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關鍵詞: 民族院校 《高分子材料進展》 教學方法
《高分子材料進展》課程是高分子材料專業的一門知識全面且內容豐富的專業限選課程。該課程以高分子物理、有機化學、聚合物材料研究方法、高分子化學、聚合物合成工藝等課程為基礎,涉及面極為廣泛[1]。課程總學時為32學時,參考教材為化學工業出版社出版的《高分子材料進展》,為研究生規劃教材,全書共分為5章,分別簡要地介紹高分子材料合成反應、高分子合成反應實施技術、多組分高分子材料、液晶高分子材料及功能高分子材料方面的研究進展。[2]考慮到《高分子材料進展》課程是高分子專業在大三的上學期開設,而且民族院校學生的專業基礎較為薄弱,課程學時短的特點,因此重點講解高分子材料領域中的發展重點和熱點。本課程的教學目的是幫助學生對異彩紛呈的高分子材料發展的熱點領域有一個相對完整的了解,達到開闊視野的目的。針對《高分子材料進展》課程涉及知識面廣、學生基礎差及對考查課不重視的特點,有必要在教學過程中不斷改進教學方法和考試模式,以期獲得較好的教學效果。[3]
一、本民族院校《高分子材料進展》課程的基本情況
針對我校民族學生基礎知識薄弱,而《高分子材料進展》課程“內容多、范圍廣、課時少”的特點,我們重點介紹高分子材料中發展迅速、發展前景廣闊的功能高分子材料,推薦的教材有《高分子材料進展》和《功能高分子材料》[4]等。該課程總學時為32學時,學分為2學分,課程類型為專業限選課,課程以高分子材料的合成方法進展、吸附分離功能高分子材料、高分子分離膜與膜分離技術、導電高分子、感光性高分子和醫用高分子材料等功能高分子材料的進展為重點學習內容,同時穿插一些國內外近幾年新發表的文獻和專利,以及國內相關會議等。本教學采用多媒體教學方式,采用課堂提問和討論等多種形式進行學習,期末通過考查的方式考核學生,采用寫論文與平時成績相結合的方法,平時成績包括上課出勤和課堂討論情況,論文成績與平時成績各占70%和30%。表1為《高分子材料進展》教學內容的設置及學時分配情況。
表1 《高分子材料進展》教學內容的設置及學時分配
二、強化基礎,突出重點
首先,《高分子材料進展》授課內容看似豐富多彩,千變萬化,但是萬變不離其宗,歸根到底都是由高分子專業的基礎知識衍生出來的,比如《高分子物理》、《高分子化學》中的經典理論和概念等。從另一個角度看這些材料的出現印證了基礎知識的重要性,它們的誕生是經得起檢驗的理論和概念的應用和發展的。因此通過介紹高分子材料的前沿進展,既使學生對異彩紛呈的高分子材料世界有一定寬度的了解,又從深度上加強學生對基礎知識的理解和掌握,使學生知道這些材料是如何得到的,自己又能通過什么途徑得到想要的材料。
其次,因為《高分子材料進展》這門課的每一章都是高分子材料領域中發展迅速、成果頗豐的較大分支,獨立出來都能獨立設課,而在本課程中必須在幾個課時內講完,所以在授課過程中,什么該講,什么略過,講的這些內容是否能激發學生的興趣,是該課程的一個教學難點,要求教師對這些前沿分支有全面而深入的理解,對它們所涉及的基礎知識熟練掌握,這對教師的專業知識和教學方法提出了更高要求。
三、調動學生的學習積極性,啟發式教學
《高分子材料進展》是學生在已經掌握高分子化學、高分子物理基礎知識的前提下進行的學習。內容除了基本概念之外,有很多設計路線、研究方法,可以引導學生運用已學知識進行思考。比如第3章吸附分離高分子材料和第4章高分子分離膜及膜分離技術中涉及自由體積和滲透壓的概念,這些都是《高分子物理》中學過的內容,通過回憶這些知識,使學生加深對這些基礎知識的理解,并對基礎知識的應用有一定的了解。其次,要注意生活中的實際例子或新聞報道中的最新科技進展中與所講述內容相關的部分,通過聯系生活實際,引出將要介紹的高分子材料。這樣既能讓學生認識到這類高分子材料的重要性,提高學習的積極性,又能讓學生了解到這類材料的最新的研究成果,提高對科學研究的興趣。如從全球都非常關注的環保問題出發,引出廢水和廢氣處理方面的高分子吸附材料或高分子膜材料,介紹這些高分子材料的設計路線和原理,讓學生從理論和實際相結合的角度深入理解所學的功能高分子知識。同時可以提出一些生活中材料的不足,讓學生發揮主觀能動性,提出解決這些材料不足之處的方法或設計新的功能高分子材料的想法。這樣,學生的學習興趣會大大提高,教學效果也會得到顯著增強。
另外,還要有效利用網絡資源,緊跟最新研究進展,適當補充新的教學內容。高分子材料進展課程是綜述高分子材料領域發展熱點的一門課程,所介紹的內容每隔一段時間可能都有新的研究成果誕生,我們應根據情況適當補充那些熱門和重要的研究成果到教學內容中。比如該課的學時少,可以在課程快結束的幾周時間重點介紹一些最新的前沿進展和相關會議,讓學生了解到高分子材料的發展趨勢,提高學生對高分子材料的興趣。互聯網資源豐富,內容更新快,是老師補充教學內容的最佳途徑。目前,利用網絡資源作為課堂教學的輔助手段,是學生喜聞樂見的形式。老師可以提供一些高分子專業的權威網頁,方便學生瀏覽查閱。同時,可以鼓勵學生在網上搜索最新的研究成果,再在課堂上以口頭報告的形式傳達給學生。這樣,既能讓學生對高分子材料進行全面的了解,又能讓學生主動地參與教學,達到較好的教學效果。
四、科研與教學相結合,以科研促進教學
把科研引入本科教學是培養大學生創新能力的重要措施,也是高等教育的顯著特點。在《高分子材料進展》課程本科教學過程中,正確有效地將教學與科研相結合,有利于提高教學效率,豐富教學內容,營造學術氛圍并提高創新能力,全面提高教學質量。教師在課堂教學中可以介紹自己的科研成果,介紹本專業課題組正在研究探索的科研項目,引導學生參觀實驗室和課題組,鼓勵學生積極參與到教師的科研中。例如,作者介紹自己碩士和博士期間所從事的科學研究,以及科研小組的一些趣聞趣事,激發學生的學習熱情和學習興趣。
總之,在高分子材料進展課程的教學過程中,教師首先應進行教材分析和學情分析,再采用比較適合的教學方法,在知識和技能的傳授中針對民族學生基礎差的弱點,采取強化基礎、突出重點的教學方式,了解學生的情感態度與價值觀,做到教學方法靈活多樣,教學內容及時更新,這樣才能調動學生的學習積極性和主動性。教師還應繼續努力提高業務能力,理論聯系實際,使學生在這門課程的學習中得到切實的收獲。
參考文獻:
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[2]張留成,閆衛東,王家喜.高分子材料進展[M].北京:化學工業出版社,2005.
關鍵詞: 建筑工程技術專業 建筑材料 精品課程建設
建筑材料是各項基本建設的重要物質基礎,在土建工程中,正確合理地使用建筑材料,不僅對于降低工程造價、提高工程經濟效益有重要作用,而且對建筑物的安全性、適用性、美觀性和耐久性有重要意義。《建筑材料》被評為院級精品課程后,對該課程在實訓條件的改善、師資隊伍的建設、教學內容的優化、教學方法和教學手段的改革等方面進行了持續不斷的建設,使該課程具有創新特色,教育教學改革取得了一定成績,主要體現在以下方面。
一、進一步明確《建筑材料》課程在專業培養目標中的定位與課程目標
課程的任務是使學生具有建筑材料的基本知識,掌握和了解常用建筑材料的性能和使用,為學習后續專業課程打好基礎。
專業培養目標要求培養學生科學的思維方法及分析解決問題的能力;培養學生科學的工作態度和嚴謹的工作作風,并具有環保意識和創新精神;培養學生從事工程材料的質量檢驗能力及材料試驗能力;工程技術及管理人員應具備職業道德、敬業精神。
課程目標要求學生正確、合理地選擇和使用常用建筑材料;具有依據相應技術質量標準,對常用建筑材料進行檢測、驗收的能力;具有對新材料進行再學習的能力。
二、確定建設目標
1.實行以老帶新的導師制方式培養青年教師,進一步優化隊伍結構,青年教師每年到企業頂崗鍛煉不少于1個月,打造雙師型教學團隊。
2.校企合作,優選教材,創建課程特色。
3.具有不斷創新的教學方法和教學手段。
4.加強建筑材料實訓室建設,創造良好的實訓條件和先進的管理制度。
5.以工學結合作為教學改革的主要切入點,學校與行業企業緊密結合,開展技術服務培訓工作。
三、主要成果及其推廣價值
1.師資建設方面。在申請為院級精品課程后在學歷學位、職稱、骨干教師、雙師型教師等方面不斷取得提升,培養專業帶頭人2人和骨干教師2人。
2.校企合作,優選教材,創建課程特色。本課程優選高職高專規劃教材,課程組與企業專家共同制定了《建筑材料理論教學大綱》、《建筑材料實訓教學大綱》、《建筑材料實訓室實訓操作規程》、《建筑材料實訓技能標準》、《建筑材料實訓室儀器設備操作規程》等教學文件用于指導教學。
課程教學過程融“教、學、做”為一體,就教學場所而言,努力做到教室、實訓室相結合。
轉變傳統的學生成績考試方法,考核學生除筆試外,在部分課程中增加口試、答辯、現場測試、現場操作等多種考核形式,實現理論考試和實訓操作考核相結合,著重考核學生的應用能力和分析能力,促進學生職業素質的全面發展。
3.具有不斷創新的教學方法和教學手段。整個教學體系貫穿實踐能力的培養,根據專業特點和崗位需求,有側重地采取適宜的教學形式,有針對性地采取工學交替、學做結合的教學形式。
在教學活動中既發揮教師的主導作用又體現學生的主體作用,在教學設計中教師由場上的主演改變為場外的指導,主演改由學生擔當,實踐教學中讓學生扮演施工員、監理員、材料員、質檢員,教師只是啟發和引導。整個教學過程從傳統教學注重“教法”轉為注重“學法”,注重讓學生“學會學習”。
積極引入多媒體教學手段和網絡教學等現代化教學手段,通過工程圖片、PPT、視頻等方式將工程實體及施工過程展現出來,真正將材料操作工藝流程再現于課堂,將課堂教學與實踐教學融為一體。
4.加強了與企業的合作,有針對性地為企業培養人才。
5.促進了實訓室建設,具有良好的實訓條件。為滿足建材實訓的需要,學校系統加強了建材實訓室建設,近年來學校投資建材實訓設備總價值30余萬元。示范項目的建設,進一步優化和擴充了設備,為本課程的進一步建設提供了有力的硬件保障措施。
6.經過企業調研完善了實訓室制度、實訓室規程。
7.在企業指導下制定了實訓指導書、實訓技能標準。
8.通過多年來的課程建設,學生對教學質量評價好。
9.長期與市建設崗培中心、區勞動局合作,對學生及行業工人開展技能培訓及崗位培訓。
四、促進網絡教學資源和硬件環境建設
高速的校園網絡為本課程今后實現課程網絡教學提供了師生交流平臺。教師在學習和運用教育技術過程中營造交互的學習氛圍和開放的學習環境,有效擴展教學空間,提高教學效率和質量。
關鍵詞:“材料科學基礎”;課程教學;改革
材料物理與化學是材料科學與工程的二級學科,“材料科學基礎”這門課程是連接基礎課與專業課的橋梁。學生在學習過程中普遍反映概念多、抽象、學習起來困難。對相關專業的學生來說,學好這門課程意義重大,筆者對這門課程的改革作以下探討:
一、精簡課程內容,保留課程精華
“材料科學基礎”內容繁多,在保證達到教學目標,保證教學質量的前提下,結合教學中的實際情況對該課程內容進行有目的的刪除和保留,使學生明確學習重點。
1.突出課程重點,讓學生學有所得
“材料科學基礎”涉及材料的組成、性質及結構等方面的問題,對材料及材料的使用性能進行了探討。“材料科學基礎”中公認的重要知識點有:晶體的結構、位錯、晶界、相及相的組成、組織特點、合金元素的作用及熱處理等,這些知識點環環相扣,內容繁多且對學生的理解能力要求較高。教師在課堂教學中應當注意與實際生活相聯系,運用生活中的物品、材料進行講解,加深學生對知識點的理解。
2.聯系學科進展,增添學生的學習興趣
當前我國載人航天及新功能復合材料領域與“材料科學基礎”的內容息息相關,學生對新事物往往有著好奇的心理,在授課時穿插一些建立在本課程知識基礎之上的科技前沿動態,通過新材料具體性能的介紹調動學生學習的積極性。例如:在講授晶粒的概念時,可以將納米技術的應用及進展介紹給學生聽,展現納米材料獨特物理化學性質,來吸引學生。
3.溫故而知新,讓學生所學的知識成為一個體系
科學編排“材料科學基礎”課程內容,教授新內容時,帶領學生復習上節課的學習內容,通過合理的教學安排使每節課的授課內容具有承前啟后的作用。學生學習新內容就不再感到突兀和陌生,有助于學生對整個課本知識的融會貫通,提高他們利用所學知識分析和解決問題的能力。
二、教學手段的改革
1.角色互換教學
傳統教學手法一般以教師為中心,教師的說教,學生只能被動聽課,容易造成學生聽課不在狀態,甚至酣然入睡的情況發生。為了避免這種情況發生,有必要將重心從老師轉移到學生身上,開展學生之間,學生和老師之間的互動。比如嘗試讓學生去講課,老師點評的辦法來提高學生的參與度。
2.多媒體教學
多媒體作為輔助教學的手段,能否利用好多媒體達到教學事半功倍的效果,關鍵在于老師的運用。多媒體教學應用較廣泛,但真正達到教學預期的目標比較困難。結合筆者經驗,在使用多媒體教學前,要做好所講內容的圖片,比如講授晶體時,就需要老師收集各方面資料,制作好晶體模型,以便學生可以對晶體結構有直觀認識。
三、對課程實驗的改革
要學好“材料科學基礎”,就需要理論與實驗結合,用理論來指導實驗,用實驗結果來驗證理論。一般來說,本課程傳統實驗主要安排有:鐵碳合金的平衡組織觀察、鋼的熱處理和硬度實驗、鋼熱處理后的顯微組織觀察和其他材料的顯微組織觀察等實驗項目。這些實驗多為驗證性的,不利于學生實驗創新能力的提高。我們可以對傳統的實驗項目進行變革,合理整合相關實驗,引進對學生創新能力要求較高的實驗來達到提高教學質量的目的。例如:我們可以將原本是幾個獨立實驗的鋼的熱處理和硬度實驗、鋼熱處理后的顯微組織等實驗合并起來,既避免了實驗耗時太長的缺點,又加強了學生對材料科學基礎重要知識點的理解。
支持學生對教學重點內容開發新的實驗,嘗試設計實驗方案,鼓勵學生運用實驗室的器材進行驗證,并對實驗結果進行分析。教師只要對學生的實驗步驟或目的提出合理化建議,有利于學生動手能力的培養,有利于學生自主創新能力的提高。實驗項目的確定,可以通過交流探討,發揚民主,結合課程、當地實際與學生興趣來進行選擇。
對“材料科學基礎”進行教學改革,要綜合考慮各方面因素,抓住學生的興趣,通過對教學課程的合理設置,教學方法的提高及實驗內容的創新來達到預期改革目標。筆者結合教學經驗對“材料科學基礎”課程的教學改革及探索作了簡單分析,還望廣大同仁進行批評指正。
關鍵詞 材料科學前沿 教學目標 課程論文
中圖分類號:G71 文獻標識碼:A
《材料科學前沿》課程是材料科學與工程專業的一門專業課。課程的目標是要求學生了解材料科學研究前沿新動態,新材料的合成與制備方法和技術以及新材料的研發對現代材料市場可能產生的影響。課程主要向學生介紹近幾年內材料學科的熱門研究方向,介紹新材料的物理化學特征及新材料產業與材料科學前沿之間相互依賴關系與發展規律,學生通過該課程的學習能了解新材料的研究領域及相關的新材料表征技術。通過近幾年來對該課程的實踐教學,筆者主要闡述學習該課程的重要性,通過實例教學來擴展學生的知識面,從而提高教學質量和教學效果,教學過程中注重培養學生創新意識和能力,探索如何讓學生全面了解材料科學前沿領域為目標的課程教學新模式,同時就如何進行課堂討論和課程論文設計等方面進行了改革,并在教學內容、教學方法、教學手段及考核方式等方面進行了有益的探索和實踐。
1以材料研究前沿動態為指引,拓展教學內容
本課程是針對理工科學生開設的,其內容可分為前沿動態和新技術發展兩個部分。課程基于ESI數據庫中多個研究前沿,根據材料學科的特點,甄選出了2014-2015年排名前10的熱點研究前沿和5個新興研究方向,涉及材料科學及材料結構表征領域。
在前沿動態教學方面,主要學習材料學科前沿動態和國內外最新報道的新材料制備技術和實驗研究方法。在新技術發展方面,主要集中在現代高新產業中正在實施產業化的新材料制備技術以及新材料研發過程中采用的先進工藝和方法。這兩部分涉及知識范圍較廣,因此課程教學過程中注重新知識和新理論的系統化,需要不斷更新國內外的發展動態,注重先新實驗技術的介紹,以知名科學家及其科研團隊的最新研究結果來增強教學內容的廣度和深度,為培養學生的創新能力提高保障。課程中對于實驗原理和設備的教學內容應該與最新設備和最新技術相一致,因此在教學過程中向學生提供如Nature和Science等專業期刊網站的鏈接,拓寬學生的專業視野。
2引導學生探索材料研發新領域,培養創新思維
當前課程教學面臨的主要問題在于學生對新技術和新方法缺乏重視和認可,結果造成教學的低效率。因此在教學過程中,要注重培養學生創新學習的意識,逐步提高學生的學習興趣,使學生主動在課后有興趣去網絡搜索課堂介紹的新材料和新技術。科學興趣的培養是學生能夠在該課程有所收獲的基本前提,所以在教學中必須從科研實例引出技術問題,從技術問題引出科學概念,由科學概念引出解決問題的方法,讓學生能夠充分理解、思考所學的內容。課程基于材料科學研究前沿的分析為學生提供了獨特的視角去洞悉科學研究是如何展開的,揭示了不同研究者因探究科學問題產生的關聯性。
課程中關于新技術的介紹一般理解起來比較抽象,在教學中時必須注重從現實生活中的直觀現象入手,解釋抽象的概念。教學計劃總學時主要分為兩部分,第一部分內容涉及有材料科學進展和前沿動態;第二部分內容涉及有先進納米材料、先進能源材料和先進材料制備技術的應用。在實踐教學過程中,要從以下三個方面對教學內容進行選擇和側重:
(1)化學與材料科學研究前沿。由于本課程中化學與材料科學研究前沿所涉及的化學概念較多,因此學生必須對材料化學等前驅課程進行回顧。這部分章節側重于選擇鈉離子電池電極材料、功能性金屬有機骨架化合物、銠催化的碳氫鍵活化反應、基于石墨烯的光催化、石墨烯量子點的合成與應用等前沿內容。
(2)物理與材料科學研究前沿。由于本課程中物理與材料科學研究前沿所涉及的物理概念較多,因此學生必須對材料物理等前驅課程進行回顧。這部分章節側重于選擇硅烯的生長與特性、堿金屬摻雜鐵硒超導體、高能量轉換效率聚合物太陽能電池、鐵基高溫超導等前沿內容。
(3)在材料結構表征新技術方面,為了增強學生對材料表征技術課程內容的理解,將AFM、XPS、FESEM、HAADF、STEM、CEPC和SPPC等材料性能現代檢測方法與課程內容有機地結合起來。
3立足金屬材料專業特色,促進教學改革
該課程主要教學對象是參與金屬材料研究課題的學生,根據金屬材料專業的特點,課程應當使學生系統了解金屬材料研究的概況、最新研究成果和未來發展方向,掌握先進金屬材料的主要用途和未來應用發展趨勢;通過課堂講授和課堂討論,培養學生的材料科學素養、綜合素質和綜合能力。該課程要充分考慮作為鋼鐵材料的組織控制專業人才所需要的基本理論知識和所應具有的基本工作能力,所以教學內容必須體現金屬材料專業的特色。
關鍵詞:航空航天材料;專業英語;教學;改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)40-0092-02
航空航天材料是指飛行器及其動力裝置、附件、儀表所用的各類材料,是航空航天工程技術發展的決定性因素之一,也是材料科學中富有開拓性的一個分支。飛行器及其裝置的設計,不斷地向材料工程提出新的課題,推動了航空航天材料科學的進步。各種先進材料的出現也為飛行器及其裝置的設計提供更多的可設計性,極大地促進了航空航天技術的發展。因此,先進航空航天材料的開發、研究與應用反映了一個國家的工業水平與航空航天技術,關系到一個國家的綜合實力與國際影響力。因此,各國都把先進材料的研究和開發放在重要地位。盡管我國近年來在航空航天材料的研發方面取得了巨大進展,但仍然與發達國家存在較大的差距。因此,需要不斷學習和引進國外的先進技術和經驗。而國外相關資料都是英文出版,這就需要航空航天材料方向的學生具有較高的材料科學與工程專業英語的聽、說、讀、寫能力,以完成獲取專業所需信息等任務。
材料科學與工程專業英語是一門語言應用與材料專業知識緊密結合的課程。它不但涉及英語科技文體的語法特征和材料專業技術文獻的語言特點,而且涉及一定的專業技術內容及科技信息交流。課程目標是培養學生具有較強的專業文獻的閱讀能力,進一步提高學生的聽、說、寫、譯能力,使學生能夠熟練應用英語交流、獲取知識。同時促進學生掌握良好的語言學習方法,提高文化素養,以適應社會發展和航空航天技術進步的需要。課程的教學目標是:掌握一定量的與材料科學與工程專業有關的常用單詞和常用詞組,并掌握一定的構詞法知識,具有識別生詞的能力,能順利閱讀專業相關的英文原版教科書、參考書及專業論文。但現行的教學模式在教學管理與培養方式中存在許多問題亟待解決,目前也沒有針對航空航天方向的材料科學與工程專業英語教材。因此,迫切需要完善教學內容,優化教學方式,改編教材,以全面提高材料科學與工程專業英語的教學質量。
一、改編現有專業教材,擴展學生專業視野
瀏覽現有大部分的《材料科學與工程專業英語》教材可發現,內容基本是《材料科學概論》或《材料科學基礎》的英文版本的改編,實際是英文版的專業教材,不具專業英語教材特點。而且教材內容的更新速度慢,與國際上材料科學的快速發展不相適應,學生閱讀起來單調、枯燥。因此,在現有教材的基礎上,急需編寫新版實用性教材。新版教材需兼顧英語的語法特點和材料專業技術知識,既強調專業基礎理論知識又涵蓋國際研究前沿趨勢。
從提高學生的聽、說、讀、寫及翻譯的綜合能力著手,按照從難到易的教材內容順序,突出航空航天行業背景及新技術特點,完成《材料科學與工程專業外語》教材的設計與撰寫。從教材章節編排上,按照先介紹語言知識后介紹材料專業的順序布局。可以在開始的章節介紹科技英語的構詞、語法的特點以及專業學術文章的撰寫規則。隨后的幾個章節,簡單介紹材料的基礎理論知識,學生可以結合以前學習的材料專業知識進行這部分的學習。目的是給學生介紹英文專業詞匯,讓學生逐漸熟悉專業英語的閱讀。隨后,在材料學的專業知識內容上,結合專業基礎課程,著重介紹和航空航天技術緊密相關的材料研究內容,例如飛機結構復合材料、高溫材料、隱身材料、非晶材料、太陽能材料等。同時,為了進一步提高學生閱讀和理解專業文獻資料的能力,提高學生從專業文獻中獲取重要信息和跟蹤學術研究前沿的能力,教材還可以向學生介紹利用互聯網站和相關的學術期刊網站獲取最新專業文獻的方法。并且,從材料專業高質量的國際期刊上精心選取一些難度適中的綜述性和研究型的論文作為課堂教學內容。由于這些論文內容新穎且緊密跟蹤本領域的研究前沿,學生也易于接受。這樣,既提高了教學效果,也使學生對專業英語的重要性有了更深地認識和理解。
二、豐富課堂教學內容,夯實學生基本功
調研各高校材料專業的本科生教學計劃,發現專業英語課程設置在第七至第八學期,大四學生對英語學習逐漸變得陌生,如果直接面對專業英語的學習,勢必會造成學生學習的困難。因此,教師除了教授教材的內容外,可以適當拓展相關內容的英語學習,提高學生的學習興趣。
從知識結構設置上,可以根據學生畢業后學習、就業及工作的實際需要,突出對學生專業英語實際應用能力的培養和訓練。為了突出實際應用能力培養及常用交流,可按照先讀后寫,先聽后說的思路,來對學生進行專業英語實際應用能力的訓練。通過由學習模仿到實際應用的教學模式,重點培養撰寫英文摘要、寫推薦信、求職信、會議常用發言以及模擬求職對話等能力。除此而外,還可以就學生即將面臨的畢業設計論文撰寫,展開介紹和講評。“學以致用”,而實際應用是學生學習的動力。學生一旦體會到能從專業外語的學習中獲益,便會提高學習的積極性,促進專業英語的教學。
為了增加教學內容的趣味性,在實際教學過程中增加一些與課文內容相關的最新外文視頻。材料科學與工程是一個大專業,其中又有金屬材料、高分子材料及陶瓷材料等二級專業,因此除了完成教材的教學內容外,還應針對不同專業分門別類地介紹材料的最新的實際應用。介紹時,可以從互聯網上搜索最新的文字資料,也可以搜索最新的視頻資料,其中視頻資料更生動,因此受到學生們的歡迎。比如在講解金屬材料和復合材料時,可以給學生播放波音、空客等制造飛機發動機及機身結構的最新技術視頻。還可以通過播放如太陽能電池、風力發電技術及3D打印技術等視頻,加深學生對陶瓷材料、功能材料及復合材料在新能源及新技術領域的應用認識。因此,通過利用多媒體技術的視頻資料,不但可以提高學生的英語聽力,擴充學生的詞匯量,還可以使學生在輕松的學習氛圍中了解相關技術的應用前沿,深化在學生對航空航天材料科學與工程的認識。
三、改革課堂教學方法,提高課堂教學質量
材料專業英語是一種正規的書面體,專業詞匯多詞形復雜、句子長,且與專業知識結合緊密,相對于基礎英語來說,缺少文學作品中的韻律、節奏感,讀起來抽象、枯燥,造成教師講授、學生學習的興趣不高。如果采用傳統的專業課程的講課為主的教學方法,勢必不能有良好的教學效果。因此,應該結合英語課堂教學和專業課的教學特點,采取多元化的教學方法,對學生進行課堂教學。
可以采取英語課堂的教學,讓學生隨堂朗讀教材內容,學生在讀的過程中,既熟悉了教材內容,又對英語的“說”有提高。隨后,對學生進行分組,討論分析教材內容,或者也可以提出一個小話題,學生可進行問題的分析并提出解決方案。這樣,既提高了學生的英語口語技能,也加強了學生分析專業問題的能力。課后布置適量的課后翻譯作業,可以是對教材內容的翻譯也可以是對課堂增補內容的翻譯,通過英漢互譯的環節,鞏固課堂教學內容。在課程結束前,還可以穿插學生就自己的畢業設計方向,做一個簡短的英文講座,既可以對課堂教學效果進行測試,也可以提高同學們的口頭表達能力,增加同學們英語交流的信心。
在進行課堂教學的時候,如前所述,可以圍繞課堂教學時的內容,充分利用互聯網技術,為學生補充國際上航空航天材料的最新研究成果和先進的應用實例,可以是文字資料也可以是視頻文件的學習。進行文字資料的學習時,可以采用先朗讀后分析、翻譯的方法,逐步分解。進行視頻資料的學習時,教師應提前將語音資料轉換成文本資料,課堂上可以進行邊視聽邊進行講解,讓學生在愉快的氛圍中進行學習,進而達到良好的課堂效果。
四、結語
我國航空航天技術的發展對航空航天材料的研究提出更高要求。航空航天材料的研究人員必須及時關注國際發展,密切和國外學術交流,才能保障材料領域的不斷進步,這就對科技人員的專業英語要求也不斷提高。因此,通過對航空航天材料專業英語教材、課堂教學內容與方法的改革與優化,來全面培養學生的讀、聽、說、寫、譯的綜合能力,增強學生的國際競爭力,為航空航天材料技術領域輸送優秀人才。
參考文獻:
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關鍵詞:航空材料 教學內容 教學深度
中圖分類號:G642.4 文獻標識碼:C DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2014.05.030
1 引言
在現代材料科學與技術的發展歷程中,航空材料一直扮演著先導和基礎作用,機體材料的進步不僅推動飛行器本身的發展,而且帶動了地面交通工具及空間飛行器的進步,發動機材料的發展則推動著動力產業和能源行業的推陳出新。“一代材料,一代飛行器”是航空工業發展的生動寫照,也是航空材料帶動相關領域發展的真實描述。可以說,航空材料反映結構材料發展的前沿,航空材料代表了一個國家結構材料技術的最高水平。近年來,各個航空類院校針對材料專業、機務維修專業、航空工程等專業紛紛開設航空材料課程,也出現了很多航空材料方面的教材,比如,哈爾濱工業大學出版社出版的《航空材料學》,國防工業出版社出版的《航空航天材料》,《航空工程材料》,西北大學出版的《航空材料及應用》。這些教材內容各有特點,有的是偏重于材料的基礎知識,而真正關于航空用材的內容一帶而過,有的是偏重于介紹航空材料的性能及研究進展,系統性不足。由于不同專業的培養目標不同,材料方面的基礎知識掌握情況不同,航空材料課程內容必須具有針對性,不能搞一刀切,針對不同專業,課程定位和教學內容都應各有側重。不應拘泥于某一本教材,要對教學內容進行針對不同專業的整合。
2 材料專業的航空材料課程內容
材料類專業一般從大學二年級就開設了材料科學基礎,以后又陸續開設材料力學性能、材料物理性能、材料時效分析、功能材料、工程材料、材料加工成型原理與工藝等課程,通過這些課程的學習,學生已經很系統的掌握了材料的結構、性能、加工、使用性能之間的關系。所以航空材料課程的定位應該是專業課。從教學內容上,要舍棄材料科學基礎的內容,舍棄大量基本原理、基本概念和方法,舍棄工程材料中重點講述的一般鋼鐵材料的內容,重點講述基礎課程中所沒有涉及的輕合金及高強鋼、高溫鈦合金、鎳基高溫合金、金屬間化合物、復合材料、航空用功能材料。介紹航空用材的發展趨勢及科研走向,性能提高的主要障礙及克服的方法。不僅使學生對現有航空材料有所了解,同時激發學生對航空材料做進一步研究的興趣。課程內容可做如下整合。
2.1 航空用結構材料
課程內容應以航空結構材料為主,重點講授機體及發動機用結構材料。課程安排如下。
2.1.1 輕合金及超高強度鋼
輕合金和超高強度鋼都是航空飛行器的主要結構材料,其主要特點是比強度高、綜合性能好。鋁合金是應用最早的航空材料,具有密度小、塑性好、耐腐蝕、易加工、價格低等特點,至今仍被大量用于制造飛機機體材料。鈦合金比強度高、熱強性好,它的發展一開始就與在航空工業中的應用聯系在一起,目前越來越多地被用于制造飛機機體和發動機的壓氣機等部位,在航空工業中占有越來越重要的地位。鎂合金比鋁合金和鈦合金的密度更低,近年來由于其耐腐蝕性等問題得到一定程度的改進,使其在航空中的應用有上升趨勢。超高強度鋼主要用于制造飛機機體的重要承力件,在飛機用材中占有一定比例。
2.1.2 高溫金屬結構材料
高推重比、低油耗率發動機的關鍵是高溫結構材料。發動機材料服役的基本環境特點是:高溫,高載荷,高氧化腐蝕,高性能重量比,高可靠性與長壽命。針對服役的特點,選擇材料出發點為:可承受的最高溫度,高溫比強度與比壽命,高溫抗氧化能力,韌性,導熱性,加工性。鎳基高溫合金由于具有最佳的綜合性能一直是航空發動機渦輪和葉片材料的主要用材,各種新的加工方法的使用都是為了近一步提高它的性能,比如,定向凝固技術、單晶鑄造、定向共晶自生技術、合金提純等。隨著渦輪前溫度的不斷提高,替代材料也成為研究的重點,在對比了陶瓷材料和金屬間化合物六點性能之后,金屬間化合物及以它為基的復合材料因為具有更高的耐熱性和一定的塑性成為非常有前景的高溫金屬結構材料。
2.1.3 現代復合材料
復合材料是由兩個或兩個以上獨立的物理相組成的一類固體產物。現在人們可以更能動地選擇不同的增強材料和基體進行合理的性能設計,再采用多種特殊的工藝使其復合或交叉結合,從而制造出高于原先單一材料的性能或開發出單一材料所不具備的性質和使用性能,比如現代復合材料有高的比強度和比剛度,成為現代飛行器首選的結構材料之一。復合材料在飛機中的用量不斷提高,在最新的波音787和空客380中的用量已經分別達到了30%和60%,作為結構材料最有前景的當屬金屬基或金屬間化合物基復合材料和陶瓷基復合材料。
2.2 航空用功能材料
航空用功能材料主要指飛機機載設備用材,包括飛行保障設備、輔助動力裝置設備、電子設備和武器設備四大類。機載設備用材的關鍵材料主要是各種微電子、光電子、傳感器等光、聲、磁、熱的高功能及多功能材料。重點發展高靈敏度紅外探測材料、高透過率紅外罩材料、電致伸縮和磁致伸縮陶瓷材料、雙脈沖點火發動機艙隔板材料、激光倍頻材料、高強度激光材料、雙模制導頭罩材料、零膨脹微晶玻璃材料和極高反射率鍍膜材料等。
3 非材料專業的航空材料課程內容
機務維修、航空工程等專業的沒有系統學習材料類知識,對大量材料科學與工藝相關概念、術語等難以理解,針對這些專業的航空材料課程首先要對材料科學與工程的基礎知識、基本概念和原理進行簡要的介紹。
3.1 材料科學與工程基礎知識部分
國際石墨烯研究徘徊經年的沉悶局面終于被打破了。北京航空材料研究院的一組年輕科研人員在國際石墨烯研究領域首創“烯合金”材料,這一具有里程碑意義的重大自主創新,不但發明了一類具有優異性能的新型高端合金材料,也使我國成為石墨烯這一材料科學前沿基礎和應用研究的領跑者。“烯合金”這一合金材料嶄新名詞從此載入世界材料科技發展的史冊。5月上旬,記者在北京航空材料研究院見證了烯合金的誕生。
石墨烯納米片是由sp2雜化碳原子組成的單原子層厚度的二維材料,其展現出一系列不同尋常的物理性能。2004年Novoselov等利用膠帶剝離法制備出石墨烯納米片樣品,并對其微觀組織結構和物理學性能進行了表征。石墨烯是迄今為止實驗發現的最堅韌,導電和導熱最好的材料。石墨烯納米片因其特殊的二維結構,引起了物理、化學和材料學界研究者的的極大興趣。為盡快使石墨烯達到工程應用狀態,歐盟在2012年啟動石墨烯旗艦技術項目,美國也大力投入,并且在石墨烯作為超強電容器等應用研究已取得了某些突破性進展。石墨烯是理想的復合材料納米填料。由于石墨烯具有高強度,如何利用其來提高復合材料的強度成為研究熱點。目前已有關于石墨烯納米片增強高分子聚合物和陶瓷材料的報道。北京航空材料研究院的年輕科研人員勇于標新立異,他們采用球磨和粉末冶金方法成功制備出石墨烯增強鋁基納米復合材料(命名為“鋁基烯合金”),在世界上首次發現石墨烯納米片在保持材料良好塑性的同時,顯著提高了其強度。他們利用OM,SEM和TEM對鋁基烯合金微觀組織結構進行表征,并測試其拉伸性能。結果表明:石墨烯納米片均勻分布在鋁合金基體中,與基體形成良好的結合界面,且石墨烯納米片與鋁合金基體未發生化學反應,并保留了原始的納米片結構;鋁基烯合金中石墨烯納米片含量為0.3%(質量分數,下同)時,鋁基烯合金的屈服強度和抗拉強度分別達到322MPa和455MPa,較未添加石墨烯納米片的合金分別提高58%和25%,且合金的伸長率沒有降低。
烯合金的研制成功,宣告一代新型具有特殊優異性能的系列材料橫空出世,填補了世界材料科學領域的空白,進而將這門學科推向全新的領域。目前,北京航空材料研究院的年輕科研人員正對石墨烯研究的更多未知領域進行進一步探索,對石墨烯納米片增強增韌行為的深入研究正在后繼工作中展開。
產學研聯合開展阻燃技術研究
東莞市柏百順石油化工有限公司(簡稱“柏百順公司”)成立于1996年。公司成立初期以有機化工溶劑經營為主,自2002年起,公司銷售業績就邁上了新臺階。隨著公司的不斷發展和行業競爭的加強,柏百順公司逐漸意識到只有發展自主產業和多元化經營、提高總體競爭力,企業才能做大做強,于是公司開始積極進行產學研合作,尋找途徑向高新技術企業發展。
北京理工大學材料科學與工程學院阻燃材料研究國家專業實驗室(簡稱“阻燃實驗室”)是我國唯一的阻燃材料研究專業實驗室。實驗室現有專兼職人員10人,包括教授5人、副教授3人、講師2人,其中國家級突出貢獻中青年科學家2人;現任主任為楊榮杰教授,學術委員會主任為才鴻年院士。實驗室在國家“211工程”與“985工程”項目的支持下,正在建設成為專門從事阻燃材料研究與開發、阻燃技術與材料進展學術交流、阻燃材料領域高層次人才培養、阻燃材料檢測及技術咨詢的基地。
高分子材料的制造與加工是東莞市支柱產業之一。隨著社會的進步與發展,這一行業迫切需要開發出具有自主知識產權的、高附加值的、更加安全和環保的產品,改變傳統的高投入、高消耗、高污染、低效益的發展模式。目前,東莞地區阻燃行業存在自主創新能力不足、核心技術缺失、競爭層次較低以及利潤水平不高的問題。在此情境下,柏百順公司以中國阻燃行業領軍人為目標,立足東莞、迅速開展阻燃技術的研發與產業化工作。自2004年開始,柏百順公司與北京理工大學阻燃實驗室展開了深入、廣泛的合作,并成為中國阻燃學會常務理事單位。通過與北京理工大學建立密切而良好的合作關系,企業的創新需求得到了高校的高新科技成果和人才等方面的大力支持。幾年來陸續有項目開發成功,其中“高效阻燃劑FR245”等項目已成功投產。
“高效阻燃劑FR245”的研發與產業化
當今市場所主要應用的溴系阻燃劑雖然具有極其優異的阻燃特性和性價比,但通常溴系阻燃劑阻燃制品在燃燒過程別容易產生刺激性煙霧,同時這類阻燃劑的某些品種在降解過程中產生的有毒致癌物質如Dioxin(二英),或者其不完全反應產物如多溴聯苯和多溴聯苯醚等,對人類健康和環境存在著極大的隱患。
環保型阻燃劑三一(三溴苯氧基)-三嗪作為十溴二苯醚和十溴二苯乙烷的替代阻燃添加劑,具有阻燃效率高、加工性能好、耐光和耐候性能優異等特點,現已為國內各大型改性阻燃制品供應商認可,但大多數產品需要進口,國內產品在質量上尚不能滿足要求,而進口產品價格昂貴,制約了該阻燃材料的應用以及相關行業的發展。為此,有必要進行該阻燃制品的大規模工業化生產工藝研究。
“高效阻燃劑FR245”項目的具體內容為開發出一種制備三一(三溴苯氧基)-三嗪的高效工藝并實施工業化生產,采用三溴苯酚與三聚氯氰為原料,在催化劑作用下,在溶劑內合成三一(三溴苯氧基)-三嗪阻燃劑。該工藝需要解決的關鍵技術有三點:(1)實驗室有機溶劑的選擇與處理工藝;(2)催化劑去除與脫色工藝;(3)萬噸級反應釜的溫控工藝。
項目要求達到的總體目標是:三一(三溴苯氧基)-三嗪生產工藝可實現工業級的規模,產率大于98.5%,純度大于99%。該工藝與現有工藝相比,產率與純度明顯提高(原產率90%),且生產廢水中無有害物質,符合國家化工綠色生產、循環經濟的要求。
在明確目標和認識到技術關鍵的前提下,產學研攻關團隊制定了詳細的開發計劃,提出了多種可行的方案,逐一進行試驗,直到優選出最佳工藝參數為止。為保障項目按照預期計劃開發成功,公司在人員配置、設備引進、實驗設施改進等多個方面做出了合理安排,最終使項目按期完成,已于2008年6月底成功投產。目前已建成年產2000噸的生產線一條,計劃兩年內實現年產1萬噸。
產學研攜手共建阻燃技術研究院
2007年6月。東莞市樟木頭鎮政府、東莞市柏百順石油化工有限公司和北京理工大學材料科學與工程學院三方簽署協議,共建“北京理工大學材料科學與工程學院樟木頭研發基地”。基地占地16萬平方米,計劃投資1.5億元,主要從事高分子材料用阻燃劑的開發和生產。
為了深化雙方的合作、更好地服務地方經濟,目前。東莞市柏百順石油化工有限公司正在與北京理工大學阻燃實驗室共同組建東莞市柏百順阻燃技術研究院。該研究院將作為一個行業性公共技術創新平臺為東莞乃至廣東省的阻燃行業提供服務,計劃總投資約1億元,三年時間完成基本設施和人才隊伍建設。目前,該研究院已經試運行1年,并于2008年11月份正式獲得東莞市政府批準成立。
產學研合作培養高層次創新人才
化學工程與材料學科相互支撐發展的這種態勢導致了新興交叉學科——“材料化學工程”的誕生。它是將傳統化學工程與材料學科交叉融合,以化學工程為基礎和手段,面向生物材料、高分子材料和無機材料制備及應用的一個新興學科。它既是化學工程學科內涵的拓展和應用領域的外延,也是學科間的交叉滲透,符合當今社會的需求和學科發展的必然規律。材料化學工程學科的內涵主要表現在兩個方面:一是應用化學工程的理論與方法對材料生產與加工過程進行系統的研究,其目的在于在材料高性能化的同時,最大限度地降低材料生產對于資源、能源的消耗和環境污染,實現材料制備的高質量、低成本、環境友好和可循環再生利用;二是利用新材料,如新型催化材料、分離材料等發展新型高效的化工技術與理論,形成新的流程工藝和集成技術。
2材料化學工程二級學科發展現狀
近十年來,材料化學工程學科作為化學工程和材料科學與工程領域的新增長點,發展迅速。目前,國內外一些大學的化工學院或材料學院均出現了材料化工的研究領域,有的大學(如大連理工大學化工學院)甚至出現了專門的“材料化工”系等人才培養和科研機構。材料化工的交叉研究已經展示出了良好的發展前景,近年來我國在該領域取得了包括國家技術發明一等獎在內的一系列重大研究成果。2005年7月,南京工業大學經國家教育部批準,成立“省部共建材料化學工程教育部重點實驗室”;2006年5月在南京召開了第一屆材料化學工程大會,大會總結了國內外材料化學工程的研究進展,明確了我國材料化學工程進一步發展的方向和重點。2007年10月國家科技部正式批準建設“材料化學工程國家重點實驗室”。基于化學工程和材料學科的交叉融合,國內多所重點院校開始在“化學工程與技術”及“材料科學與工程”一級學科下設置“材料化學工程”二級學科。2002年,南京工業大學首先在化學工程與技術一級學科下設立“材料化學工程”二級學科。隨后,天津大學、華東理工大學等知名高校開始設立“材料化學工程”二級學科。據初步調研,已經有11所重點大學設立材料化學工程,如表1所示。該學科的設置,有力地促進了“化學工程與技術”與“材料科學與工程”一級學科的交叉和融合,有利于材料化工領域交叉型人才的培養和學科建設。
3材料化學工程二級學科的建設對策
3.1重新定位“材料化工”學術碩士培養目標的定位
“材料化工”學術碩士的培養定位以工程為主,理工結合,既要考慮到與化學、化工、材料學的學科交叉以及與生物、環境等學科的滲透,又結合地方經濟和社會產業發展的需求,培養符合現代科技發展趨勢和地方產業要求的素質高、專業寬、基礎厚、能力強、具有創新精神和實踐能力、工程和工藝結合、理工結合的高素質復合型專業人才。
3.2構建“材料化工”學術碩士學位課程體系
在“材料化工”學術碩士人才培養的課程體系中強化兩個方面,一是開發新材料為基礎的化工單元技術與理論,二是用化學工程的理論與方法指導開發材料制備技術,因此,設立與之相適應的學位基礎課和學位必修課程體系,而學位選修課緊密結合地方產業發展,突出特色。在理論課程的教學中,逐步借鑒或采用國際一流大學的教材、教學內容和教學手段,努力提高教學質量。
3.3打造“材料化工”學術碩士點的師資隊伍
引進具有企業背景的高級工程技術人員和國外學習進修經歷的教師,發揮他們豐富的企業工作經驗和國外人才培養經歷。聘請相關企業具有工程師以上職稱的人員擔任兼職教師,給學生講授理論聯系實際內容較多的工程設計類課程,突出應用型人才的培養,豐富課堂教學內容。另外,有計劃、有目的地選派高學歷、高職稱的教師到企業掛職鍛煉或國外進修,進一步提高他們的企業工作經驗和國外學習經歷。
3.4建立“材料化工”學術碩士的教學管理體制
一是圍繞研究生課題的研究方向,理論教學不再單獨突出“化學工程與技術”和“材料科學與工程”,而是強化交叉性和相互滲透性,再結合科學研究,既滿足了“材料”“化工”交叉與滲透的理論教學的要求,又可讓理論來支撐科研的深入開展;二是科學研究中強化理論基礎,構建解決科學問題的理論體系。研究生采用化學工程的理論與方法開發材料制備技術,同時也運用在開發新材料為基礎的化工單元技術與理論解決相應的科學研究的關鍵技術問題。這種體制強化了“材料”“化工”交叉與滲透性的理論教學,同時也促進了科學研究,建立了既增強研究生理論學歷,又培養了學生科研能力的教學管理模式。
4結論