“新工科”背景下農業院校材料化學專業《材料科學基礎》教學內容的改革

劉輝 喻鵬 王志國

摘要：在著力建設和發展“新工科”的背景下，材料學科的主干基礎課程《材料科學基礎》的教學內容具有一定的局限性。文章以湖南農業大學材料化學專業的《材料科學基礎》教學為例，遵循“重基礎、寬口徑、求特色”的改革原則，從理論教學內容和實驗教學內容兩個方面探討了農業院校材料化學專業《材料科學基礎》教學內容的改革。

關鍵詞：材料化學專業;《材料科學基礎》;教學內容

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）37-0118-02

材料化學作為材料科學與化學相結合的新興交叉學科，是材料學科的重要分支。《材料科學基礎》是材料學科人才培養的必修專業課程，是所有材料學科專業課程的基礎，也是材料類本科生開始專業課學習的第一門必修課[1]。因此，《材料科學基礎》同樣是材料化學專業設置的一門重要的專業基礎理論課程，它是基礎課與專業課之間承前啟后的橋梁。學生通過對《材料科學基礎》課程的學習，可以對整個材料學科有一個大方向上的認識，為以后學習或從事材料方面的科研或工作夯實基礎。目前，在我國著力建設和發展“新工科”的大背景下，材料化學專業的主干基礎課程《材料科學基礎》的教學內容具有一定的局限性，尤其對于為適應現代農業領域發展而開設材料化學專業的農業院校，該課程教學內容的改革迫在眉睫。

一、教學內容的改革動力

材料科學技術的飛速發展以及農業院校材料化學專業辦學的特殊性推動著《材料科學基礎》教學內容的改革。一方面，由于材料科學理論發展的歷史原因，目前諸多《材料科學基礎》的教材內容仍偏向于金屬學原理，內容涉及材料的結構、性能以及制備等多方面的知識，如晶體結構、晶體缺陷、凝固與相圖等。近年來，也有少部分教材的內容向無機材料以及高分子材料的科學理論傾斜。但是隨著現代社會材料科學的飛速發展，越來越多的新材料以及工藝得到發展并應用于實際，《材料科學基礎》課程的教學內容不僅要夯實理論基礎，還應順應新工科改革要求，緊跟科技發展方向。另一方面，農業院校材料化學專業辦學的特殊性，其往往在普通材料化學專業課程的基礎上，注重與大農學的結合。如山東農業大學的材料化學專業，是農業院校中第一批設立的化學專業，主要是以高分子材料、復合材料開發和應用為主[2];如湖南農業大學的材料化學專業源于應用化學，于2008年獲批，2009年開始招生，現授予學生工學學士學位，是辦學較早的農林院校材料化學專業之一。經過近10年的發展，我校材料化學專業在依托和支撐大農學等優勢學科發展的基礎上，形成了材料化學與大農學交叉的發展特色。因此，在大力推進“新工科”建設與發展的今天，農業院校材料化學專業《材料科學基礎》的教學內容中關于新材料尤其是對涉及農業領域新材料的相關基礎知識的補充具有迫切性。

二、教學內容的改革原則

農業院校材料化學專業《材料科學基礎》教學內容的改革應當遵循“重基礎、寬口徑、求特色”的原則。首先，材料化學專業的本科生學習材料科學基礎的首要目的仍是掌握材料領域的基礎知識，《材料科學基礎》教學內容的改革不能舍本，必須“重基礎”。其次，以我校材料化學專業為例，考取非農業院校研究生的畢業生占考研人數的90%以上（錄取專業主要為化學類及材料類相關專業），參加工作的畢業生就業方向有金屬材料領域、無機非金屬材料領域、有機化學領域等，因此，農業院校材料化學專業的《材料科學基礎》的教學內容不能局限于現有教材的金屬學原理，必須“寬口徑”。最后，農業院校材料化學專業的《材料科學基礎》教學內容的改革必須“求特色”。農業院校的材料類專業通常具有本校優勢學科的特色，如東北林業大學以天然高分子材料為特色的“生物質材料”[3]，安徽農業大學以木材為特色的“生物質材料”[4]，湖南農業大學以高性能低成本新能源材料的研究應用為特色實現對農業剩余物的高值材料化利用等。因此，為適應農業院校材料化學專業與農學的交叉融合，培養復合創新型優秀本科生，《材料科學基礎》的教學內容可以補充本校研究特色的相關基礎內容。

三、教學內容的改革方案

（一）理論教學內容的改革

首先，遵循“重基礎、寬口徑”的原則，從大材料的觀點出發，以材料成分—組織結構—植被工藝—性能的四面體關系作為主線，對教學內容進行基本的篩選和確定。湖南農業大學材料化學專業選用由陶杰、姚正軍和薛峰主編，化學工業出版社出版的《材料科學基礎》作為授課教材。該教材是“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材，內容融合了金屬學原理、無機非金屬材料物理化學以及高分子材料科學等學科的科學原理和方法。基本的教學內容可以分為以下兩個方面：（1）材料晶體學方面的基本知識不僅介紹金屬材料，還兼顧了陶瓷材料、高分子材料和復合材料的細觀結構;表面與界面也涉及了高分子材料及復合材料的內容，學生通過學習可以全面了解各種材料的內部結構與性能之間的關系。（2）材料顯微組織的變化知識，包括材料固態相變的基本理論、凝固、二元相圖的基本知識、材料加工過程中組織和性能的變化規律，全面了解材料加工工藝對性能的影響。教材中這部分內容偏重金屬學，教師在教學時要適當增加無機非金屬材料、高分子材料和復合材料的基本內容進行補充。

其次，結合農業院校的農學特色，適當擴充教學內容，做到“求特色”。課程內容可以在金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料的知識中有機融入農業院校農學學科特色的相關知識，主要形式為在課堂講授過程中將材料研究前沿領域、新材料發展以及科研成果等引入課堂教學，用豐富、生動的科研內容作為相關復雜和抽象的基礎知識的實際應用，一方面可以提高學生傾聽教師講解的興趣，提高課堂效率;另一方面也啟發了學生的獨立思維能力，培養學生的科研素養與創新精神，明確重要理論的實際應用。

（二）實驗教學內容的改革

《材料科學基礎》的教學內容結合實驗教學可以幫助學生直觀地掌握其復雜、抽象、乏味的概念和理論知識。首先，《材料科學基礎》課程中的部分知識點可以通過簡單的實驗進行模擬驗證。如學生可以用塑料球或乒乓球代替金屬原子作堆積理解晶體結構;可以通過自制的布拉菲點陣模型輔助晶向、晶面符號和晶面間距的理解。其次，農業院校可以發揮專業特色，設計相關綜合實驗，使學生直觀理解材料科學與工程四要素的關系。如湖南農業大學材料化學專業以金屬催化生物炭的石墨化為例，使學生理解炭材料的制備工藝、微觀結構及其儲鋰性能之間的關系，向學生提供了綜合應用以及解決問題的完整過程訓練，加深了學生對材料科學基本知識的理解，提高了學生的動手能力。

四、結語

《材料科學基礎》課程的教學內容多而繁雜，農業院校在改革的過程中必須以學生為主體，同時應該體現農業院校的特色與優勢，既重視基礎知識的教學，又要補充新材料科學技術以及院校相關優勢學科的材料知識，以適應新工科的研究和實踐要求。

參考文獻：

[1]王紅潔，徐彤，席生岐.“材料科學基礎”課程研究型教學改革與實踐[J].高等教育研究學報，2015，38（4）：117-120.

[2]艾仕云，殷煥順.高等農業院校材料化學專業人才培養及教學體系建設研究[J].山東農業教育，2009，94（3）：16-20.

[3]邸明偉，高振華，朱麗濱，顧繼友.“生物質材料”精品課程的建設與實踐[J].森林工程，2013，29（4）：158-160.

[4]王傳貴，張雙燕，趙東.農林院校材料科學與工程專業建設及發展思考[J].中國農業教育，2015，（3）：39-44.

Material Chemistry in Agricultural Colleges under the Background of "New Engineering'' "Material Science Foundation" Reform of Teaching Content

LIU Hui，YU Peng，WANG Zhi-guo

（Department of Chemistry and Materials Science，College of Science，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China）

Abstract：Under the background of construction and development of "new engineering"，the teaching content of the backbone basic course "Material Science Foundation" has some limitations.This paper takes the teaching of "Material Science Foundation" in the major of material chemistry of Hunan Agricultural University as an example，following the reform principle of "emphasizing foundation，wide caliber and seeking characteristic".This paper probes into the reform of the teaching contents of material chemistry major in agricultural colleges from the aspects of theoretical teaching content and experimental teaching content.

Key words：material chemistry major;"Material Science Foundation";teaching content