材料科學與工程導論范文
時間:2023-10-26 17:31:00
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篇1
關(guān)鍵詞: 雙語教學《材料科學與工程導論》課程教學模式教學方法
隨著經(jīng)濟全球化和教育國際化的發(fā)展,培養(yǎng)既懂專業(yè)知識又能用外語進行科學研究和人際交流的國際化人才,已成為我國高等教育改革的必然趨勢。為此,教育部從2001年起先后出臺了《關(guān)于加強高等學校本科教學工作提高教學質(zhì)量的若干意見》、《關(guān)于本科教育進一步推進雙語教學工作的若干意見》等文件,提出了“本科教育要創(chuàng)造條件使用英語等外語進行公共課和專業(yè)課教學”,“今后我國本科教育20%以上的課程必須進行雙語教學,同時要求率先在金融、法律、生物工程、信息技術(shù)、新材料技術(shù)及其他國家發(fā)展急需的專業(yè)開展雙語教學”的要求,正是為了使學生能盡快地掌握國際上本專業(yè)的最新發(fā)展趨勢和相關(guān)資料信息,更好地為今后參與國際交流和學習打下基礎(chǔ)。雙語教學除了能使我國學生更為有效地了解世界和參與國際交流,亦是吸引國外優(yōu)秀學生來華留學,提升我國高等教育的國際競爭力和高等教育邁向國際化的需要。
材料科學與技術(shù)的發(fā)展是很多新興產(chǎn)業(yè)的前提和基礎(chǔ)。例如在新能源產(chǎn)業(yè)方面,光伏發(fā)電和燃料電池效率的提高無一例外地涉及材料技術(shù)的革新進步;而在環(huán)保節(jié)能方面,LED節(jié)能燈的推廣使用正是緣于近年來在半導體材料制備技術(shù)上取得的重大突破。因此,在材料專業(yè)尤其是從專業(yè)基礎(chǔ)課階段開展雙語教學,對培養(yǎng)具有全球視野可參與國際競爭的高級專門人才具有重要意義。江蘇大學從2004年開始開設(shè)《材料科學與工程導論》雙語課程,開課時間安排在大三上、下兩個學期進行,此階段學生已修完基礎(chǔ)課程和部分專業(yè)基礎(chǔ)課,大部分學生的英語水平也已達到四、六級。筆者將結(jié)合從事該課程雙語教學的實踐經(jīng)驗,以《材料科學與工程導論》為例,針對雙語教學模式及教材的選擇、教學方法與手段方面談?wù)務(wù)J識和體會。
一、雙語教學模式及教材的選擇
目前,我國高校開展雙語教學大致有三種模式,即半外型、混合型和全外型[1]。半外型采用中英文兩種教材,講授以中英文兩種講解形式并行;混合型采用外文教材,授課采用外文與中文交叉講解來進行;全外型所用教材為原版外文教材,課堂講授所使用語言全部為外語??梢钥闯?半外型模式適合專業(yè)及外語基礎(chǔ)相對較為薄弱的學生,而全外型模式要求學生對外語及所學專業(yè)皆有較深的通透領(lǐng)悟能力,混合型模式對學生的專業(yè)及外語能力要求則介于前兩者之間。具體每門課程使用哪一種模式,主要的原則是以保證雙語教學的質(zhì)量為前提,應(yīng)根據(jù)實際情況由教師自行選擇,即根據(jù)課程章節(jié)的難易、內(nèi)容的深淺等具體情況而制訂可行的雙語教學模式,不宜一概而論。一般來講,對于內(nèi)容較為簡單的章節(jié)采用全外型教學,而對理論性較強且例證較多的章節(jié)宜采用混合型的教學方法。例如筆者在講授“原子結(jié)構(gòu)及原子間結(jié)合鍵”一節(jié)時,因其內(nèi)容較為簡單且基礎(chǔ)課程里有所重復,從多媒體課件的制作到課堂講授再到作業(yè)布置全程使用英語;在講解“固體中的缺陷”一節(jié)時,因涉及缺陷的理論模型、例證,以及缺陷的顯微鏡觀測等較深內(nèi)容,在使用英文講解難點時一般輔以中文補充。但不論使用哪種教學模式,必須貫徹以對專業(yè)知識的學習為根本,以提高外語水平為輔助的指導思想[2]。實踐證明,靈活選擇雙語教學模式,可以滿足專業(yè)課程內(nèi)容的傳授。需要強調(diào)的是,由于學生的英語水平參差不齊,實際教學中教師一定注意既要讓英語水平好的學生有更多收獲,又要讓英語水平略差的學生學到必須掌握的專業(yè)知識,不能本末倒置,犧牲專業(yè)課來彌補英語的不足。
關(guān)于《材料科學與工程導論》雙語課教材,我們選用的是William D.Callister,Jr編著的Fundamentals of Materials Science and Engineering(Fifth Edition,John Wiley&Sons,影印本,化學工業(yè)出版社,2002)。此書是一本經(jīng)典的美國高校教科書,行文優(yōu)美,通俗易懂。閱讀該教材有助于學生通過專業(yè)知識的學習提高英語水平,有利于讓學生以英文的思維方式了解表述問題和處理問題的方法,養(yǎng)成換位思考問題的好習慣。當然,課堂講授內(nèi)容不應(yīng)止于教材,為使學生充分理解知識難點,教師可以廣泛收集其它教材或?qū)I(yè)網(wǎng)站中的優(yōu)秀案例。此外,為了能夠使學生更好地把握教學內(nèi)容,我們還提供一些中文參考教材(如馮端等所編的《材料科學導論》,化學工業(yè)出版社,2002),以便學生對一些難點知識進行中英文對照學習。
二、雙語教學實踐策略
與使用母語教學相類似,雙語課堂教學應(yīng)多種教學形式并用。在進行雙語教學時,課堂教學不能僅僅滿足于講授法,而要通過多種渠道,采用不同的教學形式,如案例法、討論法等進行交叉教學,充分調(diào)動學生的學習積極性,提高雙語教學效果。筆者經(jīng)過教學實踐總結(jié),認為以下幾點應(yīng)在雙語教學中引起充分重視。
1.使用多媒體教學平臺。我國當前學生的英語水平普遍表現(xiàn)為讀寫能力較強而聽說能力較差,而在我們的師資隊伍中除部分有海外學習經(jīng)歷者外,亦存在類似情況。有鑒于此,我們在課堂教學過程中應(yīng)充分使用多媒體課件,將教學中的重點、難點呈現(xiàn)于英文多媒體課件之中,可有效避免因教師發(fā)音不準或?qū)W生聽力水平不夠所引起的知識接受效率低下的問題。多媒體教學的優(yōu)點還包括可穿插豐富的案例畫面,不僅增大了教學信息量,還使得一些比較抽象的概念和難以理解的內(nèi)容更容易被學生消化和吸收。
2.推行學生主題報告。縱觀我國從小學至大學的教育教學模式,一般以課堂講授為主,學生處于被動接受知識的地位,因而在某種程度上抑制了學生的學習熱情、創(chuàng)新能力及自我表達能力等。在我們的大學課堂里,學生踴躍發(fā)言、積極發(fā)表自我觀點的情形亦較少見。而歐美教育著眼于培養(yǎng)學生的自我創(chuàng)造力,鼓勵學生發(fā)表不同的觀點。同為亞洲國家的日韓、印巴等亦重視培養(yǎng)學生的自我學習能力(例如在韓國本科教育中,學生每周至少有一到兩次的課堂發(fā)表,即十到十五分鐘的隨堂小報告)。授課方式的不同使得這些國家的學生較我國同期學生的語言表達能力等方面要更強。因此,我們將學生的主題報告納入課堂教學之中。對雙語教學我們采取小班授課,學生總數(shù)在50名左右,每次課給出30分鐘的時間由兩名學生各作十分鐘的主題報告。報告主題可由教師從材料科學與工程領(lǐng)域選擇一些研究熱點或基本物理理論,提前兩個星期將主題詞通知相關(guān)學生(如學生對其他主題感興趣,亦可以自由選題)。學生們通過網(wǎng)絡(luò)和圖書館的資料信息查找有關(guān)資料,準備英文PPT講稿。我們鼓勵學生用英語作報告,英文口語較差的學生在使用英文多媒體課件時可用中文進行討論分析。報告結(jié)束后,師生對報告內(nèi)容提出問題加以總結(jié)。教學效果表明,采取這種方式極大地提高了學生的學習積極性,在學習專業(yè)的同時提高了學生的英語聽、說、讀、寫能力。此外,學生收集發(fā)表的資料很可能是教師所不曾深入了解的,因而使教師的知識也得到了更新和擴展,從而實現(xiàn)了“教學相長”。更為重要的是,學生在查找資料、準備講解內(nèi)容的過程中通過實踐掌握了學習方法,達到了高校教學的目的。可喜的是,讓學生上講臺這一教學方法已得到了國內(nèi)某些高校的重視并付諸實施[3]。
3.建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學平臺。關(guān)于網(wǎng)絡(luò)教學平臺,其類似于學校為在校注冊學生提供一個校內(nèi)免費郵箱。除了電子郵件功能外,也具有網(wǎng)上選課、成績查詢、繳費查詢等功能。當然,目前國內(nèi)很多高校已開通這些網(wǎng)上服務(wù),比如網(wǎng)上選課、成績查詢可通過教務(wù)處網(wǎng)站個人用戶查詢,而繳費查詢則通過財務(wù)處網(wǎng)站查詢。筆者認為打破校內(nèi)各網(wǎng)站間的劃分,如上集成這些功能將更方便于學生的使用。學生通過校內(nèi)信箱查看所選課程時,即可下載任課教師提前掛在網(wǎng)站上的課件、報告主題及時間安排等。在教學過程中,教師應(yīng)及時向?qū)W生提供相關(guān)專題的英文專業(yè)網(wǎng)站、國外大學的開放式教學系統(tǒng)等,讓學生從全方位多視角接觸到“原汁原味”的英語和專業(yè)思維模式,激發(fā)學生對前沿領(lǐng)域的興趣和求知欲望,及時了解和掌握國際最新教學和科研動態(tài)。目前,我校的《材料科學與工程導論》網(wǎng)絡(luò)教學平臺正在建設(shè)當中,建成后將有效地擴展教學時空,實現(xiàn)師生間的教學互動,從而顯著增強教學效果,提高教學效率。
三、結(jié)語
經(jīng)過幾年的實踐,《材料科學與工程導論》雙語教學得到了我校專家的充分肯定,2006-2007、2007-2008年度的學生評教分數(shù)分別為93.6和93.7。但是我們必須清醒地看到雙語教學是一種新的教學形式,也是一個長期的、復雜的教學系統(tǒng)工程,需要不斷地深入探索和研究。在此,筆者總結(jié)自己的教學心得,以期完善適合我國國情的雙語教學模式和教學方法。
參考文獻:
[1]孫超平,顧成華.制約雙語教學的主要因素及對策探討.合肥工業(yè)大學學報(社會科學版),2003,17(2):95-98.
[2]張林娜,周琦,賀連娟,臧樹俊,何蘭芝.關(guān)于雙語教學的思考與建議.科技信息,2009,1:187.
篇2
關(guān)鍵詞:課程模塊化;粉體工程技術(shù);教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A?搖 文章編號:1674-9324(2012)12-0090-02
Abstract:“Powder Engineering”is the professional basic course of the major of powder materials science and engineering and the major of inorganic non-metallic materials and engineering.The paper discussed the teaching reform of the course modular to the powder engineering and technology,summarized the condition of teaching and practice teaching in the few years.At last,some suggestions were provided in order to learning the course well.
Key words:Course modular,powder engineering and technology,teaching reform
《粉體工程》課程是我院粉體材料科學與工程專業(yè)和無機非金屬材料工程專業(yè)的一門主干課程,是一門交叉性、應(yīng)用性很強的技術(shù)基礎(chǔ)課,它作為這兩個專業(yè),特別是粉體材料科學與工程專業(yè)的核心課程,對學生職業(yè)能力的增強起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)過近年來的實踐經(jīng)驗證明:《粉體工程》課程的教學質(zhì)量如何,直接決定著學生的專業(yè)能力和專業(yè)素質(zhì),也直接影響著學生的就業(yè)能力。我校于2003年開設(shè)了粉體材料科學與工程??茖I(yè),2006年升級為本科專業(yè),在此期間,我們對《粉體工程技術(shù)》課程進行了模塊化教學改革,形成了一些經(jīng)驗,獲得了良好的效果,主要表現(xiàn)在以下幾個方面。
一、《粉體工程技術(shù)》課程模塊化設(shè)計
隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,高校教育教學也在不斷改革,依據(jù)課程建設(shè)應(yīng)遵循“加強實踐,注重應(yīng)用,增強素質(zhì),培養(yǎng)能力”的原則,我們對《粉體工程技術(shù)》課程進行了模塊化設(shè)計,即改變了傳統(tǒng)的將《粉體工程》課程僅作為一門孤立的理論課來進行教學的做法,而根據(jù)其在整個專業(yè)人才培養(yǎng)計劃中的地位和作用,將與其有密切聯(lián)系的其分課程組合在一起,形成相互關(guān)聯(lián)、相互促進的一個模塊,模塊中的課程主要包括《粉體工程專業(yè)導論》、《粉體工程》、《粉體工藝及設(shè)備》、《粉體工程雙語教學》、《粉體工藝課程設(shè)計》和《粉體工程實訓》。形成模塊后,原課程組即轉(zhuǎn)變?yōu)槟K課程組,在教學內(nèi)容和方法的設(shè)計和銜接上更加協(xié)調(diào)了,也更加有序了,使師生在整個教與學的過程中都能做到心中有數(shù)、脈絡(luò)清晰,明顯促進了教學效果。
二、教學文件的調(diào)整和規(guī)范化
課程模塊確定后,根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)方案中對人才培養(yǎng)的能力、素質(zhì)、知識和技能等各方面的要求,我們聯(lián)系《粉體工程技術(shù)》模塊的具體教學內(nèi)容,相應(yīng)地將培養(yǎng)目標進行了分解,圍繞模塊中的核心課程《粉體工程》確定了新的教學大綱。該大綱由兩部分組成,首先是模塊教學大綱,其次是課程教學大綱。模塊教學大綱主要有本模塊簡介、確定本模塊的教學目標、課程組成、課時分配和模塊考核方法。課程教學大綱則主要確定各課程的教學內(nèi)容、課時分配、教學方法、參考資料等。由模塊課程組負責人對全部教學工作負責,做到統(tǒng)一管理,使本模塊與其他課程教學活動的安排更加順暢。
三、模塊化課程教學內(nèi)容的整合
課程模塊化后,我們對課程的內(nèi)容進行了調(diào)整,使模塊內(nèi)各課程內(nèi)容更加符合現(xiàn)代性和基礎(chǔ)性、科學性和系統(tǒng)性的統(tǒng)一,使課程結(jié)構(gòu)和教學內(nèi)容得到進一步優(yōu)化。例如,我們將《粉體工程》這門課中原有的涉及到基本原理、經(jīng)典理論和方法等的內(nèi)容仍保留在該課程中,而將涉及到與時展密切相關(guān)的工藝及設(shè)備方面的內(nèi)容單獨分出來,開設(shè)了《粉體工藝及設(shè)備》課程,同時增加了來自生產(chǎn)一線的相關(guān)內(nèi)容,既增強了教學效果,又做到了教學與生產(chǎn)的緊密結(jié)合。進行科研活動、培養(yǎng)專業(yè)人才服務(wù)社會是高等院校的基本職能,教學質(zhì)量的好壞和科研水平的高低是衡量高校綜合實力的重要標準[1]。在實踐方面,將教師的科研成果以《粉體工程實訓》的形式體現(xiàn)出來,極大地促進了教師將科研與實踐相結(jié)合的積極性。
四、教材編寫和師資隊伍的建設(shè)
由于國內(nèi)只有極少數(shù)高校開設(shè)了粉體材料科學與工程專業(yè),又因我校的專業(yè)方向和其他高校的有所差異,因此,在教材方面可借鑒的經(jīng)驗較少。我們采取了各種途徑,將教材的編寫和師資隊伍的建設(shè)緊密結(jié)合起來,較好地解決了教材和輔助資料的問題。例如,我們在課程模塊化教學大綱確定后,組織了教師和國內(nèi)著名大學的老師共同編寫了《粉體工程學》一書[2],該書已由清華大學出版社出版,并被列入了國家“十一五”規(guī)劃教材?!斗垠w工程導論》是我校開設(shè)的具有很強特色的課程,我們則請學科帶頭人親自主講本課程,由他撰寫了講義。為了使本專業(yè)學生在就業(yè)時能夠面向更多的國際化企業(yè),我們還開設(shè)了《粉體工程雙語教學》課,為此,安排了一位具有博士學位的教師去國外進行為期一年的深造,回國后承擔了此課程的講義編寫和教學任務(wù),取得了良好的效果。實踐方面,我們?yōu)榱俗ズ谩斗垠w工程實訓》課程的教學,一方面安排了一位具有碩士學位的實驗師主要負責此環(huán)節(jié),同時派遣其在職攻讀博士學位。到目前為止,本課題組已有教授1人,副教授3人,講師1人,實驗師1人,基本形成了一支學歷、年齡和職稱分布合理的教學梯隊。
五、教學過程與教學效果的考核方法改進
我們針對課程模塊化教學的特點,將教學過程考核和教學效果考核相結(jié)合,將課程模塊總體上作為一個整體考核,按綜合評定方法分出優(yōu)劣,同時,對各理論課和實踐課分別進行考核,考核結(jié)果在一定程度上相關(guān)聯(lián),這樣就強化了考核方法,主要目的是使學生能夠掌握該模塊的全部重要內(nèi)容。對核心理論課程考核采用“N+2”的考核方法,“2”表示作業(yè)和筆記兩項,“N”表示學生學習過程中的其他要素,如到課率、測驗情況、小論文寫作情況等,最后進行綜合評定。這樣可使學生不僅重視課程最終考試成績,同時也關(guān)注學習的過程,使之取得較好的學習效果。
以上是我們在學校進行教育教學改革中所進行的課程模塊化改革的一些措施,雖然取得了一定的成效,后續(xù)還有很多值得探索的領(lǐng)域,需要我們不斷開拓創(chuàng)新才會有更大的收獲。
參考文獻:
[1]沈冬冬.科研活動與課程教學相結(jié)合的思考與實踐[J].教育教學論壇,2012,(1):62-63.
篇3
西安交通大學材料科學與工程學院2018申請審核博士招生簡章
為了選拔和培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代科學發(fā)展需求的優(yōu)秀創(chuàng)新人才,積極探索新的博士研究生招生與培養(yǎng)體制,根據(jù)學?!恫┦俊吧暾?考核”制選撥工作實施辦法》(西交研[2017]93號),特制定本學院2018年博士招生“申請-考核”制實施辦法如下:
一、招生規(guī)模
2018年材料科學與工程學院計劃招收攻讀博士學位研究生47名(含公開招考、長學制轉(zhuǎn)博、直接攻博)。
二、培養(yǎng)年限
培養(yǎng)年限全日制是三至五年、非全日制是三至六年。
三、申請程序
1、申請條件
符合《西安交通大學2018年博士生招生簡章》上規(guī)定的報考條件;大學英語六級考試通過者優(yōu)先。
2、網(wǎng)上報名
登錄西安交通大學研究生招生信息網(wǎng)(網(wǎng)址為:yz.xjtu.edu.cn),進入網(wǎng)上報名系統(tǒng)。按網(wǎng)上報名系統(tǒng)說明錄入本人各項真實信息,下載確認報名情況登記卡及報名相關(guān)表格(網(wǎng)上報名具體情況請留意交大研究生院網(wǎng)上的通知),考核內(nèi)容及程序以此辦法為準。
3、繳納報名費
考生登錄報名網(wǎng)頁按照網(wǎng)頁提示繳納報名費,不繳納報名費者報名無效。報名費一經(jīng)繳納概不退還。
4、遞交申請材料
(1)博士生考生報名情況登記卡(雙面打印,須經(jīng)本人簽字);
(2)報考攻讀博士學位研究生登記表;
(3)兩份攻讀博士學位考生專家推薦書,由具有博士生指導資格的正教授填寫。
推薦書是我院確定博士生申請資格的重要依據(jù),考生在選擇推薦人時要足夠重視(格式見附件)。推薦書應(yīng)由推薦人根據(jù)自己對考生的了解,實事求是由本人撰寫,并簽字密封直接投寄。推薦書主要內(nèi)容應(yīng)包括該考生的思想品德、學習態(tài)度、課程成績、外語水平、科研能力、協(xié)作精神等(推薦書格式為材料學院專用格式)。
(4)原則上可根據(jù)西安交通大學博士生招生目錄上的研究方向,也鼓勵學生的自主創(chuàng)新研究,提交一份擬攻讀博士學位的科學研究計劃書(不少于5000字),學院可根據(jù)計劃書指定導師。(請在2018年3月5日前提交)
(5)科研水平和能力佐證材料,如、專利或論文正式錄用函的復印件、獲獎證書復印件等。
(6)碩士課程學習成績單。(加蓋公章有效)
(7)全國大學英語四、六級證書復印件或其他英語能力考試證書。
(8)學士、碩士學位證書復印件,本科、研究生畢業(yè)證書復印件(應(yīng)屆畢業(yè)生須在入學前補交學位證書及畢業(yè)證書復印件)或證明書。往屆碩士生提供碩士學位認證報告,應(yīng)屆碩士生提供教育部學籍在線認證報告,境外學位證書報考者,須提交“教育部留學生服務(wù)中心”證明的復印件。
(9)碩士學位論文全文(往屆生)或論文主要結(jié)果和詳細摘要(應(yīng)屆生)。
(10)考生本人身份證件復印件,應(yīng)屆生需附學生證復印件。
(11)二級甲等以上醫(yī)院出具的體格檢查合格證明。
5、申請材料遞交
除科學研究計劃書外,其余申請材料需在2017年1月6日前通過以下方式遞交:
(1)郵寄:西安交通大學材料科學學院教務(wù)室,馮宇虹老師(郵編:710049);
(2)直接遞交:西安交通大學材料學院教務(wù)室,馮宇虹老師,仲英樓A215房間。
備注:① 若遞交的申請材料不全,申請將不予受理;
② 面試時需提供所提交申請材料原件,以供查驗;
③ 一旦發(fā)現(xiàn)造假行為,將取消面試資格、錄取資格或?qū)W籍。
④ 申請材料一經(jīng)提交,恕不退還。
四、資格審查
本院博士生招生工作組組織專家審閱材料, 將在2018年1月14日前將通過資格審查的申請人名單公布在學院網(wǎng)頁上。經(jīng)過資格審核的考生須于2018年3月30日在仲英樓A215進行現(xiàn)場確認,3月31日參加綜合能力考試,現(xiàn)場確認需攜帶以下材料:
(1)學士、碩士學位證書原件,本科、研究生畢業(yè)證書原件(應(yīng)屆畢業(yè)生須在入學前補交學位證書及畢業(yè)證書)或證明書。往屆碩士生提供碩士學位認證報告,應(yīng)屆碩士生提供教育部學籍在線認證報告,境外學位證書報考者須提交“教育部留學生服務(wù)中心”的證明原件(查驗原件);
(2)準考證。2018年3月23日-3月29日期間,登錄研究生院主頁下載打印準考證。
五、考核及錄取辦法
學院成立綜合能力考核小組,由學術(shù)分委員會成員、學位評定分委員會委員、博士指導教師組成。
1、材料評議:考核小組委派3名專家對申請者的學習經(jīng)歷、工作經(jīng)歷、科研項目、學術(shù)水平、攻讀博士的研究計劃書、推薦書等材料進行評議,對申請者的書面材料進行全面、獨立的評估、打分(滿分100分),并出具書面評議意見,不合格者不能進入下個環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)成績占總考核成績的30%。
2、綜合能力考核:凡取得考核資格的考生于2018年3月31日到西安交通大學材料科學與工程學院參加學院組織的博士生入學綜合能力考試,考試形式為筆試,筆試成績不合格不能進入復試階段。筆試成績占總成績的30%。
筆試內(nèi)容包括兩部分:
(1)專業(yè)課,以“材料科學基礎(chǔ)”為主,個別考生可選做“固體物理導論”或者“普通有機化學”的相關(guān)內(nèi)容,主要考察材料相關(guān)基礎(chǔ)知識的掌握程度及其靈活運用能力,不指定參考書。考試時間為2小時,滿分100分。
(2)材料專業(yè)英語。主要考察材料專業(yè)英語的翻譯與寫作能力,形式為英漢互譯,不指定參考教材??荚嚂r間為1小時,滿分100分。
3、綜合面試:學院成立面試專家組對考生進行綜合面試,每位考生面試時間不少于20分鐘,其中考生介紹自己基本情況15分鐘(采用PPT)、提問5分鐘,內(nèi)容包括個人基本情況、碩士論文研究內(nèi)容及成果、讀博科研計劃等;本環(huán)節(jié)主要考核申請者的科研志趣、邏輯思維與語言表達能力、創(chuàng)新意識與分析解決問題的能力。面試專家對申請者進行無記名打分,滿分100分,占總成績的40%。
4、錄?。罕驹貉芯可猩ぷ鹘M根據(jù)以上三項成績匯總后排名錄取,按照材料學院博士招生文件政策,實行雙向選擇,確定擬錄取名單,并進行公示,擬錄取名單經(jīng)西安交通大學研究生招生工作領(lǐng)導小組審批后正式錄取,并由研究生院發(fā)放正式錄取通知書。
六、聯(lián)系方法
招生網(wǎng)址:mse.xjtu.edu.cn/
咨詢電話:029-82665286
聯(lián)系人:馮宇虹老師
Email: fengyh@mail.xjtu.edu.cn
七、其他
其他未盡事宜按照研究生院博士生招生簡章執(zhí)行,考生在報名前必須和報考導師溝通,本實施方案的最終解釋權(quán)歸西安交通大學材料科學與工程學院。
篇4
摘要:結(jié)合三峽大學光電信息科學與工程專業(yè)建設(shè)的研究與實踐,從專業(yè)定位與培養(yǎng)方向、教學內(nèi)容與方法改革、實踐教學、教學改革
>> “大交通”背景下光電信息科學與工程專業(yè)建設(shè)改革探索 基于光電信息科學與工程專業(yè)大學物理教學的探索 基于光電產(chǎn)業(yè)需求的光電信息科學與工程專業(yè)的改革與實踐 基于就業(yè)為導向的光電信息專業(yè)融合式教學改革的分析與研究 光電信息科學與工程專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系的探索與實踐 地方高校應(yīng)用型光電信息科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的探索 面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的光電信息科學與工程專業(yè)課程體系建設(shè)研究 光電信息工程專業(yè)實習教學改革的探索與實踐 以就業(yè)為導向的光電信息專業(yè)融合式教學改革探索 光電信息類本科專業(yè)實踐教學改革與體系建設(shè) 電子信息科學與技術(shù)專業(yè)校企合作辦學教學改革的探索 電子信息科學與技術(shù)專業(yè)建設(shè)與改革研究與實踐 電子信息科學與技術(shù)專業(yè)核心課程體系改革與研究 電子信息科學與技術(shù)專業(yè)(車聯(lián)網(wǎng)工程方向)導論課程教學研究和實踐 新生研討課“光電信息技術(shù)漫談與應(yīng)用”教學改革和實踐 光電信息類“電磁場與電磁波”課程教學改革探討 信息與計算科學專業(yè)圖論教學改革研究 信息與計算科學專業(yè)實踐教學改革研究 材料科學與工程專業(yè)電子信息材料課程教學改革研究 光信息科學與技術(shù)專業(yè)多維實踐教學模式的探索與研究 常見問題解答 當前所在位置:.
[3]劉雁,藍嵐翎,謝世偉,等.光信息科學與技術(shù)專業(yè)課程體系的優(yōu)化與實踐[J].中國電力教育,2011,(7):87-88.
篇5
(上海工程技術(shù)大學材料工程學院,中國 上海 201620)
【摘 要】《固體物理》是材料學科專業(yè)開設(shè)的一門重要基礎(chǔ)課程。根據(jù)高等學?!豆腆w物理》課程的特點以及材料類專業(yè)的學生對學習這門課程的需求不同,作者結(jié)合自身的教學心得和體會,分別從材料學專業(yè)《固體物理》課程教學現(xiàn)狀、教學內(nèi)容和教學方式等方面進行探討。
關(guān)鍵詞 固體物理;教學改革;材料學
《固體物理》作為一門基礎(chǔ)性學科,受到了越來越多的重視[1-2]。作為連接基礎(chǔ)理論知識與實際應(yīng)用技術(shù)的橋梁,它已經(jīng)成為材料類專業(yè)學生必修的一門基礎(chǔ)課程。但傳統(tǒng)的《固體物理學》中有很多晦澀難懂的專業(yè)術(shù)語,復雜的圖形與空間變換以及繁瑣的理論推導,故而學習難度較大。學生學習《固體物理》時需完成《高等數(shù)學》、《熱力學與統(tǒng)計物理》和《量子力學》等先修課程的學習。由于材料學科特點和學生培養(yǎng)目標的不同,材料類專業(yè)的學生往往只學習一部分或者沒有學習這些先修課程,故而材料類專業(yè)學生學習《固體物理》時凡是涉及到一些嚴密的理論推導過程就會感到十分難懂,造成部分學生產(chǎn)生厭學情緒。針對材料類專業(yè)《固體物理》教學過程中出現(xiàn)的教師教學難,學生畏學這一現(xiàn)狀,本文從教學內(nèi)容和教學方式等方面,對如何提高材料類專業(yè)《固體物理》的教學質(zhì)量和促進學生綜合能力的培養(yǎng)方面提出了一些新的探討。
1 教學內(nèi)容改革
《固體物理》教科書通常由兩大部分組成:第一部分為基礎(chǔ)部分。主要包括晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)合、晶體的振動與熱力學性質(zhì)、晶體的缺陷、能帶理論和金屬電子論等內(nèi)容;第二部分為專業(yè)化部分。主要包括半導體、超導體、非晶固體和固體磁性等內(nèi)容。其中基礎(chǔ)部分是各理工科院校講授的核心內(nèi)容。對于材料類專業(yè)的學生來說,由于缺少《量子力學》與《熱力學與統(tǒng)計物理》方面的知識,系統(tǒng)學習《固體物理》有一定的困難,為了解決上述矛盾,我們在教學過程中對于《固體物理》內(nèi)容主要實行以下改革措施:
(1)有選擇性的講授。對于《固體物理》各章節(jié)的內(nèi)容講述要有詳有略,作到詳略得當。對于重點內(nèi)容要精講,對于不太主要或者在其它課程中能學到的內(nèi)容可以略講或不講。例如:在講述晶體的結(jié)合這部分內(nèi)容時,材料類學生在學習《材料科學基礎(chǔ)》和《化學基礎(chǔ)課》過程中對于晶體的結(jié)合方式等內(nèi)容都進行過系統(tǒng)學習,因此對這部分內(nèi)容可以略講。在講解晶體的缺陷這部分內(nèi)容時,學生在《材料科學基礎(chǔ)》課程中也學習過,對這部分內(nèi)容就可以略講或者不講。
(2)重思想輕推導。對于有些章節(jié)的內(nèi)容,不追求繁瑣的數(shù)學推導,更多的突出物理思想的傳達,對于某一個具體理論要重點講述它的建立過程與物理模型。物理模型盡量簡單,深入淺出,讓學生學會用《固體物理學》的方法去思考和處理問題。
(3)增加學科前沿內(nèi)容。合理的補充與固體物理學緊密相連的凝聚態(tài)物理學和材料學最新的學術(shù)成就與進展,鼓勵學生積極參與或參觀學院相關(guān)老師的科研實驗,多聽相關(guān)的學術(shù)報告,讓學生了解最新的學術(shù)動態(tài),培養(yǎng)他們對科學研究的興趣,為部分學生將來的繼續(xù)深造和終身從事科學研究事業(yè)奠定基礎(chǔ)。
2 教學方式的創(chuàng)新
長期以來,我國的大部分的教師都是采用傳統(tǒng)的教學模式,即老師一個人在講臺上講,學生在下面聽。這種模式固然有可取之處,但是對于現(xiàn)代大學生來說,這種教學模式未免顯得有些過于單調(diào)。現(xiàn)代的大學生喜歡新鮮事物,喜歡主動“出擊”,所以作為一名現(xiàn)代的大學老師,對學生應(yīng)當“投其所好”,改變一下固有的思維與教學模式,使學生樂于接受所學的新知識,變被動學習為主動學習。我們采取具體做法是:
(1)啟發(fā)式教學。在教學過程中,教師的主要作用在于引導和啟發(fā)學生積極思考,尤其《固體物理》這類理論性較強的課程。如果學生僅僅限于在課堂上被“填鴨式”式的灌輸知識而不經(jīng)過嚴密的思考與推理,很難深刻理解和掌握所學的內(nèi)容。因此,就要求教師在授課過程中,適時的啟發(fā)學生去思考問題的來龍去脈,教會學生科學的思維方法,往往能達到事半功倍的效果[4]。
(2)案例教學。選取符合知識點應(yīng)用要求的、貼近生活與技術(shù)發(fā)展的、學生感興趣的案例,師生共同分析、討論,從而提高學生分析問題能力與知識應(yīng)用能力。比如課程體系講授到晶格常數(shù)時,引入聚苯乙烯微球人工微結(jié)構(gòu)概念和半導體超晶格概念,并要求學生就相關(guān)概念進行文獻分組調(diào)研,PPT制作,下次課程時間面向同學進行介紹。相比以前老師直接給學生舉例的教學方式,案例教學法激發(fā)了學生的學習熱情,使學生成為學習的主人、課堂的主角,課堂氣氛生動活潑。
(3)實踐教學。《固體物理》是一門與實踐密切聯(lián)系的課程,在《固體物理》教學中,強調(diào)理論與實際的聯(lián)系,這樣可以激發(fā)學生學習的主動性、自覺性和創(chuàng)造性,使學生感到所學知識的用處和價值,由此可培養(yǎng)學生靈活應(yīng)用所學知識解決問題的實踐能力。在《固體物理》的教學中,為了讓學生更深刻地理解所學知識,應(yīng)該適當安排《固體物理》實驗。如講授晶體結(jié)構(gòu)時,可以安排學生作X射線衍射分析實驗。通過親自實驗,學生不但掌握了晶體的衍射理論知識,也可使學生體會到現(xiàn)代分析方法在材料研究中的重要性和必要性。通過安排《固體物理》實驗,不但使學生加深了對理論知識的理解,同時也大大提高了觀察能力、動手能力和分析問題的能力。
3 結(jié)語
總之,在材料類專業(yè)《固體物理》教學過程中,要充分認識到材料類專業(yè)學生與物理學專業(yè)學生的不同,因材施教。此外,還要結(jié)合凝聚態(tài)物理與材料學發(fā)展的前沿和本校的科研工作,充分的利用現(xiàn)代化教學手段進行教學。實踐證明,上述文中所提到的教學改革方法能有效提高學生的學習興趣與綜合素質(zhì)。但是,《固體物理》教學改革是一個龐大而又復雜的系統(tǒng)工程,課程改革的進行涉及到諸多方面,這就需要我們廣大教育工作者做更多地研究和探索,同時不斷提高自身的能力。要造就創(chuàng)新人才,除改變教育觀念,營造生動活潑的人文環(huán)境外,還要加強我們教師隊伍建設(shè),提高他們培養(yǎng)創(chuàng)新人才的能力。
參考文獻
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篇6
關(guān)鍵詞茶葉;咖啡因;影響因素
中圖分類號 O62-3 文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2010)042-0140-01
茶葉是天然咖啡因的主要提取原料,近幾年咖啡因的市場需求與日俱增,研究如何從茶葉中高效提取咖啡因,對滿足咖啡因的市場需求具有重要意義。
1咖啡因的提取
提取流程圖1如下。
圖1咖啡因的提取流程
2影響提取效率的因素
2.1茶葉品種的影響
實驗中采用了相同質(zhì)量、不同品種的茶葉,實驗步驟同圖1所示。
從表1可以看出,從相同質(zhì)量但不同品種茶葉中所得到的咖啡堿含量不同。普通大葉青茶比特級毛尖的咖啡堿含量高,也就是嫩葉茶比老葉茶的咖啡堿含量低。由于茶樹品種,生長的自然環(huán)境,尤其新梢芽葉的部位不同,茶葉中的咖啡堿含量有較明顯的差別。一般而言,大葉茶樹中咖啡堿的含量較高,并且隨著生長期的延長咖啡堿在葉中的積累量有所增加。
2.2溶劑對咖啡堿產(chǎn)量的影響
2.2.1 醇提法
稱取10g茶葉,在250mL圓底燒瓶里加入150mL95%的乙醇,加熱并連續(xù)提取約2h,其后回收溶劑,剩余粗提取液焙干,之后進行升華,用小火小心加熱,升華時在里面加一個溫度計控溫150-170℃。當觀察到濾紙上出現(xiàn)白色針狀晶體時停止加熱,冷至100℃左右。仔細地把附在濾紙及漏斗上的咖啡因刮下。蒸發(fā)皿中的殘渣,經(jīng)拌和后可用略大的火再次升華,控溫200-210℃,使升華完全。用上述同樣的方法刮下咖啡因,合并兩次的咖啡因提取物。
2.2.2 水提法
在燒杯中加入150g水和適量的碳酸鈣,再稱取10g茶葉放入燒杯中,用小火煮沸,并不斷攪拌,趁熱減壓過濾,濾液轉(zhuǎn)入另一燒杯中濃縮至10mL左右,把殘液轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中,加7g生石灰吸水中和,其余步驟同醇提法,最后收集所得的咖啡因并稱重。
2.2.3 有機溶劑提取法
稱取茶葉10g于250mL圓底燒杯中,加入100-120mL水,加熱至90℃保持45分鐘,稍冷后用2-3層紗布代替濾紙用布氏漏斗進行抽濾,濾液中加入1/7濾液體積的含量為5%氫氧化鈉溶液,混合溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗中,用二氯甲烷分4次(15mL、15mL、10mL、10mL)進行萃取,收集有機相及乳化相于分液漏斗中,加人適量飽和食鹽水振搖,靜止分層,收集有機相于圓底燒瓶中,水浴回收二氯甲烷。粗產(chǎn)物用盡可能少的丙酮溶解,用布氏漏斗抽濾收集產(chǎn)物,干燥稱重。
有關(guān)的數(shù)據(jù)記錄
醇提法的特點是使用一次量的溶劑在索氏提取器中連續(xù)抽提,通過重復循環(huán)流動,固體物質(zhì)不斷與新鮮溶劑接觸,大大提高萃取效率,某些在有機溶劑中溶解度較低的物質(zhì)也能通過延長萃取時間,得到較好的萃取,而且咖啡因經(jīng)升華提純,所得產(chǎn)品純度較高。但缺點是:萃取時間長,若升華操作不當,經(jīng)常使實驗失敗。
水提法與醇提法相似,只是提取劑由水取代了乙醇。后期的提純方法與醇提法一致。根據(jù)實驗對照,提取時間在20-30min的變化不大,太短則茶葉中的咖啡因提取不完全,太長則咖啡因易在100℃就失去結(jié)晶水而開始升華,提取收率也不高,由于水提法只是一步提取,缺乏像醇提法中的連續(xù)回流效果。
有機溶劑提取法的特點是先對茶葉進行水提過濾,然后用有機溶劑進行萃取,再濃縮,冷卻結(jié)晶,替代了原升華提純法,相對時間較短,但也存在一些缺點,主要原因是由于咖啡因經(jīng)過了多次相轉(zhuǎn)移,會造成咖啡因的損失,而且大多應(yīng)用了二氯甲烷、丙酮和石油醚等具有一定毒性的有機溶劑。
幾種提取方法皆有優(yōu)劣,但由于醇提法的產(chǎn)量最高,且實驗過程簡單、安全、對環(huán)境無污染,所以最終選用醇提法。
2.4蒸發(fā)回收溶劑的影響
蒸發(fā)回收溶劑時,瓶中乙醇不可蒸得太干,否則殘液很粘,轉(zhuǎn)移時咖啡因的損失較大,影響產(chǎn)率。
2.5升華時溫度對實驗的影響
咖啡因在100℃時即失去結(jié)晶水,并升華,120℃升華顯著,178℃升華很快。在萃取回流充分的情況下,升華操作是實驗成敗的關(guān)鍵。升華過程中,始終都需用小火間接加熱。如果溫度太高,會使被烘物炭化,把一些有色五帶出來,使產(chǎn)品不純。注意溫度計應(yīng)放在合適的位置,使正確反映出升華的溫度。
3結(jié)束語
從茶葉中提取咖啡因,提取過程簡單易行,通過對茶葉種類、溶劑選擇、升華溫度等因素的研究,找出了提高咖啡因產(chǎn)量的方法,從而為大規(guī)模的生產(chǎn)咖啡因提供了方向。
參考文獻
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篇7
關(guān)鍵詞:梯度功能材料,復合材料,研究進展
TheAdvanceofFunctionallyGradientMaterials
JinliangCui
(Qinghaiuniversity,XiningQinghai810016,china)
Abstract:Thispaperintroducestheconcept,types,capability,preparationmethodsoffunctionallygradedmaterials.Baseduponanalysisofthepresentapplicationsituationsandprospectofthiskindofmaterialssomeproblemsexistedarepresented.ThecurrentstatusoftheresearchofFGMarediscussedandananticipationofitsfuturedevelopmentisalsopresent.
Keywords:FGM;composite;theAdvance
0引言
信息、能源、材料是現(xiàn)代科學技術(shù)和社會發(fā)展的三大支柱。現(xiàn)代高科技的競爭在很大程度上依賴于材料科學的發(fā)展。對材料,特別是對高性能材料的認識水平、掌握和應(yīng)用能力,直接體現(xiàn)國家的科學技術(shù)水平和經(jīng)濟實力,也是一個國家綜合國力和社會文明進步速度的標志。因此,新材料的開發(fā)與研究是材料科學發(fā)展的先導,是21世紀高科技領(lǐng)域的基石。
近年來,材料科學獲得了突飛猛進的發(fā)展[1]。究其原因,一方面是各個學科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實驗技術(shù);另一方面是實際應(yīng)用的迫切需要對材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實際生產(chǎn)應(yīng)用問題而產(chǎn)生的一種新型復合材料,這種材料對新一代航天飛行器突破“小型化”,“輕質(zhì)化”,“高性能化”和“多功能化”具有舉足輕重的作用[2],并且它也可廣泛用于其它領(lǐng)域,所以它是近年來在材料科學中涌現(xiàn)出的研究熱點之一。
1FGM概念的提出
當代航天飛機等高新技術(shù)的發(fā)展,對材料性能的要求越來越苛刻。例如:當航天飛機往返大氣層,飛行速度超過25個馬赫數(shù),其表面溫度高達2000℃。而其燃燒室內(nèi)燃燒氣體溫度可超過2000℃,燃燒室的熱流量大于5MW/m2,其空氣入口的前端熱通量達5MW/m2.對于如此大的熱量必須采取冷卻措施,一般將用作燃料的液氫作為強制冷卻的冷卻劑,此時燃燒室內(nèi)外要承受高達1000K以上的溫差,傳統(tǒng)的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復合材料,如金屬基陶瓷涂層材料,由于各相的熱脹系數(shù)和熱應(yīng)力的差別較大,很容易在相界處出現(xiàn)涂層剝落[3]或龜裂[1]現(xiàn)象,其關(guān)鍵在于基底和涂層間存在有一個物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規(guī)耐熱材料的不足,日本學者新野正之、平井敏雄和渡邊龍三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1],即以連續(xù)變化的組分梯度來代替突變界面,消除物理性能的突變,使熱應(yīng)力降至最小[3],如圖1所示。
隨著研究的不斷深入,梯度功能材料的概念也得到了發(fā)展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計算機輔助材料設(shè)計為基礎(chǔ),采用先進復合技術(shù),使構(gòu)成材料的要素(組成、結(jié)構(gòu))沿厚度方向有一側(cè)向另一側(cè)成連續(xù)變化,從而使材料的性質(zhì)和功能呈梯度變化的新型材料[4]。
2FGM的特性和分類
2.1FGM的特殊性能
由于FGM的材料組分是在一定的空間方向上連續(xù)變化的特點如圖2,因此它能有效地克服傳統(tǒng)復合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統(tǒng)復合材料相比FGM有如下優(yōu)勢:
1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料,可以大大地提高粘結(jié)強度;
2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應(yīng)力和熱應(yīng)力;
3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點以及應(yīng)力自由端點的應(yīng)力奇異性;
4)用FGM代替?zhèn)鹘y(tǒng)的均勻材料涂層,既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅(qū)動力。
圖2
2.2FGM的分類
根據(jù)不同的分類標準FGM有多種分類方式。根據(jù)材料的組合方式,F(xiàn)GM分為金屬/陶瓷,陶瓷/陶瓷,陶瓷/塑料等多種組合方式的材料[1];根據(jù)其組成變化FGM分為梯度功能整體型(組成從一側(cè)到另一側(cè)呈梯度漸變的結(jié)構(gòu)材料),梯度功能涂敷型(在基體材料上形成組成漸變的涂層),梯度功能連接型(連接兩個基體間的界面層呈梯度變化)[1];根據(jù)不同的梯度性質(zhì)變化分為密度FGM,成分FGM,光學FGM,精細FGM等[4];根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域有可分為耐熱FGM,生物、化學工程FGM,電子工程FGM等[7]。
3FGM的應(yīng)用
FGM最初是從航天領(lǐng)域發(fā)展起來的。隨著FGM研究的不斷深入,人們發(fā)現(xiàn)利用組分、結(jié)構(gòu)、性能梯度的變化,可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM,并可望應(yīng)用于許多領(lǐng)域。FGM的應(yīng)用[8]見圖3。
圖3FGM的應(yīng)用
功能
應(yīng)用領(lǐng)域材料組合
緩和熱應(yīng)
力功能及
結(jié)合功能
航天飛機的超耐熱材料
陶瓷引擎
耐磨耗損性機械部件
耐熱性機械部件
耐蝕性機械部件
加工工具
運動用具:建材陶瓷金屬
陶瓷金屬
塑料金屬
異種金屬
異種陶瓷
金剛石金屬
碳纖維金屬塑料
核功能
原子爐構(gòu)造材料
核融合爐內(nèi)壁材料
放射性遮避材料輕元素高強度材料
耐熱材料遮避材料
耐熱材料遮避材料
生物相溶性
及醫(yī)學功能
人工牙齒牙根
人工骨
人工關(guān)節(jié)
人工內(nèi)臟器官:人工血管
補助感覺器官
生命科學磷灰石氧化鋁
磷灰石金屬
磷灰石塑料
異種塑料
硅芯片塑料
電磁功能
電磁功能陶瓷過濾器
超聲波振動子
IC
磁盤
磁頭
電磁鐵
長壽命加熱器
超導材料
電磁屏避材料
高密度封裝基板壓電陶瓷塑料
壓電陶瓷塑料
硅化合物半導體
多層磁性薄膜
金屬鐵磁體
金屬鐵磁體
金屬陶瓷
金屬超導陶瓷
塑料導電性材料
陶瓷陶瓷
光學功能防反射膜
光纖;透鏡;波選擇器
多色發(fā)光元件
玻璃激光透明材料玻璃
折射率不同的材料
不同的化合物半導體
稀土類元素玻璃
能源轉(zhuǎn)化功能
MHD發(fā)電
電極;池內(nèi)壁
熱電變換發(fā)電
燃料電池
地熱發(fā)電
太陽電池陶瓷高熔點金屬
金屬陶瓷
金屬硅化物
陶瓷固體電解質(zhì)
金屬陶瓷
電池硅、鍺及其化合物
4FGM的研究
FGM研究內(nèi)容包括材料設(shè)計、材料制備和材料性能評價。FGM的研究開發(fā)體系如圖4所示[8]。
設(shè)計設(shè)計
圖4FGM研究開發(fā)體系
4.1FGM設(shè)計
FGM設(shè)計是一個逆向設(shè)計過程[7]。
首先確定材料的最終結(jié)構(gòu)和應(yīng)用條件,然后從FGM設(shè)計數(shù)據(jù)庫中選擇滿足使用條件的材料組合、過渡組份的性能及微觀結(jié)構(gòu),以及制備和評價方法,最后基于上述結(jié)構(gòu)和材料組合選擇,根據(jù)假定的組成成份分布函數(shù),計算出體系的溫度分布和熱應(yīng)力分布。如果調(diào)整假定的組成成份分布函數(shù),就有可能計算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應(yīng)力分布,此時的組成分布函數(shù)即最佳設(shè)計參數(shù)。
FGM設(shè)計主要構(gòu)成要素有三:
1)確定結(jié)構(gòu)形狀,熱—力學邊界條件和成分分布函數(shù);
2)確定各種物性數(shù)據(jù)和復合材料熱物性參數(shù)模型;
3)采用適當?shù)臄?shù)學—力學計算方法,包括有限元方法計算FGM的應(yīng)力分布,采用通用的和自行開發(fā)的軟件進行計算機輔助設(shè)計。
FGM設(shè)計的特點是與材料的制備工藝緊密結(jié)合,借助于計算機輔助設(shè)計系統(tǒng),得出最優(yōu)的設(shè)計方案。
4.2FGM的制備
FGM制備研究的主要目標是通過合適的手段,實現(xiàn)FGM組成成份、微觀結(jié)構(gòu)能夠按設(shè)計分布,從而實現(xiàn)FGM的設(shè)計性能??煞譃榉勰┲旅芊?如粉末冶金法(PM),自蔓延高溫合成法(SHS);涂層法:如等離子噴涂法,激光熔覆法,電沉積法,氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD)和化學相沉積(CVD);形變與馬氏體相變[10、14]。
4.2.1粉末冶金法(PM)
PM法是先將原料粉末按設(shè)計的梯度成分成形,然后燒結(jié)。通過控制和調(diào)節(jié)原料粉末的粒度分布和燒結(jié)收縮的均勻性,可獲得熱應(yīng)力緩和的FGM。粉末冶金法可靠性高,適用于制造形狀比較簡單的FGM部件,但工藝比較復雜,制備的FGM有一定的孔隙率,尺寸受模具限制[7]。常用的燒結(jié)法有常壓燒結(jié)、熱壓燒結(jié)、熱等靜壓燒結(jié)及反應(yīng)燒結(jié)等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設(shè)備簡單、易于操作和成本低等優(yōu)點,但要對保溫溫度、保溫時間和冷卻速度進行嚴格控制。國內(nèi)外利用粉末冶金方法已制備出的FGM有:MgC/Ni、ZrO2/W、Al2O3/ZrO2[8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7]。
4.2.2自蔓延燃燒高溫合成法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis簡稱SHS或CombustionSynthesis)
SHS法是前蘇聯(lián)科學家Merzhanov等在1967年研究Ti和B的燃燒反應(yīng)時,發(fā)現(xiàn)的一種合成材料的新技術(shù)。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學反應(yīng),此后化學反應(yīng)在自身放熱的支持下,自動持續(xù)地蔓延下去,利用反應(yīng)熱將粉末燒結(jié)成材,最后合成新的化合物。其反應(yīng)示意圖如圖6所示[16]:
圖6SHS反應(yīng)過程示意圖
SHS法具有產(chǎn)物純度高、效率高、成本低、工藝相對簡單的特點。并且適合制造大尺寸和形狀復雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應(yīng)的材料體系,金屬與陶瓷的發(fā)熱量差異大,燒結(jié)程度不同,較難控制,因而影響材料的致密度,孔隙率較大,機械強度較低。目前利用SHS法己制備出Al/TiB2,Cu/TiB2、Ni/TiC[8]、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。
4.2.3噴涂法
噴涂法主要是指等離子體噴涂工藝,適用于形狀復雜的材料和部件的制備。通常,將金屬和陶瓷的原料粉末分別通過不同的管道輸送到等離子噴槍內(nèi),并在熔化的狀態(tài)下將它噴鍍在基體的表面上形成梯度功能材料涂層??梢酝ㄟ^計算機程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設(shè)計所要求的梯度分布函數(shù)。這種工藝已經(jīng)被廣泛地用來制備耐熱合金發(fā)動機葉片的熱障涂層上,其成分是部分穩(wěn)定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。
4.2.3.1等離子噴涂法(PS)
PS法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物,形成等離子體,其溫度高達1500K,同時處于高度壓縮狀態(tài),所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流,速度可高達1.5km/s。原料粉末送至等離子射流中,粉末顆粒被加熱熔化,有時還會與等離子體發(fā)生復雜的冶金化學反應(yīng),隨后被霧化成細小的熔滴,噴射在基底上,快速冷卻固結(jié),形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例,調(diào)節(jié)等離子射流的溫度及流速,即可調(diào)整成分與組織,獲得梯度涂層[8、11]。該法的優(yōu)點是可以方便的控制粉末成分的組成,沉積效率高,無需燒結(jié),不受基體面積大小的限制,比較容易得到大面積的塊材[10],但梯度涂層與基體間的結(jié)合強度不高,并存在涂層組織不均勻,空洞疏松,表面粗糙等缺陷。采用此法己制備出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7]、NiCrAl/MgO-ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料
圖7PS方法制備FGM涂層示意圖[17](a)單槍噴涂(b)雙槍噴涂
4.2.3.2激光熔覆法
激光熔覆法是將預先設(shè)計好組分配比的混合粉末A放置在基底B上,然后以高功率的激光入射至A并使之熔化,便會產(chǎn)生用B合金化的A薄涂層,并焊接到B基底表面上,形成第一包覆層。改變注入粉末的組成配比,在上述覆層熔覆的同時注入,在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復以上過程,就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強劑熔覆金屬獲得了梯度多層結(jié)構(gòu)。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數(shù)量和厚度,以及熔區(qū)的深度來獲得,熔區(qū)的深度本身由激光的功率和移動速度來控制。該工藝可以顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣特性和生物活性等性能,但由于激光溫度過高,涂層表面有時會出現(xiàn)裂紋或孔洞,并且陶瓷顆粒與金屬往往發(fā)生化學反應(yīng)[10]。采用此法可制備Ti-Al、WC-Ni、Al-SiC系梯度功能材料[7]。
圖8同步注粉式激光表面熔覆處理示意圖[18]
4.2.3.3熱噴射沉積[10]
與等離子噴涂有些相關(guān)的一種工藝是熱噴涂。用這種工藝把先前熔化的金屬射流霧化,并噴涂到基底上凝固,因此,建立起一層快速凝固的材料。通過將增強粒子注射到金屬流束中,這種工藝已被推廣到制造復合材料中。陶瓷增強顆粒,典型的如SiC或Al2O3,一般保持固態(tài),混入金屬液滴而被涂覆在基底,形成近致密的復合材料。在噴涂沉積過程中,通過連續(xù)地改變增強顆粒的饋送速率,熱噴涂沉積已被推廣產(chǎn)生梯度6061鋁合金/SiC復合材料??梢允褂脽岬褥o壓工序以消除梯度復合材料中的孔隙。
4.2.3.4電沉積法
電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學方法。該法利用電鍍的原理,將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場中,通過注入另一相的懸浮液使之混合,并通過控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度,在電場作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來,最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基體材料可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃,涂層的主要材料為TiO2-Ni,Cu-Ni,SiC-Cu,Cu-Al2O3等。此法可以在固體基體材料的表面獲得金屬、合金或陶瓷的沉積層,以改變固體材料的表面特性,提高材料表面的耐磨損性、耐腐蝕性或使材料表面具有特殊的電磁功能、光學功能、熱物理性能,該工藝由于對鍍層材料的物理力學性能破壞小、設(shè)備簡單、操作方便、成型壓力和溫度低,精度易控制,生產(chǎn)成本低廉等顯著優(yōu)點而備受材料研究者的關(guān)注。但該法只適合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]
4.2.3.5氣相沉積法
氣相沉積是利用具有活性的氣態(tài)物質(zhì)在基體表面成膜的技術(shù)。通過控制彌散相濃度,在厚度方向上實現(xiàn)組分的梯度化,適合于制備薄膜型及平板型FGM[8]。該法可以制備大尺寸的功能梯度材料,但合成速度低,一般不能制備出大厚度的梯度膜,與基體結(jié)合強度低、設(shè)備比較復雜。采用此法己制備出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。氣相沉積按機理的不同分為物理氣相沉積(PVD)和化學氣相沉積(CVD)兩類。
化學氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質(zhì)源輸送到反應(yīng)器中進行均勻混合,在熱基板上發(fā)生化學反應(yīng)并使反映產(chǎn)物沉積在基板上。通過控制反應(yīng)氣體的壓力、組成及反應(yīng)溫度,精確地控制材料的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài),并能使其組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)從一種組分到另一種組分連續(xù)變化,可得到按設(shè)計要求的FGM。另外,該法無須燒結(jié)即可制備出致密而性能優(yōu)異的FGM,因而受到人們的重視。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制備過程包括:氣相反應(yīng)物的形成;氣相反應(yīng)物傳輸?shù)匠练e區(qū)域;固體產(chǎn)物從氣相中沉積與襯底[12]。
物理氣相沉積法(PVD)是通過加熱固相源物質(zhì),使其蒸發(fā)為氣相,然后沉積于基材上,形成約100μm厚度的致密薄膜。加熱金屬的方法有電阻加熱、電子束轟擊、離子濺射等。PVD法的特點是沉積溫度低,對基體熱影響小,但沉積速度慢。日本科技廳金屬材料研究所用該法制備出Ti/TiN、Ti/TiC、Cr/CrN系的FGM[7~8、10~11]
4.2.4形變與馬氏體相變[8]
通過伴隨的應(yīng)變變化,馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個附加的被稱作“相變塑性”的變形機制。借助這種機制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應(yīng)力和變形量的增加而增加。因此,在合適的溫度范圍內(nèi),可以通過施加應(yīng)變(或等價應(yīng)力)梯度,在這種材料中產(chǎn)生應(yīng)力誘發(fā)馬氏體體積分數(shù)梯度。這一方法在順磁奧氏體18-8不銹鋼(Fe-18%,Cr-8%Ni)試樣內(nèi)部獲得了鐵磁馬氏體α體積分數(shù)的連續(xù)變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍,但能提供一個簡單的方法,可以一步生產(chǎn)含有飽和磁化強度連續(xù)變化的材料,這種材料對于位置測量裝置的制造有潛在的應(yīng)用前景。
4.3FGM的特性評價
功能梯度材料的特征評價是為了進一步優(yōu)化成分設(shè)計,為成分設(shè)計數(shù)據(jù)庫提供實驗數(shù)據(jù),目前已開發(fā)出局部熱應(yīng)力試驗評價、熱屏蔽性能評價和熱性能測定、機械強度測定等四個方面。這些評價技術(shù)還停留在功能梯度材料物性值試驗測定等基礎(chǔ)性的工作上[7]。目前,對熱壓力緩和型的FGM主要就其隔熱性能、熱疲勞功能、耐熱沖擊特性、熱壓力緩和性能以及機械性能進行評價[8]。目前,日本、美國正致力于建立統(tǒng)一的標準特征評價體系[7~8]。
5FGM的研究發(fā)展方向
5.1存在的問題
作為一種新型功能材料,梯度功能材料范圍廣泛,性能特殊,用途各異。尚存在一些問題需要進一步的研究和解決,主要表現(xiàn)在以下一些方面[5、13]:
1)梯度材料設(shè)計的數(shù)據(jù)庫(包括材料體系、物性參數(shù)、材料制備和性能評價等)還需要補充、收集、歸納、整理和完善;
2)尚需要進一步研究和探索統(tǒng)一的、準確的材料物理性質(zhì)模型,揭示出梯度材料物理性能與成分分布,微觀結(jié)構(gòu)以及制備條件的定量關(guān)系,為準確、可靠地預測梯度材料物理性能奠定基礎(chǔ);
3)隨著梯度材料除熱應(yīng)力緩和以外用途的日益增加,必須研究更多的物性模型和設(shè)計體系,為梯度材料在多方面研究和應(yīng)用開辟道路;
4)尚需完善連續(xù)介質(zhì)理論、量子(離散)理論、滲流理論及微觀結(jié)構(gòu)模型,并借助計算機模擬對材料性能進行理論預測,尤其需要研究材料的晶面(或界面)。
5)已制備的梯度功能材料樣品的體積小、結(jié)構(gòu)簡單,還不具有較多的實用價值;
6)成本高。
5.2FGM制備技術(shù)總的研究趨勢[13、15、19-20]
1)開發(fā)的低成本、自動化程度高、操作簡便的制備技術(shù);
2)開發(fā)大尺寸和復雜形狀的FGM制備技術(shù);
3)開發(fā)更精確控制梯度組成的制備技術(shù)(高性能材料復合技術(shù));
4)深入研究各種先進的制備工藝機理,特別是其中的光、電、磁特性。
5.3對FGM的性能評價進行研究[2、13]
有必要從以下5個方面進行研究:
1)熱穩(wěn)定性,即在溫度梯度下成分分布隨時間變化關(guān)系問題;
2)熱絕緣性能;
3)熱疲勞、熱沖擊和抗震性;
4)抗極端環(huán)境變化能力;
5)其他性能評價,如熱電性能、壓電性能、光學性能和磁學性能等
6結(jié)束語
FGM的出現(xiàn)標志著現(xiàn)代材料的設(shè)計思想進入了高性能新型材料的開發(fā)階段[8]。FGM的研究和開發(fā)應(yīng)用已成為當前材料科學的前沿課題。目前正在向多學科交叉,多產(chǎn)業(yè)結(jié)合,國際化合作的方向發(fā)展。
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篇8
關(guān)鍵詞 材料成型與控制工程 課程體系 教學改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A
新能源主要包括太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質(zhì)能、氫能和核聚變能以及由可此衍生出來的各種非常規(guī)能源。相對于傳統(tǒng)能源,新能源普遍具有儲量大、可再生、污染少的特點。因而也常被稱為可再生能源或清潔能源。在2010年制定的全省“十二五”能源發(fā)展規(guī)劃中,積極推進可再生能源發(fā)電。重點發(fā)展生物質(zhì)能發(fā)電和太陽能發(fā)電。以湖北省為例,預計2015年湖北電網(wǎng)發(fā)電裝機容量6220萬kw,其中水電裝機3771萬kw,火電裝機2332萬kw,新能源發(fā)電裝機120萬kw(風力發(fā)電20萬kw、光伏發(fā)電30萬kw、生物質(zhì)能50萬kw、垃圾發(fā)電20萬kw)。①
新材料與新能源是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的命脈,廣泛滲透于人類的生活之中,影響著人類的生存質(zhì)量。新材料是高新技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)性與先導性行業(yè),每一次材料技術(shù)的重大突破都會帶動一個新興產(chǎn)業(yè)群的發(fā)展,其研發(fā)水平及產(chǎn)業(yè)化規(guī)模已成為衡量一個國家經(jīng)濟發(fā)展、科技進步和國防實力的重要標志。新能源的迅速發(fā)展,最終離不開新材料推進。新能源材料的開發(fā)已經(jīng)越來越引起世界各國研究機構(gòu)的廣泛重視,新的技術(shù)和成果不斷涌現(xiàn)??梢哉f,新能源材料的開發(fā)和利用已成為社會可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素。
為適應(yīng)時代的需要,國家大力培養(yǎng)這一新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)人才。工學材料類專業(yè)的調(diào)整幅度最為突出。新設(shè)置的材料類冶金工程、金屬材料工程、無機非金屬材料工程、高分子材料工程等四個專業(yè)從原則上覆蓋了原來的(1993年教育部頒布的高等學院本科專業(yè)目錄)材料類的有色金屬冶金、冶金物理化學、冶金、金屬材料與熱處理、金屬壓力加工、粉末冶金、復合材料、腐蝕與防護、鑄造、塑性成形工藝及設(shè)備、焊接工藝及設(shè)備、無機非金屬材料、硅酸鹽工程高分子材料與工程以及化工類的高分子材料及化工等近十五個專業(yè)。近幾年來我國材料科學教育改革的迅速發(fā)展,幾乎全國所有設(shè)有有關(guān)材料專業(yè)的院校均已程度不同地參與了材料學科教育改革,并且開始出現(xiàn)了力圖根本突破原教育模式的新思路新方案。教育部2010年7月批準在浙江大學、華中科技大學、中南大學等十一所高校設(shè)立新能源科學與工程專業(yè),在四川大學、中南大學、湘潭大學等十五所高等院校設(shè)立新能源材料與器件專業(yè)。目前,湖北省武漢市共有高校26所,大部分的工科院科都設(shè)置有材料學科,且教學和科研實力都較強。其材料專業(yè)中以金屬材料、無機材料、高分子材料為主,華中科技大學、武漢大學等一流大學已經(jīng)進入了新能源材料的研究。
1 當前課程體系存在的問題
自1998年國家教育部將原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等專業(yè)合并成為“材料成型及控制工程”專業(yè)后,原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等老專業(yè)變成了新專業(yè)所包含的學科方向。我國新的“材料成型及控制工程”專業(yè)的專業(yè)課程設(shè)置、教學計劃、教學大綱等,總體上的一致之處是壓縮了原來的專業(yè)知識的教學內(nèi)容,但目前還沒有形成統(tǒng)一模式。②“材料成型及控制工程”是寬口徑的新專業(yè),辦學歷史很短,完善的課程體系尚處于初始探索階段?,F(xiàn)行的材料成型及控制工程專業(yè)課程體系中以金屬材料為主要方向,與新能源產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展不適應(yīng),對學生的就業(yè)也造成一定影響。
1.1 學科導論課定位不準
在目前“材料成型及控制工程專業(yè)”的課程體系中,金屬材料仍占有較大的份量,教學內(nèi)容對非金屬材料,特別是新型復合材料的闡述較少,沒有體現(xiàn)新能源的發(fā)展對新材料的重大影響。
1.2 課程分配沒有結(jié)合新材料的發(fā)展
雖然在現(xiàn)行的課程體系中,理論課時較多,但專業(yè)課程中力學基礎(chǔ)理論課時少,相關(guān)的基礎(chǔ)理論支持性理論不全面,綜合性和設(shè)計性實驗項目較少,致使學生面對大型結(jié)構(gòu)件材料的認識不足,對新能源領(lǐng)域中計算機軟件的接觸機會較少。
1.3 所開課程與實際應(yīng)用聯(lián)系不夠緊密
目前開設(shè)的課程中,學生的實際應(yīng)用環(huán)節(jié)較少,生產(chǎn)實習中,學生大多以參觀的形式進入相關(guān)企業(yè),時間倉促,無法深入地認識企業(yè)。實驗設(shè)備有限,與新能源材料相關(guān)的實驗設(shè)備更少。學生很難理解課程內(nèi)容,實際應(yīng)用更難。在課程體系中,只注意傳統(tǒng)材料科學與技術(shù)教學的設(shè)置,不能滿足現(xiàn)代工程教育的需要。
1.4 實踐教學目標不明確
實驗教學中采用金屬材料工程的設(shè)置內(nèi)容較多,大多數(shù)為對理論教學內(nèi)容與知識的驗證。實踐教學的系統(tǒng)性不強,缺乏創(chuàng)新性的設(shè)計性強的動手實踐內(nèi)容,不能對學生進行全方位系統(tǒng)的工程思維進行訓練。實踐課程設(shè)置形式單一,理想狀態(tài)下的實驗實訓脫離了“面向崗位”的宗旨。③
2 面向新能源發(fā)展的優(yōu)化方向
為滿足社會需求,材料成型及控制工程專業(yè)培養(yǎng)的人才應(yīng)比原來單一專業(yè)的人才所具備的知識結(jié)構(gòu)應(yīng)更合理,知識面應(yīng)更寬,所具備的綜合素質(zhì)應(yīng)更好,適應(yīng)性應(yīng)更強。④課程體系的可從以下幾個方面進行優(yōu)化。
2.1 面向新能源的快速發(fā)展,提升專業(yè)的方向特色
隨著新能源的不斷發(fā)展,新型復合材料及大型材料結(jié)構(gòu)件的覆蓋面越來越廣,與其他學科間的交叉滲透也在不斷加強,本學科目前的專業(yè)設(shè)置和學科研究方向要能滿足本學科相關(guān)行業(yè)今后對人才的需求,結(jié)合地理優(yōu)勢加強特色內(nèi)容的教學,不斷通過專業(yè)課程的調(diào)整和改革,培養(yǎng)出合格人才,推動區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展。
2.2 優(yōu)化課程體系,培養(yǎng)綜合素質(zhì),突出“實踐、實用”
課程體系可按圖1的模式進行優(yōu)化,在完善現(xiàn)有的培養(yǎng)方案的基礎(chǔ)上,注重知識體系的構(gòu)建和課程內(nèi)容的設(shè)計,體現(xiàn)培養(yǎng)的科學性和專業(yè)化。從知識結(jié)構(gòu)、能力培養(yǎng)來滿足新能源發(fā)展的素質(zhì)要求,同時抓好課程內(nèi)容和實踐環(huán)節(jié),梳理完整的學科結(jié)構(gòu),重視生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用和獲取知識的科學方法,以綜合能力的提高為目標,并推動專業(yè)建設(shè)的可持續(xù)性發(fā)展。
2.3 模塊分類強化,突出“實踐、實用”教育理念
對課程體系進行模塊分類(如圖2)后,逐一完善和改進。新的課程體系強化核心基礎(chǔ)課程,形成理論力學——材料力學——結(jié)構(gòu)力學——工程熱力學等不同層次的力學知識體系。引進新能源材料的熱點,加入桿塔設(shè)計、大型材料結(jié)構(gòu)件設(shè)計方向的課程。實踐學習類課程加強對當前新能源科技發(fā)展信息的吸取,增加應(yīng)用軟件的學習,以工程軟件實訓的形式加強計算機應(yīng)用能力。在人文社會科學類模塊中,加入鍛煉學生的溝通及表達能力的課程,如學術(shù)講座、論文寫作、溝通與交流等內(nèi)容,培養(yǎng)未來現(xiàn)代工程的職業(yè)精神。優(yōu)化的課程體系既夯實基礎(chǔ)又提高綜合素質(zhì),學生也具有了相應(yīng)的材料應(yīng)用維護、管理所必需的設(shè)計和測試能力,突出了“實踐、實用”教育理念。
2.4 探討專業(yè)新需求,實現(xiàn)本專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展
對“材料成型及控制專業(yè)”畢業(yè)生的社會就業(yè)情況進行全面的社會調(diào)查,研究本學科專業(yè)的發(fā)展態(tài)勢和對專業(yè)人才的知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)、人文素質(zhì)、創(chuàng)新素質(zhì)的具體要求,探討新能源的發(fā)展對“材料成型及控制工程專業(yè)”的課程新需求,一方面實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的專業(yè)辦學特色;另一方面,通過課程體系的優(yōu)化,促進教學思想的不斷更新,以“新材料”推動師資培訓的“新發(fā)展”,以合理的課程體系幫助學生順利就業(yè)。
3 結(jié)語
在結(jié)合當前新能源快速發(fā)展的條件下,探索“材料成型及控制專業(yè)”課程體系特色,新的專業(yè)培養(yǎng)模式既要體現(xiàn)國內(nèi)外的“大材料”思想,又要具有較為鮮明的新能源和地方特色,以適應(yīng)專業(yè)發(fā)展的要求。優(yōu)化的課程體系既滿足“大材料”通才教育,又合理規(guī)劃好新能源發(fā)展條件下“材料成型及控制工程”專業(yè)的新內(nèi)涵和外延,突出金屬材料、復合材料的在新能源行業(yè)的應(yīng)用和設(shè)計專業(yè)范圍,探索新的專業(yè)課程結(jié)構(gòu)和完整的培養(yǎng)體系。
注釋
① 周世平.新能源技術(shù)與湖北能源發(fā)展綜述[J].湖北電力,2011.35(5):1-6.
② 樊自田,魏華勝,陳立亮,等.建設(shè)新型課程體系 培養(yǎng)寬知識面人才[J].高等工程教育研究,2004(1):11-12.
篇9
高分子材料是指由相對分子質(zhì)量較大的化合物分子構(gòu)成的材料。按其來源,高分子材料可分為天然,合成,半合成材料,包括了塑料,合成纖維,合成橡膠,涂料,粘合劑和高分子基復合材料。從1907年高分子酚醛樹脂的出現(xiàn)以來,高分子材料因其普遍具有許多金屬和無機材料所無法取代的優(yōu)點而獲得迅速的發(fā)展。然而,現(xiàn)在大規(guī)模生產(chǎn)的還只是在尋常條件下能夠使用的高分子物質(zhì),即通用高分子。它們存在著機械強度和剛性差、耐熱性低等缺點,而現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展對高分子材料提出了更高的要求。于是新型高分子材料的開發(fā)與應(yīng)用尤為重要。耐高溫、高強度、高模量、高沖擊性、耐極端條件等高性能的新型高分子材料的開發(fā)與應(yīng)用不但能解決現(xiàn)階段的高分子材料所面臨的問題,而且也將積極地推動高分子材料向功能化、智能化、精細化方向的發(fā)展。與此同時,我國十二五計劃也將高分子材料的開發(fā)研究納入了其中,作為其重要研究方向之一的新型高分子材料的開發(fā)研究必將會極大地推動我國材料技術(shù)的發(fā)展。
1.國內(nèi)外高分子材料開發(fā)現(xiàn)狀
21世紀是一個科學技術(shù)飛速發(fā)展進步,生產(chǎn)力大幅度提高的新紀元。材料工業(yè)與信息工業(yè),生物工程,能源工業(yè)一起成為世界經(jīng)濟的四大支柱產(chǎn)業(yè)。高分子材料與金屬材料和無機非金屬材料共同構(gòu)成了應(yīng)用性材料科學的最重要的三個領(lǐng)域。高分子材料憑借其獨特的優(yōu)勢占領(lǐng)了巨大的市場。
世界高分子材料工業(yè)正在高速地發(fā)展著。世界合成樹脂量從1950年的1.5M工增長到2005年的212M工,每年大概以5%的增長率在迅速地增長?,F(xiàn)在塑料的產(chǎn)量早已超過了木材和水泥等結(jié)構(gòu)材料的總產(chǎn)量。合成橡膠的產(chǎn)量也已超過了天然橡膠,而合成纖維的年產(chǎn)量在上個世紀80年代就已經(jīng)達到了棉花、羊毛等天然和人造纖維的2倍。對于我國而言,目前我國是世界上最大的樹脂進口國,每年進口的樹脂數(shù)量大約是世界樹脂總貿(mào)易的25%到30%。我國的樹脂合成工業(yè)正高速地發(fā)展當中,樹脂合成能力也在飛速地提高中。然而與西方發(fā)達國家仍然存在著差距。
2.開發(fā)新型高分子材料的重要意義和途徑
從上世紀30年代高分子材料的出現(xiàn)開始到現(xiàn)代,世界工業(yè)科學不再只是滿足與對基礎(chǔ)高分子材料的開發(fā)研究,從90代開始,科學家們就將注意力集中到了高功能,高智能的高分子材料開發(fā)上?,F(xiàn)代工業(yè)對于新型高分子材料的需求日益強烈。
新型高分子材料的開發(fā)主要是集中在制造工藝的改進上,以提高產(chǎn)品的性能,減少環(huán)境的污染,節(jié)約資源。就目前而言,合成樹脂新品種、新牌號和專用樹脂仍然層出不窮,以茂金屬催化劑為代表的新一代聚烯烴催化劑開發(fā)仍然是高分子材料技術(shù)開發(fā)的熱點之一。然而開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴大。在開發(fā)新聚合方法方面,著重于陰離子活性聚合、基團轉(zhuǎn)移聚合和微乳液聚合的丁業(yè)化。在第二次世界大戰(zhàn)中發(fā)展起來的高分子復合技術(shù),以及出現(xiàn)于50年代的高分子合金化技術(shù)后。新的復合技術(shù)和合金化技術(shù)層出不窮。同時,也更加重視在降低和防止高分子材料生產(chǎn)和使用過程中造成的環(huán)境污染。加快高分子材料回收、再生技術(shù)的開發(fā)和推廣應(yīng)用,大力開展有利于保護環(huán)境的可降解高分子材料的研究開發(fā)。
新型高分子材料的開發(fā),不但能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展對于材料工業(yè)的高要求,更能夠促進能源與資源的節(jié)約,減少環(huán)境的污染,提高生產(chǎn)能力,更能體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的高速發(fā)展。
3.新型高分子材料的應(yīng)用
現(xiàn)代高分子材料是相對于傳統(tǒng)材料如玻璃而言是后起的材料,但其發(fā)展的速度應(yīng)用的廣泛性卻大大超越了傳統(tǒng)材料。高分子材料既可以用于結(jié)構(gòu)材料,也可以用于功能材料?,F(xiàn)階段新型高分子材料大致包括高分子分離膜,高分子磁性材料,光功能高分子材料,高分子復合材料這幾大類。
高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇透過性功能的半透性薄膜。采用這樣的薄膜,以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動力,與以往傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比,更加的省能、高效和潔凈等,被認為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。
高分子磁性材料是磁與高分子材料相結(jié)合的新的應(yīng)用。早期磁性材料具有硬且脆,加工性差等缺點。將磁粉混煉于塑料或橡膠中制成的高分子磁性材料,這樣制成的復合型高分子磁性材料,比重輕、容易加工成尺寸精度高和復雜形狀的制品,還能與其它元件一體成型等。
光功能高分子材料,是指能夠?qū)膺M行透射、吸收、儲存、轉(zhuǎn)換的一類高分子材料。目前,這一類材料已有很多,應(yīng)用也很廣泛。
高分子復合材料是指高分子材料和不同性質(zhì)組成的物質(zhì)復合粘結(jié)而成的多相材料。高分子復合材料最大優(yōu)點具有各種材料的長處,如高強度、質(zhì)輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質(zhì)。
這些新型的高分子材料在人類社會生活,工業(yè)生產(chǎn),醫(yī)藥衛(wèi)生和尖端技術(shù)等方方面面都有著廣泛的應(yīng)用。例如,在生物醫(yī)用材料界上,研制出的一系列的改性聚碳酸亞丙酯(PM-PPC)新型高分子材料是腹壁缺損修復的高效材料:在工業(yè)污水的處理上,在不添加任何藥劑的情況下,利用新型高分子材料物理法除去油田中的污水:開發(fā)的聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂復合材料,這些材料比強度和比模量比金屬還高,是國防、尖端技術(shù)方面不可缺少的材料;同樣,在藥物傳遞系統(tǒng)中應(yīng)用新型高分子材料,在藥劑學中應(yīng)用,在包轉(zhuǎn)材料中的應(yīng)用等等。新型高分子材料已經(jīng)滲透于人類生活的各個方面。
材料是人類用來制造各種產(chǎn)品的物質(zhì),是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),是一個國家工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和標志。作為材料重要組成部分的高分子材料隨著時代的發(fā)展,技術(shù)的進步,越來越能影響人類的生活,工業(yè)的進步。區(qū)別于我們已經(jīng)開發(fā)研究成熟的一些傳統(tǒng)材料,高分子材料的研究開發(fā)存在著無窮的潛力。正如一些科學家預言的那樣,新型高分子材料的開發(fā)將有可能會帶來現(xiàn)代材料界的一次重大革命。
[參考文獻
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[6]黃麗,高分子材料[M].化學工業(yè)出版社2005.
[7]高分子材料,百度百科.
篇10
關(guān)鍵詞:平臺建設(shè);實踐教學;創(chuàng)新能力
作者簡介:郭曉琴(1972-),女,河南南陽人,鄭州航空工業(yè)管理學院機電工程學院副院長,副教授;王金鳳(1963-),女,河南祁縣人,鄭州航空工業(yè)管理學院電子通訊系主任,教授。(河南 鄭州 450015)
基金項目:本文系教育部2011年人文社會科學研究(項目編號:11JDGC018)、2012年度河南省高等教育教學改革研究項目(項目編號:219)、鄭州航空工業(yè)管理學院2011年教育科學研究項目(項目編號:zhjy11-23)的研究成果。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)05-0107-02
創(chuàng)新是人類社會發(fā)展的不竭動力。國家教育事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃明確指出“高等學校成為國家知識創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、國防科技創(chuàng)新、區(qū)域創(chuàng)新的重要基地”。[1]建設(shè)創(chuàng)新型國家,培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,現(xiàn)已成為高等教育的重中之重。建國以來,高校培養(yǎng)了大量理工類專業(yè)人才,為我國工業(yè)發(fā)展做出了巨大貢獻。但學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)上的不足仍是我國高等教育尚未解決好的關(guān)鍵問題。深化教育改革、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已經(jīng)成為高等教育發(fā)展的迫切需要,很多高校都進行了創(chuàng)新實踐方面的研究與探索。[2-6]隨著高等教育規(guī)模的擴大,探索一般性本科院校創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式已經(jīng)成為教育教學改革的重點。
一、圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標,構(gòu)建創(chuàng)新教育課程體系,突出實踐教學
正確定位人才培養(yǎng)目標是一個專業(yè)辦學的基本立足點。對鄭州航空工業(yè)管理學院材料成型與控制工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標的定位是:培養(yǎng)德、智、體、美全面發(fā)展,適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟需要,具備材料成型及控制學科、機械學科及計算機學科有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識與應(yīng)用能力,能夠從事材料科學研究與材料成型應(yīng)用領(lǐng)域工作,具有創(chuàng)新意識的復合型應(yīng)用人才。
培養(yǎng)方案堅持以創(chuàng)新教育為核心,建立適于創(chuàng)新教育的課程體系,在注重基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能培養(yǎng)的同時,著力加強學生創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力的培養(yǎng),并注重高新技術(shù)與工程創(chuàng)新教育相融合。在培養(yǎng)方案制訂中,應(yīng)遵循“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、高素質(zhì)”的教育理念,堅持突出“注重基礎(chǔ),強化實踐,鼓勵創(chuàng)新”的培養(yǎng)模式。課程體系包括公共基礎(chǔ)課、學科基礎(chǔ)課、專業(yè)課、專業(yè)選修課和拓展選修課等模塊。在課程體系中應(yīng)注重文理滲透,拓寬基礎(chǔ),淡化專業(yè),力求打造更寬闊的材料類專業(yè)人才培養(yǎng)平臺。在課程設(shè)置方面,強化專業(yè)基礎(chǔ)教育,加強公共基礎(chǔ)、機械基礎(chǔ)、物理化學等基礎(chǔ)性教學,為培養(yǎng)創(chuàng)新人才奠定了堅實的基礎(chǔ);同時通過專業(yè)課程整合,加強了工程類課程,如“復合材料”、“功能材料”等;選修課也與機電類專業(yè)部分打通,開設(shè)了“自動控制原理”、“機械制造技術(shù)”、“計算機輔助設(shè)計”等課程,拓寬了專業(yè)面,體現(xiàn)了多學科交叉融合。
創(chuàng)新來源于實踐,實踐是創(chuàng)新的不竭動力。強調(diào)創(chuàng)新教育,必須突出實踐教學。在實踐教學方面,建立了“三層次九模塊”的實踐教學體系(見表1),從“基礎(chǔ)-專業(yè)-綜合”三個層次培養(yǎng)學生的實踐創(chuàng)新能力,大學四年實踐教學不斷線。大一新生通過專業(yè)導論和認識實習進行專業(yè)認知教育。大二學生提前進入實驗室參與科研項目;通過課程和實驗內(nèi)容的整合,按照培養(yǎng)目標將原有專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的教學實驗進行分類、歸納、刪減和更新,將部分實驗從專業(yè)課程中分離出來,設(shè)置成不同的實驗模塊,獨立設(shè)置實驗課程;在鞏固基礎(chǔ)實踐和專業(yè)實踐的基礎(chǔ)上,增設(shè)了為期2周的綜合實驗與制作,讓學生自己選擇實驗課題,題目一般來源于生產(chǎn)中的技術(shù)問題或是教師科研中的部分研究內(nèi)容,制定實驗方案,完成對某材料從制備加工成型性能檢測數(shù)據(jù)分析的全過程實驗;開設(shè)創(chuàng)新設(shè)計實驗、大學生第二課堂和創(chuàng)新學分系列活動,鼓勵學生參與各種大賽,調(diào)動學生參與創(chuàng)新活動的積極性,讓學生結(jié)合自己興趣,自主選擇指導教師,參與科研項目,結(jié)合畢業(yè)設(shè)計,在教師的指導下相對獨立地完成某個專題的研究。上述實踐課程的開設(shè),其目的是使學生能早期進入科學研究,在材料設(shè)計、實驗方案制定、材料成型與加工、性能檢測、數(shù)據(jù)整理與分析、撰寫論文等方面得到全方位的實戰(zhàn)訓練,掌握正確的實驗設(shè)計方法和科學研究方法,強化實驗技術(shù)和技能,突出對學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力及工程素質(zhì)的綜合培養(yǎng),全面提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。
二、科研團隊和實驗室平臺建設(shè)
科研團隊建設(shè)是高校學科建設(shè)的核心,團隊的層次和數(shù)量代表著高校的學術(shù)地位、創(chuàng)新能力和對社會經(jīng)濟發(fā)展的貢獻率與影響力,也直接代表著師資水準與教學質(zhì)量。通過自然形成和有效整合,加強科研團隊建設(shè),打造一支代表學科特色和核心競爭力的以杰出或優(yōu)秀人才為學術(shù)帶頭人的創(chuàng)新團隊或?qū)W術(shù)梯隊。鄭州航空工業(yè)管理學院現(xiàn)有2個省科技創(chuàng)新團隊、1個省科技創(chuàng)新杰出人才計劃和2個鄭州市科技創(chuàng)新團隊,擁有以中青年專家、學者為主的高水平學科(學術(shù))帶頭人隊伍,以博士、高級職稱人員組成的團隊骨干,形成了以相應(yīng)學科帶頭人為核心的具有穩(wěn)定研究方向、結(jié)構(gòu)合理的學科梯隊,師資知識結(jié)構(gòu)不僅包括金屬材料、粉末冶金、無機非金屬材料、有機高分子材料、生物材料、材料加工、材料物理、材料化學和凝聚態(tài)物理等,還包括機械制造、機械電子、自動化等領(lǐng)域。強大的師資力量積極參與到教改及創(chuàng)新活動之中,為大學生創(chuàng)新教育提供了豐富的智力資源,能夠及時將科研、產(chǎn)業(yè)成果轉(zhuǎn)化為教學設(shè)施服務(wù)于教學,優(yōu)化實驗項目,革新實驗內(nèi)容,以高水平科學研究促進實驗教學內(nèi)容和教學方法的時效性、前沿性和科學性。
實驗室是實踐教學的主要場地,加強實驗室建設(shè)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。在人才培養(yǎng)總體思路和方針的指導下,應(yīng)注重創(chuàng)新實踐環(huán)境和條件的建設(shè),使之更好地服務(wù)于本科教學。為培養(yǎng)學生綜合設(shè)計與創(chuàng)新能力,設(shè)立了力學性能室、注塑成型實驗室、掃描電鏡室、X射線衍射室等16個實驗室,專門建設(shè)了大學生創(chuàng)新設(shè)計室、大學生創(chuàng)新制作室等一批能夠啟發(fā)創(chuàng)新思維、拓展創(chuàng)新空間和開展創(chuàng)新實踐的實驗室。以鄭州航空工業(yè)管理學院為例,學院現(xiàn)有“材料工程”省級實驗教學示范中心、“陶瓷材料界面”省級工程實驗室、“航空材料與先進工程技術(shù)”省重點實驗室培育基地、“航空復合材料”市重點實驗室,并擁有場發(fā)射掃描電鏡、熱分析儀、激光快速成型設(shè)備、ARAMIS應(yīng)變測量系統(tǒng)等先進儀器設(shè)備,設(shè)備總值1800多萬元,實驗室面積2400多平方米,一次可容納600余名本科生參與科研和實踐。師生依托實驗室硬件平臺,以開放實驗項目、各類創(chuàng)新競賽活動、綜合性實驗、綜合性設(shè)計與制作、畢業(yè)設(shè)計等實踐教學環(huán)節(jié)為載體,推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)。實驗室除承擔本校學生實驗實踐教學之外,同時對其他高校、科研院所和產(chǎn)學研聯(lián)合體開放,共同指導學生創(chuàng)新實驗和開放實驗,注重資源整合,實現(xiàn)資源共享,努力打造全省高校及相關(guān)單位實驗大平臺。
三、取得的成效
自2005年材料成型與控制工程專業(yè)招生以來,經(jīng)過7年的探索與實踐,進一步明確了材料成型與控制工程專業(yè)的培養(yǎng)目標,實踐教學體系逐步完善,在學生創(chuàng)新能力、綜合能力培養(yǎng)方面取得了一定的成效。
2008~2012年,大學生多篇,獲各種大學生科技活動獎20余項,其中包括全國大學生課外學術(shù)科技作品競賽二等獎、全國大學生先進圖形技能與創(chuàng)新大賽一等獎、“挑戰(zhàn)杯”課外學術(shù)科技作品和大學生創(chuàng)業(yè)計劃等獎項。3年來畢業(yè)生一次就業(yè)率均達到95%以上,根據(jù)畢業(yè)生跟蹤調(diào)查的結(jié)果,用人單位普遍反映學生“綜合素質(zhì)良好,動手能力強,能較快適應(yīng)工作崗位的需要”,大多數(shù)學生在較短時期內(nèi)已成為單位的業(yè)務(wù)骨干。歷屆畢業(yè)生有25%以上考取了本專業(yè)或相關(guān)專業(yè)的研究生,大部分是重點大學,其中50%以上的學生反饋在研究生復試過程中學校的創(chuàng)新實踐教育使之受益匪淺,并且后續(xù)的研究生學習階段在實驗設(shè)備操作、科研思路和學科前沿了解等方面表現(xiàn)出色,受到導師的好評。
四、進一步發(fā)展思路
首先,進一步加大學術(shù)交流與合作辦學的力度。鼓勵和支持科技交流、合作研究和合作辦學等工作,加大校校合作和校企合作,通過“請進來、走出去”的方式,積極引進國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)教育資源,為創(chuàng)新教育搭建更大的平臺。
其次,進一步改進教學方法,不斷探索體現(xiàn)“以學生為主體”的創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式。在當前大部分教學過程中,以知識傳授為主導的教學方法并未根本改變,以教師為主導的方式在一定程度上制約了學生的學習主動性及創(chuàng)新能力的發(fā)揮。因此改革教學方法,營造出以學生為主的實踐創(chuàng)新環(huán)境,探索符合國內(nèi)一般院校實際情況的實踐性教學方法是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要保障。
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