《粉體材料與工程》課堂與實驗教學改革的探討

李東旭

（華僑大學 材料科學與工程學院，福建 廈門361021）

《粉體材料與工程》是我校材料科學專業本科生主干專業課程之一，集理論概括性與跨學科交叉性于一身，同時也與基礎學科和應用科學緊密相連[1]，綜合運用現有教學技術和手段，結合前沿專題與實驗教學，對于提升學生對于知識的綜合運用能力、實踐創新能力具有重要的意義。 本課程對學生未來的就業與科研工作，同樣具有認知與過渡的重要作用。

1 粉體材料與工程在國民經濟與前沿科學中的重要意義

粉體材料的理論知識與實際應用，遍布與人們的生產生活，從古至今，從生產到科研，從工業到農業，無處不在。 無論中華文明中的陶瓷與火藥，制墨與印染，還是現代工業的選礦與煤炭運輸，石油業的催化與超硬材料的磨料磨具，粉體材料與技術都在默默的發揮著重大的作用。

隨著現代檢測與微觀技術的發展，特別是納米技術與納米材料產業的迅速崛起，人們對于粉體有了更為廣闊的分類（塊體，顆粒，超細/超微顆粒，納米顆粒，皮米/飛米顆粒）[2]。 對于微觀粉體科學的研究，在太陽能電池、無機抗菌材料、納米仿生材料、超導材料、復合功能材料等前沿科學的研究中越來越被人們所重視。

2 粉體材料與工程的課堂與實驗教學內容

針對于材料科學專業，《粉體材料與工程》的課堂教學主要針對以下幾個專題進行講授：顆粒的幾何特征，粒徑測試方法，粉體顆粒的力學性質，粉碎與制備，分級與分離，儲存與轉運，混合與造粒，危害與防治等[1-5]。 增加備受關注的納米材料與技術，應用廣泛的粉體工業設備的專題介紹。同時輔以《粉體材料與工程實驗》課程的實驗設計與操作（包括氣流粉碎實驗、粒度測試與表征、顆粒表面改性等實驗），使學生充分認識粉體材料與技術所涉及的物理、化學等各個學科知識，并了解粉碎、造粒、粒度測試與表征等微型儀器設備的原理與使用；綜合本專業實習基地(協進陶瓷)現場的實習認知與實際操作，充分調動學生對于知識的運用和理解，激發科研興趣，為就業與科研工作打下良好的基礎。

3 粉體材料與納米材料

納米材料與納米技術是新型科學與技術的代表之一，因為其對神秘微觀世界的深入分析以及對現代生產生活的巨大影響而越來越多的被廣大同學所喜愛，在絕大多數的材料科學與工程院校均獨立開設了課程。 納米粉體屬于微觀粉體的一種，是粒徑尺寸介于1-100 納米的粉體顆粒；納米粉體具有粉體的一般特性，納米技術適用于多數的粉體工程；且納米粉體和技術具有自己獨特的尺度特性，如燕山大學、吉林大學與美國芝加哥大學合作制備的納米孿晶結構金剛石，其硬度相當于天然金剛石的兩倍[6]。這些研究成果的引入與介紹，為課堂教學增添了較大的學習樂趣。 《粉體材料與工程》課程中，納米材料與技術是其中重要的一部分， 因此把握好粉體材料/技術與納米材料/技術對于提高學生的學習熱情與科研興趣具有重要的作用，也可以為《納米材料》等課程的學習打下基礎。

4 粉體材料及粉體技術與科學研究

考研、讀博，從事科研工作，是學生們畢業后的選擇之一，也是現在科技發展、社會需求對教育教學提出的一個潛在要求。 粉體材料與技術，涵蓋了粉體制備技術、測試技術、表面改性技術、納米材料與技術、顯微儀器操作與設計、分子藥物制備、納米能源器件等各種先進的技術與理念[7]。因此，針對于粉體材料的教學，在基本教學內容中，添加一定的前沿科學知識，有助于學生科研興趣的培養，對于今后研究生科研課題的基礎教育與銜接，有著重大的影響。 粉體產業相關的儀器設備，如今在實驗室中更加微型化、普遍化，如激光粒度儀、掃描電子顯微鏡等，這些設備的原理掌握與熟練操作，對于今后的科研工作、設備的改造與研發，有一定的推動作用。

粉體材料及技術，與實際生產生活息息相關，因此開設《粉體材料與工程》相應的實驗課程必不可少。 為了加強學生對粉體技術的熟悉和掌握，我院單獨開設了《粉體材料與工程實驗》課程，實驗內容以制備、表征和改性為主；依據本地的粉體行業熱點（本專業對應的實習基地協進陶瓷是建筑用外墻磚領軍企業之一） 和實驗室現有科研課題、相關設備，制定了高嶺土粉碎及顆粒表征實驗、粉體顆粒表面改性劑測試等實驗。 實驗中應用到小型氣流粉碎機、標準篩、激光粒度儀、掃描電子顯微鏡等粉體技術常用的制備（破碎）、篩分、表征設備，與《納米材料》、《材料科學基礎》和《現代材料分析測試技術》等課程緊密相連。《粉體材料與工程實驗》課程，聘請材料學專業研究生作為助理，針對于粉體技術與理論知識在科研中的應用和重要性，在學生間相互交流得到強化。

5 粉體材料及技術與生活

課堂教學中， 學生對于粉體材料對現代生活的影響有著很多疑問，為此我們選用了現有的教材、教輔材料[1-5]，針對粉體與粉塵、粉體的危害與防治等課題進行單獨的教學，結合河北秦皇島驪驊淀粉公司粉塵爆炸事件[8]、甲流爆發與粉塵爆炸機理探析[9]講述預防粉塵爆炸及爆炸條件，針對超硬材料[6]與磨料磨具的應用講述微觀斷裂機制和粉體的物化性能，結合霧霾及PM2.5 值講述粉塵的危害防治等。 息息相關的生活知識，加深了學生對于粉體技術和知識的認識，綜合運用所學知識，提升分析及綜合處理能力，是職業技能鍛煉的基礎之一。

總之，《粉體材料與工程》的教學，針對于材料科學與工程專業本科生，利用多媒體教學手段，鞏固理論知識為基礎，輔以前沿熱點課題分析，在實驗中鍛煉綜合運用能力，在生產實習中實踐相關知識，對于全面理解和掌握粉體技術和基本知識是必不可少的。 當今的大學生，有更多的熱情和興趣去創新和實踐，對于課堂教學而言，是不斷完善和提升《粉體材料與工程》教學質量、實現教學相長的良好契機。

［1］陸厚根，編.粉體技術導論[M].2 版.同濟大學出版社，1998，03.

［2］周仕學，張鳴林.粉體工程導論[M].科學出版社，2010，02.

［3］李鳳生，等，編.超細粉體技術[M].國防工業出版社，2000，07.

［4］蓋國勝.粉體工程[M].清華大學出版社，2009－12－1.

［5］張長森.粉體技術及設備[M].華東理工大學出版社，2007-01-01.

［6］Nanotwinned diamond with unprecedented hardness and stability，Quan Huang et al，Nature Volume: 510：250－253 Date published: (12 June 2014)[Z].

［7］丁明，李明華，程繼海，趙娣芳.《粉體工程技術》課程模塊化建設探索與實踐[J].教育教學論壇，2012（34）：90-91.

［8］河北秦皇島驪驊淀粉公司粉塵爆炸[OL].中國新聞網,2010－02－25，21:44.http://www.chinanews.com/gn/news/2010/02-25/2139485.shtml.

［9］李玉海.甲流爆發與粉塵爆炸機理探析[OL].2009－11－25.http://blog.sina.com.cn/s/blog_53ece26f0100h1vj.html.