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材料化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)置分析論文
摘要：材料是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料化學(xué)是材料科學(xué)的重要組成部分。本文通過對現(xiàn)行材料化學(xué)教材內(nèi)容設(shè)置的深入分析，建議農(nóng)業(yè)性院校材料化學(xué)教材內(nèi)容應(yīng)側(cè)重于以聲、光、電、磁、熱等性能為基礎(chǔ)的功能材料方面，并提出從材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系、各類功能材料的基本理論和基礎(chǔ)知識兩條主線進(jìn)行教學(xué)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(xué)專業(yè)人才。
關(guān)鍵詞：材料化學(xué)；農(nóng)業(yè)院校；教學(xué)內(nèi)容；課程設(shè)置
人類社會(huì)的發(fā)展經(jīng)歷了石器時(shí)代→青銅器時(shí)代→鐵器時(shí)代→蒸汽時(shí)代→電器時(shí)代，每個(gè)時(shí)代的發(fā)展都離不開材料，材料是人類社會(huì)發(fā)展的基石，是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)力[1]。由于材料在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要作用，世界各國不斷加大新材料開發(fā)及其應(yīng)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(jī)遇。材料化學(xué)是材料科學(xué)領(lǐng)域的重要組成部分，是一門研究材料制備、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用的學(xué)科，其內(nèi)涵是從分子原子水平到宏觀尺度認(rèn)識材料結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系，從而調(diào)節(jié)材料的組成、結(jié)構(gòu)和合成技術(shù)，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(shè)材料相關(guān)專業(yè)。復(fù)旦大學(xué)于90年代初率先成立了材料化學(xué)專業(yè)，隨后，國內(nèi)諸多高校相繼開設(shè)了材料化學(xué)專業(yè)，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)也于2009年設(shè)置了材料化學(xué)專業(yè)。
1材料化學(xué)教材的基本框架結(jié)構(gòu)
調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在國內(nèi)除了以北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為首的眾多綜合性大學(xué)開設(shè)有材料化學(xué)專業(yè)之外，四川農(nóng)業(yè)大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)和湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)也相繼開設(shè)了材料化學(xué)專業(yè)[4-5]。由于各高校的學(xué)科特色和學(xué)科背景千差萬別，因此，各學(xué)校材料化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容也各不相同。目前，市場上出版社發(fā)行的材料化學(xué)教材琳瑯滿目，但仔細(xì)閱讀后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行《材料化學(xué)》的內(nèi)容設(shè)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(xué)相關(guān)內(nèi)容，主要包括金屬材料、無機(jī)非金屬材料（陶瓷）、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料；二是按照材料的用途分類來撰寫材料化學(xué)相關(guān)內(nèi)容，主要側(cè)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(zhuǎn)換材料和化學(xué)功能材料等。市場上出版發(fā)行的《材料化學(xué)》教材具體內(nèi)容設(shè)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(xué)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)性院校，其學(xué)科特色側(cè)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(chǔ)的功能材料內(nèi)容更符合學(xué)校的學(xué)科背景。因此在綜合比較各類材料化學(xué)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(xué)》一書為教材。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解材料結(jié)構(gòu)與性能之間的相互關(guān)系；熟悉各類功能材料的基本理論、基礎(chǔ)知識；了解各類功能材料的發(fā)展歷史和應(yīng)用領(lǐng)域等，開闊視野，激發(fā)學(xué)生對本學(xué)科的熱愛。
2材料化學(xué)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(jié)構(gòu)與性能之間的相互關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生思考問題及解決問題的能力，為學(xué)生以后從事新材料的開發(fā)起理論指導(dǎo)作用，包括第一章緒論、第二章結(jié)構(gòu)與物性、第三章納米材料和第四章復(fù)合材料及雜化材料；第二部分重點(diǎn)介紹各類功能材料，拓寬學(xué)生對材料的認(rèn)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(zhuǎn)換與智能材料和第九章化學(xué)功能材料。在第一部分內(nèi)容中講述了材料的結(jié)構(gòu)決定其性能。材料的結(jié)構(gòu)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(dǎo)電性、熔點(diǎn)、硬度、延展性和強(qiáng)度。其次，材料的微觀結(jié)構(gòu)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(diǎn)、規(guī)則外形、晶面角守恒和各向異性等特點(diǎn)。另外，實(shí)際晶體中原子排列時(shí)會(huì)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(dāng)材料的粒徑達(dá)到納米尺度后，將表現(xiàn)出獨(dú)特的電、磁、光和化學(xué)特性。而且材料的界面情況也影響其性能，不同性質(zhì)的單一材料復(fù)合在一起時(shí)將會(huì)形成新的界面而產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)，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(jié)構(gòu)如何影響其性能，對學(xué)生以后研發(fā)新材料具有啟發(fā)意義。在第二部分當(dāng)中，我們根據(jù)外電場作用下自由移動(dòng)的帶電粒子（載流子）的類型，講解了半導(dǎo)體、超導(dǎo)體、快離子導(dǎo)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(zhì)之間的折射/吸收效應(yīng)，講解了因受激輻射引起光放大的激光，以折射作用傳導(dǎo)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(zhuǎn)換、機(jī)械能和電能轉(zhuǎn)換、熱能和電能轉(zhuǎn)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(zhì)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ㄟ^第二部分內(nèi)容的講述能夠使學(xué)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(xué)生的創(chuàng)新意識和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
3結(jié)語
材料化學(xué)作為農(nóng)業(yè)院校材料化學(xué)專業(yè)的核心課程，其教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該立足于農(nóng)業(yè)院校的學(xué)科背景，側(cè)重于以材料的聲、光、電、磁、熱等性能為基礎(chǔ)的功能材料，而不是簡單照搬其他綜合性大學(xué)和工科類院校的教材。本文通過對現(xiàn)行材料化學(xué)教材內(nèi)容的深入分析，認(rèn)為農(nóng)業(yè)院校材料化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該圍繞材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，以及各類新型功能材料的基礎(chǔ)知識兩方面來編排。通過該課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解材料的結(jié)構(gòu)包括作用力、排列方式、尺寸大小和界面效應(yīng)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(xué)相關(guān)工作打下良好基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
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