材料科学综合性课程设计的实践与研究

刘军　杨娟　唐丽永　陈彩凤

【摘要】江苏大学无机材料工程专业为培养学生的综合应用能力，对课程体系进行改革，将材料科学类课程组建成课程群，并按课程群设置了材料科学综合性课程设计。这一综合性课程设计以突出培养学生对知识的综合应用能力和工程能力为目的，有利于培养学生运用专业知识的综合能力，同时对学生综合素质和创新能力的培养也起了重要作用。

【关键词】课程设计；综合；材料科学；实践能力

课程设计是检查学生课程知识掌握情况和应用能力的重要教学环节，对于学生综合能力和创新思维的培养非常重要。以往的课程设计都是与某一门课程相对应，设计中知识的应用也基本是某一门课程的知识点。而在材料专业的专业课程中，往往是几门课程的知识相互联系、相互补充，因此，将课程设计只局限于某一门课程会束缚学生的思维，不利于培养学生的综合应用能力。针对几门关联的课程设立综合性课程设计是一个较好的解决办法，江苏大学无机非金属材料在这方面积累了一些经验。

一、材料科学综合性课程设计的设立和选题

材料科学类课程以材料科学基础为核心，包括材料测试方法、材料物理性能、材料力学性能等课程。我们把这几门课程进行组合，将实验从几门课程中分离出来设置独立的综合性实验体系，并增加为整个课程群配套的综合性课程设计，形成以材料科学基础为核心的课程群。这一课程群以材料微观结构为核心，着重于材料结构及缺陷的理论和结构测试方法，材料结构的形成过程及其原理，材料结构与性能的关系。

课程设计的内容应当与理论教学相辅相成，同时还要尽可能接触新材料的发展前沿。我们选择功能陶瓷材料中的PZF（PbZrO_{3-PbTiO3）压电陶瓷作为综合性课程设计的研究对象，PZT材料是目前应用最为广泛的压电陶瓷，在传感器、驱动器的智能结构等方面有着重要的应用价值。这一选题不仅内容新，而且涵盖了课程中的主要知识点。如PZT材料的结构及其特点与结晶学、晶体化学原理知识点相对应；PZT材料的配方选择与相图与相变知识点相对应；PZT材料中的离子掺杂与晶体缺陷、固溶体及材料物理性能的知识点相对应；PZT材料的主晶相合成与原理与扩散与固相反应原理知识点相对应；主晶相的分析用到材料测试方法的知识；PZT材料的烧结与扩散与烧结原理及材料物理性能的知识点相对应；材料的结构一工艺一性能之间的关系则涉及到知识的综合运用。}

结构陶瓷材料中的氧化锆增韧陶瓷是综合性课程设计的另一选题。氧化锆增韧陶瓷是结构陶瓷领域最为活跃的一种新材料，微/纳米氧化锆粉体的制备，粉体结构与形貌分析，氧化锆的稳定剂掺杂和马氏体相变、烧结及增韧机理等涉及到胶体化学、材料测试方法、结晶学、晶体化学、相图、相变、烧结和力学性能等多方面的知识点，能够检验学生对各门课程的掌握情况及对知识的综合理解程度。

二、材料科学综合性课程设计的实践基础

材料科学类课程理论性较强，在培养时希望尽可能能理论与实践相结合。为此，我们设立了“材料制备、结构与性能”系列综合性、设计性实验作为理论教学的补充，同时使学生在进行课程设计时有了感性认识基础，设计内容更加丰富。

“材料制备、结构与性能”系列综合性、设计性实验的内容与课程设计内容紧密联系，也分为PZT压电陶瓷的制备和氧化锆增韧陶瓷的制备两个系列。学生可以在完成理论和实验教学内容的基础上，通过课程设计对实验的现象和结果进行系统的理论分析，弄清实验所制备材料的结构特征、相变特点；材料进行掺杂改性时的依据和形成的缺陷类型；固相反应法进行材料合成的原理及材料烧结原理等。这样既巩固了理论知识，又培养了应用能力。综合性、设计性实验是综合性课程设计的实践基础，但课程设计的内容并不局限于实验内容，而是全面考察学生对所学知识的应用能力，其效果是理论考试和实验报告所不能比拟的。

三、综合性课程设计实施中注意的问题

综合性课程设计的指导是一项非常重要的工作。从教师的角度看，指导综合性课程设计类似于指导学生完成一项科研项目，因此，指导教师必须具备丰富的材料研究与设计的经验，只有这样，才能较好地把握学生提出的各种观点是否合理，并解答学生在设计过程中的各种问题。为了满足这一要求，我们要求综合性课程设计由有着丰富教学和科研经验的教师作为主要指导教师，最好有相应材料的科研经历。在课程设计开始之前对整个设计的目的、指导思想、总体方案、研究方法及思路进行系统讲解，并参与整个指导过程。

学生在综合性课程设计的进行过程中会遇到各种各样的问题，特别是同学们自己提出的方案和观点五花八门。在实施中我们不应要求每一个同学都有相同的观点，而应当注重他们的分析思路，注重他们对课堂知识的理解能力和知识的应用能力，特别是课程知识的融会贯通和综合应用能力，从中发现创新思维的火花并着力加以培养。只有这样，同学们才能真正学到分析问题、解决问题的实际本领。

四、结束语

江苏大学无机非金属材料工程专业在材料科学课程群的教学中实施了综合性课程设计的教学并取得较好的效果。在应用过程中，注重让学生用理论知识解决实际问题。学生反映通过综合性课程设计的训练，对所学理论知识的理解加深了，对各课程知识能够融会贯通地加以运用。并且，通过综合性课程设计的训练培养了学生从事科学研究的兴趣，发现了一批有科研潜力的学生。几年来，该专业学生在全国大学生挑战杯比赛、全国和江苏省高校大学生实践创新训练计划中均取得较好的成绩。实践证明，这一教学环节对提高学生综合素质，增强工程实践能力，培养创新精神和创新能力具有重要作用。

参考文献

[1]刘军，周志平，戴起勋等.材料科学基础课程（群）的改革实践.大连理工大学学报（社会科学版），2007，28（增刊2）：51-54.

[2]刘军，陈彩凤，杨娟等.构建“理论教学—综合实验—课程设计”三位一体的教学体系.SeminaronChinaEuropeEngineeringEducation2005，Chongqing，102-105

[3]刘军，陈彩凤，杨娟.无机材料科学基础课程设计的探索.重庆大学学报（社会科学版），2009，15（增刊）：44-46

[4]刘军，杨娟，陈彩凤等.无机材料专业现代实验教学模式的改革与实践.中国教育教学研究杂志，2009，193：52-54.