材料化學(xué)專業(yè)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)的探討

摘要：作為一門新興的交叉學(xué)科，材料化學(xué)學(xué)科是材料科學(xué)、化學(xué)和化工領(lǐng)域的重要分支，是發(fā)展高新技術(shù)領(lǐng)域的重要支柱。材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料科學(xué)相關(guān)學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，承擔(dān)著在基礎(chǔ)課和專業(yè)課之間承上啟下的作用。如何平衡好“化學(xué)”與“材料”之間的關(guān)系是材料化學(xué)專業(yè)教學(xué)所需要思考的問題。本文將從材料科學(xué)基礎(chǔ)課程與化學(xué)基礎(chǔ)課和材料學(xué)專業(yè)課之間的關(guān)系展開討論，探索材料科學(xué)基礎(chǔ)課程在材料化學(xué)專業(yè)中的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方式，對(duì)培養(yǎng)和增強(qiáng)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的科學(xué)研究能力和創(chuàng)新意識(shí)提供一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ)；材料化學(xué)；教學(xué)改革

1、引言

國內(nèi)目前已有150多所高等院校開設(shè)了材料化學(xué)專業(yè)，培養(yǎng)了大批具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)和優(yōu)秀工程實(shí)踐素質(zhì)的高層次人才。作為該專業(yè)的第一門材料學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程的重要性毋庸置疑，其在材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)體系中占據(jù)了非常重要的地位。作為一門重點(diǎn)研究材料“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)”關(guān)系的基礎(chǔ)課，如何利用經(jīng)典的理論知識(shí)來解釋實(shí)際科學(xué)或工程實(shí)踐中的問題是學(xué)好該課程的關(guān)鍵所在。

對(duì)于材料化學(xué)專業(yè)而言，化學(xué)理論的基礎(chǔ)也是必不可少的。根據(jù)所授學(xué)位類型的不同，對(duì)化學(xué)基礎(chǔ)理論課程的數(shù)目和課時(shí)量的安排也有所不同。一般而言，理學(xué)學(xué)士對(duì)于化學(xué)理論的要求要高于工學(xué)學(xué)士。這也就意味著四大化學(xué)基礎(chǔ)課程（無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)）在整個(gè)培養(yǎng)體系中所占的比重有所區(qū)別，直接影響到材料學(xué)相關(guān)課程的數(shù)量和課時(shí)量安排。在大多數(shù)將材料化學(xué)專業(yè)作為理科專業(yè)進(jìn)行培養(yǎng)的高校中，本科第一和第二學(xué)年基本都安排了課時(shí)量在100-120學(xué)時(shí)/課程的四大化學(xué)課程，材料學(xué)課程的學(xué)時(shí)相對(duì)較少。而對(duì)于授予工科學(xué)位的材料化學(xué)專業(yè)則正好相反。因此，在材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過程中，如何處理好化學(xué)基礎(chǔ)理論課與材料學(xué)專業(yè)課之間的關(guān)系是做好《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的關(guān)鍵。

2、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》與四大化學(xué)課程的銜接

在材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)體系中，無機(jī)化學(xué)是第一門開設(shè)的專業(yè)課程，也是所有化學(xué)課程的基礎(chǔ)。它既要完成無機(jī)化學(xué)學(xué)科自身豐富的教學(xué)內(nèi)容，又承擔(dān)著為后續(xù)課程作好必要準(zhǔn)備的特殊任務(wù)[1]。無機(jī)化學(xué)課程的授課內(nèi)容廣泛，包含普通化學(xué)的基本原理和元素及其化合物的性質(zhì)。其中，化學(xué)熱力學(xué)和晶體結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)是材料科學(xué)基礎(chǔ)課程中“相圖”和“原子和晶體結(jié)構(gòu)”等內(nèi)容非常重要的理論基礎(chǔ)。因此，無論是對(duì)于工學(xué)還是理學(xué)專業(yè)，無機(jī)化學(xué)作為一門基礎(chǔ)專業(yè)課，其重要性是毋庸置疑的。

有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)課程一般在本科二年級(jí)開設(shè)。由于涉及一個(gè)全新的知識(shí)架構(gòu)，有機(jī)化學(xué)所講授的內(nèi)容通常不作為材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的主要內(nèi)容。相反，物理化學(xué)一般被認(rèn)為是四大化學(xué)中非常重要，也是學(xué)習(xí)難度較大的一門課程[2]。與材料科學(xué)基礎(chǔ)的課程內(nèi)容相比較而言，物理化學(xué)課程體系中的熱力學(xué)基礎(chǔ)、相平衡以及表面與界面等內(nèi)容也都是目前材料科學(xué)體系的經(jīng)典內(nèi)容，在目前納米材料的前沿研究領(lǐng)域都有著非常重要的應(yīng)用。因此，對(duì)于授予工學(xué)學(xué)位的材料化學(xué)專業(yè)而言，在有機(jī)化學(xué)課程的選擇上一般根據(jù)學(xué)院自身的研究方向來確定。而物理化學(xué)一般作為材料類專業(yè)的必修課程，根據(jù)所授學(xué)位的不同，在授課學(xué)時(shí)方面有所區(qū)別。

作為一門最貼近實(shí)驗(yàn)的理論課，分析化學(xué)的主要任務(wù)是鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成、測定物質(zhì)有關(guān)組分的含量、確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和存在形態(tài)及其與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系等[3，4]。其中，光譜、色譜和質(zhì)譜分析手段在目前功能材料的研究中也發(fā)揮著重要的作用。因此，適當(dāng)開設(shè)一定的分析化學(xué)課程能夠很好的與《材料現(xiàn)代分析測試方法》中的大型儀器結(jié)構(gòu)表征等內(nèi)容形成互補(bǔ)，為材料表征的相關(guān)方法提供一定的理論支撐。

縱觀《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的教學(xué)內(nèi)容，授予工學(xué)學(xué)位的材料化學(xué)專業(yè)可根據(jù)自身的發(fā)展方向適當(dāng)刪減有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，并增加更多的工科課程如《電工技術(shù)》、《材料力學(xué)》、《機(jī)械制圖》等。而作為授予理學(xué)學(xué)位的材料化學(xué)專業(yè)，則可以將培養(yǎng)體系設(shè)置為偏重化學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)兼顧材料類課程的方式。

3、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》與材料學(xué)專業(yè)課程的銜接

由于涉及非常多的專業(yè)方向（金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料、復(fù)合材料等），使得材料科學(xué)基礎(chǔ)這門課程具有內(nèi)容復(fù)雜、涉及面廣等特點(diǎn)[5，6]，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)難以將所有的專業(yè)方向進(jìn)行全面學(xué)習(xí)。因此，凝練出材料科學(xué)最為基礎(chǔ)的理論和所有材料的共性問題，同時(shí)突出自身教學(xué)內(nèi)容的特色是所有《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)的關(guān)鍵。經(jīng)過1個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，目前公認(rèn)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的課程內(nèi)容可分為兩大基礎(chǔ)知識(shí)模塊：1、材料的微觀結(jié)構(gòu)（原子鍵合、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷）；2、外場作用下材料結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化（擴(kuò)散、塑性變形與再結(jié)晶、凝固、相圖）。

本科三年級(jí)所開設(shè)的材料學(xué)專業(yè)課程大多與學(xué)院的研究方向密切相關(guān)，在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》的授課過程中，將目前最新的研究成果融入到相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)中不失為一種具有良好效果的教學(xué)方式。例如，Kirkendall效應(yīng)是固體擴(kuò)散理論中的關(guān)鍵組成部分，而在目前前沿的研究工作中，其又是合成納米金屬核-殼結(jié)構(gòu)的重要方法。因此，在課堂教學(xué)中將基礎(chǔ)理論與研究應(yīng)用緊密結(jié)合是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果的重要方法。

4、總結(jié)

本文從《材料科學(xué)基礎(chǔ)》與四大化學(xué)課程和材料學(xué)專業(yè)課程的銜接方面展開進(jìn)行討論，提出了課程在內(nèi)容設(shè)置和教學(xué)方法等方面的一些見解。本文認(rèn)為，處理好《材料科學(xué)基礎(chǔ)》在化學(xué)基礎(chǔ)課與專業(yè)方向課之間的關(guān)系，充分發(fā)揮《材料科學(xué)基礎(chǔ)》在二者之間的橋梁作用，對(duì)于提升教學(xué)效果非常重要。

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作者簡介：孫頡（1985-），男，講師，主要從事材料科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的教學(xué)科研工作。