材料化學課程教學內(nèi)容設置分析論文

　　摘要：材料是社會發(fā)展的物質基礎，材料化學是材料科學的重要組成部分。本文通過對現(xiàn)行材料化學教材內(nèi)容設置的深入分析，建議農(nóng)業(yè)性院校材料化學教材內(nèi)容應側重于以聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料方面，并提出從材料結構與性能之間的關系、各類功能材料的基本理論和基礎知識兩條主線進行教學的理念，旨在培養(yǎng)以農(nóng)業(yè)資源綜合開發(fā)與利用為特色的材料化學專業(yè)人才。

　　關鍵詞：材料化學；農(nóng)業(yè)院校；教學內(nèi)容；課程設置

　　人類社會的發(fā)展經(jīng)歷了石器時代→青銅器時代→鐵器時代→蒸汽時代→電器時代，每個時代的發(fā)展都離不開材料，材料是人類社會發(fā)展的基石，是科學技術進步的推動力[1]。由于材料在國民經(jīng)濟中具有重要作用，世界各國不斷加大新材料開發(fā)及其應用研究方面的投入，以期在國際市場上占有一席之地。這為高新材料的發(fā)展提供了難得的機遇。材料化學是材料科學領域的重要組成部分，是一門研究材料制備、結構、性能和應用的學科，其內(nèi)涵是從分子原子水平到宏觀尺度認識材料結構與性能的相互關系，從而調(diào)節(jié)材料的組成、結構和合成技術，并發(fā)展出新材料[2-3]。在這種背景下，國內(nèi)外各大高校爭相開設材料相關專業(yè)。復旦大學于90年代初率先成立了材料化學專業(yè)，隨后，國內(nèi)諸多高校相繼開設了材料化學專業(yè)，湖南農(nóng)業(yè)大學也于2009年設置了材料化學專業(yè)。

　　1材料化學教材的基本框架結構

　　調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)除了以北京大學、復旦大學、中國科學技術大學為首的眾多綜合性大學開設有材料化學專業(yè)之外，四川農(nóng)業(yè)大學、華南農(nóng)業(yè)大學和湖南農(nóng)業(yè)大學也相繼開設了材料化學專業(yè)[4-5]。由于各高校的學科特色和學科背景千差萬別，因此，各學校材料化學的教學內(nèi)容也各不相同。目前，市場上出版社發(fā)行的材料化學教材琳瑯滿目，但仔細閱讀后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行《材料化學》的內(nèi)容設置不外乎為以下兩類：一是按照基體材料分類來撰寫材料化學相關內(nèi)容，主要包括金屬材料、無機非金屬材料（陶瓷）、有機高分子材料和復合材料；二是按照材料的用途分類來撰寫材料化學相關內(nèi)容，主要側重于功能材料方面，包括電功能材料、磁功能材料、光功能材料、功能轉換材料和化學功能材料等。市場上出版發(fā)行的《材料化學》教材具體內(nèi)容設置情況如表1所示。不同于其他綜合性院校和工科類院校，湖南農(nóng)業(yè)大學作為一個農(nóng)業(yè)性院校，其學科特色側重于農(nóng)業(yè)資源的綜合開發(fā)與利用方面，因此以聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料內(nèi)容更符合學校的學科背景。因此在綜合比較各類材料化學教材之后，我們選擇由彭正合主編的、按照功能材料分類撰寫的《材料化學》一書為教材。通過該課程的學習，使學生了解材料結構與性能之間的相互關系；熟悉各類功能材料的基本理論、基礎知識；了解各類功能材料的發(fā)展歷史和應用領域等，開闊視野，激發(fā)學生對本學科的熱愛。

　　2材料化學教材的主要內(nèi)容

　　在課程具體講解過程中，我們將教材內(nèi)容劃分為兩大部分來講解，第一部分主要講述材料結構與性能之間的相互關系，培養(yǎng)學生思考問題及解決問題的能力，為學生以后從事新材料的開發(fā)起理論指導作用，包括第一章緒論、第二章結構與物性、第三章納米材料和第四章復合材料及雜化材料；第二部分重點介紹各類功能材料，拓寬學生對材料的認識，從而對自己未來要從事的研究工作有更清楚的了解，包括第五章電功能材料、第六章磁功能材料、第七章光功能材料、第八章功能轉換與智能材料和第九章化學功能材料。在第一部分內(nèi)容中講述了材料的結構決定其性能。材料的結構包括它內(nèi)部的原子、離子或分子及其相互作用力。由于內(nèi)部各組分之間作用力的不同，使材料表現(xiàn)出不同的導電性、熔點、硬度、延展性和強度。其次，材料的微觀結構還包括其內(nèi)部微粒的排列方式。由內(nèi)部微粒周期性規(guī)則排列形成的材料稱之為晶體，反之則為非晶體。晶體具有固定熔點、規(guī)則外形、晶面角守恒和各向異性等特點。另外，實際晶體中原子排列時會出現(xiàn)偏離理想的周期性排列的區(qū)域而形成晶體缺陷，缺陷的形成對材料的聲、光、電、磁、熱等性能有顯著影響。此外，材料的晶粒尺寸也影響其性能，當材料的粒徑達到納米尺度后，將表現(xiàn)出獨特的電、磁、光和化學特性。而且材料的界面情況也影響其性能，不同性質的單一材料復合在一起時將會形成新的界面而產(chǎn)生復合效應，使之出現(xiàn)新的性能�？梢�，第一部分內(nèi)容較完整的講述了材料結構如何影響其性能，對學生以后研發(fā)新材料具有啟發(fā)意義。在第二部分當中，我們根據(jù)外電場作用下自由移動的帶電粒子（載流子）的類型，講解了半導體、超導體、快離子導體等新型電功能材料，其載流子分別為空穴、電子和陰陽離子。根據(jù)矯頑力Hc的大小講述了永磁材料和軟磁材料。根據(jù)光的輻射方式以及光波和物質之間的折射/吸收效應，講解了因受激輻射引起光放大的激光，以折射作用傳導光波的光纖和對光起吸收作用的太陽能電池。根據(jù)形狀與能量轉換、機械能和電能轉換、熱能和電能轉換講述了形狀記憶合金、壓電和電致伸縮材料以及熱電材料。根據(jù)物質的催化作用講解了工業(yè)催化材料、光催化材料和電催化材料�？梢姡�通過第二部分內(nèi)容的講述能夠使學生全面了解各種功能材料的基本知識及其研究發(fā)展歷史，提高學生的創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實際的能力。

　　3結語

　　材料化學作為農(nóng)業(yè)院校材料化學專業(yè)的核心課程，其教學內(nèi)容應該立足于農(nóng)業(yè)院校的學科背景，側重于以材料的聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料，而不是簡單照搬其他綜合性大學和工科類院校的教材。本文通過對現(xiàn)行材料化學教材內(nèi)容的深入分析，認為農(nóng)業(yè)院校材料化學課程教學內(nèi)容應該圍繞材料結構與性能之間的關系，以及各類新型功能材料的基礎知識兩方面來編排。通過該課程的學習使學生了解材料的結構包括作用力、排列方式、尺寸大小和界面效應對材料性能有顯著影響，熟悉各類功能材料的基本理論，為其將來從事材料科學相關工作打下良好基礎。

　　參考文獻

　　[1]周蕓,楊柳.材料化學專業(yè)實踐改革初探——以重慶師范大學為例[J].生物化工,2017,3(4):60-62.

　　[2]禹新良.材料化學課程教學內(nèi)容的改革與優(yōu)化[J].廣東化工,2016,43(1):174-175.

　　[3]陳萬平.材料化學課程內(nèi)容與專業(yè)課程體系設置的探析[J].大學化學,2016,31(12):21-25.

　　[4]許新江,朱立剛.關于材料化學專業(yè)課程建設的幾點思考與實踐[J].廣州化工,2015,43(12):192-193.

　　[5]李明田,龔敏,金永中,等.應用型材料化學專業(yè)教學體系的建設[J].大學教育,2015(12):108-110.

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