時(shí)間：2023-06-22 09:23:14
序論：在您撰寫材料科學(xué)與工程的定義時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
能源、信息和材料是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱，而材料更是基礎(chǔ)。沒有先進(jìn)的材料就沒有先進(jìn)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)．重大的技術(shù)革新往往起始于材料的革新。如20世紀(jì)50年代鎳基超級合金的出現(xiàn)，將材料使用溫度由原來的700℃提高到900X2從而使得超音速飛機(jī)問世。而高溫陶瓷的出現(xiàn)則促進(jìn)了表面溫度高達(dá)1000~2的航天飛機(jī)的發(fā)展。近代新技術(shù)(原子能、計(jì)算機(jī)、集成電路、航天工業(yè)等)的發(fā)展又促進(jìn)了新材料的研制。當(dāng)前可稱為精密陶瓷時(shí)代、復(fù)合材料時(shí)代、塑料時(shí)代或合成材料時(shí)代等等。材料可以從不同角度分類．根據(jù)材料的組成可分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料(聚合物)和復(fù)合材料；根據(jù)特性和用途可將它分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料兩大類。結(jié)構(gòu)材料主要是利用其力學(xué)性能，制造需承受一定載荷的設(shè)備、零部件、建筑結(jié)構(gòu)等。功能材料主要是利用其特殊物理性能(電學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性能等)，用于制造各種電子器件、光敏元件、絕緣材料等。根據(jù)材料內(nèi)部原子排列情況分為晶態(tài)和非晶態(tài)材料；根據(jù)材料的熱力學(xué)狀態(tài)分為穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)材料；根據(jù)材料尺寸分為一維(纖維及晶須)、二維(薄膜)和三維(大塊)材料等。
材料科學(xué)(MaterialsScience)~科伴隨著生產(chǎn)力發(fā)展和科技進(jìn)步產(chǎn)生與發(fā)展。材料的各種性能是其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)部因素在一定外界條件下的行為表現(xiàn)。研究材料主要是為了更有效地使用材料，即了解影響材料性能的各種因素，從而掌握提高其性能的途徑。材料科學(xué)是闡明材料的性能和行為與其成分及內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。一般認(rèn)為，學(xué)科間的區(qū)別不是絕對的。材料科學(xué)是由多種學(xué)科分化而產(chǎn)生，而又通過集成走向成熟的。材料科學(xué)產(chǎn)生之初，有學(xué)者認(rèn)為：冶金學(xué)仍然是一門健全的學(xué)科，擁有基本理論、方法和界限，但隨著工程中日益不斷地使用聚合物、陶瓷、玻璃和復(fù)合材料，其研究拓展為材料科學(xué)(Calvert，1997)。20世紀(jì)50年代，材料科學(xué)(MaterialsScience)這一新概念，主要源于冶金學(xué)，1958至于959年間美國大學(xué)教育性質(zhì)的改變和各種新材料科學(xué)研究組織的形成，是材料科學(xué)形成的標(biāo)志。西北大學(xué)(NorthWesternUifiversity)是最早將材料科學(xué)作為系名的大學(xué)(1954年)，并為本科生的研究生開設(shè)了相關(guān)課程，出版了《材料性能原理(PrinciplesofthePropertiesofMaterials))(1954年)一書，材料科學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)展出多個(gè)分支，包括固體物理、冶金學(xué)、高分子化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、礦物學(xué)、玻璃與陶瓷技術(shù)。一門學(xué)術(shù)型學(xué)科抽涉及的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由大學(xué)里院系、學(xué)會(huì)和專業(yè)雜志所構(gòu)成的群體，它是一所“看不見的學(xué)院(hwisiblecollege)”，它們的成員共享某一特定的研究傳統(tǒng)，學(xué)者們從中學(xué)到了基本的理論框架、操作規(guī)范和技術(shù)方法。DavidTumbul(1983)~E《對“材料科學(xué)”產(chǎn)生和發(fā)展的評述》一文中，將材料科學(xué)定義為：在超分子水平上表征，認(rèn)識(shí)和控制物質(zhì)的結(jié)構(gòu)．并建立這一結(jié)構(gòu)與性能(力學(xué)、磁、電等)間的關(guān)系，即所謂的超分子科學(xué)。
MSE(MaterialsScienee&Engineering)的概念最初產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代，到1960年已經(jīng)基本穩(wěn)固建立。在COsMT(1974)的報(bào)告中，將MSE定義為：涉及將材料成分、結(jié)構(gòu)和制備與其性能和使用建立關(guān)系所形成并應(yīng)用的知識(shí)。1957年美國政府出臺(tái)了資助l2個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃，首批三個(gè)材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室分別建立在康奈爾大學(xué)、賓西法尼亞大學(xué)和西北大學(xué)。這些實(shí)驗(yàn)室1972年由國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)正式負(fù)責(zé)。此后各個(gè)大學(xué)教授的課程，也深受這些材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室所從事工作的影響。1958年，為了更好地已經(jīng)建立的新學(xué)科的特征，又在系保后面加上了。與工程，并開始了。材料科學(xué)與工程的教育，如牛津大學(xué)的材料科學(xué)系也簡單地更名為“材料系(DepartmentofMaterials)”。同期還有一批大學(xué)，如德克薩斯大學(xué)的奧斯分校等沒有設(shè)立材料科學(xué)系，但已經(jīng)開始了系間合作，進(jìn)行了與材料科學(xué)相關(guān)的研究生教育，通常這種教育也不僅限于在“工程學(xué)院”之內(nèi)。雖然沒有這個(gè)系名，但老師的專業(yè)知識(shí)和研究生的研究工作集中在材料制備、固體化學(xué)、高分子工程與科學(xué)、X射線晶體學(xué)、生物材料、結(jié)構(gòu)材料、材料理論和凝聚態(tài)材料及器件等相關(guān)領(lǐng)域。1964年麻省理工學(xué)院(MIT)也將系名以為“冶金與材料科學(xué)系”，1974年正式改名為“材料科學(xué)與工程系”。20世紀(jì)60年代，材料科學(xué)被引入歐洲的大學(xué)，如北威爾士大學(xué)、蘇賽克大學(xué)和伯明翰大學(xué)。1956年，中國在西方工作過的科學(xué)工作者們制定一份科學(xué)技術(shù)規(guī)劃時(shí)，認(rèn)識(shí)當(dāng)時(shí)的中國已經(jīng)培養(yǎng)了具有金屬材料方面知識(shí)的科技人員，但對合金及其熱處理方面的科技人員數(shù)量不足，到1980年，已經(jīng)有l(wèi)7個(gè)院校的金屬物理專業(yè)改為材料科學(xué)專業(yè)。
關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ) 相 組織 概念
About the definition of "phase" and "zuzhi-structure"
Zhao Jie， Ye Fei， Wang Qing， Qi Min
Dalian university of technology， Dalian， 116085， China
Abstact： There are two important concepts in the course of fundamentals of materials science： "phase" and what is named as "zuzhi-structure". There are various definitions for these concepts in different textbooks. The current paper discusses the very basic meaning of these two concepts based on some typical Chinese and English textbooks and references. The definition for these two concepts are also proposed for judgement of colleague.
Key words： fundamentals of materials science； phase； zuzhi-structure； definition
“相”與“組織”是材料類課程中非常重要的概念，又是在教師講授和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中常常講不明白，需要反復(fù)舉例讓學(xué)生體會(huì)領(lǐng)悟的概念。在目前的材料科學(xué)基礎(chǔ)和工程材料教材中，相關(guān)概念的定義各有千秋。筆者根據(jù)目前一些教材中的定義及教學(xué)過程中的體會(huì)，提出這兩個(gè)重要概念的定義供大家商榷。
1 “相”的概念
“相”在材料科學(xué)基礎(chǔ)和其他材料專業(yè)課程中是使用最為頻繁的概念之一，一些教材中對其有明確的定義，而有些教材中則定義不明確。對于有明確定義的教科書，也沒有統(tǒng)一的敘述。例如：
在潘金生、仝健民、田民波編著的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》（清華大學(xué)出版社）中，“相”的定義是：人們把具有相同的（或連續(xù)變化的）成分、結(jié)構(gòu)和性能的部分（或區(qū)域）稱為合金相或簡稱相。
在胡賡祥、蔡、戎詠華編著的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》（上海交通大學(xué)出版社）中，“相”的定義是：所謂相，是指合金中具有同一聚集狀態(tài)、同一晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并以界面相互隔開的均勻組成部分。
在石力開主編的《材料詞典》（化學(xué)工業(yè)出版社）中，詞條“相”的定義是：一個(gè)由大量原子或分子組成的系統(tǒng)，在一定的外部約束條件的作用下達(dá)到平衡時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)形成一個(gè)或多個(gè)相互區(qū)別的均勻區(qū)域。具有同樣結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的均勻區(qū)域便構(gòu)成一個(gè)相。
以上定義對“相”從不同角度進(jìn)行了敘述，但細(xì)致分析，應(yīng)該說不是很準(zhǔn)確，仍然存在問題。例如，按照這些概念，“相”是“部分”或者“區(qū)域”，這容易讓人費(fèi)解，也是學(xué)生學(xué)習(xí)中容易迷糊的地方。
英文教材中是怎么定義“相”的呢？“相”的英文名稱比較確定：“phase”。在一本英文教材中，是這樣定義的，“A phase may be defined as a homogenous portion of a system that has uniform physical and chemical characteristics”。翻譯成中文：“相可以定義為系統(tǒng)中的一個(gè)均勻部分，它具有均勻的物理和化學(xué)特性”。很有意思的是，這里用了“may be defined”，說明編者對于這一定義并不滿意。
在美國材料學(xué)會(huì)（ASM）編寫的手冊中，對“相”的定義有比較詳細(xì)的解釋。其原文為：The term "phase" refers to that region of space occupied by a physically homogeneous material. However， there are two uses of the term： the strict sense normally used by physical scientists and the somewhat looser sense normally used by materials engineers. In the strictest sense， homogeneous means that the physical properties throughout the region of space occupied by the phase are absolutely identical， and any change in condition of state， no matter how small， will result in a different phase. For example， a sample of solid metal with an apparently homogeneous appearance is not truly a single-phase material， because the pressure condition varies in the sample due to its own weight in the gravitational field. In a phase diagram， however， each single-phase field is usually given a single label， and engineers often find it convenient to use this label to refer to all the materials lying within the field， regardless of how much the physical properties of the materials continuously change from one part of the field to another. This means that in engineering practice， the distinction between the terms "phase" and "phase field" is seldom made， and all materials having the same phase name are referred to as the same phase.
根據(jù)這一定義，“相”是一個(gè)空間區(qū)域，并呈現(xiàn)均勻的（或相同的）物理特性。同時(shí)，基于此，提出了嚴(yán)格意義和不那么嚴(yán)格意義上的定義。從嚴(yán)格意義上講，均勻的物理特性意味著“相”所占據(jù)空間的物理特性要絕對相同，任何變化都會(huì)使其不是一個(gè)“相”。例如，一個(gè)試樣的不同部位所受的重力場有變化，則不是一個(gè)“相”。當(dāng)然，這是從物理學(xué)家的角度得到的推論。從材料研究者的角度，需要“不那么嚴(yán)格意義上的定義”?！跋唷笔窍鄨D上的一個(gè)單相區(qū)，“相”允許在一個(gè)相區(qū)中物理特性的連續(xù)變化，“相”實(shí)際上與“相區(qū)”的概念沒有很大的區(qū)別。
參照國內(nèi)外這些描述，“相”的定義中應(yīng)該敘述以下性質(zhì)：“相”是一個(gè)系統(tǒng)（或稱聚集體，或空間區(qū)域）；“相”具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，或聚集狀態(tài)（為了說明液相或氣相）；在相圖中位于一個(gè)單相區(qū)稱為一“相”，允許物理特性的連續(xù)變化?；诖耍疚脑囍岢觥跋唷钡母拍罟┥倘叮骸跋唷笔且粋€(gè)由大量原子或分子組成的空間區(qū)域（或聚集體、或系統(tǒng)），具有相同的晶體結(jié)構(gòu)或聚集狀態(tài)，在相圖中位于一個(gè)單相區(qū)中，允許物理特性的連續(xù)變化。
2 “組織”的概念
“組織”也是材料學(xué)知識(shí)中一個(gè)很重要的概念，并且經(jīng)常要求學(xué)生掌握“相”與“組織”的區(qū)別，要掌握用“相組成物”和“組織組成物”標(biāo)識(shí)相圖。而對“組織”有明確定義的教科書較少。在給學(xué)生講述“組織”時(shí)，一般需要反復(fù)舉例，說明在什么情況下可以稱為“組織”，在什么情況下稱為“相”。似乎“組織”是一個(gè)需要學(xué)生深刻意會(huì)的重要概念。
在潘金生、仝健民、田民波編著的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》中，這樣定義“組織”：在一定的外界條件下，一定成分的合金可以由若干不同的相組成，這些相的總體便稱為合金的組織。細(xì)致思考，這一概念仍然不能準(zhǔn)確定義“組織”。例如：單相也可以稱為“組織”，并且按照上述定義也不能很好地理解塑形變形后形成的“纖維組織”。在一些教材中，將“組織”與“微觀組織”或“顯微組織”之間模糊化處理，但“微觀組織”體會(huì)起來是一個(gè)泛指的概念，而“組織”則有具體的對象特征，如“魏氏組織”“共析組織”“帶狀組織”等。
互聯(lián)網(wǎng)上有人這樣說明組織：“組織則可以理解是一種結(jié)合形態(tài)。比如共晶組織，就是共晶轉(zhuǎn)變是同時(shí)析出的兩種相結(jié)合形成的一種形態(tài)；還有比如冷變形金屬晶粒被壓扁，拉長，形成纖維組織，其實(shí)就是一種形態(tài)，回復(fù)僅是消除一定的加工硬化（降低位錯(cuò)密度），形態(tài)沒變化，只有再結(jié)晶后成變成等軸晶，也就是轉(zhuǎn)變成了等軸晶組織。組織可以由多個(gè)相組成，但不能說是由相構(gòu)成組織的”?？梢钥闯?，“組織”似乎成為一個(gè)需要深刻意會(huì)的重要概念。
關(guān)鍵詞:材料科學(xué)基礎(chǔ);實(shí)驗(yàn)教學(xué);新構(gòu)思
中圖分類號:G640 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1003-2851(2012)-08-0144-01
一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要意義
如果說材料科學(xué)是一門藝術(shù),那么材料科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是帶領(lǐng)學(xué)生通向這座藝術(shù)宮殿的橋梁?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》作為一門以基礎(chǔ)理論和工程實(shí)踐緊密結(jié)合為特征的學(xué)科應(yīng)該以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)不僅能幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化規(guī)律;更能激發(fā)學(xué)生興趣,發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此,充分利用實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,對培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和技能至關(guān)重要,也是學(xué)好《材料科學(xué)基礎(chǔ)》這門課程的基礎(chǔ)。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵
在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)這門新課程中,加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí),使學(xué)生的“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”是一個(gè)關(guān)鍵的問題。在實(shí)驗(yàn)這樣的探究性活動(dòng)中,需要學(xué)生自己去猜想、去探究,通過實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證自己的猜想和設(shè)計(jì)是否正確。在實(shí)驗(yàn)的過程中,讓學(xué)生自己動(dòng)手具體實(shí)施實(shí)驗(yàn)操作,親自去探索實(shí)驗(yàn)的過程,使他們的材料科學(xué)實(shí)踐概念得以更為有效地與基礎(chǔ)理論知識(shí)體系中的材料科學(xué)理論概念建立起實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)都是老師單純的演練一下實(shí)驗(yàn)步驟給學(xué)生看,但教師更應(yīng)該做的是對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析和解釋如此操作實(shí)驗(yàn)的目的。而課堂上讓學(xué)生們自己提出問題,自己猜想假設(shè),自己設(shè)計(jì)方案。相信在這樣自主學(xué)習(xí)的教學(xué)活動(dòng)中,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性也會(huì)得到增強(qiáng)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法,來使學(xué)生加深了對書本概念的理解,優(yōu)化了學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu),而不是平時(shí)的機(jī)械背誦概念定義。相信實(shí)驗(yàn)課上的理解加上老師課上的引導(dǎo)講解,會(huì)讓學(xué)生們對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的學(xué)習(xí)有很大程度的理解和領(lǐng)悟。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建議
在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,包含了材料科學(xué)中最基本的實(shí)驗(yàn),這些實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)材料科學(xué)工程專業(yè)學(xué)生所必需掌握的。
在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)之前,可以通過讓學(xué)生們?yōu)g覽一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)過程動(dòng)畫模擬或相關(guān)錄像教學(xué)課件[1],使他們對所做實(shí)驗(yàn)有了初步的認(rèn)識(shí)和理解,能夠了解基本實(shí)驗(yàn)的原理,了解相關(guān)儀器和設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)和操作方法。這樣為學(xué)生提供了擴(kuò)展視野的機(jī)會(huì),而且最大限度仿真或者演示了真實(shí)實(shí)驗(yàn),使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)有了更加具體形象的了解。在這個(gè)相關(guān)的模擬課件中,教師所選用的素材應(yīng)該采用實(shí)物照片,且課件內(nèi)容應(yīng)包括了實(shí)驗(yàn)所需的器材的認(rèn)識(shí),如何操作這些器材,以及實(shí)驗(yàn)的流程等等。
此外,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中,教師更應(yīng)充分發(fā)揮教學(xué)語言的藝術(shù)性,提高學(xué)生的課堂注意力。這就要求教師熟練掌握專業(yè)術(shù)語,并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)授課時(shí)準(zhǔn)確運(yùn)用,同時(shí)在學(xué)生回答問題和解題時(shí)要求學(xué)生應(yīng)用專業(yè)術(shù)語,逐漸引導(dǎo)學(xué)生習(xí)慣運(yùn)用術(shù)語解釋和交流本學(xué)科的問題。而且,在上課時(shí)教師要把握好時(shí)間和節(jié)奏,留出充足的時(shí)間進(jìn)行本節(jié)課結(jié)課的總結(jié),盡量避免由于時(shí)間原因而匆忙結(jié)課?？偨Y(jié)的時(shí)間不宜過長,語言必須簡潔明快,把這節(jié)課所講的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié),概況重點(diǎn)內(nèi)容,這樣可以使學(xué)生能對本堂課的內(nèi)容一目了然,便于復(fù)習(xí)和記憶。
在做完實(shí)驗(yàn)后,教師可以通過在下一節(jié)課堂上提問問題,讓學(xué)生課后積極主動(dòng)地復(fù)習(xí)上次的實(shí)驗(yàn)知識(shí)和預(yù)習(xí)下次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,加深對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的記憶和鞏固。
另外一個(gè)方面,可以通過加大實(shí)驗(yàn)成績在綜合成績評定中的比例,刺激和鼓勵(lì)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn),促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和科研素養(yǎng)的提高。并且在實(shí)驗(yàn)時(shí),注重培養(yǎng)學(xué)生使用和維護(hù)儀器設(shè)備的能力,這樣不僅增加了學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的興趣,而且提高了學(xué)生的實(shí)際工作能力,為日后的工作和繼續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。
四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程新構(gòu)思
《材料科學(xué)基礎(chǔ)》實(shí)驗(yàn)課的設(shè)置有明顯的功能性,主要是為了引導(dǎo)學(xué)生對《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的更深入理解,這些實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是對理論知識(shí)的驗(yàn)證和重現(xiàn),它有助于學(xué)生對理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)和對理論知識(shí)的深刻理解,能夠鞏固所學(xué)過的知識(shí)。但是,這些設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)缺少了實(shí)際應(yīng)用性和設(shè)計(jì)研究性?！恫牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)》的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該結(jié)合實(shí)際應(yīng)用性和設(shè)計(jì)研究性型實(shí)驗(yàn),創(chuàng)建一個(gè)實(shí)際背景,提出一個(gè)具體問題讓學(xué)生解決,學(xué)生通過自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),自己動(dòng)手做出實(shí)驗(yàn),并運(yùn)用所學(xué)有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論,正確地解決實(shí)際問題。這樣既提高了學(xué)生的自我思考能力和動(dòng)手能力,更讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握有關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),并培養(yǎng)學(xué)生了科學(xué)研究的思路和能力。所以,《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該結(jié)合驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、實(shí)際應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)以及設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)這三大模塊來進(jìn)行構(gòu)建。此外,教師應(yīng)該結(jié)合材料科學(xué)領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)發(fā)展,及時(shí)更新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,不能與時(shí)俱進(jìn)。
五、結(jié)束語
實(shí)踐勝于理論。除了理論教學(xué)以外,更應(yīng)該注重《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的實(shí)驗(yàn)教學(xué)部分。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中親身發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)科學(xué)理論,并在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中去檢驗(yàn)所獲得理論的真?zhèn)?。讓學(xué)生不僅從課堂上接受理論知識(shí),更通過實(shí)驗(yàn)去學(xué)習(xí)知識(shí),在實(shí)踐中運(yùn)用所學(xué)到的知識(shí),這才是真正地掌握知識(shí)。
關(guān)鍵詞：材料科學(xué)與工程；材料科學(xué)基礎(chǔ)；應(yīng)用型本科教育；課程改革
在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，材料科學(xué)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的三大支柱之一。近年來，我國在材料領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn)。目前，國內(nèi)眾多知名高校已經(jīng)開設(shè)了材料科學(xué)相關(guān)專業(yè)，如清華大學(xué)、北京科技大學(xué)等開設(shè)了金屬材料學(xué)科；北京化工大學(xué)、浙江大學(xué)等開設(shè)了高分子材料；西北工業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)等開設(shè)了材料加工學(xué)科等。2016年，合肥師范學(xué)院成功獲批了材料科學(xué)與工程專業(yè)，并開始招生。作為應(yīng)用型高校，該學(xué)科的建設(shè)處起步階段，雖經(jīng)過3年的教學(xué)實(shí)踐，但在專業(yè)課程設(shè)置、教學(xué)方法以及考核模式等方面存在很多的問題亟待解決。
1課程教學(xué)的問題剖析
材料科學(xué)與工程是研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝和使用性能以及四者之間相互關(guān)系的學(xué)科，因而將成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝和使用性能成為材料科學(xué)的四要素，把四者聯(lián)在一起就構(gòu)成了材料科學(xué)四要素的四面體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。《材料科學(xué)基礎(chǔ)》這一門課程便是以材料科學(xué)四要素為主要內(nèi)容，從教學(xué)要求出發(fā)，著重于基本概念和基礎(chǔ)理論，并引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用理論解決材料工程中的實(shí)際問題。該課程中材料學(xué)知識(shí)十分復(fù)雜，理論性強(qiáng)，涉及大量的名詞、概念等等，要求學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)基礎(chǔ)。而對于我校本科生而言，大多數(shù)同學(xué)數(shù)理化基礎(chǔ)比較薄弱且在學(xué)習(xí)該門課程之前并未系統(tǒng)的學(xué)習(xí)過無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等課程，因此在教學(xué)過程中會(huì)產(chǎn)生一系列的問題，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：第一，該課程的部分內(nèi)容理論性強(qiáng)且難度大，涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程和復(fù)雜的文字解釋，使同學(xué)們難以理解和識(shí)記，因而易產(chǎn)生抵觸情緒，教學(xué)效果不理想。第二，在國內(nèi)大部分高校，包括我校，目前該課程的教學(xué)方式仍以板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合的方式。這種教學(xué)方式以文字、公式推導(dǎo)和曲線圖為主，圖片、視頻等影音資料很少，使得學(xué)生上課期間缺乏興趣，難以集中注意力；第三，該課程的考核模式以考試為主，且占比很大?？荚噧?nèi)容多以課本上的概念、定理以及理論計(jì)算為主，應(yīng)用類題目較少涉及，因而難以達(dá)到指導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問題的教學(xué)目標(biāo)。第四，目前國內(nèi)外材料科學(xué)發(fā)展更新迭代較快，新材料、新技術(shù)、新工藝層出不窮，書本上的內(nèi)容較為有限，在教學(xué)上應(yīng)用部分課時(shí)講授材料前沿發(fā)展方向及應(yīng)用，為學(xué)生就業(yè)及科研提供參考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。第五，材料科學(xué)具有理論知識(shí)與應(yīng)用廣泛結(jié)合的性質(zhì)，在教學(xué)上，應(yīng)該適當(dāng)培育學(xué)生們的科研及實(shí)踐能力。因此，基于以上教學(xué)經(jīng)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，結(jié)合材料科學(xué)的特點(diǎn)，本文將以“夯實(shí)基礎(chǔ)、注重應(yīng)用”為指導(dǎo)，探索該課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核模式等方面上的優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2課程教學(xué)的改革措施
2.1夯實(shí)理論基礎(chǔ)
材料科學(xué)基礎(chǔ)涵蓋較多的基礎(chǔ)概念，這些概念與科學(xué)研究及實(shí)際應(yīng)用都有深刻的聯(lián)系?；A(chǔ)知識(shí)的掌握程度對于學(xué)習(xí)材料科學(xué)非常重要。無論是前沿研究還是基礎(chǔ)應(yīng)用，都需要有扎實(shí)的基本功。如利用高分辨透射電子顯微鏡研究材料結(jié)構(gòu)時(shí)，需要掌握材料中原子排列的相關(guān)知識(shí)，包括晶面指數(shù)、倒易空間等；針對材料的拉伸或壓縮過程，需要掌握材料的彈性模量、屈服強(qiáng)度。同時(shí)，相關(guān)概念不僅僅只用于某一個(gè)領(lǐng)域，如關(guān)于材料結(jié)構(gòu)，即可用于分析材料的相變，又可用于分析二維材料的電磁性能。原子的擴(kuò)散，即可用于研究金屬的熱處理，又可用于研究鋰離子電池。材料科學(xué)基礎(chǔ)的相關(guān)概念復(fù)雜難懂，且課時(shí)有限，教師在授課時(shí)應(yīng)將相關(guān)概念的背景、定義及應(yīng)用講清講透，確保學(xué)生理解和掌握，積累扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)。
2.2培養(yǎng)實(shí)踐能力
材料科學(xué)基礎(chǔ)是一門理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的學(xué)科。其中，相關(guān)內(nèi)容是從實(shí)踐的基礎(chǔ)上總結(jié)提煉得到的，如材料的相變，相圖的制作是根據(jù)各個(gè)成分及溫度下，進(jìn)行熱處理得到的結(jié)果。本科生僅僅學(xué)習(xí)書本上的內(nèi)容，很難建立起直觀的認(rèn)識(shí)。在課程學(xué)習(xí)初期，教師應(yīng)將材料科學(xué)基礎(chǔ)的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合、抽象概念與具體圖像相結(jié)合，以直觀性的事物或圖像引導(dǎo)學(xué)生對抽象性的理論進(jìn)行掌握。如在學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)時(shí)，可用實(shí)物模型展示晶體的FCC、BCC等結(jié)構(gòu)。在講解原子擴(kuò)散時(shí)，提示學(xué)生通過想象構(gòu)建原子在材料中運(yùn)動(dòng)的圖像。
同時(shí)，為使學(xué)生更加全面的理解所學(xué)內(nèi)容，建議學(xué)校開設(shè)一定學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，如材料的熱處理過程、材料的力學(xué)性能、材料的微觀結(jié)構(gòu)等等。使得在提升運(yùn)用理論知識(shí)分析解決實(shí)際問題能力的同時(shí)，進(jìn)一步鞏固自己的知識(shí)體系。此外，本學(xué)院的教師均有科研經(jīng)歷，研究方向各有側(cè)重，如計(jì)算材料學(xué)、太陽能電池，催化、二維材料等等，有豐富的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷及理論知識(shí)。因此可以鼓勵(lì)學(xué)生在課外時(shí)間積極參與到教師的相關(guān)課題研究中，針對發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容加以分析，進(jìn)一步加深對知識(shí)的理解與應(yīng)用。
2.3豐富教學(xué)方法
首先，科學(xué)合理控制每課時(shí)授課量。確保知識(shí)點(diǎn)高質(zhì)量的被學(xué)生吸收，而非對學(xué)生進(jìn)行數(shù)量上的灌輸。其次，調(diào)節(jié)授課內(nèi)容的輸出速率。通過板書、調(diào)節(jié)語速等方式，在難點(diǎn)、重點(diǎn)如材料中的缺陷、擴(kuò)散等知識(shí)點(diǎn)上講懂講透，使學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容充分吸納和梳理。再者，利用多種方法將相關(guān)概念實(shí)物化、圖像化。在學(xué)習(xí)材料的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以通過硬球模型展示材料中FCC，BCC等簡單晶體結(jié)構(gòu)。在學(xué)習(xí)材料的力學(xué)性能時(shí)，可以利用多媒體技術(shù)，展示材料在受到壓縮或拉伸時(shí)的變形過程。此外，利用現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。利用微信、QQ等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立課堂內(nèi)容學(xué)習(xí)交流群，以便及時(shí)上傳教學(xué)內(nèi)容、作業(yè)，分享參考書目，解決問題等。讓學(xué)生充分利用課余時(shí)間主動(dòng)學(xué)習(xí)，及時(shí)解決遇到的問題，進(jìn)一步提高授課效率。
2.4把握學(xué)科前沿
近幾年，材料科學(xué)發(fā)展日新月異，前沿?zé)狳c(diǎn)難點(diǎn)時(shí)常更新，新材料、新技術(shù)、新工藝層出不窮。然而書本上的內(nèi)容較為有限，針對材料科學(xué)的前沿進(jìn)展，在課堂教學(xué)時(shí)應(yīng)設(shè)置部分學(xué)時(shí)介紹材料科學(xué)相關(guān)進(jìn)展，講授基礎(chǔ)知識(shí)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，為學(xué)生就業(yè)及科研提供參考。結(jié)合現(xiàn)有條件，可以邀請相關(guān)領(lǐng)域教師來校開展專題知識(shí)講座，講解本領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、前沿進(jìn)展。授課教師也可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立微信群或者微信公眾號，向?qū)W生推送材料領(lǐng)域最新的成果，文獻(xiàn)或者方法等等，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生對材料領(lǐng)域的興趣。
2.5完善考核方式
目前，對于材料科學(xué)基礎(chǔ)的評分方法，總成績中期末成績占到70%，平時(shí)成績占30%，其中在平時(shí)成績中平時(shí)作業(yè)占主要比例。由此可以看出最終成績主要取決于期末考試的成績，而平時(shí)成績主要取決于平時(shí)作業(yè)。結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以下問題：①關(guān)于期末考試。僅僅只在期末考核一次，會(huì)造成學(xué)生在期末階段突擊學(xué)習(xí)，而忽視了平時(shí)的積累；②關(guān)于平時(shí)成績。平時(shí)作業(yè)在總分中占據(jù)20%左右的比例。學(xué)生往往偏重平時(shí)作業(yè)，而忽視其他課堂表現(xiàn)。教師難以對每個(gè)學(xué)生的課堂表現(xiàn)作出準(zhǔn)確評價(jià)；③材料科學(xué)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，在本課程的教學(xué)過程中缺乏相應(yīng)的實(shí)踐課程。因此難以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。鑒于以上因素，可以在材料科學(xué)基礎(chǔ)一課的成績評定制度上進(jìn)行如下改進(jìn)。
一是引入階段性考核。首先，建議在第9周前后增加一次期中考試。在檢驗(yàn)前期所學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并整改。將期中考試的成績按照一定比例納入到總成績中。在期末考試中，主要考核后期的學(xué)習(xí)內(nèi)容，前期的學(xué)習(xí)內(nèi)容也要有所涉及。其次，提高課堂表現(xiàn)的分值比例，建立周期性的課堂問答方法，如按照學(xué)號讓學(xué)生參與教學(xué)環(huán)節(jié)，確保至學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)每人都有機(jī)會(huì)能參與到課堂教學(xué)。對于主動(dòng)提問，經(jīng)常與教師討論問題的學(xué)生給予較高的平時(shí)成績。
二是設(shè)立相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，考核實(shí)踐能力。材料科學(xué)是一門注重實(shí)踐的課程，書本上的知識(shí)點(diǎn)最終要運(yùn)到到材料的實(shí)際性能、制備及應(yīng)用上。紙上得來終覺淺，通過實(shí)踐考核可以綜合考查學(xué)生對于材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。如通過實(shí)驗(yàn)方法畫制Fe-C相圖及分析合金的力學(xué)性能等。在畫質(zhì)Fe-C相圖時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)對FeC合金進(jìn)行熱處理，得到不同成分下的合金相，并在顯微鏡下進(jìn)行觀察、分析合金相的形成過程。在分析合金的力學(xué)性能時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)如何對合金進(jìn)行拉伸或者壓縮，并繪制應(yīng)力應(yīng)變曲線。進(jìn)一步掌握根據(jù)得到的曲線分析合金的塑性變形、彈性變形及屈服強(qiáng)度等。
三是增加研究報(bào)告的考核形式。結(jié)合材料科學(xué)基礎(chǔ)的特點(diǎn)，由教師羅列出熱點(diǎn)領(lǐng)域，在班級分成若干小組，每個(gè)小組自行選取興趣領(lǐng)域，形成研究報(bào)告，并在課堂上以PPT的形式進(jìn)行報(bào)告。講述該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及問題，形成PPT并向老師和同學(xué)做報(bào)告，最后形成綜合評分。這一考核方式有助于培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)調(diào)組織能力及團(tuán)隊(duì)意識(shí)。在促進(jìn)學(xué)生自身思考以及激發(fā)學(xué)習(xí)主動(dòng)性的同時(shí)，也能讓學(xué)生及時(shí)了解最新的國際研究動(dòng)態(tài)。
【關(guān)鍵詞】材料工程；基礎(chǔ)課程；改革提高
課程體系
材料學(xué)是一門試驗(yàn)性科學(xué)，涵蓋金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料四個(gè)方向，材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后主要從事材料制備與加工的科研與生產(chǎn)工作，材料的多樣性，各種材料制備、加工方法千差萬別，材料工程問題就顯得錯(cuò)綜復(fù)雜了，這就要求從這多種多樣的工程問題中提煉出各種材料制備與加工的共同涉及基礎(chǔ)問題，建立材料學(xué)學(xué)的平臺(tái)課程—材料工程基礎(chǔ)完整的知識(shí)體系。
“工程”是科學(xué)的某種應(yīng)用，通過這一應(yīng)用，使自然界的物質(zhì)和能源的特性能夠通過各種結(jié)構(gòu)、機(jī)器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程，是以最短的時(shí)間和精而少的人力做出高效、可靠且對人類有用的東西。在現(xiàn)代社會(huì)中，“工程”一詞有廣義和狹義之分。就狹義而言，工程定義為“以某組設(shè)想的目標(biāo)為依據(jù)，應(yīng)用有關(guān)的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段，通過一群人的有組織活動(dòng)將某個(gè)（或某些）現(xiàn)有實(shí)體（自然的或人造的）轉(zhuǎn)化為具有預(yù)期使用價(jià)值的人造產(chǎn)品過程”。就廣義而言，工程則定義為由一群人為達(dá)到某種目的，在一個(gè)較長時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行協(xié)作活動(dòng)的過程。又根據(jù)兩院院士師昌緒先生的定義：材料是人類制造生活和生產(chǎn)用的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。顯然，材料工程屬狹義工程的范疇，材料工程應(yīng)為是有組織活動(dòng)將自然的或人造的物質(zhì)制造成生活和生產(chǎn)產(chǎn)品的活動(dòng)或過程。因此，從這個(gè)定義出發(fā)，凡是材料制備過程中所涉及技術(shù)和方法問題都屬材料工程問題包括原材料的輸送、原材料精制、合成、產(chǎn)品精制、后加工、包裝、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)工序原理以及為完成上述工序的一些配套工序如生產(chǎn)過程中的傳熱問題、三廢處理問題。由于材料的多樣性，各種材料制備、加工方法千差萬別，材料工程問題就顯得內(nèi)容龐大、錯(cuò)綜復(fù)雜了，避開各種材料的制備的特殊工藝問題，各種材料在制備過程中所涉及的共同的基本原理應(yīng)成為材料工程課程中的基本問題。我們以自編《材料工程基礎(chǔ)》為教學(xué)的教材，教授物質(zhì)輸送原理及設(shè)備、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞，并對質(zhì)量衡算、能量衡算、經(jīng)濟(jì)衡算做簡單介紹。
教學(xué)手段
課程改革的目的是提高教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)質(zhì)量是通過一定的教學(xué)手段得以實(shí)現(xiàn)的。材料工程基礎(chǔ)的教學(xué)擬采取小班教學(xué)的方式，除在知識(shí)點(diǎn)的傳授方面如基本公式的推導(dǎo)、理論的講解仍采用傳統(tǒng)的以教師授課為主方式外，在課堂教學(xué)中還采用一下的教學(xué)手段。
1 多媒體課件
當(dāng)今的學(xué)生，從校門到校門，多數(shù)學(xué)生既沒有生活經(jīng)驗(yàn)，更無工程概念，要學(xué)好材料工程基礎(chǔ)這一工程類課程，老實(shí)說，有一定的難度，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，制作了多媒體課件，模擬實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程，使抽象的概念具體化，復(fù)雜的問題簡單化，繁瑣的內(nèi)容精煉化，實(shí)際問題形象化，為學(xué)生生動(dòng)形象的理解生產(chǎn)原理和過程起了重要的作用。
2 討論式教學(xué)及設(shè)計(jì)演練
課堂設(shè)置討論課，引導(dǎo)學(xué)生探究各種材料制備過程中所共性問題，生產(chǎn)過程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)問題，分層次布置工程設(shè)計(jì)任務(wù)，使學(xué)生能全面思考工程問題。例如在傳熱部分，進(jìn)行板式換熱器的設(shè)計(jì)；在傳質(zhì)的幾個(gè)章節(jié)中，吸收部分設(shè)計(jì)煤氣中苯類物質(zhì)吸收工藝流程；精餾章節(jié)中，進(jìn)行年產(chǎn)8000噸乙醇板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)等。使學(xué)生初步了解設(shè)計(jì)程序與步驟：設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)后，通過資料的收集，流程選擇，基本計(jì)算，確定工藝路線，確定生產(chǎn)設(shè)備大小，進(jìn)行設(shè)備平面布置，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
3 雙語教學(xué)
隨著全球一體化進(jìn)程的加速，在國際交流日夜頻繁的今天，語言顯得尤為重要。采用原版教材，雙語教學(xué)無疑能使學(xué)生掌握原汁原味的英語，為其日后的交流掃清障礙。更重要的是可以拓寬學(xué)生的國際視野、國際交流能力和競爭意識(shí)，同時(shí)可以吸引更多的留學(xué)生優(yōu)質(zhì)生源，提高國際化辦學(xué)能力。
能力培養(yǎng)
在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，全民都面臨同樣的信息平臺(tái)，甚至我們的學(xué)生比教師有更好的計(jì)算機(jī)能力，輕點(diǎn)鼠標(biāo)就可能獲得一門學(xué)科的基礎(chǔ)理論。這就給我們提出新的問題和面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)：在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，專業(yè)課我們應(yīng)該教學(xué)生什么以及如何教，培養(yǎng)學(xué)生那些能力。首先是收集信息的能力，現(xiàn)代社會(huì)是信息時(shí)代，大量信息資源都可以通過網(wǎng)絡(luò)共享，除此之外，還有大量的數(shù)據(jù)庫可以利用，掌握了信息資源，就是掌握了該學(xué)科的發(fā)展前沿。然后是自主學(xué)習(xí)能力，收集到信息，怎樣才能轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)，建立自己的知識(shí)體系這就需要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)思維與人格以及為科學(xué)獻(xiàn)身的精神和健康向上的學(xué)習(xí)精神；接下來是合作精神，隨著社會(huì)分工的越來越細(xì)，完成一個(gè)工程問題往往是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要多方面人員的相互合作，因此合作能力就顯得十分重要了，在教學(xué)中，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生分工合作是教育的一個(gè)重要組成部分，對本門課而言可以采用分組進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，同組同學(xué)之間分工協(xié)作，共同完成一個(gè)課題，已達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生合作能力的目的。
評估體系
理論考試不在作為學(xué)業(yè)成績的唯一標(biāo)準(zhǔn)，可以從多層面進(jìn)行評價(jià)如理論考試成績、課程設(shè)計(jì)成績、課堂討論成績、平時(shí)作業(yè)成績等。
結(jié)論
材料工程基礎(chǔ)課程改革是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要執(zhí)行者有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感，從課程的內(nèi)容體系、教學(xué)手段、能力培養(yǎng)目標(biāo)，評價(jià)體系進(jìn)行研究和探索，真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)合格人才的教育目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)：
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[4] 馮曉云，童樹亭，袁華.材料工程基礎(chǔ) [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007，7.
關(guān)鍵詞: 材料科學(xué)與工程原理雙語教學(xué)有效實(shí)施
教育面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來是國家教育發(fā)展的必然要求。進(jìn)入新世紀(jì),國際化對我國高等教育的影響越來越突出,在中國加入WTO的新形勢下,國際化已經(jīng)成為高校辦學(xué)水平的重要體現(xiàn)。在高校大力推行雙語教學(xué),是培養(yǎng)優(yōu)秀的、具有國際競爭力人才的需要。為了以高質(zhì)量的高等教育迎接新世紀(jì)的挑戰(zhàn),教育部頒布了《關(guān)于加強(qiáng)高等院校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》,明確提出了“本科教育要?jiǎng)?chuàng)造條件進(jìn)行公共課和專業(yè)課的雙語教學(xué)。對高新技術(shù)領(lǐng)域的生物技術(shù)、信息技術(shù)等專業(yè),更要先行一步,力爭三年內(nèi),外語教學(xué)課程達(dá)到所開課程的5%―10%”[1]。
材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是所有科技進(jìn)步的核心,是高新技術(shù)發(fā)展和社會(huì)現(xiàn)代化的先導(dǎo),是當(dāng)代文明的三大支柱之一。因此,在材料科學(xué)與工程專業(yè)開展相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的雙語教學(xué)很有必要性。
一、雙語教學(xué)的內(nèi)涵
1.“雙語”的定義
雙語的英文是“Bilingual”,意思是“Two Languages”(兩種語言),是指在某個(gè)國家或某個(gè)地區(qū)有兩個(gè)(或兩個(gè)以上)民族同時(shí)存在,并存在兩種或兩種以上文化歷史背景的條件下,可能或必須運(yùn)用兩種語言進(jìn)行交流的情景。這兩種語言中,通常有一種是母語或本族語,另一種語言則是后天習(xí)得的第二種語言或者是外國語。而英國著名的朗曼出版社出版的《朗曼應(yīng)用語言學(xué)詞典》所給的“雙語”定義是:A person who knows and uses two languages. (一個(gè)能運(yùn)用兩種語言的人。)即在他的日常生活中能將一門外語和本族語基本等同地運(yùn)用于聽、說、讀、寫,當(dāng)然他的母語語言知識(shí)和能力通常是大于第二語言的。舉例來說, 他/她可能:
A) 使用一種語言來讀和寫;而用另一種語言來聽、說。
B) 在不同的場合下使用不同的語言,如在家使用一種語言,在工作單位使用另一種語言。
C) 在不同的交際需要下使用不同的語言,如在談?wù)搶W(xué)校生活時(shí)使用一種語言,而用另一種語言談?wù)搨€(gè)人感情。
2.“雙語教學(xué)”的定義
所謂雙語教學(xué)(Bilingual Education),是指以母語和一門外語兩種語言作為教學(xué)用語的教學(xué)模式。在各國各地區(qū)因母語不同而有所區(qū)別,在我國雙語教學(xué)的具體定位是漢語和英語,并在此基礎(chǔ)上兼顧其他語種?？梢跃唧w地理解為:在教學(xué)中使用母語的同時(shí),還不同情況、不同程度地使用另一種通用外語作為教學(xué)媒介語進(jìn)行的教學(xué)。以用英語為例,包括用英語教材、用英語板書、用英語布置作業(yè)、用英語命題考試及用英語口授等形式。雙語教學(xué)現(xiàn)已成為教育國際化的標(biāo)志之一,越來越引起各國教育工作者的重視。簡言之,“雙語”和“雙語教學(xué)”的界定是將學(xué)生的外語或第二語言,通過教學(xué)和環(huán)境,經(jīng)過若干階段的訓(xùn)練,使之能代替或接近母語的表達(dá)水平。例如:加拿大魁北克省,同時(shí)使用法語和英語,并以法語為其官方語言。更通俗地打個(gè)比喻,某個(gè)同胞既可以在家里用藏語和家人交流,又可以用漢語在工作單位與同事交流。
3.雙語教學(xué)的模式
雙語教學(xué)的模式包括以下三種類型:(1)沉浸式雙語教學(xué)。此類型要求用外語進(jìn)行教學(xué),母語不用于教學(xué)中,使學(xué)生完全沉浸于弱勢語言中;(2)過渡式雙語教學(xué)。此類型要求剛進(jìn)學(xué)校時(shí),部分或全部科目使用母語教學(xué),但過一段時(shí)間后,則全部科目使用外語教學(xué)。其最終目的仍然是向沉浸式過渡;(3)保留式雙語教學(xué)。此類型要求學(xué)生在剛進(jìn)校時(shí)使用母語教學(xué),以后逐步部分科目使用外語教學(xué),部分科目仍用母語教學(xué)[2]。由于語言環(huán)境的限制,目前國內(nèi)大多數(shù)院校采取保留式雙語教學(xué)。
4.人們對雙語及雙語教學(xué)認(rèn)識(shí)的誤區(qū)
人們對“雙語”的認(rèn)識(shí)往往存在一定的誤區(qū),包括以下幾個(gè)方面:
(1)將雙語簡單地理解為“加強(qiáng)英語”?！半p語”班就是英語強(qiáng)化班或“尖子班”。
(2)將雙語理解為“計(jì)算機(jī)語言”+“英語”。
(3)將雙語理解為“漢語”+“英語”。
(4)將雙語理解為二門外國語,如“英語”+“日語”。
(5)將雙語理解為在課外活動(dòng)中加入英語興趣小組。
顯然這些對“雙語”望文生義的理解是片面的、不科學(xué)的,甚至是錯(cuò)誤的。它抽去了“雙語”和“雙語教學(xué)”的內(nèi)核,脫離了“以人為本”、推進(jìn)素質(zhì)教育的根本目的。在中國,雙語教學(xué)是指除漢語外,用一門外語作為課堂主要用語進(jìn)行學(xué)科教學(xué),目前絕大部分是用英語。它要求用正確流利的英語進(jìn)行知識(shí)的講解,但不絕對排除漢語,避免由于語言滯后造成學(xué)生的思維障礙;教師應(yīng)利用非語言行為,直觀、形象地提示和幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容,以降低學(xué)生在英語理解上的難度。
二、“材料科學(xué)與工程原理”的雙語教學(xué)
“材料科學(xué)與工程原理”是材料科學(xué)與工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程,我校于2004年對之進(jìn)行了雙語教學(xué)的實(shí)踐?！安牧峡茖W(xué)與工程原理”作為材料類理工科專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課,可使學(xué)生對材料科學(xué)與工程建立整體與全貌的認(rèn)識(shí),了解現(xiàn)有材料的分類、特性、應(yīng)用范圍及其與相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)系,把握高技術(shù)新型先進(jìn)材料發(fā)展趨勢。結(jié)合該課程的幾年雙語教學(xué)實(shí)踐,下面筆者就如何更有效地實(shí)施雙語教學(xué)進(jìn)行探討。
1.雙語教學(xué)改革與專業(yè)課教學(xué)改革相結(jié)合
通過雙語教學(xué)能夠培養(yǎng)在不同語言環(huán)境下,運(yùn)用母語和外語交流的專業(yè)人才。比如在講解材料學(xué)定義、性能、應(yīng)用時(shí)使用標(biāo)準(zhǔn)的英語來講解,中間穿插漢語講解。雙語教學(xué)的改革必須以正確認(rèn)識(shí)英語與專業(yè)課的關(guān)系為前提。用英語講授專業(yè)課,不僅是學(xué)習(xí)相關(guān)的英文詞匯,更重要的是掌握語言所表達(dá)的內(nèi)容,兩者不能脫節(jié)。
采用雙語教學(xué)方法,所占用的課時(shí)比從前多,如何用最少的時(shí)間傳授最多的知識(shí),是我們關(guān)注的問題。由于該專業(yè)概述課程內(nèi)容較多,為了保證講課的質(zhì)量,我們將一些課程進(jìn)行了整合和壓縮。
2.英語教學(xué)改革與自學(xué)相結(jié)合
雙語教學(xué)不但能為學(xué)生今后直接閱讀外文資料打下良好基礎(chǔ),而且是利用信息技術(shù)獲取知識(shí)、駕馭知識(shí)的手段。材料專業(yè)人才只有始終堅(jiān)持知識(shí)追求,及時(shí)更新知識(shí)結(jié)構(gòu),不斷拓寬知識(shí)視野,才能立足學(xué)科前沿。我們通過組織提綱,鼓勵(lì)學(xué)生自己上網(wǎng)查詢相關(guān)文獻(xiàn),試寫綜述。學(xué)生在小組充分討論的基礎(chǔ)上,撰寫英文作業(yè)與論文。
3.合理設(shè)計(jì)與組織教學(xué)方案
在開展雙語教學(xué)時(shí),由于口授課程是以英語為主,漢語為輔,還要解釋一些生詞和難句,為了不影響教學(xué)進(jìn)度,在授課前教師應(yīng)“吃透”整本英語原版教材的內(nèi)容和語言難點(diǎn),充分做好備課工作。首先要確定授課的重點(diǎn)方向:一是傳授專業(yè)知識(shí);二是解釋難以理解的語言表達(dá)方式。這是因?yàn)橛⒄Z語言的表達(dá)方式與漢語的思維表達(dá)方式在很多方面大不相同,容易造成理解上的困難,而這正是在英語學(xué)習(xí)方面需要認(rèn)知或習(xí)得之處。當(dāng)然,鑒于大學(xué)三年級學(xué)生英語語法、結(jié)構(gòu)已接觸多年,專業(yè)課的教師在授課時(shí)主要任務(wù)還應(yīng)是疏通理解,幫助學(xué)生盡快汲取文中的信息,而不是流連于語法結(jié)構(gòu)講解。另一方面,教師在備課方案中,可以根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)、教材內(nèi)容要求和實(shí)際應(yīng)用狀況,計(jì)劃一些討論題和某種課堂講座方式,這樣可以充分地利用學(xué)生想表達(dá)自己觀點(diǎn)的欲望,啟動(dòng)其學(xué)能,調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性,釋放其學(xué)習(xí)潛力,這有助于學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)時(shí),自然地習(xí)得英語。筆者認(rèn)為,組織采用同一學(xué)科專業(yè)原版英語教材的教師一起討論教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法也很必要,教師們可以從同一層次的學(xué)生水平上,從不同的角度討論如何調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,制定出符合本校學(xué)生具體狀況的詳細(xì)合理的教學(xué)方案。
4.采用與多媒體教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)手段
在雙語教學(xué)中,高?？山M織上同類課程的雙語教學(xué)任教教師設(shè)計(jì)制作多媒體教學(xué)課件,教學(xué)課件可以選擇采用全英語或兼有中文和英文的兩種方式,這有利于學(xué)生的復(fù)習(xí)和自學(xué)。采用多媒體教室上課,可節(jié)省板書所花費(fèi)的時(shí)間,從而可改善教學(xué)進(jìn)度。多媒體課件可集聲音、動(dòng)畫、文字、圖像為一體,因此在講課時(shí),生動(dòng)活潑、引人入勝,可調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,達(dá)到事半功倍的效果[3]。但教師僅憑多媒體的手段,無法及時(shí)得到學(xué)生的反饋,無法了解學(xué)生的理解程度及需要表達(dá)的要求。多媒體的教學(xué)只是教師授課的一個(gè)重要輔助手段,它能激發(fā)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)興趣,但在整體課堂組織教學(xué)中,難點(diǎn)疏通、提問、回答、答疑甚至討論之類的面對面師生間的交流,仍是幫助學(xué)生理解和汲取知識(shí)、提高技能的重要環(huán)節(jié)。多媒體的手段只有結(jié)合這些傳統(tǒng)性的環(huán)節(jié),課堂教與學(xué)才可能成功進(jìn)行。單純的外語課或?qū)I(yè)課教學(xué)是如此,雙語性的專業(yè)課教學(xué)也是如此。
5.提供充實(shí)的教學(xué)資源
雙語教學(xué)非常強(qiáng)調(diào)教學(xué)資源的保障,外文原版教材是雙語教學(xué)的一個(gè)必要條件,它可以使教師和學(xué)生接觸到“原汁原味”的英語,但作為課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充――教學(xué)參考用書的作用同樣不可忽視。往往有些院校各專業(yè)中文參考資源較豐富,但外文專業(yè)參考資料卻極為匱乏,造成教師備課時(shí)要將中文資料譯成外語,再用外語授課,學(xué)生課余不能接觸到更多的原文資料,課上和課下脫節(jié),從而無法進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的雙語教學(xué)。這個(gè)問題亟待解決。目前,很多院校都與國外有著定期或不定期的學(xué)術(shù)交流,或與國外院校合作辦學(xué),這為教師帶來了進(jìn)修或考察的機(jī)會(huì),有助于提高教師的英語和專業(yè)水平,學(xué)術(shù)交流也為雙語教學(xué)引進(jìn)原版教材提供了有利條件。目前江蘇大學(xué)材料學(xué)院的材料科學(xué)與工程原理雙語教學(xué)課程都是由有1年以上的海外留學(xué)、進(jìn)修或工作經(jīng)歷的教師擔(dān)任。同時(shí)很多專業(yè)教師也在通過各種途徑提高自身英語水平。因此,雙語教學(xué)具有一定的師資基礎(chǔ)。
三、結(jié)語
隨著市場、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)全球化腳步的逼近,我國教育也日趨向國際市場開放,我國許多有條件的學(xué)校,都在適量開展學(xué)科原版英文教材教學(xué),以適應(yīng)“全球化”人才的需求。材料科學(xué)與工程學(xué)科若能長期在教學(xué)中不斷提高雙語教學(xué)方法,發(fā)揮教師的積極性和創(chuàng)造性,激發(fā)學(xué)生的熱情,就一定能提高整個(gè)學(xué)科的教學(xué)水平。這既有利于學(xué)生掌握本課程國外的最新動(dòng)態(tài),又有助于提高他們的英語運(yùn)用能力。
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論文摘要:材料工程基礎(chǔ)是教育部21世紀(jì)初高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系改革的研究”中主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，是材料專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本文從課程體系、教學(xué)手段、能力培養(yǎng)和評價(jià)體系等方面闡述了課程改革的思路。
“材料工程基礎(chǔ)”是教育部21世紀(jì)初高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系改革的研究”中主干專業(yè)基礎(chǔ)課程，是材料科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，長期以來，備受學(xué)校和院領(lǐng)導(dǎo)的重視，這對材料工程基礎(chǔ)課程的改革就提出了更高的要求，如何進(jìn)行課程改革，培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對材料工程需要的新型人才是材料工程教學(xué)團(tuán)隊(duì)需要認(rèn)真思索的關(guān)鍵問題。
1 課程體系
材料學(xué)是一門試驗(yàn)性科學(xué)，涵蓋金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料四個(gè)方向，材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生，畢業(yè)后主要從事材料制備與加工的科研與生產(chǎn)工作，材料的多樣性，各種材料制備、加工方法千差萬別，材料工程問題就顯得錯(cuò)綜復(fù)雜了，這就要求從這多種多樣的工程問題中提煉出各種材料制備與加工的共同涉及基礎(chǔ)問題，建立材料學(xué)學(xué)的平臺(tái)課程—材料工程基礎(chǔ)完整的知識(shí)體系。
“工程”是科學(xué)的某種應(yīng)用，通過這一應(yīng)用，使自然界的物質(zhì)和能源的特性能夠通過各種結(jié)構(gòu)、機(jī)器、產(chǎn)品、系統(tǒng)和過程，是以最短的時(shí)間和精而少的人力做出高效、可靠且對人類有用的東西。在現(xiàn)代社會(huì)中，“工程”一詞有廣義和狹義之分。就狹義而言，工程定義為“以某組設(shè)想的目標(biāo)為依據(jù)，應(yīng)用有關(guān)的科學(xué)知識(shí)和技術(shù)手段，通過一群人的有組織活動(dòng)將某個(gè)(或某些)現(xiàn)有實(shí)體(自然的或人造的)轉(zhuǎn)化為具有預(yù)期使用價(jià)值的人造產(chǎn)品過程”。就廣義而言，工程則定義為由一群人為達(dá)到某種目的，在一個(gè)較長時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行協(xié)作活動(dòng)的過程。又根據(jù)兩院院士師昌緒先生的定義:材料是人類制造生活和生產(chǎn)用的物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。顯然，材料工程屬狹義工程的范疇，材料工程應(yīng)為是有組織活動(dòng)將自然的或人造的物質(zhì)制造成生活和生產(chǎn)產(chǎn)品的活動(dòng)或過程。因此，從這個(gè)定義出發(fā)，凡是材料制備過程中所涉及技術(shù)和方法問題都屬材料工程問題包括原材料的輸送、原材料精制、合成、產(chǎn)品精制、后加工、包裝、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)工序原理以及為完成上述工序的一些配套工序如生產(chǎn)過程中的傳熱問題、三廢處理問題。由于材料的多樣性，各種材料制備、加工方法千差萬別，材料工程問題就顯得內(nèi)容龐大、錯(cuò)綜復(fù)雜了，避開各種材料的制備的特殊工藝問題，各種材料在制備過程中所涉及的共同的基本原理應(yīng)成為材料工程課程中的基本問題。我們以自編《材料工程基礎(chǔ)》為教學(xué)的教材，教授物質(zhì)輸送原理及設(shè)備、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞，并對質(zhì)量衡算、能量衡算、經(jīng)濟(jì)衡算做簡單介紹。
2 教學(xué)手段
課程改革的目的是提高教學(xué)質(zhì)量，提高教學(xué)質(zhì)量是通過一定的教學(xué)手段得以實(shí)現(xiàn)的。材料工程基礎(chǔ)的教學(xué)擬采取小班教學(xué)的方式，除在知識(shí)點(diǎn)的傳授方面如基本公式的推導(dǎo)、理論的講解仍采用傳統(tǒng)的以教師授課為主方式外，在課堂教學(xué)中還采用一下的教學(xué)手段。
2.1 多媒體課件
當(dāng)今的學(xué)生，從校門到校門，多數(shù)學(xué)生既沒有生活經(jīng)驗(yàn)，更無工程概念，要學(xué)好材料工程基礎(chǔ)這一工程類課程，老實(shí)說，有一定的難度，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)，制作了多媒體課件，模擬實(shí)際生產(chǎn)工藝和流程，使抽象的概念具體化，復(fù)雜的問題簡單化，繁瑣的內(nèi)容精煉化，實(shí)際問題形象化，為學(xué)生生動(dòng)形象的理解生產(chǎn)原理和過程起了重要的作用。
2.2 討論式教學(xué)及設(shè)計(jì)演練
課堂設(shè)置討論課，引導(dǎo)學(xué)生探究各種材料制備過程中所共性問題，生產(chǎn)過程技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)問題，分層次布置工程設(shè)計(jì)任務(wù)，使學(xué)生能全面思考工程問題。例如在傳熱部分，進(jìn)行板式換熱器的設(shè)計(jì);在傳質(zhì)的幾個(gè)章節(jié)中，吸收部分設(shè)計(jì)煤氣中苯類物質(zhì)吸收工藝流程;精餾章節(jié)中，進(jìn)行年產(chǎn)8000噸乙醇板式精餾塔工藝設(shè)計(jì)等。使學(xué)生初步了解設(shè)計(jì)程序與步驟:設(shè)計(jì)任務(wù)下達(dá)后，通過資料的收集，流程選擇，基本計(jì)算，確定工藝路線，確定生產(chǎn)設(shè)備大小，進(jìn)行設(shè)備平面布置，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
2.3 雙語教學(xué)
隨著全球一體化進(jìn)程的加速，在國際交流日夜頻繁的今天，語言顯得尤為重要。采用原版教材，雙語教學(xué)無疑能使學(xué)生掌握原汁原味的英語，為其日后的交流掃清障礙。更重要的是可以拓寬學(xué)生的國際視野、國際交流能力和競爭意識(shí)，同時(shí)可以吸引更多的留學(xué)生優(yōu)質(zhì)生源，提高國際化辦學(xué)能力。
3 能力培養(yǎng)
在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，全民都面臨同樣的信息平臺(tái)，甚至我們的學(xué)生比教師有更好的計(jì)算機(jī)能力，輕點(diǎn)鼠標(biāo)就可能獲得一門學(xué)科的基礎(chǔ)理論。這就給我們提出新的問題和面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn):在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，專業(yè)課我們應(yīng)該教學(xué)生什么以及如何教，培養(yǎng)學(xué)生那些能力。首先是收集信息的能力，現(xiàn)代社會(huì)是信息時(shí)代，大量信息資源都可以通過網(wǎng)絡(luò)共享，除此之外，還有大量的數(shù)據(jù)庫可以利用，掌握了信息資源，就是掌握了該學(xué)科的發(fā)展前沿。然后是自主學(xué)習(xí)能力，收集到信息，怎樣才能轉(zhuǎn)化為自己的知識(shí)，建立自己的知識(shí)體系這就需要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)思維與人格以及為科學(xué)獻(xiàn)身的精神和健康向上的學(xué)習(xí)精神;接下來是合作精神，隨著社會(huì)分工的越來越細(xì)，完成一個(gè)工程問題往往是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要多方面人員的相互合作，因此合作能力就顯得十分重要了，在教學(xué)中，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生分工合作是教育的一個(gè)重要組成部分，對本門課而言可以采用分組進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，同組同學(xué)之間分工協(xié)作，共同完成一個(gè)課題，已達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生合作能力的目的。
4 評估體系
理論考試不在作為學(xué)業(yè)成績的唯一標(biāo)準(zhǔn)，可以從多層面進(jìn)行評價(jià)如理論考試成績、課程設(shè)計(jì)成績、課堂討論成績、平時(shí)作業(yè)成績等。
5 結(jié)論
材料工程基礎(chǔ)課程改革是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要執(zhí)行者有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感，從課程的內(nèi)容體系、教學(xué)手段、能力培養(yǎng)目標(biāo)，評價(jià)體系進(jìn)行研究和探索，真正實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)合格人才的教育目標(biāo)。
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