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關(guān)于納米材料與技術(shù)課程教學(xué)的思考
關(guān)于納米材料與技術(shù)課程教學(xué)的思考
摘要:納米材料及其技術(shù)是納米科技的核心和基礎,在大學(xué)階段開(kāi)設納米材料及其技術(shù)課程是培養材料科學(xué)類(lèi)綜合性、創(chuàng )新性人才的必然要求。本文從教學(xué)目的、課程體系結構、教學(xué)內容和教學(xué)方式等方面對納米材料及其技術(shù)課程的教學(xué)進(jìn)行了討論,提出了現階段納米材料及其技術(shù)課程教學(xué)目的、教學(xué)內容應包括八個(gè)方面的主要內容。
關(guān)鍵詞:納米材料及其技術(shù)創(chuàng )新性人才課程教學(xué)教學(xué)內容 材料工程學(xué)科產(chǎn)學(xué)
科教研究納米科學(xué)技術(shù)被認為是2 1世紀非常重要的、將對人類(lèi)的生存和發(fā)展產(chǎn)生顯著(zhù)影響的科技領(lǐng)域。它的內容包括納米材料學(xué)、納米電子學(xué)、納米生物學(xué)、納米機械學(xué)、納米加工學(xué)、納米光子學(xué)、納米檢測與表征。納米材料及其技術(shù)是這些分支學(xué)科的共同交點(diǎn),是納米科技的核心和基礎[1]。1990年7月在美國巴爾的摩召開(kāi)了國際第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì )議,正式把納米材料作為材料科學(xué)的一個(gè)新分支公布于世,從而納米材料學(xué)作為一個(gè)相對比較獨立學(xué)科誕生了[2]。納米材料及其技術(shù)是近二十年興起并受到普遍關(guān)注的一個(gè)新的科學(xué)領(lǐng)域,它涉及到凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料、生物等許多領(lǐng)域的知識[3]。在材料類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)中,開(kāi)設“納米材料及其技術(shù)”課程是工、農業(yè)發(fā)展,經(jīng)濟建設對未來(lái)畢業(yè)生的必然要求。在大學(xué)本科階段開(kāi)設納米材料及其技術(shù)課程可為學(xué)生畢業(yè)后從事納米科技方面的工作奠定基礎;為提高大學(xué)生的科技素質(zhì),培養大學(xué)生在介觀(guān)領(lǐng)域中分析、解決問(wèn)題的能力打下必要的基礎;實(shí)現綜合性、復合型人才的培養目標。國外一些高校中,在2 0世紀末就開(kāi)始在本科階段開(kāi)設納米材料與技術(shù)的相關(guān)課程。2 1世紀初,歐盟委員會(huì )就建議,歐盟各國的大學(xué)應該在更大范圍內將納米科技納入大學(xué)課程,推動(dòng)多學(xué)科間的合作,以使歐洲在納米技術(shù)領(lǐng)域占據領(lǐng)先地位。歐盟委員會(huì )發(fā)表了一篇名為《歐洲納米技術(shù)戰略》的政策性文章,其中指出:“本科生和研究生課程應該融入各項與納米技術(shù)相關(guān)的技能訓練,并且應該保證未來(lái)的納米技術(shù)科學(xué)家是一批眼界開(kāi)闊的專(zhuān)家,使他們可以與其它學(xué)科的專(zhuān)家展開(kāi)廣泛合作。”目前國內部分高校也已在一些專(zhuān)業(yè)內開(kāi)設了納米材料或納米技術(shù)類(lèi)課程。如浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué),武漢大學(xué)、天津大學(xué)、華東師范大學(xué)、湖南大學(xué)、青島大學(xué)、西南大學(xué),武漢工程大學(xué)等高校。但由于目前納米材料及其技術(shù)的教學(xué)體系、教學(xué)內容還沒(méi)有統一的標準,各高校間在教學(xué)大綱、內容、結構上均有很大的差別。在教材的方面,一直沒(méi)有一本面向本科教學(xué)的、較系統性的納米材料及其技術(shù)的教材。本文擬從納米材料及其技術(shù)課程教學(xué)目的,課程體系結構、教學(xué)內容和教學(xué)方式等方面對高等院校材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行納米材料及其技術(shù)課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。
1 課程教學(xué)的目的
2 1世紀的競爭是人才的競爭,創(chuàng )新能力的競爭,作為高校教育有責任和義務(wù)引導學(xué)生走向科學(xué)技術(shù)的最前沿,了解并掌握先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)。課堂教學(xué)要激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )造力和想象力。材料科學(xué)被譽(yù)為2 1世紀三大最引人矚目、發(fā)展最為迅速的學(xué)科。高校材料類(lèi)本科生的教育,不僅要讓學(xué)生掌握基本的材料科學(xué)基礎知識,還要引導學(xué)生了解學(xué)科、專(zhuān)業(yè)的前沿領(lǐng)域。納米材料及其技術(shù)課程開(kāi)設的目的是通過(guò)學(xué)習這門(mén)課程,使學(xué)生對材料科學(xué)的前沿領(lǐng)域——納米材料的知識有一個(gè)較全面的認識,要求同學(xué)們掌握納米材料的基本理論、納米材料的基本特性、納米材料的主要制備方法與常用設備、納米材料表征與測量技術(shù);了解納米材料與技術(shù)應用的基本狀況和對當代社會(huì )的影響;為將來(lái)從事與納米科技研究及產(chǎn)業(yè)相關(guān)工作的本科畢業(yè)生提供必要的知識準備,以便能快速進(jìn)入相關(guān)領(lǐng)域,滿(mǎn)足社會(huì )之需求。并力圖培養學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng )新能力,為培養高層次、綜合性、有創(chuàng )新意識和能力的人才奠定基礎。
2 課程體系結構與主要內容
納米材料及其技術(shù)的研究對象內容廣泛,在課程體系結構的設計與教學(xué)內容選擇上,既要充分考慮材料專(zhuān)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程建設的“寬口徑,厚基礎”的要求,還要考慮在有限的學(xué)時(shí)內完成從基礎理論到制備技術(shù)、從測試研究方法到功能應用的教學(xué)任務(wù)。課程教學(xué)既要體現材料發(fā)展的規律性,又要突出納米材料及其技術(shù)在納米科技中的基礎地位。目前,在我國的高等院校材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)計劃中,納米材料類(lèi)課程一般是作為高年級專(zhuān)業(yè)主干課或專(zhuān)業(yè)選修課開(kāi)設。納米材料及其技術(shù)經(jīng)過(guò)2 0年～3 0年的高速發(fā)展,在基本理論、實(shí)驗技術(shù)等方面均取得了顯著(zhù)成績(jì)。中外許多學(xué)者、專(zhuān)家對此進(jìn)行了系統的歸納總結,出版了相關(guān)的專(zhuān)著(zhù)。但針對大學(xué)納米材料及其技術(shù)教學(xué)的教材還較少,有關(guān)大學(xué)本科階段納米材料及其技術(shù)的教學(xué)研究論文也很少。簡(jiǎn)單地將知識點(diǎn)進(jìn)行組合是不夠的,必須對這門(mén)課程的基礎理論和納米材料的專(zhuān)業(yè)知識進(jìn)行有機整合,既要提高這門(mén)課程的深度,又不能過(guò)分狹窄,同時(shí)還要有意識地擴充課程的廣度[4]。根據我們從事納米材料及其技術(shù)課程教學(xué)的實(shí)踐,我們認為要達到前面提出的納米材料及其技術(shù)課程教學(xué)目的。課程的教學(xué)主要內容應包含有:在納米材料基本物理理論中包括電子能級的不連續性、超微粒子的久保理論、納米材料的六個(gè)基本效應;主要類(lèi)型納米材料(微粉、薄膜、塊體)的制備技術(shù),納米粒子的尺寸評估方法,納米材料結構與性能分析研究的主要方法與技術(shù),納米微粒、薄膜、塊體的特性與應用。從教學(xué)內容的連貫性和內在的邏輯性方面考慮可以將教學(xué)內容分為八個(gè)部分。
2.1緒論
從納米材料獨特的性質(zhì)與神奇功用入手引出納米科技、納米材料的概念,以納米材料的發(fā)展歷程為主線(xiàn),介紹、納米科技涵蓋的學(xué)科、納米材料及其技術(shù)在工農業(yè)應用與發(fā)展前景,納米科技已取得重大成就、最后探討我國納米材料發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域和基本現狀,激發(fā)同學(xué)們對納米材料、納米技術(shù)的好奇心和求知欲。
2.2納米材料基本組成
單元的物理理論基礎以及它們的物理、化學(xué)特性包括納米材料基本單元的分類(lèi),納米微粒的電子能級的不連續性、久保理論。納米微粒的六大基本效應。納米材料基本組成單元的光、電、磁、熱、表面吸附、催化等特性。通過(guò)這一部分有關(guān)納米材料物理基礎的學(xué)習,使學(xué)生認識到納米材料神奇的特性的本質(zhì)依然是基本物理、化學(xué)規律的體現,納米材料的特殊性可以通過(guò)微觀(guān)物理學(xué)來(lái)認識,來(lái)研究。
2.3納米微粒的尺寸評價(jià)方法與技術(shù)包括透射電鏡分析法
,X射線(xiàn)衍射寬化法,比表面分析計算法、掃描探針顯微鏡分析法、激光粒度分析法等方法的原理和評價(jià)過(guò)程。這一部分的知識使學(xué)生掌握納米材料粒子粒徑測定的主要方法及其儀器,并掌握主要方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。同時(shí)也使同學(xué)們認識到納米材料研究的困難性、高技術(shù)性特征。
2.4納米材料的制備與表面改性技術(shù)
包括高能球磨法、氣相蒸發(fā)法、濺射法、化學(xué)氣相沉積法、溶膠-凝膠法,水熱/溶劑熱法,微乳液法、輻射合成法等納米微粒制備技術(shù)原理;真空鍍膜、濺射鍍膜、溶膠-凝膠法、電化學(xué)鍍、電泳沉積、L B膜等納米薄膜制備技術(shù)和熱壓燒結等納米塊體成型技術(shù);納米微粒表面物理、化學(xué)改性技術(shù)。通過(guò)這一部分內容的學(xué)習,使學(xué)生掌握幾類(lèi)納米材料的主要制備技術(shù),為以后從事納米材料的研發(fā)奠定必備的基礎。
2.5納米材料結構與性能研究的主要方法與技術(shù)
包括納米固體界面結構模型,界面對納米固體性能的影響;高分辨透射電鏡、光譜分析、X射線(xiàn)晶體衍射、高精度掃描探針顯微鏡等方法在納米材料結構與性能測定和表征中的應用。
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