材料化學(xué)工程方向研究生教學(xué)探析
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材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，與信息、能源并稱為社會文明的三大支柱。人類社會的發(fā)展歷程，是以材料為主要標(biāo)志的。從人類以石頭為工具的舊石器時代到對石器進(jìn)行加工進(jìn)入新石器時代，再到后來的青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代，人類的發(fā)展歷程可以說就是材料的發(fā)展史?，F(xiàn)代社會，材料已成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和人民生活的重要組成部分。材料化學(xué)工程在這種大背景下應(yīng)運(yùn)而生，本學(xué)科以化學(xué)、化工、物理學(xué)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論和實驗技能，并將其應(yīng)用于材料的合成制備、結(jié)構(gòu)表征、性能檢測及其應(yīng)用等方面的新興學(xué)科，是一門交叉性與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué)。但隨著社會進(jìn)步，舊的研究生教育模式的弊端逐漸顯示出來。本文基于材料化學(xué)工程的特點(diǎn)，分析了現(xiàn)今研究生教學(xué)中存在的問題，并提出了解決辦法。
1存在的問題
1．1內(nèi)容廣，概念多
材料化學(xué)工程是以化學(xué)和化工基礎(chǔ)，研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用金屬材料、無機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的工程領(lǐng)域。研修的主要課程包括物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料力學(xué)、材料工藝、高分子材料、金屬材料、無機(jī)非金屬材料等。在基礎(chǔ)課程中概念多、公式多，如在物理化學(xué)中的熱熔、積分溶解熱、積分稀釋熱等，有些概念相似如果不仔細(xì)區(qū)分容易混淆。在諸如高分子材料這類介紹性的課程中名稱特別多，如聚丙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹脂等，這些材料在我們的生活中經(jīng)常接觸。但通過學(xué)習(xí)很多學(xué)生還是不能識別基本的材料，掌握它們的基本制備工藝和用途。
1．2敘述性的內(nèi)容多
關(guān)于三大材料的學(xué)習(xí)主要是敘述性的內(nèi)容多，比較抽象。例如，金屬加工中熱處理的四把火:退火、正火、淬火、回火，退火又分好幾個種類，每種鋼材根據(jù)用途不同，而選擇不同的工藝條件。但是只通過課本的敘述，對于很多材料依舊沒有直觀的認(rèn)識。雖然很多同學(xué)有參加過金工實習(xí)課，但是時間不長，很難做到全面深入的了解，對一些材料的性質(zhì)、加工方法感到陌生，從而逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣。另外，在材料的合成中，每合成一種材料，需要通過一系列檢測看所得物質(zhì)是否為目標(biāo)產(chǎn)物。又或者合成一種新的物質(zhì)，也可以通過檢測分析出其結(jié)構(gòu)性能。材料專業(yè)的學(xué)生都有一門必修課《材料結(jié)構(gòu)表征及應(yīng)用》詳細(xì)介紹了材料表征中各種檢測手段。但是很多同學(xué)拿到檢測結(jié)果卻不會分析。
1．3課程教學(xué)與現(xiàn)實聯(lián)系不夠緊密
研究生與本科生最大的不同就在于，在接受系統(tǒng)知識的同時，必須加強(qiáng)研究意識、創(chuàng)新意識和研究能力的培養(yǎng)［1］。材料化學(xué)工程是一門應(yīng)用型學(xué)科，與實際應(yīng)用密不可分。課程安排之前的金工實習(xí)，目的是鍛煉學(xué)生動手能力，對材料的加工有所了解。此外，還有一些實驗操作課，但是很多時候由于時間安排不合理又或者設(shè)備少學(xué)生多，平均幾人一臺設(shè)備，學(xué)生動手機(jī)會操作不夠，有時候老師只能靠演示的方法讓學(xué)生觀摩，學(xué)生完全處于一種被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)。還有部分同學(xué)在實習(xí)中怕臟、怕累，不愿動手操作。另外，在課程結(jié)束后還有參觀見習(xí)，對材料的加工制作有個直觀的認(rèn)識，但是很多時候由于人員過多，加上工廠環(huán)境復(fù)雜，很多同學(xué)在見習(xí)過程中往往走馬觀花，只停留在看熱鬧的表面功夫上。
2解決辦法
2．1培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣
科學(xué)家愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師?！崩蠋熓紫纫龅木褪羌ぐl(fā)學(xué)生的最大興趣并使之保持這種熱情。材料化學(xué)工程與我們的生活密切相關(guān)，老師可以在講授過程中結(jié)合我們實際生活中的用途。比如高分子材料中的聚丙烯腈，常與羊毛混紡制成毛織物等，可以制作毛毯、軍用帆布、帳篷等。被稱為“人造羊毛”。又如我們生活中常見的木制家具，其實很多都是由木塑復(fù)合而成:以木材為主要原料，經(jīng)過處理使其與各種塑料通過不同的工藝復(fù)合而成。既保留了木材良好的加工性能，同時具有塑料的耐水、耐腐蝕、使用壽命長等優(yōu)良性能，還符合環(huán)保的大前提。通過這種理論結(jié)合實際，能激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓勵學(xué)生自己查閱資料了解更多信息。
2．2疏通知識結(jié)構(gòu)，掌握各學(xué)科之間的聯(lián)系
在材料化學(xué)工程形成前，高分子材料、無機(jī)非金屬材料、金屬材料科學(xué)都已自成體系，而且他們之間存在著很多相似之處，可以相互借鑒，促進(jìn)本學(xué)科的發(fā)展。如馬氏體相變本來是金屬學(xué)提出來的，廣泛地用來作為鋼材熱處理的理論基礎(chǔ)。但在氧化鋯陶瓷材料中也發(fā)現(xiàn)了馬氏體相變現(xiàn)象［2］，并用來作為陶瓷增韌的有效手段。另外，各類材料的研究設(shè)備與生產(chǎn)手段也有很多相似之處。雖然不同類型的材料各有專用測試設(shè)備與生產(chǎn)裝置，但更多的是相同或相近的，如顯微鏡、電子顯微鏡、物理性能測試和力學(xué)性能測試設(shè)備等。在材料生產(chǎn)中，很多加工裝置也是通用的。比如生活中很多塑料用品大多是通過注塑成型加工而成，但其實與粉末冶金工藝中的壓坯過程相似。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科間已無明顯界限，甚至不同材料之間能相互代替。不過凡事都有規(guī)律可循，只要掌握規(guī)律很多問題便迎刃而解。作為材料的規(guī)律就是:組織決定性能，性能決定應(yīng)用［3］。再根據(jù)性質(zhì)選擇材料，依據(jù)用途確定工藝路線。抓住這一規(guī)律，學(xué)習(xí)時就不會感到毫無頭緒。
2．3傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)方式相結(jié)合
傳統(tǒng)教學(xué)大都采用“填鴨式”方式，學(xué)生聽課主動性、積極性不高。新的教學(xué)改革中應(yīng)采用啟發(fā)式、互動式和討論式等新的教學(xué)方式。老師在課前布置問題，分小組完成不同的部分，讓學(xué)生帶著問題去學(xué)習(xí)，查找資料，每組選擇代表在課堂進(jìn)行發(fā)言，然后再各組進(jìn)行討論。這樣不但發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性，活躍課堂氣氛，減輕了老師的授課負(fù)擔(dān)，還鍛煉了學(xué)生自己分析問題、解決問題的能力，達(dá)到事半功倍的效果。相比傳統(tǒng)教學(xué)，計算機(jī)匯集了圖像、文字、聲音等元素，極大的豐富了教學(xué)色彩，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，具有直觀、生動、形象的元素，可以將抽象的理論知識和工藝方法生動的展現(xiàn)在學(xué)生眼前，增加課堂趣味性，提高學(xué)生的感性認(rèn)識，有利于知識點(diǎn)的理解和掌握。同時可以結(jié)合一些相關(guān)視頻比如:注塑成型、擠出成型、模壓成型以及金屬材料的冷加工熱加工等。這些視頻網(wǎng)絡(luò)上都可以找到，如HOWITISMADE、TEDSHOW等。通過相關(guān)的視頻，既可以活躍課堂氣氛，也能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，甚至激勵學(xué)生自己在課外繼續(xù)學(xué)習(xí)觀看。這種多媒體教學(xué)與視頻教學(xué)相結(jié)合的方法，既減輕了老師的負(fù)擔(dān)，同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動積極性，促進(jìn)教學(xué)任務(wù)順利完成。
2．4開設(shè)軟件分析課程
作為材料化學(xué)工程研究生，材料檢測分析應(yīng)該成為一種必備的基礎(chǔ)技能。但是很多時候拿到檢測結(jié)果卻不會分析。軟件分析課程可以很好的解決這個問題。所有的檢測結(jié)果都有軟件可以分析，比如FTIR、XRD、NMR等，借助這些軟件，可以快速地分析所得結(jié)果。比如JADE，作為一款分析XRD數(shù)據(jù)的軟件，它可以對物相進(jìn)行定性定量分析。雖然軟件分析不一定完全正確，更多的時候還是根據(jù)理論基礎(chǔ)來判斷，但軟件分析可以作為一個輔助手段。這樣學(xué)生既掌握了一門技能，而且大大提高了學(xué)習(xí)效率。
2．5課堂教學(xué)與實踐相結(jié)合
俗話說“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。作為一門應(yīng)用型學(xué)科，課堂所學(xué)的最終都是要能應(yīng)用到實際生產(chǎn)中去。在涉及如注塑成型、擠出成型等高分子材料成型工藝時，可以穿插一些參觀實習(xí)課。通過參觀實習(xí)，直觀地了解材料加工制備過程，將自己所學(xué)知識配合生產(chǎn)。理論上可行的事情，在實際應(yīng)用中還需要考慮到原材料、工藝條件的控制、銷售渠道、成本控制等。如果有可能，可以盡量選擇一些大型的工廠基地，接觸現(xiàn)代化的機(jī)器設(shè)備，體會先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，感受到世界一流水平的實力。為學(xué)生豐富見聞開闊視野提供機(jī)會，這將對培養(yǎng)學(xué)生的自信很有幫助，尤其是對于一些非重點(diǎn)名校的學(xué)生。另外，通過與企業(yè)或者研究單位聯(lián)合培養(yǎng)，即“產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”?！爱a(chǎn)學(xué)研結(jié)合”一般指企業(yè)、學(xué)校、研究單位之間的相互合作和優(yōu)勢互補(bǔ)。李元元等認(rèn)為產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是培養(yǎng)工科碩士的最佳途徑，學(xué)位論文的選題和相關(guān)實踐應(yīng)當(dāng)與工礦企業(yè)的工程實際相結(jié)合，密切結(jié)合其技術(shù)改造、革新、引進(jìn)等技術(shù)難題或科研攻關(guān)項目。這將有利于從根本上解決學(xué)校教育與社會需求脫節(jié)的問題?？s小學(xué)校人才培養(yǎng)與社會需求脫節(jié)之間的差距，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競爭力。
3結(jié)語
按照教育部頒布最新的學(xué)科體系，材料化學(xué)工程是化學(xué)工程與技術(shù)的方向之一，主要以化學(xué)、化工和材料為基礎(chǔ)的應(yīng)用性學(xué)科。因而在材料化學(xué)工程研究生教學(xué)中存在理論多、知識點(diǎn)多、概念多及與實踐聯(lián)系不夠緊密等問題。針對上述問題提出了激發(fā)研究生學(xué)習(xí)興趣，疏通各學(xué)科知識結(jié)構(gòu)、掌握它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，教學(xué)中注重傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)方式相結(jié)合，開設(shè)軟件分析等實用性課程，理論教學(xué)與實踐相結(jié)合等解決辦法。
作者：陳志彥 楊億 單位：中南林業(yè)科技大學(xué)
