材料科學綜合性課程設(shè)計的實踐與研究

劉軍　楊娟　唐麗永　陳彩鳳

【摘要】江蘇大學無機材料工程專業(yè)為培養(yǎng)學生的綜合應(yīng)用能力，對課程體系進行改革，將材料科學類課程組建成課程群，并按課程群設(shè)置了材料科學綜合性課程設(shè)計。這一綜合性課程設(shè)計以突出培養(yǎng)學生對知識的綜合應(yīng)用能力和工程能力為目的，有利于培養(yǎng)學生運用專業(yè)知識的綜合能力，同時對學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)也起了重要作用。

【關(guān)鍵詞】課程設(shè)計；綜合；材料科學；實踐能力

課程設(shè)計是檢查學生課程知識掌握情況和應(yīng)用能力的重要教學環(huán)節(jié)，對于學生綜合能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)非常重要。以往的課程設(shè)計都是與某一門課程相對應(yīng)，設(shè)計中知識的應(yīng)用也基本是某一門課程的知識點。而在材料專業(yè)的專業(yè)課程中，往往是幾門課程的知識相互聯(lián)系、相互補充，因此，將課程設(shè)計只局限于某一門課程會束縛學生的思維，不利于培養(yǎng)學生的綜合應(yīng)用能力。針對幾門關(guān)聯(lián)的課程設(shè)立綜合性課程設(shè)計是一個較好的解決辦法，江蘇大學無機非金屬材料在這方面積累了一些經(jīng)驗。

一、材料科學綜合性課程設(shè)計的設(shè)立和選題

材料科學類課程以材料科學基礎(chǔ)為核心，包括材料測試方法、材料物理性能、材料力學性能等課程。我們把這幾門課程進行組合，將實驗從幾門課程中分離出來設(shè)置獨立的綜合性實驗體系，并增加為整個課程群配套的綜合性課程設(shè)計，形成以材料科學基礎(chǔ)為核心的課程群。這一課程群以材料微觀結(jié)構(gòu)為核心，著重于材料結(jié)構(gòu)及缺陷的理論和結(jié)構(gòu)測試方法，材料結(jié)構(gòu)的形成過程及其原理，材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。

課程設(shè)計的內(nèi)容應(yīng)當與理論教學相輔相成，同時還要盡可能接觸新材料的發(fā)展前沿。我們選擇功能陶瓷材料中的PZF（PbZrO_{3-PbTiO3）壓電陶瓷作為綜合性課程設(shè)計的研究對象，PZT材料是目前應(yīng)用最為廣泛的壓電陶瓷，在傳感器、驅(qū)動器的智能結(jié)構(gòu)等方面有著重要的應(yīng)用價值。這一選題不僅內(nèi)容新，而且涵蓋了課程中的主要知識點。如PZT材料的結(jié)構(gòu)及其特點與結(jié)晶學、晶體化學原理知識點相對應(yīng)；PZT材料的配方選擇與相圖與相變知識點相對應(yīng)；PZT材料中的離子摻雜與晶體缺陷、固溶體及材料物理性能的知識點相對應(yīng)；PZT材料的主晶相合成與原理與擴散與固相反應(yīng)原理知識點相對應(yīng)；主晶相的分析用到材料測試方法的知識；PZT材料的燒結(jié)與擴散與燒結(jié)原理及材料物理性能的知識點相對應(yīng)；材料的結(jié)構(gòu)一工藝一性能之間的關(guān)系則涉及到知識的綜合運用。}

結(jié)構(gòu)陶瓷材料中的氧化鋯增韌陶瓷是綜合性課程設(shè)計的另一選題。氧化鋯增韌陶瓷是結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域最為活躍的一種新材料，微/納米氧化鋯粉體的制備，粉體結(jié)構(gòu)與形貌分析，氧化鋯的穩(wěn)定劑摻雜和馬氏體相變、燒結(jié)及增韌機理等涉及到膠體化學、材料測試方法、結(jié)晶學、晶體化學、相圖、相變、燒結(jié)和力學性能等多方面的知識點，能夠檢驗學生對各門課程的掌握情況及對知識的綜合理解程度。

二、材料科學綜合性課程設(shè)計的實踐基礎(chǔ)

材料科學類課程理論性較強，在培養(yǎng)時希望盡可能能理論與實踐相結(jié)合。為此，我們設(shè)立了“材料制備、結(jié)構(gòu)與性能”系列綜合性、設(shè)計性實驗作為理論教學的補充，同時使學生在進行課程設(shè)計時有了感性認識基礎(chǔ)，設(shè)計內(nèi)容更加豐富。

“材料制備、結(jié)構(gòu)與性能”系列綜合性、設(shè)計性實驗的內(nèi)容與課程設(shè)計內(nèi)容緊密聯(lián)系，也分為PZT壓電陶瓷的制備和氧化鋯增韌陶瓷的制備兩個系列。學生可以在完成理論和實驗教學內(nèi)容的基礎(chǔ)上，通過課程設(shè)計對實驗的現(xiàn)象和結(jié)果進行系統(tǒng)的理論分析，弄清實驗所制備材料的結(jié)構(gòu)特征、相變特點；材料進行摻雜改性時的依據(jù)和形成的缺陷類型；固相反應(yīng)法進行材料合成的原理及材料燒結(jié)原理等。這樣既鞏固了理論知識，又培養(yǎng)了應(yīng)用能力。綜合性、設(shè)計性實驗是綜合性課程設(shè)計的實踐基礎(chǔ)，但課程設(shè)計的內(nèi)容并不局限于實驗內(nèi)容，而是全面考察學生對所學知識的應(yīng)用能力，其效果是理論考試和實驗報告所不能比擬的。

三、綜合性課程設(shè)計實施中注意的問題

綜合性課程設(shè)計的指導是一項非常重要的工作。從教師的角度看，指導綜合性課程設(shè)計類似于指導學生完成一項科研項目，因此，指導教師必須具備豐富的材料研究與設(shè)計的經(jīng)驗，只有這樣，才能較好地把握學生提出的各種觀點是否合理，并解答學生在設(shè)計過程中的各種問題。為了滿足這一要求，我們要求綜合性課程設(shè)計由有著豐富教學和科研經(jīng)驗的教師作為主要指導教師，最好有相應(yīng)材料的科研經(jīng)歷。在課程設(shè)計開始之前對整個設(shè)計的目的、指導思想、總體方案、研究方法及思路進行系統(tǒng)講解，并參與整個指導過程。

學生在綜合性課程設(shè)計的進行過程中會遇到各種各樣的問題，特別是同學們自己提出的方案和觀點五花八門。在實施中我們不應(yīng)要求每一個同學都有相同的觀點，而應(yīng)當注重他們的分析思路，注重他們對課堂知識的理解能力和知識的應(yīng)用能力，特別是課程知識的融會貫通和綜合應(yīng)用能力，從中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新思維的火花并著力加以培養(yǎng)。只有這樣，同學們才能真正學到分析問題、解決問題的實際本領(lǐng)。

四、結(jié)束語

江蘇大學無機非金屬材料工程專業(yè)在材料科學課程群的教學中實施了綜合性課程設(shè)計的教學并取得較好的效果。在應(yīng)用過程中，注重讓學生用理論知識解決實際問題。學生反映通過綜合性課程設(shè)計的訓練，對所學理論知識的理解加深了，對各課程知識能夠融會貫通地加以運用。并且，通過綜合性課程設(shè)計的訓練培養(yǎng)了學生從事科學研究的興趣，發(fā)現(xiàn)了一批有科研潛力的學生。幾年來，該專業(yè)學生在全國大學生挑戰(zhàn)杯比賽、全國和江蘇省高校大學生實踐創(chuàng)新訓練計劃中均取得較好的成績。實踐證明，這一教學環(huán)節(jié)對提高學生綜合素質(zhì)，增強工程實踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力具有重要作用。

參考文獻

[1]劉軍，周志平，戴起勛等.材料科學基礎(chǔ)課程（群）的改革實踐.大連理工大學學報（社會科學版），2007，28（增刊2）：51-54.

[2]劉軍，陳彩鳳，楊娟等.構(gòu)建“理論教學—綜合實驗—課程設(shè)計”三位一體的教學體系.SeminaronChinaEuropeEngineeringEducation2005，Chongqing，102-105

[3]劉軍，陳彩鳳，楊娟.無機材料科學基礎(chǔ)課程設(shè)計的探索.重慶大學學報（社會科學版），2009，15（增刊）：44-46

[4]劉軍，楊娟，陳彩鳳等.無機材料專業(yè)現(xiàn)代實驗教學模式的改革與實踐.中國教育教學研究雜志，2009，193：52-54.