材料化学专业导论论文

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第一篇：材料化学专业导论论文

材料化学专业《材料物理化学》课程的教学改革研究

摘 要：材料化学专业所开设的《材料物理化学》课程是一门专业基础课，在整个专业学习过程中起着举足轻重的作用。为进一步提高教学效果，培养学生的学习自主性及提高学习效果，本文针对教学过程及考核方式等方面存在的问题提出了几项改革措施。包括在教学过程中，对部分教学内容采用混合教学，翻转课堂及与实践教学相结合的方式，同时在考核中提高过程考察所占比重，从而全面增强学生的学习效果，提高学习兴趣，达到培养全面型人才的目的。

关键词：材料物理化学 材料化学 教学改革

随着社会的进步和科技的发展，材料、能源及信息成为了当代科技的三大支柱。其中，材料主要包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料及由这三种材料形成的复合材料等。材料科学是当今世界的带头学科之一，而材料的开发是一切技术发展的物质基础。材料化学专业作为一门新兴学科，主要研究材料化学合成方法，化学结构组成及其性质等方面的相关知识，承担着培养未来能够在材料科学与化学及其相关领域从事研究相关工作的复合型高级人才的重要责任[1]。

1 课程的重要性及存在的问题

《材料物理化学》作为材料化学专业重要的专业基础课，该课程的教学目标是理解及应用物理和数学的有关理论及方法研究化学运动的普遍规律。通过本課程的学习，能够使学生理解及掌握材料化学学科的基本原理，培养学生的理论思维能力，为将来的工作及学习打下扎实的理论基础。本课程共80学时，分上下两学期学习，是我校材料化学专业学生所接触的第一门专业课程，可以说，本课程学生学习效果的优劣直接关系到后续专业课的掌握情况。同时，《材料物理化学》这门课也是许多高校研究生入学考试的必考科目。因此，学好这门课是十分必要的。

目前本课程的教学模式主要是以教师讲解为主，考核内容主要包括期末笔试及出勤情况两部分。然而，调研发现，由于本课程与数学物理的联系密切，抽象概念多，公式推导繁琐，学生普遍觉得课程的内容多，难度高，学起来较为吃力，导致学生容易失去学习兴趣，影响学习效果。同时，由于该课程的授课时间是第二和第三学期，处于这一时期的学生具有较的求知欲和学习热情，如何有效的激发学生的学习兴趣，让学生掌握学习方法，进而激发出对自己的专业热爱是专业课老师深入思考的。因此，对现有的教学模式与考核方式进行改革是一个值得我们教育工作者深入探索的重要方向。

2 教学改革措施

2.1 混合式教学探索

基于学生普遍觉得本课程内容过于抽象，理论深奥的问题，可尝试近年来新兴的混合式教学模式，即将在线教学和传统教学的优势结合起来，实行“线上”与“线下”相结合的教学。通过将两种教学组织形式的有机结合，可以把学生的学习由浅到深地引向深度学习。教师应首先将课程中相关较为抽象的理论知识整理出来，按照一定的顺序发布到网络上，指导学生通过网络进行线上理论部分的学习;同时教师还应设置出相应的问题，让学生自主寻求答案。通过网络自主学习并寻求答案，能够给予学生较强的自由，同时督促学生通过网络得到更加具体或多样化的学习内容，进而将抽象的理论进行具体化。因此，相信通过这种方式，能够充分调动起学生的学习主动性，从而提高学生的学习兴趣。

2.2 翻转课堂的尝试

随着网络的发展及普及，通过网络获取知识已经成为当下最流行的学习方式。翻转课堂是对理解性教学理念的有益探索，其实践本质是帮助学生实现深度学习、培养学生创新实践能力。因此，教师可选取《材料物理化学》课程中较为简单的知识采用翻转课堂的方式进行教学。在具体实施过程中，教师将学习的决定权交给学生自己，即学生在上课前通过查阅相关资料，或者在网络上与其他同学讨论，自主学习新的专业知。教师在课堂上采用讲授法和协作法相结合的方法与学生进行交流，答疑解惑，实现共同研究及解决问题的目标。在这种教学方式下，学生能够通过实践主动获得相关知识，让学生的参与度更强，而不是被动的被灌输知识。因此，可以增强学生的学习主动性，提高自学能力。

2.3 实践教学与理论教学的有机结合

提高学生的实践及动手能力，增强学生的分析问题和解决问题的主动性，培养出适应社会需要的应用型人才是本科教学的目标。因此，在注重专业知识理论教学的同时，与《材料物理化学》课程配套的实践教学也应当进行必要的改革。以往的一些实验，往往是要求学生照搬实验指导书内容完成相关实验即可，对学生深刻理解相关理论，以及提高学生的分析问题及解决问题的能力效果不大[2]。因此，理论课教师应与实验老师共同探讨实验内容，适当增加一些能够充分激发学生兴趣的综合性及设计性实验。让学生自己动手，通过实验探索获得相应的知识或理论，从而提高学生的综合实践能力，加深对理论知识的理解。

2.4 过程考核方式探索

传统的考核方式主要为闭卷考试，这种方式所得成绩尽管简便客观，但易使学生仅凭机械记忆来通过考试，对于考查学生的整个课堂学习状态及效果不够全面，学生对理论应用能力及创新能力无法在考核成绩中充分体现。在教学改革过程中，应当充分关注学生的基础理论知识的掌握程度、实践操作的动手能力、分析问题及解决问题的能力，以及学习的积极主动性等。因此，教师应当通过加大过程考核的比重，即对学生的整体表现进行全方位立体式的考核，让学生在整个学习的过程中随时保持积极的心态，从而达到更加客观的评价的效果[3]。

3 总结与讨论

《材料物理化学》作为被大多学生认为“难学”的课程之一，如何提高学生的学习兴趣，提高学习效果，一直是我们教师深入探索钻研的问题。在该课程的教学过程中，教师应当积极关注学生的学习状态，避免灌输式教学，让学生随时保持学习的激情。通过将传统教学与混合式教学及翻转课堂等新式教学手段相结合，能够让学生在学习的过程中发挥主观性，提高学生的参与度。但是，教师作为课堂的主导者，应当随时做好“掌舵人”的角色。做到既让学生积极主动的学习，又不会因学生太过 “自由”而失去课堂的本质。总之，教师应在教学过程中积极采用引导启发的方式，激发学生的求知欲，感受到课程自身的魅力，让学生主动的去学习，爱学习，从而实现本课程的教学目标，提高学生的学习效果及学习能力。

参考文献

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作者：张国芳 蔡颖 许剑轶 胡锋 宋金玲

第二篇：新能源材料导论教学改革初探

摘 要 新能源材料导论是新能源材料与器件专业的一门必修导论课。本文结合新能源材料与器件的专业特点，对新能源材料导论的课程内容设置、课堂教学、认识实习分别进行了讨论。通过教学改革提高学生对新能源材料与器件专业的学科发展、就业前景、社会效应的认识。

关键词 新能源材料 新能源器件 学科导论课 教学改革

Preliminary Exploration on Teaching Reform of

Introduction to New Energy Materials

LI Yingfen， LV Menglan

(Guizhou Institute of Technology， College of Material and Metallurgy Engineering， Guiyang， Guizhou 510003)

隨着石油、煤炭、天然气等化石能源逐渐减少及其环境污染问题的日益突出，新能源技术成为世界各国关注的焦点。按照学科专业分类，新能源分为物理新能源和化学新能源，其中物理新能源包括太阳能、风能、核能、潮汐能等，而化学新能源包括氢能、生物质能、电化学能源等。在新能源的开发应用中，新能源材料是新能源器件的基础和关键，材料的性能不仅决定着新能源器件的能量容量和能量转换效率，而且影响新能源技术的投资运营成本。

目前，我国已经成为了新能源技术领域的产业大国，我国(包括台湾在内)的晶体硅太阳能电池产能占据全球市场60 %，基于锂离子电池和镍氢电池的新能源汽车产业也走在世界前列，先后涌现出了比亚迪、宁德时代、科力远、尚德、天合光能、汉能等一批优秀的新能源企业;但是我国的新能源技术产业存在着“大而不强”的弱点，关键材料、关键设备、关键技术依然受控于欧美发达国家，这严重制约着我国新能源产业的发展。结合国家战略性产业布局，我国于2010年新设立了新能源材料与器件专业，以便满足新能源产业对新能源材料与器件专业人才的需求;目前，中南大学、哈尔滨工业大学、清华大学等国内知名“985工程”院校都已经陆续开设新能源材料与器件专业。贵州理工学院于2016年成功获批新能源材料与器件专业，并且于2016年高考正式开始招生。

新能源材料与器件是一个多学科交叉性、覆盖面甚广的专业，其涵盖了物理、化学、生物、电子、电气等基础学科。尽管在每年的新生入学教育中，我校都会对本专业的基本情况作简要介绍，但是无法满足新生对本学科专业的认知度，因此为本科生开设新能源材料导论显得十分重要。该课程主要是使学生对本专业的发展背景、社会效应、知识基础、专业结构、发展方向、就业前景有一个基本的认识和了解，为日后基础课和专业课的学习、认识与生产实习、继续深造、以及就业起到铺垫作用。本文根据近几年，笔者在新能源材料导论的授课经验，结合课程内容设置、课堂教学、课外教学等方面讨论了新能源材料导论教学过程中存在的问题，并提出了一些改进的建议。

1 新能源材料导论课程改革的必要性

新能源材料与器件是一门新增列的学科专业。在其开设之前，大多数高等理工院校都有新能源材料这个研究方向，但是基本上根据新能源材料的类别与学校自身学科专业的结构，作为材料科学与工程、冶金工程、化学工程与工艺、化学、物理等传统学科的一个研究方向。

自从新能源材料与器件作为一个独立的学科专业开设以后，既整合了原来各个传统专业的学科资源，又为新能源材料与器件的人才培养方案规划提供了新挑战;因而，开设新能源材料导论显得尤其重要，对新能源材料导论进行教学改革既是培养方案规划的一部分内容，也是培养高素质、应用型理工科人才的必然要求。

2 新能源材料导论课程内容设置

新能源材料导论作为新能源材料与器件专业的导论课程，它是一门集引导性、专业性、综合性、发展性的专业课程。它是基础课向专业课过渡的纽带课程，对于人才培养起到承上启下的作用。所以在课程内容设置过程，不仅要考虑到学生的知识基础和认知能力，还要照顾学科专业的发展趋势与前沿动态。

我校是在大一阶段就开设新能源材料导论，就知识基础和认知能力而言，学生的化学和物理基础知识水平只停留在高中阶段，所以我们在课程内容设置方面都是重点讲解某一个领域的发展概况、社会效应以及所需要的基础知识，以便使学生在日后的基础课学习过程中把握好学习的重点，做到有的放矢;例如：在讲述晶硅太阳能电池材料这一章时，我们主要讲解太阳能电池材料的类型、我国太阳能电池材料产业发展概况、我国光伏技术的国际地位、以及光伏产业所涉及的产业链，而关于光伏发电技术所涉及到的半导体物理、材料科学基础、固体物理等专业性比较强的知识，我们知识做引导性的介绍。

新能源材料科学的发展日新月异，它带有浓重的综合性和前沿科学特点。在内容上，我们主要开设了能源概述、太阳能电池材料、储氢材料、燃料电池材料、生物质能源材料、锂离子电池材料、钠离子电池材料以及超级电容器电极材料等八章内容。另外，在编写教案和制作多媒体课件时，我们会根据学科的发展及时更新授课内容，把目前最新的科研成果介绍给学生，让科研走进课堂，这既做到了与时俱进，也激发了学生学习的热情。

3 新能源材料导论课堂教学

由于新能源材料导论是一门综合性课程，它同时涵盖了新能源材料领域的大多数材料，所以我校结合新能源材料与器件教研室的师资情况，把新能源材料导论分为物理新能源、化学新能源、生物新能源三个模块，由三位老师组成的教学团队根据自己的科研方向进行讲述，从而形成团队化教学模式;共计授课18学时，每个授课模块讲授6学时，以课堂授课为主，课外参观认识为辅。

为了激发同学们的学习热情，加深学生对新能源材料的认知程度。我们改变了过去那种“满堂灌”的教学方式，而改为“混合式”教学模式。在每章书的讲解前先给学生分配预习任务，学生以分组的形式查阅某种新能源材料的相关资料，对文献资料进行分析、评述、总结，并以多媒体课件形式写成阅读报告;课堂上，首先是由授课老师先对某个领域的发展背景、基本原理、产业技术、科研概况进行介绍，然后每组在上台向大家讲述自己准备的阅读报告，并进行课堂讨论。从而形成以专题为主导、学生为主体的教学方式。这种教学方式不仅活跃的课堂教学的气氛，而且有利于培养学生的自学能力、查阅文献、撰写报告和演讲水平;能够很大程度地提高综合素质，为以后的就业和继续深造打下基础。

4 新能源材料导论课外教学

对于课堂教学，我们只能从理论上、常识上给学生带来感官上的认识，所以刚刚从高中上来的本科生对于专业性的知识普遍都会感觉到比较抽象。如果没有课外参观认识教学，新能源材料导论的教学效果将会大打折扣，更不利于后续课程的教学。

为了配合新能源材料导论的教学，我们在学校给学生上完理论课后，安排了2天时间的参观认识学习。一方面是在我校的新能源材料研发中心对新能源材料与新能源器件的研发过程做简要介绍;另一方面我校会统一安排学生到贵阳市贵安新区工业园进行认识实习，并与奇瑞新能源汽车贵州分公司、阿特斯太阳能科技公司等多家本土新能源及新能源汽车企业签订了课外教学基地协议，以方便我校的课外教学工作，增强学生对新能源技术的认知水平。同时，为了提高老师们的科技成果转化、工程教学能力，我校就产品研发与上述新能源企业开展广泛的产学研合作。从而达到了教学促进科研、科研反哺教学的效果。

经过近几年的教学实践证明，通过校企合作的方式推动产学研结合，既提高了学生的知识应用能力和企业对学生的认同感，又为我校教师的科研工作搭建了良好的平台，从真正意义上做到了“产学研育人”。

5 新能源材料导论课程考核方式

课程的考核是对学生学习情况和教学效果的一种评价手段。传统的课程教学考核方式总是停留在“课堂授课-布置作业-期末考试”的单调模式，这种源自应试教育的考核模式不仅枯燥无味，而且严重违背了素质教育的初衷和要求，不利于学生综合素质的提高。所以教学改革要同时对课程授课方式和课程考核方式进行改革。

新能源材料导论作为一门专业引导性课程，其考核方式应该既要实事求是，又要做到灵活多变。基于该课程的特点，我校的考核方式按照平时成绩和期末考试成绩各占50 %进行分配;其中平时成绩由10 %出勤率、10 %课堂表现、30 %专题报告组成;由于考虑到专题报告在资料查阅、信息的分析和汇总过程的任务繁重，所以在平时成绩中以专题报告的比重最高;而期末考试则以开卷考试方式进行，这种平时与期末相结合的考核方式既实实在在地考查了学生对本课程的学习情况和质量，又使得课程考核方式做到灵活多样。

经过近几年的实践，证明丰富多样的课程考核方式对新能源材料导论的教学起到了促进作用。对传统的考核方式改革以后，采取新的考核方式能够大大地提高了学生学习热情、活跃了教学气氛，同时也提高了新能源材料导论的教学质量以及学生对本课程的认知和认同程度。

6 结论

新能源材料与器件是一门在国家战略性产业布局下应运而生的新专业。新能源材料导论是该专业的引导性课程，尽管本文在教学内容设置、课堂教学以及课外教学等方面做了一些探讨，但是作为一门综合性、前沿性、交叉性的课程，它还有很多教学方式、教学内容、教学理念方面的工作需要广大教师做更深一步的探索。

*通讯作者：吕梦岚

基金项目：贵州理工学院教育教学改革研究青年项目 (2015QNXM15)、贵州省普通本科高校自然科学类科技拔尖人才支持计划项目(黔教合KY字[2017]082)

参考文献

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[8] 刘法谦，郭志岩，张乾.《新能源材料》课程的教学探讨.教育教学论坛，2015(29).

作者：黎应芬 吕梦岚

第三篇：新材料时代材料化学专业实验课程体系设置

摘 要：现代社会已经进入新材料时代，材料化学专业建设如何跟上时代发展步伐，培养满足新材料时代的专业人才，值得思考。材料化学专业的应用性和实践性都很强，实验课程体系设置对于人才培养尤为重要。文章论述了天津科技大学材料化学专业实验课程体系的设置思路，重点介绍了材料化学专业的实验课程体系架构、实验教学模式及内容等方面的实践和经验，分析了专业实验课程体系的设置对新材料时代的材料化学专业技术人才培养的重要性。

关键词：新材料时代;材料化学;实验课程体系;人才培养

新材料是指那些新近发展或正在发展的具有比传统材料性能更为优异的一类材料。其技术特点是探索材料的微观结构、制备与宏观性能的关系，通过材料设计、材料加工、性能评价等研究过程，获得能满足各种需要的新型材料。新材料技术已经成为世界各国必争的战略性新兴产业，成为当前最重要的、发展最快的科学技术领域之一。我国材料化学专业是1998年教育部对本科专业目录进行调整产生的专业，经过20年的专业建设，目前我国约有170所大学招生，专业培养目标日益明确、专业基础理论得到拓宽和加强、课程结构不断优化，在学科建设上取得了很大进展[1]。但在新材料时代背景下，如何跟上国家“十三五”材料领域建设步伐，培养满足新材料时代的材料化学专业人才，并在我国材料人才队伍中彰显各个大学的专业特色，就值得各高校的材料化学专业教师进行思考。

材料化学专业涵盖的学科范围较宽，各高校的专业方向、培养方案和课程体系差别较大，但基本都包括化学和材料科学的基础理论、基本知识和实验技能等三方面能力的培养[2]。作为培养学生创新思维和综合能力、促进知识向能力转化重要途径的实验技能培养环节，总是能够体现各高校的专业办学特色，因此材料化学专业实验课程体系设置及改革便仁者见仁、智者见智，成为专业人才培养的焦点[3-4]。

天津科技大学材料化学专业于2003年开始招生，每年招生两个班，授予理学学士学位，学制四年，实行弹性学习年限。本文以搭建材料化学专业实验课程体系架构、建立多层次实验体系为出发点，针对新材料和新物质结构不断涌现的新材料时代特征，将材料发展思维和时代特征引入课堂，激发学生的科研潜能，注重科研与实践能力并重，培养具有一定的科学素养和材料时代感的理科应用型人才，同时更好地体现材料化学学科交叉的特性。

一、紧跟新材料发展时代脉搏，科学搭建材料化学专业的实验课程体系架构

作为综合型学科，材料化学专业应用性和实践性都很强，化学基础实验、综合性和创新性实验教学环节十分重要[5]。材料化学专业实验课程教学体系应以利于培养学生创新能力和应用能力为主旨，一方面加强对专业知识的理解;一方面加强专业实践技能训练，培养学生的创新思维和创新能力。

天津科技大学的材料化学是理科专业，以实验为主且与实践紧密相关的特点更为明顯，实验教学贯穿教学活动意义重大。基于此，2017年修订培养方案时，我们突出专业技能训练环节(该环节注重将材料领域一些最新的研究成果引入实验课程内容)，设置“科技论文写作I(第4学期)—科学实验(第5学期)—科技论文写作II(第6学期)—实验技能训练I(第6学期)—综合化学实验(第6学期)—实验技能训练II(第7学期)”的渐进式材料科研能力培养模式，让材料科学知识与实践能力贯穿于大二、大三和大四年级。专业培养方案中四大基础化学实验224学时，7学分(天津科技大学规定实验课程32学时/学分，理论课程16学时/学分);材料化学实验学时80学时，2.5学分;科研能力培养训练环节12学分;毕业论文(16周8学分)等其他专业集中实践环节11学分。专业实践教学环节合计32.5学分，占学科基础课和专业教育课程85.5学分的38%。专业集中实践环节共计40学分，加上个性化课程14学分，占总学分170学分的31.8%。经过十几年的专业建设摸索及经验总结，已经建立起基础实验、专业实验、专业技能训练三个层次的实验架构体系，兼顾全面的基础化学实验知识体系和多方位专业综合实验技能培养。每年专业都有接近1/2的学生考研，迄今为止已有多位学生在清华大学、复旦大学、南开大学、天津大学和中国科学院化学研究所等单位进一步求学深造。

天津科技大学材料化学专业申报的教育部自主设置“新材料与技术”二级硕士点2013年获批招生，目前下设磁学与磁性材料、新型生物材料和新能源材料三个研究方向，这对于天津科技大学材料化学学科延续性都有重要的意义，研究生教育必会反哺本科教学。

二、凝练专业方向特色，建立符合新材料时代特征的多层次实验内容

作为本科实验教学，应考虑知识的连续性、全面性和趣味性，教学内容以提高学生的实验兴趣、发挥学生主观能动性为出发点，注重激发学生的时代感和探索精神[6]。天津科技大学材料化学专业自成立以来，一直注重专业建设和实验课程建设，基于紧跟材料时代发展步伐的建设思路，培养计划历经2006年、2010年、2014年和2017年几次较大的修改，目前已经形成生物材料与纳米材料相结合的专业发展方向。

2017年培养方案修订时，正值国家发布“十三五”材料领域科技创新的新材料时代背景。我们立足京津冀，以服务滨海新区为出发点，建设以“基础实验、专业实验、科学实验、开放实验、毕业论文”构建的 “五段式”实验教学模式，培养理科应用型创新型人才。培养方案侧重从培养学生了解大材料的基本原理出发，建立和培养学生掌握一级学科材料科学与工程的实验课程，开设特色化、微型化、绿色化的研究与开发性材料化学实验。

具体做法是：(1)开发基础实验中综合性、设计性实验环节，减少验证性实验项目;(2)综合化学实验与新材料实验有机结合，完成设计性与综合性的中级化学实验过渡;(3)以综合化学实验和专业化学实验为主体的专

业实验体系设计;(4)科学实验、综合实验及毕业论文融合;(5)通过开放实验和毕业论文环节培养创新能力。

1.基础实验教学重视学生对于基础实验知识的积

累，重点突出实验原理和方法的共性，强化基础实验技能训练;综合实验结合专业特色方向及学院优势特色研究方向，引入综合性强的实验;设计性实验内容随学科的发展而更新，达到培养学生研究能力和创新思维的目标，提高学生的自主性和综合实践能力，培育学生探究能力及创新潜质。

2.专业实验围绕新材料特点，拓展专业实验技能，使学生掌握相关材料的制备方法、结构表征与性能测试等。专业实验内容以综合性、设计性实验为主，以团队合作模式操作，培养学生严谨细致的实验精神和团队意识，使之具备对材料开发或研究中出现的问题进行预测、归纳分析及提出可行的研究方案的能力。

3.精炼设置实验项目，注重实验项目的广泛性，实验项目涵盖无机、有机、高分子、复合材料等各领域。如增开“量子点的合成及其应用”实验，让学生在掌握无机材料合成技术的同时，熟悉荧光光谱和紫外吸收等表征手段，也了解不同类型量子点在光电器件、传感生物医药等众多领域中的应用;增开“环糊精衍生物的合成及分离纯化”实验，让学生掌握多步有机合成技术的同时，熟悉元素分析、质谱等表征手段，同时了解超分子识别及组装的科学前沿领域，引导学生走进2016年诺贝尔化学奖——“分子机器”的奇妙世界。通过材料性能的表征，让学生感受新型材料的神奇，凸显材料专业的应用性特点，让学生真正体会到知识应用的乐趣和应用价值[7]。

总之，实验内容在继承传统材料学基本理论的基础上，注入了新材料的多功能性、智能性等特点，同时注重大材料学科环境下材料之间的关联教育[8]。实验安排充分考虑了材料制备及分析的统一性和连贯性，各实验间具有借鉴性，有利于培养学生科学研究思路，提高分析问题、解决问题的能力。不得不提的是，实验项目的实施一方面得益于2016年天津市高校“十三五”综投建设投资，也更得益于2015年化工与材料学院的整合成立，学院平台的大型仪器设备，如热分析仪、纳米粒度仪、X-射线衍射仪、扫描电镜以及电化学分析仪等先进设备融入实验教学中，既保证了实验项目的顺利进行，也为学生的毕业论文和今后科研工作中对材料的检测技术的应用提前打下良好的基础。

三、 满足新材料发展的市场需求，培养新材料领域的现代技术人才

高等教育的主要目的是培养人才。大学承担着培养有专业理论和实践技能的人才的任务[9]，大学更应该培养学生的社会责任感。国家《“十三五”材料领域科技创新专项规划》中提到：重点发展材料人才队伍建设，提升创新创业人才队伍的整体素质和水平，着重提高企业技术创新创业人才的水平和比例，满足材料领域发展的需求。目前我国每年材料类本科毕业生约4万余人，硕士和博士毕业生约1万人，但材料行业仍然面临基础研究人才队伍不稳、工程应用技术队伍流动性不够、新兴产业人才流动性过大等主要问题。

天津市周边有15个大中城市，有广阔的新材料消费和配套市场。近年来，以金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、催化剂与石化产品、复合材料、纳米材料及特种纸等为代表的新材料产业在天津经济发展中的作用与地位稳步提高。新材料产业的发展需要大量的高级人才，形成对行业发展的支撑。为了与上述天津的优势产业接轨，我们计划开设部分开放实验项目。在目前的滨海新区建立的3～4个与专业紧密联系的相对稳定的学生实习、培训基地，设立企业导师指导学生开放实验，保持定期联系，专业首先定位于服务滨海新区建设，一毕业便就业，更快地融入滨海新区建设。2016届本专业毕业生的一次就业率达到97%，其中从事材料相关专业的一次就业率也达到80%。随着天津滨海新区的蓬勃发展，以及对周边地区的产业带动，本专业毕业生也将会有足够的事业发展空间。

2018年6月召开的《新时代全国高等学校本科教育工作会议》上，教育部长陈宝生指出，高教大计、本科为本;要引导学生求真学问、练真本领。材料化学专业的学生必须有宽口径的材料学基础知识和化学理论，同时又必须具有现代化仪器操作技能和创新能力，善于将基础知识转化为科学技术和社会生產力[10]。这种能力必须通过系统理论培养及严格的科学技能训练逐步形成，因此实验教学的独特作用很重要。教学的本质在于通过师生互动，使受教者自我觉悟。这种特点在实验教学设计过程中尤为突出。近年来天津科技大学一直实施推进各类科技竞赛活动，专业学生参加大学生创新创业项目和全国大学生“挑战杯”科技竞赛等各类学科竞赛人数越来越多，多人获得国家、天津市及校级各级奖励。鉴于此，通过鼓励企业导师将企业课题引入大学生创新创业项目和全国大学生“挑战杯”科技竞赛，也会使得开放实验训练环节更加规范，学生学以致用，研究兴趣和科研创新能力得到提升;同时鼓励学生参加学术会议、发表论文等，这对学生将来继续求学深造或者求职均有益处。指导过程中，教师与学生相得益彰[11]。

我们常说人类的文明史就是材料的发展史。当现代社会进入以纳米材料、信息材料和能源材料为主要特征的新材料时代，教育工作者如何在传统材料和新型材料之间找到教学切入点，将材料科学教育进行传承与创新，这确实是个值得思考的问题。本文仅以天津科技大学为例，叙述了天津科技大学材料化学专业实验课程体系的设置情况，浅析了实验课程体系对新材料时代的材料化学专业技术人才培养的意义，以期抛砖引玉，与同行共同探索专业实验课程的改革，结合新材料发展趋势，不断构建完善材料化学专业实验框架，努力培养出适应新时代、新需求的新型材料化学人才。

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收稿日期：2018-11-19

作者简介：郭敏杰(1972—)，女，吉林伊通人，天津科技大学化工与材料学院教授，博士，主要从事高分子组装和生物降解材料研究。

基金项目：天津市教委重点项目“聚焦工程教育认证，建设专业教学质量保证体系的研究与实践”(171005703B);天津科技大学化工与材料学院教育教学改革项目“新材料时代材料化学专业实验课程体系设置”(2017Z007)

作者：郭敏杰 樊志 王培然

第四篇：材料物理专业材料物理化学课程的定位与教学改革

摘要：结合材料物理专业的专业特色及材料物理化学课程的特点与定位，以及社会发展及高等工程教育对材料物理专业人才培养的要求，对材料物理化学课程进行了教学内容及教学方法的改革，取得了良好效果。

关键词：材料物理专业;材料物理化学;教学改革

一、材料物理专业的特色

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。

1.教学内容上的改革。(1)教学内容与材料物理专业特色相结合。针对材料物理专业“亦工亦理，理工相融”的特点，材料物理化学的教学思想与内容安排也要做到理工相融。既要把重点放在物理化学的基础理论、基础知识、基础技能的教育上，比如要对基本概念有比较深的理解，对重要公式能够熟练掌握，对课程作业有严格的要求等，以加强学生对理论知识的认识和理解[6]。同时，教师也要认识到工程教育是材料物理专业学生培养中不可缺少的重要组成部分，要彻底改变传统物理化学教学模式下工程教育处于从属地位的状况。我们既要强调物理化学学科的理论性和科学性，又要从工程需求的实际出发进行考虑，不能重科学轻技术、重理论轻实践，不能从理论到理论，而应注重相关结论的物理意义、适用范围，注重科学理论与工程问题的结合。(2)教学内容与科研实践相结合。材料物理化学课程应积极倡导科研与教学资源共享，以科研促进教学，适时地将最前沿的科研成果渗透到教材、教学和实验中。将科研课题和教学相结合，实现科研对教学的带动作用。如能实现教学和科研的互动，这将为本科生完成毕业论文，继续读研深造奠定坚实的基础，并能大大提高学生分析问题解决问题的能力、实验操作能力以及计算机软件的使用能力。同时将教学与教师的科研实践相结合，还有利于调动学生学习和进行实验操作的积极性及兴趣，启发学生的思维，激发其探索精神。例如，可将材料物理系教师的科研课题“稀土氧化物纳米颗粒的制备”与相关化学热力学和界面现象的知识相结合来进行教学，将教师课题“激光熔覆制备生物陶瓷材料”与相关的热力学知识相结合，如反应吉布斯自由能的计算及其作为反应判据的应用，等等。还可以鼓励感兴趣的学生参与到教师的科研实验中来，学以致用，加强知识点理解的同时，拓宽视野，锻炼科研及动手能力。

2.教学方法上的改革。(1)传统与先进教学手段相结合。传统的教学手段板书由于其单调、枯燥的特点已不能完全适应目前的教学要求，而多媒体辅助教学手段是图、文、像、色集于一体的现代化教学手段，它的应用使原本量大、抽象、复杂、枯燥无味的理论知识，通过形象、生动、直观的形式表现出来，调动了学生的积极性和学习兴趣，便于学生对知识的理解和掌握。同时，也为教师节省了大量板书绘图的时间，加快了授课进度也增大了教学信息量[7]。比如相平衡与界面现象这两章，利用多媒体手段能将各种相图、亚稳状态及润湿现象能内容形象直观地表现出来，配上动画效果，更便于学生的认识与理解。但是在整个教学过程当中，多媒体也不是放之四海而皆准的教学手段，在一些公式的推导演示以及课后习题的讲解过程中，配以一定的板书，将会起到解释充分、循循善诱的教学效果，使学生有充足的时间理解消化相关重点及难点。总之，不同形式的教学方法、教学手段须依据教学内容、学生能力、教学需求等灵活应用，才可较好处理有限的理论学时与教学内容多、传授知识与培养能力、主体与主导之间的关系，有效地提高学生学习兴趣、自学能力、综合素质，取得良好的教学效果。(2)教师指导与学生自主学习相结合。传统的材料物理化学的教学模式是填鸭式教学，老师讲，学生听，老师主动教，学生被动学，这样的教学模式使学生的主观能动性得不到体现和发挥，因而造成事倍功半的教学效果。师者，传道、授业、解惑也。教师除了完成传道授业的任务外，也要试图将学生的学习潜能激发出来，对此，我们采用了以下方法：①在教学中采用重点难点教师讲授、简单章节学生自主学习的方法。学生自主学习之后，采用课堂提问的方式以检验学生自主学习的学习成果。前面我们讲到学习材料物理化学的大二学生，具有较强的学习兴趣和能力，我们采用自主学习的方法将其能力激发出来，使学生的学习变被动为主动，从而收到事半功倍的教学效果。②采用模拟教学方式，进行角色互换，促使学生主动学习的同时，培养体恤他人、尊重他人的人文品质。对于某些难度较低易于理解的章节，比如新相生成与亚稳状态，可以让学生提前准备，然后走上讲台，与教师互换角色，完成自主学习的同时，更亲身体会教师备课、授课的整个过程，从中体会不易，进而达到互换立场、尊重他人劳动成果的品质培养效果。③课堂练习和作业讲解时，可采用分组讨论的形式，以培养合作交流、互助学习的精神。在教学过程中除了教书，我们更注重育人。学生完成学业进入社会以后必将经历团队合作的过程，我们通过分组讨论和学习的形式，将教学与育人相结合，以培养学生适应社会所必需的互助与合作交流能力。(3)短期教学与长期辅导相结合。贵州大学材料物理专业的材料物理化学的教学只有80个学时，大二上的一个学期就能完成相关内容的教学。但该门课程是一些学校材料类专业考研的必考科目，为了帮助学生在完成必修的学分之后还能更深入地学习该门课程，我们还为已经完成该门课程学习的学生提供长期的辅导，给学生提供答疑解惑的帮助，以助其完成进一步的深造和学习。

随着高等教育改革的不断改革和深化，社会对新时代大学生的需求，以及材料科学与技术的发展带来的知识信息量的快速膨胀，要求学生具备更加牢固的知识基础，更加灵活地运用知识的能力。在材料物理化学课程的教学改革过程中，我们体会到，只有不断地思考与改革，总结出一套顺应社会和学科发展的教学方法，才能提高教学质量，培养学生的综合能力，提高学生的逻辑推理能力以及分析问题和解决问题的能力，增强学生的创新精神和实践精神，从而适应新世纪科技进步与科学发展的需要。

参考文献：

[1]朱晓勇，等.构建工科院校特色的材料物理专业课程体系[J].合肥工业大学学报：社会科学版，2011，(2).

[2]刘宏玉，王媛媛.材料物理专业的特色方向研究[J].新课程研究，2011，(10)：12-14.

[3]熊礼威，汪建华，王传新，等.新形势下材料物理专业教学改革探讨[J].课程教育研究，2013，(6)：170-171.

[4]傅敏，等.物理化学在基础化学课程体系中的龙头作用[J].重庆工商大学学报：自然科学版，2004，6(21)：633-635.

[5]朱晓东.材料专业物理化学教学改革探索[J].教育与教学研究，2011，25(12)：90-92.

基金项目：贵州大学教育教学改革研究项目(校教发【2013】58号)

作者简介：欧梅桂(1977-)，女，教授，博士。

作者：欧梅桂 杨春林

第五篇：材料类专业“材料物理化学”课程教学的探索

[摘 要] “材料物理化学”是材料类专业较新的一门学科基础课，针对“材料物理化学”的教学内容和教学体系的构建，结合自身的授课经验，从课程教材、课程内容和教学实践三个方面对材料类专业“材料物理化学”课程教学展开了一系列探索和实践。

[关键词] 材料物理化学;教学内容;教学实践

一、引言

在全国教育大会上，习近平总书记提出“推进产学研协同创新，积极投身实施创新驱动发展战略，着重培养创新型、复合型、应用型人才”。党的十八大以来，习近平总书记有关高校创新人才培养的一系列重要讲话揭示了高校教育和高科技人才的培养对民族偉大复兴的重要性。在新时代环境下，一流创新人才及高科技人才的培养是高校教育的基本要求。材料类专业是培养创新型、复合型、应用型人才的重要方向，而专业基础知识的教授是专业科技人才培养的第一步。大学生在大学期间会接触很多课程，包括学科基础课、专业主干课以及专业方向课等。课程及其教学内容的安排对学生的培养与发展至关重要。“材料物理化学”课程是材料物理专业课程改革后新添入的一门学科基础课程。在这之前，“物理化学”课程是材料类专业学生必学的一门学科基础课。

二、课程教材的选择

课程教材的选择对教学内容的安排起到至关重要的作用。材料学科是一门历史并不悠长的新型学科，而材料物理化学课程更是显得尤为年轻。我们首先选择了化学工业出版社出版的“材料物理化学”教材。这本教材的特点是以材料的结构以及材料结构的形成为主线，从物理化学的角度讲解材料科学与工程的基础理论问题。课程内容包括：材料的结构（晶体结构、晶体结构缺陷、熔体和玻璃体、显微结构）;热力学在凝聚态体系的应用;固体表面与界面;相平衡与相变;扩散与固相反应;烧结。针对材料物理专业，在教学内容安排过程中，我们发现了如下问题：第一，“材料的结构”和“相平衡与相变”这两部分内容与“材料科学基础”的课程内容出现了重复，而这两部分内容是这本教材的主体部分;第二，热力学应用这一块的知识的论述是建立在扎实的热力学基础之上的，而学生在大学物理基础课上学习的热力学知识有限，这无疑加大了本专业学生学习这一部分内容的难度;第三，其他章节内容安排较少，局限了本专业相关课程内容的选择。每本教材都有自己的特色，所选教材固然好，但无法适应本专业学生的专业知识需求。

第二个我们选择的教材是国防工业出版社出版的普通高等教育材料科学与工程“十二五”规划教材“材料物理化学”。这本教材调整研究对象，从学习对象和过程两个角度突出“材料”二字。在材料研究领域，大部分研究对象都是凝聚态（固体和液体），而关于气体的研究比较少见，这是“材料物理化学”区别于“物理化学”的一个重要特征。“材料物理化学”的核心基础知识仍然是在经典“物理化学”课程内容的范畴，因此，在课程内容改革过程中，“物理化学”课程的经典核心内容是不能放弃的。

三、课程内容的选择

我们系统地对比研究了所选的“材料物理化学”教材和高等教育出版社出版的“物理化学简明教程”教材内容。主体内容上，它们都包含热力学、化学平衡及化学动力学、相图、表面现象以及电化学等方面的知识点。它们的区别则主要体现在以下几点：第一，“材料物理化学”教材额外引入物质状态的介绍，提出凝聚态以及“2+2”的概念，以便材料类的学生在课程伊始就把握住课程学习的对象;第二，化学平衡及化学动力学等纯化学化工知识适当简化;第三，相图的知识以凝聚态为重点学习对象;第四，在表面现象这一部分内容中，着重强调界面的概念和应用;第五，鉴于材料学科的交叉性，引入了材料学科研究过程中经常涉及的胶体化学内容。通过上述对比，我们发现“材料物理化学”课程的基本性质依旧是基础理论，只是在课程知识体系构建上需要牢牢把握“材料”的特点。

课程改革后，“材料物理化学”课程采用32个课时的课堂教学，这远远低于“物理化学”课程的教学课时。课时的精简也对课程内容的安排提出了更高的要求。首先，在热力学部分，我们以理想气体为切入点，将相关概念过渡到凝聚态，简化公式推导与计算、注重概念的讲解，这样可极大地避免因烦琐计算推导导致的时间浪费问题;其次，我们简化了化学平衡及化学动力学部分的内容，只着重介绍材料研究中会应用到的相关概念。

四、课程教学实践

教学内容和教学方案则需要在教学实践过程中不断完善。

（一）更新教学内容

在第一年讲授“材料物理化学”的过程中，我发现了许多问题。其中，最关键的两个问题是学生的基础薄弱以及教学课时的受限，而如何兼顾“材料”的专业知识和“物理化学”的基础知识也是课程教学过程中面临的一个难点。在第一年的课堂上，热力学部分花费的时间较多，直接导致后续课程讲解不深入，很多需要深入分析讲解的内容只是浮于表面，教学效果也不甚如意。因此，第二年课程开始之前，我对教学内容进行了系统的调整，精简热力学部分的基础知识，强化与材料相关的专业知识。首先，以“物质的状态和表征”为课程的切入点，引入材料结构的基本知识，为后续课程打基础;其次，系统讲授“材料物理化学”的核心知识点，包括不同物质状态下的热力学分析、与材料制备研究过程相关的化学理论基础知识（化学平衡与化学反应动力学）;然后，深入从物理化学的角度讲解与材料相关的表面/界面理论知识;最后，系统讲授对材料研究至关重要的电化学相关内容。在授课过程中，也尽量做到知识点的覆盖和各章节内容的衔接。

（二）改进教学方法

如果把课程教学比作构筑建筑，教学内容可以看作是框架，而教学方法和手段就是一门课程的主体。信息化时代，传统的教学方法已经不能激发学生的学习兴趣，如果不进行积极的引导，很可能导致学生因不解和困难而失去学习兴趣。刚入职的时候，我接受了大量与教学有关的培训，培训老师都在强调改变教学观念的重要性。在教师和学生的关系上，我们应当建立“以教师为主导，学生为主体”的新观念。在新的教学观念的指导下，我针对“材料物理化学”课程进行了一些教学方法的改革。

1.为了培养高素质复合型创新人才，在更新教学内容和课程体系之余，更重要的是要重视学生创新思维方法和自主学习能力的培养[1]，这也是课时精简的最终目的。因此，针对部分难度较低的课程内容，我们将翻转课堂应用到“材料物理化学”的教学中，要求学生提前完成知识的学习，把课堂教学从讲授变成互动，提高学生的自主学习能力，从而达到提高学生学习积极性和加强学生理论知识体系构建的目的。

2.从教学过程中学生反馈的信息可以发现，课堂的教学氛围对学生的学习效果影响很大，师生互动是组成课堂教学的必要因素。教学过程中要更突出启发式的教学思想，从面面俱到的传授转变为点到为止的引导，充分调动学生的主观能动性和学习积极性[2，3]。每堂课开始，我都会引导学生进行复习，在复习的过程中加强与学生的互动，帮助我更好地了解学生对知识点的掌握情况，也能帮助同学们更快地进入课堂。

3.“材料物理化学”课程内容较多、课时较少，这就对学生的课后学习质量提出了要求。因此，我利用微助教帮助学生在课下进行复习、预习以及知识梳理。微助教相当于我们的第二课堂，我将课程PPT和课程重难点罗列在上面，方便学生随时随地进行学习;构建讨论组，以便他们在学习过程中遇到问题可以及时提出;针对每章节内容，我都会在微助教上面编辑一些练习题来帮助学生巩固已经学到的知识。

五、结语

要想上好一门专业课，教师扎实的知识水平、与时俱进的教学方法，不断完善的教学内容和合理的教学方案设计这三者缺一不可。通过“材料物理化学”这一新课程的建设，我从中受益匪浅，新课程建设依旧任重道远。

参考文献

[1]黄治同.面向“新工科”复合型创新人才培养的教学模式综合改革与实践[J].教育教学论坛，2019（16）：224-225.

[2]赵彬.材料力学全英文教学的一体化建设模式探索[J].教育教学论坛，2019（30）：131-133.

[3]邱小雷，姚霞，曹强.高等教育国际化背景下全英文课程建设探索[J].高校实验室工作研究，2017（4）：128-131.

作者：陶洪 赵洪阳 付萍