工程材料的组成、结构与制备或施工工艺等方面，分析和阐述工程材料是如何满足这些技术性质要求的，从而将工程材料的组成、结构、性能与工程应用等课程内容建立其相互间的逻辑联系——架起“桥梁”。

1. 以“一个中心、两条线索”的教学思路贯穿理论教学的全过程

由于土木工程材料课程涵盖了上十类常见的工程材料。虽然各类材料不同，但由于同属材料大类，在第一次上课时，可提醒学生，从材料科学与工程的角度出发，以“材料性能”为中心，以“材料的组成决定材料性能”和“材料性能决定其使用领域与范围”为线索，分析各种材料在组成（Composition）、性能（Property）和应用（Utilization）上的共性和特性，采用这三个内容英文字母的第一个字母， 简称为“CPU”主线，既形象又便于理解掌握。学习每类材料的“CPU”，便掌握了土木工程材料的核心内容和教学目标[5]。如本课程的核心章节“混凝土”部分，教学过程中只要把握“CPU”主线，及组成（水泥、集料、水、外加剂和掺合料）、技术性能（混凝土硬化前的和易性及混凝土硬化后强度、耐久性和变形）以及使用（根据环境、工程特点，选择合理配合比的混凝土） 便可将其主要知识点涵盖，也能够对其有一个整体掌握。

2. 以“自主协作、虚实结合”的工程实例教学架起基础课与专业课桥梁

土木工程材料作为专业基础课，是一门实践性极强的应用学科，材料品种繁多、性能各异。一项实际的工程，不但对材料的物理、力学性质及耐久性有着具体的要求，而且，成本也是不容忽视的。因此，要做到合理、正确地选材，就必须清楚地了解和掌握相关的基本理论、基本知识，将课堂学习与工程实例紧密地结合在一起。如讲述研究土木工程材料耐久性的意义时，可给出一些因材料耐久性达不到要求而出现严重事故的例子，引起学生的重视。如某年我国某处一水塔的突然崩溃，造成了严重的人员伤亡及经济损失，而事故的原因，是由于混凝土内钢筋的锈蚀。再如，日本、美国、加拿大等国的混凝土所面临的耐久性问题已相当严重，已经引起了学术界的广泛重视，若全部进行修复所需费用非常巨大。在此基础上，提出研究和保证土木工程材料耐久性的重要意义。这些工程事故的案例使学生心灵产生极大的震憾，虽然有设计和施工方面的原因，但是也有采用劣质材料或不严格验收原因。学生听后深感今后工作责任的重大，唤起学生的工程意识，加深了对本门课程重要性的认识，也激发了学生对后续专业课程学习的兴趣。学生课后信息反馈也表明： 学生对改革后的教学方法非常满意，学习热情得到提高。后续的建筑构造课和建筑施工课，任课教师反映学生对材料的理解力有了明显提高，为相关专业课程的学习打下了良好基础。

（三）注重实践，提升能力

结合科研开展教学是培养应用型人才的有效途径，将与本课程内容相关的工程材料及其应用的最新科研问题引入课堂教学，将国家正在建设的重大土木工程和需要解决的重大技术难题介绍给学生，将最新研究成果融入教学。针对不同的工程， 如何合理选择和正确使用土木工程材料， 如何对传统材料进行改性， 或研制和开发新材料， 都与建筑结构的使用功能及安全息相关。随着土木工程材料的发展， 如何合理地综合利用工业废渣、废料， 对土木工程材料进行改性和降低成本， 研发生态型、功能型、智能型建材等问题， 都已成为当前建材领域研究的重要内容。让学生接触到本课程内容的科学前沿知识，引发学生思考，明确自己肩负的重任；同时，积极组织和鼓励学生参与本课程的开放式研究型实验和申报省级、校级大学生研究性学习和创新性实验课题，以此培养学生的综合能力和创新思维。2009至2011年期间，我系学生申报的课题先后有“提高湖南地区砖混结构沼气池材料耐久性研究”、“回弹法测定混凝土强度能力研究实验”、“ 湖南地区既有建筑节能改造方案研究”等5项课题被遴选为湖南省大学生研究性学习和创新性实验项目，“新型自洁净建筑外墙材料的研制”、“废弃混凝土回收再利用研究”、“双掺重钙和粉煤灰对自密实混凝土性能的影响”等8项获校级大学生研究性学习和创新性实验项目立项。这些项目的开展，不仅巩固并拓宽了学生所学的土木工程材料相关理论知识，并提高了学生的动手能力和解决实际工程问题能力，也为培养应用型专业技术人才提供了新途径。

三、结语

教学改革是一项综合性和系统性的工程，不断提高教学质量是高等院校追求的目标。实践证明，在《土木工程材料》课程的教学活动中，开展多种形式的教学方法改革与探索是转变教育观念、提高教学质量的有效途径。总结出了“激发兴趣，引导思维，把握主线，建立联系，注重实践，提升能力”的教学策略，有利于激发学生的学习兴趣，有利于调动学生学习的主动性，有利于提高学生综合能力，能够为地方院校培养应用型人才提供新途径。

参考文献：

[1]张旭贤.土木工程材料.课程教学改革研究的探索[J].塔里木大学学报，2010，22（1）：114-117.

[2]谢振国.土木工程材料课堂教学方法讨论[J].高等建筑教育，2009，18（3）：78-80.

材料科学与工程导论篇（9）

土木工程学科历来是国家经济建设的支柱产业和支柱学科之一，随着科技的发展及时代的需求，社会对土木工程专业人才也提出了更高的要求，土木工程专业的学生必须具有良好的实践能力及创新能力。《土木工程材料》作为土木工程专业的一门重要专业基础课，具有基础性、实践性强的特点，且与其他公共基础课及专业课紧密衔接，起着承上启下的作用，是学生接触专业知识的桥梁。后续的各门专业课几乎都要涉及“土木工程材料”的内容，在土木工程专业人才培养方案中占有重要地位。笔者在多年的教学中发现土木工程材料种类繁多，从无机到有机，从金属到非金属，各种材料的成分、性质差异很大，各种材料相对独立、联系较少、综合性强、系统性差、跳跃性大，所以学生难以建立概念，易感到枯燥乏味，学习兴趣不高，导致教学难度加大。因此，研究与探索对现有土木工程材料传统教学模式的改革与创新，探索科研实践、课堂教学与工程能力培养有机结合的教学模式，从而为学生进一步学习土木工程专业基础课及创新能力的培养具有重要的意义。

1 土木工程材料课程与科研项目相结合教学模式的必要性

土木工程材料的发展日新月异，新材料、新技术、新工艺、新产品层出不穷，因此，课堂讲授的内容应具有很强的适应性、先进性和适度的超前性。授课教师若掌握各种材料的最新研发动态，并能结合在研科研项目，将其作为教材内容的补充，从而克服教材内容的局限性。在传统的教学模式下，学生对教学内容的工程背景不了解，缺乏基本的感性认识，学生对土木工程材料课程与后续专业课程之间的关系不了解，更不[楚土木工程材料课程对今后所从事的工作的重要性和意义。此外，土木工程材料课程具有教学内容繁多，且各章节内容相对独立，逻辑性不强，叙述性知识多等特点。采用传统的课程教授方法使学生很难分清主次，且学生学习时易感枯燥。笔者除进行日常教学外，还承担了较多的科研工作，研究领域涉及新型绿色胶凝材料及其混凝土、高性能混凝土及其应用、普通混凝土高性能化研究、混凝上掺合料、新型墙体材料、高性能减水剂等，其中很多成果己经应用于工程中，并取得了良好的经济效益。若将科研成果与日常教学相结合，不仅能提高课堂授课效果，使学生知识层次更丰富，还有益于推进现有土木工程材料课程教学模式的改革创新与实践。

2 嵌入科研项目的土木工程材料课程教学改革探究

根据笔者多年的教学经验和上述探索，构建出嵌入科研项目的土木工程材料课程教学模式，如图1所示。

2.1 根据土木工程材料技术的新发展，不断优化课程内容

《土木工程材料》课程具有理论性、实践性和应用性很强，且同时材料科学、新技术、新理论发展很快等特点，因此教师在对课程的授课内容中应重视土木工程材料课程体系结构的基础性、系统性、先进性、技能性和前沿性。在课堂的教学中，教师可将经典的土木工程材料理论与现代材料技术相互结合，这样一方面可以加强经典理论与现代应用技术体系的联系，另一方面可以加深学生对重要基本概念和理论以及新材料应用技术的理解。此外，还可根据课程章节适当引入典型的工程实例，开阔学生的视野。除了结合工程实际案例外，特别注意及时引进新材料和新技术，以及教学团队近年取得的高水平研究成果。经典理论和工程实际案例的引入，有助于提高学生的学习兴趣，能更好地将理论专业知识与实际工程应用结合起来，增强理论联系实际的能力。

2.2 结合科研项目创新改进理论课程的教学方法

以往的填鸭式教学方式往往导致学生学习的内动力不足，学生的兴趣和求知欲望不高，因此如何激发学生的学习兴趣是课程改革必须解决的一个重要课题。为了丰富教学手段，应在教学方法中加以创新，培养和调动学生学习兴趣。把一些已有的科研成果或科研项目引入教学过程中，有目的、有计划地使学生掌握和具备一些基本的科研能力，使学生能逐渐熟悉和掌握解决实际问题的基本科学方法；通过教学培养学生的智能，着力培养思维方法；结合教学开展科研，通过对学生进行科学思维的训练，使学生从接受知识逐渐转向探索问题、解决问题，进而培养学生的创造性和独立工作能力，使学生感觉到基础理论课的重要性，从而激发他们对基础理论课程的学习热情。

2.3 改革与加强实践教学，突出培养创新意识与工程能力

土木工程材料课程的教学目的是让学生能够熟练掌握各种建筑材料的性能、用途、制备和使用方法，以便在设计和施工中合理地选择和正确地使用。因此，如何在土木工程材料课程中培养学生的实践能力和创新能力显得尤为重要。为提高学生的参与度，提高学生的实践能力，学院对实践教学大纲进行了改革， 开设了开放实验，增设设计型、研究型和综合型实验，同时注重理论课与实践环节的有机结合。此外，针对部分学生对教师的科研项目比较感兴趣的情况，结合土木工程材料课程教学的基础理论和方法，指导老师根据其国家基金项目、校级课题等科研项目合理确定本科毕业设计课题，让学生直接参与部分科研工作。整个过程学生通过参与课题研究，锻炼了动手能力，提高了学习能力，协助老师解决与研究项目相关的科学难题，培养学生应用所学知识解决科研问题的能力及创新意识，为学生今后从事科学研究打下基础。

3 结语

针对当前土木工程材料课程教学模式的特点和存在的问题进行分析，提出并构建与科研项目相结合的《土木工程材料》课程教学模式，包括根据土木工程材料技术的新发展，不断优化课程内容；结合科研项目创新改进理论课程的教学方法；改革与加强实践教学等方面。通过这些方面的改革能够极大地激发学生的学习积极性，培养学生的实践能力和创新能力，同时也能提高学生的科研水平和兴趣。这对人才培养和课堂教学质量具有重要的意义。

参考文献

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[4] 高英力.土木工程材料课程理论与实验共融教学模式的构建[J].高等建筑教育，2010（19）.

材料科学与工程导论篇（10）

土木工程材料课程属于专业基础课，一般开设在大学二年级，由于大多数学生缺乏基本的感性认识和工程实践，对该课程与后续专业课程之间的关系不了解，更不清楚该课程对日后所从事工作的重要性和意义。西南林业大学森林工程专业分别于2012年、2013年获批成为云南省教育厅及国家教育部“卓越工程师教育培养计划”专业。“土木工程材料”课程的教学以此为契机，及时更新教育理念，从理论教学、实践教学和科技活动三个方面进行改革，积极探索培养学生工程意识及提升学生工程能力、创新能力的教学方法和模式。

一、以工程意识培养为主的理论教学手段

1.充分利用认识实习

专业认识实习是学生专业课程学习的第一课，是开启学生专业兴趣的重要教学环节。为使学生提早对专业有所认识，了解各专业课之间的联系与作用，许多高校都设置了认识实习环节。土木工程材料作为土建类专业基础课，应充分利用好这一环节，使学生了解土木工程材料的种类、应用及工程技术要求等。为此，课程改革小组建议合理搭配认识实习指导教师的人员组成，承担建筑材料方面的主讲教师应积极参与认识实习。在认识实习过程中:一方面，带领学生参观工程现场，听取现场技术人员讲解，并与学生针对工程所选品种、施工工艺等进行广泛讨论，使学生从感官上实际认识土木工程材料;另一方面，通过观看《超级工程》《伟大工程巡礼》中关于土木工程材料讲解的部分科学纪录片，使学生能够对工程建设的全过程以及材料如何选择、应用有较为全面的认识。通过改革后的认识实习教学，学生对土木工程材料课程的理论学习内容更加明确。

2.合理优化教学内容

目前，土木工程材料教材为满足“大土木”的培养目标，内容上虽具有较大的包容性，但仍未能将原有知识体系有机地融合在一起。加之学时限制，无法面面俱到，如果不能合理安排，将会导致无法有效支撑后续课程的学习。为此，按使用领域将土木工程材料分为土木工程通用材料和专用材料进行讲解。其中，将石料、无机结合料(石灰、水泥)、水泥混凝土、建筑钢材、防水材料等列为土木工程通用材料，沥青与沥青混合料、墙体与屋面材料、土工合成材料、建筑防火材料等列为专用材料，以满足各专业的学习需求。对于通用材料的讲解，在材料基本性质方面主要以材料自身性质与组成特点讲解为主，不需要刻意结合专业特点，而在工程技术指标及工程应用方面则结合专业特点来安排教学内容。对于专用材料的讲解，主要结合专业特点及后续课程的需要而选择或增加，该部分内容主要包括:(1)建筑工程专用材料:墙体与屋面材料、建筑装饰材料、给排水管材等;(2)道路工程专用材料:沥青与沥青混合料、土工合成材料等;(3)消防工程专用材料:建筑功能性材料、建筑防火材料等。此外，适时引入材料应用实例，实例最好结合授课专业，以此强化学生的工程意识，培养学生的工程素质。

3.注重作业的有效性

除了课堂教学环节外，教师还应注重布置课后作业这一教学环节。作业不但是巩固学生课堂所学知识的重要手段，还是培养学生工程意识与创新思维的有效途径。授课教师通过布置课外作业，建立讨论、交流制度，促进创新思维和工程意识培养氛围的形成。土木工程材料课程与其他课程，如力学、数学等课程要有所差别，作业内容不能仅仅是课后习题或整理课堂笔记，应通过大量做题来巩固理论知识的学习。应定期要求学生查阅文献，或进行实地调查，通过阅读相关科技文献，学生才能及时了解土木工程材料发展的新动态和工程中存在的问题;而实地调查又能促进学生理论与实践相结合，更好地理解理论知识，也能够利用理论知识来解释调查中发现的问题。最后，通过在课堂上进行交流、讨论，还可以培养学生的创新思维。

二、以工程能力提升为主的实践教学手段

土木工程材料实践教学的目的是使学生通过实验操作和结果分析，明确土木工程材料的性质与材料组成结构之间的关系，掌握材料工程技术试验仪器操作与指标评定方法，因此，实践教学与理论教学具有同等重要的地位。

1.在实验课中提升学生的工程能力

首先，合理安排实验课程与理论课程的教学计划，如在水泥、水泥混凝土以及建筑砂浆的理论课程完成后，集中安排一次实验课，使实验内容与学时得到集中，学生能够有充足的时间准备实验和操作仪器等。其次，在实验课组织形式方面采取分组形式，要求学生在实验课前提交试验方案，其中包括实验目的、材料与仪器、实验步骤、数据与分析、问题与分析等，最后要列出参考规范，保证学生在实验前对试验全过程有基本了解，避免学生在实验过程中出现手忙脚乱、不知所措现象。最后，在实验过程中要求学生利用手机等形式记录实验过程中的各个环节，以便实验完成后组织学生对整个实验情况进行讨论与总结。

2.借助实习基地提升学生的工程能力

通过产学合作的方式建立校外实习基地，聘请实验检测技术骨干人员作为企业兼职教师，指导学生依托工程项目，在真实的工作环境中提高实践操作与结果分析能力，使学生更深刻地理解和掌握土木工程材料的基本理论和材料评定的基本技能。更为主要的是学生通过对某一土木工程材料的技术指标进行完整实验检测，可以增加对土木工程材料各技术指标的工程意义，也能加深对指标之间相互联系的理解。在评定过程中，学生通过翻阅相关技术规范提高了土木工程材料标准化的工程意识。

三、以创新能力提升为主的科技活动组织

创新能力的提升一方面要依靠理论教学环节培养思维，通过科研实践活动使学生在验证并巩固理论知识的同时，提高分析和解决问题的能力，激发学生的内在创新动力，为此，课程改革小组结合土木工程材料课程的特点，进行了一系列科技活动的组织。对于有创新想法的学生，土木工程材料实验室实行开放制度，以小组为单位填写申请表，在指导教师的帮助下利用课余时间进行创新性试验;如没有创新性想法，但又有参与创新性实验愿望的学生，可采取助研的方式参与到指导教师的科研课题中，使创新能力得到锻炼。教师在指导过程中发现可行性强的创新性实验，可进行校级科技创新项目推荐，或作为毕业论文选题，通过完成科技项目或毕业论文的写作，学生的创新思维、仪器操作、科技论文写作等方面的能力得到较大提升。此外，通过组建科技创新团队参加科技竞赛活动，将不同年级、专业的学生融合在一起，实现了激发学生创新积极性、提高创新能力的目标。近几年，以土木工程材料课程为依托，学生申请西南林业大学科技创新基金项目3项，其中，一项获第八届云南省大中专学生课外学术科技节二等奖;获批云南省大学生创新创业训练计划项目1项，部级创新创业训练计划项目1项，学生通过参与教师的科研课题，完成毕业论文7篇。

四、结束语

通过对理论教学、实践教学和科技活动三个方面的改革，学生的工程意识有所增强，能够有目的地学习，避免了以往死记硬、学而无用现象的发生。学生的工程能力与创新能力得到大幅提升，发现和解决问题的能力也得到了提高，同时，也增强了学生的就业能力。

参考文献:

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［4］彭艳周，刘冬梅，朱乔森，等．土木工程材料实验的层次化教学模式［J］．高等建筑教育，2013，22(6):117—121．