化学与材料工程大全11篇

化学与材料工程篇（1）

物理化学是从物质的物理现象和化学现象的联系入手，探求化学变化基本规律的一门学科，在实验方法上主要采用物理学中的方法[1]。现代物理化学主要研究内容包括化学热力学及应用、电化学、表面与胶体化学、化学反应动力学、统计热力学五个方面。物理化学课程是高等学校化学教育的主干课程，是化学、化工、材料、冶金、生物、医药、地质、热工等学科的理论基础，也是众多专业招收研究生的必考科目[2]。

对于复合材料与工程专业而言，物理化学是一门非常重要的基础化学课程，与专业理论知识紧密联系，学好物理化学是学好复合材料专业知识的前提，但在实际教学中物理化学这门课程在本专业学习中存在一些问题，以下分别阐明现有问题及课改意见。

一、合理安排教学内容及课时

物理化学是一门概念性、理论性、系统性和逻辑性很强的学科，涉及的公式多，应用条件严格，比较抽象，是学生学习过程中普遍感到难度较大的一门课。在本专业的培养计划中只安排了一学期的课程学习，因此选用高等教育出版社的《物理化学简明教程》作为学习教材。这本教材简明扼要地阐述了物理化学学科的主要内容及材料类学生所需的基础知识，是一本符合本专业实际教学目标的好教材。但由于本专业物理化学的课时较少，最终只能摘取部分章节学习。例如在2010级的教学方案中，只教学了化学反应热力学部分内容（热力学第一定律、热力学第二定律、化学势、多相平衡等章节）及表面现象与分散系统章节，电化学及化学反应动力学两个重要章节都未学习，这无疑会对物理化学课程学习的系统性产生不小的损害。面对这一实际情况，我们完全可以从整个专业的培养计划出发，筛选出多门课程的重叠内容，选排重叠知识在哪门课需要重点学习，在哪门课可以了解。如在物理化学这门课程中多相平衡章节就和材料科学基础课程里相关相图的章节有所重复，对于复合材料与工程专业而言，材料科学基础里的相图知识更重要，因此在物理化学教学中完全可以减少多相平衡的教学任务，简要介绍一些基本概念和原理即可，主要学习可在材料科学基础课程中完成。同时，物理化学中的表面化学章节也与学习材料表界面课程知识重复，在材料表界面课程中更系统丰富地阐述了表面化学，因此在物理化学课程也可以酌情减少教学任务。此外，像胶体化学此类比较简单的内容也可以安排学生自学，如果担心学生的自觉性，就可以一些代表性问题作为作业，让学生完成。

此外，如果有可能就应尽量合理制订培养计划，空出一些课时，把物理化学这门分为两学期学习，因为只有系统、透彻地学习才能让学生真正走进物理化学的世界。

二、改进教学方法

物理化学这门比较让学生学起来吃力的课程，应该积极采取有效的教学方法，改变这一现状。

首先要提高学生的学习兴趣，比如在学习热力学的过程中可以从历史背景及名人轶事出发引出热力学定律，又如在电化学中可以介绍锂电的研究前景、新能源汽车的发展现状等。兴趣始终是学习的最好动力，培养学生的学习兴趣是最大挑战也是最有效的教学方法。

其次采取案例法[3]、类比法[4]等总结所学知识与生活的联系及知识之间的关联对比，加深学生印象，帮助学生更好地理解所学知识。对于案例法，我们可以从工业生产的角度选取一种产品总结其中涉及的化学反应热力学、化学反应动力学等知识，这样可以使学生产生直观的学习感受，应用更好的学习方式。物理化学中有很多知识是可以用类比法学习的，如可逆电池与不可逆电池、理想气体与非理想气体等。这些类比不应由老师直接给出，而应让学生先独自完成这些类比，最后再对学生的类比结果进行查缺补漏，这样不但可以加深学生的学习印象，更可以锻炼学生的自主学习能力。

传统的“满堂灌”教学方法培养出来的学生，最明显的弱点是思维呆板，缺乏创新能力和发散思维[5]。因此，我们可以设置专门的讨论课，在相互交流中使学生的思维活跃起来，对于一些重要概念如热力学部分的焓、熵等，让学生通过独立思考提出见解，得到教师和其他同学的帮助和启发。讨论课不仅能激发学生的学习兴趣，而且能形成良好的相互探讨和交流的学习风气，有利于发散思维及创新能力的发展。

三、开展自主实验

物理化学实验的开展无疑在物理化学学习中是十分必要的，有很多概念公式都可以从实验中得到深刻体会理解，同时通过实验也能充分锻炼学生的动手和思考能力。作为工科材料类的学生没有必要也没有时间学习整个物理化学实验的内容，但开展一些重要公式概念所涉及的实验是十分必要的，因此我们可以在教学计划中安排一些实验由学生动手完成，这是提高学生学习兴趣的一个有效途径。以往，实验课大多是老师在实验前进行讲解示范，然后学生跟着模仿一遍，这种教学过程对大多数学生而言更像是走马观花，达不到较好的教学效果。对此，我们可以适当安排一些自主实验让学生查找相关实验的文献资料和数据手册，并调动他们的主观能动性，让他们自己设计实验方案，最后联系所学知识对所得数据进行处理与分析[6]。在整个过程中，老师所要做的是扮演好答疑者和督促者的角色。这样不仅会提高学生的实验能力，更会培养学生自主学习的能力。

参考文献：

[1]傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华.物理化学[M].北京：高等教育出版社，2005：3.

[2]范崇正，杭瑚，蒋淮渭.物理化学[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2006：1.

[3]李学峰，赵艳茹.案例法在物理化学教学中的应用[J].大学化学，2012，27（5）：15.

化学与材料工程篇（2）

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）04-0170-02

一、材料科学与工程专业化工原理实验教学目的与要求

1.化工原理实验教学目的

该实验课程主要讲述化工原理中单元操作所涉及的各种设备，以巩固学生加深对化工实际生产的理解，由实验数据和实验现象得出结论并提出自己的见解，增强创新意识，同时，对学生的科学研究能力、创新能力的培养也起着十分重要的作用[1-5]。

2.化工原理实验教学要求

通过实际操作使学生验证有关化工单元操作的理论，熟悉实验装置的结构、性能、工艺流程，掌握化工单元操作方法，培养学生从事实验研究的能力，其中包括：分析和观察实验现象的能力、正确选择和使用测量仪表的能力、利用实验的原始数据进行数据处理以获得实验结果的能力、运用文字表达技术报告的能力[4-5]。

二、化工原理实验中存在的不足

1.人数较多，仪器装置较少，学生动手能力受到限制，由于连年的扩招，每个班的学生人数基本都是35人以上，而实验仪器的台套数并没有增加， 7-8个学生用一台装置的现象非常普遍，个别学生根本没有机会动手操作仪器。

2.学生被动的做实验，完全按照实验书上的照搬照抄，“照单抓药”式的教学，学生花大量的时间写预习报告，来到实验室也不知道到底为什么做实验，怎么做实验。

3.学生工程实践性意识淡薄，不知道化工原理实验的重要性，只是为了学分被动的做实验，达不到理论联系实践的作用。

三、化工原理实验的教学改革与思考

1.化工原理实验教学模式的改革与思考

针对“僧多粥少”的问题的教学模式，材料科学与工程专业化工原理实验充分打破以往“大水漫灌”、“放羊”式的教学模式，分小班、小组教学，每一个小组为3-4人，每一位同学在实验中都有不同的分工， 比如过滤实验（恒压过滤），一个学生要负责压力阀、料浆阀、料液阀的畅通，一个学生负责记时，一个学生要看滤液量和记录，大家还要共同清洗滤布，倾倒滤渣，每组学生只有默契合作，才能将实验做完，这样就充分调动了学生的积极性、参与性和团队合作意识，老师再根据实验操作和小组合作进行现场打分，教学效果明显提高。

2.化工原理实验教学方式的改革和思考

每次课授课之前，给学时留20-30min的时间熟悉实验装置的结构、性能、工艺流程，掌握化工单元操作方法，正式讲课时，以分组提问的方式让学生自己讲解工艺流程和操作步骤，以引导的方式把理论课本上讲解的内容和实际操作中遇到的问题相结合，比如传热实验（强化管传热），改变原来只做实验、测数据的单一教学手段，通过强化管的强化方法，引申到化工中常见的传热设备的改进方法，讨论如何从材料的角度降低成本，从传热的角度提高传热速率等，学生积极参与发言，各抒己见，当实验中出现的现象和理论不符时，引导学生从实验的源头到实验过程中分析误差，充分解决“照单抓药”式的教学模式。

3.化工原理实验教学内容的改革与思考

充分联系课本理论知识，让学生感觉化工原理实验非常实用。比如传热实验，告诉学生热电偶温度计的测温原理，温度计冷端温度补偿的含义，用电脑记录数据的方法，通过数据处理，双对数作图、线性回归等方法，了解计算机技术在化工原理实验中的重要性，实验结束后，学生要对实验数据进行处理，还要总结和分析，分析实验数据误差产生的原因等，根据实验报告上的数据处理为依据，数据处理主要以电脑处理为主，可以锻炼学生应用Word、Excel、Origin等办公软件的能力。

以上教学内容和教学方法的改革充分调动了学生的实验积极性，增强了工程观念，充分做到了理论联系实际。

参考文献：

[1]焦纬洲，刘有智，袁志国，祁贵生，高Z.基于工程实践能力培养的化工原理实验教学模式的研究与探索[J].实验技术与管理，2014，31（3）：166-168.

[2]戴益民，李浔，张跃飞.基于创新与实践能力培养的化工原理实验研究性教学模式的探索与实践[J]. 化工高等教育， 2012，6：31-34.

化学与材料工程篇（3）

中图分类号： TV672+.1 文献标识码： A 文章编号：

前言

根据2010年10月01日开始实施的我国第一部关于化学灌浆施工的规范DL/T 5406-2010 《水工建筑物化学灌浆施工规范》的定义，化学灌浆是利用钻孔、埋管、贴嘴等设施，将化学浆液注入基岩、覆盖层（砂层）、混凝土裂缝、结构缝等需处理的工程部位，使其充填、扩散、胶凝、固结，达到防渗堵漏、补强加固目的的工程措施。化学灌浆是在水泥等粒状灌浆材料应用基础上发展起来的，其所用灌浆材料为真溶液，与颗粒性石灰、粘土和水泥灌浆材料相比，可灌性好、胶凝时间可按工程需要调节、粘结强度高，因此，某些用水泥灌浆不能解决的工程问题，采用化学灌浆材料处理或进行复合灌浆，基本上都可以获得满意的解决。目前，运用化学灌浆技术解决工程中防渗堵漏与加固补强两大方面的工程问题取得了卓越成效。今后，随着DL/T 5406-2010 《水工建筑物化学灌浆施工规范》、JC/T 2037-2010《丙烯酸盐灌浆材料》及JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》等一系列规范的实施以及我国经济建设的快速发展，化学灌浆将会在水利水电、交通、采矿、建筑行业和文物保护方面的得到越来越广泛的应用。本文结合四川泸定水电站2#泄洪洞的混凝土裂缝及施工缝渗水等缺陷的试验研究处理，对如何合理选择水工隧洞混凝土化学灌浆工程材料及施工工艺进行了探讨，对不同类型的混凝土缺陷选用了针对性化学灌浆材料及施工工艺，对今后类似工程的处理具有一定的指导意义。

正确选用化学灌浆材料是保障化学灌浆工程效果和耐久性的关键

成功的化学灌浆处理工程应是能满足设计或使用要求与保证化学灌浆处理工程的耐久性两个方面。水利水电行业是我国应用化学灌浆技术最早的行业，由于工程的重要性，对化灌浆材施灌效果和耐久性的要求十分重视，一般都必须经过现场工艺性试验并进行各项试验检测，以选出性能效果最好的材料进行工程应用，下面结合泸定水电站施工实际进行相关介绍。

四川泸定水电站为大渡河干流水电梯级开发的第十二级水电站，位于甘孜藏族自治州泸定县境内，2#泄洪洞位于大渡河右岸, 长1431m，纵坡约11.23‰，为特大断面水工隧洞。隧洞衬砌厚度140～160cm，衬砌后过水断面为13×19m，该洞室底板迎水面及边墙采用了C40HF抗冲耐磨混凝土衬砌。在施工过程中，由于温度应力及基础约束等多方面因素影响，墙拱C40HF抗冲耐磨混凝土衬砌范围内发生了较多裂缝。根据统计，裂缝总长4811m，其中2459m为渗水裂缝，其余为干缝。渗水裂缝宽度均大于0.2mm（大部分集中在0.2～0.4mm之间）、与水平夹角大部分大于45°，且主要集中在局部地段、渗水量较大。此外，在部分施工缝位置，也出现了少量渗漏水流淌的现象。通过分类调查统计显示，本工程出现的裂缝类型为小于0.2mm的浅表裂缝、大于0.2mm的干裂缝、大于0.2mm的渗水裂缝（渗水量小，未出现明显流淌现象）、大于0.2mm的渗水裂缝（渗水量大，出现较大流淌现象）等四种类型。由于裂缝类型的不同，并结合水工隧洞工程耐久性的要求，需要对不同类型、不同特性的化学灌浆材料进行合理选择。

化学灌浆材料品种很多，分类方法也很多，除按照组成化学灌浆材料主要材料的成分进行分类外，也可按灌浆目的分为防渗堵漏、固结补强两类，这些材料都有一定的独特性能，使用的针对性强，使用时应根据工程处理的要求加以选用。常见的两大类型化学灌浆材料见下表。

常用的两大类型化学灌浆材料

类型 名 称 特性及使用条件 备注

防渗堵漏型 丙烯酰胺

（丙凝） 固化体具有弹性，抗渗性能好，凝固速度快，有失水干缩和再次遇水膨胀性能，适于防渗堵漏，是曾经普遍使用的化学灌浆材料，但由于毒性较大，目前国外已禁止使用，我国已不提倡使用。

聚氨酯 分为水溶性聚氨酯和油溶性聚氨酯：其中水溶性聚氨酯又分为高强度（HW）、低强度（LW）两类，两者能以任意比例互溶，以得到不同性能的固结体。其特点是与水反应迅速，并能与水形成凝胶体，呈柔性弹性体，适用于大流量的快速堵水与潮湿裂缝的防渗处理，但由于其强度低，不具备对混凝土的补强作用，且其泡沫易破裂而产生收缩，耐久性较差，主要用于各种防渗堵漏工程；油溶性聚氨酯与水不相容，只能溶于有机溶剂，并与水或其他活性氢基团反应而固化，其反应速度较快，形成的固结体呈刚性，一般强度较高，既可用于防渗堵漏工程，也可用于补强加固工程。

丙烯酸盐 性能与丙凝类似，目前研制出的第二代丙烯酸盐灌浆材料已达到实际无毒级别，是取代丙凝的理想材料，多使用在地基处理和防渗堵漏上，成本较水溶性聚氨酯高。

水玻璃 最早使用的化学灌浆材料，具有无毒、价廉、黏度小等特点，是多数防渗堵漏材料的首选，特别是水泥－水玻璃体系在工程中得到了广泛的应用，但由于强度低、耐久性差，一般只在临时性工程中使用。

固结补强型 环氧树脂 结构中含有环氧基团，能与活性基团反应，生成稳定的高分子结构。具有强度高、收缩小、粘结力强、耐老化性能好的特点，常用于混凝土结构和地基基础的补强、加固与防渗处理，是使用最为广泛的化学材料之一。但由于其属于固化时间比较长的灌浆材料，因此对于有流动水的场合，不宜采用。

油溶性

聚氨酯 与水不相容，只能溶于有机溶剂，并与水或其他活性氢基团反应而固化，其反应速度较快，形成的固结体呈刚性，一般强度较高，可用于补强加固工程，但不适用于混凝土结构裂缝。

甲基丙烯酸甲酯

（甲凝） 黏度低（低于水），可灌性好，但固化过程中体积有收缩。比重低于水，不能灌注有水裂缝，适于灌注δ＝0.05～0.1mm的发丝裂缝，常用于混凝土干细裂缝和文物修复处理。

然而以上两种类型的化灌浆材的功能并非绝然分开。第一种类型中的水玻璃，亦可单独或与水泥混合用于强度要求较低的土基的半永久性补强材料，聚氨酯中强度较高的油溶性聚氨酯也可用于非结构性混凝土裂缝补强。而少数亲水性较好且固化较快的改性环氧浆材对渗流量小的混凝土结构裂缝具有排水补强功能，但出水量较大的工程不能用作堵水材料。所以，在实际应用中应根据工程实际情况合理地选用浆材。对于混凝土裂缝化灌处理的合理选择原则一般应考虑以下几个方面：

1）要根据工程使用要求选择浆材

化学与材料工程篇（4）

在材料科学与工程专业的本科教学工作中，本科生进入大三和大四的学习生活中，就要学习材料科学与工程专业的专业课程和专业基础课程。其中在材料科学与工程专业的课程教学中，在讲述材料的合成与制备方法，材料科学基础等课程中都将讲述过金属间化合物材料。金属间化合物材料已经作为金属材料教学研究中的重要内容。金属间化合物材料是指金属与金属间形成的金属互化物或者金属与非金属元素间形成的化合物。金属间化合物的种类比较多，而且一些常用的金属间化合物已经在工程领域得到应用。金属间化合物材料中所含元素都是普通元素，是金属合金材料，所以可以将金属间化合物材料的制备和性能的知识内容引入到材料科学与工程专业的课堂教学和实验教学中，可以作为本科学生的毕业设计和专业课程设计教学内容。

一、金属间化合物材料的概述和应用

金属间化合物是指以金属元素或类金属元素为主组成的二元或多元系合金中出现的中间相。金属间化合物主要指金属与金属间，金属与类金属之间按一定剂量比所形成的化合物，金属间化合物有的已是或将是重要的新型功能材料和结构材料。金属间化合物的历史由来已久，金属间化合物的研究已经成为材料科学研究的热点之一。人们发现许多金属间化合物的强度并不是随温度的升高而单调地下降，相反是先升高后降低。因为这一特性，掀起了新一轮金属间化合物的研究热潮，使金属间化合物具备了成为新型高温结构材料的基础。现在已研究出许多方法和措施，用来改善和提高金属间化合物的塑性，为将金属间化合物材料开发成为有实用价值的结构材料打下基础。金属间化合物是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物强度高，抗氧化性能好和抗硫化腐蚀性能优良，优于不锈钢和钴基，镍基合金等传统的高温合金，而且具有较高的韧性，因此金属间化合物被公认为是航空材料和高温结构材料领域内具有重要应用价值的新材料。金属间化合物材料作为近20年内才发展起来的新材料，相对于传统金属材料具有特殊的优点和规律，广泛用于制备金属间化合物基复合材料。金属间化合物相对于金属材料为脆性材料，相对于其他材料则具有一定的韧性，并且具有相当高的塑性。某些金属间化合物还具有反常的强度-温度关系，在一定的温度范围内，强度随着温度的升高而升高，这对高温结构材料的开发和应用给予很大的希望。此外许多金属间化合物材料具有良好的抗氧化性能，耐腐蚀性能和耐磨损性能，如Ni-Al金属间化合物和Fe-Al金属间化合物材料。因此采用金属间化合物和其他材料相复合制备复合材料可以提高金属间化合物材料的力学性能。

金属间化合物具有一系列的优异性能是最具有吸引力的新一代高温结构材料和表面涂层材料。金属间化合物的种类非常多，近年来国内外主要研究集中于Ni-Al金属间化合物，Ti-Al金属间化合物，Fe-Al金属间化合物等含Al金属间化合物的研究。目前金属间化合物材料已经研究和开发的较为广泛。许多金属间化合物材料已经用于铸造，锻压和高温熔炼等。金属间化合物材料具有高温强度好，高温抗蠕变性能强，抗腐蚀性能好，抗氧化性能好等优点，且在一定的温度范围内金属间化合物的屈服强度随着温度的升高而升高。但是金属间化合物材料作为使用的结构材料，还存在硬度低，断裂韧性差以及高温强度低等缺点。将金属间化合物与其他材料进行复合制备金属间化合物基复合材料，以制备出兼具有二者优点的复合材料是当前的重要研究和发展方向。金属间化合物材料具有较高的加工硬化率和较特殊的高温性能，因而被认为是下一代高温结构材料和高温耐磨损材料之一，特别是在改善金属间化合物材料的塑性后，更是受到了广泛的重视和研究。为了进一步提高金属间化合物材料的综合性能，很多研究工作者在金属间化合物材料中加入强化相制备金属间化合物复合材料，即形成金属间化合物基复合材料。可以向金属间化合物中加入碳化物硬质相制备耐磨损的金属间化合物基复合材料。金属间化合物材料具有许多优秀的性能而被广泛的应用到工程领域中。

二、金属间化合物在材料科学与工程专业教学实践中的研究和应用

金属间化合物材料由于具有许多优异的性能而被广泛的应用在工程领域中，所以应该在材料科学与工程专业的课堂教学和实践教学中增加一些金属间化合物的知识和内容。金属间化合物材料主要包括Al系金属间化合物材料，主要有Fe-Al金属间化合物，Ni-Al金属间化合物，Ti-Al金属间化合物等，还有其他的如Cu-Al合金，Cu-Zn合金以及Ni-Ti合金体系等金属间化合物材料。由于一般常用的金属间化合物是由两种金属元素形成的化合物并具有典型的二元相图，所以可以通过认识和了解金属间化合物学习和掌握二元相图的知识内容。此外金属间化合物材料的制备工艺方法也有很多，主要有金属熔炼法，高温自蔓延反应合成法，机械合金化法，反应烧结法，粉末冶金工艺等多种方法。其中反应熔炼法是将不同种金属元素放到熔炼炉中进行熔化形成金属合金熔体使其均匀混合并冷却形成金属间化合物材料。高温自蔓延反应合成方法是通过反应放出大量的热量维持反应继续进行最终形成所需要的金属合金材料。机械合金化工艺过程是利用高能球磨机把两种纯金属粉末放入球磨罐中并加入适量的添加剂进行球磨，粉末的制备由机械合金化过程完成，块体的制备则由烧结过程实现，机械合金化工艺是一种固态反应的过程。机械合金化技术是近年来发展起来的一种材料制备方法，机械合金化工艺通过对粉末反复的破碎，焊合来达到合金化的目的，由于合金化过程中引入大量的应变，缺陷以及纳米级的微结构，机械合金化制备的材料具有一些与传统方法制备材料不同的特性。通过机械合金化工艺就可以制备出金属间化合物粉末。粉末冶金技术是制备金属间化合物材料比较常用的一种方法。以单质或合金粉末为原料，一般是先用塑性加工的方法把粉末制备成所需要的复合材料制件，然后在烧结同时实现了制件的成型。反应烧结法是将不同种金属元素粉末通过热压烧结工艺或者常压烧结工艺形成金属间化合物块体材料。金属间化合物材料的制备通常采用粉末冶金工艺进行制备。

由于金属间化合物材料原料成本较低，制备工艺不复杂，所以对于金属间化合物材料的制备和性能的研究工作可以引入到材料科学与工程专业的实验教学工作中。可以在实验教学的课程中增加金属间化合物材料的制备和性能的研究内容，例如通过反应熔炼法，机械合金化方法和粉末冶金法等制备金属间化合物材料，并对金属间化合物材料的结构和性能进行研究。通过以上实验教学过程可以锻炼学生的实践能力和分析能力，还可以加深学生对材料科学与工程专业知识内容的认识和了解。在上述实验方法中，其中机械合金化工艺是比较实用并且能够在实验室里进行的。机械合金化工艺是将两种不同的金属粉末混合并经过高能球磨过程制成金属间化合物粉末，并通过烧结过程制备金属间化合物块材。机械合金化工艺可以在实验室里进行，可以安排学生通过机械合金化工艺制备金属间化合物材料。此外在本科学生的专业课程设计和毕业设计期间也可以安排学生进行金属间化合物材料的制备和性能的研究工作。通过对金属间化合物材料的制备和性能的研究工作，使得学生充分的认识和了解金属间化合物材料的性能特点，并加深学生对所学习的材料科学与工程专业课程知识内容的认识和了解，使得学生对材料科学与工程专业的课程内容有一定的掌握和熟悉，并通过实验教学过程提高了学生的实践能力和分析问题解决问题的能力，扩展了学生的知识面。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的实践教学过程中增加一些关于金属间化合物材料的实验课程，并以金属间化合物材料的制备和性能的研究内容作为实验教学课程，这将有助于提高学生的实践能力并扩展了学生的知识面，这为本科学生以后学习材料科学与工程专业的知识内容打下坚实的实验基础。

三、金属间化合物材料未来的研究方向和发展趋势

金属间化合物材料由于具有许多优异的性能而被广泛的应用在工程领域中。近年来金属间化合物材料发展迅速，一些常用的金属间化合物已经被应用到实际的工程领域中，还有些新型的金属间化合物正在研究和开发中，而且有些金属间化合物作为结构材料进行使用，还有些金属间化合物成为先进功能材料和具有特殊性能的新材料。所以金属间化合物材料的发展和应用前景比较广阔。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的实践教学过程中增加一些关于金属间化合物材料的实验课程，并以金属间化合物材料的制备和性能的研究内容作为实验教学课程。通过实验课程教学可以提高本科学生对材料专业课程内容的认识和了解。

本文主要讲述金属间化合物材料的概述和应用，并讲述金属间化合物材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用，并介绍金属间化合物材料的未来发展趋势和方向。作者认为在材料科学与工程专业的实验教学中增加金属间化合物材料的制备和性能方面的实验课程，通过实验课程教学可以提高学生对材料科学与工程专业所学知识的认识和掌握。

参考文献

[1]林栋梁.高温金属间化合物研究的新进展[J].上海交通大学学报，1998，32（2）：95-109

[2]何慧，张晓花，杨渭.金属间化合物的机械合金化制备[J].山东冶金，2004，26（5）：45-50

[3]杨晓光.粉末冶金技术的应用与发展[J].航空工艺技术，1999（4）：36-38

[4]徐润泽.当今世界粉末冶金技术和颗粒材料的新发展[J].机械工程材料，1994，18（2）：1-6

[5]郭志猛，杨薇薇，曹慧钦.粉末冶金技术在新能源材料中的应用[J].粉末冶金工业，2013，23（3）：10-20

[6]马臣，孟延红，曹智贤.机械实验课程教学体系构建的探索[J].实验室科学，2010（1）：44-46

[7]许家瑞.构建创新实验教学体系的探索与实践[J].实验技术与管理，2009（5）：1-4

化学与材料工程篇（5）

2 构造专业实验与技能一体化的教学模式，建立“四级实验平台”

为满足金属材料工程特色专业的建设和创新型人才培养模式的需求，突出并强化实践教育环节和学生能力的培养和训练，迫切需要加强实验教学的改革与创新。我校将专业实验与专业技能培训融为一体，针对金属材料工程专业多门专业课程，实行“四级实验平台”教学改革。

2.1 优化整合，编写四级实验指导书

将以往所属材料科学基础、钢的热处理、材料性能学、工程材料学、表面工程、腐蚀与防护等专业基础课与专业课程中的实验进行统一整合，按“专业基础性”“拓展技能训练”“材料工艺设计实验”和“材料性能测试与分析”四级平台进行实验设计与技能培训。其中专业基础性实验包括金相显微试样的取材与制备，金相显微镜的构造、使用与图像的采集和处理，铁碳合金平衡状态下的显微组织观察，金属的塑性变形与再结晶，热电偶与炉温仪表的成套性检定，目的是让学生掌握材料学科最基本的金相试样制备、显微镜使用及铁碳合金基本组织等。拓展技能训练实验包括化学器皿的使用及镀液的配置，电镀、化学镀设备及镀层常用检测设备的使用，电化学试样的制备，恒电位仪的使用与极化曲线的测试，综合实验—合金镀层的制备及镀层性能的检测和耐蚀/耐磨性的评价，目的在于训练学生熟悉金属材料表面处理的常用方法、操作以及表面处理设备和检测设备的使用方法，并在此基础上进行镀层工艺设计和性能评价。材料工艺设计实验包括奥氏体晶粒显示及晶粒度测定，钢的淬透性的测定，常用工业用钢典型热处理组织的观察，铸铁及有色金属显微组织观察，综合实验—热处理工艺设计及操作，目的在于让学生熟悉常用钢典型热处理后的组织形貌特征及热处理基本操作和实际密切相关的晶粒度、淬透性测试方法，同时针对所学专业知识进行热处理工艺设计、操作及组织分析等一系列综合训练。材料性能测试与分析实验包括电子拉伸试验机的使用及拉伸实验，材料的硬度实验，单摆冲击试验机的使用及系列冲击实验，断口形貌分析，综合实验—金属材料热处理工艺及力学性能测试分析，目的在于让学生了解并熟悉工程材料常用力学性能的实验方法及所用设备、失效的断口形貌特征，并在此基础上通过综合设计实验训练学生合理选材、工艺设计、性能测试与评价等综合技能。

通过建立专业基础性、拓展技能训练、材料工艺设计实验和材料性能测试与分析四级实验平台，编写实验指导书，使独立开设的实验实现操作技能与能力训练一体化，突出学生的主观能动性，培养其实验技能与独立分析和设计能力以及科研意识等综合能力，使学生具备材料科学研究的基本操作技能和研究方法，提升学生的综合素质。

2.2 集中训练，加强课程有机联系

我们将原来分属于多门课程的分散孤立的实验进行优化组合，建立四级实验平台，其中每级平台分别有5个实验，20学时，进行集中训练，安排在大三全年和大四上半年完成。集中培训，可以帮助学生将不同课程中学到的理论知识联系起来，建立起专业课程之间的有机关联。学生在训练过程中亲自动手，尤其是实验平台中综合性、设计性实验要求学生根据任务要求，自行设计工艺路线和制备方法，不但强化与巩固了课堂理论知识，而且促进了多门课程间知识的交叉与融合，培养了学生的创新精神和独立分析问题、解决问题的能力，激发了学生的科研兴趣，受到学生的广泛好评，为他们以后走上工作岗位以及继续进行科学研究打下了良好的基础。

2.3 优势互补，联合进行平台建设

在专业实验与技能一体化教学模式实施之前，分别由教研组教师与实验教师承担教学和实验任务，使教学和实验完全脱节[6]。学生在实验时是怎么操作的，理论课教师一无所知；学生在课堂上学习了哪些知识，实验教师也不太清楚。而且，随着科学技术的发展和知识的更新，一些陈旧的方法和技术已经被淘汰，而实验教师仍在使用，造成教学和实验的脱节，对学生的素质培养和就业极为不利。

通过整合实验，使授课教师和实验教师共同参与到实验平台建设中来。专业授课教师大多数是从国内外重点高校毕业的博士生，具有扎实的专业理论基础和较强的研究能力，对目前本领域研究方向的发展较为熟悉，能够把本专业的新思想、新动向传递给学生。实验教师学历虽然不高，但具有丰富的操作经验，熟悉各种仪器设备的使用方法及实验的操作步骤。授课教师和实验教师联合，优势互补，相得益彰，有助于教学工作的完成和学生技能水平的提高。

2.4 科学评价，建立统一的考核机制

原来分属于不同课程的实验都是单独操作的，学生的实验报告上交后由实验教师评定，但实验成绩不作为评价指标计入学生的总成绩。因此，学生做不做实验，实验质量优劣都不会影响其最终成绩，这对于学生实践动手能力的锻炼是非常不利的。

将分属于不同课程的实验打乱，重新组合，建立四级实验平台，每个平台中的实验都由学生自己动手完成，根据学生实验中的动手能力、团队合作能力、创新能力等表现以及最后提交的实验报告分别给 出评定，学生获得各个平台的实践成绩。这样的评价方式，能科学地反映出学生对理论知识的掌握水平，同时在实验中锻炼了他们独立思考、提出问题和解决问题的能力，有助于学生综合素质的提高。

3结束语

对金属材料工程专业各课程实验进行整合，独立开设专业实验，打破了课程之间的界限，建立了专业基础性、拓展技能训练、材料工艺设计和材料性能测试与分析四级实验平台。通过编写四级实验指导书，集中训练；授课教师与实验教师联合授课、科学评价等措施，突出了实践技能和综合能力的培养与训练，培养了学生独立思考、分析解决问题的能力；综合性、创新性实验的开设突出了学生的主体地位，体现了个性化教育的培养理念，有助于学生综合素质的提高。

参考文献

[1] 叶宁廖,林楠,彭波.理论实验一体化教学模式在药理学教学中的实践与探讨[J].职业技术,2011(11):22-23.

[2] 马松涛,臧志和,刘冬恋.教师理论实验分离教学利弊分析[J].四川生理科学杂志,2012,34(3):130-132.

化学与材料工程篇（6）

高分子化学实验是高分子化学课程教学的一种最有效的实践教学形式，它可以帮助和促进学生课堂理论知识的学习与消化，建立和巩固高分子化学基本概念和理论，获取高分子化学知识，培养科学素质和操作技能。我国著名化学家戴安邦指出:“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的，全面的化学教育要求既传授化学知识和技巧，又训练科学方法与思维，还培养科学精神和品德，学生在化学实验中是学习的主体，在教师指导下进行实验，训练用实验解决化学问题，使各项智力皆得到发展”。这番话指出了开设化学实验课的深刻内涵和重要价值。2004年国家教育部颁布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》在评估指标的二级指标“实践教学”中，从“实践教学内容与体系，综合性、设计性实验课的比例及效果，实验室开放”三个方面明确了实践教学改革和发展的方向。近几年高校的化学类实验教学改革取得了令人瞩目的成果。高分子材料科学与工程专业是很多高校在近年来新开设的专业，在实验教学与改革方面的成果积累较少，尤其高分子化学实验教学采用陈旧的教学内容和教学方法依然居多。通过调研发现，目前国内高校高分子材料科学与工程专业的高分子化学实验教学依然不同程度地存在一些问题。

一、高分子化学实验教学现状剖析

1.实验教学体系和内容欠争理

多数的实验教学附属于理论教学，没有单独设课和单独考核，实验课时相对较少虽然有些高校高分子化学实验已经独立设课，但仅作为考查课。实验教学内容中传统的、陈旧的实验较多，而体现现代科学技术发展成果的实验很少认知性、验证性实验所占的比理偏高，培养学生创新能力的综合性、设计性、应用性和创新性的实验偏少，而且实验环节偏重于理论，突出高分子材料应用性特点的实验太少，不利于培养学生的工程观念。

2.实验教学方法单一

学生按照实验讲义预习，然后进实验室。实验前教师把实验目的、实验原理、仪器使用方法、测试方法、实验步骤和数据记录表格及数据处理方法等进行详细的集中讲解。学生只需按教师指导的过程按部就班或者依照讲义“照方抓药”，就可以完成一个实验。一部分学生糊里糊涂地来到实验室，只动手不动脑地完成实验，然后又迷迷糊糊地离开实验室。实验的现象和结果没有给他们留下太深的印象，对学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及创新意识的培养都很不够。这种统一模式、统一要求、齐步走的教学方法，一方面造成了学生对教师的过分依赖，另一方面抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养。

3.实验嫩学手段落后

在现代信息技术迅速发展的今天，虽然网络技术、多媒体技术等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用，但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用。这样对于一些耗费过高、时间过长、毒性过大、危险性过高的实验，只能最低限度地开设，且开设过程中费用大和危险性高，导致学生对此类重要实验缺乏足够的认知和感受的机会。

二、新教学模块的实践性探索与成效

针对目前国内高校高分子材料科学与工程专业高分子化学实验教学中存在的一些问题，借鉴其他化学实验教学改革的优秀成果，提出了基础技能实验、综合设计实验、研究创新型实验的三个高分子化学实验教学模块体系，并在每个模块中结合常熟理工学院教师的科研成果引入_些新的实验教学内容，采用开放式实验教学方法。通过实验教学实践发现新的体系和教学方法在培养学生的创新意识和工程实践能力方面起到了较好的效果。

1.基础技能实验教学模块

基础技能实验模块构建的目的着重建立高分子化学实验与相关基础理论知识之间的有机联系。培养学生的实验安全意识、清洁卫生习惯和严谨的实验态度。训练学生掌握熟练规范的实验操作技能和技巧，为后续的实验教学模块的实施打下良好的基础。

基础技能实验模块的教学内容设计在课时总量的40%～50%为宜，课时数约30学时，开设8～10个实验。教学内容设计涉及到高分子化学反应机理，如自由基、阴离子，阳离子等连锁反应机理，缩聚、基团转移聚合等逐步反应机理，开环聚合反应机理等。在实验实施方法方面涉及到本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合、熔融缩聚、界面缩聚等。如设计膨胀计发测定苯乙烯本体聚合动力学实验，让学生直观感受到了诱导期概念、聚合过程体积减小的现象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化学理论知识。设计过硫酸钾引发甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合实验，除让学生明确了乳液聚合的基本原理外，还了解到了聚合物大分子链端基的重要作用。设计己二酰氯和己二胺界面缩聚实验，让学生深入理解了界面缩聚的概念和聚合物的可纺成纤性能等主要高分子知识。通过设计一些自由基、阴离子、阳离子等连锁反应机理的实验，使学生进一步掌握了活性中心的概念，同时在实验过程中认知了这些引发剂的活性、安全使用和贮存事项。

2.综合设计实验教学模块

综合设计实验教学模块旨在培养学生较强的实际动手能力，自主设计和分析解决问题的能力。本实验模块是实验教学的较高层次，注重学生实验的自主设计性和综合性。

教学内容设计在课时总量的20%～25%为宜，课时数约15学时，开设2～3个实验。本教学模块的特点之一是实验内容的综合性，可以将同一门课的几个实验，或者是几门课的实验组合在一起，形成一个大实验。本教学模块的特点之二是实验方案的灵活性和设计性，侧重培养学生的自主实验和学习的意识和良好习惯。例如关于高分子合成实验先确定好采用的聚合机理和聚合方法，在原材料配方组成、引发剂种类及用量、合成温度等工艺条件方面给出一个大致的框架，然后让学生在所给的框架内进行自行设计和实施实验。譬如悬浮法制备聚苯乙烯珠粒实验，水的用量范围为苯乙烯质量的100%～200%、分散剂为磷酸钙或聚乙烯醇两种、引发剂过氧化二苯甲酰用量为苯乙烯质量的0.2%～1.0%、反应温度设定在75℃～85℃范围等。学生通过自行设计的方案实施实验获得了不同的实验结果，通过对不同组之间实验结果的综合分析，找到了影响悬浮法制备聚苯乙烯珠粒的一些因素，激发了学生动手实验的兴趣，发挥了学生自主实验和学习的主观能动性。

3.研究创新实验教学模块

设置研究创新实验教学模块培养学生的科研和创新意识、提高学生的综合素质和应用开发能力，为实现培养高质量的应用型人才的教育目标提供重要的教学内容实体支撑。 　 本实验模块是实验教学的最高层次，注重学生实验的独立自主陛、综合性、应用性和创新性，教学内容设计在课时总量的20%～25%为宜，课时数约15学时，开设2～3个实验。本实验教学模块的特点之一是实验项目的独立自主性和综合性。也就是说确定好实验项目之后，让学生在实验教师指导下独立自主地进行实验项目方案的调研、设计、实施和结果分析。本实验教学模块的特点之二是实验项目的应用性和创新性，所拟定实验项目必须关联生产实践中的聚合物产品，充分体现实验项目的应用性。实验项目设计主要针对这些高分子产品生产实践中存在的共性问题和关键问题的解决来进行设计。通过研究创新实验的实施，发现学生学习积极性很高，乐此不疲，为培养学生创新意识和展示高分子化学实验的应用性特征提供了最佳学习平台，尤其是开发一些联系生活实际的应用型实验，可使学生亲身感受到高分子化学实验的实用价值，能强烈激发学生的创造动机。此外，研究创新实验往往需要多名学生共同完成，有利于培养学生的团队合作精神。例如，聚氨酯绝缘漆的制备及性能测定实验，每个学生做一个实验配方，每5名学生一组，5名学生的实验结果综合在一起可以得出高分子树脂配方组成与漆膜性能之间的关系曲线，以及固化条件与漆膜性能之间的关系曲线。在实验过程中，5名学生要共同安排实验方案，尽量保持操作的一致性，最后得出的结果要呈规律性变化。如果有一名学生操作有误，这个实验点就会落在规律性以外，影响其他学生对实验现象的观察。因此，实施研究创新实验项目对教师也提出了更高要求。在每次实验前，教师要指导学生拟定方案，并对可能出现的实验现象和各种影响因素进行分析，实验过程中，又有多种意外的实验现象出现，这势必要求师生共同分析和讨论造成这些现象的原因，帮助学生透过现象深刻理解事物的本质。这样做需要教师有相当的知识储备量，并且要求教师也不断进取，充分体现了教学相长的教育理念。

三、结论

基础技能实验、综合设计实验、研究创新实验+教学模块教学的实践证明教学效果显著，特别对提高学生综合实践能力、激发学生理论课学习兴趣、培养学生创新意识和应用开发技能取得了预期效果。基础技能实验模块的教学效果主要体现在实验现象与相关基础理论知识之间的有机联系，高分子化学实验操作技能和技巧的掌握和规范。综合设计实验的教学效果主要体现在学生自主设计和分析解决问题的能力培养。研究创新实验的教学效果主要体现在学生科研和创新意识的建立，以及学生团队意识和应用开发能力的培养。

参考文献

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[4]虞立宏，王静爱，葛岳静，本科生科学研究项目实施特色[J]中国大学教学，2004，(8):20-21.

化学与材料工程篇（7）

一、前言

在材料科学与工程专业的本科教学工作中，本科学生在高年级就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过原位反应自生法制备复合材料。原位反应自生法是制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。原位反应自生法是在一定条件下通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相从而达到强化的目的。这种方法可得到增强体颗粒尺寸细小，热力学性能稳定，界面结合强度高的复合材料，是一种很有前途的颗粒增强复合材料制造工艺。原位反应自生法制备复合材料由于具有可以达到净近尺寸成形的优势，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料制备方法中都讲述过原位反应合成技术。此外还可以将原位反应自生法制备复合材料作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解原位反应自生法制备复合材料的工艺过程。所以原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业教学实践中得到广泛的应用。本文首先讲述原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程，并讲述原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论。并对原位反应自生法制备复合材料的未来发展趋势进行分析和预测。

二、原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程

为了克服传统方法制备的复合材料存在增强体颗粒尺寸粗大，热力学不稳定以及界面结合强度低等缺点，出现了原位合成技术，即在一定条件下通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相从而达到强化的目的。原位自生法是通过原料粉末中的某些化学反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺制备出复合材料试样。原位反应自生法可得到增强体颗粒尺寸细小，热力学性能稳定，界面结合强度高的复合材料，是一种很有前途的颗粒增强复合材料制造工艺。目前报道的原位合成技术主要有原位反应热压烧结技术，原位复合技术，定向氧化技术，熔体浸渍技术，反应结合技术及自蔓延高温合成技术等。定向氧化合成技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。原位自生法是通过反应物之间的反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺实现致密化。原位合成法是利用化学反应在原位生成补强组元-晶须或长径比较大的晶粒来补强基体材料的制备工艺。原位合成法主要具有如下优点：简化工艺，降低材料成本，实现特殊显微结构设计和获得特殊材料性能，具有很好的热力学稳定性。金属间化合物/陶瓷基复合材料的制备方法主要有原位复合技术和定向氧化技术以及原位反应热压烧结工艺。可以采用原位反应热压烧结工艺制备金属间化合物/陶瓷基复合材料。原位复合技术是由于金属间化合物反应的形成热相对较低，因而采用自蔓延燃烧时系统不易达到较高的绝热温度，故一般采用原位复合技术制备和合成复合材料。原位复合技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。传统的方法是将粉末压坯在恒定速率下加热到可使反应自发的产生并在整个混合物中处处发生反应。定向氧化技术是定向金属氧化工艺可用于制备金属基复合材料。原位反应热压烧结工艺是将原位反应和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料。

三、原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用

原位反应自生法主要用于制备金属陶瓷，金属间化合物，金属间化合物/陶瓷复合材料等。在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过原位反应自生法。原位反应自生法同粉末冶金技术和液相烧结技术一样都是材料制备技术。原位反应自生法同样是热加工工艺，原位反应自生法涉及到反应物高温化学反应制备产物的过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，在有些专业课程中原位反应自生法只是作为了解，对于原位反应自生法制备复合材料的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料科学与工程专业的实践教学课程中增加一些关于原位反应自生法制备复合材料的实验课程。通过原位反应自生法制备复合材料的实践教学活动可以使学生认识和了解原位反应自生法制备复合材料的原理，制备工艺过程以及对经过原位反应自生工艺后得到的金属基复合材料烧结制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对复合材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的本科专业课程设计和本科毕业设计过程中安排采用原位反应自生工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用原位反应自生工艺可以制备金属陶瓷复合材料，先将金属陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过原位反应自生工艺和高温烧结工艺制备金属陶瓷复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。采用原位反应合成工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先将金属间化合物粉末和陶瓷粉末通过压力成型过程在一定压力下压制成具有一定形状和致密度的预制件，通过原位反应自生法和高温烧结工艺形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。有时将原位反应自生法和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料烧结块材。通过实验教学过程使学生认识和了解到原位反应自生法制备金属陶瓷复合材料的制备工艺过程，提高学生对专业课程学习的认识和了解。使学生通过实验教学认识和了解了原位反应自生工艺制备复合材料的制备工艺原理，使用方法和制备过程，以及对得到产物的物相组成和显微结构进行分析和测试。原位自生法可以制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等。采用原位反应自生法可以制备颗粒增强的金属基或陶瓷基复合材料。

原位反应自生工艺制备复合材料涉及到反应物在高温下发生化学反应生成反应产物的过程，原位反应合成技术操作过程比较简单，对设备要求较低，只需要高温烧结炉，可以进行现场操作，因此可以作为本科学生的实验课程教学内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科专业课程设计和本科毕业设计教学内容。使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握。使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对原位反应自生法得到的烧结制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助。为本科学生以后的本科专业课程设计和本科毕业设计打下坚实的实验基础。

四、原位反应自生法制备复合材料的未来发展趋势和应用

原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程领域有着广泛的研究和应用。原位反应自生技术由于制备工艺简单，成本较低，对设备要求较低，只需要高温烧结炉，所以被广泛的应用到金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，金属间化合物/陶瓷基复合材料等的合成与制备中。利用原位反应自生法可以开发新型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料。采用原位反应自生技术可以开发出很多种类型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料。所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。原位反应自生技术在材料科学与工程专业教学与实践中也得到广泛的推广和应用，原位合成技术已经成为材料科学与工程专业实践教学课程进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加一些采用原位反应自生技术制备复合材料的实验课程。

五、结论

本文主要讲述原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程，并详细讲述原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。原位反应自生法广泛应用在制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等领域中。本文作者认为原位反应自生法制备复合材料可以应用在材料科学与工程专业的教学实践中，应该增加一些原位反应自生法制备复合材料的实验课程，扩大学生学习的知识面，提高学生的认识了解能力，从而提高实践教学质量。通过原位自生法制备复合材料的实验教学过程提高学生的知识水平和认识能力。

参考文献

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化学与材料工程篇（8）

中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2014）01-0098-02

复合材料是材料科学与工程发展最为活跃的前沿领域之一，是国防和国民经济建设的关键高技术新材料。我国高校开设的本科复合材料与工程专业一般以聚合物基复合材料为主线，目标是培养具备复合材料与工程领域的基础理论、专业知识和实验技能，适应现代复合材料高科技化发展趋势，掌握复合材料设计与制备技术，能从事先进复合材料与结构的设计、制备、评价的高级专业技术人才。我国聚合物基复合材料工业发展迅猛，产销量居世界首位。但是相对于发达国家的研究和应用水平，还存在很大差距。因此，面对日益增加的技术需求与教学内容的大量更新，为适应现代教育培养的新形势，必须对复合材料与工程专业的人才培养进行全面研究与改革。济南大学复合材料与工程专业自1995年招收本科生，1999年获得硕士学位授予权。我校的人才培养教学实践和对其他高校的调研结果表明，复合材料与工程专业的课程体系中普遍存在四个方面的问题：①化学与力学知识薄弱，创新能力差；②专业面太窄，毕业生工作适应性差；③理论与实践环节脱节，学生解决实际工程能力弱；④没有很好体现办学特色。针对上述问题，如何根据当今复合材料的发展，开展先进的、科学可行的专业人才培养工作，具有重要的现实意义和深远的历史意义。

一、加强有机化学、高分子知识的讲授

聚合物基复合材料的基体材料是有机物。有机化学是一门探讨有机分子结构性质、有机反应途径机理以及相关产物分离与结构鉴定的基础科学，是本专业一门重要的专业基础课。有机化学是聚合物合成的反应类型和反应机理的坚实基础。教学过程中应培养学生从有机化学的角度学习和设计聚合物合成的反应过程，提高学生学习高分子化学的效率，启发学生对聚合物设计的创新思维。高分子化学和高分子物理是本专业两门重要的专业技术基础课，既是理论学科，又是应用学科，涉及理论和实验教学两方面[1]。其专业理论性强，概念复杂，抽象难懂，聚合反应机理都是微观的，内容较难掌握，容易影响学生的学习兴趣。同时，教学内容与学时数减少的矛盾日益突出。为了提高学生学习的积极性和主观能动性，授课过程应结合复合材料常用聚合物基体材料，注重对各知识点进行重组和精练，不拘泥于教材内容的排序，兼顾聚合物基体最新的科技进展，做到重点突出，主次分明，紧密结合工程实践应用。

二、加强力学与结构设计知识的讲授

复合材料既是一种材料又是一种结构。复合材料的组分材料和纤维的铺设方向可以按照设计要求进行选择，即复合材料具有可设计性。复合材料的非均匀性和各向异性是复合材料力学的重要特点。与常规材料的力学理论相比，普通力学问题在复合材料力学中需要重新研究，以确定常规材料的力学理论、方法、公式的适用性与如何修正。对于复合材料的结构进行力学分析和设计计算必须以准确的复合材料力学性能数据为前提。随着复合材料的开发和应用，复合材料力学已形成独立的学科分支并蓬勃发展。

三、扩宽专业面，提高毕业生工作适应性

复合材料与工程专业涉及面广，内容多，如何根据社会的不同需要设置不同的专业教学知识体系十分重要，也非常困难。从毕业生就业和工作情况分析，应进一步扩宽学生知识面，提高其工作适应性。复合材料行业的发展，一方面分工越来越细，出现高度专业化趋势；另一方面技术复合程度越来越高，出现高度综合化趋势。因此，在专业课与选修课的设置上应充分考虑，使学生的专业知识、技能、工程素质与管理素质得到提高，工作的适应性增强。针对这种情况，我校对课程体系设置进行了改革，主干学科还是材料科学与工程，主要课程包括工程力学、物理化学、高分子化学及物理、材料科学基础、材料复合原理、复合材料学、复合材料聚合物基体、复合材料工艺与设备、复合材料结构设计基础、复合材料测试技术、现代材料测试技术。选修课的设置充分考虑扩宽知识面和就业，具体科目包括无机非金属材料工艺概论、新型建筑材料、工业仪表与工程测试、计算机辅助设计、试验设计与数据处理、金属材料概论、材料科学研究方法、建筑装饰材料、建筑装饰艺术设计等。

四、进一步加强实践实训环节，提高毕业生工程能力

复合材料与工程专业属工程技术型专业，应侧重对学生工程能力、推广应用能力的培养。复合材料工业一直持续快速发展，其发展速度远超过经济发展速度，并且没有任何减速的迹象。限制其发展的主要因素是不能提供足够的训练有素的工程师。针对这种情况，我们不断完善人才培养方案，重视实践教学环节，将教学实验、实习、科研实践相结合，将校内外实践教学相结合，增加开设了两周的综合性实验和一周的设计性实验。同时，与企业建立了多个复合材料教学实践基地，除了规定的认识实习、生产实习和毕业实习以外，再组织有兴趣的同学利用寒暑假在企业进行实地学习，并请企业参与专业建设和人才培养方案制定。定期邀请相关的专家报告他们的新产品开发研究，介绍行业新工艺与新设备。实践教学效果得到显著提高。

五、结合各校实际情况，体现学科的办学特色

各高校复合材料与工程专业的办学条件差异较大，应扬长避短，积累优势，形成自己的特色[2]。复合材料按照基体材料的分类可以分为聚合物基复合材料、无机非金属基复合材料、金属基复合材料。我校复合材料与工程专业在十多年的发展过程中，形成了自己的办学特色和科研方向，将专业教学与科研融为一体。结合我校传统无机非金属材料的基础优势，在课堂教学和实践教学中，将专业面从聚合物基复合材料拓宽到无机非金属基复合材料，并保持无机基复合材料的优势和特色。我校复合材料与工程专业于2009年被评为山东省品牌专业。实践表明，我们的特色办学促进了人才培养目标的实现，在提高人才培养质量方面发挥了独到的作用，也为学生就业扩宽了渠道，为山东省复合材料行业发展做出了贡献。总之，复合材料工程技术型专业人才的培养，应加强相关基础知识的讲授，扩宽学生知识面，努力提高学生工程能力和创新能力，着力解决学生工程能力弱的问题，使毕业生在复合材料生产、设计及研究开发等方面具有更快更高更强的工作适应性。

参考文献：

化学与材料工程篇（9）

摘要：本文主要讲述自蔓延高温合成工艺的原理和工程应用，并详细地讲述自蔓延高温合成工艺在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。本文作者认为自蔓延高温合成方法制备复合材料成本较低，适用面比较广泛，而且所选择的材料范围比较大，所以自蔓延高温合成工艺可以应用于材料科学与工程专业的实验教学中，通过实践教学可以使学生学习材料制备和合成的新技术。本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加自蔓延高温合成技术的实验课程。

关键词 ：自蔓延高温合成 复合材料 材料科学与工程专业 实验教学 研究 应用

一、前言

在材料科学与工程专业的本科教学工作中，学生在大三和大四就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过自蔓延高温合成工艺。自蔓延高温合成技术是制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。常规自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术，通过原料粉末之间的高温化学反应形成所需产物的一种材料制备方法。自蔓延高温合成技术由于具有可以达到净近尺寸成形的优势，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料合成与制备方法中都讲述过自蔓延高温合成技术。此外还可以将自蔓延高温合成技术作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解自蔓延高温合成工艺过程。所以自蔓延高温合成技术在材料科学与工程专业的教学实践中得到广泛的应用。本文首先讲述自蔓延高温合成技术的概述与应用，并讲述自蔓延高温合成技术在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论。并对自蔓延高温合成技术的未来发展趋势进行分析和预测。

二、自蔓延高温合成工艺的原理和工程应用

自蔓延高温合成技术，又称为燃烧合成技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。而自蔓延高温合成技术可以原位合成基体和增强相，避免了常规方法中的界面污染。目前应用自蔓延高温合成工艺已成功制备了多种金属基复合材料。采用自蔓延高温合成工艺制备了金属基复合材料。利用自蔓延高温合成可以制备粉末材料。常规自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。这一技术适用于具有较高放热量的材料体系。其特点是设备简单，能耗低，工艺过程快，反应温度高。热爆自蔓延高温合成技术是将反应混合物压坯整体同时快速加热，使合成反应在整个坯体内同时发生的技术。采用这一技术已制备出的材料主要有各种金属间化合物，含有较多金属相的金属陶瓷复合材料以及具有低放热量的复合材料。自蔓延高温合成工艺结合压力烧结工艺可以制备块体材料。自蔓延高温合成烧结法或称自蔓延高温合成自烧结法，即直接完成所需形状和尺寸的材料或物件的合成与烧结，是将粉末或压坯在真空或一定气氛中直接点燃，不加外载，凭自身反应放热进行烧结和致密化。该工艺简单，易于操作，但反应过程中不可避免会有气体溢出，难以完全致密化。即使有液相存在，孔隙率也会较高。自蔓延高温合成烧结可采用以下方式进行：在空气中燃烧合成；将经过预先热处理的混合粉末放在真空反应器内进行合成；在充有反应气体的高压反应容器内进行合成。常规自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。这一技术适用于具有较高放热量的材料体系。热爆自蔓延高温合成技术是将反应混合物压坯整体同时快速加热，使合成反应在整个坯体内同时发生的技术。自蔓延高温合成法是指利用反应物之间高化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种工艺，当反应物一旦被点燃，便会自动向未反应区传播，直至反应完全。自蔓延高温合成工艺不仅应用于单相材料的合成，而且在制备金属基复合材料方面取得很好的效果，但是由于反应过程中过高的反应热使材料具有较大的气孔率和较大的收缩，所以通常采用反应后的二次烧结，自蔓延过程的热压烧结以及热辊等手段获得致密的复合材料。自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。自蔓延高温合成工艺适用面比较广泛，所选择的材料范围也比较宽，所以自蔓延高温合成工艺广泛应用到材料的合成与制备，复合材料的制备，所以能够广泛应用在工程领域中。

三、自蔓延高温合成工艺在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用

自蔓延高温合成工艺主要用于制备金属基复合材料，金属陶瓷材料，金属间化合物材料，金属间化合物/陶瓷复合材料，梯度功能材料，功能材料等。在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过自蔓延高温合成工艺。自蔓延高温合成工艺同粉末冶金技术和液相烧结技术一样都是材料的制备工艺技术。自蔓延高温合成工艺同样也是热加工工艺，自蔓延高温合成工艺涉及到反应物高温化学反应制备产物的过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，在有些专业课程中自蔓延高温合成工艺只是作为了解，对于自蔓延高温合成工艺的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料科学与工程专业的实践教学课程中增加一些关于自蔓延高温合成工艺的实验课程。通过自蔓延高温合成工艺的实践教学活动可以使学生认识和了解自蔓延高温合成工艺制备复合材料的原理，制备工艺过程以及对经过自蔓延高温合成工艺后得到的复合材料制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的本科专业课程设计和本科毕业设计过程中安排自蔓延高温合成工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用自蔓延高温合成工艺可以制备金属陶瓷复合材料，先将金属粉末和陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过自蔓延高温合成工艺制备多孔预制件，并通过压力成型工艺制备金属陶瓷复合材料。采用自蔓延高温合成工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先将金属粉末和陶瓷粉末在一定的压力下压成具有一定形状和致密度的预制件，通过自蔓延高温合成工艺形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。有时也可以将自蔓延高温合成工艺和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料试样。通过实验教学过程使学生认识和了解到自蔓延高温合成工艺制备金属陶瓷复合材料的制备工艺过程，提高学生对课程学习的认识和了解。使学生通过实验教学了解了自蔓延高温合成工艺的制备工艺原理，使用方法和制备过程，以及对得到产物的物相组成和显微结构进行分析和测试。

自蔓延高温合成工艺涉及到反应物在高温下发生化学反应生成反应产物的过程，自蔓延高温合成技术操作过程比较简单，对设备要求较低，制备工艺过程成本较低，可以进行现场操作。自蔓延高温合成工艺所选择的材料范围比较广泛，适用面也比较广泛，制备和合成的材料种类也比较多，因此自蔓延高温合成工艺可以作为本科学生的课程教学内容和实验教学内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科专业课程设计和本科毕业设计教学内容。使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握。使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对自蔓延高温合成工艺得到的烧结制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助。为本科学生以后的本科专业课程设计和本科毕业设计打下坚实的实验基础。

四、自蔓延高温合成技术在材料科学中的发展趋势与应用

自蔓延高温合成技术由于制备工艺简单，成本较低，对设备要求较低，自蔓延高温合成工艺所选择的材料范围比较广泛，制备和合成的材料种类也比较多，所以被广泛的应用到金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，金属间化合物/陶瓷基复合材料，梯度功能材料，功能材料等的合成与制备中。利用自蔓延高温合成技术可以开发新型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料。采用自蔓延高温合成技术可以开发出很多种类型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料。所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。自蔓延高温合成技术在材料科学与工程专业教学与实践中也得到广泛的推广和应用，已经成为材料科学与工程专业实践教学课程进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加自蔓延高温合成技术制备复合材料的实验课程。

五、结论

本文主要讲述自蔓延高温合成工艺的原理和工程应用，并详细的讲述自蔓延高温合成工艺在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。本文作者认为自蔓延高温合成方法制备复合材料成本较低，适用面比较广泛，而且所选择的材料范围比较大，所以自蔓延高温合成工艺可以应用于材料科学与工程专业的实验教学中，使学生学习材料制备和合成的新技术。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加自蔓延高温合成技术制备复合材料的实验课程。

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[7]王国强,傅承新.研究型大学创新实验教学体系的构建[J].高等工程教育研究,2006(1):125-128

化学与材料工程篇（10）

“工程材料学”是航空主机类专业（包括飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等专业）的学科基础课程。该课程虽然仅有48学时，但承担着为未来的航空工程师构建材料知识体系的重任，对学生今后的发展起着重要作用。本文结合近年的工作实践，对该课程在教学要求、教学内容和教学方法等方面的改革进行研讨。

一、高度重视航空和材料领域发展对“工程材料学”课程教学的影响

材料学既是基础科学，也是应用科学。材料科学与技术的发展，解决了很多工程领域的关键问题，有力地推进了相关科学和技术的进步，使得材料科学成为最活跃的科学领域，材料产业也成为国民经济发展的重要支柱产业。“工程材料学”以物理学、化学等理论为知识基础，系统介绍材料科学的基础理论和实验技能，着重培养学生把这些知识应用于解决工程实际中提出的对材料结构、性能等方面问题的能力。作为一门重要的学科基础课程，“工程材料学”具有较长的开设历史，在人才培养中发挥了重要的作用。航空航天领域的发展对工程技术人员的能力素质提出了更高的要求，特别是“卓越工程师”教育培养计划的实施，对工程类课程建设的需求更加迫切，有必要以新的形势为背景反思该课程的教学改革。航空以众多学科知识、先进研究成果为基础，已发展成为一个由多个分系统组成的大系统，需要工程技术人员采用系统工程的方法进行综合设计。现代航空技术一百多年的发展，使得人们可以在更大的范围内探索天空，也使得飞行器的工作条件更加恶劣，工作环境更加严苛。现代飞行器不仅要具有速度快、航程大、载重多等特点，还要满足节能低碳等要求。材料科学技术的发展，为解决航空航天领域的诸多难题提供了可能，“一代材料，一代飞机”已成为飞行器发展公认的规律。这对航空航天工程技术人员的材料知识提出了更高的要求。在飞行器及其主要部件的设计、制造和维护工作中，要全面认识材料的性质和特点，才能挖掘材料的潜能，充分利用材料的特性，满足工作需要。面对航空航天迅猛的发展形势，仅了解和掌握已有材料的知识是不够的。具有创新素质的工程技术人员，要了解材料科学与工程的发展方向和趋势，分析材料领域的发展对航空航天领域的影响，同时要认真研究具体工作对新材料、新工艺的要求，明确材料发展的需求。在新型飞行器的研发过程中，要综合考虑用户对飞行器总体性能的多种要求，对各项技术参数进行统一的优化。在落实对飞行器性能的要求时可以发现，很多要求是相互矛盾的，比如飞机的航程和机动性就存在着较大的矛盾。为了获得较好的综合性能，需要对飞机进行一体化设计，要及时掌握各种设计方案对飞机主要材料和工艺的要求，对飞机整体结构进行综合优化。在此过程中，各部门工程师都需要和材料系统密切配合，才能实现信息和资源共享，降低全系统的风险，提高系统的可靠性和综合性能。材料科学技术的迅速发展也对课程教学提出了新的要求。材料科学与技术是研究材料成分、结构、加工工艺与其性能和应用的学科。在现代科学技术中，材料科学是发展最快速的学科之一，在金属材料、无机非金属材料、高分子材料、耐磨材料、表面强化、材料加工工程等主要方向上的发展日新月异，促使“工程材料学”课程内容的不断充实。“工程材料学”课程要系统讲授材料科学与技术的基础理论和实验技能，使得学生掌握工程材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面的知识。早期的航空工程结构以自然材料为主，如在美国莱特兄弟制造出第一架飞机上，木材占47%，普通钢占35%，布占18%。随后，以德国科学家发明具有时效强化功能的硬铝为代表，很多优质金属材料被开发出来，使得大量采用金属材料制造飞机结构成为可能，也使得研究者们投入了更多的精力于金属材料的探索。相应地，这一时期“工程材料学”课程内容也以金属材料为主。上世纪70年代以后，复合材料开始在航空领域应用。复合材料具有较高比强度和比刚度的优点使得工程技术人员对其抱有很大的希望。航空工程师首先采用复合材料制造舱门、整流罩、安定面等次承力结构，而现在复合材料已广泛应用于机翼、机身等部位，向主承力结构过渡。复合材料因其良好的制造性能被大量应用在复杂曲面构件上。复合材料构件共固化、整体成型工艺能够成型大型整体部件，减少零件、紧固件和模具的数量，降低成本，减少装配，减轻重量。复合材料的用量已成为先进飞行器的重要标志。相应地，复合材料必然要在“工程材料学”课程中占重要地位。钛合金的开发和应用使得飞行器具有更好的耐热能力，提高了发动机、蒙皮等结构的性能，有效解决了防热问题。“工程材料学”课程的教学内容应该及时反映材料科学在提高飞行器性能方面的新应用与新进展。与此同时，其他相关学科也取得了长足的发展，使得主机专业教学内容大幅度增加，“工程材料学”课程的教学内容和学时之间的矛盾愈加突出。

二、认真分析专业教学对“工程材料学”课程的不同要求

“工程材料学”课程是一门重要的学科基础课，是基础课与专业课间的桥梁和纽带，在航空航天主机类专业培养学生实践动手和创新创造能力，提高学生综合素质等方面具有重要作用。在多年的教学实践中，该课程对主机类各专业采用同一标准教学。虽然主机类各专业人才培养有其共性要求，但随着航空航天事业的发展，专业分工越来越细，差异化特征也越来越明显，因此“工程材料学”课程应该充分考虑不同专业的具体需求，结合各专业的课程体系安排教学。飞行器设计与工程、飞行器动力工程、飞行器制造工程和机械工程等主机类专业根据航空领域中的分工培养学生，毕业学生的工作要求有所不同，对知识结构的要求也不一样。就材料方面知识而言，不同专业学生也会有所区别，应按照专业特点纵向划分对“工程材料学”课程的要求。不同专业主要服务对象的材料特点是确定课程要求的主要依据。飞行器设计与工程专业要全面统筹飞行器产品及各部件的设计和制造，主要从事飞行器总体设计、结构设计、飞机外形设计、飞机性能计算与分析、结构受力与分析、飞机故障诊断及维修等工作，要求了解材料科学与工程的发展对现代飞行器设计技术的影响，因此要较全面地掌握主要航空材料的性能、制造等方面的知识，了解轻质高强材料的发展动态和发展趋势。飞行器动力工程专业要求学生学习飞行器动力装置或飞行器动力装置控制系统等方面的知识，主要培养能从事飞行器动力装置及其他热动力机械的设计、研究、生产、实验、运行维护和技术管理等方面工作的高级工程技术人才。飞行器动力的重要部件对抗氧化性能和抗热腐蚀性能要求较高，要求材料和结构具有在高温下长期工作的组织结构稳定性。因此，材料在高温下的行为、性能和分析、选择方法应该是该专业“工程材料学”课程的重点。飞行器制造工程和机械工程等专业要针对现代飞行器工作条件严酷、构造复杂的特点，采用先进制造技术，实现设计要求，并为飞行器维护提供便利。该专业要求学生理解飞行器各部件的选材要求，掌握材料的制造工艺。飞行器零部件形状复杂，所用材料品种繁多，加工方法多样，工艺要求精细。很多新材料首先在航空航天领域得到应用，其制造技术具有新颖性的特征，设计、材料与制造工艺互相融合、相互促进的特点非常明显，这就要求学生在“工程材料学”课程中把材料基础打好，适应工艺和材料不断发展的要求。虽然各专业对“工程材料学”课程的要求有所不同，但课程基础一致。该课程名称为“工程材料学”，即明确其重点在于将材料科学与技术的成果运用于航空航天工程，把材料基本知识转化为生产力。“工程材料学”是相关专业材料学科的基本课程，学生要通过该课程了解金属材料、无机非金属材料、高分子材料等微观和宏观基础知识，学习材料研究、分析的基本方法，掌握材料结构与性能等基础理论，研究主要材料的制备、加工成型等技术，为更好地学习专业课程创造条件，为将来从事技术开发、工艺和设备设计等打下基础。由此可见，在明确了各专业对该课程的个性化要求的基础上，更要明确共性要求。“工程材料学”课程要培养学生材料方面的科学概念，提升材料方面的科学素质，扎实的材料科学与技术知识基础是学生学习专业课程、提高综合素质、培养创新能力的必备条件，是进一步发展的基础。因此，“工程材料学”课程采用“公共知识+方向知识”的模式比较合适，即把教学内容划分为每个专业均要求了解的材料领域知识和根据各个专业特色需要重点介绍的知识两部分，既满足了宽口径、厚基础的教学需要，又注重了后续专业课程学习和能力培养的要求，促进了基础理论和专业应用的融合渗透，较好地满足了材料、设计、制造、维护一体化发展的需要，增强了跨学科、跨专业认识问题、思考问题和研讨问题的能力。

三、多管齐下建设丰富的教学环境

作为一门学科基础课程，“工程材料学”课程要根据学校人才培养创新目标和相关专业的人才培养标准、方案，结合卓越工程师教育培养的要求，注重与专业课程体系的融合，注重与工程实践教育的结合，注重对学生创新意识、创业能力及综合运用知识能力的培养。在充分调研与分析专业人才培养对课程教学要求的基础上，要对课程的教学大纲和内容进行修订，与相关教学环节有效整合，拓展教学活动的空间，营造良好的学习环境和氛围，加强与后续课程及实践活动的联系，解决学科基础课的教学与专业人才培养需求的脱节或不衔接等问题。“工程材料学”在第四学期开设，是一门承前启后的课程。在前期开设的课程中，“大学物理”和“航空航天概论”是两门直接相关的课程。“大学物理”提供了学习“工程材料学”的科学基础，认真分析“大学物理”知识点在“工程材料学”中的应用，有助于学生更好地理解相关概念。“航空航天概论”以航空航天领域的发展为主线，介绍飞行器的组成及工作原理。如果在“工程材料学”课程讲授之初让学生重新回到机库，从材料发展的角度再次审视航空航天的进步，结合材料学的概念研究飞行器的组成及工作原理，会使得学生对该课程有比较全面的认识。在相关专业的后续课程中，有好多课程与“工程材料学”密切相关，如“飞行器总体设计”、“发动机原理”、“先进制造技术”等，如果在“工程材料学”中对有关知识点作简单介绍，可以使学生更好地综合分析相关概念，加深理解。在主机类专业培养方案中，“工程训练”是集中式的工程能力培养环节，其教学内容与“工程材料学”密切相关。“工程训练”教学内容以机械制造工艺和方法为主，包括热处理、铸造、锻造、焊接、车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工、钳工、数控加工、特种加工、塑性成型等，每一种制造工艺和方法都与工程材料密切相关。在以前的教学工作中，材料是加工对象，对材料的性能等的介绍很简单，学生的认识较浅。如果在“工程训练”教学过程中，针对不同的加工工艺和方法对材料作较深入的介绍，从应用的角度分析不同材料加工工艺和方法的适应性，可以促进学生把材料理论知识的学习和工程实际联系起来。通过让学生分析研究实际材料在加工过程中的表现来认识材料的性能，通过感性认识来体会材料变化的规律，把深奥的材料科学理论知识和生动形象的加工过程结合起来。这样不仅强化了工程训练效果，还能让学生把材料的知识学活，留下更深刻的影响，更好地发挥学生的潜力。航空航天主机类专业的课程设计是重要的综合学习环节。课程设计任务一般是完成一项涉及本专业一门或多门主要课程内容的综合性、应用性的设计工作，通过一系列设计图纸、技术方案等文件体现工作成果。很多主机类专业的课程设计涉及材料的选用、处理等方面的问题。按照教学计划，“工程材料学”先行开设。因此，在相关课程设计中，有目的地提出材料问题，引导学生在更广的范围里选材，在更加深入的层面上分析材料性能，可以更好地调动学生自主探究材料科学的积极性，帮助学生把材料知识转化为初步的工作能力，克服课程知识的碎片化倾向。

四、结语

航空航天是现代科学技术的集大成者，该领域发展很大程度上取决于材料科学技术的进步。材料学是航空航天工程技术人员知识结构的重要组成部分。“工程材料学”要按照现代大工程观的要求组织教学，才能实现教学目标，提高培养质量。航空航天领域和材料科学技术发展，极大地丰富了“工程材料学”的教学内容。要根据学科领域的发展需要选择教学内容，按照理论实践结合、突出工程应用的要求构建知识体系。在教学工作中，应根据不同专业的培养要求，深入研究材料学的基本要求和各专业的发展方向，形成“公共知识+方向知识”的“工程材料学”课程结构，提高教学效率。统筹考虑专业教学与其他课程的联系，以及课程设计、工程训练、毕业设计等教学环节，以“工程材料学”课程为中心，注重课程的纵向推进和知识的横向联系，不断加深对材料学的理解和掌握，培养多角度研究分析、跨专业交流合作、多学科解决问题的能力。

作者:汪涛 周克印 单位:南京航空航天大学材料科学与技术学院

参考文献：

[1]朱张校,姚可夫.工程材料[M].北京:清华大学出版社,2011.

[2]周风云.工程材料及应用[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.

化学与材料工程篇（11）

中图分类号：G642.3 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2013）33-0083-03

1 引言

作为人类文明和社会进步的重要标志，材料科学技术在经济和社会发展中扮演着越来越重要的角色，并与能源、信息技术构成现代科技的三大支柱。高等学校材料科学与工程专业教育在肩负着为国家和社会培养材料类高级专业科技人才的历史使命的同时，也面临着材料科学技术迅猛发展带来的一系列问题和挑战[1]。在材料科学与工程专业高等教育快速发展的今天，探索出符合材料科学与工程专业特色的课程设置体系和方案，是材料科学与工程高等教育的重要任务和目标。本文在分析和总结材料科学与工程专业发展历程及特点的基础之上，提出了符合材料科学与工程专业特色的课程设置方案，为材料科学与工程专业高等教育和改革提供有益的尝试。

众所周知，虽然材料的使用和研究已有非常悠久的历史，但真正将“材料科学与工程”作为一个独立的专业和学科进行人才培养和教育还仅始于20世纪60年代[2]。我国材料科学与工程专业教育经历了由借鉴苏联模式进行严格的专业教育到逐渐学习欧美系统的学科教育的发展历程[3]。从新中国成立到20世纪90年代后期，我国已有144所高校设有材料类专业，涵盖的专业有硅酸盐工程、无机非金属材料、建筑材料、电子材料及元器件、钢铁冶金、有色冶金、粉末冶金、金属材料及热处理、腐蚀与防护、水泥、玻璃、陶瓷、高分子材料、高分子化工、塑料工程、橡胶工程、化学纤维、复合材料、材料物理、材料化学等20余个[4]。严格按照材料的专业方向进行人才培养的缺点是：专业划分过细，基础知识相对薄弱，毕业生就业面窄，工作适应能力差[5]。

为了克服上述缺点，教育部于1998年在“重基础、宽口径”的指导思想下，对材料类本科专业目录进行了调整，将上述20余个专业合并为冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等6个专业，并同时在一级学科专业目录材料科学与工程下进行招生[6]。目前我国设有材料类专业的各高等学校均在此次专业目录调整基础之上更新培养方案和教学内容，并结合自身学科的优势和特色、国家及地区经济发展需求等，确立自身的优势学科方向。截止2009年7月，我国具有材料类二级学科的普通高校已有415所，绝大多数“211工程”大学都设置了材料类专业，可以说我国材料科学与工程专业高等教育正处于蓬勃发展的关键时期[7]。

2 国内外高校材料科学与工程专业课程设置情况对比

目前，我国各高校材料科学与工程专业大多按照教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录》以及《普通高等学校本科专业设置规定》等文件的要求，构建了以公共基础课、专业基础课、专业课和选修课为主的模块化的课程设置体系[7]。其中，公共基础课（包括外语、数学、人文及社会科学、物理、化学等专业平台课程等）按材料科学与工程一级学科所必需的公共基础知识进行设置，约占全部课程的50%；专业基础课按材料科学与工程二级学科进行设置，占全部课程的20%～35%；专业课及选修课则按二级学科以及各高校设置的专业方向和办学特色进行设置，约占全部课程的15%～20%。

和上述我国材料科学与工程专业的课程设置方式相比，国外发达国家对材料专业的课程体系没有设置统一的规定，各高校可以根据自己的学科发展方向和特色等灵活地进行课程体系设置，并体现出特色鲜明、注重交叉学科人才的培养、课程设置涉及面广和突出实践能力培养等特点。

1）突出特色。国外各高校可以根据学科发展方向和特色有侧重地进行课程设置，如美国宾夕法尼亚大学材料科学与工程系在纳米材料和生物材料领域的研究工作相当出色，因此该校在本科生教学计划及课程设置中突出了纳米材料和生物材料等相关课程及最新研究进展。

2）注重交叉学科人才的培养。国外各知名高校大多设置了多层次的课程体系以满足不同学生对知识结构要求的差异，在培养计划中除设置材料学科的主要课程，还可以引导学生学习相关交叉学科的核心课程，如生物学、化学、经济学、管理学等，从而为将来打算从事生物、医药、经济、法律、工商管理等领域工作的学生打下基础。

3）课程设置涉及面广。国外各高校均对理工科学生要求有相当的人文知识背景以及交叉学科的相关知识，很多学校都安排了大量的选修课供学生选修，特别是材料科学与相关学科以及社会科学的交叉课程，如与生物、医药、环境、电子工程、化学工程、土木工程等理工技术学科的交叉课程，以及与经济、法律、艺术、财务、管理等人文社会学科的交叉课程。

4）注重实践教学环节的设计和安排。如英国牛津大学材料系的课程设置，从一年级开始到四年级，每个学年均安排了工矿企业的参观或实习，二年级时就要求有6～8周的工业实习。同时，实验教学时间也非常充足，一年级每周有5～6小时的实验教学安排，二年级则安排了15～18小时的实验教学。另外，国外很多大学均安排了四年级两个学期的时间进行毕业设计或毕业论文撰写[8-10]。

3 材料科学与工程专业的特点及对应的课程设置思路

作为一个蓬勃发展的专业，材料科学与工程专业已表现出如下特点，并对课程体系设置改革带来了重要启示。

专业涵盖面广与模块化的课程设置 如上所述，材料科学与工程专业涵盖了冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程、材料物理和材料化学等6个二级学科，其中每一个二级学科又包含若干专业方向。学科涵盖范围广与专业教育的系统性要求材料科学与工程专业高等教育在贯彻教育部“重基础、宽口径”指导思想、强化基础理论知识学习的同时，也应考虑到各二级学科及专业方向的特色，使学生在拓宽知识面和就业口径的同时，也能完整、系统地掌握自身专业方向的理论体系和精髓，从而在苏联严格的专业教育模式和欧美系统的学科教育模式之间找到平衡点，解决目前材料科学与工程专业教育中存在的广度与深度之间的矛盾。

考虑到材料科学与工程专业教育中存在的上述矛盾，昆明理工大学从2004年开始对材料科学与工程专业培养方案进行改革和调整，不仅强化了公共基础课和学科基础课的基础地位，而且有针对性地提出了专业模块课的概念，即在夯实学科基础的同时，为满足各二级学科方向的特色、知识结构的系统性、完整性以及专业教育深度的要求，设置了金属材料工程、无机非金属材料工程等方向的模块课。通过模块课的设置，使学生能够系统掌握所学专业方向的知识结构和框架，深入地理解本专业方向的特点和精髓，从而在满足教育部提出的“重基础、宽口径”的指导思想的同时，也能够系统深入地掌握本专业的知识和技能，解决目前材料科学与工程专业教育中存在的学科涵盖范围广与专业特色教育系统性和深度之间的矛盾。

学科交叉性强与有针对性的选修课设置 材料科学与工程学科是一门涉及材料科学、物理学、化学、工程科学以及计算科学的综合叉学科，随着科学技术的进步和发展，各个学科之间相互渗透、交叉、复合的程度越来越深，分界线则越来越模糊，新的材料领域层出不穷并不断发展。材料科学与工程学科交叉性强的特点要求在进行课程设置时，应有针对性地在材料物理、材料化学、材料工程技术以及计算材料科学等领域开设相应课程，弥补由于学科交叉性强而带来的某些学科领域的空白，进而引导学生的兴趣，开阔学生的视野。

基于此，昆明理工大学材料科学与工程专业自2004年起就选择在相关教学和科研领域具有丰富实践经验的教师，有针对性地在材料科学与物理学、化学、计算科学、生物科学、能源科学技术等学科领域之间开设生物材料、能源材料、纳米材料、复合材料、计算材料学、材料物理、材料化学等选修课程，利用这些课程的开设填补材料科学与其他相关学科领域之间的空白，使学生掌握材料与其他学科交叉领域的知识，有目的地引导学生的学习兴趣，从而适应材料科学与工程学科交叉性强的特点。

实践性、应用性强及对应的培养方案改革 材料科学与工程专业同样是一门实践性、应用性很强的专业，只有材料科学的基础知识、基本理论在实践中得到灵活应用，才能体现出学科的真正价值，而且无论传统材料、新兴材料的生产、制备和整个使用过程，均和实际密切联系。因此，在本专业学生的整个培养过程中均应强调知识的灵活运用能力、动手能力、工程实践能力和创新能力的培养。

针对材料科学与工程学科实践性和应用性强并强调知识灵活运用的特点，昆明理工大学自2004年起即有针对性地对实践性教学环节进行了改革，降低了重复性、演示性实验教学环节的比例，提高了探索性、研究性实验教学环节的比例，充分调动学生的积极性、主动性，增强学生对专业的兴趣与学习热情，培养学生的科研方法及分析问题与解决问题的能力。在毕业设计论文改革环节中，积极引导学有余力的学生提前进入导师课题组，鼓励学生参与各类创新、创业大赛，并将其作为毕业设计成绩的一部分，从时间上、制度上保证了毕业设计的质量，使其成为学生灵活运用所学知识进行创新活动的重要环节。在学生实习环节，学院充分利用和挖掘一切资源，与一些科研院所、厂矿企业等合作，共同建立产学研实习基地，使其成为学生了解实际生产情况、综合运用所学知识的场所和日后顺利走向社会的桥梁与纽带。

4 课程设置方案实例

通过学习和借鉴国外大学在材料科学与工程专业课程设置方面的成功经验。与此同时，针对材料学科专业涵盖面广，交叉性、应用性和实践性强的特点，昆明理工大学自2004年起就结合上述学科特点，对材料科学与工程专业本科生培养方案进行了调整和改革，调整后的课程设置体系如表1所示。调整后的课程设置体系不仅符合教育部提出的“重基础、宽口径”的指导思想，而且通过专业模块课的设置较，好地体现了材料科学与工程学科各专业方向对专业教育系统性的要求，而有针对性的任选课的开设则很好地填补了材料学科与其他学科交叉领域的空白。除此之外，还对实践教学环节的形式进行了改革，在认识实习、生产实习和毕业设计环节中突出学生灵活运用知识解决实际问题的能力和创新能力的培养和提高。

5 课程设置方案改革效果

通过上述课程体系改革和实践，昆明理工大学材料科学与工程各专业方向本科毕业生综合素质显著改善，考取研究生比例和就业率均显著提高。根据近年来毕业生就业后的跟踪调查，用人单位普遍认为昆明理工大学材料科学与工程专业毕业生基础知识、专业技能扎实，适应能力、创新能力、分析解决问题的能力强。一批优秀毕业生已经成为国内高校、科研院所及企事业单位的业务骨干和中坚力量，受到了社会的高度评价。学生在参与各类科技创新竞赛中屡获佳绩，已获得获第六届中国青少年科技创新奖一项，第十一届全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖一项，云南省首届大学生“创业计划”大赛金奖一项。

在今后的教学改革和实践活动中，将继续密切结合材料科学与工程专业的特色，不断更新培养方案，为蓬勃发展的材料科学与工程专业高等教育做出新的贡献。

参考文献

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