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材料科学基础范文1
材料科学基础作为材料科学与工程专业中一门基础性的理论课程[1]，系统而全面地阐述了材料的基本理论，包括材料的微观结构与缺陷、材料的凝固与塑性变形、材料的组织与状态等方面[2]。考虑到应用型技术人才的培养目标，结合其他非金属材料和复合材料等系统理论，阐述材料的共性与个性。在此全面深厚的专业公共知识的基础上，着重说明金属材料的基本理论，诸如与其相关的基本现象、概念、规律和基本方法。通过明确课程学习的目的、选择针对性的教学内容、改革和优化教学方法及理论联系生产实际等多个方面，对材料科学基础课程进行改革与优化，提高教学质量，充分发挥理论基础课的指导性作用。
1.明确课程学习目的
材料科学基础课程教学为材料加工成型、材料测试等后续课程提供专业理论基础。明确本课程学习目的，打下扎实的专业理论基础，将对本课程及其他相关专业课程的学习效果产生积极的促进作用。
教学效率直接影响课程教学效果。在强调课程重要性的基础上，还应该增强课程教学的生动性与丰富性，提高学生深入学习研究的主动性与积极性，促进学生专业素养与认知情趣的有益结合，从而发挥学习热情与主观能动性，提高课程教学效率。
2.选择针对性的教学内容
材料科学基础通过研究材料成分、结构、组织与性能之间的内在联系和相互变化的规律，为材料科学与工程领域提供相应的理论基础与生产实际指导，因此，本课程教学围绕材料四要素这条主线展开。面对材料领域的广泛应用和繁杂的概念理论，有针对性地选择教材和教学内容显得尤为重要。根据专业特点教学分清主次，教学内容有所侧重。例如专业是金属材料科学方向，教学中应该着重介绍金属学部分，比较深入地介绍金属材料的晶体结构[3]、凝固结晶、塑性变形等方面的知识。通过查阅资料并结合本专业人才培养目标，精心选择教材，满足了本专业应用型技术人才的培养需要。
科技发展与材料理论更新相辅相成，在基础理论框架中，应加强学科前沿知识[4]的引入。新材料的研究、新工艺的发展等教学内容的引入，不但能保持理论的科学性，而且能极大地丰富教学内容。例如纳米材料、3D打印技术等前沿科技的发展与应用，可以让学生逐步了解专业领域的最新进展，更能激发学生求知探索的兴趣，寓学于乐，提高教学质量和专业素养。
3.优化教学方法
材料科学基础课程内容繁多，理论性强，学习内容包括基本概念的记忆、基础理论的理解、基本工艺方法及其应用等各个方面，教学工作有一定的难度。通过优化教学方法，建立逐层递进的专业知识体系，由浅入深、形象生动地叙述概念理论，培养学生积极探索和实践应用的能力，取得令人满意的教学效果。
3.1构筑逐层递进的知识体系
课程教学内容围绕材料、结构、组织与性能之间的相互关系及变化规律这条主线展开。在教学过程中构筑以材料成分归属（金属或非金属）为起点的基本框架，介绍其由来、特点、性能等背景知识，将学生带入到专业领域的视野中。有意识地结合实物（如手机或笔记本外壳等）引导学生注意和思考诸如产品是什么材料的、有什么特性等问题，慢慢培养专业思维和素养。
不同种类（或者种类相同但成分不同）的材料具有不同的结构，还能形成不同的组织，使得材料性能大不相同。讨论材料的特性需要逐层递进地研究和分析从理论条件下材料的晶体结构到实际条件下材料的结构和组织变化，再结合生产加工条件，一步步研究其性能的变化规律。在这个知识架构中，既要培养学生逐层理解剖析的能力，又要强调各层知识的关联性，使其思考问题较为全面而又深刻。
3.2生动地叙述概念理论
作为一门专业基础课，繁杂抽象的概念理论成为教学工作中的一个难点。因此，在教学过程中要避免平铺直叙，多用图文结合、多媒体演示、视频录像等手段，形象而生动地讲解基本概念理论，强化教学效果。
在教学内容中，晶体结构部分知识抽象，可以通过书写板书写下概念加深学生的记忆，绘制模型示意图帮助学生理解结构，采用多媒体动画演示形象展示晶体结构及缺陷，让学生深刻记忆和理解这些内容。在合金相图中的曲线和组织变化中的金相组织照片都能帮助学生建立微观结构的立体描述[5]，并形象地理解材料结构和组织状态的改变，总结性能的变化规律。
形象生动的教学方法使学生克服学习障碍，激发学习兴趣，引导学生主动发现问题，积极思考，让教与学都变成一件有意义的事。
4.理论联系实际
材料科学基础课程教学内容很大一部分来自生产实际的规律总结及试验现象整理和数据分析，实践性强。抽象的理论教学离不开实际，可以从实物产品的材料、外观和特性入手，结合生产工艺过程的图片或视频录像，让学生慢慢熟悉各类加工工艺、热处理工艺和表面处理工艺，引导学生将基本理论知识理解运用到生产实践中。在总结生产规律的基础上进行试验分析（如研究状态、温度等现象变化，强度、硬度等变化曲线，以及金相试验观察到的组织转变照片等），从宏观到微观充分反映材料四要素的基础理论及内在联系。在教学过程中可以设立开放式课堂，分组讨论试验现象，让学生测量性能数据并绘制表格曲线，要求学生认真完成金相试样制备并进行金相组织观察和记录。结合理论基础进行分析和总结，完成试验报告。强调实验教学的重要性，将其作为成绩考核的重要方面，强化教学效果。
科技在不断进步，新材料、新工艺不断涌现，生产设备和工艺不断改进更新，科学发展需要理论指导实践和应用创新发展。教学过程中联系实际，插入先进制造设备的图片和先进生产工艺的视频录像，多与学生探讨前沿科学的热点问题。比如可以让学生分组完成拟定题目的资料搜集整理并按组作报告完成工作介绍，还可以在此基础上设计研究性课题或实践创新项目，要求学生自由查阅资料和设计方案，整理分析后完成设计，纳入成绩评定或者奖励考核。这样不仅可以调动学生了解专业动向的积极性，学习更加认真，还可以开阔学生的视野，提高学生的应用和创新能力。
5.结语
材料科学基础课程内容丰富，专业性强，需要耐心记忆和理解材料的基本概念理论，认真分析总结材料的组织转变与性能变化规律。材料科学理论不断丰富，应用不断深入，需要积极关注前沿科技，不断补充和完善基础理论知识。因此，材料科学基础课程改革是一项长期而艰巨的工程，必须不断改革优化，与时俱进，勇于实践，在理论和实践教学效果上不断获得突破。只有这样才能达到培养理论基础扎实、实践能力强和创新能力高的应用型技术人才的培养目的。
参考文献：
[1]胡庚祥，蔡，戎咏华.材料科学基础，第2版[M].上海：上海交通大学出版社，2000：8-10.
[2]石德珂.材料科学基础，第2版[M].北京：机械工业出版社，2007：7-10.
[3]崔忠圻，覃耀春.金属学与热处理，第2版[M].北京：机械工业出版社，2007：4-13.
材料科学基础范文2
关键词：材料科学基础；教学改革；教学方法
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2012）17-0117-02
《材料科学基础》是材料科学与工程专业本科生的一门重要专业基础课，以介绍材料的基础知识为目的。本课程着重于基本概念和基本理论，从材料的内部结构探讨其性质与行为，揭示材料结构与性能的内在联系及规律，为认识和改进材料的性能提供必备的基础知识。《材料科学基础》涉及到的理论知识非常多，概念性强、知识点纷杂、内容抽象，课程内容涉及许多复杂图形、特别是晶体结构的大量空间堆叠、错综复杂的空间粒子间的相互联系、三元相图的空间模型、位错的各种交互作用，等等,需要丰富的空间想象力去理解。因此，教师讲解难度大，学生也较难接受。为此，许多高校在教学改革与课程建设方面都进行了有益的尝试，并形成了一定的特色。贵州大学（以下简称“我校”）课程组多年来在教学改革与课程建设方面也做出了不懈的努力，取得了较为突出的成绩，进一步提升了我校的材料科学基础课程建设水平。在教学方法改革、提高课堂教学质量和效果的过程中也有一些体会和启发。
1.教学方法改革，重在“激发”
就教学方法改革的目标与内容定位而言，由于目前我国高等教育的教学方式还是以课堂讲授为主，辅以实验、讨论、习题、、实习，等等，改革任务还很重。调查估计，高校中大约有一半课程的课堂教学学生表示不满意，最主要的弊病是呆板、单调，教师在课堂上唱独角戏，一言堂，照本宣科，把教学大纲规定的知识内容单向地灌输给学生，而不问学生感受如何，如同“填鸭”，即所谓“注入式”教学。学生对上这种课不感兴趣，提不起精神。好学生被动地记笔记，不动脑筋；差一点的学生上课打瞌睡、看闲书、玩游戏，更胆大的干脆逃课。为此，应该充分认识到学生在教学过程中的主体作用，并努力发挥学生的主观能动性，调动他们的学习积极性。特别要注意在教学中启发学生思考问题，分析问题，培养浓厚的学习兴趣，激发强烈的求知欲望，使学生的大脑处于积极的思维状态。
因此，教学方法改革所追求的目标主要是激发学生的学习兴趣和热情、变被动学习为主动学习，促进他们自学能力的提高，锤炼他们分析和解决问题的能力。
2.改变课堂教学思维
物质决定意识，意识对物质具有能动作用。课堂教学中光有教案、习题、教学手段还不够，必须从观念上对课堂教学进行重新审视，努力实现思维的新转变。一是实现由重视讲授到重视指导的转变。讲授在传统教学中总是处于课堂的核心地位，但是整体学习效果往往并不理想。为此，应该积极创新，形成以教师指导为核心的导学模式，指导学生运用自己的思维模式，选择最有利于学习的思考与探究方式，紧紧围绕学习目标进行学习。二是实现由关注知识到关注学生的转变。实践证明，在课堂中过度关注知识，就会忽略学生的学习状态，从而影响教学效果。为此，教师应走下讲台，到学生中间，关注每一个学生的学习情况，发现每一个学生存在的问题，切实帮助他们解决学习过程中的困难。要充分利用每个学生的特长，引导他们进行更为有效的学习。三是实现由听懂知识到应用知识的转变。培养学生的目的，不是仅仅让他们掌握多少知识，更重要的是让他们会应用这些知识来分析或解决实际问题。为此，在《材料科学基础》课堂上，教师列出材料领域的一些实例，引导学生应用学过的知识进行分析，改变传统的教学模式，准确把握切入点和侧重点，拿出更多时间让学生把学到的知识应用到分析和解决实际问题上。
3.教会学生学习方法
教学方法是教法和学法的统一体。长期以来，传统教学方法重视教而轻视学，即在教师如何施教方面研究较多，而在学生如何学习方面探讨较少。特别是传统教学注重知识的传授，习惯于用注入式、满堂灌的方式增加学生的知识，往往使学生思路闭塞，缺乏独立思考力和创造性，限止了他们智能的发展。今天的新课程理念告诉我们，学生的学习才是课堂的核心，教师是一名组织者和服务者，一切教学活动应围绕学生的学习展开。为此，教学过程中，必须重视引导学生学会学习方法。
4.换位思考
换位思考也就是“从学生角度着想”，就是一切从教育好学生出发，尊重学生，服务于学生。首先要热爱学生，对学生有“真情”。基于此，就会做“换位思考”，设身处地为学生着想，“方法”问题就迎刃而解。但光从学生个人出发也不全面。教师还必须站在社会、国家和人类的角度思考问题，这样的“从学生角度着想”才是全面正确的。
5.讨论。
讨论是教学方法改革中应用比较多的一种教学手段。因为讲课是向学生传授知识和传递信息，而讨论则让学生积极地主动学习。讲课要求学生听，而讨论则允许学生畅所欲言。从教学改革的实践来看，学生比较喜欢这种双向的教学方式。讨论的最大优点就是能调动学生学习的积极性和主动性，当教学中学生对某个问题持不同观点时，教师不要急于给出答案，而要顺势启发他们说出自己的理解，让学生自由讨论，教师作为组织者和引导者，最后让学生在讨论中得到正确答案，这就是主动学习的过程。此外，讨论还有一个优点就是锻炼了学生的语言表达能力和分析问题的能力。同时，学生之间可以通过讨论交流思想和看法，起到互相学习和取长补短的作用。从教学实践来看，讨论可以帮助学生加深对一些问题的认识和理解，比如位错的概念很抽象，学生对此有很多不同的理解和看法，通过讨论，大家各自说明自己的观点，在轻松自由的交流中加上教师的适时引导，学生会慢慢对位错有正确的认识。
6.优化课堂教学手段。
将多媒体技术与传统板书有机结合，以弥补传统板书在时间和空间上的不足，提高教学效果，使课堂信息量增大，重点突出，难点处理得当。例如，教师通过动画形象地演示位错的滑移过程，使得本来很抽象的内容直观地展示出来，有助于学生的理解。但是，使用多媒体要有个限度，要注意多媒体只是教学辅助手段，并不能取代教师的主导作用。因此，教师应根据教学内容选择相应的教学手段，如扩散系数的推导，应该用板书效果较好；而晶体结构部分就要借助多媒体技术，把14种布拉菲点阵形象的展示出来。所以，只有优化课堂教学手段，才能获得良好的教学效果。
7.学生试讲。
课程教学过程中，教师每讲授完1章后，让学生在课外准备，然后就该章内容，每人自选1个知识点，走上讲台进行5至10分钟讲课，讲完后师生共同点评，这样既锻炼了学生的逻辑思维能力又锻炼了语言表达能力，发挥了学生在教学过程中的主体作用，调动了他们学习的积极性。
由于在课堂讲授过程中，进行了一系列教学方法改革，激发了学生学习兴趣，充分调动了学习积极性，变被动学习为主动学习，变教师“满堂灌”为师生互动，进一步提高了《材料科学基础》课堂教学质量和效果。
参考文献：
[1]田春艳,姜海."材料科学基础"课程教学改革的探索与实践[J].装备制造技术,2010,(02).
材料科学基础范文3
[关键词]材料科学基础 大学本科实验 教学改革 创新意识培养
[中图分类号] G642.4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2014）14-0093-02
一、问题的提出
时代特点决定了当代大学生除了要具有丰富的理论知识外，还必须要具有一定的实践能力和自主学习意识，以及对未知世界的探索欲望。自主学习意识是一种思维模式，是人面对未知世界时大脑的一种反应，是人处理问题的方式，它需要在实践中逐步建立。自主学习的能力包括两个方面：自信和方法，首先应该在大脑中建立通过独立自主学习可以获得成功的自信，然后是在独立自主学习过程中摸索自主学习的方法，从而获得自主学习的手段。[1]可见现代大学教育，还要进行自主学习能力、创新意识和对未知世界探索欲望的培养。[2]
二、材料科学基础课程的特点
材料科学基础是材料、机械、化工等专业必修的一门专业核心基础课程，是锻造工艺、焊接工艺与焊接性、铸造工艺、材料成型与检测等众多材料课程的基础，具有很强的理论性和实践性，同时材料科学基础也是一门不断发展的科学，所以还具有探索性。通过这门课程的学习，学生可以获得材料科学的基础理论知识，同时还能使实践能力得到锻炼，并树立自主学习意识，发展自主学习能力，培养创新意识。
三、材料科学基础教学的组织
根据材料科学基础教学大纲的基本要求，可将材料科学基础的教学分为两个方面：课堂教学和实验教学。
材料科学基础课程的内容抽象、微观，具有较强的理论性。
抽象方面，比如晶体的原子排列、晶格类型以及晶面晶向等，都是晶体材料原子排列一般规律的总结，并被赋予了客观的准确描述，使其成为材料性能和组织分析的依据。与此相似的还有凝固理论、扩散原理等。
微观方面，材料科学基础中的晶体结构、晶体缺陷、合金相图等理论都涉及原子的排列和运动，学生只能借助高科技手段对原子运动的结果进行观测，并借助理论分析原子的运动。
在理论性方面，材料科学基础的内容涉及大学物理、化学等理论课程知识，教材中引入了大量的理论推导，以及通过理论推导的预测，要求学生拥有扎实的基础知识。[3] [4]
正是由于上述三个原因，在教学过程中学生反映对教学内容理解困难、不透彻。这不仅加大了教学的难度，也为高校将自主学习能力、创新意识和对未知世界探索欲望的培养融入这门课程的教学创造了条件。
为了帮助学生对知识的理解和培养学生的动手能力，本课程的教学采用课堂教学和实验教学相结合的方法。目前此课程仍存在实验教学同理论教学脱节的问题：1.实验内容犹如蜻蜓点水地从理论教学内容中抽取部分知识点设计实验，覆盖面小；2.实验内容不具备连贯性，在已安排的材料科学基础实验中，实验内容之间没有关联（实际上很多理论内容之间都是存在关联的），知识脱节。这两个方面的原因导致实验的效果都不理想。
受考研和就业的影响，学生平时在材料科学基础课程上所能投入的时间和精力有限，为了不增加学生的负担，也为了更好地开展实验教学，我们必须对材料科学基础的实验进行改进，其指导思想如下。
1.实验内容需包含材料科学基础的主要教学内容，实验内容根据教学内容环环相扣，即前一个实验的样品和结果是后一个实验样品制备的开端。
2.为了降低制备实验样品的工作量，减轻学生负担，在实验过程中始终使用一个样品，但是不同实验对样品处理的方法和步骤不同。
3.实验教学进度同课堂理论教学进度相匹配，实现同步，这样理论和实践可以相互促进。
4.修订实验指导书，其中应包含实验目的、实验原理、实验步骤等与实验操作相关的内容，使学生可以独立自主地完成实验，培养实践能力和自主学习意识。此外，实验指导书也包含一定的拓展内容。
根据上述的指导思想，表1按次序列出实验名称，同时给出了实验内容和对应的理论知识以及要达到的实验目标。表1中的实验是根据课堂教学内容次序和实验知识点的承接性安排的。正是由于内容具有承接性，所以样品可以连续使用，即晶相样品制备实验中使用的样品也是淬火处理及晶相组织观察实验的材料，然后对淬火后的样品进行退火处理及晶相组织观察实验，再对样品进行塑性变形及再结晶组织观察实验，最后用这些样品进行金属材料硬度同组织的关系实验。由于样品贯穿整个实验使用，降低了制备晶相样品的难度，同时没有增加学生的负担，实验内容也涉及了材料科学基础的主要教学内容。
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为了培养自主学习意识，学生可以根据自己的实际情况自主安排做实验的时间，进而发挥自己的学习主观能动性。为了更好地同课堂教学相配合，要求学生的实验安排同课程教学的进度相匹配。在教师给学生的实验指导书中，需要明确实验目的，细化实验步骤，以及进行相关的试验结果讨论。同时为了拓展学生的思维，在实验指导书中需要提供更深层的理论和实践问题。
为了锻炼学生学习的独立性，在学生遇到不易解决的问题时，教师首先要求学生自主查阅相关的科技图书文献解决，其次鼓励学生主动与实验教师探讨获得解决方案，最后教师统一讲授给出解决问题的最佳方案。这样的安排对培养学生独立思考、独立解决问题以及与他人沟通的能力有很大帮助。[5]
通过课堂教学和实践教学相结合，同时将培养学生的自主学习能力、创新意识融入其中，使学生的学习自觉性明显提高，期末考试成绩大幅度提升，硕士研究生入学考试通过率和成绩也都得到提高。
四、结束语
材料科学基础作为一门理论和实践性都很强的材料专业基础核心课程，在其教学过程中除了理论讲授之外还要进行与理论紧密联系的实验。将这门课程的教学与培养学生的实践能力、激发学生自主学习与创新意识紧密结合起来，在培养符合21世纪需求的合格大学本科毕业生方面可以起到事半功倍的效果。
[ 注 释 ]
[1] 郭元祥.知识的教育学立场[J].教育研究与实验，2009.
[2] 周亨近等.高分子材料与工程“宽专业”培养模式和课程体系的研究与实践[J].化工高等教育，2002.
[3] 石珂德.材料科学基础[M].北京：机械工业出版社，2003.
材料科学基础范文4
关键词: “材料科学基础” 哲学概念 教学意义
“材料科学基础”是材料科学与工程学科的主干课程之一,国内大多数院校都把该课程当作研究生入学考试课程。
对于这样一门专业性很强的课程,教学改革一般是积极吸收学科领域内的新知识、新理论,使学生学到更加前沿的知识。我在此基础上,另辟蹊径,挖掘、提炼该课程中蕴涵的丰富哲学知识,从而使学生在专业知识学习的同时,还感受到哲学思想与哲学方法的魅力,将自然科学范畴的材料专业知识与人文科学范畴的哲学知识有机地结合起来。
一、哲学教学的困惑
从知识学习的角度讲,本科生需要更加高深的专业知识和更为宽广的学术视野。因此,本科教学的一般思路是加深、加宽专业知识。加深知识靠更为高深的专业理论,而拓宽知识则必须吸收最新的科技成果。
如果站在高于知识的思想与方法的角度上,则仅限于专业知识范畴是不够的,还必须让学生具备一定的哲学思想,掌握一定的哲学方法,从而应对专业以外的事物。因为在当今社会,纯粹专业内部的事物是极少的,科学研究、生产实践往往涉及其他学科的知识,往往需要处理人际事物。因此,从最高层面的哲学入手,来强化学生的素质非常必要。
然而,当我们把教育的视野延伸到哲学的高度时,就会发现一个令人困惑的难题,即哲学的巨大作用与这种作用很难实现之间的矛盾。也就是说,虽然哲学是人类知识形态的极致,但由于哲学非常抽象,因此教学难度非常大。不难看出,理工科中的哲学教学,既有巨大需求,又难以操作。
应该指出,目前理工科开设的“科学技术哲学”选修课程,是这方面的一种积极尝试,该课程对于学生的哲学素养的提高确实起到了一定的作用。尽管如此,无论是从学时数还是从教学效果看,仅仅一门课程还难以起到太大的作用。同时,理工科学生趋于定型的学习习惯,也制约了该课程功效的发挥。例如,有些学生对于“科学技术哲学”不感兴趣,有些则难以适应这类文科课程的教学方法。
凡此种种,都说明理工科哲学教学中所面临的窘境。因此,要想突破这种状况,我们就必须转变观念,另辟蹊径,从而找到一条更加适合理工科的哲学教学之道。
二、“材料科学基础”哲学概念的提炼
课程的教学基础是知识的生成,没有知识课程就无法生存。但是,要想在理工科专业课中实施哲学教学,仅仅有专业知识是不够的,还必须把这些专业知识背后的哲学概念、方法提炼出来。下面以实例的方式展示理工科课程中哲学知识的提炼过程与结果,归纳提炼的方法。
1.牛顿第二定律的哲学意义。
牛顿第二定律本不属于“材料科学基础”课程范畴。之所以拿它作为例子,是因为该定律是自然科学的经典,所以人人都能够理解。而直接选用“材料科学基础”课程中的例子,由于专业性很强,读者不易理解。
牛顿第二定律为f=ma,换一种表述形式就是a=f/m。根据语义流源理论,可以把属于物理学的专有概念转化为哲学表述。例如,f是外力,这是一种物理表述,但根据语义流源,外力退化为外界作用;m是质点质量,它也可以表述为事物的内在属性,因为质点说到底还是一种事物,而质量是用来描述质点属性的;a是质点加速度,它退化为事物的行为;“二”退化为关联,因为“二”不过是关系(关联)的一种特殊形式。
在完成了上述转换之后,牛顿第二定律就有了哲学意味,其新的表述为:事物的行为既与其内在属性有关,又与外界对于该事物的作用有关[1]。不难看出,这是一个典型的哲学规律,潘懋元先生提出的高等教育内外部关系规律,恰好是这一哲学规律在教育中的体现。换言之,自然科学的牛顿第二定律与教育学的高等教育内外部关系规律,具有哲学意义的统一性。
2.“材料科学基础”中的哲学概念。
牛顿第二定律的哲学抽象不仅展示了一条哲学规律,而且展示了抽象过程的一般方法。按照这一方法,就可以处理“材料科学基础”课程中的相关知识,以使它们上升到哲学的高度。同时,由于基本的提炼方法在牛顿第二定律中已经展示,因此在下面的例子中更多地介绍过程与结果,以避免过多的专业介绍带来理解困难。
(1)晶体缺陷
它是材料学科中一个极为重要的概念,表示晶体中不但存在缺陷,而且缺陷有可能以平衡的方式存在。
从哲学的角度看,缺陷无非是一种新的物质存在方式。换言之,缺陷造成了物质存在的多样性,而多样性概念就属于哲学范畴了。因此,材料缺陷的哲学抽象就是:事物以多样性的方式存在,优于单一的存在方式。这个规律在自然界与社会领域都是颠扑不破的真理。
(2)凝固(相变)过程
在材料的凝固过程中,形核理论至关重要。该理论的基本预设是,在原来的液相中产生具有固相结构的小核心,且它们随机出现、时聚时散。一旦过冷度足够大,这些小核心就能长大,直至完全凝固。
从哲学的角度看,凝固形核现象是旧事物中存在新事物的范例。存在于旧事物中的新事物尽管是不稳定的,但它包含了新事物的“基因”,且一旦环境条件适合,这些“弱小稚嫩”的新事物就能由小到大、由弱变强,直至完全取代旧事物。
(3)界面平衡偏析
这个材料概念可以用来展示哲学认识论的一般程序,也就是逻辑学中的属+种差理论。一般来说,一个新概念总是由几个旧概念组合而成。在组成新概念的旧概念中,必有一个是基本的,而其他是从属的。例如,知识经济概念中,经济是基本的,而知识是从属的。逻辑学把这种处于基础地位的概念称为属,从属概念称为种差[2]。
以界面平衡偏析为例,最基本的属就是偏析这一概念,而平衡是从属概念。因此,平衡偏析概念的根本意义由偏析决定,它意味着成分的(空间)差异,平衡偏析无非是说这种成分差异处于热力学稳定的状态,因此称为平衡。当我们建立了平衡偏析概念之后,它就成了新的起点,即新的属,而相对于这个属,界面就是种差。因此,界面平衡偏析就是:与界面有关的平衡偏析。换言之,界面平衡偏析=界面(种差)+平衡偏析(属)。
不难看出,尽管界面平衡偏析概念本身没有演绎出什么哲学意味的东西,但对于它的认识却能从方法的角度上升到逻辑学的层次,从而具有哲学意义的普遍性。
(4)规则溶液自由能表达式
在二元合金固溶体的自由能表达式中,学生的学习难点并不在表达式的数学形式。教学实践发现,他们产生模糊认识的根源在于:该表达式说的是谁。
按着德国哲学家弗雷格的指称理论[3],一个事物的认识与三个要素密不可分,即事物的名称、事物的内涵和事物的所指,其中名称与内涵很容易理解,而事物的所指(这是一个哲学专有名词)是需要进一步说明的。按理说,认识过程涉及所指应该是常识,如黄山,它有名称(就是黄山),有内涵(如险峻、秀美等),还有就是作为物质存在的那些花岗岩构成的山峦。因此,所指就是指向物质存在的,因此理解起来似乎并不难。但是,当某个所需认识的对象以抽象的、看不见的方式存在时,所指就不像黄山那么清晰了。在初学的过程中,所指往往被学生忽略,甚至是遗忘,而只记住三要素中的名称与内涵。这种所指认识的缺失会带来严重的问题,如把对象搞混。不难看出,弗雷格的指称理论有助于强化学生的认识对象意识,而这种意识的强化在面对数学公式具有特殊的价值。
(5)相变定义
根据冯端院士的定义[4],“相变”指:“在外界条件发生变化的过程中物相于某一特定条件下发生突变。”但是,相变的定义也可以简化为:凡是结构发生变化的过程都是相变。不难看出,与冯端院士的定义相比,新的相变定义粗略了很多。
如何看待这种由于简化而带来的粗略,是一个超越材料专业的问题,而知识范畴的超越本身就具有哲学的意味。显然,这里涉及思想方法的问题,对于不同思想方法的认识与把握,恰恰是学生应该努力的新方面。这个问题的重心不在于孰是孰非的细节探讨,而在于认识效率等更高的层次范畴。换言之,细节的是非判断转向了效率考量,这种价值标准的转向对学生思维训练具有重要作用。
三、“材料科学基础”哲学概念的教学意义
从上面的论述看出,在材料专业知识中提炼具有哲学意味的概念与方法并非难事,其中的关键是思想观念的转换,具体就是从单纯专业视野拓展到更为宽广的哲学领域。站在哲学的高度重新看待“材料科学基础”课程的教学,它有了新的意义和价值。
1.丰富了教学内容,深化了专业知识。
到目前为止,理工科专业课改革的思路重点在更新教学内容,具体方法是积极吸收新专业知识,反映学科的新发展。不难看出,这种改革的视野仍然局限在专业、学科的范畴之内。
因此,本文给出的哲学概念提炼的思路,是一种新的尝试。按着这样的思路,教学内容同样得以丰富。同时,还可以深化课程的内容,如上面列举的弗雷格指称理论,属种+差的认识理论,都具有很高的认知难度,这些哲学概念的学习会极大地深化课程内容。
2.建立了理解的新维度。
就本科生学习而言,理解的重要性远大于高中生。从某种意义上讲,理解是本科生学习的生命,而高中生的学习还带有相当成分的记忆因素。因此,深化理解就成了本科生学习的当务之急。
但是,深入剖析理解概念会发现,理工科学生的理解视野是不够宽广的,他们的理解维度主要集中在以下几个方面。首先是事实和自然科学定律,这是理解不可或缺的维度;其次是简单逻辑,因为理解的过程往往是逻辑推理过程;最后就是数理方法,因为理工科中大量的知识是建筑在数理基础上的。但是,仅仅把理解的视野向这些方面展开是不够的,因为这些维度的综合也不具备超越的功能和开拓创新的意味。因此,有必要把理解的维度进一步向哲学、方法论的层次展开,以便提高学生的理解水平,进而提高他们的思维能力。
3.开拓了通识教育的新视野。
在本科教学中,通识教育尽管非常重要,但它的实际操作却一直令人困扰。其中的重要问题是不同门类的知识各行其是,结果是多而不通。本文提出的理工科知识的哲学提炼与教学,为解决这一问题的提供了新的思路,因为通识教育的终极价值在于一个“通”字,即融会贯通。但由于不同学科之间的天然差异,因此直接贯通是不可能的。但是,如果使不同学科的知识都升华为哲学概念,则在哲学层面就能实现贯通。
参考文献:
[1]吴锵.从博雅教育、通识教育到人文素质教育.南京理工大学学报(社会科学版),2004,1.
[2]中国人民大学哲学系.逻辑学.中国人民大学出版社,1996:27.
材料科学基础范文5
关键词：卓越人才；材料科学基础；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）22-0034-02
“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要》和《国家中长期人才发展规划纲要》的重大改革项目。武汉理工大学材料科学基础为材料学院所有专业必修的学科基础课程。该课程是在一级学科办学的基础上阐述了组成与结构、制备与加工、性质、使用性能等材料科学与工程主要要素之间的相互关系及其制约规律。经过这几年的教学实践，我们在理解“卓越人才”培养目标，提高学生工程应用能力和创新能力的基础上，对该课程教学方法探究等方面开展了积极的探索，积累了一定的实践经验。
一、材料科学基础课程的特点和实施“卓越计划”的意义
1998年以前，国内高等学校普遍按照二级学科模式办学，材料类专业有无机非金属材料工程、金属材料工程等二级学科专业，其学科基础课为无机材料物理化学、硅酸盐物理化学、金属学原理等。1998年以后，根据学科发展规律，国内高等学校相继进行专业结构调整，逐步按照一级学科模式办学，武汉理工大学设立材料科学与工程专业，其学科基础课是材料科学基础课程。随着办学层次不断提高，材料科学基础课程在知识体系构造方面也逐步揉和了金属、无机非金属、高分子等材料共同的科学原理及技术基础，配合课程建设，开设了具有特色的实验教学环节。由于材料科学基础是土木工程专业学生培养计划里最先开设的学科基础课程，所以材科科学领域的一些基本概念、材料设计的一般研究思想和方法都随内容编排在该课程中，使得该课程显得知识点比较庞杂和零碎，由于原课程内容的编排缺乏具体的实践应用，学生难以在短时间内建立起整个课程的系统框架和掌握章与章之间的联系，有学生称该课程的课程体系正如玻璃的结构“近程有序、远程无序”这一特点给学生的学习带来不少的困扰。同时，该课程也为2005年的国家精品课程和2012年的湖北省精品资源共享课程。建立理论联系实际的课程体系，提高学生学习的积极性，进而对其他材料类专业课程进行“卓越计划”的改革可以起到示范和指导作用，具有重要的现实意义和长远价值。
二、“卓越计划”背景下的材料科学基础课程体系改革与实践
1.课程内容的改革与编排。在教学的过程中，我们大量的引用Wiley出版社出版的“Materials Science and Technology”中的图片对教学内容进行补充和诠释。同时，优化教学内容，强化理科基础，并在理科基础课中体现工程设计的思想，拓宽学科基础，夯实专业基础。近年来，由于材料学科发展迅速，不断有新材料及新性能报道出来且获得了广泛的应用，极大地推动了社会的发展。在课程体系中加入这些材料的介绍，从而引入相关的基础知识，使学生在学习的过程中开阔了视野并加深了对授课内容的理解。比如：在讲到Kirkendall效应的时候，我们除了解释该效应所造成的电子器件在接头焊接过程中出现的“紫灾”现象外，针对现在的研究热点之一――空心纳米材料合成，把Kirkendall效应应用在该空心结构的形成机理中，并对空心结构的形成机理进行引申归纳。在烧结这一章节内容的讲解中，我们对目前国内外出现的新材料的新烧结工艺进行了总结，对各类烧结工艺的优劣进行了对比分析。并针对具体的材料，让学生根据材料的结构和性能的要求，模拟设计其烧结工艺。我们的这些对课程体系和内容的调整，都是根据“卓越计划”实施的目的而进行的。内容的重新编排不但坚持了课程原有内容和体系，并且从社会实际需求出发，以工程实践能力创新能力和国际化能力的培养为目标来设计的。因为，为适应卓越工程师培养，固有的教学内容必须做适当调整。
2.课程教学方法的设计与改革。如前所述，材料科学基础课程是材料类学生必修的专业基础课程，是学生在本科阶段所学习的第一门系统的专业基础课程，该课程设计了材料的热力学、动力学及结构化学等方面的相关基础内容。如何在传授这些材料学科知识的同时培养学生的工程应用能力是保证“卓越计划”有效实施的关键。教学方法的改革和其他教学环节的实现方式不仅要保证学生有效地掌握教学计划所要求的教学内容，确保学生的工程实践能力得到培养和提高，而且是保证课程的教学目标得以实现的重要手段。在材料科学基础的课程教学中，根据教学内容的性质和“卓越计划”的要求，我们改革了实验及实践环节，突出了实验及实践的重要性。过去的80个学时的材料科学基础教学中包含有16个学时的实验教学。把材料科学基础实验作为一个单独的实验课程独立出去，保留72个学时的材料科学基础理论教学课程是该课程为适应“卓越人才”教育进行的一项改革措施。材料科学基础实验课程为一周的实验课程，内容包括材料的密度、吸水率的测试、差热分析、淬冷法研究相平衡、固相反应、粘土―水系统的ξ电位的测试、玻璃的热膨胀系数等七个综合性实验，这些实验的设计及安排基本都是模拟工厂实验室的分析测试设备，独立出一周的实验课程分散在理论课程的传授过程中进行，这样的安排加深了学生对所学理论内容的直观认识，建立起了理论与实践的联系，加强了学生实践能力的培养。同时，我们加大了课程网站的建设，结合本课程的特点，网站上拥有“课程简介”、“教学大纲”、“教学日历”、“考评方式与标准”、“学习指南”，这些内容使学生明确了课程学习的目的、内容、方法和学习要求；同时，在网站上上传内容丰富的电子教案和制作精良的电子课件，可以很好地帮助学生在课下巩固课堂学习内容。除此之外，网站上还拥有练习题、自测题、试卷、考研辅导，可以让学生通过学校精品课程网站、网络学堂在线测试，通过在线交流可以课程通知，可以在线答疑和课程留言。每周课程组老师在规定的时间上网在线回答学生的问题，并批改学生的电子作业，这样安排激发了学生的学习兴趣，相对于课件提问，学生更倾向于网上答疑，这些措施有效地调动了学生学习的积极性。
3.重视师资的培养和交流。作为我校第一排获批的国家精品课程，材料科学基础课程组定期举行教学经验交流和青年教师教学竞赛，不断提高教师教学水平。每学期举行4次以上校内教学经验交流，每学年骨干教师参与校际间、校企间教学及学术交流不少于2次。青年教师积极参加各级教学竞赛，将竞争激励机制引入整个教学环节，激发青年教师不断学习、提高自身业务能力的主动性。同时，该课程组的老师已有30%已到国外进修一年以上，提高了课程组老师的工程国际化能力。
参考文献：
[1]林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案再研究[J].高等工程教育研究，2100，（4）：11-17.
[2]董倩，刘东燕，黄林青.卓越土木工程师实践教学体系构建[J].中国大学教育，2012，（1）：77-80.
材料科学基础范文6
我院机械类专业的机械工程材料课程共计40学时，其中课堂讲授36学时，实验4学时。该课程课堂讲授内容主要包括材料的结构与性能、金属材料组织和性能的控制、金属材料、高分子材料、陶瓷材料、复合材料、功能材料、机械零件的失效与选材原则、典型工件的选材及工艺路线设计以及工程材料的应用，实验内容主要为金相试样制备及硬度实验和铁碳合金平衡组织观察实验。从教学内容看，我院机械类专业的机械工程材料课程内容丰富，覆盖面广，符合教育部对高等院校此课程的教学要求，但由于受到总体教育学时计划安排的限制，该课程学时略显不足，同时受到学校办学条件限制以及经费欠缺所导致的相关实验仪器设备短缺的影响，开设的实验类型较少，如不处理好这些因素的影响，势必降低整体教学质量。根据我院的实际办学条件和现有仪器设备，我们对该课程的教学方法和手段进行了探讨和研究，从多方面采取相应的措施，以保证教学质量。
1采用多媒体教学，优化教学内容
随着计算机技术的发展，教育技术的手段也在不断发展和更新，其中多媒体教学手段已经广泛应用于各类课程的教学中。多媒体教学方式与传统教学方式相比，优势明显。在讲解金属材料组织和性能时，如果按传统的教学方式，教师通常是借助教材上的灰色图片照本宣读，虽然也做必要的解释说明，但这不能引起学生足够的兴趣，学生注意力不集中，难以保证课堂教学质量。单从课程内容而言，机械工程材料是十分枯燥而且难以理解的一门课程，一旦课堂教学效果不好，即使学生想课后自学，也十分困难，仅靠死记硬背的学习方法，学习效果必定不好。如果课堂教学中采用多媒体教学手段，通过视频、动画、彩图、声音等多种措施，使所讲的内容直观、具体、生动、形象，就可以激发学生的学习兴趣，调动学生的主观能动性，增强其学习的积极性，并且教师能够很容易地把所授内容讲解清楚，学生的理解和掌握也变得相对容易，对该课程的学习自然产生兴趣，从而形成良性循环。另外，采用多媒体教学手段，能较为有效地解决学校教学资源不足的问题。例如：在讲解材料热处理内容时，我院没有相关的热处理设备。考虑到此部分内容十分重要，我们借助多媒体教学手段中的视频，把传统热处理过程讲解得非常清楚，同时介绍了一些先进制造技术，如真空热处理等，使教学内容更加完善。
多媒体教学方式与传统教学方式相比具有很多优点，但其仅仅是一种教学手段，具体能否提高课堂教学质量，关键在于教师所制作的课件的教学内容。教学内容是决定教学质量的关键，正确把握教学内容是提高教学质量和效率的重要前提[2]。从学生最终培养目标而言，学习该课程的目的是让学生在从事相关机械设计制造工作时，能够根据实际情况合理选择相关机械工程材料，因而，教会学生应用是关键。在教学中，应根据每个专业的培养目标及课程体系确定教学内容，以应用为核心，以实用、实际、实效为原则，删减过时、落后的知识，引入材料科学的最新研究成果，使教学内容处于动态优化中；突出成分—组织—加工—性能—应用这条主线，适当压缩与主线关系不大、理论过强而实用价值小的内容[3]。我院本课程在各部分教学内容的具体学时分配上是有侧重的，其中典型工件的选材及工艺路线设计以及工程材料的应用的学时较多，而且其中的教学内容都是教师多年来从相关工厂实际生产中积累的典型案例，学生毕业参加工作后，可以将所学的知识直接应用到工作中，如各种轴承类材料这一案例对于进入轴承类制造公司的学生非常实用。当然，选好教学内容，需要教师花费很多精力，我们正在不断积累、完善和优化该项工作。
2采用虚拟技术教学，提高学生学习兴趣
虚拟技术是利用计算机可视化技术及网络技术，对产品的设计、制造、生产和各项实验进行准确的数学建模和仿真，在产品试制之前就能预见性地模拟出产品的全部制造、运动仿真和部分实验性能，从而检测产品的设计正确性和工艺可行性[4]。虚拟技术实现的前提是相关的工程软件基础。从一些课程的教学发现，在教学中引入虚拟技术，让学生学习和掌握一种实用的工程软件，将大大提高他们的学习兴趣，从而提升整体教学质量。例如：采用三维CAD技术，基于UG，Solidworks或Pro/E等工程软件平台进行机械制图教学；采用CAM技术，基于UG等工程软件进行数控加工教学。实践证明，让学生单独学习枯燥无味的纯理论书本知识，学生不感兴趣，但若能指导其学习和掌握一种实用的工程软件，将显著提高其学习兴趣和主动性。工程软件仅仅是一种解决问题的手段，用到的理论知识源于课本，学生通过学习相关的工程软件，自然会努力补充其在使用工程软件时所欠缺的理论知识。
目前，我院在讲授机械工程材料课程相关内容时都会通过一个实际工程案例解释虚拟技术在工程材料中的应用，主要是基于DEFORM平台。DEFORM是一套基于有限元的工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关工业的各种成形工艺和热处理工艺。通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场实验成本，提高工模具设计效率，降低生产和材料成本，缩短新产品的研发周期。如在教学中针对齿轮的热处理教学，通过齿轮热处理的模拟分析，通过DEFORM平台直观、生动 的图形显示和相应的模拟分析结果，把所讲授的有关热处理工艺的基本理论形象直观地表达和解释清楚，让学生易于理解和掌握，同时也让他们产生神奇感，提高学习兴趣。通过虚拟技术的应用，有效地解决了教学中的一些难题，缓解了学院在教学中相关实验仪器设备短缺的矛盾，拓展了学生的思维，有利于发挥其想象力，增强实践创新能力。由于教学计划总学时的限制，目前我院对DEFORM软件并没有开设对应的必修课程，以教师课后指导，学生自主学习为主，但这并不影响学生学习的热情和教学质量，反而更有利于发挥其学习的主观能动性。
3采用项目讨论教学，增强学生实践能力
项目讨论教学法是一种以学生为主，教师为辅，教学互动的教学方法，主要强调对学生实际工程关键能力的培养。学习主要分为四个过程——模仿、练习、强化和创新。项目讨论教学方式主要是注重后面三个过程，即在具体实施过程中，学生根据教师所讲授的实际工程案例，发挥主观能动性，针对某个具体
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项目进行深入的学习，理解和掌握所学知识，从而提高发现问题、解决问题的能力，以便培养创新能力。学生还可以根据自身情况，选择不同难度的项目，这些项目是练习类、强化类还是创新类，由教师把握。当然也可以基于DEFORM平台建立一些和实际工程问题类似的虚拟型项目，发挥学生的想象力和创造力。学生所完成的项目有齿轮箱零部件的选材、医疗康复器材零部件的选材、机床零部件的选材等，在完成项目后，可以和其他同学讨论、辩论、补充，最后，由教师答疑和总结，并做评价。
实践证明，学生如果能认真系统地完成一个具体项目，其所学到的知识以及对知识掌握的牢固程度是课堂教学不能相比的，可在学生毕业设计答辩时得到验证。通过完成一个项目，学生能够知道设计制造所选择的材料是什么，从哪里可以查到，其性能是怎样的，常用于哪些场合，与其类似的材料有哪些，与类似材料相比该材料有哪些优缺点等。采用项目讨论教学法，必然会增加教师的教学负担，同时也需要学生较好的配合，要顺利开展具有一定的难度。目前，我院主要在“卓越计划”学生中开展教学方法改革，还处于探索阶段，一些具体的项目、实施方法以及评价体系还有待于进一步完善。
