材料物理化学论文篇1
虽然二组分系统的气—液平衡相图依据组分在液态的互溶情况各有其特点，但液态完全互溶系统构成了这部分内容的学习基础[4]。对于这种相图，我们除了让学生掌握相图中各相区的组成、相态和杠杆规则外，还注重让学生学习气相线和液相线的绘制方法和细节信息。其绘制过程如图3所示，先配制不同比例的二组分混合物，再升高温度测试混合物的熔点，通过描点—连线得到相图。从而培养学生设计实验绘制相图读取相图细节信息的全面能力。通过学习绘制相图，可使学生对相图的全部信息有较深刻的认识、理解及较好的运用。为了便于学生掌握此类相图及其应用，在教学中我们通过物相点随温度的变化的实例，讲解其液相与气相及组成在该过程的演变情况。重点分析了第一个气泡点产生的压力、组成及最后一滴混合液消失的压力、组成，以及其逆过程这一难点。并将相图理论与工业精馏装置联系起来，激发学生对该部分内容的学习兴趣。
3具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图
具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图，是学生学习中最难掌握的内容。我们通过讲解物相点的降温过程的物相变化和步冷曲线的绘制，并借助动画展示具体过程，使该部分内容更加形象和生动，便于理解和掌握。同时，提高了学生的学习兴趣和动手能力。
4相图在金属材料中的应用
4.1在金属材料设计中的应用在工业生产和科研实践涉及到的金属材料通常为多组分的平衡系统，所以其相图更为复杂。为了得到材料的拟服役性能，需要对材料进行设计和加工。相图在材料设计中起着至关重要的作用，例如，在设计奥氏体不锈钢时，为了得到单一奥氏体组织，需扩大相图中奥氏体区，使其在冷却过程中不发生γ-Feα-Fe的转变。根据相图，改变系统的组成，增加稳定奥氏体元素，如Ni、C等是最常用的方法。当然，为了系统的平衡，其他元素也需做相应的改变。应用相图时，为了提高设计组织的准确性，需要考虑平衡相图与实际相图的差别。
4.2在金属材料加工中的应用在金属材料的热加工过程中，随着加工温度的不同，其物相也发生相应的变化。可通过控制轧制参数和冷却过程，改变材料的相变温度和组织类型，得到高性能的金属材料。例如，在钢铁生产中，热轧钢板控制轧制与控制冷却(TMCP)工艺，通过加大压下量增加累积位错，为相变过程提供更多的高能量相变形核点，以得到细小晶粒组织，提高钢的强韧性。通过控制冷却速率，可改变相变后的组织形态，在650℃以上发生相变得到珠光体和铁素体组织，在450~600℃区间主要得到贝氏体组织的钢材，在更低温度下发生相变得到马氏体组织，不同的组织赋予材料的不同的性能[5]。4.3在金属热处理中的应用相图不仅在金属材料的设计和加工中具有指导下作用，而且在材料的热处理过程中也具有重要的应用价值。例如，在金属材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火过程主要是控制冷却速率，使相变温度发生在较低温度区，得到低温转变组织。正火温度需在γ-Fe相区，需要根据相图和化学成分判断其奥氏体化温度，从而确定正火的加热温度。严格的说，确定热处理的升温速率和降温速率也需要参考相应的相图。通过相图在金属材料领域的应用的介绍，学生对本专业和学习物理化学的重要性均有了清晰的认识，他们的学习积极性也显著提高。
材料物理化学论文篇2
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。
材料物理化学论文篇3
纳米科技是20世纪80年代末逐步发展起来的新兴学科领域，它涉及到凝聚态物理、化学、材料、生物等领域[1]。目前，纳米科技与生物技术、信息技术成为推动人类未来发展的三大主流科技，在信息技术、生物与农业、环境能源、生命医学以及航空航天等方面有广泛的应用前景。纳米科技的迅猛发展将促使几乎所有的工业领域产生一场革命性的变化。
纳米材料是纳米科技的基础，对纳米材料的学习，是适应未来社会对材料专业人才的需要。在教材的方面，一直没有一本面向研究生教学的、较系统性的纳米材料的教材。本文拟从纳米材料课程教学目的、教学内容、教学方法与手段等方面对高等院校材料类研究生专业进行纳米材料课程的教学改革进行探讨。
1 教学目的制定
课程的目的是通过课堂教学，使硕士研究生能够了解、掌握纳米科学与技术的概念、分类及其特点，了解和掌握纳米材料的基本物理和化学性能；掌握纳米材料的主要制备方法和原理；掌握纳米材料的结构分析测试方法；了解纳米材料的生物毒性和安全性；了解纳米材料在不同领域的应用现状和应用前景以及最新研究进展，以便使学生了解和把握当今纳米科学的最新研究前沿
2 教学内容的选择
目前，纳米材料正蓬勃发展，其涉及的面也越来越广泛，涵盖原子物理、凝聚态物理、胶体化学、固体化学、配位化学、化学反应动力学和表面、界面等多中学科，内容广泛[2]。随着纳米科技的兴起，也出现了很多介绍纳米效应、纳米技术应用及纳米材料制备技术文献和资料，对推动纳米科技的健康发展起了很好的作用。但是，在教材的方面，一直没有一本面向研究生教学的、较系统性的纳米材料的教材。根据笔者从事纳米材料课程教学的实践，认为要达到前面提出的纳米材料课程教学目的。课程的教学主要内容应包含以下几方面： 纳米材料的基本概念、发展史；纳米材料的分类及其特点；纳米材料的基本物理和化学性能；纳米材料的主要制备方法和原理；纳米材料的结构分析测试方法；纳米材料的生物毒性和安全性；纳米材料最新研究进展。根据教学内容特点，可以考虑将教学内容分会以下6个部分。
2.1 绪论
从纳米材料的新奇特性开始，讲述纳米材料的内涵和基本概念以及发展史。根据材料的分类方法讲述纳米材料的分类方法及特点。讲述纳米材料的基本结构单元及其特性。重点讲述纳米材料的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等基本性能。并结合我国纳米材料研究现状和学生研究方向进行相关讨论，激发学生对纳米材料的好奇心和求知欲。
2.2 纳米材料物理化学性能
主要内容涉及纳米材料的结构和形貌特征；纳米材料的热学、磁学、光学等物理特性；纳米材料的吸附、分散、团聚等化学特性。将纳米材料的物理化学特性与结构关联，按照基本结构-基本特性-特殊结构-特殊效应-特殊功能-特殊应用这一思路，引领学生深入思考，可以起到举一反三效果。
2.3 纳米材料的制备方法和原理
按照纳米材料维数分类方法，讲述零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料、三维纳米材料的特征、制备方法和基本原理。重点讲述蒸发-冷凝法、溅射法、气相化学合成法等气相方法和沉淀法、溶胶凝胶法、微乳液法、溶剂热法等液相方法。并结合学生研究方向对相关材料和方法进行详细讨论，使学生掌握相关制备方法，为随后的研究奠定坚实的基础。
2.4纳米材料的结构分析测试方法
主要包括透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪、X射线粉末衍射仪、激光粒度仪等纳米材料表征仪器。通过学习，使学生掌握纳米材料测试的主要方法和仪器，并掌握各种仪器的优缺点和适用范围。同时，也使同学们认识到纳米材料研究的高技术特点。
2.5纳米材料的生物毒性和安全性
主要包括纳米材料的生物毒性和安全性。根据已有的相关研究报道，介绍一些纳米材料的生物毒性，让学生们了解纳米材料的不足之处，掌握相关的安全操作规则，以便在随后的纳米材料相关研究中避免出现安全事故。
2.6最新研究进展
根据纳米材料的最新研究热点，如石墨烯、锂离子电池灯，讲述纳米科技领域国际最新研究动态，让学生了解国际最新研究热点。
3. 教学方法与手段
3.1 多媒体教学
针对纳米材料课程内容广泛，知识点多的特点，采用多媒体教学方式。利用多媒体教学图、文、声、像融为一体的优点，可以使教与学的活动变得更加丰富多彩，又可以将信息量大的课程内容在有限的时间内呈现给同学们。从而激发学生的学习兴趣，促进学生思维发展，丰富学生的想象力。例如，讲述纳米材料宏观量子隧道效应时，可以动画的形式展现，方便学生们理解。讲述纳米材料的制备方法时，可以通过示意图的形式展现，更容易让学生理解和掌握。
3.2交互式讨论
利用交互式讨论教学方式。根据学生的兴趣，结合课程内容，将学生划分多个课题小组，进行课堂讨论。例如，讲述微乳液法制备纳米材料时，首先让学生通过文献查阅等方式了解该方法；其次，在课堂上就该方法、原理和实践应用进行充分讨论和分析；最后老师指出该内容的重点和难点。通过这种交互式讨论，在课堂教学中，确立学生的主体地位，尊重学生的主体意识；创设民主、平等的课堂氛围，让学生充分发表自己对问题的看法，发挥学生的主管能动性，变被动接受为主动探索；使学生的创新意识、创造性思维能力得到不断的发展[3]。
3.3实践操作相结合
纳米材料是一门实践性很强的课程。在课程教学中要充分与实践相结合，根据学生的研究方向，结合课程内容，安排学生进行相关实验。通过具体的实验使学生对纳米材料有更多的感性认识。涉及透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪、激光粒度仪等纳米材料表征仪器内容时，结合具体情况，可安排一定时间上机观察和操作。
4 结语
纳米材料是纳米科技的基础，对纳米材料的学习，是适应未来社会对材料专业人才的需要。本文从纳米材料课程教学目的、教学内容、教学方法与手段等方面对高等院校材料类研究生专业进行纳米材料课程的教学改革进行系统的探讨，实践证明，这些举措的实施取得了良好的教学效果，为培养学生的创新思维和科研精神起到了一定的作用
参考文献
材料物理化学论文篇4
(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．
(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．
(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．
材料专业引入计算模拟教学的探索
材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．
材料物理化学论文篇5
材料化学;绪论课;教学设计
材料化学是材料科学与化学的交叉学科，伴随着材料科学的发展而诞生和成长，即是材料科学的重要部分，又是化学学科的一个分支［1］。目前，很多高等学校的化学和材料类专业开设了《材料化学》这门课程。《材料化学》是南阳师范学院材料化学专业的核心基础课程，对于培养学生的材料科学基础知识，分析和解决材料制备和应用中的化学问题的能力起到了关键作用。但是该课程涉及的知识面广泛，内容庞杂、概念甚多、加上课程改革，理论课时数减小，学生在学习《材料化学》课程过程中，普遍存在概念混淆、重点难以掌握等问题。绪论是一门课程的开场白和宣言书，是师生之间学习和交流的起始点，能为学生建立起一门课程的知识轮廓。通过对绪论进行学习，学生可以了解课程在所学专业中所处的地位和作用，以及该课程的教学内容、学习方法和考核方式等问题［2］。如何激发学生学习该课程的兴趣，提高课程的教学质量，绪论课在整个课程教学中有着举足轻重的地位。结合近年来的教学实践，就如何讲好《材料化学》绪论课谈一些心得。
1首先明确课程性质、特点及地位
教学之初，首先明确该课程作为专业核心课程的重要地位，是学习后面材料专业课程的基础课程，同时明确考核方式，加强学生对本课程的重视程度。材料化学是材料科学和化学学科的交叉学科，课程内容既涉及工程材料应用中的实际问题，又包括材料结构及制备中的化学问题。作为一门交叉学科，很多知识点与材料学和化学课程中的相关内容重复，很多学生以为学过相关知识，就会从思想上松懈。然而，相关知识点虽然出现重复，但在不同学科中讲授的重点是不同的。在讲授材料化学课程的过程中，要着重培养学生利用化学的思维解决材料科学中的问题，使学生深刻领会化学与材料科学交叉的重要意义。通过一些实例，讲解本课程与化学和材料相关课程的区别和联系，使学生更加深入了本课程的性质和地位。材料科学是偏实际应用的工科课程，化学是偏理论的理科课程，材料化学则是利用化学的理论解决材料应用中的实际问题。
2材料
以材料的实际应用为引子，如材料在航天航空、交通运输、电子信息、生物医药等领域的应用，带领学生进入学习状态，引导学生回想什么是材料?材料的种类?提出材料是对人类有用的物质，是人类赖以生存和发展，征服自然和改造自然的物质基础;是人类进步的里程碑。然后介绍材料的发展历史，说明人们对材料的使用，是从最早的天然材料，依次经历了陶瓷、青铜、铁、钢、有色金属、高分子材料以及新型功能材料。根据材料的发展史，启发学生思考材料研究和发展过程中的规律和特点。人们对材料的使用经历了从天然材料到合成材料，从传统材料到新兴材料。传统的材料主要以经验，技艺为基础，材料靠配方筛选和性能测试，通过宏观现象建立的唯象理论对材料宏观性能定性解释，不能预示性能和指明新材料开发方向，而新型材料则以基础理论为指导。材料科学的历史表明，当一种全新的材料在原子或分子水平上合成后真正巨大的进展就常常随之而来。化学的发展往往导致材料技术的实质性进步。在新材料的研发和材料工艺的发展中，化学一直担当着关键的角色［3］。任何新材料的获得都离不开化学，以石墨烯为例，物理学家主要关注其电子结构及输运理论，材料学家主要测试材料的电磁、光电、传感和催化等性能，而化学家的任务则是利用化学气相沉积和插层剥离等方法制备该材料。只有通过化学气相沉积法制备出高质量大尺寸的石墨烯，才能推动石墨烯在电子信息领域走向实用化。
3材料与化学
材料化学是材料科学与化学学科的交叉，很多学生容易混淆材料科学和化学的研究范畴。在本课程的第一节课，一项重要的任务是使学生明确材料科学和化学的研究内容和范畴，这对于后续相关概念的讲解至关重要。材料科学的研究对象是材料，材料是对人类有用的物质，指的是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。而化学的研究对象是物质，物质是构成人类物质世界的基础。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料;材料科学是一门研究材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能及应用之间相互关系的科学;而化学则是从原子和分子角度研究物质的组成，结构、性质及相互转变规律的科学。因此，化学研究的尺度范围是原子、分子、分子纳米聚集体。材料科学最早研究的尺度范围在微米以上，如钢和陶瓷的组织结构。随着一些新兴材料的出现和发展，人们对材料的研究甚至小到电子结构。如近些年发现的拓扑绝缘体，其表面导电，体内不导电的性质由其拓扑的能带结构决定，而该拓扑结构则与电子的自旋运动有关，研究拓扑绝缘体必须从电子自旋角度认识其结构。因此，材料科学的研究范畴不断拓展，并于其它学科交叉。
4材料化学
通过学习材料的发展历程、材料科学与化学之间的区别和联系，学生已经对材料化学有了一定的认识，引导学生给材料化学下一个定义。材料化学是关于材料结构、制备、性能和应用的化学。本校材料化学专业选用曾兆华、杨建文编著第二版《材料化学》作为教材，教材的章节也是按照材料结构、制备、性能和应用进行安排的［4］。在这部分内容讲授过程中，可以让学生以教材目录为参照，讲到相关内容可以与教材相关章节进行对应。
4.1材料的结构
从三个层次讲解材料的结构，分别是电子原子结构、晶体学结构和组织结构。电子原子结构在很大程度上影响材料的电、磁、热和光的行为，并可能影响到原子键合的方式，因而决定材料的类型。在这个层次上研究的化学问题主要涉及原子序数、相对原子量、电离势、电子亲核势、电负性、原子及离子半径等。原子序数决定了材料的化学组成，电负性决定材料内部原子之间的键合方式，从而影响材料的导电性、强度和热膨胀系数等。晶体学结构主要指原子或分子在空间排列的方式，根据原子排列的有序性，将材料分为晶体和非晶体。晶体中出现局部无序，或对理想晶体的产生偏离，则出现缺陷。缺陷的存在影响材料的力学性能和电学性能等。如在本征硅内部掺杂磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成杂质原子缺陷，增加本征硅的导电性，形成N型半导体。组织结构主要指材料的物相组成及结构、晶粒的大小和取向等。在大多数金属、某些陶瓷以及个别聚合物材料内部，晶粒之间原子排列的变化，可以改变它们之间的取向，从而影响材料的性能。一般来说，减小金属的晶粒可以降低其熔点。在这一结构层次上，颗粒的大小和形状起着关键作用。大多数材料是多相组成的，控制材料内部物相的类型、大小、分布和数量可以调控材料的性能。
4.2材料制备
材料合成与制备就是将原子、分子聚集在一起，并转变为有用产品的一系列过程。材料制备的方法和工艺影响材料的结构，从而影响材料的性能。根据制备原理的不同，材料制备方法可以分为物理法和化学法。物理法指在材料制备过程中，仅改变材料内部原子或分子的聚集状态，不涉及化学反应的方法。如真空镀膜、溅射镀膜、脉冲激光沉积法等。化学法则在材料制备过程中，涉及化学反应，并且有新物质的生成。如固相反应法、有机合成法、水热法、沉淀法、化学气相沉积法等。以石墨烯材料为例讲解材料的制备方法。石墨烯作为二维单原子层材料，既可以采用物理法制备，也可以采用化学法制备。2004年发现石墨烯的报道，便是采用简单的胶带对撕方法制备，该方法依靠外力使石墨片层克服层间范德华力，使层与层之间分离，从而获得单层石墨，该方法也称为物理机械剥离法。利用甲烷、乙烯等烃类气体作为碳源，镍、铜、金等金属作为基片，采用化学气相沉积法则可以制备高质量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨为原料，利用化学插层剥离的方法也可以用来制备石墨烯［5］。但不同方法制备获得石墨烯的尺寸及性能差别较大，在不同的应用领域采用的石墨烯制备方法是不同的。
4.3材料性能
材料的性能由其结构决定，与材料制备的工艺和方法有关。性能是指材料固有的物理、化学特性，材料性能决定了其应用。广义地说，性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述，例如力学性能是材料对外力的响应、电学性能是对电场的响应、光学性能是对光的响应等。因此，材料的性能可分为力学性能和特殊的物理性能。常见的力学性能包括材料的强度、硬度、塑性、韧性等。力学性能决定着材料工作的好坏，同时也决定着是否易于将材料加工成使用的形状。锻造成型的部件必须能够经受快速加载而不破坏，并且还要有足够的延性才能加工变形成适用的形状。微小的结构变化往往对材料的力学性能产生很大的影响。材料特殊的物理性能包括电、磁、光、热等行为。物理性能由材料的结构和制造工艺决定。对于许多半导体金属和陶瓷材料来说，即使成分稍有变化，也会引起导电性很大变化。过高的加热温度有可能显著地降低耐火砖的绝热特性。少量的杂质会改变玻璃或聚合物的颜色。
4.4材料应用
材料化学已经渗透到现代科学技术的众多领域，如电子信息、环境能源、生物医药和航天航空等领域。例如，在电子信息领域，现代芯片制造离不开化学。光刻过程使用的光刻胶和显影液，镀膜过程中的化学气相沉积和原子层沉积，刻蚀过程中的反应离子刻蚀，这些工艺过程都离不开化学的作用。在环境能源领域，新型光催化材料和太阳能电池材料的研究和开发，离不开化学法制备材料和对材料进行化学掺杂改性。在生物医药领域，对传感材料进行化学改性提高其传感特性，对仿生材料进行表面改性可以提高其生物相容性。在航天航空领域，各种轻质、耐高温、耐摩擦等结构材料和功能化智能材料的研发都离不开化学。
5结语
通过对“材料化学”绪论课的精心设计，使学生明确了该课程的性质和重要地位，大量的实例激发了学生学习的兴趣和求知欲，树立了学生学好该课程的信心，为课程的深入学习起到了奠基石的作用。以“材料、材料与化学、材料化学”为主线进行讲授，使学生对本课程的内容有了更加清晰和深入的认识，取得了良好的教学效果。
参考文献
［1］禹筱元，罗颖，董先明.材料化学专业人才培养模式的改革与实践［J］．高教论坛，2010，1(1):23－25.
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材料物理化学论文篇6
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：
材料物理化学论文篇7
材料化学专业是材料科学与现代化学等多门学科相互交叉、渗透发展形成的具有强大活力的新兴交叉学科，是运用材料化学的基本理论和方法研究材料的制备、组成、结构、性质及应用的学科。在国民经济发展和科学前沿领域中都起着不可替代的重要作用。材料物理是材料化学专业一门重要的专业基础课，是学生在修完“大学物理”、“无机化学”、“有机化学”、“物理化学”、“材料化学”、“材料合成化学”等有关课程后，开设的一门起承前启后作用的专业基础课，具有很强的理论性和实践性[1]。目的主要是让材料化学专业的学生了解利用物理学的方法处理材料科学中问题。学会从物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律出发，说明材料的微观结构、组织形貌、原子电子运动状态及它们与材料性能和成分之间的关系。该课程要求理解材料的力学、热学、电学、磁学、光学、声学以及材料的功能转换等内容。通过该课程的学习能深刻理解材料的各种性能及主要影响因素，并能在材料研究中建立相应的物理模型，阐述材料结构、性能和它们在各种外界条件下发生的变化及其变化规律。该课程的教学效果对学生在“金工实习”、“生产实习”、“毕业论文设计”等后续相关专业课程的学习具有较深远的影响。该课程最大的特点是涉及的知识面广、信息量大、应用性强，涉及的理论知识比较抽象，因此给教师的教学和学生的学习都带来了一定的挑战。而新形势下，培养高质量的创新型人才是当前我国高等教育最为重要的历史责任。然而，传统教学中的“填鸭式”等问题，不利于学生创新性思维的开发。因此，教学方法的改革迫在眉睫。
教学过程是通过教师的教与学生的学相互有效地互动配合实现的，因此教学方法在教学活动中起到关键的作用。在《材料物理》的教学过程中，关注学生能力的培养，摒弃传统“填鸭式”灌输的教学方法，采用多元化立体的教学模式，调动学习积极性，启发学生自主思考，以问题为导向开展学习活动，培养学生的自主学习能力、创新意思和科学思维方式。
1 优化多媒体辅助教学，激发学生的学习兴趣
材料物理课程具有学科知识面宽、概念抽象、公式复杂、理论性强并且难于理解等特点，而传统的板书式教学手段由于其单调、枯燥、抽象等缺点，导致学生出现厌学甚至弃学等消极情绪，大大地降低了教W效果。而多媒体辅助教学是集图、文、像、色、声为一体的现代教育技术，可使抽象复杂难以理解的理论知识，以直观生动地形式表现出来，增强了课堂教学的趣味性，激发了学生的学习热枕，使得学生自主地学习知识，提高了教学效果。针对较为抽象易混淆的概念，可以采用动画模拟的方式帮助学生构建知识框架，加深理解。比如，晶体塑性形变的两种基本形式是滑移和孪晶，很难用学生的既往知识经验来理解和区分，因此，采用动画模拟演示和同步解说功能的微视频讲解，直观地体现出两者的差别，充分调动学生的空间想象力，营造体验式教学情境，瓦解传统教学的时空障碍，帮助学生加深理解，在脑海中留下画面。例如，吸声材料中关于焦点这部分知识时，导入北京天坛公园的回音壁和三音石等图片和视频，一方面加深学生对基础理论知识的理解，另一方面可以对学生进行人文教育，了解中国古人的聪明才智，并关注非物质文化遗产的保护等社会热点问题。值得注意的是，多媒体教学并不是时时处处都适合的教学手段，针对一些公式的推导，例题以及课后习题的讲解过程，需要结合传统教学模式，循序渐进的分析讲解，给予学生充足的时间去思考、理解和解决相关问题。
2 引入课题式教学方法，调动学生的学习主动性
“材料物理”课程知识内容较为抽象，内容繁杂，以教师为主的教学模式开展教学，较难调动学生学习的积极性，常常达不到理想的教学效果，而作为一门理论与实际应用结合较紧密的专业基础课，利用课堂上学习的理论知识解决实际应用问题，不但可以激发学生的学习动力，还可以锻炼学生应用知识处理问题的思维方式和自主探究能力。课题式教学方法属于构建性的教学，是一种崭新的启发式教学模式。课题式教学方法是指在学生具备一定知识储备后，在导师的指导下，选择和确定专题进行科学研究，在这个过程中，学生主动地搜集文献、获取知识、分析问题、解决问题。这种教学方法可以迎合当今社会对高素质、全方面、具有创造力的应用型人才的培养要求。课题式教学注重问题导向，有助于提高学生思维水平，获取实用方法。
因此，在传统教学模式的基础上，采用探究性的课题式教学模式，以课题为载体、问题为导向、学生为主体、教师为引导，注重学研结合和思维训练，有助于学生开展体验式的学习模式，在自主思考、小组合作的过程中，学习知识，培养思维方式，发展与人协作的精神，锻炼科学研究的素养，最终在知识与技能、情感与价值观等方面得到全面的培养锻炼。结合材料物理的内容特点，课题可以分为材料的力学、材料的热学、材料的电学、材料的磁性、材料的光学、材料的声学六大类，设置课题，如集成电路用基片材料、LED发光显示材料的发展、高温超导材料的应用、单分子磁体的研究现状、光纤通讯材料的发展、航天航空复合材料的选取、生物材料、储能材料的研究现状、太阳能电池的发展等。由学生自由选择合作学习小组，学习小组内部确定个人分工，开展对该领域的研究背景与研究意思、当前难以突破的技术瓶颈以及研究热点的文献调研。在此过程中，学生通过个人搜集材料、小组讨论的方式，一方面锻炼了学生获取知识、提取和选择有关知识的能力，另一方面小组内部的协调讨论，有助于培养学生的团队意识。最终可以选择通过撰写专题文献调研报告、小组讨论与答辩、开展相关专题的大学生创新性实验等方式，引导学生自主地参加学习活动，让学生能够体验到思考问题，独立解决问题的和成就感，体会科学研究的过程和思维方式。另一方面，还可以引导学生参加科研项目，整体提升学生创新能力和动手能力。在课题式教学活动的过程中，可以潜移默化地培养学生的批判性、创造性思维、团体意识以及科学探索精神，完成传统教学达不到的教学效果。
3 开展学生讲授，集中讨论的模拟教学模式，全方位培养学生的综合素质
传统的教学模式中，主要是老师在讲台上讲，学生相对比较被动地听，由于课程内容比较深奥和抽象，很多学生在课堂上较难跟上老师的思路和节奏，因而出现精力不集中、^脑僵化、困倦等问题，由此恶性循环，最终丧失学习的兴趣和动力，导致教学效果降低。古人云：师者，传道授业解惑也。授人以鱼不如授人以渔。而教师除了完成传道受业的责任外，还要激发出学生的学习潜能，要教会学生处理问题解决问题的策略和能力。因此，开发以学生为主体的教学模式，为学生提供更多的自主学习的时间和空间，改变学生被动的学习方式，从而达到事半功倍的效果。针对有些能引起学生兴趣的内容，采取模拟教学模式，由学生讲授、课堂讨论的方式实现对知识的接受与消化吸收，在此过程中，一方面学生会积极主动地去预习、搜集材料、分析知识内容的逻辑性与连贯性，在过程中，学生需要去了解知识的来龙去脉，可以引导学生去搜集一些材料科学名人的科研事迹，去学习前辈们发现问题解决问题的科学思维，为学生们提供一些生活中的应用实例，让学生在学习知识内容的同时，加深对基本概念的理解，体会知识的重要性和实用性。另一方面，在进行角色互换的同时，可以锻炼学生的表达能力，组织语言的能力，去理解学习的过程，了解教师备课、授课的整个过程，感受教师在其中的努力，培养学生体恤和尊重他人的品质，达到情感与价值观的教育目的。比如，可以让学生去了解中国科技大学谢毅院士关于热释电材料方面的工作，介绍中科院长春应用化学研究所张洪杰院士在高性能稀土发光材料的研究工作，北京大学高松院士在高密度磁存储材料等方面的研究等，这样不但拉近了学生与科研世界的距离，让学生们了解当前科研的前沿方向和课题，去理解所学知识的必要性，增强学习的动力和兴趣。
4 结语
随着时代的变迁和科技的进步，新形势下社会对大学生的要求也发生了改变，因此要求作为教师也要不断地去学习和摸索适合现阶段学生的教学模式。不摒弃传统教学方法，也要不断地思考与改革，去融合新的教育理念，运用和构建多元化的教学模式，激发学生自主学习的潜能，训练学生的逻辑思维能力，增强学生的综合素质，培养学生的创新精神和实践精神。总之，教学是要以人为本，坚持学生为主体，尝试多元化的教学模式，调动学生的学习兴趣和积极性，使学生学会思考问题的方式，成为一个不仅具有扎实理论基础知识、并且具有独立思考和处理问题能力的创新型人才。
参考文献
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材料物理化学论文篇8
湘潭大学目前除了化学专业、应用化学专业开设结构化学之外，材料物理、材料化学、材料科学与工程这3个材料科学类的专业也开设结构化学课程，5个专业使用的教材均为周公度、段连运先生编著，北京大学出版社出版的结构化学基础（第4版）一书。根据近几年来材料科学类结构化学的教学实践情况，考虑到材料科学学科与化学学科之间的差异，根据材料科学与工程教学指导委员会制订的高等学校材料物理、材料化学专业规范，优化适合于材料科学类3个专业的结构化学课程的教学内容实有必要。
一、结构化学的内容和课程的任务
结构化学是研究原子在空间相互结合成分子或化学实体的方式（结构）、依据（化学键本质）、规律及结构与性能间的联系，它是联系材料宏观与微观的桥梁，是材料设计的基础。结构化学以在分子水平上研究自然科学问题为其主要目标与特征，这决定了它不仅是研究化学反应机制、化学的内在规律性、各类化学体系立体构型、键型及构效关系的指南，而且已成为材料科学、分子生物学、金属有机化学等新兴、边缘或综合学科发展的支柱。结构化学不仅与化学各分支学科，而且与材料科学、物理学、地学、生命科学、冶金学等学科有广泛的横向联系与交叉。结构化学的另一个重要内容就是与合成化学、理论化学以及材料科学、生命科学、固体物理等相邻学科一起，建立分子工程学、晶体工程学等学科。
结构化学课程是材料科学类的一门基础课，其任务是使学生深刻掌握微观物质运动的基本规律，获得原子、分子和晶体结构的基本理论、基础知识，深入掌握物质结构和性能的相互关系，牢固树立结构决定性能的观点，了解研究分子和晶体结构的近代物理方法。通过这门课程的学习，培养学生的创新精神和实践能力，进一步培养学生从结构的观点分析问题和解决问题的能力。结构化学的教学对于锻炼学生思维、开发学生智力、发展学生能力、提高学生综合素质有着极其重要的作用。凡具有较好理论基础的大学毕业生，适应能力强，后劲足，结构化学的教学起着十分重要的作用。
二、材料科学的特征
材料科学与工程正在发生深刻的变化，其研究已深入到原子尺度，突出特征表现在3个方面。第一，材料科学技术化，材料技术科学化，材料科学与工程技术日益融合，相互促进；第二，新材料、新技术、新工艺相互结合，为各个工程领域开拓了新的研究内容，带来了新的生命力和发展前景；最后，学科之间的相互交叉渗透，使得各学科之间的关系日益密切，难以分割。基础科学与现代技术的新成果也和材料科学与工程的发展交织在一起。
从教材角度看材料科学，具有3个特征：基础性、前沿性和应用性。基础性，一方面指材料科学的研究是建立在物理、化学的基础上，没有扎实的理化基础从事材料研究与开发是难以想象的。另一方面，当前材料科学研究显示出突出的交叉性和综合性，学科内容及规模不仅体系庞大而且纷繁芜杂，没有扎实的基础就难以抓住要害，不能适应学科的变化和发展，这就要求教材毫不含糊地重视基础。前沿性是指材料科学的发展速度迅猛，只有在教材中恰当地反映这些变化，才能使学生适应日后的研究工作。应用性是指材料研究的目的而言，是为了实际应用。当今材料研究从实验室到工业化的时间大大缩短，材料研究与开发已成为高科技的重要组成部分，要求在教材中有意识地体现这一特征。
三、结构化学课程教学的主要内容与基本要求
根据结构化学的研究内容和材料科学学科的特征，材料科学类的结构化学课程不仅要兼顾物理系的材料物理和化学系的材料化学2个专业，包含适当的量子力学基础、固体理论和表面结构化学，还要适当地介绍一些的功能材料，不能“有理无物”，而且既要与材料物理课程和材料化学课程紧密地相联系，又要区别开来，既要与计算物理课程和计算化学课程相联系，又要区别开来，突出材料结构与性能的关系，简要介绍分子设计学。遵循加强基础、强化能力、整体优化、精选内容、更新知识、突出应用、反映前沿及简明扼要的原则，进行教材编写。
在内容的选取上，首先把握更新与精选，处理好“新”与“基”的关系。在加强基本教学内容的前提下适当反映新内容，拓宽知识面，体现“少而精”、“精而新”的原则。不仅要反映现代科学的发展趋势和学科的前沿理论，而且应注重结构化学课程对其他课程和学科的渗透，提高综合度。其次充分重视理论联系实际。在不同部分侧重点不同，力求加强宏观与微观的联系，掌握规律。第三，注意演绎法和归纳法2种方法的应用。RHoffmann曾说：“化学理论的最主要作用是提供一种思维方式，以总结更新知识”。结构化学作为理论化学的重要组成部分，要求该课程使学生在2种思维模式即演绎法和归纳法方面均得到较好的训练。中国传统教学偏重演绎，优点是严谨，但缺乏创新意识，而美国等国家在教学上侧重归纳，优点是独立思考和创造能力强，缺点是基础不够扎实。因此，我们力求将2种思维模式在各个章节都有所体现，期望学生受到全面的训练。第四，充分注意习题的作用。习题是锻炼思维的体操，是学习过程中的重要一环，做习题不仅是理解、掌握知识，而且是学会如何运用知识。虽然做习题本身不是科学研究，但对研究能力的养成有重要作用。许多科学大师都曾津津乐道于他们早年在习题中的受益。A Sommerfeld曾写信给他的学生W Heisenberg，告诫他：要勤奋地去做练习，只有这样，你才会发现，哪些你理解了，哪些你还没有理解。杨振宁也曾回忆他的大学学习：西南联大教学风气是非常认真的，我们那时念的课，一般老师准备得很好，学生习题做得很多。的确，“勤奋地去做练习”，“习题做得很多”，往往是达到成功的一个阶梯。因此例题习题选编的恰当与否直接影响教学效果，这在内容多、学时少、提倡自学的当今时代显得尤为重要，对于结构化学课程而言更是如此。习题不能全部简单化，我们编写了一定数量的综合训练题。最后，注意课外读物的作用。课外读物有利于拓宽学生的知识面，培养学生的自学能力。阅读原始研究论文能够培养学生良好的思维能力和思考问题的方法，提高他们分析问题和解决问题的能力。在结构化学中，每一个基本原理或理论大都对应一位科学大师，学习他们的研究方法及写作技巧，对学生将来从事科研等工作十分有益。
因此，材料科学类的结构化学课程教学内容应包括下列6部分内容，各部分的基本要求如下：
1.量子力学基础和原子结构。这部分内容在第1、2章中讲授。要求了解量子力学的基本假设，掌握氢原子和类氢离子的薛定谔方程及求解要点，提高对原子结构的认识，深入理解原子轨道的意义、性质和空间图象。了解多电子原子的自恰场方法及中心力场近似法，了解核外电子布居的依据，了解角动量的偶合及原子光谱项的意义。
2.化学键理论和分子结构。这部分内容主要在第3、5、6、10章中讲授。要求重点掌握化学键的三个基本理论：分子轨道理论、价键理论和配位场理论。其中第3章要求了解线性变分法处理H2+和H2，了解共价键本质及典型的双原子分子的电子排布。第5章要求掌握价键理论在多原子分子结构中的应用，掌握s-p杂化轨道的造法及键角公式。要求掌握HMO方法及其在共轭分子中的应用，掌握前线轨道理论和能量相关图及其应用。第6章要求掌握配位场理论在配位化合物结构中的应用，π-σ配键化合物和过度金属簇合物的电子结构或成键特征与性能。了解分子光谱、电子能谱原理。掌握现代化学键理论在讨论非金属化合物成键特征及结构与性能关系方面的应用。
3.点阵理论和晶体结构。这部分内容主要在第4、7、8、9章中讲授。要求根据分子的几何构型确定分子所属的点群，初步了解群的表示和特征表的意义。了解偶极矩、旋光性与分子结构的关系。要求着重了解X射线衍射等方法所依据的基本原理，以及在测定结构中的作用和应用范围，为了解与掌握现代化学中的重要实验方法打下初步的理论基础。掌握描述晶体结构的表达方法，掌握金属、离子化合物的晶体结构与性能。了解用结构化学理论研究固体表面的结构和性能的方法。
4.功能材料结构与性能。这部分内容在11章中讲授。初步了解几类重要的功能材料，加深理解结构决定性能的观点，初步了解功能材料结构与性能的关系。
材料物理化学论文篇9
该课程主要阐述材料物理性能的原理及微观机制、性能的测试方法，是一门兼顾理论性和实践性的课程，是将来学生从事科研及教学的重要专业基础课。该课程涉及到的理论基础知识较多，需要与前期所学习的理论知识紧密联系起来，对于一些前期专业基础学习并不突出的同学，在这门课程的学习中将遇到一定的障碍，需要进一步在该课程学习中提高他们对本专业课程的认识与理解，培养对科学知识的兴趣爱好。而对专业基础相对扎实的同学，也需要通过该门课程的学习做到专业知识的灵活应用，在钻研和探索的过程中形成自己独特的想法。
因此该课的学习兴趣和创新能力的培养对学生来说尤为重要。传统的教学模式只是完成该门课程的教授，并没有把通过课程优化，进一步来激发学生的对专业知识的兴趣和创新能力[3]，相反在某种程度上，单调的教学模式加上课程学习的困难，还容易让学生产生厌学的情绪。为了培养和造就高素质的创新型人才，材料物理教学改革势在必行。笔者结合多年材料学专业基础课教学经验，就以下几个个方面阐述“材料物理性能分析”教学改革中的一些经验和心得。
1 优先培养学生兴趣爱好
培养对专业的兴趣与爱好，首先使学生明白材料科学学习研究的目的意义，认识日常生活中表现出来的一些与材料有关的问题。在这方面，通过教研室领导安排在金属结构材料，功能材料，陶瓷材料，高分子材料，金属腐蚀与防护领域具有多年科研经验的副高以上职称的老师，在新生进校开始上课那周开始，每周安排一位相关材料研究领域教师进行3学时的“材料前沿”课程教学，同时规定老师均要出具与讲授内容相关的1～2个思考题目，当课程结束后采用考试作为考核手段，试题为授课教师出具的相关思考题，可由学生根据自己兴趣爱好从中选取一定量的题目进行解答。通过该课程，促使新生带着兴趣与责任进行材料科学专业学习。
2 调整“材料物理性能分析”授课时间
将本门课程调整到与“固态相变”课程同学期授课，由于固态相变教学中有大量各种类型金属相变的教学内容，这将为“材料物理性能分析”用在哪里，怎么用提供了一个非常好的目标性。授课时间将安排在“固态相变”课程将要结束的教学12周左右进行，提升专业课程之间的逻辑性与连贯性，加深了学生对专业课程之间关联性的了解与专业知识的掌握力度。
3 教学内容与方式
教师在课程教授过程中应该注意收集日常生活中常见的与课程有关的物理现象，在不同章节课程教授之前在课堂中以提问的形式提出，如讲授热容内容时，可与学生讨论为什么在春秋季节的早上，有时候一些湖面，池塘水面会有浓浓的雾气笼罩；讲授电学时可以谈论为什么市面上的民用电线有多芯线与单芯线之分来展开关于导体导电特点的话题；讲授磁学的时候和他们简单讨论电磁起重机与磁记录装置的功能原理与性能差别等。通过身边的一些物理现象的讨论与解释激发学生的好奇心与求知欲。在课堂教学中，不仅要向学生传授知识，同时要培养他们的创新能力，让学生树立崇尚科学的观念，勇于奉献的精神。
本课程的讲授过程中，有时需要使用较多的图片，又由于涉及材料较多及大量的信息，传统的黑板加板书的授课方式肯定是不能适应教学要求。多媒体作为先进的教学手段在本校中完全普及开来，通过多媒体教学，在一些动画演示，图片展示方面具有极大的优势，即可提高教学效果，又可以丰富教学内容。教学中可以充分利用现代的教学手段，借助于多媒体使学生看到各类材料物理性能变化与晶体结构变化的图片，使学生有更多的感官认识，提高对专业知识的兴趣。
4 考核方式
对该门课程的考核方式将不再拘泥在书本知识或是对一些传统理论知识的考察，在考察内容中，除了一些基本的知识点要求学生掌握外，分配20%～30%的讨论题，主要是通过提出一些材料在加工或使用过程中与材料物理性能相关的工程实践问题，让学生进行分析，让学生系统的回答当面临这些相关问题或现象需要解释或解决它，你有什么构想，需要做什么实验，预期要得出什么结论，实验数据如何分析，所得结论能否反映事实真相等系列问题让学生进行分析。锻炼学生思维与创新能力。
5 结语
随着教学设施完善，实验手段升级，教育观念的改变，学生智力水平的提升，单纯的课本课堂讲授将不能满足现代化教育要求，需要采用各种方式激发学生学习的主动性。通过课程的设置，教学内容与考核方式的改革，提升“材料物理性能分析”课程教学效果。这不单是对“材料物理性能分析”课程教育的要求，也是对培养具有创新能力的高素质人才的现代化教学模式的要求。
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材料物理化学论文篇10
【文章编号】0450-9889（2017）06C-0078-02
高分子材料是化工产品的一个分支，是目前发展最快、应用前景最广且最具生命力的一类化工产品；高分子行业的迅猛发展，急需大量复合型人才。而大多数高校高分子材料专业的人才培养侧重在材料的合成等偏理论方面，对高分子材料加工成型为终极产品的工艺环节关注的程度不高。广西大学化学工程与工艺专业在化工材料加工工艺方面开设了系统的专业课程群，为“高分子材料成型与工艺”课程的设置打下了坚实的理论基础。然而，广西大学化学工程与工艺专业没有开设过高分子物理、高分子化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等高分子基础或专业基础课程，且该专业作为一个覆盖范围广泛的交叉的专业，开设的专业课程很多，所有的专业课程学时都高度压缩。在高分子材料理论知识缺乏、课程学时数少、无配套实验的背景下，本文从教学内容、教学方法、创新能力培养等方面对“高分子材料成型与工艺”课程教学改革进行探索。
一、教材的选用
广西大学化学化工学院“高分子材料成型与工艺”课程刚开设时，选用的教材是史玉升等编著的《高分子材料成型工艺》，学生通过学习可以掌握高分子材料的制备、性能、成型、评价及应用，全面系统地了解高分子材料成型技术的最新知识。教学过程中，学生反映这本教材的难度太大，因为“高分子材料成型与工艺”是一门专业技术课程，需在完成化工热力学、化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、分析化学、高分子物理和化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等基础理论课和专业基础课程后，对学生进行综合训练。
“高分子材料成型与工艺”课程是在大三第一学期开设的专业课，此时学生已经修完化工热力学、化工原理、物理化学、有机化学、无机化学、分析化学等基础理论课，然而基本没有学过高分子物理、高分子化学、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基础等专业基础课，高分子材料方面的基础较差，加上这本教材讲述的理论知识较少，所以学起来较吃力。根据学生的反映，学院及时更换了教材，采用周达飞等主编的《高分子材料成型加工》“九五”重点教材，该教材高度概括了高分子材料的最基础的知识，对加工成型影响很大的高分子流变学基础知识进行较全面深入的介绍，全面介绍了高分子材料成型加工最常用的基本工艺，也兼顾了新技术和新方法，难度适中，得到学生好评。
二、教学内容的改革
高分子材料成型技术涉及化学、材料、材料加工、机械等多种学科，“高分子材料成型与工艺”课程是一门专业技术课程，需要广泛的理论知识基础。化学工程与工艺专业的学生基本无高分子材料理论基础知识，学习起来的确难度很大。非高分子材料专业的“高分子材料成型与工艺”课程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”这条主线展开教学内容，重点掌握三者的关系，强调成型加工对制品性能的重要性，这是本课程的主题思想，也是高分子材料的工程特征；选用“九五”重c教材《高分子材料成型加工》，充分利用国内外重要专业期刊了解行业最新动态，不断更新及补充教学内容，确保教学内容的先进性；在教学内容安排上，以高分子材料成型加工的大工程观点为着眼点，以宽专业为目标，概况高分子材料理论基础和概念（详细的内容指定参考范围让学生利用课外时间自学），从高分子材料的加工原理出发，着重对成型加工工艺进行讨论。从高分子材料的成型加工的共性出发，对模压、挤出、注塑及压延四大成型技术及工艺进行重点讲授，然后讲授塑料、橡胶及复合材料的成型特点和区别，对于一些新的成型方法，以及教材中未涉及而在一些科技文献中见报道的新的成型方法及工艺，教师建立了QQ群这样的交流平台，并将高分子领域权威的一些微信公众号分享到平台上，经常转发高分子材料国际国内的重要进展到平台，引导学生关注，激发学生的学习积极性，让学生以兴趣为导向自动组成兴趣学习小组的方式进行自学。笔者首先通过课内课外结合强化高分子理论基础与概念，对成型加工影响最大的流变性在课堂上进行详细介绍，而其他性能如稳定性、电性能、光性能等材料性能则作为课外学习内容，在有限的学时内，节选核心内容，把高分子材料合成、性能、加工及相互间的影响规律简要完整地介绍。比如教材中同一种成型方法按不同的应用体系分成很多小结，而教学过程中每种成型工艺仅以一种材料为代表来讲，但不同章节会选不同的材料体系来进行，比如讲橡胶的压延，那么注塑可能选塑料，而挤出可能选复合材料，这样来兼顾各类高分子材料的成型。
三、教学方法的改革
教学方法是影响教学目标是否能够实现、实现的程度和效率的关键。非高分子材料专业的“高分子材料成型与工艺”课程教学存在两个难点：一是许多内容涉及高分子加工机械、设备结构及操作过程，这要求有实际感性认识和直观性；二是该课程的理论性和实践性都很强，如何在教学过程中实现理论与实际的结合，用理论来解释生产中的实际问题，或以具体实例来说明理论，促使学生真正掌握知识。针对这些问题，“高分子材料成型与工艺”课程在教学过程中对教学方法、教学手段进行了改革。
（一）现代化教学与传统教学相结合。“高分子材料成型与工艺”课程中许多内容涉及高分子加工机械、设备结构及操作过程，这要求有实际感性认识和直观性，同时，该课程的理论性和实践性都很强。笔者根据所选用教材，利用PowerPoint加入声音、图像、动画、视频等各种多媒体信息，并根据需要设计各种演示效果，将抽象、生涩难懂的知识形象生动地展示给学生，激起学生学习的兴趣、吸引他们的注意力，大大加深学生对知识的理解和印象。由于化学化工学院缺乏相应的高分子材料成型教学设备，教学小组联系外界资源制作了几个基本成型工艺的微课，同时广泛收集案例、动画演示及成型录像，不断补充到授课内容中，让学生对高分子成型工艺及设备等有更直观的认识，对课件内容进行更新和完善，丰富课堂内容，加大课堂信息量，使学生获得对高分子材料成型加工的理性和感性双重认识，使教学达到事半功倍的效果。
同时，教师也要注意吸取传统教学中讲解的优点，将教师的语言、激情和应变能力体现在多媒体教学中，并用眼神、情感、心灵与学生沟通，必要时还要进行板书，让学生彻底把握一些关键问题。
（二）采用“任务驱动”教学法和启发式互动式教学。与传统的以教师为主体的“填鸭式”“灌输式”教学方式不同，笔者在部分知识点的授课中尝试采用“任务驱动”教学法，从传统教学的讲授、灌输和教师主宰课堂，转变为组织和引导；从单纯讲解转变为与学生进行适当的交流和探讨。笔者在讲述“高分子材料配方设计”这一章内容时，并没有按照书本来进行，而是布置了一道思考题“设计食品袋的配方”，让学生通过自学课本内容与上网查找相关知识等来完成这一思考题，并在学生完成后让他们用PPT来展示成果，通过讨论的形式与学生探讨了配方设计中的一些原则与内容。
启发式互动式教学强调先让学生积极思考，再进行适时启发；教师不仅要加强自身专业素养和知识积累，而且更重要的是建立师生互动的教学过程，并营造良好的课堂教学氛围，实现教学相长；教师注意自己角色的转变，良好的学习情境可使学生了解学习任务的必要性和与学习任务相关的学习信息，从而激发学习意愿和浓厚的学习兴趣；在教学过程中，对于重要的知识点，通过案例教学，与学生共同分析和讨论，启发学生进行思考，培养学生的创新能力。
（三）课堂讲授与问题讨论相结合。在教学过程中，始终围绕教学主线，但又避免单一过多地讲解相关理论，适时将高分子成型的基本理论与实际生活和生产相结合，与学生进行分析和讨论， 激发学生学习的积极性和主动性。以学生日常生活中常用的各种饮料瓶子和水杯等为例，分别介绍它们的主要原材料（PP、PC等）、配方和主要成型工艺（挤出吹塑成型、注塑吹塑成型、注塑成型、压制成型等），不同成型工艺生产的瓶子和水杯具有不同的特性，并纵向对比了各种成型加工方法、工艺及特点等，在讲述的过程中还给学生灌输了环保安全的意识。在讲述过程中，学生拿着各自不同的饮料瓶或水杯，或观察色泽、透明性，或捏捏比较它们的硬度，看看瓶底找找原材料的主要成分，相互还交换瓶子或水杯进行研究，课堂气氛非常好。课后学生反映通过使用这个具体的例子教学，让他们深刻地理解了原材料、配方、成型工艺等与材料制品性能的关系。此例子生动地体现了“高分子材料―成型加工―制品性能”这条高分子材料成型加工的主线，从而使教学内容由庞杂繁多变得简单易懂，通过理论结合实际，强化了学生的专业知识，教学效果甚佳。
（四）理论与实践相结合。“高分子材料成型与工艺”是一门理论性和实践性很强的课程，不仅要求学生尽可能地掌握每种加工工艺所依据的原理、生产控制因素以及在加工中高分子材料所发生的物理化学变化，熟知影响制品性能的各种因素，而且要学会选择和运用合适的加工O备、加工方法和加工工艺。笔者通过理论与实践相结合，将自己指导的一项专业实验项目设计为一个开放性的综合性的实验“高分子材料/阴离子型钙基膨润土功能材料合成与成型”，感兴趣的学生利用课余时间参与，让学生全面了解原材料、制备方法、工艺过程、成型加工方法等综合知识，并理解各种因素的变化对最终功能材料性能及结构的影响。这不仅激发了学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性和主动性，而且可使学生不仅获得理论的认识，更能获得感观的认识，进一步提高教学质量和学习效率。
【参考文献】
[1]史玉升，李远才，杨劲松.高分子材料成型工艺[M].北京：化学工业出版社，2006
[2]唐颂超.高分子材料成型加工课程建设与教学改革[J].化工高等教育，2008（1）
[3]周达飞，唐颂超.高分子材料成型加工[M].北京：中国轻工业出版社，2005
材料物理化学论文篇11
材料学是研究材料的制备或加工工艺、材料结构与材料性能三者之间的相互关系的科学。涉及的理论包括固体物理学，材料化学，与电子工程结合，则衍生出电子材料，与机械结合则衍生出结构材料，与生物学结合则衍生出生物材料等。专业基础课程涉及包括无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、材料科学与工程概论等。专业深入知识涉及包括材料物理性能、材料力学、材料工程基础、电化学、工程材料力学性能、物理冶金原理、现代材料研究技术等。
（来源：文章屋网 http://www.wzu.com）
材料物理化学论文篇12
首先全面分析材料中所给出的各类数据信息，然后推断这组材料数据的考查意图是评价？是影响？是认识？（是原因、理论内容、做法的结合）最后结合学科知识组织答案。
3.原因类材料题
原因类材料题的原因考查通常有这几种情况：（1）事物的必要性和重要性原因考查。必要性原因包含必然性和重要性分析，必然性要从理论依据和现实依据方面探讨原因；重要性要从现实意义和理论意义方面探讨原因；（2）事物存在和发展的条件原因考查。可从主客观原因、内部外部原因、自然社会原因这几个方面分析；（3）考查事物的危害性原因。这三种原因材料题回答时要根据材料设问进行侧重和取舍，语言的表述中连接词有“有利于……“”原因在于……”等。例：此起彼伏的灾难性事故、层出不穷的“合同工”事件、食品安全问题、药品乱象等等，令我们深感不安。政府管理松散、执法力度不够、依法管理没有落到实处，而隐藏在其背后的“腐败幽灵”，更是让我们痛恨。请运用所学有关知识说明政府依法行政的原因。从题意分析，此题属于《政治生活》内容，原因探究可从（必要性和重要性原因）政府为什么这么做，这样做有什么意义这一角度介入。（1）必要性（理论依据和现实依据）：①我国是人民当家做主的国家，政府是人民利益的捍卫者；②政府的宗旨是为人民服务，原则是对人民负责；③是提高政府依法行政水平的基本要求；④是贯彻依法治国方略的要求。（2）重要性（现实意义和理论意义）：①有利于保障人民权益；②有利于提高政府行政管理水平；③有利于增强政府权威；④有利于社会主义民主法制建设。
4.建议措施类材料题
这类材料题的解答具有开放性和拓展性。此类材料题的解答：（1）可以依据学科知识归纳做法措施；（2）可以根据材料信息归纳做法措施；（3）可以依据时代大背景的时政知识、国家大政方针内容归纳做法措施。
材料物理化学论文篇13
教书育人是高校的基本功能之一，教学质量关系到培养人才的质量，是高校赖以生存和发展的基础。随着社会的发展，高等教育改革与发展的深化，学科之间的交叉、重组和优化，以前针对某个专业开设的一些课程已经不能满足科技发展的要求，必须进行改革。
一、课程性质与特点
“材料性能学”课程是材料科学与工程专业主干课程，是一门重要的专业基础课，是学生专业素质和专业基础的重要组成部分，对于学生的就业和进一步深造都有着重要的影响。很多材料专业都开设了相关课程[1，2]。我校“材料性能学”课程的前身是“无机材料性能”，讲授对象是无机非金属材料专业的本科生。根据教育部提出的拓宽专业口径，按专业大类进行人才培养的基本思路，我校从2005年开始按一级学科专业“材料科学与工程”招生培养。根据培养方案，原“无机材料性能”变更为“材料性能学”。“材料性能学”是联系材料微观结构与宏观性能的一门重要课程，既是材料科学与工程学科的重要研究内容，也是材料生产和应用的重要基础，是材料科学与工程专业学生的必修课程。通过本课程的学习，使学生具备以下能力：根据材料的性能参数判断材料的优劣，立足材料的性能正确选择和使用材料，改变材料的性能从而探索新材料、新性能、新工艺，为最终实现建立材料结构―性能―制备―应用之间的关系――这一材料学科研究的最终目标打下理论基础。在教学过程中，注重培养学生的研究能力、工程素质和综合应用能力，创新实践能力和团队合作能力，以及应用专业知识和技能解决材料科学与工程领域复杂问题的能力。
本课程具有如下特点。
1.内容广泛，学科交叉性强。“材料性能学”不再是针对某一种材料，而是针对材料大类，涉及材料种类众多，同时涉及的性能也是多方面的，有力学性能、物理性能和化学性能等。力学性能内容广泛自不必说，很多学校的材料力学性能是一门单独的课程;物理性能涉及热、光、电、介电、磁等性能;化学性能包括耐腐蚀性、抗氧化性、化学稳定性等。涉及物理、化学、力学、材料科学基础、材料研究方法、材料工艺等[3]。
2.与工程实际联系紧密，同时兼具叙述性与理论性。“材料性能学”课程是介绍材料各种主要性能的基本概念、物理本质、影响因素、变化规律、性能指标的工程意义以及测试、评价及应用。各种性能的物理本质和变化规律与材料的化学成分及基本结构间的关系较为抽象，理论性较强，同时，由于涉及的性能众多，各性能的指标、测试、评价与应用等具有一定的叙述性。
3.理论与实际相结合，实践性强。材料的各种性能都有一定的应用场合，或者根据不同的应用要求，需要特定的性能，因此，无论是材料各种性能本身的测试和研究还是和工程实际相结合都具有很强的实践性。
二、课程存在的问题和改革的必要性
1.专业拓宽的影响。我国的高等教育最初照搬苏联模式，培养“专业”人才，但是随着社会的发展和科学的进步，交叉学科和新兴学科兴起，原来狭窄的专业模式已难以适应我国经济发展的需求，更阻碍了科技的进步。因此，教育部于1998年进行了大范围的本科专业目录调整，我校的材料专业也于2005年按材料科学与工程一级学科专业招生，相应的课程也改为“材料性能学”，但是教学内容和教学大纲仍然沿用了过去“无机材料物理性能”课程的教学体系，讲授的内容变化不大。
2.课程教学本身存在的问题。传统的课堂教学以教师讲授为主，教学方法相对单一，而“材料性能学”课程具有理论性较强和讲授的概念较为抽象的特点，传统的讲授方法很难让学生迅速而有效地理解教学内容。因此，如何把抽象和艰深的理论内容深入浅出地展现给学生，让学生迅速有效地理解教学内容是一个难点，同时也是课堂教学的重点。目前，虽然采用了多媒体课件，但是大多是用PowerPoint制作的简单课件，其表现力仍有限，在教学效果上力不从心。
3.由于条件限制，目前我校的“材料性能学”课程只有理论教学环节，而没有实践教学环节。但该课程本身是一门实践性很强的课程，缺少实践教学使得学生在接受教学内容上产生了一定的困难。“我听过就忘了，我看见就记住了，我做了就理解了”是华盛顿儿童博物馆上的格言，这不单对幼儿适用，对刚刚迈入成年的大学生也是适用的。因此，要想办法创造条件开展实践教学。
三、教学改革措施
1.课程体系和教学内容改革。我校“材料性能学”课程的前身是“无机材料物理性能”，侧重点是无机非金属材料物理性能，随着专业面的拓宽和人才培养模式的调整，调整后的“材料性能学”，从材料种类来说不能再拘泥于单一的无机非金属材料，而要整合金属材料、无机非金属材料、高分子材料等相关性能;从性能上来说要从物理性能拓宽到力学性能、物理性能和化学性能。对这些内容进行综合优化，形成系统理论。课程内容要涵盖主要材料主要性能的基本知识和理论，同时要紧跟学科前沿，涵盖新模型、新概念和新技术。在目前条件下，应选用合适的教材，同时争取重新编写教材以切合课程体系。课程体系的调整，使得课程涵盖内容大幅增加，但目前大学本科教育的趋势是课时大幅减少，我校“材料性能学”课程为48学时，课时大幅压缩，要想涵盖全部内容存在很大难度，在内容的广度和深度上存在矛盾。在这种背景下，课程体系和教学内容的改革是重点也是难点。在课程内容的设计上，以“宽口径、强基础、重实践”为指导思想，培养具有扎实基础理论和较强实践能力的复合型人才为目标。教学重点与学校实际情况相结合，根据材料专业的实际情况确定课程的内容和要求，分清主次，哪些是必须的，以“必须、够用”为度。“材料性能学”课程主要包括如下七个模块：材料的力学性能、热学性能、电学性能、介电性能、磁学性能、光学性能和化学性能。在各个模块中，以每种性能的基本概念―物理（化学）本质―影响因素―性能指标的工程意义―指标的测试、评价及应用为主线贯穿始终[3]。同时，教学内容需体现科技的发展，适时讲授相关领域的研究动态和发展前沿，保持教学前瞻性，拓宽学生的视野，激发学生的创新意识。
2.教学方法和教学手段改革。传统的教学模式是一根粉笔加一本教科书贯穿一堂课，现在用上了多媒体[4]，但很多时候只是把板书搬到了PPT上，仍然是教师讲、学生听，对于抽象的概念和理论，学生难于理解和掌握。在教学方法上，要改变传统教学模式，综合运用启发式、讨论式、案例式等多种教学方法，激发学生的学习兴趣，提高教学效果。
在教学手段上，一要完成多媒体课件制作：充分运用文字、图形、图像、声音、动画、影像等多种媒体素材，制作多媒体课件，把抽象、复杂的理论内容生动形象、深入浅出地展示给学生，加大课堂教学的信息量，一定程度上降低课时压缩的影响;二要建立网络教学环境：利用网络平台，建立和完善课程网站，利用课后延伸环节，为学生的自主性学习提供条件。
3.实践环节建设。实践是工科教育的灵魂，教学中实践环节的设置有利于学生的学习和理解，有利于学生创新思维和创造性的培养。本课程由于条件的限制，目前并没有实践环节。因此，一方面要积极向学院、学校申请资源，努力争取建立基本实践条件，同时在目前条件下，充分利用现有的条件，探索开展实践教学的方法。
四、教学改革实践示例及效果
材料对电场的响应主要有两种，一种是带电粒子的长程运动，称为电导，一种是带电粒子的短程运动，称为极化，内容很多也很复杂。以往的教学中要分别介绍电子电导、离子电导、半导体、介质极化等[5]，这些内容理论性强，学生不容易理解，也很难产生兴趣。因此，在教学中采用“应用先行”的办法，以生活中和高科技领域中的应用为引子，引导学生发现材料的独特性能，激发学生的学习兴趣;发现了材料的独特性能后，引导学生分析研究其中的原理、机制和物理本质;然后再从物理本质出发，分析影响材料该性能的因素，从影响因素出发，进一步分析讨论改进、提高材料性能的方法和实现手段;再从性能出发，分析材料可能的其他应用，启发学生的发散思维和创新精神。实践示例：材料的热敏特性教学。材料的热敏特性是指材料对温度变化具有响应的特性，材料的热敏特性在许多领域具有广泛的应用，是许多功能材料的基础。对于这个特性，首先从家庭日常使用的电饭煲出发。为什么电饭煲能够自动把饭煮好？这个问题引起了同学的兴趣，同学纷纷发言：有的说通过电加热把饭煮熟，教师追问电饭锅怎么知道熟了，既不会夹生也不会焦掉？有同学说那应该是有传感器，教师追问会是什么样的传感器呢？带着这一系列的问题和各色各样的答案，教师对问题进行总结：电饭煲煮饭是把适量的水和米混合在一起，通过电加热，水的温度逐渐升高直至沸腾。沸腾后，由于水的沸点在一定的大气压下是恒定的，在我们生活的低海拔地区基本上可以认为是保持100℃不变，因此锅底的温度一直保持100℃不变。随着时间的延长，一部分水分被大米吸收，另外一部分水分慢慢蒸发，直到饭熟后，锅底没有了液态水，锅底温度升高，此时电饭锅就需要停止加热，否则饭要烧焦了。这一点电饭锅是如何做到的呢？此时该我们的主角――热敏材料闪亮登场了。有一类材料他们的电阻随温度升高而显著地变化，饭没熟，温度在100℃时，材料的电阻比较小，线路导通，发热元件工作;当温度超过100℃达到103℃时，电阻突然上升几个数量级，此时线路断开，停止加热，这种材料称为“正温度系数（PTC）热敏陶瓷”，可以作为恒温发热元件，电阻突变的点称为“居里点”。不同材料的居里点不同，通过调整材料的成分和结构可以调整居里点，做成各种各样不同的元器件，应用于不同的场合。这时引入科学的概念，进行课堂核心内容讲授――PTC效应的机理及影响因素，介绍热敏材料及其应用，介绍相关的知识点。除了PTC效应，还有NTC效应――负温度系数等。核心知识点讲授完成后，进一步发散，除了电阻对温度变化的响应，还有材料的其他性能如介电常数、电流、磁化强度等都对温度变化有响应，如介电常数―温度敏感的铁电材料、电流―热量敏感的热释电材料、磁化强度―温度敏感的磁性陶瓷等。介绍相关特性，布置小组讨论作业：介电常数―温度敏感、电流―热量敏感、磁化强度―温度敏感的机理、影响因素及应用等，引导学生利用学校图书馆的数据库，查阅科技文献，了解相关问题的最新研究发展动态。学生每4～5人分为一组，选择感兴趣的内容进行研讨，利用教材和参考书对每一个主题所涉及的性能的基本概念、物理本质和影响因素进行分析，查阅科技文献了解材料的应用领域及最新研究方向和成果。每个小组提交一份研讨报告，同时准备演讲PPT，进行演讲汇报。演讲过程中，学生积极提问、质疑、讨论，形成了良好的学习氛围，培养了学生的团队协作能力、创新能力及领导力。
“材料性能学”是材料专业的一门主干课程，随着专业的调整以及课程本身的特点，必须对其教学内容、教学方法进行改革。文中提及的一些思路，有些已经实施，也取得了较好的效果，有些仍需创造条件进行实践，在教学实践中不断完善。学生掌握材料各种主要性能的基本概念、物理本质、变化规律、性能指标及其工程意义;了解影响材料性能的主要因素，材料性能与化学组成、组织结构之间的关系，从而为判断材料优劣、正确选择和使用材料，改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础，培养学生的知识应用能力和创新能力。
参考文献：
[1]成都理工大学 材料物理性能精品课程申报网站http：///qvy/
[2]武汉理工大学.材料力学性能[EB/OL].精品课程网站
http：///details？uuid=ba97957d-
