材料科學綜合性課程設計的實踐與研究

劉軍　楊娟　唐麗永　陳彩鳳

【摘要】江蘇大學無機材料工程專業為培養學生的綜合應用能力，對課程體系進行改革，將材料科學類課程組建成課程群，并按課程群設置了材料科學綜合性課程設計。這一綜合性課程設計以突出培養學生對知識的綜合應用能力和工程能力為目的，有利于培養學生運用專業知識的綜合能力，同時對學生綜合素質和創新能力的培養也起了重要作用。

【關鍵詞】課程設計；綜合；材料科學；實踐能力

課程設計是檢查學生課程知識掌握情況和應用能力的重要教學環節，對于學生綜合能力和創新思維的培養非常重要。以往的課程設計都是與某一門課程相對應，設計中知識的應用也基本是某一門課程的知識點。而在材料專業的專業課程中，往往是幾門課程的知識相互聯系、相互補充，因此，將課程設計只局限于某一門課程會束縛學生的思維，不利于培養學生的綜合應用能力。針對幾門關聯的課程設立綜合性課程設計是一個較好的解決辦法，江蘇大學無機非金屬材料在這方面積累了一些經驗。

一、材料科學綜合性課程設計的設立和選題

材料科學類課程以材料科學基礎為核心，包括材料測試方法、材料物理性能、材料力學性能等課程。我們把這幾門課程進行組合，將實驗從幾門課程中分離出來設置獨立的綜合性實驗體系，并增加為整個課程群配套的綜合性課程設計，形成以材料科學基礎為核心的課程群。這一課程群以材料微觀結構為核心，著重于材料結構及缺陷的理論和結構測試方法，材料結構的形成過程及其原理，材料結構與性能的關系。

課程設計的內容應當與理論教學相輔相成，同時還要盡可能接觸新材料的發展前沿。我們選擇功能陶瓷材料中的PZF（PbZrO_{3-PbTiO3）壓電陶瓷作為綜合性課程設計的研究對象，PZT材料是目前應用最為廣泛的壓電陶瓷，在傳感器、驅動器的智能結構等方面有著重要的應用價值。這一選題不僅內容新，而且涵蓋了課程中的主要知識點。如PZT材料的結構及其特點與結晶學、晶體化學原理知識點相對應；PZT材料的配方選擇與相圖與相變知識點相對應；PZT材料中的離子摻雜與晶體缺陷、固溶體及材料物理性能的知識點相對應；PZT材料的主晶相合成與原理與擴散與固相反應原理知識點相對應；主晶相的分析用到材料測試方法的知識；PZT材料的燒結與擴散與燒結原理及材料物理性能的知識點相對應；材料的結構一工藝一性能之間的關系則涉及到知識的綜合運用。}

結構陶瓷材料中的氧化鋯增韌陶瓷是綜合性課程設計的另一選題。氧化鋯增韌陶瓷是結構陶瓷領域最為活躍的一種新材料，微/納米氧化鋯粉體的制備，粉體結構與形貌分析，氧化鋯的穩定劑摻雜和馬氏體相變、燒結及增韌機理等涉及到膠體化學、材料測試方法、結晶學、晶體化學、相圖、相變、燒結和力學性能等多方面的知識點，能夠檢驗學生對各門課程的掌握情況及對知識的綜合理解程度。

二、材料科學綜合性課程設計的實踐基礎

材料科學類課程理論性較強，在培養時希望盡可能能理論與實踐相結合。為此，我們設立了“材料制備、結構與性能”系列綜合性、設計性實驗作為理論教學的補充，同時使學生在進行課程設計時有了感性認識基礎，設計內容更加豐富。

“材料制備、結構與性能”系列綜合性、設計性實驗的內容與課程設計內容緊密聯系，也分為PZT壓電陶瓷的制備和氧化鋯增韌陶瓷的制備兩個系列。學生可以在完成理論和實驗教學內容的基礎上，通過課程設計對實驗的現象和結果進行系統的理論分析，弄清實驗所制備材料的結構特征、相變特點；材料進行摻雜改性時的依據和形成的缺陷類型；固相反應法進行材料合成的原理及材料燒結原理等。這樣既鞏固了理論知識，又培養了應用能力。綜合性、設計性實驗是綜合性課程設計的實踐基礎，但課程設計的內容并不局限于實驗內容，而是全面考察學生對所學知識的應用能力，其效果是理論考試和實驗報告所不能比擬的。

三、綜合性課程設計實施中注意的問題

綜合性課程設計的指導是一項非常重要的工作。從教師的角度看，指導綜合性課程設計類似于指導學生完成一項科研項目，因此，指導教師必須具備豐富的材料研究與設計的經驗，只有這樣，才能較好地把握學生提出的各種觀點是否合理，并解答學生在設計過程中的各種問題。為了滿足這一要求，我們要求綜合性課程設計由有著豐富教學和科研經驗的教師作為主要指導教師，最好有相應材料的科研經歷。在課程設計開始之前對整個設計的目的、指導思想、總體方案、研究方法及思路進行系統講解，并參與整個指導過程。

學生在綜合性課程設計的進行過程中會遇到各種各樣的問題，特別是同學們自己提出的方案和觀點五花八門。在實施中我們不應要求每一個同學都有相同的觀點，而應當注重他們的分析思路，注重他們對課堂知識的理解能力和知識的應用能力，特別是課程知識的融會貫通和綜合應用能力，從中發現創新思維的火花并著力加以培養。只有這樣，同學們才能真正學到分析問題、解決問題的實際本領。

四、結束語

江蘇大學無機非金屬材料工程專業在材料科學課程群的教學中實施了綜合性課程設計的教學并取得較好的效果。在應用過程中，注重讓學生用理論知識解決實際問題。學生反映通過綜合性課程設計的訓練，對所學理論知識的理解加深了，對各課程知識能夠融會貫通地加以運用。并且，通過綜合性課程設計的訓練培養了學生從事科學研究的興趣，發現了一批有科研潛力的學生。幾年來，該專業學生在全國大學生挑戰杯比賽、全國和江蘇省高校大學生實踐創新訓練計劃中均取得較好的成績。實踐證明，這一教學環節對提高學生綜合素質，增強工程實踐能力，培養創新精神和創新能力具有重要作用。

參考文獻

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