金属材料工程专业前沿研究方向(一)
金属材料工程专业方向
金属材料工程专业方向
一、 专业简介及培养目标
金属材料工程是国家经济建设的支柱，在航空航天、能源化工、国防军工、冶金机电等各行业均发挥着至关重要的作用，也是西安交通大学优势学科之一，在国内外享有较高的知名度。金属材料工程主要研究金属材料性能优化的基本理论，探索提高材料使用性能的有效途径，了解金属材料的性能特点及其工程应用。学生通过院级课程的学习已经具备了材料科学与工程方面的基础理论和一定的实验技能，本专业重点向学生介绍金属材料合金理论、常见工程构件的失效分析、材料内部缺陷的检测技术、金属功能材料、复合材料等相关知识，使学生掌握金属材料合金化基础理论知识，熟悉几种重要的金属材料及其力学性能与应用。培养学生选择材料和使用材料的科学思路。使学生能从事工程零构件的失效分析工作，提出预防零件失效的具体措施，使学生掌握金属材料内部缺陷无损检测技术，提出预防零件失效的具体的措施，了解复合材料、生物材料及功能材料的基本理论及要求，培养学生完整的金属材料知识体系。本专业的培养目标是使学生具备现代化建设所要求的系统材料知识、基础理论知识及工程技术知识，具有新材料、新产品、新工艺研究开发能力。金属材料工程专业具有学士、硕士、博士授予权，设有博士后流动站，是"211工程"建设学科的二级学科。金属材料工程专业的科学研究紧密结合国家科技发展的重大需求，瞄准国际前沿，开拓研究思路，不断提高研究水平，保持本学科在国内外的特点和优势。
二、课程设置
根据培养目标，金属材料工程专业方向的课程设置主要以金属材料为核心，课程体系包括合金与强化理论、材料选择与应用、零件失效分析、组织缺陷检测等主要内容。主要课程有：金属材料及热处理，失效分析与防止，金属功能材料，复合材料，材料无损检测技术，生物材料。
表1 金属材料工程专业课程
三、就业方向
本专业注重学生综合能力的培养，通过课程的学习和大型综合实验的锻炼，使学生理论知识与实践技能并重，注重学生科学思维方式和发现问题解决问题能力的培养。学生毕业后科研单位从事工程材料、新型材料及其加工技术的基础研究、应用研究和开发研究，也可在机械、冶金、化工、能源、电子、交通、轻纺、军工等企业从事材料制备、材料选择与应用、材料质量与性能检测工作。也可到高等学校从事教学工作。国家需求量大，学生就业情况良好。工作后适应性强，深受用人单位欣赏。
四、师资力量
本专业方向有教师11名，教授5名，副教授6名,讲师1名。其中长江学者1名，长江学者讲座教授1名，973首席科学家1名，教师的研究项目和承担的课题如表2所示。本专业的教师学术修养高，敬业奉献，目前承担国家级的科研项目20 余项，研究经费4000余
表2 师资力量
万元。在培养学生方面坚持厚基础、宽口径、高素质的培养宗旨，注重学生科学思维方式和发现问题、分析问题和解决问题能力的培养。表3是2008届毕业设计选题和指导教师情况统计。
五、试验条件
与学院和金属材料强度国家重点实验室共享的设备：材料科学与工程教学实验平台，材料微观组织分析的高分辨透射电镜和扫描电镜以及材料力学性能测试的系列试验机，满足本专业学生从材料热处理、金相式样制备和组织观察分析、性能测试等实验要求。
金属材料专业方向的还具固定资产近1000万元的特色设备。
微力疲劳试验机Tytron 250（MTS systems Corporation）：可用于薄膜或者小尺度材料在微小力加载的疲劳性能测试；高真空电弧熔炼炉和逆向真空压铸设备：可用于制备高性能非晶合金和特种化学成分的合金；真空热挤压炉：可实现材料在真空状态下把工件加热和挤压成型，避免氧化；还可进行真空状态下的高温烧结。复合热分析仪DCS/DTA：对各种材料相变进行测定，确定其相变温度点以及热焓等数值。联想iCluster1800深腾高性能服务器计算平台：用于有限元、分子动力学计算大型计算。表面分析与磁控溅射系统：高真空下制备金属薄膜以及薄膜化学成分与结构分析等。根据学科发展的需要，金属材料工程专业拟购置渗氢与复合挤压设备和聚焦粒子束及加工设备（FIB）等,分别实现材料微观组织的微晶和纳米晶以及微米尺度试样的加工。
六、科研成果
金属材料工程专业方向已形成了“金属材料强度研究及其应用”的学术传统和学科体系，在“发挥材料强度潜力”、“低碳马氏体理论及应用研究”和“材料强塑韧合理配合”等方面的基础理论曾获得国家科技进步一等奖和国家自然科学三等奖多项奖励，研究成果已应用于多种行业和领域，显著地降低生产成本、提高了生产效率，取得了巨大的经济效益。近年来，承担973 重点基础研究发展计划、连续承担国家自然科学基金面上项目、国家“十五” 863 、霍英东青年基金项目、博士学科点基金、教育部优秀青年教师基金等科研项目20余项。研究经费4000余万元。在材料学科国际一流期刊上发表论文多篇，引起国内外同行的普遍关注。现每年招收硕士研究生20余人、博士研究生6～10人。
无机非金属材料工程专业方向介绍
一、概况
新型无机非金属材料工程专业是材料科学与工程的新兴学科，是世界各个国家非常重视和大力发展的前沿性方向。为适应世界材料科学发展的新趋势，使我校材料科学与工程的学科领域处于国际发展的前沿，材料学院设立了“无机非金属材料工程”专业方向。
目前，“无机非金属材料工程”专业方向依托材料学院新材料研究室和表面工程研究室，本专业方向的课程主要涉及无机非金属材料，及现代表面技术。主要研究领域涉及先进陶瓷及其复合材料、军工用新材料、功能陶瓷材料及薄膜材料及材料表面改性技术。此外，还包括新型金属材料、机械合金化等。多年来形成了以国家、企业需求为牵引，将材料基础研究与新材料应用开发相结合的特色。目前主要承担国家973、863、攻关、国家自然科学基金重点和面上项目、国防军工，以及企业合作课题等各种重要科研项目。
二、培养目标
本专业方向课程的教学内容涵盖无机非金属材料粉体、块体和薄膜的合成制备技术、陶瓷材料的结构与力学性能、功能陶瓷与纳米无机材料、生态环境材料，以及现代表面技术。培养具备无机非金属及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。
三、课程设置
专业主干课程有：无机非金属材料合成与制备、陶瓷材料学、功能陶瓷材料、现代表面技术、无机非金属纳米材料、生态环境材料等课程。学生除掌握无机非金属材料专业必备的基础理论和专业知识外，通过生产实习和毕业论文等实践环节的培训，掌握无机非金属材料研究的基本知识和基本技能，具备进一步从事结构陶瓷、功能陶瓷、其它无机非金属材料，以及材料表面技术方面的研究开发能力。
表1专业课程
金属材料工程专业前沿研究方向(二)
金属材料工程专业
金属材料工程专业
（一）专业介绍
金属材料工程专业主要研究金属材料的组织、结构和性能之间的关系，研究各种新型结构材料、金属基复合材料、纳米材料、金属功能材料和建筑材料等其他高性能金属材料。学生毕业后能在冶金、材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域，从事金属材料生产加工、质量检验、工艺设计、新材料研究与开发及经营管理工作。
金属材料工程专业2006年被列为山东科技大学特色专业建设点。经过多年的建设，该专业已经具备了较为扎实的办学物质基础，形成了一支以院士、学科带头人、学术带头人为骨干，学术水平高、实力雄厚、结构合理的教师队伍，并具有一套行之有效的教育教学管理体系。产学研紧密结合，利用自主知识产权建立了多个产学研基地，提供了良好的科研创新平台，学生能力和素质培养得到有效保障。
金属材料工程专业主要研究方向及特色：【金属材料工程专业前沿研究方向】
1. 等离子束表面冶金：在国际上首次开展了等离子束表面冶金机理、设备、工艺、应用和产业化的系统性研究，开辟了特殊工矿条件下关键零部件表面处理的新途径，提升了煤炭、石油机械装备技术水平和国际竞争力，建成了产学研基地，推动了行业科技进步。 2. 热喷涂：采用热喷涂技术原位制备耐磨蚀金属陶瓷涂层、金属间化合物涂层以及功能梯度涂层，且相关技术及产品已在煤矿、电厂、冶金等行业投入应用，获得了明显的经济及社会效益。
3. 自蔓延高温合成：正开展国家863项目《机动车尾气净化用金属间化合物/陶瓷载体的研究》。开发成功的内燃机汽缸套表面硬化技术，在汽缸套生产和汽车维修企业推广应用，创造了超亿元的经济效益。
4. 材料加工新技术：在特种铸造、焊接、粉末冶金等领域开展了广泛地研究，取得了国内先进的成果。
5. 高性能结构材料：在高热强模具钢、高温合金、耐候钢、镁合金、铝合金等材料的研制开发方面取得了国内先进的研究成果。 6．亚稳态材料：在纳米材料、非晶合金等前沿领域开展了大量的研究工作，正承担国家军工“863”课题。
7. 金属功能材料：在磁性材料、热电材料、形状记忆合金等领域开展了创造性的工作，在磁制冷材料研究方面取得了突破性进展。 （二）金属材料工程专业培养方案 Metallic Materials Engineering
（门类：工学，二级类：材料类，专业代码：080202）
一、培养目标
本专业培养德智体全面发展的，掌握扎实的理论基础、系统的材料科学基本理论与金属工程应用技术、基本实验技能和科学创新研究方法，具备综合运用所学基础理论与专业知识解决材料工程领域实际问题、创造性思维和初步科学研究与开发能力、团队协作能力的，能在冶金、材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域，从事金属材料生产加工、质量检验、工艺设计、新材料研究与开发及经营管理工作，具有多元人文背景，有道德、善学习、勤思考、重实践、富有创新意识、环保节能意识、团队精神、社会责任感和敬业精神的高级专门人才。 二、培养要求
本专业培养的学生具有以下知识和能力：
1、掌握高等数学、工程数学、大学物理、工程力学、无机化学等基础性课程的基本理论和应用方法，掌握一定的人文、管理、社会科学基础知识，具有正确运用本国语言、文字的表达能力；
2、基本掌握一门外语，具有较好的听、说、读、写能力，能较顺利地阅读本专业的外文书籍和资料，并能进行简单的专业领域的沟通； 3、具有一定的计算机软、硬件综合运用能力，熟悉一门计算机语言；
4、牢固掌握材料组织结构与性能间关系的基本规律，能够熟练运用基本原理分析材料工程领域中的具体问题，具有较强的实践能力；基本掌握材料组织与性能分析测试的基本方法与原理，掌握常用测试设备的使用和对应的材料制样方法；掌握材料服役过程的基本力学特征，能够进行简单的材料失效分析；基本掌握材料加工与制备的基本方法与基本原理；能够为工程构件正确选材； 5、具有一定的制图能力，掌握常见材料制备和加工设备的使用方法；
6、具有较强的开拓创新能力，有效地进行新材料、新工艺、新技术的探索，善于把高新技术转化为生产力；具有较强的自学能力，具有获取金属材料工程领域最新信息的初步技能及研究、开发新材料、新工艺和设备的初步能力；
7、具有团队合作精神和一定的组织领导、管理决策、语言文字、社会交往能力，能够胜任管理协调、技术洽谈和国际交往等工作能力； 8、具有健康的体魄、良好的心理素质和行为习惯。 三、主干学科 材料科学与工程 四、主要课程
1、专业基础课：工程制图、机械设计基础、无机化学、工程力学、电工电子技术、物理化学、材料科学基础、材料分析测试技术、材料物理性能、材料力学性能、金属固态相变原理、材料成型原理等。
2、专业课：金属材料学、材料成型原理与工艺、材料腐蚀与防护、热处理工艺与设备、焊接原理、工艺与设备、铸造工艺学、金属压力加工工艺与设备、材料表面技术概论、摩擦与磨损、等离子技术及应用、零件失效分析、粉末冶金基础、复合材料、非金属材料学、高分子材料、功能材料、能源材料、纳米材料学、焊接结构、液固成型新技术及发展、无损检测原理及技术、学科前沿讲座等。 五、主要实践性教学环节
主要包括入学教育、军训、金工实习、电工实习、生产实习、实验教学、思政课实践、公益劳动、课程设计、毕业实习及毕业设计等。 六、修业年限 4年 七、授予学位 工学学士
八、课程体系的构成及学时、学分分配
毕业所必需达到的总学时为2398，总学分为180。其中理论教学环节135学分，实践环节41学分，创新学分4学分。具体说明如下： 通识教育基础课：17门（不包括人文社科类选修课），68学分，1240学时。
其中必修课16门，65学分，1180学时；选修课1门，3学分，60学时；人文社科类选修课5个学分，90学时。 专业基础课：13门，38学分，666学时。
其中必修课11门，36学分， 630学时；选修课2门，2学分，36学时。 专业技术课：11门，24学分，402学时。
其中必修课4门，10学分，178学时；选修课7门，14学分，224学时。 各类课程学时分配表
各学期各类课程额定学分分配表
培 养 方 案 一 览 表
（执笔人：李敏 审核人： 姚树玉 ）【金属材料工程专业前沿研究方向】
专业：金属材料工程 学制：四年 制订日期：2009.4 （一）学历
周次 环节 学年
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
R R J J J J J J J J J J J J J J Y F K Q Q Q Q Q Q J J J J J J J J J J J J J J J J J J F K Q Q Q Q Q Q J J J J J J J J J J J J J J J J J J F K Q Q Q Q Q Q J J J J J J J J J J J J J J F K A A A A Q Q Q Q Q Q J J J J J J J J J J J J J J A A A A F K Q Q Q Q Q Q J J J J J J J J J J J J J J J F K S S S Q Q Q Q Q Q C C J J J J J J J J J J J J J J J J F K Q Q Q Q Q Q B B D D D D D D D D D D D D D D D E 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
符号 R入学教育 J理论教学 Y认识实习 A教学实习 S生产实习 B毕业实习 K考试 说明： C课程设计 D毕业设计 G生产劳动 F机动 E毕业鉴定 Q假期 （二）时间分配（以周计）
符号 R入学教育 J理论教学 Y认识实习 A教学实习 S生产实习 B毕业实习 K考试 说明： C课程设计 D毕业设计 G生产劳动 F机动 E毕业鉴定 Q假期 (三)实践环节【金属材料工程专业前沿研究方向】
(四)讲座（报告）
(五) 通识教育基础课程进程表
(六)专业基础课程进程表
金属材料工程专业前沿研究方向(三)
目前材料科学前沿研究的热点方向
目前材料科学前沿研究的热点方向
1、纳米材料技术：纳米富勒碳球、碳纳米管和纳米线、纳米薄膜、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料；
2、高温超导材料
3、信息传递和存储材料、光学通信材料、人工晶体材料、医学成像材料、辐射探测材料；
4、硅基材料、半导体材料、储能材料；
5、超硬金属玻璃、微晶玻璃材料；
6、金刚石薄膜材料，用激光束、注入束或离子束的材料表面改性技术；
7、生物医用材料、生态环境材料、仿生材料；
8、智能材料、功能有机聚合物；
9、耐超高温复合材料、碳/碳复合材料、碳基和陶瓷基复合材料；
10、轻型金属基叠层复合材料；
11、高分子聚合物复合材料。
金属材料工程专业前沿研究方向(四)
金属材料工程专业“无机非金属材料”教学探索
摘要：金属材料工程专业的专业选修课“无机非金属材料”是一门基础性、系统性和实用性较强的课程。针对该课程的选修课性质和内容多、知识面广、关注学科前沿、学生全面掌握知识点难度较大等实际情况，结合教学实践和经验探讨了如何从教学内容、教学模式、教学方法和手段以及考核方式等方面进行改革和创新，以提高教学质量、增强教学效果，培养出“高素质、强能力、应用型”的材料类高级专业人才。 关键词：无机非金属材料；专业选修课；教学方法
作者简介：张露露（1975-），女，湖南邵阳人，三峡大学机械与材料学院，副教授；杨学林（1973-），男，湖北均县人，三峡大学机械与材料学院，副教授。（湖北 宜昌 443002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）20-0080-02
无机非金属材料是与金属材料、有机高分子材料并列的三大材料之一，是国民经济的重要基础，也是航空、航天、交通、能源和电子等高技术领域的重要支撑。目前，它正朝着多元化、复合化、功能化、结构—功能一体化方向发展。按照教育部“拓宽基础，淡化专业意识，扩大专业口径，培养复合型人才”的要求，结合三峡大学“高素质、强能力、应用型”的人才培养目标，金属材料工程专业开设了“无机非金属材料”课程作为专业选修课，这对于拓展学生专业知识、增强学生就业竞争力有着重要意义。
“无机非金属材料”课程主要介绍无机非金属材料的组成、结构和性能之间的关系，介绍陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料的制备工艺、组织结构特征、性能特点及其应用，以及无机非金属基复合材料和功能无机非金属材料等研究现状及其发展方向。该课程基础性、系统性和实用性较强。它作为金属材料工程专业的专业选修课，在教学内容和教学要求上不同于其作为无机非金属材料工程专业的专业必修课。金属材料工程专业开设“无机非金属材料”课程作为选修课的目的是让学生在完成金属材料工程专业必修课程的基础上，初步了解和认识无机非金属材料的基本理论知识、成型加工方法及其应用领域，掌握相应的基本知识、基本技能及必要的理论基础，深化学生的专业基础知识，拓展学科知识面。由于课程内容丰富，涉及化学、物理、材料学等多学科的专业知识，又紧跟材料科学发展的前沿，要让学生在有限的课时内理解并掌握其内容具有一定难度，因此，这对教学提出了较高要求。本文主要结合笔者近几年的教学实践和经验，就如何从教学内容、教学模式、教学方法和手段以及考核方式等方面进行改革和创新进行了探讨，以期更好地提高教学质量、增强教学效果。
一、优选教学资源，优化教学内容
目前，无机非金属材料方面的教材很多，如戴金辉等主编的《无机非金属材料概论》、卢安贤主编的《无机非金属材料导论》、陈照峰等主编的《无机非金属材料学》、王培铭主编的《无机非金属材料学》等，这些教材侧重点各不相同。根据该课程的选修课性质，按照专业知识面广、难易程度适中、实用性强的原则，三峡大学选用了戴金辉等主编的《无机非金属材料概论》作为该门课程的主要教材。该教材主要介绍陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料的结构、性能以及制备工艺，并扼要地介绍这几种材料的最新发展动态，[1]它吸取了国内外同类教材的精华，内容深广度适中，叙述深入浅出，适用性强，较适合作为三峡大学金属材料工程专业的选修课教材。同时，为帮助学生进一步加深对无机非金属材料的认识和了解，学校还指定了卢安贤编写的《无机非金属材料导论》作为辅助教材。为完善教学内容，还将陈照峰等主编的《无机非金属材料学》、王培铭主编的《无机非金属材料学》等教材作为教学参考书。
鉴于专业选修课教学内容弹性较大，在课堂教学中笔者注重学科知识的拓展和深化以及知识的更新，除讲授教材内容外，还有意识地结合社会生活中的热点问题、当前科技发展动态、学校无机非金属材料方面的科研成果以及自身的科研工作进行讲解和介绍，不断充实和优化教学内容。例如，在讲授陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四种传统无机非金属材料时，笔者一般首先介绍该材料的发展历史和现状，以增加学生对该材料的初步认识和了解，然后讲授书本上的相关理论知识；又如，在讲授无机非金属基复合材料时，笔者介绍了目前比较热门的新能源材料，并谈及了一些自己在锂离子电池材料方面的科研工作情况。这些相关教学内容的补充不仅提高了学生对该课程的学习兴趣，也激发了学生的科研兴趣和创新意识，达到了较好的教学效果。
二、改革教学模式，创新教学方法
专业选修课的特点决定了它的教学不同于必修课，它不仅强调知识的系统性和完整性，强调学习方法、科研方法的引导，而且更需要激发学生的学习兴趣。针对“无机非金属材料”课程的专业选修课性质及其理论性强、内容枯燥、学生全面掌握知识点难度较大等特点，笔者坚持“以教师为主导，以学生为主体”的教学原则，采用了多媒体教学与传统教学相结合的教学模式，运用了案例教学、课堂讨论、学生自主学习、任务趋动等灵活多变的教学方法和手段，以提高教学质量，增强教学效果。
1.采用多媒体教学与传统教学相结合的教学模式
多媒体作为一种现代化教学手段，被广泛引入各高校的教学当中。它集图、文、声、动画于一体，能将抽象的概念直观化、具体化，将枯燥的内容生动化，并容纳较大信息量，使课堂教学变得生动、活泼、富有新意，教学效率高，效果明显。[2]而传统的教学方式，教师可以通过在讲台上的“表演”吸引学生的注意力，有利于实现师生间的互动。“无机非金属材料学”课程涉及知识面广、理论性强、内容枯燥，为尽可能调动学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解和记忆，笔者针对各部分教学内容进行精心构思，采用了多媒体教学与传统教学相结合的教学模式。在教学过程中，笔者一方面制作了图文并茂的相应课件，另一方面也注重传统教学方式中教态和教学语言的运用。通过教师亲切生动的讲授和大量课件的展示，增加了学生对无机非金属材料的感性认识，加深了学生对理论知识的理解和记忆，取得了较好的教学效果。 2.注重案例教学，坚持理论联系实际
“无机非金属材料学”是一门理论性较强的课程。在教学过程中，笔者注重理论联系实际，尽可能地通过讲授实际案例激发学生的学习兴趣。如在讲授梯度功能材料时，笔者介绍了越王勾践剑，通过图片展示和对越王勾践剑结构的分析，既展现了中华民族的优秀智慧，又加深了学生对梯度功能材料的认识和理解；又如，在讲授水泥材料时笔者例举了伊朗为应对美国现有的穿地炸弹，已研制出既可抵御钻地炸弹，也可抵御地震的世界最强混凝土——“智能混凝土”，这一案例让学生更加深切体会到新材料的研发和应用直接关系到一个国家的工业活力和军事力量。这些案例的讲解都极大地激发了学生的学习兴趣和科研兴趣。
3.增强互动教学，营造良好的课堂氛围
根据选修课性质，课堂教学采用启发式讲授和学生讨论相结合的互动教学方法，可以很好地调动学生的学习积极性，营造良好的课堂氛围，提高教学质量，增强教学效果。因此，在教学过程中，笔者既重视发挥教师的主导作用，又尊重学生在学习中的主体地位。课堂上，笔者常常向学生提出问题，鼓励学生积极思考，并展开讨论。这种互动教学既激发了学生学习的积极性和主动性，又活跃了课堂气氛。例如，在讲授玻璃的定义时，笔者首先提出“有机玻璃、金属玻璃是玻璃吗？”这个问题，让学生进行思考，各抒己见，然后通过定义讲解，使学生找到正确答案，课堂气氛十分活跃。这种互动教学使学生对定义理解更加透彻，记忆更加深刻，教学效果好。
4.提倡自主学习，充分发挥学生的主观能动性
“授之以鱼，不如授之以渔。”随着现代电子信息技术的进步，充分引导学生运用新技术获取知识和信息，并利用这些信息完成学习任务，发挥学生的主观能动性，提高学生的自学能力，在教学过程中具有十分重要的意义。教师给学生布置课外学习任务，学生需要利用图书馆或网络资源查阅一定数量的文献，并通过自己的独立思考才能完成任务。这种任务驱动式教学方式既可以培养学生的自学能力，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，也可以培养学生的创新思维能力，这些能力的培养将为学生今后走上科研或生产岗位奠定良好基础。因此，在教学过程中，笔者提倡通过任务驱动的方式鼓励学生自主学习。这样不仅可以调动学生的学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性，培养学生的自学能力和科研能力，同时还可弥补课堂教学内容的有限性，促使学生掌握更多的知识。如在学习特种玻璃时，笔者给学生布置了一项任务，即合理设计一款或多款学生心目中理想的未来玻璃。接到任务后，学生大胆想象，设计出了30多种自己心目中理想的未来玻璃，如破碎后能自动粘合的记忆玻璃、光强和颜色能随人体内电流和电磁波而变的情绪玻璃、不开窗即可自动换气的净化空气玻璃等，这些作品充分展现了学生学习的主观能动性和创新思维能力。又如，在学习完陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料这四种传统无机非金属材料后，笔者鼓励学生根据自己的兴趣选择任意一种无机非金属材料制作课件，在课堂上进行演示和讲解，再由学生展开互评。这次教学活动既锻炼了学生查阅文献和综述文献的能力、独立思考的能力以及表达沟通能力，也培养了学生的科研创新能力，获得了学生的一致好评。
三、注重教学效果，改革考核方式
考核环节作为教学活动的有机组成部分，是整个教学过程的重要环节之一。专业选修课的考核一般可根据实际情况采取灵活多样的方式。[3]传统的闭卷考核形式，需要学生死记硬背的知识点多，学生复习吃力，容易让学生造成思想负担，给学生学习带来压力，不利于调动学生学习的主动性和积极性；而采用课程论文形式进行考核，在信息高度发达的现代社会，学生中容易出现利用网络资源抄袭的现象，无法真正反映出教学效果。“无机非金属材料”课程作为金属材料工程专业的专业选修课，侧重于拓展学生的知识面，培养学生的综合专业能力。鉴于该课程的选修课性质和内容多、知识面广、学生全面掌握知识点难度较大等实际情况，为提高学生的学习积极性，并真实反映出学生的学习效果，笔者对该课程的考核方式也进行了相应改革，采取了过程性考核与终结性考核相结合的考核方式。其中，过程性考核成绩占该课程成绩的30%，考核内容主要包括课堂表现、出勤情况和任务完成情况等；终结性考核占70%，具体采用开卷考试形式进行。这种考核方式既可以较客观地反映学生对课堂知识的了解和掌握情况，也可以较真实地反映学生参与这门课程的学习态度和科研创新思维能力，从而真正体现出这门课程的教学效果。
四、结语
“无机非金属材料”课程作为一门内容多、知识面广、关注学科前沿的专业选修课，随着新材料及其技术的不断发展，其教学内容还需不断调整，教学方法、教学手段和考核方式也有待于进一步改进，这样才能更好地调动学生学习的积极性和主动性，提高教学质量，增强教学效果，从而为社会和企业培养出紧跟时代步伐的“高素质、强能力、应用型”材料类高级专业人才。
参考文献：
[1]戴金辉，葛兆明.无机非金属材料概论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
[2]张俊红.无机非金属材料专业《功能材料与制品》教学方法探讨[J].科技信息，2009，（34）.
[3]刘忠，邹淑云.专业选修课《新能源发电技术》的教学研究与实践[J].科技情报开发与经济，2010，（20）.
（责任编辑：刘辉）
金属材料工程专业前沿研究方向(五)
中美高校材料科学基础教学比较
摘要：通过对比美国俄亥俄州立大学（OSU）和国内某高校材料科学基础的本科课程体系，从专业课程、实践教学、课堂教学方法和考核体系四个方面，对两校存在的教学差异进行了分析，提出了改善国内某高校材料科学基础课程教学的思路与建议。 关键词：美国俄亥俄州立大学；材料科学基础；课程体系
中图分类号：G40-059.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）24-0052-02
美国俄亥俄州立大学（OSU）是一所历史悠久的研究型高等学府，为十大联盟Big Ten Conference成员，被誉为“公立常春藤”大学之一。OSU开设的专业几乎涵盖了所有的学术领域，很多专业在全美名列前茅。
OSU工程学院材料科学与工程系由地质、采矿及冶金系和粘土、陶瓷系合并而成，许多教师在国际相关研究领域享有很高的声誉。系里拥有一栋办公楼和两栋试验楼，拥有很多具有国际先进水平的仪器和设备，其研究方向覆盖了金属、陶瓷等电子、生物、超导、传感器、金属间化合物、先进复合材料、涂层、薄膜材料等的加工、组织及其化学、物理、力学性能的研究。
国内某高校（以下称A高校）是一所以土木建筑、环境市政、材料冶金及其相关学科为特色，以工程技术学科为主体，工、理、文、管、法、经、艺等学科协调发展的多科性大学。该高校冶金工程学院由冶金工程、材料成型与控制工程、金属材料工程、化学工艺与工程4个专业组成。其研究方向覆盖表面纳米化处理、超细晶材料制备、涂层材料、电池材料、钢铁材料、金属间化合物等领域。
OSU的材料科学与工程系和A高校的冶金工程学院都设置有材料科学基础课程，且都立足培养材料加工类专业理论应用型人才。因此，对这两所大学材料科学基础类课程的教学方法进行比较研究是可行的。通过比较研究，对国内高校材料专业乃至其他理工类专业的教育教学改革和课程体系建设具有一定的启示和借鉴作用。
一、课程体系
OSU的本科教育旨在培养学生对专业的学习兴趣，帮助学生获得应对现代社会挑战所需要的知识和能力。OSU将每学年分为Winter、Spring、Summer、Autumn四个学期。除了Summer Quarter，其他学期都安排了材料科学基础的相关课程，其专业课设置均为专业基础课，即精心为学生设计的入门课程，主要目的是给学生展示该学科涉及哪些方面的内容，哪些内容可以在今后的学习中进行深入学习，帮助学生完成从高中向大学阶段的过渡[1]。
OSU材料科学基础相关主要课程有：MSE564――材料微观组织和力学性能、MSE342――材料的微观组织和特性、MSE741――透射电镜、MSE205――材料科学与工程简介、MSE361――材料的力学性能简介、MSE605――材料科学原理、MSE765――材料的力学性能。这些课程共分为三个体系，205、605讲授的是材料科学基础和原理，注重介绍各类材料的组织、结构、性能、加工工艺与其应用之间的关系，讲授金属材料、陶瓷、聚合物、化合物等材料的组织结构对其力学等性能的影响以及分别采取哪种工艺改变材料的结构获得预期性能。361、564、765主要讲授了材料的宏观力学性能，例如陶瓷、金属材料、聚合物、化合物等材料的拉伸、疲劳、断裂、蠕变等宏观力学性能，并阐述了材料组织结构对其变形行为的影响。342和741讲授了材料微观组织结构分析与表征，主要通过XRD、SEM、EBSD、TEM等分析方法对材料的位错、织构等微观组织结构的分析与表征。课程体系安排由浅及深，比如605是205的深化版，对相关理论进行了深入讲解，重点对位错、扩散、钢的热处理部分进行了扩充。765是361、564这两门课程的深化版。学生可以自主的根据自己的掌握程度以及兴趣选择基础课程或者深化课程，完善自己的理论知识体系。
A高校实施以通识教育为基础的专业教育，培养德、智、体、美、劳全面发展的高水平高素质人才。该高校材料科学基础相关课程主要包括金属学、材料化学、材料组织结构的表征、材料性能学、材料加工原理和材料综合实验，体现“组织决定性能，性能决定用途”的知识核心。此外，该高校设有材料塑性力学、凝固理论、轧制技术、冲压成型等课程，旨在帮助学生形成一个从材料合成到后续加工的完整知识体系，但是理论基础课程设置较少，学生对基础理论的掌握程度有待深入。
二、实践教学
实验是课程的重要组成部分，也是学生学习掌握材料组织性能、材料检测方法的重要手段[2]。OSU采用分时段的实验室管理方法，即将每次参与实验的学生分成四组，四组学生在50分钟内交换使用实验仪器，大大提高了实验效率，也能够让每个学生亲自参与到实验环节中，并从中得到锻炼与知识的理解与巩固。学院也会设计一些趣味实验，MSE361课程就设置了一个“Egg Drop”项目，就是让学生开动脑筋，采用奇思妙想确保鸡蛋从5层楼上扔下来而不破裂，要想成功完成这个项目，学生需要发挥团队协作精神，综合运用材料力学知识，选取有效材料对鸡蛋进行保护，并采用有限元进行模拟分析。A高校的材料科学基础课程实验属于验证性技术基础实验，一共包含三个内容，分别为金相样品的制备及显微镜使用，Fe3C-Fe平衡组织分析以及金属塑性变形与再结晶实验。实验采用集中安排的形式，安排在具体的某周某节课，由教师动手操作，学生围在周围学习，然后分组完成实验操，每个学生的亲身经历比较少，通过实验获得的专业知识也会减弱。
三、课堂教学方法
课堂教学方法是在一定的理论指导下，为实现既定教学目标而采用的课堂教学形式。教师应该了解和掌握多种教学方法，根据具体的教学情境和教学目标运用不同的教学方法。
OSU所有的教室基本都配备有投影设施，在讲课过程中，教师可以用电子笔在PPT上勾画、讲解。另外教师在授课过程中，可根据需要设置一些问题，学生通过手中的clicker，按键给出自己的判断，答题结束后，屏幕上很快显示出统计结果，教师会据此了解学生对知识点的掌握情况。 OSU课堂多采用以激发学生潜能为目标的“案例教学”、“交互教学”和“小组讨论”。案例教学通过教师讲解实例向学生介绍材料组织及性能的相关理论知识，然后学生再利用网络、书籍等资料，运用所学的知识对自选材料进行分析；交互式教学方法，构建了一个平等和互相尊重的学习氛围，实现了师生之间的相互沟通和加深对新概念的理解；在小组讨论与汇报过程中，教师对每个学生都十分重视，尽量让每个学生都有表现的机会，强调让每个人都分担一部分工作。在展示成果时，每人都要汇报自己做了什么，并谈谈自己独到的见解。有些课程在课程讲授完之后，会要求学生分小组完成一个项目设计，这样可以培养学生的团队合作意识、创新精神和社会责任感，使其学会如何收集资料，也使概念的记忆和问题的解决迅速化。
A高校目前的课堂以讲述为主导，案例教学和交互教学方法逐渐加以应用，这样的做法对学生自己构建知识体系有重要意义。但是在构建知识体系的过程中，教师相对传统的讲述方式、作业布置等情况，导致对学生知识结构方向的纠偏作用比较小。学生在不知道问题的已知条件的由来的时候，往往难于形成自己的知识体系。课堂互动的效果与美国的课堂气氛差异很大，在美国课堂上，只要教师提出了问题，学生会马上有激烈的反应，若是有讨论的话，教室里马上就会活力四射；但是在中国课堂上，教师提出问题，大多数学生会选择沉默，教师需要用“点将”的方式实现互动。
OSU将更多的时间留给了学生，让学生有更多的作业时间和创新时间。A高校则在课堂教学上花了更多的时间，教师和学生的创新思路和时间将受到限制。
四、考核体系
OSU将考试成绩分散在日常学习中，根据学生的到课率、课堂答题情况、作业完成情况、小测验、期中考试、期末考试、实验（实验表现和出勤）、实验评估和项目等综合决定。所以从头至尾，学生需要认真学习才能取得理想的成绩。
A高校的成绩由期末考试和平时成绩来决定，期中、期末考试占70%，平时成绩占30%。平时成绩包括实验、出勤和作业全部。因此，学生就会只注重最终的学习结果，而不注重期间学习的过程。这对学生人生观，价值观的形成有重要的影响。
五、启示与借鉴
通过对俄亥俄州立大学和国内A高校材料科学基础相关专业的课程设置、实践教学、教学方法和考核体系进行对比，分析了A高校在教育教学过程中存在的问题。为提高材料科学基础课程的教学水平和人才培养质量，一方面要在实施通识教育的基础上加强自然科学、人文社科教育，拓宽学科范围，适当增加选修课程的数量，提高课程的综合性，增加学生学习知识面和课程选择的自主性；另一方面，材料科学基础课程教学内容要紧跟学科前沿，使学生了解到材料领域的高新技术，并应涉及各种材料工艺的计算机模拟[3]；同时，实践教学要从教学计划和实验室管理两方面进行改进，更新实验室管理办法，维护设备的正常运转，使每个学生都可以参与其中。
参考文献：
[1]左治江.中美材料加工类课程的教学方法比较研究[J].国际观察，2014，10（5）：122-126.
[2]张玉平.中美高校材料科学与工程课程体系比较初探[J].高等理科教育，2010，93（5）：73-76.
[3]李强，陈文哲.美国和欧洲的材料科学与工程教育（二）[J].高等理科教育，2003，47（1）：44-49.
http://m.zhuodaoren.com/shenghuo284734/
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