材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系建设

*本文为四川省高等教育新世纪教改工程项目 省级材料类本科人才培养基地 (2006年)和四川省教育厅教学改革项目 理工科大学生毕业设计论文团队指导法研究与实践 (2000年)。

材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系建设*林金辉 汪 灵 邱克辉 陈善华 叶巧明 沈忠民(成都理工大学材料与化学化工学院 四川成都 610059)摘 要:我校材料科学与工程专业课程体系和实验教学体系建设在 大学科 背景下,以材料的制备与加工、组成与结构、性质、使用性能等四个要素及其相互关系为基础,构建了公共基础课、专业基础课和专业核心课(含特色课程)、专业选修课、公共选修课、工程实践环节为框架的课程体系;以 深化课程基础实验教学、加强综合实验能力训练、注重创新意识和创新能力培养 为宗旨,构建了大材料学科共同的知识和技能平台实验室,即课程基本知识 专业综合 设计创新三层次实验教学体系,以满足21世纪培养 宽口径、厚基础、强能力、高素质 材料科学与工程专业人才的需要。

关键词:课程体系;实验教学体系;建设与改革;材料科学与工程专业 材料科学与工程主要研究材料的制备与加工、组成与结构、性质、使用性能等要素和它们之间相互关系的规律,并研究材料的生产过程及其技术。

由于无机非金属材料、金属材料、高分子材料、复合材料等各类材料具有共同的或相似的学科基础、科学内涵、研究方法与研究设备,同时科学技术的发展在客观上需要对各类材料的全面了解和研究,材料科学与工程学科逐步形成并迅速发展成为一门独立的一级学科,体现了 大学科 一体化,以及材料科学与工程相互渗透与交叉综合发展的趋势。

材料科学作为基础学科,过分强调专业个性的教育模式,已不能适应当代社会经济发展和科学技术进步的需要[1-5]。

近几年来,我国材料科学与工程教育改革迅速发展,许多高等院校的材料专业从人才培养模式、课程体系、教学内容、实验教学体系和教学方法等方面进行了改革[1-12]。

面向21世纪材料科学与工程本科教育改革与创新应以提高教学质量为目标,培养学生的创新意识和创新能力为核心,建立新型教学模式,优化培养方案,创新设计课程体系和实验教学体系等,全面推动材料科学与工程学科专业教学改革。

本文根据我校的具体实情,结合承担的四川省高等教育新世纪教改工程项目 省级材料类本科人才培养基地 和四川省教育厅教学改革项目 理工科大学生毕业设计论文团队指导法研究与实践 ,借鉴其它院校材料科学与工程专业教育改革的先进经验[1-12],围绕材料科学与工程专业课程体系和实验教学体系建设等方面进行了探讨。

一、课程体系建设21世纪高等教育的发展趋势对教学内容与课程体系改革提出了新的要求,必须树立素质是前提、能力是关键、知识是载体的新型人才观。

同时只有把各类材料和相关的合成加工技术及分析测试技术作为一个整体考虑,形成 大学科才能满足时代发展的要求[13]。

课程体系的建设与改革创新是在 大学科 背景下,以材料的制备与加工、组成与结构、性质、使用性能等四个要素及其相互关系为基础,构建其公共基础课、专业基础课和专业核心课(含特色课程)、专业选修课、公共选修课、工程实践环节为框架的课程体系,总学分为190分,体现了素质结构、能力结构、知识结构协调发展的原则,满足 宽口径、厚基础、强能力、高素质 材料科学与工程人才培养目标的要求。

1 公共基础课模块。

公共基础课包括社会科学基础课程体系(形势与政策、思想品德修养、法律基础、中国近现代史、毛泽东思想、邓小平理论和 三个代表 重要思想、马克思主义基本原理、英语等)和自然科学基础课程体系(数学、物理、化学、计算机技术四大课程),占总学分的43%。

以培养学生具有良好的思想道德素质、文化素质、身心素质,具有获取知识的能力和具有人文社会科学知识、自然科学知识、工具性知识。

2 专业基础课和专业核心课(含特色课程)模块。

专业基础课包括数字电子技术基础、画法几何与工程制图、工程力学等课程,占总学分的5%,以培养学生具有良好的工程素质、工程应用能力和工程技术知识。

专业核心课(含特色课程)是材料科学与工程专业的中心组成部分,紧密围绕学科专业的基本要求和培养目标设置,在突出学科专业共同特点的同时,也体现了不同院校的办学特色。

按一级学科重组整合设置了八大材料科学与工第24卷第2期高等教育研究2007年6月程核心课程,包括结晶学与矿物学、材料科学基础、材料工程基础、材料物理化学、材料物理性能、计算机在材料科学与工程中的应用、材料科学研究方法、材料设计与制备,占总学分的15%,体现了 大材料 学科共同的知识体系。

以培养学生具有良好的科学素质、应用知识能力、创新能力和专业知识。

我校在矿物资源及其综合利用的教学科研方面实力雄厚,在矿物材料研究与应用等方面取得了许多突出成果,开设结晶学与矿物学特色课程,体现了我校的专业办学特色和优势。

3 专业选修课模块。

类似于按二级学科设置专业选修课,占总学分的14%,主要包括无机非金属材料的主干课程无机非金属材料工艺学、无机非金属材料热工过程与设备、无机非金属材料工厂设计概论和金属材料的主干课程金属学、金属材料学、金属热处理工艺、金属热处理原理,使学生在掌握 大材料 学科共同知识的基础上,对无机非金属材料和金属材料的基本内容和知识结构体系也有较系统的了解和掌握。

另外,还设置了高分子材料、复合材料、材料成型加工工艺与设备和一些特色选修课,如矿物材料学导论、非金属矿物开发利用等,以深化核心课程,进一步培养学生在专业某一方面的个性和特长。

4 公共选修课模块。

公共选修课模块包括跨大类素质类课程和任选课程,占总学分的8%,以加强人文主义、经济管理等教育,培养个性发展,促进学生综合素质的提高。

5 工程实践环节模块。

工程实践环节包括实验课程、各种实习和设计环节等,是理论教学的延续,深化教学内容,建立材料工程意识,培养学生创新意识和综合能力,引导学生走向科学研究的起点。

主要设置有课程设计(含计算机课程设计)、材料性能实验室、材料设计与制备综合实验、认识实习、生产实习、毕业实习、毕业论文等。

工程实践环节模块占总学分的15%。

二、实验教学体系建设为了适应21世纪培养具有宽广材料科学基础,掌握材料现代测试技术与研究方法,具备能够从事各种材料合成制备、性能与结构分析研究、新材料开发及应用的 宽口径、厚基础、强能力、高素质 材料科学与工程专业人才。

以 深化课程基础实验教学、加强综合实验能力训练、注重创新意识和创新能力培养 为宗旨,根据材料科学与工程专业培养目标要求,构建 大材料 学科共同的知识和技能平台实验室,即课程基本知识 专业综合 设计创新三层次实验教学体系。

课程基本知识实验教学体系服务于专业理论课程的实验教学;专业综合实验教学体系独立于专业理论课程的平台实验教学,包括课程设计(含计算机课程设计)、材料设计与制备综合实验、毕业设计(论文);设计创新实验教学体系服务于学生自主设计创新的平台实验教学。

按材料制备工艺 材料成分 材料组织结构 材料性能结构体系,材料科学与工程专业平台实验室下设材料制备实验室、材料成分测试实验室、材料组织结构分析实验室、材料物理性能表征实验室、材料计算机模拟实验室,形成了相对独立又相互联系的实验教学系统,这种设置不仅可以满足材料科学与工程专业核心课程结晶学与矿物学、材料科学基础、材料工程基础、材料物理化学、材料物理性能、计算机在材料科学与工程中的应用、材料科学研究方法、材料设计与制备基础实验的需要,也为材料综合实验教学水平的提高和学生自主设计创新创造了必要的条件。

本专业安排了两周时间的材料设计与制备综合实验,使学生熟悉从事材料科学研究的一般程序,对材料设计与制备、成分与结构分析、性能表征整个过程具备全面了解与掌握,理解材料的设计思路和研究方法。

根据教师下达的实验题目,为获得性能达标的各种材料,设计出较为合理的制备工艺制度,利用平台实验室材料制备实验室进行材料制备,了解材料制备方法、工艺和设备性能与使用;利用材料成分测试实验室、材料组织结构分析实验室、材料物理性能表征实验室对所制备的材料成品的成分、组织结构、各种物理性能进行分析测试,并对实验结果进行综合分析。

通过综合实验的训练,将理论知识与实验技能有机地结合起来,培养学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。

围绕学生创新意识、创新能力的培养,实现由知识积累向能力生成的转化,借助材料科学与工程专业平台实验室,学生能积极参与自主设计科技创新活动,2003材料科学与工程专业本科生的 玻璃基纳米T i O2薄膜 获"挑战杯"全国科技发明三等奖、2005年 纳米S i O2改性粉末涂料研究 获四川省科技制作发明A类二等奖。

专业平台实验室下设有材料计算机模拟实验室,该实验室拥有功能强大的M ater ials Stud i o材料分子模拟软件,可以研究晶体材料(陶瓷、半导体、金属、分子筛等)的性质、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构(能带及态密度、声子谱)、晶体的光学性质、点缺陷性质(如空位、间隙或取代掺杂)、扩展缺陷(晶粒间界、位错)、成份无序等,并可显示体系的三维电荷密度及波函数、模拟S TM图像、计算电荷差分密度。

展示了一种全新而丰富的创新氛围,即将成为材料科学与工程专业的开放式创新实验室,学生在该实验室可以应用所学的知识进行材料设计,对材料进行材料设计、过程模拟、数据处理、组织性能预测,以及对材料进行结构和功能的优化与控制,进一步拓展实验教学的外延。

三、结束语以上是我们对材料科学与工程专业课程体系和实验教学体系建设的初步探索,在"大学科"背景下,以材料的制备与加工、组成与结构、性质、使用性能等四个要素及其相互关系为基础,构建了材料科学与工程专业课程体系,体现了素质结构、能力结构、知识结构协调发展的原则。

以 深化课程基础实验教学、加强综合实验能力训练、注重创新意识和创新能力培养 为宗旨,初步构建了材料科学与工程专业实验教学体系。

但教学改革任重道远,通过不断实践、不断总结认识,材料科学与工程专业课程体系和实验教学体系将逐步完善,以满足新世纪培养 宽口径、厚基础、强能力、高素质 材料科学与工程专业人才的需要。

第24卷第2期材料科学与工程专业的课程体系和实验教学体系建设2007年6月参考文献:[1] 李倪社,周安宁,周岭梅 材料科学与工程专业人才培养方案和课程体系研究[J] 煤炭高等教育,2001,72(5):44-45 [2] 史武耀,孙灼,张秀英,等 面向21世纪材料科学与工程本科教育[J] 高等工程教育研究,2001,(4):17-20[3] 刘兴江,王建忠,穆柏春 材料科学与工程学科建设现状与发展动态[J] 辽宁工学院学报,2002,4(1):76-77[4] 天津大学材料科学与工程学院教学改革小组 面向新世纪材料科学与工程培养的综合改革与实践 实践教学改革报告[J] 高等工程教育研究,2005(增刊),21-23[5] 张联盟 材料科学与工程教学改革与发展设想[J] 理工高教研究,2002,21(4):35-39[6] 刘曙光,杨富贵,李国昌,等 材料科学与工程教学改革的探索与实践[J] 淄博学院学报(自然科学与工程版),2002,4(2):48-51[7] 付正义,陈文,黄学辉,等 材料科学与工程一级学科教学保障体系的建立与实践[J] 理工高教研究,2002,21(5):109-110[8] 崔振铎,原继波,孙清池,等 材料科学与工程专业平台实验室建设与管理[J] 高等工程教育研究,2005(增刊),52-54 [9] 韩雅静,原继波,李宝银,等 材料科学与工程专业教学平台实验室综合实验课程改革初探[J] 高等工程教育研究,2005(增刊),55-57[10] 张爽男,崔振铎,孙清池,等 材料综合实验的教学与管理[J ] 高等工程教育研究,2005(增刊),58-60[11] 黄学辉,周静,徐庆,等 材料科学与工程实验教学体系的改革[J] 理工高教研究,2002,21(1):114-115[12] 温路新,王胜武,邵鑫,等 材料科学与工程专业实验体系的建设[J] 聊城大学学报(自然科学版),2004,17(1):100-101[13] 教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会无机非金属材料工程教学指导分委员会 2004年年会资料集[R] 2004[责任编辑 李开吉][上接第53页]图12构图是建筑摄影创作的一个重要组成部分,初学者可以通过多种方法使取景范围内的各部分协调起来,结成为一个统一的整体。