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材料科學基礎范文1
材料科學基礎作為材料科學與工程專業中一門基礎性的理論課程[1]，系統而全面地闡述了材料的基本理論，包括材料的微觀結構與缺陷、材料的凝固與塑性變形、材料的組織與狀態等方面[2]?？紤]到應用型技術人才的培養目標，結合其他非金屬材料和復合材料等系統理論，闡述材料的共性與個性。在此全面深厚的專業公共知識的基礎上，著重說明金屬材料的基本理論，諸如與其相關的基本現象、概念、規律和基本方法。通過明確課程學習的目的、選擇針對性的教學內容、改革和優化教學方法及理論聯系生產實際等多個方面，對材料科學基礎課程進行改革與優化，提高教學質量，充分發揮理論基礎課的指導性作用。
1.明確課程學習目的
材料科學基礎課程教學為材料加工成型、材料測試等后續課程提供專業理論基礎。明確本課程學習目的，打下扎實的專業理論基礎，將對本課程及其他相關專業課程的學習效果產生積極的促進作用。
教學效率直接影響課程教學效果。在強調課程重要性的基礎上，還應該增強課程教學的生動性與豐富性，提高學生深入學習研究的主動性與積極性，促進學生專業素養與認知情趣的有益結合，從而發揮學習熱情與主觀能動性，提高課程教學效率。
2.選擇針對性的教學內容
材料科學基礎通過研究材料成分、結構、組織與性能之間的內在聯系和相互變化的規律，為材料科學與工程領域提供相應的理論基礎與生產實際指導，因此，本課程教學圍繞材料四要素這條主線展開。面對材料領域的廣泛應用和繁雜的概念理論，有針對性地選擇教材和教學內容顯得尤為重要。根據專業特點教學分清主次，教學內容有所側重。例如專業是金屬材料科學方向，教學中應該著重介紹金屬學部分，比較深入地介紹金屬材料的晶體結構[3]、凝固結晶、塑性變形等方面的知識。通過查閱資料并結合本專業人才培養目標，精心選擇教材，滿足了本專業應用型技術人才的培養需要。
科技發展與材料理論更新相輔相成，在基礎理論框架中，應加強學科前沿知識[4]的引入。新材料的研究、新工藝的發展等教學內容的引入，不但能保持理論的科學性，而且能極大地豐富教學內容。例如納米材料、3D打印技術等前沿科技的發展與應用，可以讓學生逐步了解專業領域的最新進展，更能激發學生求知探索的興趣，寓學于樂，提高教學質量和專業素養。
3.優化教學方法
材料科學基礎課程內容繁多，理論性強，學習內容包括基本概念的記憶、基礎理論的理解、基本工藝方法及其應用等各個方面，教學工作有一定的難度。通過優化教學方法，建立逐層遞進的專業知識體系，由淺入深、形象生動地敘述概念理論，培養學生積極探索和實踐應用的能力，取得令人滿意的教學效果。
3.1構筑逐層遞進的知識體系
課程教學內容圍繞材料、結構、組織與性能之間的相互關系及變化規律這條主線展開。在教學過程中構筑以材料成分歸屬（金屬或非金屬）為起點的基本框架，介紹其由來、特點、性能等背景知識，將學生帶入到專業領域的視野中。有意識地結合實物（如手機或筆記本外殼等）引導學生注意和思考諸如產品是什么材料的、有什么特性等問題，慢慢培養專業思維和素養。
不同種類（或者種類相同但成分不同）的材料具有不同的結構，還能形成不同的組織，使得材料性能大不相同。討論材料的特性需要逐層遞進地研究和分析從理論條件下材料的晶體結構到實際條件下材料的結構和組織變化，再結合生產加工條件，一步步研究其性能的變化規律。在這個知識架構中，既要培養學生逐層理解剖析的能力，又要強調各層知識的關聯性，使其思考問題較為全面而又深刻。
3.2生動地敘述概念理論
作為一門專業基礎課，繁雜抽象的概念理論成為教學工作中的一個難點。因此，在教學過程中要避免平鋪直敘，多用圖文結合、多媒體演示、視頻錄像等手段，形象而生動地講解基本概念理論，強化教學效果。
在教學內容中，晶體結構部分知識抽象，可以通過書寫板書寫下概念加深學生的記憶，繪制模型示意圖幫助學生理解結構，采用多媒體動畫演示形象展示晶體結構及缺陷，讓學生深刻記憶和理解這些內容。在合金相圖中的曲線和組織變化中的金相組織照片都能幫助學生建立微觀結構的立體描述[5]，并形象地理解材料結構和組織狀態的改變，總結性能的變化規律。
形象生動的教學方法使學生克服學習障礙，激發學習興趣，引導學生主動發現問題，積極思考，讓教與學都變成一件有意義的事。
4.理論聯系實際
材料科學基礎課程教學內容很大一部分來自生產實際的規律總結及試驗現象整理和數據分析，實踐性強。抽象的理論教學離不開實際，可以從實物產品的材料、外觀和特性入手，結合生產工藝過程的圖片或視頻錄像，讓學生慢慢熟悉各類加工工藝、熱處理工藝和表面處理工藝，引導學生將基本理論知識理解運用到生產實踐中。在總結生產規律的基礎上進行試驗分析（如研究狀態、溫度等現象變化，強度、硬度等變化曲線，以及金相試驗觀察到的組織轉變照片等），從宏觀到微觀充分反映材料四要素的基礎理論及內在聯系。在教學過程中可以設立開放式課堂，分組討論試驗現象，讓學生測量性能數據并繪制表格曲線，要求學生認真完成金相試樣制備并進行金相組織觀察和記錄。結合理論基礎進行分析和總結，完成試驗報告。強調實驗教學的重要性，將其作為成績考核的重要方面，強化教學效果。
科技在不斷進步，新材料、新工藝不斷涌現，生產設備和工藝不斷改進更新，科學發展需要理論指導實踐和應用創新發展。教學過程中聯系實際，插入先進制造設備的圖片和先進生產工藝的視頻錄像，多與學生探討前沿科學的熱點問題。比如可以讓學生分組完成擬定題目的資料搜集整理并按組作報告完成工作介紹，還可以在此基礎上設計研究性課題或實踐創新項目，要求學生自由查閱資料和設計方案，整理分析后完成設計，納入成績評定或者獎勵考核。這樣不僅可以調動學生了解專業動向的積極性，學習更加認真，還可以開闊學生的視野，提高學生的應用和創新能力。
5.結語
材料科學基礎課程內容豐富，專業性強，需要耐心記憶和理解材料的基本概念理論，認真分析總結材料的組織轉變與性能變化規律。材料科學理論不斷豐富，應用不斷深入，需要積極關注前沿科技，不斷補充和完善基礎理論知識。因此，材料科學基礎課程改革是一項長期而艱巨的工程，必須不斷改革優化，與時俱進，勇于實踐，在理論和實踐教學效果上不斷獲得突破。只有這樣才能達到培養理論基礎扎實、實踐能力強和創新能力高的應用型技術人才的培養目的。
參考文獻：
[1]胡庚祥，蔡，戎詠華.材料科學基礎，第2版[M].上海：上海交通大學出版社，2000：8-10.
[2]石德珂.材料科學基礎，第2版[M].北京：機械工業出版社，2007：7-10.
[3]崔忠圻，覃耀春.金屬學與熱處理，第2版[M].北京：機械工業出版社，2007：4-13.
材料科學基礎范文2
關鍵詞：材料科學基礎；教學改革；教學方法
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2012）17-0117-02
《材料科學基礎》是材料科學與工程專業本科生的一門重要專業基礎課，以介紹材料的基礎知識為目的。本課程著重于基本概念和基本理論，從材料的內部結構探討其性質與行為，揭示材料結構與性能的內在聯系及規律，為認識和改進材料的性能提供必備的基礎知識。《材料科學基礎》涉及到的理論知識非常多，概念性強、知識點紛雜、內容抽象，課程內容涉及許多復雜圖形、特別是晶體結構的大量空間堆疊、錯綜復雜的空間粒子間的相互聯系、三元相圖的空間模型、位錯的各種交互作用，等等,需要豐富的空間想象力去理解。因此，教師講解難度大，學生也較難接受。為此，許多高校在教學改革與課程建設方面都進行了有益的嘗試，并形成了一定的特色。貴州大學（以下簡稱“我?！保┱n程組多年來在教學改革與課程建設方面也做出了不懈的努力，取得了較為突出的成績，進一步提升了我校的材料科學基礎課程建設水平。在教學方法改革、提高課堂教學質量和效果的過程中也有一些體會和啟發。
1.教學方法改革，重在“激發”
就教學方法改革的目標與內容定位而言，由于目前我國高等教育的教學方式還是以課堂講授為主，輔以實驗、討論、習題、、實習，等等，改革任務還很重。調查估計，高校中大約有一半課程的課堂教學學生表示不滿意，最主要的弊病是呆板、單調，教師在課堂上唱獨角戲，一言堂，照本宣科，把教學大綱規定的知識內容單向地灌輸給學生，而不問學生感受如何，如同“填鴨”，即所謂“注入式”教學。學生對上這種課不感興趣，提不起精神。好學生被動地記筆記，不動腦筋；差一點的學生上課打瞌睡、看閑書、玩游戲，更膽大的干脆逃課。為此，應該充分認識到學生在教學過程中的主體作用，并努力發揮學生的主觀能動性，調動他們的學習積極性。特別要注意在教學中啟發學生思考問題，分析問題，培養濃厚的學習興趣，激發強烈的求知欲望，使學生的大腦處于積極的思維狀態。
因此，教學方法改革所追求的目標主要是激發學生的學習興趣和熱情、變被動學習為主動學習，促進他們自學能力的提高，錘煉他們分析和解決問題的能力。
2.改變課堂教學思維
物質決定意識，意識對物質具有能動作用。課堂教學中光有教案、習題、教學手段還不夠，必須從觀念上對課堂教學進行重新審視，努力實現思維的新轉變。一是實現由重視講授到重視指導的轉變。講授在傳統教學中總是處于課堂的核心地位，但是整體學習效果往往并不理想。為此，應該積極創新，形成以教師指導為核心的導學模式，指導學生運用自己的思維模式，選擇最有利于學習的思考與探究方式，緊緊圍繞學習目標進行學習。二是實現由關注知識到關注學生的轉變。實踐證明，在課堂中過度關注知識，就會忽略學生的學習狀態，從而影響教學效果。為此，教師應走下講臺，到學生中間，關注每一個學生的學習情況，發現每一個學生存在的問題，切實幫助他們解決學習過程中的困難。要充分利用每個學生的特長，引導他們進行更為有效的學習。三是實現由聽懂知識到應用知識的轉變。培養學生的目的，不是僅僅讓他們掌握多少知識，更重要的是讓他們會應用這些知識來分析或解決實際問題。為此，在《材料科學基礎》課堂上，教師列出材料領域的一些實例，引導學生應用學過的知識進行分析，改變傳統的教學模式，準確把握切入點和側重點，拿出更多時間讓學生把學到的知識應用到分析和解決實際問題上。
3.教會學生學習方法
教學方法是教法和學法的統一體。長期以來，傳統教學方法重視教而輕視學，即在教師如何施教方面研究較多，而在學生如何學習方面探討較少。特別是傳統教學注重知識的傳授，習慣于用注入式、滿堂灌的方式增加學生的知識，往往使學生思路閉塞，缺乏獨立思考力和創造性，限止了他們智能的發展。今天的新課程理念告訴我們，學生的學習才是課堂的核心，教師是一名組織者和服務者，一切教學活動應圍繞學生的學習展開。為此，教學過程中，必須重視引導學生學會學習方法。
4.換位思考
換位思考也就是“從學生角度著想”，就是一切從教育好學生出發，尊重學生，服務于學生。首先要熱愛學生，對學生有“真情”。基于此，就會做“換位思考”，設身處地為學生著想，“方法”問題就迎刃而解。但光從學生個人出發也不全面。教師還必須站在社會、國家和人類的角度思考問題，這樣的“從學生角度著想”才是全面正確的。
5.討論。
討論是教學方法改革中應用比較多的一種教學手段。因為講課是向學生傳授知識和傳遞信息，而討論則讓學生積極地主動學習。講課要求學生聽，而討論則允許學生暢所欲言。從教學改革的實踐來看，學生比較喜歡這種雙向的教學方式。討論的最大優點就是能調動學生學習的積極性和主動性，當教學中學生對某個問題持不同觀點時，教師不要急于給出答案，而要順勢啟發他們說出自己的理解，讓學生自由討論，教師作為組織者和引導者，最后讓學生在討論中得到正確答案，這就是主動學習的過程。此外，討論還有一個優點就是鍛煉了學生的語言表達能力和分析問題的能力。同時，學生之間可以通過討論交流思想和看法，起到互相學習和取長補短的作用。從教學實踐來看，討論可以幫助學生加深對一些問題的認識和理解，比如位錯的概念很抽象，學生對此有很多不同的理解和看法，通過討論，大家各自說明自己的觀點，在輕松自由的交流中加上教師的適時引導，學生會慢慢對位錯有正確的認識。
6.優化課堂教學手段。
將多媒體技術與傳統板書有機結合，以彌補傳統板書在時間和空間上的不足，提高教學效果，使課堂信息量增大，重點突出，難點處理得當。例如，教師通過動畫形象地演示位錯的滑移過程，使得本來很抽象的內容直觀地展示出來，有助于學生的理解。但是，使用多媒體要有個限度，要注意多媒體只是教學輔助手段，并不能取代教師的主導作用。因此，教師應根據教學內容選擇相應的教學手段，如擴散系數的推導，應該用板書效果較好；而晶體結構部分就要借助多媒體技術，把14種布拉菲點陣形象的展示出來。所以，只有優化課堂教學手段，才能獲得良好的教學效果。
7.學生試講。
課程教學過程中，教師每講授完1章后，讓學生在課外準備，然后就該章內容，每人自選1個知識點，走上講臺進行5至10分鐘講課，講完后師生共同點評，這樣既鍛煉了學生的邏輯思維能力又鍛煉了語言表達能力，發揮了學生在教學過程中的主體作用，調動了他們學習的積極性。
由于在課堂講授過程中，進行了一系列教學方法改革，激發了學生學習興趣，充分調動了學習積極性，變被動學習為主動學習，變教師“滿堂灌”為師生互動，進一步提高了《材料科學基礎》課堂教學質量和效果。
參考文獻：
[1]田春艷,姜海."材料科學基礎"課程教學改革的探索與實踐[J].裝備制造技術,2010,(02).
材料科學基礎范文3
[關鍵詞]材料科學基礎 大學本科實驗 教學改革 創新意識培養
[中圖分類號] G642.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2014）14-0093-02
一、問題的提出
時代特點決定了當代大學生除了要具有豐富的理論知識外，還必須要具有一定的實踐能力和自主學習意識，以及對未知世界的探索欲望。自主學習意識是一種思維模式，是人面對未知世界時大腦的一種反應，是人處理問題的方式，它需要在實踐中逐步建立。自主學習的能力包括兩個方面：自信和方法，首先應該在大腦中建立通過獨立自主學習可以獲得成功的自信，然后是在獨立自主學習過程中摸索自主學習的方法，從而獲得自主學習的手段。[1]可見現代大學教育，還要進行自主學習能力、創新意識和對未知世界探索欲望的培養。[2]
二、材料科學基礎課程的特點
材料科學基礎是材料、機械、化工等專業必修的一門專業核心基礎課程，是鍛造工藝、焊接工藝與焊接性、鑄造工藝、材料成型與檢測等眾多材料課程的基礎，具有很強的理論性和實踐性，同時材料科學基礎也是一門不斷發展的科學，所以還具有探索性。通過這門課程的學習，學生可以獲得材料科學的基礎理論知識，同時還能使實踐能力得到鍛煉，并樹立自主學習意識，發展自主學習能力，培養創新意識。
三、材料科學基礎教學的組織
根據材料科學基礎教學大綱的基本要求，可將材料科學基礎的教學分為兩個方面：課堂教學和實驗教學。
材料科學基礎課程的內容抽象、微觀，具有較強的理論性。
抽象方面，比如晶體的原子排列、晶格類型以及晶面晶向等，都是晶體材料原子排列一般規律的總結，并被賦予了客觀的準確描述，使其成為材料性能和組織分析的依據。與此相似的還有凝固理論、擴散原理等。
微觀方面，材料科學基礎中的晶體結構、晶體缺陷、合金相圖等理論都涉及原子的排列和運動，學生只能借助高科技手段對原子運動的結果進行觀測，并借助理論分析原子的運動。
在理論性方面，材料科學基礎的內容涉及大學物理、化學等理論課程知識，教材中引入了大量的理論推導，以及通過理論推導的預測，要求學生擁有扎實的基礎知識。[3] [4]
正是由于上述三個原因，在教學過程中學生反映對教學內容理解困難、不透徹。這不僅加大了教學的難度，也為高校將自主學習能力、創新意識和對未知世界探索欲望的培養融入這門課程的教學創造了條件。
為了幫助學生對知識的理解和培養學生的動手能力，本課程的教學采用課堂教學和實驗教學相結合的方法。目前此課程仍存在實驗教學同理論教學脫節的問題：1.實驗內容猶如蜻蜓點水地從理論教學內容中抽取部分知識點設計實驗，覆蓋面??；2.實驗內容不具備連貫性，在已安排的材料科學基礎實驗中，實驗內容之間沒有關聯（實際上很多理論內容之間都是存在關聯的），知識脫節。這兩個方面的原因導致實驗的效果都不理想。
受考研和就業的影響，學生平時在材料科學基礎課程上所能投入的時間和精力有限，為了不增加學生的負擔，也為了更好地開展實驗教學，我們必須對材料科學基礎的實驗進行改進，其指導思想如下。
1.實驗內容需包含材料科學基礎的主要教學內容，實驗內容根據教學內容環環相扣，即前一個實驗的樣品和結果是后一個實驗樣品制備的開端。
2.為了降低制備實驗樣品的工作量，減輕學生負擔，在實驗過程中始終使用一個樣品，但是不同實驗對樣品處理的方法和步驟不同。
3.實驗教學進度同課堂理論教學進度相匹配，實現同步，這樣理論和實踐可以相互促進。
4.修訂實驗指導書，其中應包含實驗目的、實驗原理、實驗步驟等與實驗操作相關的內容，使學生可以獨立自主地完成實驗，培養實踐能力和自主學習意識。此外，實驗指導書也包含一定的拓展內容。
根據上述的指導思想，表1按次序列出實驗名稱，同時給出了實驗內容和對應的理論知識以及要達到的實驗目標。表1中的實驗是根據課堂教學內容次序和實驗知識點的承接性安排的。正是由于內容具有承接性，所以樣品可以連續使用，即晶相樣品制備實驗中使用的樣品也是淬火處理及晶相組織觀察實驗的材料，然后對淬火后的樣品進行退火處理及晶相組織觀察實驗，再對樣品進行塑性變形及再結晶組織觀察實驗，最后用這些樣品進行金屬材料硬度同組織的關系實驗。由于樣品貫穿整個實驗使用，降低了制備晶相樣品的難度，同時沒有增加學生的負擔，實驗內容也涉及了材料科學基礎的主要教學內容。
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為了培養自主學習意識，學生可以根據自己的實際情況自主安排做實驗的時間，進而發揮自己的學習主觀能動性。為了更好地同課堂教學相配合，要求學生的實驗安排同課程教學的進度相匹配。在教師給學生的實驗指導書中，需要明確實驗目的，細化實驗步驟，以及進行相關的試驗結果討論。同時為了拓展學生的思維，在實驗指導書中需要提供更深層的理論和實踐問題。
為了鍛煉學生學習的獨立性，在學生遇到不易解決的問題時，教師首先要求學生自主查閱相關的科技圖書文獻解決，其次鼓勵學生主動與實驗教師探討獲得解決方案，最后教師統一講授給出解決問題的最佳方案。這樣的安排對培養學生獨立思考、獨立解決問題以及與他人溝通的能力有很大幫助。[5]
通過課堂教學和實踐教學相結合，同時將培養學生的自主學習能力、創新意識融入其中，使學生的學習自覺性明顯提高，期末考試成績大幅度提升，碩士研究生入學考試通過率和成績也都得到提高。
四、結束語
材料科學基礎作為一門理論和實踐性都很強的材料專業基礎核心課程，在其教學過程中除了理論講授之外還要進行與理論緊密聯系的實驗。將這門課程的教學與培養學生的實踐能力、激發學生自主學習與創新意識緊密結合起來，在培養符合21世紀需求的合格大學本科畢業生方面可以起到事半功倍的效果。
[ 注 釋 ]
[1] 郭元祥.知識的教育學立場[J].教育研究與實驗，2009.
[2] 周亨近等.高分子材料與工程“寬專業”培養模式和課程體系的研究與實踐[J].化工高等教育，2002.
[3] 石珂德.材料科學基礎[M].北京：機械工業出版社，2003.
材料科學基礎范文4
關鍵詞: “材料科學基礎” 哲學概念 教學意義
“材料科學基礎”是材料科學與工程學科的主干課程之一,國內大多數院校都把該課程當作研究生入學考試課程。
對于這樣一門專業性很強的課程,教學改革一般是積極吸收學科領域內的新知識、新理論,使學生學到更加前沿的知識。我在此基礎上,另辟蹊徑,挖掘、提煉該課程中蘊涵的豐富哲學知識,從而使學生在專業知識學習的同時,還感受到哲學思想與哲學方法的魅力,將自然科學范疇的材料專業知識與人文科學范疇的哲學知識有機地結合起來。
一、哲學教學的困惑
從知識學習的角度講,本科生需要更加高深的專業知識和更為寬廣的學術視野。因此,本科教學的一般思路是加深、加寬專業知識。加深知識靠更為高深的專業理論,而拓寬知識則必須吸收最新的科技成果。
如果站在高于知識的思想與方法的角度上,則僅限于專業知識范疇是不夠的,還必須讓學生具備一定的哲學思想,掌握一定的哲學方法,從而應對專業以外的事物。因為在當今社會,純粹專業內部的事物是極少的,科學研究、生產實踐往往涉及其他學科的知識,往往需要處理人際事物。因此,從最高層面的哲學入手,來強化學生的素質非常必要。
然而,當我們把教育的視野延伸到哲學的高度時,就會發現一個令人困惑的難題,即哲學的巨大作用與這種作用很難實現之間的矛盾。也就是說,雖然哲學是人類知識形態的極致,但由于哲學非常抽象,因此教學難度非常大。不難看出,理工科中的哲學教學,既有巨大需求,又難以操作。
應該指出,目前理工科開設的“科學技術哲學”選修課程,是這方面的一種積極嘗試,該課程對于學生的哲學素養的提高確實起到了一定的作用。盡管如此,無論是從學時數還是從教學效果看,僅僅一門課程還難以起到太大的作用。同時,理工科學生趨于定型的學習習慣,也制約了該課程功效的發揮。例如,有些學生對于“科學技術哲學”不感興趣,有些則難以適應這類文科課程的教學方法。
凡此種種,都說明理工科哲學教學中所面臨的窘境。因此,要想突破這種狀況,我們就必須轉變觀念,另辟蹊徑,從而找到一條更加適合理工科的哲學教學之道。
二、“材料科學基礎”哲學概念的提煉
課程的教學基礎是知識的生成,沒有知識課程就無法生存。但是,要想在理工科專業課中實施哲學教學,僅僅有專業知識是不夠的,還必須把這些專業知識背后的哲學概念、方法提煉出來。下面以實例的方式展示理工科課程中哲學知識的提煉過程與結果,歸納提煉的方法。
1.牛頓第二定律的哲學意義。
牛頓第二定律本不屬于“材料科學基礎”課程范疇。之所以拿它作為例子,是因為該定律是自然科學的經典,所以人人都能夠理解。而直接選用“材料科學基礎”課程中的例子,由于專業性很強,讀者不易理解。
牛頓第二定律為f=ma,換一種表述形式就是a=f/m。根據語義流源理論,可以把屬于物理學的專有概念轉化為哲學表述。例如,f是外力,這是一種物理表述,但根據語義流源,外力退化為外界作用;m是質點質量,它也可以表述為事物的內在屬性,因為質點說到底還是一種事物,而質量是用來描述質點屬性的;a是質點加速度,它退化為事物的行為;“二”退化為關聯,因為“二”不過是關系(關聯)的一種特殊形式。
在完成了上述轉換之后,牛頓第二定律就有了哲學意味,其新的表述為:事物的行為既與其內在屬性有關,又與外界對于該事物的作用有關[1]。不難看出,這是一個典型的哲學規律,潘懋元先生提出的高等教育內外部關系規律,恰好是這一哲學規律在教育中的體現。換言之,自然科學的牛頓第二定律與教育學的高等教育內外部關系規律,具有哲學意義的統一性。
2.“材料科學基礎”中的哲學概念。
牛頓第二定律的哲學抽象不僅展示了一條哲學規律,而且展示了抽象過程的一般方法。按照這一方法,就可以處理“材料科學基礎”課程中的相關知識,以使它們上升到哲學的高度。同時,由于基本的提煉方法在牛頓第二定律中已經展示,因此在下面的例子中更多地介紹過程與結果,以避免過多的專業介紹帶來理解困難。
(1)晶體缺陷
它是材料學科中一個極為重要的概念,表示晶體中不但存在缺陷,而且缺陷有可能以平衡的方式存在。
從哲學的角度看,缺陷無非是一種新的物質存在方式。換言之,缺陷造成了物質存在的多樣性,而多樣性概念就屬于哲學范疇了。因此,材料缺陷的哲學抽象就是:事物以多樣性的方式存在,優于單一的存在方式。這個規律在自然界與社會領域都是顛撲不破的真理。
(2)凝固(相變)過程
在材料的凝固過程中,形核理論至關重要。該理論的基本預設是,在原來的液相中產生具有固相結構的小核心,且它們隨機出現、時聚時散。一旦過冷度足夠大,這些小核心就能長大,直至完全凝固。
從哲學的角度看,凝固形核現象是舊事物中存在新事物的范例。存在于舊事物中的新事物盡管是不穩定的,但它包含了新事物的“基因”,且一旦環境條件適合,這些“弱小稚嫩”的新事物就能由小到大、由弱變強,直至完全取代舊事物。
(3)界面平衡偏析
這個材料概念可以用來展示哲學認識論的一般程序,也就是邏輯學中的屬+種差理論。一般來說,一個新概念總是由幾個舊概念組合而成。在組成新概念的舊概念中,必有一個是基本的,而其他是從屬的。例如,知識經濟概念中,經濟是基本的,而知識是從屬的。邏輯學把這種處于基礎地位的概念稱為屬,從屬概念稱為種差[2]。
以界面平衡偏析為例,最基本的屬就是偏析這一概念,而平衡是從屬概念。因此,平衡偏析概念的根本意義由偏析決定,它意味著成分的(空間)差異,平衡偏析無非是說這種成分差異處于熱力學穩定的狀態,因此稱為平衡。當我們建立了平衡偏析概念之后,它就成了新的起點,即新的屬,而相對于這個屬,界面就是種差。因此,界面平衡偏析就是:與界面有關的平衡偏析。換言之,界面平衡偏析=界面(種差)+平衡偏析(屬)。
不難看出,盡管界面平衡偏析概念本身沒有演繹出什么哲學意味的東西,但對于它的認識卻能從方法的角度上升到邏輯學的層次,從而具有哲學意義的普遍性。
(4)規則溶液自由能表達式
在二元合金固溶體的自由能表達式中,學生的學習難點并不在表達式的數學形式。教學實踐發現,他們產生模糊認識的根源在于:該表達式說的是誰。
按著德國哲學家弗雷格的指稱理論[3],一個事物的認識與三個要素密不可分,即事物的名稱、事物的內涵和事物的所指,其中名稱與內涵很容易理解,而事物的所指(這是一個哲學專有名詞)是需要進一步說明的。按理說,認識過程涉及所指應該是常識,如黃山,它有名稱(就是黃山),有內涵(如險峻、秀美等),還有就是作為物質存在的那些花崗巖構成的山巒。因此,所指就是指向物質存在的,因此理解起來似乎并不難。但是,當某個所需認識的對象以抽象的、看不見的方式存在時,所指就不像黃山那么清晰了。在初學的過程中,所指往往被學生忽略,甚至是遺忘,而只記住三要素中的名稱與內涵。這種所指認識的缺失會帶來嚴重的問題,如把對象搞混。不難看出,弗雷格的指稱理論有助于強化學生的認識對象意識,而這種意識的強化在面對數學公式具有特殊的價值。
(5)相變定義
根據馮端院士的定義[4],“相變”指:“在外界條件發生變化的過程中物相于某一特定條件下發生突變。”但是,相變的定義也可以簡化為:凡是結構發生變化的過程都是相變。不難看出,與馮端院士的定義相比,新的相變定義粗略了很多。
如何看待這種由于簡化而帶來的粗略,是一個超越材料專業的問題,而知識范疇的超越本身就具有哲學的意味。顯然,這里涉及思想方法的問題,對于不同思想方法的認識與把握,恰恰是學生應該努力的新方面。這個問題的重心不在于孰是孰非的細節探討,而在于認識效率等更高的層次范疇。換言之,細節的是非判斷轉向了效率考量,這種價值標準的轉向對學生思維訓練具有重要作用。
三、“材料科學基礎”哲學概念的教學意義
從上面的論述看出,在材料專業知識中提煉具有哲學意味的概念與方法并非難事,其中的關鍵是思想觀念的轉換,具體就是從單純專業視野拓展到更為寬廣的哲學領域。站在哲學的高度重新看待“材料科學基礎”課程的教學,它有了新的意義和價值。
1.豐富了教學內容,深化了專業知識。
到目前為止,理工科專業課改革的思路重點在更新教學內容,具體方法是積極吸收新專業知識,反映學科的新發展。不難看出,這種改革的視野仍然局限在專業、學科的范疇之內。
因此,本文給出的哲學概念提煉的思路,是一種新的嘗試。按著這樣的思路,教學內容同樣得以豐富。同時,還可以深化課程的內容,如上面列舉的弗雷格指稱理論,屬種+差的認識理論,都具有很高的認知難度,這些哲學概念的學習會極大地深化課程內容。
2.建立了理解的新維度。
就本科生學習而言,理解的重要性遠大于高中生。從某種意義上講,理解是本科生學習的生命,而高中生的學習還帶有相當成分的記憶因素。因此,深化理解就成了本科生學習的當務之急。
但是,深入剖析理解概念會發現,理工科學生的理解視野是不夠寬廣的,他們的理解維度主要集中在以下幾個方面。首先是事實和自然科學定律,這是理解不可或缺的維度;其次是簡單邏輯,因為理解的過程往往是邏輯推理過程;最后就是數理方法,因為理工科中大量的知識是建筑在數理基礎上的。但是,僅僅把理解的視野向這些方面展開是不夠的,因為這些維度的綜合也不具備超越的功能和開拓創新的意味。因此,有必要把理解的維度進一步向哲學、方法論的層次展開,以便提高學生的理解水平,進而提高他們的思維能力。
3.開拓了通識教育的新視野。
在本科教學中,通識教育盡管非常重要,但它的實際操作卻一直令人困擾。其中的重要問題是不同門類的知識各行其是,結果是多而不通。本文提出的理工科知識的哲學提煉與教學,為解決這一問題的提供了新的思路,因為通識教育的終極價值在于一個“通”字,即融會貫通。但由于不同學科之間的天然差異,因此直接貫通是不可能的。但是,如果使不同學科的知識都升華為哲學概念,則在哲學層面就能實現貫通。
參考文獻:
[1]吳鏘.從博雅教育、通識教育到人文素質教育.南京理工大學學報(社會科學版),2004,1.
[2]中國人民大學哲學系.邏輯學.中國人民大學出版社,1996:27.
材料科學基礎范文5
關鍵詞：卓越人才；材料科學基礎；教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）22-0034-02
“卓越工程師教育培養計劃”（以下簡稱“卓越計劃”）是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要》和《國家中長期人才發展規劃綱要》的重大改革項目。武漢理工大學材料科學基礎為材料學院所有專業必修的學科基礎課程。該課程是在一級學科辦學的基礎上闡述了組成與結構、制備與加工、性質、使用性能等材料科學與工程主要要素之間的相互關系及其制約規律。經過這幾年的教學實踐，我們在理解“卓越人才”培養目標，提高學生工程應用能力和創新能力的基礎上，對該課程教學方法探究等方面開展了積極的探索，積累了一定的實踐經驗。
一、材料科學基礎課程的特點和實施“卓越計劃”的意義
1998年以前，國內高等學校普遍按照二級學科模式辦學，材料類專業有無機非金屬材料工程、金屬材料工程等二級學科專業，其學科基礎課為無機材料物理化學、硅酸鹽物理化學、金屬學原理等。1998年以后，根據學科發展規律，國內高等學校相繼進行專業結構調整，逐步按照一級學科模式辦學，武漢理工大學設立材料科學與工程專業，其學科基礎課是材料科學基礎課程。隨著辦學層次不斷提高，材料科學基礎課程在知識體系構造方面也逐步揉和了金屬、無機非金屬、高分子等材料共同的科學原理及技術基礎，配合課程建設，開設了具有特色的實驗教學環節。由于材料科學基礎是土木工程專業學生培養計劃里最先開設的學科基礎課程，所以材科科學領域的一些基本概念、材料設計的一般研究思想和方法都隨內容編排在該課程中，使得該課程顯得知識點比較龐雜和零碎，由于原課程內容的編排缺乏具體的實踐應用，學生難以在短時間內建立起整個課程的系統框架和掌握章與章之間的聯系，有學生稱該課程的課程體系正如玻璃的結構“近程有序、遠程無序”這一特點給學生的學習帶來不少的困擾。同時，該課程也為2005年的國家精品課程和2012年的湖北省精品資源共享課程。建立理論聯系實際的課程體系，提高學生學習的積極性，進而對其他材料類專業課程進行“卓越計劃”的改革可以起到示范和指導作用，具有重要的現實意義和長遠價值。
二、“卓越計劃”背景下的材料科學基礎課程體系改革與實踐
1.課程內容的改革與編排。在教學的過程中，我們大量的引用Wiley出版社出版的“Materials Science and Technology”中的圖片對教學內容進行補充和詮釋。同時，優化教學內容，強化理科基礎，并在理科基礎課中體現工程設計的思想，拓寬學科基礎，夯實專業基礎。近年來，由于材料學科發展迅速，不斷有新材料及新性能報道出來且獲得了廣泛的應用，極大地推動了社會的發展。在課程體系中加入這些材料的介紹，從而引入相關的基礎知識，使學生在學習的過程中開闊了視野并加深了對授課內容的理解。比如：在講到Kirkendall效應的時候，我們除了解釋該效應所造成的電子器件在接頭焊接過程中出現的“紫災”現象外，針對現在的研究熱點之一――空心納米材料合成，把Kirkendall效應應用在該空心結構的形成機理中，并對空心結構的形成機理進行引申歸納。在燒結這一章節內容的講解中，我們對目前國內外出現的新材料的新燒結工藝進行了總結，對各類燒結工藝的優劣進行了對比分析。并針對具體的材料，讓學生根據材料的結構和性能的要求，模擬設計其燒結工藝。我們的這些對課程體系和內容的調整，都是根據“卓越計劃”實施的目的而進行的。內容的重新編排不但堅持了課程原有內容和體系，并且從社會實際需求出發，以工程實踐能力創新能力和國際化能力的培養為目標來設計的。因為，為適應卓越工程師培養，固有的教學內容必須做適當調整。
2.課程教學方法的設計與改革。如前所述，材料科學基礎課程是材料類學生必修的專業基礎課程，是學生在本科階段所學習的第一門系統的專業基礎課程，該課程設計了材料的熱力學、動力學及結構化學等方面的相關基礎內容。如何在傳授這些材料學科知識的同時培養學生的工程應用能力是保證“卓越計劃”有效實施的關鍵。教學方法的改革和其他教學環節的實現方式不僅要保證學生有效地掌握教學計劃所要求的教學內容，確保學生的工程實踐能力得到培養和提高，而且是保證課程的教學目標得以實現的重要手段。在材料科學基礎的課程教學中，根據教學內容的性質和“卓越計劃”的要求，我們改革了實驗及實踐環節，突出了實驗及實踐的重要性。過去的80個學時的材料科學基礎教學中包含有16個學時的實驗教學。把材料科學基礎實驗作為一個單獨的實驗課程獨立出去，保留72個學時的材料科學基礎理論教學課程是該課程為適應“卓越人才”教育進行的一項改革措施。材料科學基礎實驗課程為一周的實驗課程，內容包括材料的密度、吸水率的測試、差熱分析、淬冷法研究相平衡、固相反應、粘土―水系統的ξ電位的測試、玻璃的熱膨脹系數等七個綜合性實驗，這些實驗的設計及安排基本都是模擬工廠實驗室的分析測試設備，獨立出一周的實驗課程分散在理論課程的傳授過程中進行，這樣的安排加深了學生對所學理論內容的直觀認識，建立起了理論與實踐的聯系，加強了學生實踐能力的培養。同時，我們加大了課程網站的建設，結合本課程的特點，網站上擁有“課程簡介”、“教學大綱”、“教學日歷”、“考評方式與標準”、“學習指南”，這些內容使學生明確了課程學習的目的、內容、方法和學習要求；同時，在網站上上傳內容豐富的電子教案和制作精良的電子課件，可以很好地幫助學生在課下鞏固課堂學習內容。除此之外，網站上還擁有練習題、自測題、試卷、考研輔導，可以讓學生通過學校精品課程網站、網絡學堂在線測試，通過在線交流可以課程通知，可以在線答疑和課程留言。每周課程組老師在規定的時間上網在線回答學生的問題，并批改學生的電子作業，這樣安排激發了學生的學習興趣，相對于課件提問，學生更傾向于網上答疑，這些措施有效地調動了學生學習的積極性。
3.重視師資的培養和交流。作為我校第一排獲批的國家精品課程，材料科學基礎課程組定期舉行教學經驗交流和青年教師教學競賽，不斷提高教師教學水平。每學期舉行4次以上校內教學經驗交流，每學年骨干教師參與校際間、校企間教學及學術交流不少于2次。青年教師積極參加各級教學競賽，將競爭激勵機制引入整個教學環節，激發青年教師不斷學習、提高自身業務能力的主動性。同時，該課程組的老師已有30%已到國外進修一年以上，提高了課程組老師的工程國際化能力。
參考文獻：
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[2]董倩，劉東燕，黃林青.卓越土木工程師實踐教學體系構建[J].中國大學教育，2012，（1）：77-80.
材料科學基礎范文6
我院機械類專業的機械工程材料課程共計40學時，其中課堂講授36學時，實驗4學時。該課程課堂講授內容主要包括材料的結構與性能、金屬材料組織和性能的控制、金屬材料、高分子材料、陶瓷材料、復合材料、功能材料、機械零件的失效與選材原則、典型工件的選材及工藝路線設計以及工程材料的應用，實驗內容主要為金相試樣制備及硬度實驗和鐵碳合金平衡組織觀察實驗。從教學內容看，我院機械類專業的機械工程材料課程內容豐富，覆蓋面廣，符合教育部對高等院校此課程的教學要求，但由于受到總體教育學時計劃安排的限制，該課程學時略顯不足，同時受到學校辦學條件限制以及經費欠缺所導致的相關實驗儀器設備短缺的影響，開設的實驗類型較少，如不處理好這些因素的影響，勢必降低整體教學質量。根據我院的實際辦學條件和現有儀器設備，我們對該課程的教學方法和手段進行了探討和研究，從多方面采取相應的措施，以保證教學質量。
1采用多媒體教學，優化教學內容
隨著計算機技術的發展，教育技術的手段也在不斷發展和更新，其中多媒體教學手段已經廣泛應用于各類課程的教學中。多媒體教學方式與傳統教學方式相比，優勢明顯。在講解金屬材料組織和性能時，如果按傳統的教學方式，教師通常是借助教材上的灰色圖片照本宣讀，雖然也做必要的解釋說明，但這不能引起學生足夠的興趣，學生注意力不集中，難以保證課堂教學質量。單從課程內容而言，機械工程材料是十分枯燥而且難以理解的一門課程，一旦課堂教學效果不好，即使學生想課后自學，也十分困難，僅靠死記硬背的學習方法，學習效果必定不好。如果課堂教學中采用多媒體教學手段，通過視頻、動畫、彩圖、聲音等多種措施，使所講的內容直觀、具體、生動、形象，就可以激發學生的學習興趣，調動學生的主觀能動性，增強其學習的積極性，并且教師能夠很容易地把所授內容講解清楚，學生的理解和掌握也變得相對容易，對該課程的學習自然產生興趣，從而形成良性循環。另外，采用多媒體教學手段，能較為有效地解決學校教學資源不足的問題。例如：在講解材料熱處理內容時，我院沒有相關的熱處理設備?？紤]到此部分內容十分重要，我們借助多媒體教學手段中的視頻，把傳統熱處理過程講解得非常清楚，同時介紹了一些先進制造技術，如真空熱處理等，使教學內容更加完善。
多媒體教學方式與傳統教學方式相比具有很多優點，但其僅僅是一種教學手段，具體能否提高課堂教學質量，關鍵在于教師所制作的課件的教學內容。教學內容是決定教學質量的關鍵，正確把握教學內容是提高教學質量和效率的重要前提[2]。從學生最終培養目標而言，學習該課程的目的是讓學生在從事相關機械設計制造工作時，能夠根據實際情況合理選擇相關機械工程材料，因而，教會學生應用是關鍵。在教學中，應根據每個專業的培養目標及課程體系確定教學內容，以應用為核心，以實用、實際、實效為原則，刪減過時、落后的知識，引入材料科學的最新研究成果，使教學內容處于動態優化中；突出成分—組織—加工—性能—應用這條主線，適當壓縮與主線關系不大、理論過強而實用價值小的內容[3]。我院本課程在各部分教學內容的具體學時分配上是有側重的，其中典型工件的選材及工藝路線設計以及工程材料的應用的學時較多，而且其中的教學內容都是教師多年來從相關工廠實際生產中積累的典型案例，學生畢業參加工作后，可以將所學的知識直接應用到工作中，如各種軸承類材料這一案例對于進入軸承類制造公司的學生非常實用。當然，選好教學內容，需要教師花費很多精力，我們正在不斷積累、完善和優化該項工作。
2采用虛擬技術教學，提高學生學習興趣
虛擬技術是利用計算機可視化技術及網絡技術，對產品的設計、制造、生產和各項實驗進行準確的數學建模和仿真，在產品試制之前就能預見性地模擬出產品的全部制造、運動仿真和部分實驗性能，從而檢測產品的設計正確性和工藝可行性[4]。虛擬技術實現的前提是相關的工程軟件基礎。從一些課程的教學發現，在教學中引入虛擬技術，讓學生學習和掌握一種實用的工程軟件，將大大提高他們的學習興趣，從而提升整體教學質量。例如：采用三維CAD技術，基于UG，Solidworks或Pro/E等工程軟件平臺進行機械制圖教學；采用CAM技術，基于UG等工程軟件進行數控加工教學。實踐證明，讓學生單獨學習枯燥無味的純理論書本知識，學生不感興趣，但若能指導其學習和掌握一種實用的工程軟件，將顯著提高其學習興趣和主動性。工程軟件僅僅是一種解決問題的手段，用到的理論知識源于課本，學生通過學習相關的工程軟件，自然會努力補充其在使用工程軟件時所欠缺的理論知識。
目前，我院在講授機械工程材料課程相關內容時都會通過一個實際工程案例解釋虛擬技術在工程材料中的應用，主要是基于DEFORM平臺。DEFORM是一套基于有限元的工藝仿真系統，用于分析金屬成形及其相關工業的各種成形工藝和熱處理工藝。通過在計算機上模擬整個加工過程，幫助工程師和設計人員設計工具和產品工藝流程，減少昂貴的現場實驗成本，提高工模具設計效率，降低生產和材料成本，縮短新產品的研發周期。如在教學中針對齒輪的熱處理教學，通過齒輪熱處理的模擬分析，通過DEFORM平臺直觀、生動 的圖形顯示和相應的模擬分析結果，把所講授的有關熱處理工藝的基本理論形象直觀地表達和解釋清楚，讓學生易于理解和掌握，同時也讓他們產生神奇感，提高學習興趣。通過虛擬技術的應用，有效地解決了教學中的一些難題，緩解了學院在教學中相關實驗儀器設備短缺的矛盾，拓展了學生的思維，有利于發揮其想象力，增強實踐創新能力。由于教學計劃總學時的限制，目前我院對DEFORM軟件并沒有開設對應的必修課程，以教師課后指導，學生自主學習為主，但這并不影響學生學習的熱情和教學質量，反而更有利于發揮其學習的主觀能動性。
3采用項目討論教學，增強學生實踐能力
項目討論教學法是一種以學生為主，教師為輔，教學互動的教學方法，主要強調對學生實際工程關鍵能力的培養。學習主要分為四個過程——模仿、練習、強化和創新。項目討論教學方式主要是注重后面三個過程，即在具體實施過程中，學生根據教師所講授的實際工程案例，發揮主觀能動性，針對某個具體
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項目進行深入的學習，理解和掌握所學知識，從而提高發現問題、解決問題的能力，以便培養創新能力。學生還可以根據自身情況，選擇不同難度的項目，這些項目是練習類、強化類還是創新類，由教師把握。當然也可以基于DEFORM平臺建立一些和實際工程問題類似的虛擬型項目，發揮學生的想象力和創造力。學生所完成的項目有齒輪箱零部件的選材、醫療康復器材零部件的選材、機床零部件的選材等，在完成項目后，可以和其他同學討論、辯論、補充，最后，由教師答疑和總結，并做評價。
實踐證明，學生如果能認真系統地完成一個具體項目，其所學到的知識以及對知識掌握的牢固程度是課堂教學不能相比的，可在學生畢業設計答辯時得到驗證。通過完成一個項目，學生能夠知道設計制造所選擇的材料是什么，從哪里可以查到，其性能是怎樣的，常用于哪些場合，與其類似的材料有哪些，與類似材料相比該材料有哪些優缺點等。采用項目討論教學法，必然會增加教師的教學負擔，同時也需要學生較好的配合，要順利開展具有一定的難度。目前，我院主要在“卓越計劃”學生中開展教學方法改革，還處于探索階段，一些具體的項目、實施方法以及評價體系還有待于進一步完善。
