材料科學技術范文精選

摘要：基于應用型本科大學的培養(yǎng)目標，對焊接技術與工程專業(yè)材料科學基礎課程的案例教學進行了探索。通過設計更貼近專業(yè)貼近生活的案例，加深學生對課程和專業(yè)的體會，激發(fā)學習興趣和主動性，培養(yǎng)解決實際問題能力和創(chuàng)新能力，引導學生樹立正確的人生觀、價值觀和世界觀。

關鍵詞：材料科學基礎；應用型本科；教學研究；思政教學

材料科學基礎是本校焊接技術與工程專業(yè)重要的專業(yè)基礎必修課，主要包括四個方面：材料各種性能及應用意義、材料結構基本理論、材料組織結構與性能控制技術基礎、工程材料及應用。通過該課程的學習，掌握各種材料的共性基本理論知識和性能特點，理解材料的成分、加工、結構、性質和使用性能間關系及規(guī)律，初步具備開發(fā)應用材料，合理選擇材料和使用材料，正確加工材料及安排制訂加工工藝路線的能力[1]。材料科學基礎課程的理論性和實踐應用性很強，以物理、化學、材料熱力學、材料力學及金工實習等學科為基礎，并與其它應用科學有著交叉和聯(lián)系，知識點較多，知識點和知識點之間的聯(lián)系較為復雜和抽象，學生對課程的興趣和學習主動性普遍不高，對后繼專業(yè)課的學習產生了不利影響[2-4]。基于應用型本科大學的培養(yǎng)目標，對焊接技術與工程專業(yè)材料科學基礎課程的案例教學進行了探索。通過設計更貼近專業(yè)貼近生活的案例，加深學生對課程和專業(yè)的體會，激發(fā)學生的學習興趣和主動性，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力。

一、增強民族自豪感

焊接技術與工程專業(yè)的材料科學基礎課程開設在大二上學期，理論學時數(shù)為88，實驗學時數(shù)為8，是學生最早接觸材料學科的一門專業(yè)基礎課。在此之前，絕大部分學生不清楚材料學科研究的內容。因此，在講授過程中應適時的插入能讓學生理解學科理解專業(yè)并提升學習興趣的教學案例。尤其在緒論課的講授時，設計既符合材料學科又能引起學生興趣的案例，能激發(fā)學生學習本課程的積極性和主動性。例如，緒論課上介紹材料發(fā)展史的青銅器時代時，通過詢問學生是否了解古代武俠小說中那些“寶劍”的特性，它們是否真實存在，又是如何制造出來，引起共鳴后可以引入越王勾踐青銅劍的案例。在介紹的時候不時提出問題引發(fā)思考，如該劍經歷數(shù)千年后在1965年12月出土時為什么劍身沒有銹跡，劍身的黑色菱形暗格紋是經過了怎樣的加工和處理；該劍刃薄鋒利，出土時“二十余層紙一劃而破”是怎樣的一種精磨技術。講解過程中通過結合現(xiàn)代材料分析方法，將這把中國古代青銅劍從原材料成分、鑄造、加工制備到使用性能詳細地介紹給學生。一方面，在引發(fā)共鳴提升學生興趣的基礎上引出材料科學就是研究各種固體材料的成分、組織、性能和應用之間的關系及其規(guī)律的一門科學；另一方面，提升了學生的民族自豪感，尊重并弘揚中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)科技文化[5-7]。

二、增強解決工程問題能力

摘要：針對“新基建”背景下納米材料科學與技術前沿課程的教學實際，分析其多學科交叉的特點，從優(yōu)化教學內容、創(chuàng)新教學方法、拓展教學資源、完善評價體系等方面，探索跨學科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，探討符合“新基建”需求的新型人才培養(yǎng)理念和實踐教學方法。

關鍵詞：新基建；納米材料科學與技術；教學改革

隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，新一輪科技革命和產業(yè)變革加速演進，以“新基建”多學科交叉為特征的人才培養(yǎng)目標對教學工作提出了新的要求。近年來，納米材料科學與技術是世界上爆炸式發(fā)展的最廣闊和多學科交叉研究領域，在信息、材料、能源、環(huán)境、微電子、生物、醫(yī)學和國防等方面顯示了廣泛的應用前景。因此，立足于“新基建”建設理念和人才培養(yǎng)總體方向，納米材料科學與技術前沿課程在教學內容、教學方法、教學資源和評價體系等方面進行了探索，提出了全方位優(yōu)化方案，努力培養(yǎng)適應國家“新基建”要求的創(chuàng)新人才。

一、優(yōu)化教學內容

納米材料科學與技術是了解納米材料理論前沿、應用前景和最新發(fā)展動態(tài)及納米產業(yè)發(fā)展狀況的學科。該課程以納米材料發(fā)展為主線，了解納米材料發(fā)展的重大事件，討論納米材料和技術的最新動態(tài)和發(fā)展趨勢。納米材料科學與技術前沿課程對實施材料通才教育，開闊學生視野起到重要的作用。為使學生了解各領域納米材料的研究方法、應用前景和最新發(fā)展動態(tài)，教學內容選擇方面考慮到更多方面的應用需求。講授納米半導體材料及器件研究前沿、納米功能材料在環(huán)境和能源領域的應用及發(fā)展前景；介紹納米生物技術研究前沿，了解納米生物材料及納米生物技術研究前沿、應用及發(fā)展前景；介紹新概念納米構造及功能化，了解新概念微納加工方法、納米器件構造及功能化前沿研究等。通過在教學內容上精心選擇納米材料與技術領域的最新科技進展，注重與生活實踐緊密聯(lián)系，重視理論聯(lián)系實際。把最新科研成果與問題引入課堂教學，設問留疑，組織課堂討論，使學生對國內外納米材料科學與技術前沿現(xiàn)狀與趨勢有較為全面的了解。例如，在向未來社會發(fā)展的進程中，人類活動對于智能化的需求，使得智能傳感器成為研究熱點。目前智能傳感器技術發(fā)展有三種趨勢。一是新材料應用。傳感器技術的重要基礎是敏感材料的不斷發(fā)展，如低維納米材料等。隨著科學技術不斷創(chuàng)新發(fā)展，將會有更多適用于傳感器的新型材料誕生。新材料的開發(fā)利用使得傳感器高性能化、微型化、集成化、多功能化、低成本化。二是新工藝采用。隨著微納技術、三維技術等的不斷開發(fā)，對于新型傳感器未來的產業(yè)化、商品化將會有很大的促進作用。三是新型傳感器設計。這種新型傳感器主要具備柔性、透明、多功能、小型化和高性能等特點，需要在新原理、新材料和新技術等諸多方面進行不斷創(chuàng)新[1]。基于以上思路，在課堂教學中以石墨烯基應力、應變傳感器為例，闡述納米傳感器的設計、組裝、原理及其性能調控，并介紹柔性應力、應變傳感器在健康監(jiān)控、柔性觸摸屏、柔性電子皮膚等領域的應用。通過上述教學內容，使學生在掌握基本概念和基本理論的基礎上，獲得更多新材料、新技術及材料研究新進展等知識內容和研究方法。

二、創(chuàng)新教學方法

材料科學與工程學院作為西部地區(qū)材料科學與工程人才的培養(yǎng)基地和科學研究基地，長期以來緊密結合西部，特別是甘肅省區(qū)域經濟和地方資源特色，立足有色金屬新材料及其加工成型的新技術、新工藝的開發(fā)研究，形成了健全的本科、碩士、博士的多層次材料、冶金學科高級專業(yè)人才培養(yǎng)體系。多年來，學院依據(jù)國家、地方、區(qū)域經濟發(fā)展需要，形成了自己獨特的科研特色，培養(yǎng)出了一支具有較強科研實力的研究隊伍，在基礎理論研究，應用開發(fā)研究，新產品開發(fā)方面做出了一定成績，取得了一系列研究成果，培養(yǎng)出了一批優(yōu)秀的高級專門人才，為國家尤其是西部地區(qū)經濟社會發(fā)展做出了一定貢獻。

學院現(xiàn)從事科研工作教師及技術服務人員92人。其中正高級職稱27人，副高級職稱31人。具有博士學位36人，碩士學位41人。入選教育部“新世紀優(yōu)秀人才計劃”1人，甘肅省特聘科技專家2人，國家級專家及國務院特殊津貼獲得者12人，省部級專家13人。

近年來，在學校黨委、行政的正確領導下，在各職能部門的具體指導下，在兄弟院系的大力支持下，學院全體教師的共同努力，我院科研工作取得了很大成績。

一、學科建設成績斐然

根據(jù)學校學科建設與發(fā)展總體要求和學院學科建設的實際，學院認真落實學科建設與發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)了學院材料與冶金學科發(fā)展并舉，并突出學科特色的目標。

2005年，學院成功獲得了材料科學與工程一級學科博士學位授權點，突破了我校無一級學科博士點的歷史，提高了學校與學院的辦學層次。同時，材料科學與工程一級學科碩士授權點也獲得認定。目前學院已擁有材料科學與工程一級學科博士授權點及材料科學與工程一級學科博士后科研流動站，材料科學與工程一級學科碩士授權點、冶金物理化學與有色金屬冶金2個二級學科碩士授權點、材料工程領域工程碩士授權點、材料加工工程高校教師攻讀碩士學位授權點，從而形成了學士、碩士、博士及博士后培養(yǎng)的完備的人才培養(yǎng)體系。

為社會培養(yǎng)合格的“高級材料化學專業(yè)人才”是材料化學專業(yè)教育的本質［1］。目前，各高等院校不斷優(yōu)化材料化學課程體系，使其更加科學化和合理化。科學完備的課程體系是知識結構和能力培養(yǎng)的優(yōu)化組合，材料化學專業(yè)課程體系是材料化學人才培養(yǎng)方案的核心，對材料化學專業(yè)人才培養(yǎng)起著至關重要的作用。材料化學專業(yè)課程體系的優(yōu)化首先是課程體系和教學內容的整體優(yōu)化。

一、優(yōu)化材料化學專業(yè)課程體系的必要性

1．高等教育改革的需要。目前，優(yōu)化課程體系，改革教學內容，構建合理的知識結構，注重理論聯(lián)系實際，更新教學手段是高等教育改革的需求。優(yōu)化課程體系不僅要使它所包含的專業(yè)基礎課、專業(yè)課、實踐課等形成相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體，而且要充分體現(xiàn)培養(yǎng)目標和培養(yǎng)規(guī)格。

2．現(xiàn)代科學技術發(fā)展的需要。近年來，隨著材料化學專業(yè)教育課程論及教育理念的發(fā)展，我們根據(jù)材料科學發(fā)展規(guī)律，對材料化學專業(yè)課程體系進行了兩次優(yōu)化調整（分別為2008年下半年和2012年上半年）。我們優(yōu)化的材料化學專業(yè)課程體系能夠體現(xiàn)材料化學專業(yè)教育特色，完善材料化學專業(yè)課程體系，加強材料化學專業(yè)的學科方法論教育。

3．市場經濟發(fā)展的需要。優(yōu)化材料化學專業(yè)課程體系能夠反映社會和市場經濟對綜合性專業(yè)人才的要求。優(yōu)化的材料化學專業(yè)課程體系應該充分體現(xiàn)以就業(yè)為導向的思想。我們倡導與專業(yè)相關的知名企業(yè)家走進課堂開展必修課教學，實現(xiàn)在校內與企業(yè)的對接，強化學生的就業(yè)意識，提高學生的專業(yè)技能。

二、現(xiàn)行課程體系存在的問題及其成因

1機械傳動技術的萌芽

因為傳動系統(tǒng)是機械不可缺少的組成部分，所以傳動系統(tǒng)與機械是同時產生的，甚至可以說，因為有了傳運裝置，機械才得以產生。比如，我國春秋時期即已經廣泛使用的桔槔，便可以視為簡單的機械，其中，最為智慧的，就是杠桿原理的運用，而這里的杠桿，恰恰就是傳動系統(tǒng)，可見傳動系統(tǒng)在機械中的重要作用，同時也說明，對于機械的不自覺使用，早在春秋時期，智慧的先人就已經開始了。另外，指南車是展示我國先人智慧的又一發(fā)明，這是利用齒輪傳動系統(tǒng)和離合裝置來指示方向的車輛。關于指南車的記載，雖有神話成分，或存在史實上的矛盾，但《宋史•輿服志》記載的指南車結構和技術規(guī)范，尤其是齒輪大小和齒數(shù)的詳細記載，不僅證明指南車在我國古代確實存在，也顯示了我國古代機械制造的高超水平。另據(jù)考證，早在戰(zhàn)國到西漢之間，機械傳動的重要標志——齒輪，就已經誕生了，另參酌其他古籍，當可推知，指南車的發(fā)明，肯定早于宋代，中國古代科技史學家王振鐸認為，三國時[期的馬鈞發(fā)明了指南車，頗為可信。放眼國外，關于機械的記載與使用也比較早。早在古希臘時期，就有機械傳動的記載。羅馬時代，則發(fā)明了水力驅動，木制齒輪傳動的“谷物碾磨機”，后來，瑞典人在谷物磨中率先采用了斜齒輪傳動，在傳動技術史上稱得上是突破，只不過，這種斜齒輪是由石頭制成的，在材料上顯得過于原始。進入14世紀，以時鐘的發(fā)明為標志，齒輪傳動系統(tǒng)產生了一個飛躍。因為時鐘比較精細，傳動齒輪自然也需要精密化、小巧化，于是，人們開始研究金屬齒輪。先人的智慧值得景仰，但在工業(yè)革命之前，各類傳動系統(tǒng)也和機械本身一樣，處于原始階段。直到18世紀初，蒸汽機進入實用，相續(xù)在礦井排水、鐵路機車、加工制造等領域大顯身手，現(xiàn)代意義的機械才得以產生。從本質上來說，蒸汽機是機械的動力系統(tǒng)，它的飛躍對于傳動系統(tǒng)自然提出了更高的需求，從那以后，高標準、高質量的金屬齒輪傳動得到了極大應用。

2機械傳動技術的發(fā)展

19世紀末，電動機和內燃機獲得廣泛使用，對機械傳動技術提出了更高要求，到20世紀初期，機械傳動技術有了很大發(fā)展，直齒輪、斜齒輪、錐齒輪和蝸桿傳動相繼問世，性能、精度及耐久性方面都有了很大發(fā)展，基本上可以滿足機械工業(yè)的需要。20世紀40年代后，齒輪幾何學逐漸發(fā)展成為一門獨立的學科，齒形、嚙合及齒輪之間的展成關系，可以通過數(shù)學計算實現(xiàn)精確化，這使得機械傳動真正成為一門科學。在精確計算的支撐下，研究人員逐步掌握了齒輪傳動的表面接觸強度及輪齒彎曲強度，基于動載荷的機械傳動設計也初步成型，并應用于高速重載的汽輪發(fā)電機傳動系統(tǒng)。這期間，研究人員還提出了齒輪齒廓和齒向修形設計的方法，以提高承載能力。進入20世紀60年代，肇端于美國的宇航技術取得突破性進展，導航系統(tǒng)、火箭助推器對傳動系統(tǒng)的要求非常高，不僅要求傳動系統(tǒng)體積小、承載能力強，可靠性更成為首要的考量標準。為此，研究人員不遺余力，對直齒、斜齒、錐齒的表面疲勞強度進行了深入研究，并進行嚴謹?shù)目煽啃栽鲩L試驗，通過研究，發(fā)現(xiàn)傳動系統(tǒng)的原材料和齒輪的嚙合性不僅關乎其承載能力，也與其可靠性密切相關，這一發(fā)現(xiàn)促成了非金屬材料（如高強度塑料）齒輪的產生。進入70年代后，機械傳動技術更有了飛躍式的發(fā)展，空間嚙合理論成為這一時期的亮點，研究人員相繼推出曲線錐齒輪、環(huán)面蝸桿、點接觸蝸桿及圓弧齒輪等新式傳動系統(tǒng)，極大推動了機械傳動技術的發(fā)展。值得一提的是，我國正是在這一時期，在機械傳動技術領域，迎頭趕上發(fā)達國家，達到了世界先進國家的水平。20世紀80年代以后，隨著知識經濟的到來，機械傳動技術更是突飛猛進，在空間嚙合理論的推動下，少齒差行星傳動、變型伺服傳動、新型蝸桿傳動等新型傳動系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，彈性變形理論、制造誤差的嚙合理論、局部共軛理論及失配嚙合理論，都達到很高水平，齒間載荷分配和應力分析也得到廣泛應用。這期間，傳動系統(tǒng)減振降噪研究，也成為一個熱點，并獲得諸多成果，輪齒三維任意可控修形設計便是其中最為重要的創(chuàng)舉，根據(jù)輪齒修形的要求，多自由度數(shù)控齒輪加工機床紛紛問世。傳動系統(tǒng)動力學研究更為深入，研究人員提出了齒輪傳動系統(tǒng)故障診斷、狀態(tài)監(jiān)控和失效預警的思路，并開發(fā)出相應的監(jiān)控與診斷軟件，用于冶金、船舶、電廠等大型關鍵設備的傳動系統(tǒng)，使之走上了智能化的臺階，取得了較好的效果。同時，傳動系統(tǒng)的研究由微觀返向宏觀，即傳動系統(tǒng)的研究并不單純以傳動系統(tǒng)為對象，而是把機械作為一個整體來研究，傳動系統(tǒng)與整機的匹配、協(xié)調，越來越受到重視。

3機械傳動技術的展望

隨著科學技術的發(fā)展，機械傳動的模式早已不再局限于齒輪、鏈條等接觸式傳動，通過電磁感應原理來傳遞動力的非接觸傳動（如電磁軸承、電磁傳動等）已進入實用，與傳統(tǒng)的接觸式傳動相比，非接觸傳動具有無磨損、壽命長、效率高等優(yōu)點。當然，傳統(tǒng)的軸承等接觸式傳動，仍大有用武之地。今后，機械傳動技術領域的研究，應在優(yōu)化改進傳統(tǒng)傳動技術的基礎上，探尋創(chuàng)新型傳動模式，在一段時間內，研究重點仍然是前者。大體來說，機械傳動的研究方向主要有以下幾點：