交 流 论 文 题 目 大材料专业《材料科学基础》课程的教改认识与实践 天津大学材料科学与工程学院 靳正国 郭瑞松 侯 信 师春生 原续波 盛 京

前言 21世纪，材料科学已经与能源科学和信息科学并列为现代科学技术的三大支柱。 “振兴教育，教育创新”已提到了重要的位置。 加强基础、拓宽专业，注重素质与创新能力培养是主旋律。 要求我们应重新定位我们的人才培养模式。 “材料科学基础”课程是较为合适为大材料专业构建一门具有公共性质的专业基础课程。

材料学院院设的公共平台课程： 《材料科学基础》 《材料概论》 《材料力学性能》 《材料物理性能》 《材料现代研究方法》 《材料研究中的计算机应用》

该课程的性质 材料科学主要从事对材料本质规律的发现、分析、认识、设 计及控制等方面研究的一门科学，核心是组成-制备-结构-性能-与环境相互作用的关系。 “材料科学基础”课程的主要目的 给予材料结构、性质等的统一描绘或建立模型； 解释结构与性能之间的基本关系； 了解材料在加热过程、冷却过程、反应过程、扩散过程、相 变过程等各种过程中的行为； 认识结构是决定性能和过程行为的核心以及外界条件控制着结构形成的基本规律。

材料结构的描述有多种角度和层次 组成基元（原子、离子等）及结构、电子运动 质点间键合（金属键、离子键、共价键、分子键等）及其理论 质点间的排列（晶态、非晶态、缺陷等） 质点的运动（扩散、偏析、迁移、晶格振动、热运动等） 结构层次 原子结构、晶体结构、显微结构 键合不同使材料表现出金属、无机非金属或高分子的固有属性 空间排列状态会表现出独特的物理性质 石墨和金刚石结构不同导致强度、硬度及其它物理性能上的显著差别 玻璃态聚乙烯呈透明状，晶态聚乙烯为半透明 纳米材料许多特异的性能是与其晶粒细化和界面成分提高密切相关

与课程有关的背景情况 天津大学材料系成立于1984年，由原化工系无机非金属材料、高分子材料与机械系金属材料三个专业为主共同组建。其中无机非金属材料专业是52年国家高等院校院系调整归并成立的专业，金属材料专业、高分子材料专业是58年成立的，各专业有着几十年的发展历史。 97年成立材料学院，随后校分析中心，机械学院材料加工及自动化专业归并材料学院。 材料学院现有金属材料、无机非金属材料、高分子材料、材料化学和材料加工及自动化五个本科专业，涵盖了材料学、材料加工和材料物理化学三个二级学科。 天大材料学院学科门类较齐全。 在课程建设前，金属、无机非金属、高分子三个专业相关专业基础课程的设置各自自成体系，重点内容基本上是几十年沿用。

课程建设的目的 在材料科学与工程一级学科下建设一门较为适用的、具有公共性质的专业基础课程。 在平行的层面上探索金属、无机非金属、高分子材料专业理论课程设置上的打通。 探索强化学生的“通才教育”、“终身教育”和“创造力教育”模式。

课程建设内容： （1）以加强基础、拓宽专业、注重打通为基点，建立大材 料专业的新课程教学体系； （2）制订课程的教学大纲； （3）编写适用于新课程体系建设的“材料科学基础”课程教学 用书； （4）编制课程的CAI课件。 （5）建设实践教学内容，从理论与实践结合的角度提高学 生的素质与能力。 （6）探索新的教与学及课程考核模式。

课程建设、大纲制定、教材编写的几点体会： （1）加强基础  要体现课程的基础性。  侧重了不涉及哪类材料的相关基础理论知识的汇集，如几 何结晶学基础、晶体化学基础、缺陷化学基础、表面与界 面理论基础以及固体材料扩散理论等。  注意不与学生所学过的基础课程内容重复，如物理、化学 和物理化学中的内容。

（2）拓宽知识  突破了原有课程的界限，从新课程体系的角度去进行内 容的安排。  理论模型的介绍拓展其适用的材料范围，如位错模型， 界面结构模型等。  最大限度的淡化三类材料各自的专业色彩，力求突出共 性的内容。如相平衡与相图的内容等。

（3）注意理论体系的贯通  材料的表面带电、界面偏析、质点扩散、结构缺陷类型、 相变类型等内容。  固态相变、固液相变、液液相变放在平行的层面上。  注重三类材料在相互映衬下表达其各自的个性特征。  材料科学在理论上的交叉融合已日益明显。 缺陷行为、平衡热力学、扩散、塑性变形和断裂机理、 界面精细结构、电子迁移理论等。

（4）与专业课的衔接  注意与专业课的衔接，对涉及具体一些材料的行为、结构 特征以及性能介绍，多留给专业课程内进行。  在有限的课堂学时内使学生基于大材料的范围去认识基本 概念、基本原理、基本规律。  在大材料意义下的基础理论体系，能以更宽的学科内容， 更鲜明的材料个性特征以及相互间的特征映衬给予更为 完整的体现。

教学内容的构建 固体结构与结构形成 聚集态结构 晶体学基础 结晶几何学基础 晶体化学基础 典型的晶态结构 金属材料 无机非金属材料 高聚物材料 非晶态结构 结构缺陷 点缺陷 线缺陷 面缺陷 固溶体 表面与界面 表面 界面 表面结构与表面能 表面行为 界面结构理论 界面行为 结构与界能 结构形成 扩散 宏观理论 微观理论 影响因素 相平衡与相图 基本概念 热力学基础 一元相图 二元相图 三元相图 相变 固态相变 固—液相变 液—液相变

探索教与学模式的改进 《材料科学基础》作为一门具有公共性质的专业基础课程，除了在大纲制定和教材编写上做好授课内容的取舍与更新外，还要在有限的课时内达到理想的教学效果，同时通过实践教学环节去加强理论与实践的有机结合，实践中有如下体会：

（1）课堂教学 利用多媒体的教学手段，在有限的学时内最大限度的发挥多 媒体教学的效果，向时间要效益。 教师要提高课堂教学质量，关注师生间课堂交流互动，激发 学生的学习兴趣。 鼓励学生的主动学习和思考，培养学生的求知欲望。

（2）实验教学 通过加强实践教学，增强学生的专业感性知识，以此配合 课堂教学，提高教学效果。 设置了6个基础实验和3个综合性试验。 实践教学的建设中，与学院平台实验室建设密切配合，推 进了课程实践教学质量的提高。

（3）考核方式 课程考核方式有了较统一的认识： 认为闭卷考试是应试教学方式中的传统评价方法，对培养提高学生的综合业务素质存在着一定的弊端。 应该探索更为合理的考核评价方法，如开卷考试－闭卷考试－平时作业－实验报告相结合的方式。 目前的考虑： 实行闭卷题和开卷题两部分。闭卷部分考查学生对基本知识的掌握和熟练的程度，内容主要体现教学大纲的基本要求；开卷部分考查学生对基础知识的应用能力，综合知识的运用能力，更多的检验学生分析和解决问题的能力。 重视对平时学习情况的评价，包括平时作业完成质量、实验报告完成质量等方面，这是对学生综合素质较为具体的、经常的检验。

结束语 《材料科学基础》较适合作一门具有公共性质的专业基础课程。 在4年多的建设过程中，该课程已先后被评为“校级优秀课程”、 “校级示范精品课程”，良好的教学效果已初见端倪。 在新课程的建设中出现的新问题，需要我们认真对待并加以解决。 由于我们的水平与能力所限，各方面均有待改进和提高。相信通 过不断实践，不断认识，不断完善，会走出一条适合于现代人 才培养的成功之路。

谢谢各位与会专家