材料化學(xué)課程教學(xué)內容設置分析論文

　　摘要：材料是社會(huì )發(fā)展的物質(zhì)基礎，材料化學(xué)是材料科學(xué)的重要組成部分。本文通過(guò)對現行材料化學(xué)教材內容設置的深入分析，建議農業(yè)性院校材料化學(xué)教材內容應側重于以聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料方面，并提出從材料結構與性能之間的關(guān)系、各類(lèi)功能材料的基本理論和基礎知識兩條主線(xiàn)進(jìn)行教學(xué)的理念，旨在培養以農業(yè)資源綜合開(kāi)發(fā)與利用為特色的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才。

　　關(guān)鍵詞：材料化學(xué)；農業(yè)院校；教學(xué)內容；課程設置

　　人類(lèi)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(kāi)材料，材料是人類(lèi)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)濟中具有重要作用，世界各國不斷加大新材料開(kāi)發(fā)及其應用研究方面的投入，以期在國際市場(chǎng)上占有一席之地。這為高新材料的發(fā)展提供了難得的機遇。材料化學(xué)是材料科學(xué)領(lǐng)域的重要組成部分，是一門(mén)研究材料制備、結構、性能和應用的學(xué)科，其內涵是從分子原子水平到宏觀(guān)尺度認識材料結構與性能的相互關(guān)系，從而調節材料的組成、結構和合成技術(shù)，并發(fā)展出新材料[2-3]。在這種背景下，國內外各大高校爭相開(kāi)設材料相關(guān)專(zhuān)業(yè)。復旦大學(xué)于90年代初率先成立了材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)，隨后，國內諸多高校相繼開(kāi)設了材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)，湖南農業(yè)大學(xué)也于2009年設置了材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)。

　　1材料化學(xué)教材的基本框架結構

　　調研發(fā)現，在國內除了以北京大學(xué)、復旦大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為首的眾多綜合性大學(xué)開(kāi)設有材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)之外，四川農業(yè)大學(xué)、華南農業(yè)大學(xué)和湖南農業(yè)大學(xué)也相繼開(kāi)設了材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)[4-5]。由于各高校的學(xué)科特色和學(xué)科背景千差萬(wàn)別，因此，各學(xué)校材料化學(xué)的教學(xué)內容也各不相同。目前，市場(chǎng)上出版社發(fā)行的材料化學(xué)教材琳瑯滿(mǎn)目，但仔細閱讀后發(fā)現現行《材料化學(xué)》的內容設置不外乎為以下兩類(lèi)：一是按照基體材料分類(lèi)來(lái)撰寫(xiě)材料化學(xué)相關(guān)內容，主要包括金屬材料、無(wú)機非金屬材料（陶瓷）、有機高分子材料和復合材料；二是按照材料的用途分類(lèi)來(lái)撰寫(xiě)材料化學(xué)相關(guān)內容，主要側重于功能材料方面，包括電功能材料、磁功能材料、光功能材料、功能轉換材料和化學(xué)功能材料等。市場(chǎng)上出版發(fā)行的《材料化學(xué)》教材具體內容設置情況如表1所示。不同于其他綜合性院校和工科類(lèi)院校，湖南農業(yè)大學(xué)作為一個(gè)農業(yè)性院校，其學(xué)科特色側重于農業(yè)資源的綜合開(kāi)發(fā)與利用方面，因此以聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料內容更符合學(xué)校的學(xué)科背景。因此在綜合比較各類(lèi)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(lèi)撰寫(xiě)的《材料化學(xué)》一書(shū)為教材。通過(guò)該課程的學(xué)習，使學(xué)生了解材料結構與性能之間的相互關(guān)系；熟悉各類(lèi)功能材料的基本理論、基礎知識；了解各類(lèi)功能材料的發(fā)展歷史和應用領(lǐng)域等，開(kāi)闊視野，激發(fā)學(xué)生對本學(xué)科的熱愛(ài)。

　　2材料化學(xué)教材的主要內容

　　在課程具體講解過(guò)程中，我們將教材內容劃分為兩大部分來(lái)講解，第一部分主要講述材料結構與性能之間的相互關(guān)系，培養學(xué)生思考問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，為學(xué)生以后從事新材料的開(kāi)發(fā)起理論指導作用，包括第一章緒論、第二章結構與物性、第三章納米材料和第四章復合材料及雜化材料；第二部分重點(diǎn)介紹各類(lèi)功能材料，拓寬學(xué)生對材料的認識，從而對自己未來(lái)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、第八章功能轉換與智能材料和第九章化學(xué)功能材料。在第一部分內容中講述了材料的結構決定其性能。材料的結構包括它內部的原子、離子或分子及其相互作用力。由于內部各組分之間作用力的不同，使材料表現出不同的導電性、熔點(diǎn)、硬度、延展性和強度。其次，材料的微觀(guān)結構還包括其內部微粒的排列方式。由內部微粒周期性規則排列形成的材料稱(chēng)之為晶體，反之則為非晶體。晶體具有固定熔點(diǎn)、規則外形、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 )出現偏離理想的周期性排列的區域而形成晶體缺陷，缺陷的形成對材料的聲、光、電、磁、熱等性能有顯著(zhù)影響。此外，材料的晶粒尺寸也影響其性能，當材料的粒徑達到納米尺度后，將表現出獨特的電、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)的單一材料復合在一起時(shí)將會(huì )形成新的界面而產(chǎn)生復合效應，使之出現新的性能�？梢�(jiàn)，第一部分內容較完整的講述了材料結構如何影響其性能，對學(xué)生以后研發(fā)新材料具有啟發(fā)意義。在第二部分當中，我們根據外電場(chǎng)作用下自由移動(dòng)的帶電粒子（載流子）的類(lèi)型，講解了半導體、超導體、快離子導體等新型電功能材料，其載流子分別為空穴、電子和陰陽(yáng)離子。根據矯頑力Hc的大小講述了永磁材料和軟磁材料。根據光的輻射方式以及光波和物質(zhì)之間的折射/吸收效應，講解了因受激輻射引起光放大的激光，以折射作用傳導光波的光纖和對光起吸收作用的太陽(yáng)能電池。根據形狀與能量轉換、機械能和電能轉換、熱能和電能轉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�(jiàn)，通過(guò)第二部分內容的講述能夠使學(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結語(yǔ)

　　材料化學(xué)作為農業(yè)院校材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的核心課程，其教學(xué)內容應該立足于農業(yè)院校的學(xué)科背景，側重于以材料的聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料，而不是簡(jiǎn)單照搬其他綜合性大學(xué)和工科類(lèi)院校的教材。本文通過(guò)對現行材料化學(xué)教材內容的深入分析，認為農業(yè)院校材料化學(xué)課程教學(xué)內容應該圍繞材料結構與性能之間的關(guān)系，以及各類(lèi)新型功能材料的基礎知識兩方面來(lái)編排。通過(guò)該課程的學(xué)習使學(xué)生了解材料的結構包括作用力、排列方式、尺寸大小和界面效應對材料性能有顯著(zhù)影響，熟悉各類(lèi)功能材料的基本理論，為其將來(lái)從事材料科學(xué)相關(guān)工作打下良好基礎。

　　參考文獻

　　[1]周蕓,楊柳.材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐改革初探——以重慶師范大學(xué)為例[J].生物化工,2017,3(4):60-62.

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