材料科學與工程基礎知識精選(九篇)
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第1篇：材料科學與工程基礎知識范文
歐美國家在20世紀60―70年代開始設立材料科學與工程系。名稱變更反映了對材料領域研究認識的變遷，即“材料研究需要依據其行為和特征，而不是依據材料類型來進行”。1998年教育部對材料類本科專業目錄進行了調整，將原來劃分過細的十多個材料類小專業合并成了現在的冶金工程、金屬材料工程、無機非金屬材料工程、高分子材料與工程、材料物理、材料化學等六個專業。同時，在引導性專業目錄中還設置了材料科學與工程一級專業。雖然以材料科學與工程一級大學科來設置專業是必然趨勢，但材料科學與工程人才培養模式仍在探索之中[1]。同濟大學當年就設置了材料科學與工程本科專業，期望以歐美的模式來培養材料學科人才。實際上，早在20世紀80年代，當時的同濟大學建筑材料工程系就為建筑材料專業的本科生開設了材料科學導論、斷裂力學、表面物理化學和傳熱、傳質與動量傳遞（簡稱三傳）4門基礎課程。近幾年因為參與學院材料科學與工程專業培養計劃的修訂工作，查閱了國內外許多大學這個專業的培養計劃，國內高校在材料科學與工程專業培養計劃上的認識一直存在爭議。美國麻省理工（MIT）材料科學與工程專業本科培養計劃的公開信息最多，不僅有課程列表和學分要求，還有課程的詳細簡介。尤其是麻省理工的開放課程服務（OpenCourseWare），使得我們還能夠進一步了解課程大綱和部分內容。此外，MIT材料學科是USNews全美排名第一的，他們的培養
計劃應該具有更好的借鑒意義。本文在反復仔細研究其有關本科培養的各種公開資料的基礎上，對其培養計劃進行了分析，結合自己的教學工作實踐，總結了一些心得體會，希望與國內同行共享。
一、麻省理工材料科學與工程專業的培養計劃
MIT材料科學與工程系設3個專業（Course）。其一為一般意義上的材料科學與工程專業（Course 3），學生所得學位是材料科學與工程理學學士（Bachelor of Science in Materials Science and Engineering），其所授學位是被ABET（Accreditation Board for Engineering and Technology，美國工程與技術鑒定委員會）授權的，絕大部分學生都選讀這個專業。其二為課程選擇度更大的一般專業（Course 3-A），這個專業的畢業生將獲得沒有特別指定專業領域的理學學士（Bachelor of Science without specification）學位，系里并不尋求ABET對這個學位的授權，只有很少學生選擇這個專業，常常是醫學、法學、MBA預科生選擇這個專業。第三是考古與材料專業（Course 3-C），學生所得學位是考古與材料理學學士（Bachelor of Science in Archaeology and Materials），系里也不尋求ABET對這個學位的授權。從系里是否尋求對所授學位授權就可以看到，MIT材料科學與工程系本科生的主要專業是一般意義上的材料科學與工程專業（Course 3）。后面的討論主要針對Course 3的培養計劃進行。
1. 課程和學分要求
該培養計劃的要求包括：（1）MIT的一般要求，共17門課程，其中自然科學6門，人文社科8門，限選科技課程2門，實驗課程1門。（2）交流能力課程（Communication Requirement）4門。（3）系內課程，包括一套核心課程（Core subjects，共10門課），一個論文或2個實習以及4門限選課程，合計184～195學分。其2011―2012版本的課程和學分要求見表1，表中課程名稱前面的數字表示課程號，后面跟表示學分的數字、課程性質、前修或同修課程號。MIT每門課程的學分由三部分組成，表示學習課程所需要的時間分布，中間用短線隔開，第一個數字表示講課時間，第二數字表示實驗、設計或者野外工作時間，第三個數字表示預習的時間，是以中等學生所需要時間估計的。1個學分大約相當于一學期需要14小時的學習時間。從表 1可見，一般專業課程，預習所需時間是講課時間的2～3倍。
備注
*可以代替本先修課程的其他先修課程列在課程描述頁面。
（1）這些課程可以算作必修課程或者限選課程的一部分，但不能同時計算。
（2）可以選9-12學分。
（3）通過申請，可以被類似課程替代。
2. 限選課程的選擇
中列出了21門限選課程，每個學生只需要選擇4門課（48學分）。理論上，學生可以在21門課程中任選48學分，甚至經過批準，還可以選擇其他系的課程或者研究生課程來代替。實際上，由于材料的范圍很廣，這些選修課程是根據主要的研究領域來設置的，它們是： 生物與聚合物材料（Bio-and Polymeric Materials），電子材料（Electronic Materials），結構與環境材料（Structural and Environmental Materials），基礎與計算材料科學（Fundamental and Computational Materials Science）。
因此，在MIT材料學院的網頁上，曾經列出了各領域推薦的限選課程。網頁上還列出了每一個方向的咨詢教授，以方便對上述領域某一方面更感興趣的學生選課。
3. 部分課程大綱和教學情況分析
（1）材料科學與工程基礎課程
這個課程為15學分（5-0-10），總是與“材料實驗”一起選修。課程安排也是交叉進行，實驗周不上課，一共有4個實驗周。這樣，材料科學與工程課程講課時間就縮短為9周（一個學期14周，最后一周為考試）。其課程安排為周一、三、五各2小時的講課（lecture），周二和四各1小時的復習課（recitation）。所以一共27次講課，18次復習課。實際講課為24次，另外3次課為測驗和考試。最后一次考試并不是考全部課程內容，即每次測驗和考試都是分段內容。
這個課程由兩個教授分別講授，每個教授都是24次課，因此可以推論，每次每個教授將講1小時。一個講授結構和化學鍵（Structure and Bonding），一個講授熱力學和統計力學學（Thermodynamics and Statistical Mechanics）。
兩部分課程分別布置6次作業，每部分每次都是2～3個題目，都有交作業的期限，沒有按期交作業的，該次作業成績為0。作業答案在交作業期限過后就會立即公布。課程總成績由作業成績占20%、三次測驗占80%構成。得分標準為：總評80分以上A，70～79分為B，55～69分為C，低于55分為不及格。
（2）實驗課程
MIT材料系內有2門必修的實驗課程，即材料實驗和材料綜合實驗。這兩門課程同時還是加強專業交流能力培養的課程，所以，教學過程特別注意專業交流方面（包括論文寫作、口頭技術報告等）的形式要求。材料實驗與材料科學與工程課程同時選修，在2年級第一學期進行。材料綜合實驗課（Materials Project Laboratory）基本上就是幾個同學合作的科研項目，在3年級下學期進行。下面以二年級的材料實驗為例，介紹其教學和考評辦法。
如前所述，材料實驗共4個實驗周，實驗周沒有其他專業課。實驗內容包括量子力學原理演示、熱力學和結構，同時囊括了幾乎全部現代材料分析研究方法（XRD、SEM/AFM、DSC、光散射等），并通過口頭和書面方式加強交流能力培養。從教學內容看，這門實驗課承擔了教授材料研究方法的任務。
一般將50個左右學生（2011年的2年級學生只有43人）分成6個組。每個實驗周有3個實驗主題，每個主題下面2個實驗，2個組共選一個主題，每組選做其中一個實驗。6個實驗同時進行。一周3次實驗，每次4小時。因此，每個組每周只做3個實驗（每個主題做1個實驗），共12個實驗。由于每個組只做了一半的實驗，對另一半實驗的了解，通過每周2次的1小時交流課程（recitation sections，一般隔天舉行）來實現。交流課上，大家各自在黑板上即興介紹實驗的發現，回答教師和同學的提問。
該實驗課由3個教授上，其中一個總負責。課程成績評分標準
二、分析和討論
1. 關于必修課和選修課
系內必修課程除畢業論文或企業實習外，共有10門。大學一般要求的17門課，理論上可以自由選擇，但從表1系內課程的先修課程可以看出，微積分I和II，物理I和II是需要先修的，大學一般要求的6門自然科學課程就去掉了4門，能夠自由選擇的大學自然科學課程剩下2門。從系里建議的選課表（roadmap）可以看到，另外2門自然科學是化學和生物。所以，自然科學的必修課程實際上相當于14門。
限選課程要求包括GIR類型2門和48學分的系內選修課。有3門系內課程（共39個學分）可以作為GIR課程來選，但不能同時作為系內課程要求的學分。大多數系內選修課程的學分為12分，這樣的話，系內限選課48學分需要選讀4門。所以，每個學生可以有6門專業選修課程。有意思的是，在表1中只有21門限選課程，而該系主要的研究領域（或者說相當于我們的專業方向）有4個，平均每個方向只有5.25門課。如果去掉2011―2012年新增的2門課程，過去幾年只有19門課，平均每個方向只有4.75門課程。看來，MIT材料科學與工程專業的課程設置，并不鼓勵學生選單一專業方向的課程。實際上，在以前分專業方向限制選修課時，每個專業方向僅僅提供2～3門課程，進一步的分析見下文。
反觀我們的培養計劃，我們的專業方向必修課程有5門（14學分），選修課程應選4門（8學分），合計9門課程22學分。因為我們的學分是按照每周上課學時數計算的。如果按照MIT的學分計算方法，學分約為每周上課學時數的3～4倍，考慮到我們的上課周數為17～18周，而MIT才14周，因此，我們的專業方向應選學分至少相當于MIT的88學分，比其4門課程（48學分）的要求多了5門課程（40學分）。可見，我們的培養計劃更加注重學生專業方向知識和技能的培養。
另外，MIT材料科學與工程系的研究領域非常廣泛，關于其主要研究領域的介紹出現在3個網頁上。其一是在該系的學位要求中關于限選課程的介紹網頁，4個主要的研究領域分別是生物與聚合物材料、電子材料、結構與環境材料、基礎與計算材料科學。其二是在MIT的招生網頁，4個主要的研究領域分別是：半導體材料和低維系統（Semiconductor materials and low-dimensional systems）、能源材料（Materials for Energy）、納米結構材料（Nanostructures）、材料的生物工程（Bioengineering of Materials）。在介紹全體教師（Faculty）的網頁，列出了30個研究方向（discipline），共122人次（有重復計算，因為實際教師只有35人），平均每個研究方向4.07人次（或1.17人）。少的方向僅1人如微技術、半導體，最多的是納米技術，23人次。上面列出的生物工程（包括生物物理和生物技術）9人次，能源材料（包括能源與環境、儲能）9人次。人數比較多的研究方向還有結構與環境材料9人次，高分子材料7人次，電、光和磁材料7人次。
可見，盡管MIT研究的材料類型很多，但其本科生培養計劃中，涉及具體材料類別方向的課程特別少。
2. 關于考核與成績
MIT很多課程的成績評定都包括平時作業和出勤與課堂參與情況。有的課程，考試以外的項目在成績評定中所占份額可達到50%，有的實驗課程則更是高達85%這在一定程度上反映了MIT對大學生平時學習的管理是非常嚴格的，與我們頭腦中關于國外大學生“自由”學習的圖像截然不同。
3. 關于選課進度安排
MIT材料系沒有規定統一的選課進度表。但從其推薦的選課安排（roadmap）看，具有如下特點：
（1）8門大學一般要求的社科課程（GIR）分布在8個學期選修，即每學期選修1門社科課程；
（2）一年級把大學要求的6門自然科學課程（GIR）學完，包括數學、物理和化學。
（3）二年級起全面進入專業學習。第一學期學習材料科學與工程基礎、材料實驗2門課程，兩門課交叉進行，實驗周不上課。上課周每天都有材料科學與工程基礎課，實驗周每天都有實驗或交流，學習安排非常集中。
（4）每學期的課程一般為4門，其中1門為社科課程。
MIT二年級第1學期就學習專業基礎課程，這比我們的教學計劃提前很多。國內的教學計劃進度安排曾經強調，前兩年不安排專業課，以至于我們的材料科學與工程課程被安排在第5學期，材料研究方法更是被安排在第6學期，使得高年級學習特別緊張，深入接觸專業知識和方法的時間被推遲。
4. 關于培養計劃的修訂
從網頁上能夠追溯到MIT材料系1998年的培養計劃，其培養計劃在2003年做了很大的調整。兩者的比較
這兩個培養計劃的最大差別在必修課，課程名稱幾乎完全變了。但對比課程名稱和教學內容可以發現，新培養計劃中的“材料科學與工程基礎”包含結構與化學鍵、熱力學與統計力學兩大部分內容，分別由兩位教授講授，似乎代替了原來的“材料熱力學”、“材料物理化學”和“材料化學物理”3門課程，因為其教材之一仍然是物理化學（Engel， T.， and P. Reid. Physical Chemistry. San Francisco， CA： Benjamin Cummings， 2005. ISBN： 9780805338423）。“材料實驗”應該與原先的“材料結構實驗”對應，“材料綜合實驗”應該與原來的“材料加工實驗”對應。“材料的微結構演變”與原來的“材料結構”相似。取消了“材料力學”、“材料工程中的輸運現象”2門課程。增加了“材料的電光磁性能”、“材料的力學性質”、“有機和生物材料化學”、“材料加工”4門課程。取消2門，合并2門，增加4門，課程總數不變。
選修課變化較小，只是增加了若干課程，特別是生物材料和納米材料的課程。其實，兩門生物材料課程是2000年增加的，當時選修課由4方向增加為5個方向。選修課的最大變化是理論上不再分專業方向，學生可以任意選課。但實際操作時，仍然向學生推薦各專業方向的課程組合。無論如何，每個專業方向的課程不足4門，學生必然需要選修其他方向的課程。
從2003年至今，必修課沒有變化，選修課則有一些小的調整（表5）。其中2005年減少了高分子化學、化學冶金學（Chemical Metallurgy）2門課程。增加了2門數學，材料熱力學（原來的必修課），先進材料加工，衍射和結構，材料的對稱性、結構和張量性質，材料選擇，共7門課程。可見，增加的這些課程仍然是與具體材料種類無關的。2007年和2011年分別增加了1門生物材料方面的課程。可見，即使是選修課的調整，仍然在繼續加強有關材料行為特征方面的課程，減少有關具體材料種類的課程。
5. 關于培養目標與課程設置
過去，MIT材料科學與工程系培養目標分四類，研究型學位（Course 3）、預科型學位（Course 3A）、實踐型學位（Course 3B，2003年取消）和考古型學位（Course 3C）。其中，研究型學位與實踐型學位培養要求的唯一差別是不變的，即前者在四年級做畢業論文，后者在二年級暑假和三年級暑假做2個20周的企業實習，其他課程要求完全相同。現在把實踐型學位取消了，但仍然保留了學生向這個方向發展的渠道，即學生仍然可以選擇做畢業論文或者企業實習，學位合并在研究型學位（Course 3）中。
從2003年培養計劃大調整來看，MIT材料科學與工程專業（Course 3）的主要培養目標是讓本科畢業生繼續深造。也可能是社會需求的變化促使MIT對培養計劃進行調整。這從MIT選讀實踐型學位人數變遷或許可以看出一些端倪（表6）。從1998年到2002年，實踐型學位人數多于研究型學位的人數，2002年突然降低，與研究型學位相當。查看大學2年級實踐型學位學生注冊數，從2002年起突然減少，由原來每年約20人突然減少為6人。2003年培養計劃調整當年，還有5人注冊為實踐型學位，這應該是此前培養計劃延續所致。
那么，沒有了實踐型（Course 3B）學位，是否還有學生仍然會選擇實習代替論文呢。下面從2002～2008年MIT材料系本科畢業生去向分析。除了一些研究生院，網頁一共列出了38家企業和17家政府部門或咨詢機構。統計2002年以后（至2005年結束，當年僅剩下1人）各年4年級實踐型學位人數（也約等于當年畢業人數）總和恰為38人，與畢業生去向統計的企業單位數剛好相同。這難道是巧合？是否可以推論，2003培養計劃修改之后幾乎就沒有學生選擇去企業實習了？
MIT材料專業取消實踐型學位，以及此后可能幾乎沒有人選擇實習代替畢業論文事實，一方面可能與美國產業向國外轉移，本國企業對工程師的需求減少有關；另一方面，MIT培養計劃中的課程設置調整也起了一定作用。因為選擇實踐型學位人數銳減在前（2002年），培養計劃調整在后（2003年）。培養計劃中去掉的必修課“材料力學”和“材料工程中的輸運現象”，顯然屬于工程類課程。因此，其培養計劃課程中增加材料研究型基礎知識、減少工程知識的傾向十分明顯，也說明其培養計劃隨社會需求進行了及時調整。
另外，盡管2003年培養計劃中的必修課有較大調整，但選修課調整比較有限。而且調整前后，沒有改變其材料類本科生寬專業培養的模式。
但在選修課中，把專業方向的基礎課程去掉，仍然讓人有點匪夷所思。例如，高分子化學在高分子材料領域歷來就被認為是專業基礎課。MIT在2005年卻把這門課從本科生培養計劃中去掉了。查看其高分子方向研究生培養計劃核心課程，可以看到高分子物理化學、高分子合成、高分子合成化學等基礎課程。可見，MIT把專業方向的一些基礎知識培養放在了研究生階段。
以上似乎給人這樣的印象，如果不繼續讀研究生，則專業方向的基礎知識是不太夠的，無形中將人才培養的周期拉長到研究生階段了。但從我自己教學的經驗來看，學習高分子物理就可以了解高分子材料的行為和特征，未必需要清楚地知道高分子材料的合成與制備方法。我的一些研究生以前從未學習高分子方面的課程，為了讓他們在研究中能夠理解和使用高分子材料，我就是先給他們講授高分子物理的基本知識。
另外，注意到MIT材料專業研究生數量是本科生數量的2.2倍，有很多研究生來自校外，特別是來自國外。所以，MIT材料專業培養計劃中對專業方向選修課程的調整，結合研究生階段的課程安排，既考慮到了本科寬專業基礎的培養模式，又打通了本科生培養與研究生培養之間的關聯，在研究生階段加強專業方向基礎知識的培養，也便于接受其他教育背景的學生來讀研究生，還是十分合理的。
MIT材料專業的本科培養計劃，不斷強化了按照材料大類進行培養的模式，必修課和選修課都加強了材料基本行為知識的課程，減弱了材料類別基礎知識的課程，把后者移到研究生教育階段。這說明國外關于“材料研究依據其行為和特征，而不是依據材料類型來進行”的認識形成30多年以來，不僅沒有改變，還在進一步加強。MIT在2003年對培養計劃大調整時，加強了材料研究基礎知識課程，減少了工程類課程，其本科生的主要去向是進一步深造，直接到企業就業的比例急劇減少。本科生階段加強研究基礎知識課程，把專業方向基礎知識培養放在研究生階段，加強了研究生的知識培養，可能是其材料研究能夠長期在美國名列前茅的原因之一。
第2篇：材料科學與工程基礎知識范文
1專業知識體系的調整
2006年教育部全國高等學校教學研究中心、材料科學與工程教學指導委員會聯合制定的《高等學校材料化學專業規范(討論稿)》(以下簡稱“規范”)中所制定的專業知識體系對于我校應用型人才培養來說，顯得內容偏多，理論偏深，要求偏理，工程意識不強，因此，結合我校應用型人才辦學實際，對“規范”中所界定的專業知識體系中內容做了相應的調整，從而形成了我校材料化學專業發展的專業知識體系。該體系內容調整的思路和原則是:精簡內容，保證基本理論和必要的基本知識，降低難度，突出應用特色，體現學科進展;達到學生具備繼續學習的理論基礎和應用所學知識于工程實踐的能力，適于培養應用型、創新型人才的要求。如“規范”中的量子力學基礎、計算化學、電子論、材料科學中的數學等理論性強的內容一律刪除。調整后，體系由化學基礎知識、材料科學基礎知識、專業方向知識三個部分所組成，其中化學基礎知識包括基本的化學知識，化學原理、化學方法;材料科學基礎知識包括材料的結構、材料的化學制備，材料的分析測試、材料的物理性質以及材料的成型加工等;專業方向知識包括高分子材料的制備、結構、性能、加工以及應用等，詳見表1。
2課程體系的設置
設置什么樣的課程來貫徹實施上述專業知識是我們一直以來探索的一個重要的教學改革問題。課程設置不同所獲得的教育效果也就不同。在這方面各學校辦學情況不同其做法也不一樣［2－4］。經過幾年的教學實踐，我們認為，材料化學既然是研究材料的化學問題的科學，材料化學專業人才培養理當強調化學基礎的學習，只有具備厚實的化學基礎，才有可能弄清材料的化學問題，并用化學方法去研究和解決材料的化學以及其他問題，未來發展才有后勁;另外，化學基礎好更有利于學生就業。因此，我們設置了無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、化工原理、高分子化學、材料化學和材料科學基礎、高分子材料等9門核心課程來完成化學基礎、材料學基礎和專業方向等三部分知識，并做到統一考慮內容取舍、不重疊，處理好課程的相對完整與課程間融合銜接;精簡繁多的數學推導和敘述性的內容，做到“簡明”而不弱化基本理論，以滿足材料化學專業本科教育專業認證的基本要求;引進學科近展的新內容，反映學科發展的方向。在教學內容上，無機化學、有機化學、化工原理、高分子化學和高分子材料等都緊密聯系工業生產實際，滲透工程意念;分析化學以儀器分析方法為主;物理化學強化熱力學基礎和界面與膠體化學及其在材料化學中的應用;材料化學注重材料制備和分析測試;材料科學基礎主要介紹材料的物理性質和材料的成型與加工(如表1所示)。
3課程標準的制定
教學的規范化、標準化是課程實施質量的保障，為此，我們陸續制定了上述核心課程的課程標準。在課程標準中規定了各門課程的性質、課程目標、課程內容，以及學生在知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等方面的基本要求，全面體現素質教育、創新教育的理念和課程功能。課程標準是教材編寫、教學及其評估的依據，同時也是管理和評價課程、加強課程建設的基礎，它的制定和實施，將全面推動教學質量的提高，這對于培養素質全面、富有應用型、創新型人才具有深遠意義［5］。
第3篇：材料科學與工程基礎知識范文
關鍵詞：航空材料 教學內容 教學深度
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：C DOI：10.3969/j.issn.1672-8181.2014.05.030
1 引言
在現代材料科學與技術的發展歷程中，航空材料一直扮演著先導和基礎作用，機體材料的進步不僅推動飛行器本身的發展，而且帶動了地面交通工具及空間飛行器的進步，發動機材料的發展則推動著動力產業和能源行業的推陳出新。“一代材料，一代飛行器”是航空工業發展的生動寫照，也是航空材料帶動相關領域發展的真實描述。可以說，航空材料反映結構材料發展的前沿，航空材料代表了一個國家結構材料技術的最高水平。近年來，各個航空類院校針對材料專業、機務維修專業、航空工程等專業紛紛開設航空材料課程，也出現了很多航空材料方面的教材，比如，哈爾濱工業大學出版社出版的《航空材料學》，國防工業出版社出版的《航空航天材料》，《航空工程材料》，西北大學出版的《航空材料及應用》。這些教材內容各有特點，有的是偏重于材料的基礎知識，而真正關于航空用材的內容一帶而過，有的是偏重于介紹航空材料的性能及研究進展，系統性不足。由于不同專業的培養目標不同，材料方面的基礎知識掌握情況不同，航空材料課程內容必須具有針對性，不能搞一刀切，針對不同專業，課程定位和教學內容都應各有側重。不應拘泥于某一本教材，要對教學內容進行針對不同專業的整合。
2 材料專業的航空材料課程內容
材料類專業一般從大學二年級就開設了材料科學基礎，以后又陸續開設材料力學性能、材料物理性能、材料時效分析、功能材料、工程材料、材料加工成型原理與工藝等課程，通過這些課程的學習，學生已經很系統的掌握了材料的結構、性能、加工、使用性能之間的關系。所以航空材料課程的定位應該是專業課。從教學內容上，要舍棄材料科學基礎的內容，舍棄大量基本原理、基本概念和方法，舍棄工程材料中重點講述的一般鋼鐵材料的內容，重點講述基礎課程中所沒有涉及的輕合金及高強鋼、高溫鈦合金、鎳基高溫合金、金屬間化合物、復合材料、航空用功能材料。介紹航空用材的發展趨勢及科研走向，性能提高的主要障礙及克服的方法。不僅使學生對現有航空材料有所了解，同時激發學生對航空材料做進一步研究的興趣。課程內容可做如下整合。
2.1 航空用結構材料
課程內容應以航空結構材料為主，重點講授機體及發動機用結構材料。課程安排如下。
2.1.1 輕合金及超高強度鋼
輕合金和超高強度鋼都是航空飛行器的主要結構材料，其主要特點是比強度高、綜合性能好。鋁合金是應用最早的航空材料，具有密度小、塑性好、耐腐蝕、易加工、價格低等特點，至今仍被大量用于制造飛機機體材料。鈦合金比強度高、熱強性好，它的發展一開始就與在航空工業中的應用聯系在一起，目前越來越多地被用于制造飛機機體和發動機的壓氣機等部位，在航空工業中占有越來越重要的地位。鎂合金比鋁合金和鈦合金的密度更低，近年來由于其耐腐蝕性等問題得到一定程度的改進，使其在航空中的應用有上升趨勢。超高強度鋼主要用于制造飛機機體的重要承力件，在飛機用材中占有一定比例。
2.1.2 高溫金屬結構材料
高推重比、低油耗率發動機的關鍵是高溫結構材料。發動機材料服役的基本環境特點是：高溫，高載荷，高氧化腐蝕，高性能重量比，高可靠性與長壽命。針對服役的特點，選擇材料出發點為：可承受的最高溫度，高溫比強度與比壽命，高溫抗氧化能力，韌性，導熱性，加工性。鎳基高溫合金由于具有最佳的綜合性能一直是航空發動機渦輪和葉片材料的主要用材，各種新的加工方法的使用都是為了近一步提高它的性能，比如，定向凝固技術、單晶鑄造、定向共晶自生技術、合金提純等。隨著渦輪前溫度的不斷提高，替代材料也成為研究的重點，在對比了陶瓷材料和金屬間化合物六點性能之后，金屬間化合物及以它為基的復合材料因為具有更高的耐熱性和一定的塑性成為非常有前景的高溫金屬結構材料。
2.1.3 現代復合材料
復合材料是由兩個或兩個以上獨立的物理相組成的一類固體產物。現在人們可以更能動地選擇不同的增強材料和基體進行合理的性能設計，再采用多種特殊的工藝使其復合或交叉結合，從而制造出高于原先單一材料的性能或開發出單一材料所不具備的性質和使用性能，比如現代復合材料有高的比強度和比剛度，成為現代飛行器首選的結構材料之一。復合材料在飛機中的用量不斷提高，在最新的波音787和空客380中的用量已經分別達到了30%和60%，作為結構材料最有前景的當屬金屬基或金屬間化合物基復合材料和陶瓷基復合材料。
2.2 航空用功能材料
航空用功能材料主要指飛機機載設備用材，包括飛行保障設備、輔助動力裝置設備、電子設備和武器設備四大類。機載設備用材的關鍵材料主要是各種微電子、光電子、傳感器等光、聲、磁、熱的高功能及多功能材料。重點發展高靈敏度紅外探測材料、高透過率紅外罩材料、電致伸縮和磁致伸縮陶瓷材料、雙脈沖點火發動機艙隔板材料、激光倍頻材料、高強度激光材料、雙模制導頭罩材料、零膨脹微晶玻璃材料和極高反射率鍍膜材料等。
3 非材料專業的航空材料課程內容
機務維修、航空工程等專業的沒有系統學習材料類知識，對大量材料科學與工藝相關概念、術語等難以理解，針對這些專業的航空材料課程首先要對材料科學與工程的基礎知識、基本概念和原理進行簡要的介紹。
3.1 材料科學與工程基礎知識部分
第4篇：材料科學與工程基礎知識范文
您好！
我是xx大學材料科學與工程學院高分子材料與工程專業xx屆的一名學生，即將面臨畢業。
xx大學是我國著名的汽車、機械、材料科學等人才的重點培養基地，具有悠久的歷史和優良的傳統，并且素以治學嚴謹、育人有方而著稱；xx大學材料學院則是我國材料科學研究基地之一。在這樣的學習環境下，無論是在知識能力，還是在個人素質修養方面，我都受益匪淺。
四年來，在師友的嚴格教益及個人的努力下，我具備了扎實的專業基礎知識，系統地掌握了材料科學基礎、物理化學、有機化學、分析化學、材料實驗學、機械原理及化工原理等有關理論；熟悉涉外工作常用禮儀；具備較好的日語聽、說、讀、寫、譯等能力；能熟練操作計算機辦公軟件。同時，我利用課余時間廣泛地涉獵了大量書籍，不但充實了自己，也培養了自己多方面的技能。更重要的是，嚴謹的學風和端正的學習態度塑造了我樸實、穩重、創新的性格特點。
此外，我還積極地參加各種社會活動，抓住每一個機會，鍛煉自己。大學四年，我深深地感受到，與優秀學生共事，使我在競爭中獲益；向實際困難挑戰，讓我在挫折中成長。前輩們教我勤奮、盡責、善良、正直；吉林大學培養了我實事求是、開拓進取的作風。 我熱愛貴單位所從事的事業，殷切地期望能夠在您的領導下，為這一光榮的事業添磚加瓦；并且在實踐中不斷學習、進步。
第5篇：材料科學與工程基礎知識范文
“材料科學基礎”課程是材料、機械等業的核心基礎課程之一，研究對象為材料的共性基礎知識，闡明材料的成分、組織、制備工藝和性能之間的關系，與生產實際緊密聯系。“材料科學基礎”課程包涵金屬材料、功能材料等材料科學多方面知識，課程部分內容抽象、概念性強，初學者難以理解，例如晶體結構、結晶過程、位錯等。“材料科學基礎”知識內容又與生產實際緊密聯系，用該課程理論知識可以解釋、指導生產過程中遇到的現象和問題的解決。材料科學是科技進步的先行者，重大科技的進步總是與材料科學相關聯，隨著科學技術的發展，新材料、新工藝、新機理被不斷發現，可以看出，該課程講授的知識要與時俱進，能夠趕上相關學科科技的發展。但是，目前的教學過程中，該課程教材內容和教師授課內容，都偏重于理論教學方面，內容比較抽象，有些知識對于初學者難以理解，如位錯理論等，此外，在一些應用型高校中該課程的授課方式和研究型高校沒有什么差別，實驗和實訓課時不夠，教學過程中授課知識與生產實踐脫節，沒有體現實踐能力培養，不能很好的培養學生解決實際問題的能力，與應用型高校培養目標不相一致。因此，在課程教學過程中，圍繞“卓越計劃”目標，需要加強實踐能力培養，教學內容、教學方法和考核體系的改革勢在必行。
1 優化教學內容，強化實踐教學
上海電機學院是一所工科特色明顯的地方應用型高校，材料成型及控制工程專業于2013年獲批為教育部“卓越工程師教育培養計劃”，“材料科學基礎”課程主要教學對象為該專業本科生。我校的材料成型及控制工程專業以塑性成形工藝及設備、模具設計與制造為主，培養的是工程技術型創新人才，大部分學生畢業后，服務于熱加工、模具制造等行業。因此，需要在夯實基礎、拓寬口徑的前提下，結合我校人才培養目標，優化教學內容，強化實踐教學。
該課程的教學內容主要有材料的結構、相圖、凝固、缺陷、擴散、塑性變形、回復與再?Y晶以及材料的電、熱、磁、光等性能[1-3]，可以看出，課程概念多且比較抽象。應用型高校隨著教育改革的深入開展，一般設置該課程為48至60課時，課時量偏少，教師在授課過程中為了能夠將課程內容講授完整，往往偏重于理論知識教學，實驗和實訓課時少，導致該課程與工程實際應用聯系不多，不能很好地培養學生解決實際問題的能力，不符合應用型高校和“卓越計劃”的培養目標。為解決這個矛盾，我們采用增加課內實驗課和增設單列“材料科學綜合實驗”課程相結合的辦法，具體為：課內教師開發計算機模擬晶體結構等實踐課程；課外（一般在學期末或假期）增設一周的“材料科學綜合實驗”課程，主要有金屬塑性變形、金相實驗等。此外，該課程有些理論知識過深，導致初學者學習起來感到困難，因此，有必要優化教學內容，降低部分課程內容教學難度與深度，特別是相關公式推導，有些難理解且與后續專業課知識重疊的理論知識可以留待專業課中精講，如位錯理論、鐵-碳合金相圖可以在《金屬學原理及熱處理》課程中精講。
2 改革教學方法，體現實踐能力培養
“材料科學基礎”課程知識內容具有很強的理論性和抽象性，同時，也具有很強的生產實踐性，如果應用型高校仍然采用單一的傳統理論教學模式，就會導致實踐教學效果差，學生的實踐能力也得不到很好培養[4-5]。為提高課程教學效果，特別是實踐能力教學效果，需要根據課程的特點，以材料的“成分-組織-工藝-性能”為主線，把孤立的內容有機的聯系起來，通過教學方法的改進，體現實踐能力培養。
（1）改革單一的理論教學方法。單一的理論教學方法一般是教師在講臺上講授課程，通過“板書”形式表達授課主要內容和邏輯推理，學生做著聽的方式。這樣的授課形式呆板，學生學習效率底下，不適應“材料科學基礎”課程中有關實踐知識教學。為此，我們在授課方式進行了改革探索，在課堂教學過程中采用精講重點內容，略講或以“繁”化“間”方法講解過深的理論知識，增加教師與學生互動討論、學生自學、學術報告（教師參加相關學術報告，將學術報告錄像后在課堂播放的方式）等多種形式的教學方式，讓學生積極參與課堂教學，并讓學生充分感覺到自己才是課堂教與學的主體，增強責任感，覺得自己有責任也有義務學好相關知識，從而達到“拓寬知識廣度，增加學習深度”的教學目標。例如，課堂上可以通過講解實例：比利時在1938 年冬季發生的阿爾伯特運河鋼橋突然斷裂墜河的事件，讓學生感受到真實的畫面，引發學生了解鋼的力學性能與成分之間關聯的興趣，然后，教師可以布置任務讓學生分析原因，最后，教師可以總結分析原因，即，建造橋時，所用鋼材的磷含量過高，引起冷脆，從而造成橋體斷裂，帶動學生思考。
此外，教師要時刻關注本學科最新科技發展情況，要將相關新材料、新工藝、新機理等與教材理論知識融合后，再進行講授，讓學生認識到課本知識確有其應用的地方，增強實踐感，感受到理論知識的重要性，激發學習興趣，例如，任課教師在課堂講授過程中將自己科研工作中的一些成果、相關材料研究前沿領域等結合到課堂教學中，起到拓展學生視野、激發學生好奇心，提高學習興趣，也體現了實踐能力的培養。
（2）充分運用多媒體教學。“材料科學基礎”課程部分內容抽象、概念性強，對于大多數初學者來說，感到難學。因此，在課堂教學過程中，教師應盡可能采用啟發式教育，多使用PPT演示文稿，發揮多媒體輔助教學作用，提高理論教學的直觀性，便于理解接受，例如，用動態畫面演示晶體結晶、空間點陣、晶體缺陷、以及相圖等內容。在多媒體教學的輔助下，組織學生自學，并進行課堂討論，以學生發言為主，這既能讓他們直接參與教學，也能讓教師了解學生學習的不足部分與難點，從而提高課堂的質量和效果。
此外，采用多媒體教學，還可增大教學容量，提高教學效率，積極改進教學過程。例如，在講授金屬形核和長大等理論知識時，采用PPT動畫演示具有很好的教學效果，PPT動畫演示能讓學生直觀感受到晶體形核和長大過程，減少理論教學時間。
3 改革評價方式，提高實踐能力考核比重
“材料科學基礎”是一門理論和實踐相結合的課程，因此，在進行理論教學同時，要加強實踐教學，學生在實踐教學中（下轉第104頁）（上接第160頁）能充分發揮自己的想象力和創造力，擴大知識面，形成工程實踐思想[6，7]。因此，在對學生進行基礎理論考核的同時，更應注重對實踐能力的考核。然而，目前“材料科學基礎”課程的考核普遍存在以下幾方面問題：（1）以卷面?我豢際猿杉?決定最終成績；（2）偏重理論知識考試，工程實踐能力沒有引起足夠重視；（3）題目的難易程度難以把握等。
為應付考試，學生往往是在考試前幾天突擊，通過死記硬背有關理論知識應付考試過關，這種應試教育很難調動學生學習的積極性和主動性，考試結束后，學生基本忘記所學知識，達不到培養目標，因此需要對評價方式進行改革。對于“材料科學基礎”這門課程，我們采用量化考核和模糊考核相結合的方式進行，分別占總成績的70%和30%。量化考核還是采用試卷方式進行，主要有理論知識、實驗設計等內容。模糊考核主要根據學生在理論和實驗課中的表現，如出勤率、課堂紀律、向老師提問和課堂回答問題的積極性、實驗操作能力、學習積極性的提高、團隊合作能力等方面，同時結合自評和同學間互評的方式對實驗課程進行考核評價。
第6篇：材料科學與工程基礎知識范文
[關鍵詞]材料科學基礎 大學本科實驗 教學改革 創新意識培養
[中圖分類號] G642.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0093-02
一、問題的提出
時代特點決定了當代大學生除了要具有豐富的理論知識外，還必須要具有一定的實踐能力和自主學習意識，以及對未知世界的探索欲望。自主學習意識是一種思維模式，是人面對未知世界時大腦的一種反應，是人處理問題的方式，它需要在實踐中逐步建立。自主學習的能力包括兩個方面：自信和方法，首先應該在大腦中建立通過獨立自主學習可以獲得成功的自信，然后是在獨立自主學習過程中摸索自主學習的方法，從而獲得自主學習的手段。[1]可見現代大學教育，還要進行自主學習能力、創新意識和對未知世界探索欲望的培養。[2]
二、材料科學基礎課程的特點
材料科學基礎是材料、機械、化工等專業必修的一門專業核心基礎課程，是鍛造工藝、焊接工藝與焊接性、鑄造工藝、材料成型與檢測等眾多材料課程的基礎，具有很強的理論性和實踐性，同時材料科學基礎也是一門不斷發展的科學，所以還具有探索性。通過這門課程的學習，學生可以獲得材料科學的基礎理論知識，同時還能使實踐能力得到鍛煉，并樹立自主學習意識，發展自主學習能力，培養創新意識。
三、材料科學基礎教學的組織
根據材料科學基礎教學大綱的基本要求，可將材料科學基礎的教學分為兩個方面：課堂教學和實驗教學。
材料科學基礎課程的內容抽象、微觀，具有較強的理論性。
抽象方面，比如晶體的原子排列、晶格類型以及晶面晶向等，都是晶體材料原子排列一般規律的總結，并被賦予了客觀的準確描述，使其成為材料性能和組織分析的依據。與此相似的還有凝固理論、擴散原理等。
微觀方面，材料科學基礎中的晶體結構、晶體缺陷、合金相圖等理論都涉及原子的排列和運動，學生只能借助高科技手段對原子運動的結果進行觀測，并借助理論分析原子的運動。
在理論性方面，材料科學基礎的內容涉及大學物理、化學等理論課程知識，教材中引入了大量的理論推導，以及通過理論推導的預測，要求學生擁有扎實的基礎知識。[3] [4]
正是由于上述三個原因，在教學過程中學生反映對教學內容理解困難、不透徹。這不僅加大了教學的難度，也為高校將自主學習能力、創新意識和對未知世界探索欲望的培養融入這門課程的教學創造了條件。
為了幫助學生對知識的理解和培養學生的動手能力，本課程的教學采用課堂教學和實驗教學相結合的方法。目前此課程仍存在實驗教學同理論教學脫節的問題：1.實驗內容猶如蜻蜓點水地從理論教學內容中抽取部分知識點設計實驗，覆蓋面小；2.實驗內容不具備連貫性，在已安排的材料科學基礎實驗中，實驗內容之間沒有關聯（實際上很多理論內容之間都是存在關聯的），知識脫節。這兩個方面的原因導致實驗的效果都不理想。
受考研和就業的影響，學生平時在材料科學基礎課程上所能投入的時間和精力有限，為了不增加學生的負擔，也為了更好地開展實驗教學，我們必須對材料科學基礎的實驗進行改進，其指導思想如下。
1.實驗內容需包含材料科學基礎的主要教學內容，實驗內容根據教學內容環環相扣，即前一個實驗的樣品和結果是后一個實驗樣品制備的開端。
2.為了降低制備實驗樣品的工作量，減輕學生負擔，在實驗過程中始終使用一個樣品，但是不同實驗對樣品處理的方法和步驟不同。
3.實驗教學進度同課堂理論教學進度相匹配，實現同步，這樣理論和實踐可以相互促進。
4.修訂實驗指導書，其中應包含實驗目的、實驗原理、實驗步驟等與實驗操作相關的內容，使學生可以獨立自主地完成實驗，培養實踐能力和自主學習意識。此外，實驗指導書也包含一定的拓展內容。
根據上述的指導思想，表1按次序列出實驗名稱，同時給出了實驗內容和對應的理論知識以及要達到的實驗目標。表1中的實驗是根據課堂教學內容次序和實驗知識點的承接性安排的。正是由于內容具有承接性，所以樣品可以連續使用，即晶相樣品制備實驗中使用的樣品也是淬火處理及晶相組織觀察實驗的材料，然后對淬火后的樣品進行退火處理及晶相組織觀察實驗，再對樣品進行塑性變形及再結晶組織觀察實驗，最后用這些樣品進行金屬材料硬度同組織的關系實驗。由于樣品貫穿整個實驗使用，降低了制備晶相樣品的難度，同時沒有增加學生的負擔，實驗內容也涉及了材料科學基礎的主要教學內容。
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為了培養自主學習意識，學生可以根據自己的實際情況自主安排做實驗的時間，進而發揮自己的學習主觀能動性。為了更好地同課堂教學相配合，要求學生的實驗安排同課程教學的進度相匹配。在教師給學生的實驗指導書中，需要明確實驗目的，細化實驗步驟，以及進行相關的試驗結果討論。同時為了拓展學生的思維，在實驗指導書中需要提供更深層的理論和實踐問題。
為了鍛煉學生學習的獨立性，在學生遇到不易解決的問題時，教師首先要求學生自主查閱相關的科技圖書文獻解決，其次鼓勵學生主動與實驗教師探討獲得解決方案，最后教師統一講授給出解決問題的最佳方案。這樣的安排對培養學生獨立思考、獨立解決問題以及與他人溝通的能力有很大幫助。[5]
通過課堂教學和實踐教學相結合，同時將培養學生的自主學習能力、創新意識融入其中，使學生的學習自覺性明顯提高，期末考試成績大幅度提升，碩士研究生入學考試通過率和成績也都得到提高。
四、結束語
材料科學基礎作為一門理論和實踐性都很強的材料專業基礎核心課程，在其教學過程中除了理論講授之外還要進行與理論緊密聯系的實驗。將這門課程的教學與培養學生的實踐能力、激發學生自主學習與創新意識緊密結合起來，在培養符合21世紀需求的合格大學本科畢業生方面可以起到事半功倍的效果。
[ 注 釋 ]
[1] 郭元祥.知識的教育學立場[J].教育研究與實驗，2009.
[2] 周亨近等.高分子材料與工程“寬專業”培養模式和課程體系的研究與實踐[J].化工高等教育，2002.
[3] 石珂德.材料科學基礎[M].北京：機械工業出版社，2003.
第7篇：材料科學與工程基礎知識范文
目前,無機材料物理化學課程沿用陸佩文[5]編寫的硅酸鹽物理化學課程體系,在多年教學過程中發現該課程體系存在如下的問題:
1知識點分散
無機材料物理化學課程的內容包含了材料科學基礎的晶體學及晶體缺陷的內容,包含了材料加工的基礎知識相平衡和相圖,同時又涵蓋了無機非金屬加工過程特有的熔體和玻璃體,陶瓷加工過程的基礎粘土水系化學,燒結加工過程的擴散、固相反應、固態相變和燒結等基礎知識.課程體系分散復雜,課程的內容繁多,每一章單獨成為體系,前后的聯系不夠明顯.
2與實際接觸的宏觀事物距離較大
無機材料物理化學的教學體系以理論推導為主,涵蓋了大量的前期科研工作者進行的理論推導,并且結合實踐給出了很多應用.由于工科學生課程體系設置的特點,注重工程實際,注重在實踐中解決問題.因此,在學生現有認識事物的體系中,對于宏觀上能看到、能摸到的理解和掌握起來比較快,而對于微觀的、抽象的體系認識起來難度比較大.
3與實際的生產不能有效結合
現有無機材料物理化學課程作為工科課程來講,離實際工程應用距離比較遠,對學生的吸引力不夠,很多學生在課堂上經常問學了這么多公式、這么多圖有什么用,而這個問題按照現有的課程體系無法回答.
無機材料物理化學課程體系改革
無機材料物理化學的知識點總體上概括起來可以分成兩個主要方面,一是與陶瓷(水泥)生產密切相關的知識,二是與玻璃生產密切相關的知識體系.在此為分類基礎上,對課程的知識點和講授順序重新進行了調整嘗試.
1以陶瓷生產為主線的課程體系設置
在介紹與晶體相關的知識過程中,主要以實際中的陶瓷為例,首先進入晶體的微觀世界,引出陶瓷的晶體結構,由晶體結構引出晶體概念、晶體化學知識,在晶體中漫游會發現很多缺陷,進而介紹缺陷的知識.簡要介紹陶瓷的生產工藝,從原料加工到成品過程用動畫演示,介紹原料過程中講解粘土-水系的膠體化學,其中包含的膠體性質及一般的熔體性質通過固體的表面和界面部分來了解;利用陶瓷燒結過程中的燒結溫度選擇,引出相平衡和相圖,重點介紹這部分內容,在燒結過程中的微觀動畫展示后引出擴散-固相反應-燒結.此部分中,重點是晶體的結構及相平衡的知識.
2以玻璃生產為主線的課程體系設置
與玻璃相關的課程知識介紹的過程中,首先展示玻璃,隨后簡要介紹玻璃的生產過程,該過程由于有無機非金屬材料工學進行具體介紹.因此,只需描述即可,其后引出玻璃原料,簡要復習晶體結構知識,按照生產流程加熱熔融后的現象要有熔體和玻璃體部分來了解,結合玻璃的生產講解相變過程中涉及到非晶體部分相平衡中的知識.在此部分的講解中重點介紹非晶態物質的形成機理及過程.通過如上的體系改革使學生能夠充分認識課程知識,并且知道整個體系的來龍去脈,使學生由過去的被動接受變為主動有意識的學習,形成良好的學習動力.
課堂教學過程中“四要素”的融會貫通
材料科學與工程的“四要素”始終作為課程講授的主線,作為基礎課程,主要授課的目標還是材料科學這四個要素之間是如何建立起聯系的,為什么有這樣的聯系,影響因素等知識.在結晶學部分每介紹一個新概念,都有意識介紹該概念對無機材料工藝及性能的影響及其應用,如介紹空間群概念后簡要介紹空間群分類后對壓電性能的影響,豐富學生的知識體系,而且可以更好的融會貫通,理解概念.在熔體部分的性質概念介紹之后,要簡要了解熔體的性質對玻璃加工工藝的影響.在講粘度時,主要介紹粘度與溫度和組成等因素的關系,但是到底會有什么樣的影響并沒有介紹.因此很多學生就是為了學習粘度知識而死記硬背,不知道粘度的具體應用,而在課堂上簡要介紹過粘度會影響玻璃的加工溫度及玻璃的成型性能時,同時簡要介紹怎樣影響的,就會使學生知道知識是有用的,學習起來目的性更強,而且方便對一些概念的理解記憶,而不是簡單的死記硬背.在相平衡一章中,相圖是一個重要的知識點,也是材料科學體系中一個非常重要的工具,學好相圖對材料科學下一步學習至關重要.但是在以前的教學過程中按照書本的知識體系從頭到尾介紹之后,很多學生都是一片茫然,似乎感覺是學習了幾何學又或是物理學,不知道無機材料物理化學中為什么要單獨拿出這一章來講解這個圖.經反思教學過程發現,在教學過程中過分重視教學內容的傳授而忽略了這個工具實用性的介紹,按照“四要素”理論,相圖這個工具應該是工藝制定的重要根據,因此在改革后的講授過程中,在介紹過相率和簡單的三元相圖等基本知識后,就具體地舉了一個Al2O3-SiO2-CaO三元體系陶瓷燒制的過程,簡要介紹了如何利用三元相圖進行原料配料計算,如何確定燒成溫度,及得到的燒成體的主要成分和構成等知識.使學生先知道三元相圖的作用,在材料學“四要素”體系中的位置,然后在具體地講解三元相圖的分析過程,并且在講解過簡單的三元相圖后還要舉1~2個實際的復雜例子進行實際應用.
第8篇：材料科學與工程基礎知識范文
關鍵詞：材料化學；教學問題；改革趨勢
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.10.244
材料化學是材料化學專業的一門基礎課程以及主干課程，是在化學學科、材料科學的相互交叉、滲透的過程中，形成、發展起來的，屬于新興的交叉、邊緣學科。我們所采用的材料化學課程包括了晶體學基礎、金屬材料、有機高分子材料等等內容。材料化學的課程目的是為了使學生具有初步分析、解決材料中的化學問題的能力，通過該課程的學習，使學生熟悉材料的合成方法、表征手段，使學生掌握材料結構的基礎理論，熟悉材料應用領域中的一系列知識，掌握材料性質與結構的關系等。并且為了培養學生的創新能力，通過對材料化學課程的系統學習，能夠提高學生的綜合素質。
1 材料化學教學中存在的問題
隨著新材料、新技術、新理論等的出現，材料化學的快速發展要求教材不斷更新，材料科學具有了新的生命力和發展前景。材料科學與工程技術日益融合，材料科學研究已經深入到源自尺度，發生了深刻的變化，并開拓了新的研究領域，如：微納結構材料等等。并且材料化學是一門實踐性很強的學科，作為教材，在日新月異發展的同時，需要具備基礎性、前沿性和應用性特征。但是目前，教材對學科的原理、規律等難以闡明，缺乏較強的理化基礎，根本無法適應學科的發展變化。一些大學畢業生就算具備很好的理論基礎，也缺乏適應能力，后勁不足的缺點。對于材料化學研究的目的來說，教材具備應用型能夠學以致用，目的明確；而教材具備前沿性，能夠有利于學生較快地適應日后的科研工作，能夠恰當地反映材料科學發展。隨著科技的不斷發展，新型材料的研發已經成了高科技中作為活躍的部分，從實驗開發到工業應用，材料研究的周期大大縮短，因此，在材料化學的教材中，需要有意識的突出這一特征。另外，材料化學學科發展實踐短，研究范圍廣，是一門新興學科，課程參考教學資料少，存在本學科中的新理論、新技術不能及時充實到教材中的現象，對教材編著人員素質要求高，因此，材料化學課程教學內容要體現出與時俱進的理念，要進行很好的選取、改革和優化。
2 材料化學教學內容的改革趨勢
2.1 材料化學課程教學內容的選取
在內容選取上，材料化學課程教學內容要根據兩條原則。首先，材料化學課程教學的目標是“加強基礎、突出應用、提高素質”，因此，要根據材料化學課程的研究內容和課程特征，處理好與其他學科的關系，材料化學專業的材料化學課程強調基礎理論，適當地介紹一些傳統材料，適當地加入一些內容，如：晶體理論、能帶理論、熱力學基礎、金屬結構近似模型等等。其中晶體理論包括晶體缺陷、X射線衍射基本原理、晶體結構對稱性等等，不能有物沒有理論，也不能有理論沒有物理，并且還要適當的介紹一些新型功能材料結構、使用性能等。同時，還要突出其基礎理論性，要與金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料等聯系起來又區別開來，突出材料合成條件、結構性能的關系。其次，要根據學校學科特點，遵循教學內容的選取原則，如：整體優化、精選內容、跟蹤前沿等，根據教師的特長及科研成果，體現出課程內容的前沿性，實現課程內容的廣度和深度，力求能夠反映出當代材料化學新成就、新工藝等，讓學生充分了解到材料化學發展趨勢，如：納米材料、能源材料等新材料，擴大學生的視野，培養學生的學習興趣。
2.2 選取與優化材料化學課程內容的要求
首先，要了解化學在材料科學總的地位，熟悉材料化學的定義、材料類型、材料應用，了解與材料科學有關的期刊，了解新型材料的制備方法、功能、用途。材料化學結構理論要求掌握晶體結構的周期性、對稱性概念與性質，主要包括點陣理論和晶體結構、原子結構等。要求要了解常見的對稱元素系、瘋子的幾何構型等等，熟悉金屬、離子化合物晶體，了解群的定義，常見分子點群，了解描述晶體結構的表達方法，掌握金屬鍵能帶理論、金屬單質結構的近似模型，了解晶體學語言轉變為化學語言等的方法，熟悉分子之間作用力等，了解不同化學元素等對材料性能的影響，了解不同材料的本質區別。材料化學合成原理與技術，要掌握材料制備技術，如：無定型材料的制備和晶體材料的制備等，熟悉無機材料制備基礎理論，如：化學熱力學、動力學等，熟悉高分析材料合成原理與方法。如：自由基聚合、高分子化學反應等。并且要熟悉晶體X射線衍射原理等等。其次，要加深理解各種傳統材料結構決定性能的觀點，熟悉幾類重要材料，如：玻璃與陶瓷、聚合物等。另外，要熟悉納米材料概念、技術等應用前景，了解光學功能材料、電性能材料等。
2.3 材料化學課程教學內容選取措施
一為了幫助學生順利抵學習材料化學的基本原理，要重視由表入里、由淺入深的認知過程，處理好材料結構與性能、宏觀與微觀的關系。
二為了貫徹少而精、精而新、新而優的原則，在講解課程基礎知識的同時，要注重理論的連貫性，注意適當穿插新的研究成果，處理好課程內容更新與精選、更新與基礎的關系，拓寬學生的知識面，注重其他課程和學科的滲透、促進作用。
三為了鞏固學生學到的知識，要充分發揮例題習題的作用，使學生運用所學的知識去分析、解決問題。加強學生的練習，拓展并深化對基本概念、原理的理解，檢查學生對課程內容的理解和掌握程度，提高其分析問題和解決問題的能力。
四為了訓練學生演繹法和歸納法兩種思維方式，要重視演繹法和歸納法的學習、運用，為化學理論提供一種思維體制，總結更新知識，培養學生觀察、分析、推理等能力。
五為了提高學生的創新意識和綜合素質，要注重理論聯系實際，注重實驗技能的訓練，處理好理論教學與實驗內容的關系，通過實驗教學加深對原理的理解。
參考文獻：
[1]李奇.材料化學精品課程建設的實踐與思考[J].化學教育，2012（09）.
第9篇：材料科學與工程基礎知識范文
【關鍵詞】材料結構分析 精品課程 教學改革
【中圖分類號】R2 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）01-0024-02
材料結構分析技術是研究晶體結構及其變化規律的重要手段，是材料科學工作者必須掌握的基本知識。隨著科學技術的不斷發展，眾多新型材料不斷涌現，材料微觀組織與結構分析在材料科學研究中所扮演的角色也越來越重要。因此，高校理工科專業開設有關材料結構分析相關課程，其必要性與重要程度不言而喻。
中南大學材料學院開設的“材料結構分析”一課是全院乃至全校示范性課程，其擁有一流的教師隊伍，課程教學內容充實、教學方法先進，教學管理制度完善，教學團隊還根據課程內容出版了一系列高水平教材和實驗指導書籍。課程的主要內容是有關材料結構表征，以及相關分析儀器和測試技術的介紹，一直是金屬材料工程、材料加工工程、粉末冶金工程、材料科學與工程等本科專業必修的專業基礎課，并于2008年被評為湖南省精品課程、國家精品課程。在多年的教學實踐中，各位任課教師和學者積累了豐富的經驗，形成了一支科研業務強、教學水平高的一流團隊，為學生創造出了一套完整、科學的理論和實踐能力培養體系，在教學改革方面也取得了顯著的效果。
一、以創新教育為核心，建立人才創新體系，培養高水平人才
本課程按照國家精品課程的標準和要求進行建設，在教師隊伍、教學內容、教學模式、教學方法、教材建設和教學管理等方面爭創一流，旨在培養學生的創新思維和創新能力。
學生通過本課程的學習，了解材料科學研究工作者通常關注的主要顯微結構分析內容；掌握各種常見分析儀器的功能和基本原理，掌握材料結構分析的基本實驗技術、樣品制備方法；能與專門從事X射線、電子顯微分析等材料結構分析工作的實驗人員共同設計試驗方案，正確分析檢測結果，熟練選用材料結構分析手段開展相關科學研究。
通過扎實的基礎理論學習和過硬的實驗技能訓練，培養學生從事材料科學研究必備的結構分析實驗技能，提升從事材料科學研究的基本能力和綜合素質，為后繼專業課學習、開展畢業論文及科學研究奠定堅實的基礎。
二、加強師資培養，形成了一支結構合理、水平較高的主講教師隊伍
本課程已有近五十年歷史，近半個世紀的傳承，經過經驗豐富的老教師的傳、幫、帶，形成了一支由黃伯云院士擔任教學顧問，教授/博導、副教授、講師和高級實驗師組成的高水平教學團隊，具有博士學歷者60%以上；知識結構和年齡結構合理，既有經驗豐富的老教師，也有年富力強的中青年教師骨干；師資配置合理，主講教師9人，講授/輔導教師4人，實驗教師5人。其中教授/博導6人，研究員1人，副教授4人，講師/實驗師6人，助教1人。其中具有博士學位的11人，留學回國人員10人。教學隊伍師德優良，學術造詣高，教學能力強，責任心強，團隊和諧，長期承擔本課程和相關課程教學工作，經驗豐富，特色鮮明，青年教師培養計劃科學合理，卓有成效。
五年來，材料結構分析精品課程教學團隊中45歲以下主講教師3人晉升為教授，1人晉升為研究員，4人評聘為博導。獲國家級、省級、校級教學成果獎10人次，1人獲政府特殊津貼，2人被評為教育部優秀人才，1人被評為芙蓉學者，2人選為湖南省青年骨干教師培養對象。由45歲以下主講教師參與、主持國家級教學改革項目2項，主持國家863項目4項，國家自然科學基金項目3項，軍工配套項目2項，其它省、部級重大科研項目12項。期間，他們發表高水平學術300多篇論文，申請專利6項。
本課程教學隊伍一直工作在教學科研第一線，具有多年從事教學工作的豐富經驗和強烈的敬業奉獻精神。經過多年的教學改革與實踐，建立了長期的合作伙伴關系和友好的團隊協作精神，是一支“強業務，高水平，愛崗敬業的年富力強”的教學團隊。
三、精煉教學內容，形成特色體系
“材料結構分析”原理與技術是晶體學、結構化學、金屬學、原子物理、微電子學等多學科的交叉與融合。本課程針對全校材料學、材料加工工程、材料化學、粉體材料、冶金工程、機械工程等不同專業的共性和個性，整合、優化教學內容，凝煉核心技術，科學設計課程體系，形成了自己的體系特色。
針對我校材料科學與工程專業本科人才培養目標和“材料結構分析”課程定位，在“以學生為本，融知識傳授、能力培養、素質教育于一體”的現代教學理念指引下，本課程結合“材料結構分析”的基本原理和學科的前沿發展，立足于“重基礎、寬口徑”、“服務有色金屬行業、拓展新材料領域”的大材料學科人才培養思想，精選“X射線衍射分析”和“電子顯微分析技術”為主要教學內容，遵循現代教育教學規律，科學地設計了課程體系，實現了理論教學與實踐教學的有機統一。
理論教學以材料結構表征、分析儀器及測試技術為主線，突出晶體X射線衍射、電子衍射等重點教學內容，恪守“表征為核心、儀器重操作、技術抓應用”的原則，注重先修基礎課及后續專業課的銜接。且善于采用案例教學法，將主講教師承擔科研項目獲得的典型實驗結果（照片）引入課堂，既正確處理好了經典與現代的關系，又確保了教學內容的基礎性、研究性和前沿性。
實踐教學以其優越的條件為學生提供了一個應用理論來解決實際問題的平臺。目前，我院擁有4臺不同型號的X射線衍射儀，2臺透射電鏡，4臺掃描電鏡，儀器強件較多，而且全部實現了開放運行，有條件安排本科生上機練習。實踐教學的主要方式是由實驗老師配合課程授課內容，對照儀器講解，介紹儀器結構、工作原理和操作步驟，學生在教師的指導下自己動手制備樣品，操作儀器進行樣品測試，實驗獲得圖譜或照片也要求由學生進行自行分析，教師最后組織討論和講解。
實踐教學針對“基本操作”、“測試手段”和“研究方法”三大訓練模塊開設了多層次、多方位的多種類型實驗。其中“基礎型”實驗4項，主要針對X射線衍射儀、透射電鏡、掃描電鏡和能譜儀的結構、原理及操作方法進行訓練，加深學生對“材料結構分析”理論的理解，讓學生熟悉儀器構造和基本操作方法；“綜合型”實驗6項，主要包括為X射線衍射物相分析、點陣常數的精確測量、金屬薄膜樣品的制備及典型組織的觀察、掃描電鏡成分襯度像及高倍組織觀察，讓學生學會樣品制備和實驗結果分析，熟悉材料結構分析的基本應用，學會針對不同研究對象選擇正確的分析方法，了解“材料結構分析”的應用；“設計創新型實驗”3項，主要是結合學生課外創新研究課題及導師課題設計大型實驗，運用已掌握的知識真刀實槍地解決材料科學研究中的實際問題，從而提升從事材料科學研究的基本能力和綜合素質，為后繼專業課學習、開展畢業論文及科學研究奠定堅實的基礎。另外，我們制訂并實施了引導學生參加課外科技創新實驗和科學研究的方法與政策，并進行考核，形成了“課程實驗+課外創新實驗+畢業論文”四年不斷線的實踐教學格局。
四、啟發式教學，以靈活的教學手段保證教學質量
在先進的教學理念指引下，創新了教學方法和教學設計，既重視發揮教師的主導作用，又尊重學生在學習活動中的主體地位，實行啟發式教學，鼓勵學生積極參與學校組織的本科生創新實驗和科研活動。并將多種教學方法有機結合，改革考試考核辦法，建立了完善的教學評價與考核體系，有效地調動了學生學習的主觀能動性和積極性，極大地激發了學生的學習潛能。我們在教學手段和教學方法等方面進行了全面改革，完全淘汰了傳統的黑板加粉筆式教學模式，將多媒體教學、網絡教學、雙語教學相結合，且取得了很好的成效。
在理論基礎部分的教學過程中，通過多媒體課件和動畫將理論公式的推導思路分步、形象、啟發式地進行講述，有效地促進了學生的積極思考，培養了學生思考問題、解決問題的能力；在有關儀器設備內容的教學過程中，通過模擬動畫進行解剖和分析，使原來在黑板上難以講深講透的內容形象、生動地展示在學生面前，提高了學生的學習興趣和學習熱情，加深了學生對所學知識的理解和掌握，同時啟發學生對現有設備提出結構改進意見，培養了學生的創新性思維能力。此外，利用留學回國教師和青年教師具有良好英語基礎的優勢，開展了雙語教學。本課程“晶體基礎”、“電子顯微分析”部分采用英語課件，向學生推薦優秀的國外原版教學參考書，在傳授專業知識的同時，提高了學生的外語學習興趣和外語應用水平，同時為本課程與國際接軌奠定了基礎。
網絡教學環境學校的校園局域網及寬帶網均與校內各教學樓、辦公室、學生宿舍及教職工住宅區相通，并與國內外Internet網相聯，網絡教學軟件資源齊備，硬件運行環境良好。 我們自行制作能滿足本課程教學需要的一整套授課教案、電子課件以及一系列儀器設備模擬動畫和錄像等教學軟件，并從日本引進了Jade 6射線衍射數據處理軟件，可通過學校的局域網及寬帶網經常保持更新，在教學過程中發揮積極的作用。在課程網站上建立了電子教案、教學指導、自測練習等，學生可以在網上自主學習，促進了教學效果的發揮。
重點、難點理論部分的教學采用“課前預習-學生發問-難點講解-老師質疑-小組報告-學生匯報講演”的“六步教學法”。通過學生自主學習，老師難點講解的辦法，逐步加深學生對教學重點、難點的理解，最后通過“匯報講演”的形式牢固緊握。除此，本課程主講教師都承擔了大量的科研項目，在介紹材料結構分析方法基礎知識后，結合科研案例講解材料結構分析方法在材料研究中的具體應用，激發了學生的學習熱情，加深了學生對所學知識的理解和掌握。
五、編纂特色教材，夯實教學基礎
在教學條件保障上，所在學科為一級國學重點學科，該課程開設歷史悠久，積淀深厚。自1980年以來，中南大學編寫了《金屬X射線衍射與電子顯微分析技術》、《晶體X射線衍射學基礎》（李樹棠主編，冶金工業出版社出版）等教材，姜鋒、尹志民主編的《材料結構分析》被納入新世紀材料科學叢書選題；出版了《X射線衍射學實驗方法》（李樹棠主編，冶金工業出版社出版）及《金屬材料科學與工程實驗教程》（潘清林主編，中南大學出版社出版）等實驗指導書籍，另外，尹志民主編了實驗講義《材料電子顯微分析實驗技術》，黃繼武主編了網絡講義《Jade 5使用手冊》。這些教材、實驗教材及網絡講義等被全國多所高校選為本科教材和考研參考書，在國內產生極大的影響和反響。
精品課程建設旨在利用現代信息技術，發揮高校人才優勢和知識文化傳承創新作用，廣泛傳播國內外文化科技發展趨勢和最新成果，展示我國高校教師先進的教學理念、獨特的教學方法、豐碩的教學成果。經過課程建設，使本課程形成系統、完善的全方位、立體化的教學體系，取得高質量的教學研究成果的同時，將中南大學“材料結構分析”課程建設成教學資源網絡共享、在全國具有示范作用的國家級精品課程。
參考文獻：
黃伯云，堅持科學發展，辦好功能材料高層論壇持續開拓創新，加速先進材料產業發展，2009年，功能材料
