《功能材料学》课程体系建设的探索与实践

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1、《功能材料学》课程体系建设的探索与实践：本文以“应用为先，兼顾理论”的课程建设为特色，围绕《功能材料学》的课程体系建设和教学实践等开展教学研究与教学改革。探索课堂教学、创新能力培养相结合的教学模式，克服理论与实践脱节的问题，促进功能材料学课程教学质量的提高和功能材料科学与技术的发展。关键词：功能材料学；课程建设；教学实践：G423.07文献标志码：A：1674-9324（2012）04-0234-02功能材料是指具有优异的物理、化学、生物、光电性质及其之间相互转化的，用于非结构目的的一类先进材料[1]。功能材料学是为了满

2、足当代材料技术、信息技术、生物技术、航天技术等国家重点支持的高新技术的发展而产生的一门交叉学科。其涉及的领域非常广泛，包括电子学、光学、生物学、电磁学等，已经成为现代材料学科的重要研究分支之一。特别是20世纪60年代以来，微电子、激光、计算机、生物医学、光电等技术领域对材料的迫切需求推动了功能材料的快速发展。大量的功能材料和器件已经在实验室中制备出来或者得到了工业化的批量生产。因此，《功能材料学》课程是当今高校材料学和材料化学专业的一门很重要的专业课，它要求学生在前期学习《材料研究方法》、《材料科学与基础》、《材料物理性

3、能》等材料专业课的基础上，通过《功能材料学》课程的学习进一步深化材料专业的基础知识，并且掌握各种类型功能材料的制备、性能测试以及具有解决实际应用中出现的问题的能力，并能使学生毕业后胜任功能材料研究和测试方面的工作。为了提高材料学专业学生对材料专业的整体认识，从2006年开始，本校材料学专业开展《功能材料学》的选修课程，总共32学时。从2010年开始，材料化学专业也设置了该课程作为其专业选修课。笔者经过数年的教学实践，不断充实和完善《功能材料学》的教学内容，在材料类专业基础课程知识点的基础上，充分体现本课程内容的特色——“

4、应用为先，兼顾理论”。结合本校创建高水平教学研究型大学的办校方针，笔者对《功能材料学》理论教学和实践教学等方面进行了尝试和探索，主要取得了三个方面的成果，以供同行做参考。一、教材选择与教学内容和教学安排选择一本好的教材等于学生有了一个极好的课外辅导老师。一方面，为了能进一步拓宽材料学专业和材料化学专业学生的知识面，扩大学生今后的就业面；另一方面，考虑到学生已经学习了大量的材料学或材料化学的基础理论课程，教材的选择就应该重点在应用方面，兼顾一些理论知识。为此，本专业选择了北京理工大学出版社出版的《功能材料学》教材。该教材涉

5、及到了两大类功能材料：电学功能材料和光功能材料。其中，电功能材料包括导电材料、介电材料、压电材料、热电材料；光功能材料包括太阳能电池、光纤材料、发光材料、激光材料、非线性光学材料、光学存储材料。这两大类功能材料包括了当今国内外最热门的几个行业，既可以为学生的就业提供一定的指导，也可以为学生进一步深造提供一定的参考。笔者讲授该课程始终围绕“应用为先，兼顾理论”的原则，以材料设计中的基本思路“结构—性能—模型”为主线，为材料学专业和材料化学专业的本科学生讲授了上述两大类功能材料。突出了该课程的全面性、系统性。考虑到当今国内外

6、对新能源、信息技术的重视，以及本校材料科学与工程学院以发光材料以及能源材料为主的研究特色，笔者重点讲述了压电材料、太阳能电池、光电材料以及发光材料。同时，考虑到功能材料种类的多样性和复杂性，笔者注重多学科交叉性，所学知识的应用性。在讲授的同时，综合交叉学生前期学过的基础课，如《材料科学基础》、《材料研究方法》、《电工学》、《光学》等知识，将基础知识和实际应用结合起来。二、材料研究与开发的前沿性、实用性和趣味性当今世界处于信息爆炸时代，大量的新型功能材料不断被科学家发明出来。在讲授一些最基本的、最常见的功能材料的同时，也要

7、把这类新的功能材料及时地介绍给学生，尽可能地引起学生对该课程的兴趣，遵循的原则也是“应用为先，兼顾理论”。比如，当今非常热门的石墨烯材料[2]。研究表明该类材料具有非同寻常的导电性能、超出钢数十倍的强度和极好的透光性，那么具备这类性能的材料可以应用在什么方面呢？可以让学生充分地发挥各自的想象能力，让学生讨论该材料可能的用途，通过这种方式也可以培养学生的创新能力。只有性能的引出还不够，还要在引出特性的同时结合材料结构来分析，始终贯彻材料研究的基本思想——结构—性能—模型。最后，把石墨烯材料已经应用的方向介绍给学生，让学生能

8、深刻感受到新型功能材料的巨大应用价值。如果大量的阐述各种功能材料的理论原理，会导致学生听不懂课、觉得乏味，最终会对该课程失去兴趣。为了提高学生的学习兴趣，可以采用通过选用学生生活中可以看到的一些产品开始，介绍该产品有某类物理或化学特性，然后引出产生这些物理或化学特性的根源，引出制作该类产品可以使用的材料，最后介绍这类