论文部分内容阅读
摘要：作为一门新兴的交叉学科，材料化学学科是材料科学、化学和化工领域的重要分支，是发展高新技术领域的重要支柱。材料科学基础是材料科学相关学科的专业基础课，承担着在基础课和专业课之间承上启下的作用。如何平衡好“化学”与“材料”之间的关系是材料化学专业教学所需要思考的问题。本文将从材料科学基础课程与化学基础课和材料学专业课之间的关系展开讨论，探索材料科学基础课程在材料化学专业中的教学内容设置和教学方式，对培养和增强相关专业学生的科学研究能力和创新意识提供一定的理论和实践指导。
关键词：材料科学基础；材料化学；教学改革
1、引言
国内目前已有150多所高等院校开设了材料化学专业，培养了大批具有扎实的理论基础知识和优秀工程实践素质的高层次人才。作为该专业的第一门材料学专业基础课，《材料科学基础》课程的重要性毋庸置疑，其在材料化学专业的培养体系中占据了非常重要的地位。作为一门重点研究材料“结构-性质”关系的基础课，如何利用经典的理论知识来解释实际科学或工程实践中的问题是学好该课程的关键所在。
对于材料化学专业而言，化学理论的基础也是必不可少的。根据所授学位类型的不同，对化学基础理论课程的数目和课时量的安排也有所不同。一般而言，理学学士对于化学理论的要求要高于工学学士。这也就意味着四大化学基础课程（无机化学、有机化学、物理化学、分析化学）在整个培养体系中所占的比重有所区别，直接影响到材料学相关课程的数量和课时量安排。在大多数将材料化学专业作为理科专业进行培养的高校中，本科第一和第二学年基本都安排了课时量在100-120学时/课程的四大化学课程，材料学课程的学时相对较少。而对于授予工科学位的材料化学专业则正好相反。因此，在材料化学专业学生的培养过程中，如何处理好化学基础理论课与材料学专业课之间的关系是做好《材料科学基础》课程教学的关键。
2、《材料科学基础》与四大化学课程的衔接
在材料化学专业的培养体系中，无机化学是第一门开设的专业课程，也是所有化学课程的基础。它既要完成无机化学学科自身丰富的教学内容，又承担着为后续课程作好必要准备的特殊任务[1]。无机化学课程的授课内容广泛，包含普通化学的基本原理和元素及其化合物的性质。其中，化学热力学和晶体结构的相关知识是材料科学基础课程中“相图”和“原子和晶体结构”等内容非常重要的理论基础。因此，无论是对于工学还是理学专业，无机化学作为一门基础专业课，其重要性是毋庸置疑的。
有机化学和物理化学课程一般在本科二年级开设。由于涉及一个全新的知识架构，有机化学所讲授的内容通常不作为材料科学基础课程的主要内容。相反，物理化学一般被认为是四大化学中非常重要，也是学习难度较大的一门课程[2]。与材料科学基础的课程内容相比较而言，物理化学课程体系中的热力学基础、相平衡以及表面与界面等内容也都是目前材料科学体系的经典内容，在目前纳米材料的前沿研究领域都有着非常重要的应用。因此，对于授予工学学位的材料化学专业而言，在有机化学课程的选择上一般根据学院自身的研究方向来确定。而物理化学一般作为材料类专业的必修课程，根据所授学位的不同，在授课学时方面有所区别。
作为一门最贴近实验的理论课，分析化学的主要任务是鉴定物质的化学组成、测定物质有关组分的含量、确定物质的结构和存在形态及其与物质性质之间的关系等[3，4]。其中，光谱、色谱和质谱分析手段在目前功能材料的研究中也发挥着重要的作用。因此，适当开设一定的分析化学课程能够很好的与《材料现代分析测试方法》中的大型儀器结构表征等内容形成互补，为材料表征的相关方法提供一定的理论支撑。
纵观《材料科学基础》的教学内容，授予工学学位的材料化学专业可根据自身的发展方向适当删减有机化学、分析化学和物理化学的教学内容，并增加更多的工科课程如《电工技术》、《材料力学》、《机械制图》等。而作为授予理学学位的材料化学专业，则可以将培养体系设置为偏重化学基础，同时兼顾材料类课程的方式。
3、《材料科学基础》与材料学专业课程的衔接
由于涉及非常多的专业方向（金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料等），使得材料科学基础这门课程具有内容复杂、涉及面广等特点[5，6]，在有限的学时内难以将所有的专业方向进行全面学习。因此，凝练出材料科学最为基础的理论和所有材料的共性问题，同时突出自身教学内容的特色是所有《材料科学基础》课程教学的关键。经过1个多世纪的发展，目前公认的《材料科学基础》的课程内容可分为两大基础知识模块：1、材料的微观结构（原子键合、晶体结构、晶体缺陷）；2、外场作用下材料结构和性质的变化（扩散、塑性变形与再结晶、凝固、相图）。
本科三年级所开设的材料学专业课程大多与学院的研究方向密切相关，在《材料科学基础》的授课过程中，将目前最新的研究成果融入到相关的知识点中不失为一种具有良好效果的教学方式。例如，Kirkendall效应是固体扩散理论中的关键组成部分，而在目前前沿的研究工作中，其又是合成纳米金属核-壳结构的重要方法。因此，在课堂教学中将基础理论与研究应用紧密结合是激发学生学习兴趣，提高教学效果的重要方法。
4、总结
本文从《材料科学基础》与四大化学课程和材料学专业课程的衔接方面展开进行讨论，提出了课程在内容设置和教学方法等方面的一些见解。本文认为，处理好《材料科学基础》在化学基础课与专业方向课之间的关系，充分发挥《材料科学基础》在二者之间的桥梁作用，对于提升教学效果非常重要。
参考文献：
[1]宋天佑， 程鹏， 徐家宁， 张丽荣.无机化学（第三版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2015.
[2]傅献彩， 沈文霞， 姚天扬， 侯文华. 物理化学（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2006.
[3]孙毓庆. 分析化学实验[M]. 北京：科学出版社， 2011.
[4]郭新杰， 温金莲.分析化学（第二版） [M]. 北京：中国医药科技出版社， 2012.
[5]张桥， 鄢国平， 李亮， 郭庆中， 喻湘华， 杜飞鹏， 郭俊芳. 材料化学专业《材料科学基础》课程改革与实践[J]. 广州化工， 2015， 43， 167-168.
[6]刘冠辰， 耿树东， 陈连发， 王巍， 于晓波， 王辰， 张钰. 初探材料化学专业材料科学基础课程的教学改革[J]. 吉林化工学院学报， 2015， 32， 42-44.
作者简介：孙颉（1985-），男，讲师，主要从事材料科学相关领域的教学科研工作。
关键词：材料科学基础；材料化学；教学改革
1、引言
国内目前已有150多所高等院校开设了材料化学专业，培养了大批具有扎实的理论基础知识和优秀工程实践素质的高层次人才。作为该专业的第一门材料学专业基础课，《材料科学基础》课程的重要性毋庸置疑，其在材料化学专业的培养体系中占据了非常重要的地位。作为一门重点研究材料“结构-性质”关系的基础课，如何利用经典的理论知识来解释实际科学或工程实践中的问题是学好该课程的关键所在。
对于材料化学专业而言，化学理论的基础也是必不可少的。根据所授学位类型的不同，对化学基础理论课程的数目和课时量的安排也有所不同。一般而言，理学学士对于化学理论的要求要高于工学学士。这也就意味着四大化学基础课程（无机化学、有机化学、物理化学、分析化学）在整个培养体系中所占的比重有所区别，直接影响到材料学相关课程的数量和课时量安排。在大多数将材料化学专业作为理科专业进行培养的高校中，本科第一和第二学年基本都安排了课时量在100-120学时/课程的四大化学课程，材料学课程的学时相对较少。而对于授予工科学位的材料化学专业则正好相反。因此，在材料化学专业学生的培养过程中，如何处理好化学基础理论课与材料学专业课之间的关系是做好《材料科学基础》课程教学的关键。
2、《材料科学基础》与四大化学课程的衔接
在材料化学专业的培养体系中，无机化学是第一门开设的专业课程，也是所有化学课程的基础。它既要完成无机化学学科自身丰富的教学内容，又承担着为后续课程作好必要准备的特殊任务[1]。无机化学课程的授课内容广泛，包含普通化学的基本原理和元素及其化合物的性质。其中，化学热力学和晶体结构的相关知识是材料科学基础课程中“相图”和“原子和晶体结构”等内容非常重要的理论基础。因此，无论是对于工学还是理学专业，无机化学作为一门基础专业课，其重要性是毋庸置疑的。
有机化学和物理化学课程一般在本科二年级开设。由于涉及一个全新的知识架构，有机化学所讲授的内容通常不作为材料科学基础课程的主要内容。相反，物理化学一般被认为是四大化学中非常重要，也是学习难度较大的一门课程[2]。与材料科学基础的课程内容相比较而言，物理化学课程体系中的热力学基础、相平衡以及表面与界面等内容也都是目前材料科学体系的经典内容，在目前纳米材料的前沿研究领域都有着非常重要的应用。因此，对于授予工学学位的材料化学专业而言，在有机化学课程的选择上一般根据学院自身的研究方向来确定。而物理化学一般作为材料类专业的必修课程，根据所授学位的不同，在授课学时方面有所区别。
作为一门最贴近实验的理论课，分析化学的主要任务是鉴定物质的化学组成、测定物质有关组分的含量、确定物质的结构和存在形态及其与物质性质之间的关系等[3，4]。其中，光谱、色谱和质谱分析手段在目前功能材料的研究中也发挥着重要的作用。因此，适当开设一定的分析化学课程能够很好的与《材料现代分析测试方法》中的大型儀器结构表征等内容形成互补，为材料表征的相关方法提供一定的理论支撑。
纵观《材料科学基础》的教学内容，授予工学学位的材料化学专业可根据自身的发展方向适当删减有机化学、分析化学和物理化学的教学内容，并增加更多的工科课程如《电工技术》、《材料力学》、《机械制图》等。而作为授予理学学位的材料化学专业，则可以将培养体系设置为偏重化学基础，同时兼顾材料类课程的方式。
3、《材料科学基础》与材料学专业课程的衔接
由于涉及非常多的专业方向（金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料等），使得材料科学基础这门课程具有内容复杂、涉及面广等特点[5，6]，在有限的学时内难以将所有的专业方向进行全面学习。因此，凝练出材料科学最为基础的理论和所有材料的共性问题，同时突出自身教学内容的特色是所有《材料科学基础》课程教学的关键。经过1个多世纪的发展，目前公认的《材料科学基础》的课程内容可分为两大基础知识模块：1、材料的微观结构（原子键合、晶体结构、晶体缺陷）；2、外场作用下材料结构和性质的变化（扩散、塑性变形与再结晶、凝固、相图）。
本科三年级所开设的材料学专业课程大多与学院的研究方向密切相关，在《材料科学基础》的授课过程中，将目前最新的研究成果融入到相关的知识点中不失为一种具有良好效果的教学方式。例如，Kirkendall效应是固体扩散理论中的关键组成部分，而在目前前沿的研究工作中，其又是合成纳米金属核-壳结构的重要方法。因此，在课堂教学中将基础理论与研究应用紧密结合是激发学生学习兴趣，提高教学效果的重要方法。
4、总结
本文从《材料科学基础》与四大化学课程和材料学专业课程的衔接方面展开进行讨论，提出了课程在内容设置和教学方法等方面的一些见解。本文认为，处理好《材料科学基础》在化学基础课与专业方向课之间的关系，充分发挥《材料科学基础》在二者之间的桥梁作用，对于提升教学效果非常重要。
参考文献：
[1]宋天佑， 程鹏， 徐家宁， 张丽荣.无机化学（第三版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2015.
[2]傅献彩， 沈文霞， 姚天扬， 侯文华. 物理化学（第五版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2006.
[3]孙毓庆. 分析化学实验[M]. 北京：科学出版社， 2011.
[4]郭新杰， 温金莲.分析化学（第二版） [M]. 北京：中国医药科技出版社， 2012.
[5]张桥， 鄢国平， 李亮， 郭庆中， 喻湘华， 杜飞鹏， 郭俊芳. 材料化学专业《材料科学基础》课程改革与实践[J]. 广州化工， 2015， 43， 167-168.
[6]刘冠辰， 耿树东， 陈连发， 王巍， 于晓波， 王辰， 张钰. 初探材料化学专业材料科学基础课程的教学改革[J]. 吉林化工学院学报， 2015， 32， 42-44.
作者简介：孙颉（1985-），男，讲师，主要从事材料科学相关领域的教学科研工作。