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1、学科专业知识平台课程材料科学与研究方法建设总结材料科学与方法是材料类各专业教学计划中的学科专业知识平台课程，是江苏省首批品牌专业（金属材料工程）、特色专业（材料成型与控制）和江苏省无机非金属材料工程特色专业建设点的重点建设课程之一。经过几年来的改革与建设，取得了显著的成绩：编写出版了教材材料科学研究方法（国防工业出版社，2004）；课程教学体系及内容在国内属首创，得到了国内同行专家的好评，2005年获江苏省精品教材奖； 2006年经评审被列为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。现总结如下。 1 MSE素质教育的提出1.1 材料科学与工程学科发展的内涵与特点创新是一个国家发展的灵魂和源泉。大学
2、的教育从培养计划、课程体系到课程内容都要注重学生的能力培养。能力培养中最重要的是学习能力、思维能力和动手能力的培养。大学生重要的是要学习科学的方法和培养自己的科学思维能力与分析问题、解决问题的能力，也就是要有创新思维和创新能力。目前，材料科学与工程学科呈现的主要特点可以用在多样化基础上的“一体化”趋势来加以概括。三大材料学科之间相互交叉、渗透、移植和借鉴，是由经验科学发展成为全材料科学的内在联系及基础。材料科学与工程学科四要素也扩展为五要素，如图1所示。图1 材料科学与工程学科四要素(a)与五要素(b)关系学科发展已大大超越了传统专业的内涵和范围，系统化和整体性是对现代人才培养的新要求，但目前
3、各专业的课程设置还基本停留在原体系上。知识面窄，创新意识缺乏，创新能力薄弱。美国麻省理工学院的宗旨是培养学生“创新思维与能力、实践与自学能力”。左铁镛院士、李恒德院士等材料科学家都呼吁要实施MSE（Materials Science and Engineering，简称MSE）素质教育，MSE大学科一体化素质教育是必然趋势。这种改革思路应体现在各专业的培养规划中，我们在材料类专业教学实践中进行了实施。材料科学的新发展、新特点和新趋势促使我国对学科的整合和人才培养规划进行了比较大的改革。如何在教学计划、课程体系和教学内容中体现现代材料科学特点、内涵和发展趋势，如何实施MSE素质教育，这是教学计划
4、修订和教学改革实施方案必须考虑的重要问题。1.2 材料类各专业教学现状我国培养的本科生专业过窄，具体的生产知识，甚至操作知识过多过细；专业课过多，不利于加强基础和科学技术发展的新知识的接受；专业过窄，虽然学了一些比较专的知识，但解决问题的思路往往很受到专业过窄的局限，不利于解决涉及多学科、多专业的复杂问题；专业过窄，不利于学生创新精神的培养；我国大学生的能力素质比较差：自学和自己寻求知识不断提高自己的能力和意识较弱，传统的教学方法和内容较大地影响了学生的学习能力和思维的发展。学生运用知识的能力也较差。由于实验实践环节的培养问题，学生的动手能力、观察能力、分析和综合解决问题的能力一般都比较薄弱。
5、由于在整个教育过程中缺少创新思维和创新能力的氛围和实践，所培养的学生缺乏现代科学与工程系统设计思想、方法的培养和综合运用各方面知识解决工程问题的能力。最近几年的研究生面试中也暴露了这些问题，材料类专业的学生对大材料方面的科普知识都不是很了解。经过四年的学习，材料类专业的学生对材料科学与工程学科没有一个宏观的认识、系统的概念和本质的理解，甚至对自己本专业也是如此。近几年，国内高校对材料类专业教育计划进行了改革。各高校材料类专业情况有很大的区别，有的是科学型偏重于理科，有的是应用型偏重于工程，有的是研究型学科，有的是教学型专业，有的是教学研究型学科。大部分学校对材料类各专业的培养计划在逐步进行改革
6、。由于原来的基础和特色不同，所以各高校材料类专业的改革思路和立足点也是各有千秋。改革所碰到的问题很多，难度也很大，有思想认识、客观条件和教师、教材等各种因素。关键是对于学科内涵的理解和对人才培养目标的把握和定位。根据各方面因素的综合分析，我校材料类各专业培养目标的定位是培养具有知识面宽和系统科学的知识结构、创新思维和创新能力较强的工程应用研究型高级人才。2 创新构建课程体系2.1 创建材料科学与研究方法课程新体系根据材料学科的内涵和发展趋势，在材料类各专业修订的教学计划中，很有必要在各学科专业基础教学知识平台中设置新课程材料科学与研究方法，该课程内容的体系和思路，如图2所示。图2 材料科学与方
7、法课程内容体系材料科学的发展符合自然科学的普遍规律，各种自然科学研究方法在材料科学的发展中起了很大的作用，而且在不断地产生新的研究思路和研究方法。材料主要分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等四大类。各类材料虽然表现的形式不同，其发展的历史和作用也不尽相同，但有其共同的特性。学科的交叉与融合是现代科学研究发展的一大特点，研究方法的创新、数学理论和计算机技术的发展为新材料、新技术的开发增添了活力，向大自然学习的材料仿生学则更是材料科学中的一朵奇芭。这些都是形成现代材料科学与工程大学科的基础。材料的特征是以有形的物体为人类作贡献的，主要共同研究的问题是材料结构与性能。材料的结构组
8、织是材料研究中的核心；材料的制备加工过程依赖于体系的能量。材料制备，特别是新材料的制备是材料开发应用的关键；现代材料的发展又增加了环境因素。材料的资源和环境污染的问题是摆在每个材料工作者面前的重大而迫切的新课题，从而也带来了许多新观念、新思路、新方法。材料科学从经验科学逐步走向理性科学，很重要的发展方向是材料设计。由于材料科学的复杂性，目前人们在模拟设计方面取得了比较大的成功，在材料的计算设计方面也已经迈开了坚实的步伐。材料的设计组成制备结构性能使用环境是材料研究的主线，也是一个闭环。本课程在介绍材料的共性规律和共同效应的基础上，主要阐述材料“结构-性能”、“过程-能量”和“材料-环境”三大关
9、系的基本思路、创新思维和研究方法。2.2 设置课程出发点该课程作为材料类各专业的专业基础教学知识平台之一设置。该课程体系的目的是使所有材料类专业及相关专业的学生对材料科学与工程学科的内在科学规律有一个宏观的认识，对材料的研究开发思路、方法有一个科学辩证的概念。通过此课程的教学，希望学生对材料科学与工程学科的历史、地位、作用和意义有比较清晰的认识，从而激发学生的学习自觉性、积极性和创新精神，为以后各有关课程的学习打下良好的基础；掌握现代材料研究和技术开发工作的基本方法、基本过程、基本思路和基本分析手段；从宏观到微观比较深入地了解各类材料的共同特点与共同的效应；树立材料的成分、结构、加工制备、性质
10、、使用功能和环境间的系统工程概念；通过该课程的教学，重要的是培养学生一种材料科学创新思维的主动意识，材料研究创新活动的科学方法，材料研究创新成果的分析能力。3 编写出版特色教材课程教学要取得优秀的教学效果，有一本优秀的教材是基础。我们不断地整改内容和凝炼思路，形成了比较完善的教学体系。为了更好地实施教学，我们组织编写了具有鲜明特色的教材材料科学研究方法。编写材料科学研究方法教材的思路是：从宏观到微观比较深入地了解各类材料的共同规律与共同的效应；树立材料的“结构-性能”、“过程-能量”和“材料-环境”间的系统工程概念；了解材料科学的主要研究思路和方法。本课程在体系构思、内容安排和例子选择上都力图
11、凸现现代材料科学与工程大学科的“思想”、核心、主线。教材具有前沿性、综合性和系统性等特点。前沿性：课程教学中所举的典型例子基本上是最新的研究成果。通过例子一方面能从中领悟其创新的思维、研究的思路，了解其先进的方法及手段，另一方面是能了解更多的新知识、新成果和新动向；综合性：课程内容涉及金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料等各类材料，更能深入地理解材料科学的共性和特点，扩大知识面；系统性：课程或教材的内容体系虽然是新的，但比较确切地反映了材料科学研究与发展过程的自然科学本质、研究方法与研究思路的共同特点，特别是现代材料研究，其系统性或一体化更是其明显的特征。教材材料科学研究方法于2004年由
12、国防工业出版社出版，2005年获江苏省精品教材奖，2006年被列为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。4 课程教学设计与实施4.1 精选课堂讲授内容因为课程学时有所限制，教材的内容不一定全部讲授，在所讲授的内容中也可有所侧重。在讲授过程中，部分内容可布置自学。从课程的目的和性质来看，重点是材料科学共性、材料研究基本方法、材料结构设计与系统分析、材料使用与环境评价方法、材料设计方法和材料发展重点与趋势等内容。在设计讲课内容上围绕材料科学研究和发展的“思想”、核心。材料组织结构及其演化是学科核心，辩证与创新是材料学科的“思想”。目的是让学生能初步理解材料科学与工程学科的内涵和本质，具有一定的材料
13、科学与工程素质。每章结束时都安排了小结，概括讲课内容的要点和启示。课程结束时，设计了课程总结，再次揭示材料科学与工程的核心和“思想”。4.2 编制多媒体课件，补充大量实例结合教材和课程内容，为了使课堂教学更丰富生动，为了使学生更能理解材料学科的内涵与特点，另外增加了大量典型例子和最新的材料研究成果。实例来源于最新的Science、Nature、Materials Today等期刊、科技部等信息报道和CCTV网络报道资料等，如突破好几年一等奖空缺的获得2004年国家科技发明一等奖的两项材料类项目，仿生材料学方面所取得的最新研究成果，环境污染和资源（包括能源）危机所带来的材料开发研究的新观念、新思
14、维和新成果，材料研究方法成果和创新思维实例等，也包括课程组教师和学校其他教师所取得的研究成果，如新型原位增强铝基复合材料、负热膨胀新材料、功能复合低维材料和高性能合金等。整个教学内容共收集了160个左右的例子，200余幅图片，根据内容穿插在有关章节中进行介绍。为提高教学效果，给学生传递更多的课程内容信息，编制了多媒体电子课件，采用多媒体形式上课。多媒体课件已使用3届，效果很好，多媒体课件在江苏大学第三届多媒体教学课件竞赛中获三等奖。4.3 安排学科专业自由作业题，习作小论文在课程讲授过程中，布置学生通过查阅文献资料，写作小论文。要求是：查阅最新的文献资料，如期刊上的论文、新出版的书籍、网上信息
15、资料等；结合本专业或材料类专业与材料有关的内容；根据查阅的资料整理写作小论文，字数在1000字左右，不能完全照抄；注明文献资料来源。1000字左右是让学生需要查阅一定数量的文献资料，有一定的工作量来完成。一周后交给教师后，教师认真评阅，并在课堂上进行评讲，表扬做得好的同学，也指出查阅文献和写作中存在的问题。其成绩作为平时成绩的主要部分。习作小论文的目的是让学生熟悉查阅文献资料的方法，训练学生初步整理资料并写作科技小论文的能力，培养学生创新思维的主动性和对专业学习的兴趣。4.4 改革考查形式，布置创新思维自由发挥题在最后的考查作业中将其分为两部分：富有创新思维的自由发挥题和当堂布置当堂完成的基本
16、概念题。自由发挥题提前1周布置，由学生进行有心观察和展开自由思维，并查阅有关资料来完成，鼓励同学互相讨论、启发。自由发挥题为考查作业成绩的25%。自由发挥题可以是任选题，如：什么叫仿生学?你认为自然界中的什么现象，人们可以进行材料结构或功能的仿生研究?举一例，并说明自己的设想及思路。你认为在我们的社会生产和日常生活中，有哪些与材料相关的产品或事物可值得研究开发或改进的? 举一例，并说出你的设想与思路。自由发挥题的实施过程中，虽然学生中对问题的设想、思考和解答很可能是缺少科学根据和原理的，甚至有些还是异想天开的，但可激发学生创新的主动思维，培养学生观察思考与分析问题的能力。学生对此类的作业积极性很高。有些同学对自由发挥题非常认真，根据自己的设想，检索了许多文献资料，并且按照小论文的形式写作，而不是简单的回答问
