摘要：本文主要讲述原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程，并详细讲述原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用，以及原位反应自生法的研究发展趋势。原位反应自生法广泛应用在制备金属基复合材料、金属陶瓷复合材料等方面。本文作者认为原位反应自生法制备复合材料可以应用在材料科学与工程专业的教学实践中，应该增加一些原位反应自生法制备复合材料的实验课程，从而提高实践教学质量。
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关键词 ：原位反应自生法 复合材料 材料科学与工程专业
实验教学 研究 应用
一、前言
在材料科学与工程专业的本科教学工作中，本科学生在高年级就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过原位反应自生法制备复合材料。原位反应自生法是制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。原位反应自生法是在一定条件下通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相从而达到强化的目的。这种方法可得到增强体颗粒尺寸细小，热力学性能稳定，界面结合强度高的复合材料，是一种很有前途的颗粒增强复合材料制造工艺。原位反应自生法制备复合材料由于具有可以达到净近尺寸成形的优势，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料制备方法中都讲述过原位反应合成技术。此外还可以将原位反应自生法制备复合材料作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解原位反应自生法制备复合材料的工艺过程。所以原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业教学实践中得到广泛的应用。本文首先讲述原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程，并讲述原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论。并对原位反应自生法制备复合材料的未来发展趋势进行分析和预测。
二、原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程
为了克服传统方法制备的复合材料存在增强体颗粒尺寸粗大，热力学不稳定以及界面结合强度低等缺点，出现了原位合成技术，即在一定条件下通过化学反应在基体内原位生成一种或几种增强相从而达到强化的目的。原位自生法是通过原料粉末中的某些化学反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺制备出复合材料试样。原位反应自生法可得到增强体颗粒尺寸细小，热力学性能稳定，界面结合强度高的复合材料，是一种很有前途的颗粒增强复合材料制造工艺。目前报道的原位合成技术主要有原位反应热压烧结技术，原位复合技术，定向氧化技术，熔体浸渍技术，反应结合技术及自蔓延高温合成技术等。定向氧化合成技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。原位自生法是通过反应物之间的反应生成所需要的反应产物并通过热压烧结工艺实现致密化。原位合成法是利用化学反应在原位生成补强组元-晶须或长径比较大的晶粒来补强基体材料的制备工艺。原位合成法主要具有如下优点：简化工艺，降低材料成本，实现特殊显微结构设计和获得特殊材料性能，具有很好的热力学稳定性。金属间化合物/陶瓷基复合材料的制备方法主要有原位复合技术和定向氧化技术以及原位反应热压烧结工艺。可以采用原位反应热压烧结工艺制备金属间化合物/陶瓷基复合材料。原位复合技术是由于金属间化合物反应的形成热相对较低，因而采用自蔓延燃烧时系统不易达到较高的绝热温度，故一般采用原位复合技术制备和合成复合材料。原位复合技术是利用放热反应在金属或金属间化合物基体中原位分散金属间化合物或陶瓷颗粒或晶须的原位复合技术。传统的方法是将粉末压坯在恒定速率下加热到可使反应自发的产生并在整个混合物中处处发生反应。定向氧化技术是定向金属氧化工艺可用于制备金属基复合材料。原位反应热压烧结工艺是将原位反应和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料。
三、原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用
原位反应自生法主要用于制备金属陶瓷，金属间化合物，金属间化合物/陶瓷复合材料等。在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过原位反应自生法。原位反应自生法同粉末冶金技术和液相烧结技术一样都是材料制备技术。原位反应自生法同样是热加工工艺，原位反应自生法涉及到反应物高温化学反应制备产物的过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，在有些专业课程中原位反应自生法只是作为了解，对于原位反应自生法制备复合材料的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料科学与工程专业的实践教学课程中增加一些关于原位反应自生法制备复合材料的实验课程。通过原位反应自生法制备复合材料的实践教学活动可以使学生认识和了解原位反应自生法制备复合材料的原理，制备工艺过程以及对经过原位反应自生工艺后得到的金属基复合材料烧结制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对复合材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的本科专业课程设计和本科毕业设计过程中安排采用原位反应自生工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用原位反应自生工艺可以制备金属陶瓷复合材料，先将金属陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过原位反应自生工艺和高温烧结工艺制备金属陶瓷复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。采用原位反应合成工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先将金属间化合物粉末和陶瓷粉末通过压力成型过程在一定压力下压制成具有一定形状和致密度的预制件，通过原位反应自生法和高温烧结工艺形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。高温烧结工艺可采用常压烧结工艺，热压烧结工艺和放电等离子烧结工艺以及热等静压烧结工艺。有时将原位反应自生法和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料烧结块材。通过实验教学过程使学生认识和了解到原位反应自生法制备金属陶瓷复合材料的制备工艺过程，提高学生对专业课程学习的认识和了解。使学生通过实验教学认识和了解了原位反应自生工艺制备复合材料的制备工艺原理，使用方法和制备过程，以及对得到产物的物相组成和显微结构进行分析和测试。原位自生法可以制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等。采用原位反应自生法可以制备颗粒增强的金属基或陶瓷基复合材料。
原位反应自生工艺制备复合材料涉及到反应物在高温下发生化学反应生成反应产物的过程，原位反应合成技术操作过程比较简单，对设备要求较低，只需要高温烧结炉，可以进行现场操作，因此可以作为本科学生的实验课程教学内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科专业课程设计和本科毕业设计教学内容。使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握。使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对原位反应自生法得到的烧结制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助。为本科学生以后的本科专业课程设计和本科毕业设计打下坚实的实验基础。
四、原位反应自生法制备复合材料的未来发展趋势和应用
原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程领域有着广泛的研究和应用。原位反应自生技术由于制备工艺简单，成本较低，对设备要求较低，只需要高温烧结炉，所以被广泛的应用到金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，金属间化合物/陶瓷基复合材料等的合成与制备中。利用原位反应自生法可以开发新型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料。采用原位反应自生技术可以开发出很多种类型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料。所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。原位反应自生技术在材料科学与工程专业教学与实践中也得到广泛的推广和应用，原位合成技术已经成为材料科学与工程专业实践教学课程进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加一些采用原位反应自生技术制备复合材料的实验课程。
五、结论
本文主要讲述原位反应自生法制备复合材料的原理和制备工艺过程，并详细讲述原位反应自生法制备复合材料在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。原位反应自生法广泛应用在制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料等领域中。本文作者认为原位反应自生法制备复合材料可以应用在材料科学与工程专业的教学实践中，应该增加一些原位反应自生法制备复合材料的实验课程，扩大学生学习的知识面，提高学生的认识了解能力，从而提高实践教学质量。通过原位自生法制备复合材料的实验教学过程提高学生的知识水平和认识能力。
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参考文献
[1]张国军,金忠哲,岳雪峰、材料的原位合成技术[J]、材料导报,1997(11):1-4
[ 2 ] 陶春虎, 王守凯、制备金属间化合物的X D 法[ J ] 、 航空制造过程,1994(2):35-36
[3]黄世民、粉末冶金技术的应用与发展[J]、航空工艺技术,1999(4):36-38
[4]杨晓光、粉末冶金技术的现状与发展趋势[J]、机械工程师,19 9 6(增刊):63-64
[ 5 ]何慧,张晓花,杨渭、金属间化合物的机械合金化制备[ J ] 、山东冶金,2004,26(5):45-50
[ 6 ] 李青虹,晋芳伟、 机械专业实验课程教学改革的研究[ J ] 、 机电技术,2011(1):149-151
【关键词】教学内容 改革 材料物理与性能
1、引言
教学质量是高校赖以生存和发展的重要保证, 而加强课程教学改革, 则是提高教学质量的重要途径。近年来,以电子、生物、航天和能源等为应用对象的材料科学已经从过去的单一性金属材料、无机非金属材料和高分子材料转向以功能材料、复合材料、纳米材料等高性能、多功能为主的发展趋势, 对材料科学人才也提出了新的、更高的要求。1997 年国务院学位办颁发了新专业目录, 材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料,而是横向融合金属材料、无机非金属材料和高分子材料的基础理论于一体, 纵向充分强调理科与工科的结合。为满足社会对材料专业的需求，并与国内外“材料科学与工程”学科发展接轨, 北方民族大学制定了材料类专业的长期规划并制定了2008 本科专业培养方案。材料物理与性能学课程作为2008 培养方案中材料科学与工程本科生的专业基础课, 其教改方案已列入2009年宁夏高等教育教学改革项目。
本文从教材建设的意义与目标、课程教学内容改革、课程教学方法改进及教改初步成果等几个方面对材料物理与性能学课程建设思路进行阐述。
2、教材建设的意义与目标
《材料物理》是材料科学与工程、高分子材料与工程和材料成型与控制工程专业的专业基础课，其主要内容是利用物理学的一些基本概念、基本原理、基本定律来说明物质的微观结构、组织形貌、原子电子运动状况以及它们与材料性能和成分之间的关系。
对于材料专业的学生来讲，化学方面的基础知识学习得较多，包括有机化学、无机化学、分析化学和物理化学等，但物理方面的基础知识却较少涉及，只有普通物理课程，而物理本身所包含的基础知识比化学更多，例如光、电、磁、热、力、辐射等。因此，给材料专业的学生补充更多的物理知识，尤其是材料物理方面的知识非常必要。而当前材料物理教材的诸多版本多数偏重理论指导，要求学生对物理分支的知识掌握太多，这不能完全适应现行本科生教育的需求，对研究生来说相对更适合一些。个别相对合适的材料物理教材因为有些内容太深无法讲透，而有些内容又太浅，对本科生来说，作为参考书使用较为适合，这是一个方面的原因。另一方面，大多材料专业都开设了材料物理性能课程，此课程包含的材料物理的基本概念又都比较缺乏。编写这本《材料物理与性能学》教材的目的就是一方面给材料专业本科生增加一些有关材料物理的基础知识，另一方面将材料物理性能方面的内容合并到一起，减少学生的课程数目。
在教材的编写过程中，注意突出了以下几方面的特色。
（1）以实际应用实例讲解材料物理学的一些基本概念和物理效应，例如：位错的运动形式分为滑移和攀移，滑移的运动形式是像蚯蚓一样以局部带动全部进行运动；为什么钢铁进行淬火后会变硬？是因为加热加速了原子的运动，突然冷却使原子来不及运动到正常格点位置就停止了，使得原子排列紊乱，阻止了位错的滑移，所以会变硬。以这样的方式来介绍材料物理学的一些基本概念和物理效应，使学生便于理解、掌握和记忆。
（2）以实验的手段讲解各种材料的性能。如：通过拉伸实验，讲解金属材料、无机非金属材料、高分子材料的力学性能的异同等；通过对不同材料进行电阻测量，讲解如何利用电阻绘制材料的溶解度曲线，将此曲线应用到实际研究中。采用这样的方式设计实验，达到真正锻炼学生动手能力和创新能力的目的。
（3）加入现代新材料的内容，介绍其应用与发展。例如：复合材料、纳米材料、能源材料、生物材料等。
3、教材知识体系改革
根据材料相关行业发展需求进行教学知识体系的改革。目前材料科学发展的趋势是新型功能材料（特别是电子、光电子材料）、新能源材料、环境友好材料、生物活性材料的研究与开发，本课程针对材料发展的总体趋势和行业需求，结合我校2008本科生培养方案的指导思想，在设置材料的热学性能、力学性能和电学性能的基础上，设置了材料的介电性能、缺陷物理与性能、铁电物理与性能、磁性物理与性能、非晶态物理、高分子物理、薄膜物理。在内容的编写上，略去了大量的公式推导，注重基本概念、基本原理的讲解，同时，结合生产、生活和材料前沿科学研究中的实例对材料物理与性能进行阐释。
在每章的开始，教材以实际案例开篇来提高学生对本章内容的学习兴趣，如从材料的导热性角度解释“9、11事件”对纽约世贸中心造成毁灭性破坏的原因；从材料的导电性能与硅材料的薄膜化对太阳能发电在解决能源危机方面的重要地位与应用现状等导入案例。在每章的结尾，设置了拓展性内容，主要将章节内容相关的前沿科学发展现状、需要解决的关键科学问题呈现给学生，为学生在学完章节基本内容后进行深层次的思考和进一步利用所学内容阅读学科领域前沿知识提供了引导，如教材引入纳米材料（如碳纳米管）的热学、力学性能来拓展学生对纳米材料独特性质的认识；以超导材料的发展历史、研究现状、和应用（如磁悬浮列车）来引导学生对材料的导电性进行探求。
另一方面，针对我校2008本科生培养方案加强实践教学的指导思想，在内容设置上，教材还考虑通过学习基本内容的基础上，可以为本科生开设一些基础实验和创新性实验。结合本课程的学习，我院对本课程开设了材料的力学性能检测、硬度测定、材料热容的测定、材料热导率的测定、材料导电性能的测定、陶瓷热稳定性测定等基础实验，同时通过新建设的新能源、电磁学专业实验室，为学生提供创新性实验平台。
4、教学方法改革
教学过程是通过教师与学生之间的互动配合完成的，教学方法在教学活动中的作用至关重要，在《材料物理与性能学》的教学过程中，注重学生能力的培养，摒弃传统“填鸭式”灌输的教学方法，而采用“启发―引导―互动”式的教学方法，以此来实现传授知识、培养学习能力和创新能力的目的。在教学方法的改革中，采取了以下具体的教学方式
（1）采用板书与多媒体结合的方式进行知识讲解。对较为抽象的概念、模型，采用动画演示帮助学生理解，如对于位错的两种基本类型―螺型位错和刃型位错以及它们的运动方式―攀移和滑移，很难用易于理解的语言表达清楚，而采用动画演示的方式，学生很容易理解并在脑海中留下深刻的印象；如三极管的放大作用，采用动画演示即可让学生在较短时间内对其放大机理和对发射极、基极、集电极材料的不同要求了然于胸。
（2）学生讲授，集中讨论的方式。针对有些能引起学生兴趣的内容，采取学生讲授、课堂讨论的方式实现对知识的接受与消化吸收。比如关于铁电物理的内容，通过讲解基本理论，让学生通过查阅文献资料来挖掘铁电物理的知识在我们生活中的应用，而学生通过文献资料，利用磁性物理知识讲解了以“卡的世界”为题的关于存储卡的相关原理和技术前沿、利用材料的压电效应讲解了打火机的原理，这不仅加深了对知识的理解，还极大地调动起学生对铁电物理知识的兴趣。
（3）开放式作业题目。对于有些基本观点，随着科学的不断发展，可能遇到一些无法解释的现象，对此，鼓励学生通过查阅文献发现此类问题。例如，将块体材料的一些基本理论应用于纳米材料去解释其性能显然是不正确的，不同点有哪些？为什么不同？针对这些问题，让学生自己去解决，然后在作业中写出自己的观点。这样做的好处是，既启发了学生的主动性和创新思维，又防止了抄袭作业的现象发生。
5、初步成果与展望
《材料物理与性能学》课程已作为“21世纪全国高等院校材料类创新性应用人才培养规划教材”由北京大学出版社于2010年1月出版。《材料物理与性能学》课程是材料科学与工程、高分子材料与工程和材料成型与控制工程专业的专业基础课，授课学时为理论48学时，实验16学时。该教材已被东北大学、郑州轻工业学院、北方民族大学，以及江苏、湖北、浙江和山东等省的高等院校选用，受益学生3000多人，反映良好。
通过教学内容和教学方法的改革后，学生对材料专业产生了极大的兴趣，出勤率和听课率大大提高，学生对本课程的课堂听课率创历年新高接近100%，根据校教务系统所提供的学生对教师的教学评价结果表明，课堂满意度在90%以上，同时通过对材料物理与性能学课程的学习，我院学生申报创新性实验和挑战杯的数量明显增加，与往年相比，增加的项目主要来自与本课程相关的内容。
虽然，通过教改，我们在教学中取到了良好的初步成果，但对本课程的双语教学、精品课程建设的工作以及课程考核体系、质量监控等方面的创新还是今后对本课程改革的主要方面。
今后，我们通过总结《材料物理与性能学》的教学实践，搞清存在的问题，进一步明确课程定位，形成以贯彻向“宽基础、宽口径、重实践”的培养模式上转变的新课程体系。通过充实和丰富教学内容，完善和增加案例教学，制作和搜集影像资料，研究和制作优质课件，完善相关实践环节，使该课程教学做到目标明确、基础扎实、内容丰富和方法多样。
[参考文献]
[1]万红，白书欣、材料物理课程建设的思考[J]、高等教育研究学报,2009,32:21-23、
关键词：材料物理性能微课；无机非金属专业；教学内容
引言
21 世纪科学技术高度发达和经济快速发展，材料的发展和应用水平已成为衡量一个国家国力强弱的重要指标。新材料的发展与应用，依赖于材料的物理性能的应用，因此要深入掌握材料的物理性能。材料物理性能课程是无机非金属材料专业平台重要的基础课，它从材料的组成、结构的角度阐述材料的物理性能及本质，包括力学、热学、电学、光学、磁学等性能，这些性能基本上都是各个领域在研制和应用无机非金属材料中对材料提出的基本技术要求，在实际工作中具有重要的意义 [1 ]。通过教学，让学生掌握无机非金属材料的关键物理性能及本质，以及无机材料物理性能的研究方法。对于这门课，学生普遍认为内容抽象、理论性强，难于理解掌握，作为教师授课难度较大。本文结合笔者多年的教学实践及经验，就如何提高无机非金属材料专业材料物理性能教学效果而采用微课教学进行了探索。
对于微课的发展，首先发起于国外，微课程（ Micro-lecture） 的雏形最早见于英国纳皮尔大学T、P、Kee 提出的一分钟演讲（The One Minute Lecture，简称OML ）和美国北爱荷华大学LeRoy A、 McGrew 教授所提出的60秒课程（ 60-Second Course） [2 ]。美国理查德・沃曼在1984 年发起创办了TED（指technology、entertainment、design在英语中的缩写，即技术、娱乐、设计），该机构为私有非盈利机构。特别从2006年起，TED演讲视频上传到网络上，短短几年时间就获取了大量的点击率 [3 ]。在国内，2011年佛山市教育局胡铁生率先提出了以微视频为中心的新型教学资源“微课”。他认为，“微课”是指按照新课程标准及教学实践要求，以教学视频为主要载体，反映教师在课堂教学过程中针对某个知识点或教学环节而开展教与学活动的各种教学资源的组合 [2，4 ]。因此基于微课的平台，本文探讨了针对材料物理性能微课教学的探讨。
1 材料物理性能微课选题
材料物理性能“微课”主要针相应的教学大纲展开教学，所以在“微课”的选题上严格扣住教学重点，并致力于将重要知识点分解清晰。
1、1 材料物理性能微课编写
材料物理性能“微课”不是简单的一段段的视频，还应包括材料物理性能教案、教学课件等其他资源要素，所以在选好题后，着手电子教案的编写。材料物理性能教案编写一般包括本门课教学背景、教学目标、教学方法和教学总结等方面内容。
1、2 材料物理性能课件制作
材料物理性能“微课”课件通常采用PPT联合视频等多媒体格式，针对选定的知识点设计PPT。而多媒体技术是利用各种多媒体软件对文本、声音、图形、图像、动画等信息进行综合处理。而多媒体的制作通常采用PowerPoint、Moviemaker、屏幕录像专家等软件，即操作方便，电脑操作系统一般自带PowerPoint、Moviemaker软件，另外软件屏幕录像专家也非常容易操作。
1、3 材料物理性能微视频制作
对于材料物理性能课程的视频制作，主要是针对于课程相关的实验和性能及设备的演示。由于在课堂上的板书信息量有限，必须借助这些视频等手段来增加信息量，如在电子理论部分讲解电子的导电、热运动以及费米面的特征等等。理论上讲解非常抽象，采用这些微视频手段就容易讲解清楚。微视频的制作主要采用现场设备的录制、网络资源下载等等手段来实现。
2 创新材料物理性能微课教学方法和手段
材料物理性能课程属于理论性较强的课程，要想让学生主动地认真地听讲，不仅作为老师要努力的做好充分的备课，更要创新微课教学的方法和手段。作为多媒体的手段，不仅仅体现在PPT的制作上，更应该穿插更多的符合教学内容的教学视频及动画等内容，把学生的注意力牢牢的控制在屏幕上，达到事半功倍的效果。
2、1理论与实践相结合
材料物理性能在理论上对于材料的性能的分析较深入，因此相关的实践教学也具有重要的地位。在理论学时极为有限的状态下，仍然开设了一定量的实验课程，主要是针对于设计型、综合型实验课。例如在材料的磁性这段内容里，开设了一个居里点的测定。学生在学生磁性材料这段内容时，总是感觉磁性性质直观性不强，对于居里点的概念也停留在概念上。采用实验设备居里点测定仪，让学生从实验指导书联合教材的磁能内容，能够理解实验设备的基本原理及测试方法，并结合磁性的一个重要参数χ与温度关系曲线能够用数学的理论判断出居里点，这样使学生不仅仅懂得怎样测定居里点，更懂得居里点的真正的物理意义。
2、2 理论与实际相结合
材料物理性能内容范围较宽，相应的知识点较多，与实际上情况联系紧密。如在热膨胀的部分，课堂上会引申出什么是热力管路的膨胀节，它的功能是什么？在提出这个问题后，让学生思考一下，给予讨论的时间，学生们也能够积极的回答，极大地活跃了教学气氛。
2、3启发互动式教学
材料物理性能课程内容较深，所以完全把书本上的内容在课堂上讲完，在学时上也是完成不了的。为了能够使学生能够把相关内容都学习完整，在本课程内容偏重于扩张方面的知识，让学生课下自己来完成。例如我们在讲解磁性方面的知识时，联系到地球的大磁场，让学生分析为什么地球的南北极能够产生极光，并分析极光对于我们人类的作用。
3 充实材料物理性能微课教学内容
材料物理性能课程体系也是随着科技的快速发展而更新其内容，以满足不断发展的社会要求。对于21世纪快速发展的科技时代来说，材料物理性能微课教学内容体系在保持原有的内容体系上，也要紧跟时代的发展。并根据内容的需要适当调整课程的内容及结构，增添学科的前沿知识，激发了学生的学习兴趣，开拓了学生的视野。
因此作为教师本身就要搜索大量的材料物理性能的前沿信息，使学生在学习材料物理性能的理论的同时，也能了解材料物理性能发展的前沿，使学生的学习兴趣大大提高，知识面也大大拓宽，从而为将来从事的研究工作岗位奠定了坚实的基础。
4 更新材料物理性能微课实践方法
材料物理性能微课是通过材料物理性能的相关的知识网络表现的，对某个教学环节的教学内容及实施的其教学活动的总和。但这还不能体现“材料物理性能微课”的独特之处和完整内涵， 因为材料物理性能微课的核心资源或最重要的载体是“材料物理性能微视频”（不是一般的文本、PPT 课件或图片等其它媒体资源）， 而材料物理性能视频是所有资源类型中情境最真实、信息量最丰富的一种资源，因为视频是直观形象的。材料物理性能微课应该是以“材料物理性能微型视频”为主要内容和呈现方式的一种新型微型网络课程――“材料物理性能微型视频网络课程”。
结语
通过材料物理性能微课的探索研究，探索了一套是指可行的方法，较好地满足了材料学科无机非金属材料专业教学的要求，取得了良好的效果。面对21 世纪科学技术的飞速发展，无材料物理性能微课还必须不断推陈出新，积极吸收新的科技成果作为教学内容，以适应社会需求。在教学过程中，还要不断创新教学方法、教学手段、考评方式，努力提高学生素质，重视学生创新能力和科研能力的培养，充分发挥学生的主动性，为社会培养更多材料类优秀人才。
参考文献：
[1]孟凡桂、材料化学专业无机非金属材料课程教学的实践与探索[J]、广州化工，2010，38（2）：205～207、
[2]胡铁生、 “微课”：区域教育信息资源发展的新趋势[J]、电化教育研究，2011，（10）：61～65、
关键词 量子力学 教学内容 教学方法
中图分类号：G420 文献标识码：A
Teaching Methods and Practice of Quantum Mechanics of
Materials Physics Professional
FU Ping
(College of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology, Wuhan, Hubei 430073)
Abstract For the difficulties faced by students in Materials professional to learn quantum mechanics physics course, by a summary of teaching practice in recent years, from the teaching content, teaching methods and means of exploration and practice, students mobilize the enthusiasm and initiative, and achieved good teaching results、
Key words quantum mechanics; teaching content; teaching methods
0 引言
量子力学是研究微观粒子（如原子、分子、原子核和基本粒子等）运动规律的物理学分支学科，它和相对论是矗立在20世纪之初的两座科学丰碑，一起构成了现代物理学的两块理论基石。相对论和量子力学彻底改变了经典物理学的世界观，并且深化了人类对自然界的认识，改造了人类的宇宙观和思想方法，它使人们对物质存在的方式及其运动形态等的认识产生了一个质的飞跃。
量子力学是材料物理专业一门承前启后的专业基础必修课：量子力学的教学必须以数学为基础，包括线性代数、概率论、高等数学、数理方法等，其又是后续课程材料科学基础、固体物理、材料物理、纳米材料等的理论基础。可见，量子力学课程在材料物理专业的课程体系中占有非常重要的地位，学生掌握的程度直接影响后续专业课程的学习。作者近年来一直从事量子力学的教学工作，针对量子力学课程教学过程中存在的现象和问题，进行了较深入细致的思考与探讨，在实际教学过程中对本课程的教学方法进行了探索与实践，收到了较好的教学效果。
1 量子力学教学面临的难点
量子力学研究的是微观粒子的运动规律，微观粒子同宏观粒子不同，看不见，摸不着，只有借助于探测器才能察觉它的存在和属性。材料物理专业学生之前学习的基本上是经典物理，而量子力学理论无法用经典理论进行解释，学生对此感到难于理解。因此，经典物理的传统观念对学生思想的束缚，构成了学生学习量子力学的思想障碍；量子力学可以说无处不“数学”， 由于材料物理专业学生在数学基础方面与物理专业学生相比较为薄弱，在学习过程中普遍感到数学计算繁难，对大段的数学推导表现出畏难情绪。可见，量子力学对数学的精彩诠释却构成了学生学习量子力学的心理障碍。这两大障碍势必会影响量子力学和后续课程的学习。在这种情况下，我们应当怎样开展量子力学教学从而使学生重视并努力学好该课程就成了一个严峻的挑战。
2 明确教学重点和难点、有的放矢
要讲授一门课程，首先应该对课程内容有一个清晰的认识。量子力学的内容可以包括三个方面：一是介绍产生新概念的历史背景及一些重要实验；二是提出一系列不同于经典物理学的基本概念与原理，如波函数、算符等概念和相关原理，是该课程的核心；三是给出解决具体实际问题的方法。三部分内容相互联系，层层推进，形成完整的知识体系。作为引导者，教师应在这三部分内容的教学过程中帮助学生成功地突破两大束缚。第一部分内容教师应考虑如何引导学生入门，从习惯古典概念转而接受量子概念。在讲授这部分内容时要将重点放在“经典”向“量子”的过渡上，引出量子力学与经典力学在研究方法上的显著不同：经典力学是将其研究对象作为连续的不间断的整体对待，而量子力学将其研究对象看成的间断的、不连续的。学生在学习这部分时应仔细“品尝”其中的“滋味”，以便启发自己的思维自然地产生一个飞跃，完成思想的突破。第二、三部分是量子力学学习的重点与难点，并且涉及大量的数学推导，教师应采取适当的教学手段，突出重点，强调难点。在物理学研究中，数学只是用来表达物理思想并在此基础上进行逻辑演算的工具，不能将物理内容淹没在复杂的数学形式当中。通过数学推导才能得到的结论，只需告诉学生，从数学上可以得到这样的结果就可以了，无需将重点放在繁难的数学推导上，否则会使学生本末倒置，忽略了对量子力学思想的理解。这样的教学可以帮助学生突破心理障碍，不会一提量子力学就想到复杂的数学推导，从而产生抵触情绪。成功地突破这两大障碍，是学习量子力学的关键。
3 教学方法的改革
3、1 利用现代技术改进教学手段
传统的板书教学能够形成系统性的知识框架，教师在板书推导的过程中，学生有时间反应和思考，紧跟教师的思路，从而可以详细、循序渐进地吸收所学知识，并培养了良好的思维习惯。但全程板书会导致上课节奏慢，授课内容有限。目前随着高校教学改革的推进，授课学时相继减少，对于传统教学方式来讲，要完成教学任务比较困难。这就要借助现代科技手段进行教学改革，包括多媒体课件的使用和网络教学。但是在量子力学教学中，一些繁杂公式的推导，如果使用多媒体课件，节奏会较快，导致学生目不暇接，来不及做笔记，更来不及思考，不利于讲授内容的消化吸收。鉴于此，对于量子力学课程，教学过程应采用板书和多媒体技术相结合的方式，充分发挥二者的优势，调动学生的学习积极性。
3、2 建设习题库
量子力学课程理论抽象，要深入理解这些理论，在熟练掌握教材基本知识的基础上，需要通过大量习题的演练，循序渐近，才能检验自己理解的程度，真正学好这门课程。因此在教学过程中，强调做习题的重要性。有针对性地根据材料物理专业量子力学的教学大纲和教学内容，参考多本量子力学教材和习题集，利用计算机技术建设量子力学习题库，题型包括选择、填空、证明、简答和计算题等，内容涵盖各知识点，从简到繁、由浅至深。题库操作方便，学生可自行操作，并对所做结果进行实时检查，从而清楚自己掌握本课程的程度。这一方式在近几年的教学中取得了良好的教学效果。
3、3 加强与学生互动，调动学生的学习积极性
教学是一个师生互动的过程，应让学生始终处于主动学习的位置而不是被动的接受。量子力学课程的学习更应积极调动学生的积极性，因此教师应在教学过程中加强与学生的互动。增设课前提问、课后讨论环节，认真批改作业，积极发现学生学习过程中存在的问题，并及时对问题进行深入讲解，解决问题。另外，由于量子力学是建立在一系列基本假定基础之上的，抽象难懂，鉴于学生难接受的情况，在授课时注意理论联系实际，尽可能进行知识的渗透和迁移，将量子力学在实际中的应用穿插于教学之中，丰富教学内容，开拓学生视野，从而调动学生的学习兴趣和积极性。
4 结语
通过近年来教学经验的总结和探索，形成了一套适合材料物理专业量子力学课程教学的方法，该方法教学效果良好。在近几年的研究生入学考试中，学生量子力学课程的成绩优秀，说明采用这样的教学方法是成功的。
资助项目：武汉工程大学2010年校级教学研究项目（X201037）
[关键词]生物功能材料 化学 材料学 生命科学
生物功能材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科，同时还涉及工程技术和管理学科的范畴。而面对刚由高中迈向大学校门的本科生时，如何能引导学生由浅及深的深入生物功能材料专业的学习，并掌握专业所涉及的多领域专业理论知识和专业技能，成为社会需要的生物功能材料专业的人才，则需要一个系统周密的教学计划及教学策略。
一、外语与生物功能材料的交叉性
目前，国外的生物功能材料领域的研究已经得到迅猛发展，而在中国，生物功能材料领域则是属于一个新兴起步阶段，同时国际间的专业交流和合作也是必不可少，因此无论是从学习的角度还是合作交流的角度考虑，及时了解国际上专业领域最新研究进展是保证生物功能材料专业教学紧跟时展的必要工作，而外语水平的高低则直接限制了对国外研究工作的了解和领会程度。目前已经出现了系统的生物材料专业英语。因此，在引导学生深入生物功能材料专业知识学习之前，就应该督促学生掌握扎实的外语水平和实际应用能力。
二、化学与生物功能材料的交叉性
化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。化学是一门是实用的学科，它与数学物理等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的各个区域，化学是改造自然的强大力量的重要支柱。
化学与其他学科的交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。学生在深入学习生物功能材料专业知识之前，需要系统学习各类基础化学知识如无机化学、有机化学、分析化学以及化学与其他学科交叉而来的生物化学、物理化学、高分子化学等专业基础知识，并需要掌握扎实的化学实验功底，为将来学习生物功能材料专业知识并开展相关专业领域的研究工作打下坚实的基础。
三、材料学与生物功能材料的交叉性
生物功能材料本身就是材料学的一个分支学科。而总的来讲，材料学是研究材料组成、结构、工艺、性质和使用性能之间相互关系的学科，为材料设计、制造、工艺优化和合理使用提供科学依据。在系统学习生物功能材料专业知识之前，除了化学基础知识以外，学生还应接受系统的材料学基础理论的学习，包括材料加工工程及材料物理化学课程的学习。现代材料学科更注重研究各类材料及它们之间相互渗透的交叉性和综合性。
四、生命科学与生物功能材料的交叉性
由生物功能材料的定义可知，生物功能材料是用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料，其作用药物不可替代。生物功能材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位。因此，生物功能材料的应用对象就直接决定了生物功能材料学与生命科学的密切相关性。目前，可降解的生物材料已经得到了越来越多的研究者的关注。这类生物材料在植入到生物体内以后，会与机体组织发生一系列的相互作用，如生物体内多种生物酶对材料降解的促进作用、材料降解产物需要在生物体内沿着特定途径完成代谢、材料产物的降解对生物体生理环境的反作用，等等。除了这些问题，研究者还要分别从个体、细胞、分子等水平研究生物功能材料与生物体之间的相互作用，所有的这些研究内容无不体现了生物科学与生物功能材料的相互渗透。
五、解剖学、病理学与生物功能材料的交叉性
解剖学就是了解正常人体结构的学科，是涉及生命体的结构和组织的生物学分支学科。解剖学的主要分支有比较解剖学、组织学和人体解剖学。生物体内部结构非常复杂，所以解剖学内容包含不同的层次，从最小的细胞到最大的器官，以及器官之间的关系。而病理学是研究人体疾病发生的原因、发生机制、发展规律以及疾病过程中机体的形态结构、功能代谢变化和病变转归的一门基础医学课程，它具有很强的实践性和临床性。生物功能材料是直接用于人体组织器官置换的一类材料，因此学生在从事生物功能材料专业方向研究时，需要大量的动物实验来配合研究工作的开展，这就需要研究人员具备基本的解剖学知识和实际的解剖操作能力，并能够针对动物实验观察阶段出现的各种病理学问题进行科学分析且得出正确的结论。
六、药物学与生物功能材料的交叉性
目前，越来越多的研究者将重点放在载药生物材料的研究上。在制备载药的生物功能材料时，研究者需要具备基本的药物合成的知识，并对所使用的药物的结构、性能、药物对机体的影响及机体对药物的影响等知识有系统的学习。
在以上介绍的与生物功能材料相关的学科中，外语、化学是最基本的两大类学科，这是每个从事与生物功能材料相关专业学生所必须具备扎实功底的知识。材料学、生命科学也是相对比较基础的学科，但相对于前两种介绍的学科，其内容要相对专业，而解剖学、病理学及药物学是在前面介绍的几种学科基础上深入研究后应具备较高专业素养和技能时需要涉足的领域。
综上所述，作为新兴学科，生物功能材料涉及多个专业领域的知识，正是它的交叉性和边缘性才使得生物功能材料充满了突破和创新，目前世界各国对生物功能材料十分重视，中国也把生物功能材料列为重点发展的科研项目之一。生物功能材料的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。随着生物功能材料领域研究的进行，必然有越来越多的学生开展此专业的学习，因此全面了解生物功能材料专业与其它专业的交叉性并以此为根据来确定专业课程的范围是十分重要的。
[参考文献]
[1]柳斌、郑斌、王定华、《创新教育案例全书》，北京教育出版社出版，1999、
[2]文国华、《课程与教学论》、上海：上海教育出版社，2007、
一、高分子材料与工程
高分子材料与工程专业培养具备高分子材料与工程等方面的知识，能在高分子材料的合成、改性、分析测试和加工成型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。
本专业学生主要学习高聚物化学与物理的基本理论和高分子材料的组成、结构与性能知识及高分子成型加工技术知识。
学习课程
聚合物加工原理、聚合物成型工艺、聚合物流变学、高分子物理、高分子化学、物理化学、有机化学
毕业生具备的专业知识与能力
掌握高分子材料的合成、改性的方法;
掌握高分子材料的组成、结构和性能关系;
掌握聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本理论和基本技能;
具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试，并开发新型高分子材料及产品的初步能力;
具有应用计算机的能力;
具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步能力。
就业方向
该专业毕业生可到石油化工、电子电器、建材、汽车、包装、航空航天、军工、轻纺及医药等系统的科研(设计)院所、企业从事塑料、橡胶、化纤、涂料、粘合剂、复合材料的合成、加工、应用、生产技术管理和市场开发等工作，以及为高新技术领域研究开发高性能材料、功能材料、生物医用材料、光电材料、精细高分子材料和其它特种高分子材料，也可到高等院校从事教学、科研工作。
高分子材料与工程专业的20所大学
二、复合材料与工程专业
复合材料与工程专业培养具有良好的思想素质，强烈的社会责任感，健康的体魄和健全的心理素质、德、智、体全面发展，掌握新型复合材料生产原理和生产工艺、能胜任无机材料、高分子材料、新型复合材料等生产企业基层管理工作和实际岗位操作，具有较高综合素质，“用得上、留得住”的应用型人才。
专业特色
该专业既重视学生数学、力学和材料科学的基础理论培养，又重视学生的工程能力训练，并对有关专业课实行教学内容的国际接轨。课程设置注重基础理论与工程的结合、自然科学知识教育与文化素质教育结合，理论与实践相结合。学校会设有工程设计制图课程设计、工程训练、下厂实习、毕业实习、毕业设计和毕业论文等实践环节。实验有高分子物理实验、高分子化学实验、复合材料制备与加工实验、材料性能测试实验等 。
就业方向
本专业学生毕业后可毕业生可以就业于与复合材料相关的汽车、建筑、电机、电子、航空航天、国防军工、信息通讯、轻工、化工等有关企业和公司，担任工程研究 人员、工程师和营销管理人员，从事设计、研发、分析、生产、测试、评价、营销、管理等工作;也可以在高等院校、研究设计院所从事科研教学工作。
开设院校
哈尔滨工业大学、西北工业大学、华东理工大学、南京工业大学、青岛大学、青岛科技大学、长江大学、中北大学、河北工程大学等
（1）公共基础实验
主要包括物理实验、化学实验、计算机基本操作实验、电子电工实验等。
（2）专业基础实验
主要包括材料科学基础实验、材料工程基础实验、材料研究与测试方法专业基础训练及综合实验。依据相应课程大纲，每门课程至少开设4个实验项日，且能支持专业培养日标的达成。
（3）专业实验
主要包括专业技能训练、材料制备与性能综合实验等。要求开设材料的力学、热学、电学等性能相关实验至少7项，同时完成至少1种材料的制备，包括原料的选择—配方计算—工艺方案设计—制备—相关性能测试及结构分析等全过程训练。
2、材料物理
学科基础知识被视为专业类基础知识，包括材料科学基础、材料工程基础、材料结构表征等知识领城。
（1）材料科学基础知识包括材料结构、晶休缺陷、相结构与相图、非晶态结构与性能、固体表面与界面、材料的凝固与气相沉积、扩散与固态相变、烧结、变形与断裂、材料的电子结构与物理性能以及材料概论等。
（2）材料工程基础知误包括流体流动基础、热量传递、传质过程及其控制、材料及其产品设计、选材、制造加工成型以及失效分析等方面的基础知识，工程制图、机械设计及制造础、电工电子学等。
（3）物理化学知识包括气体、热力学第一定律、热力学第二定律、多组分系统热力学、化学平衡、相平衡、化学反应动力学、电化学、表面现象和胶体分散系统等。
3、冶金工程
主要课程：冶金工程概论、传输原理、金属学原理、金属材料及热处理、冶金物理化学、钢铁冶金学、有色金属冶金学、材料现代分析方法耐火材料等。
一、教学改革存在的问题
近几年来，我国材料物理专业教学改革迅速发展，许多高等院校的材料物理专业进行了综合改革，但存在的主要问题是：（1）课程的内容比较陈旧，目前主要讲解传统的结构材料，但在传授高新材料知识方面，特别是在光电子和信息功能材料等方面存在不足。（2）各高校普遍重视基础理论知识的传授，但在将理论应用于实际的能力、学生动手能力和创新能力培养方面存在不足，使材料物理专业的毕业生竞争能力和创新能力较差，这也在一定程度上影响了该专业学生的就业。为满足 21 世纪对材料物理专业人才（尤其是光电子和信息功能材料人才）的要求，我们需要对材料物理专业教学进行综合改革和建设。
二、对教学方法与手段的改革
传统的教学方法是以教师为主体，以课堂为中心的灌输式或填鸭式教学法，学生只能机械地、被动地接受知识。这种教学方法忽视了以学生为中心、以人为本的教育理念， 忽视了学生的主动性、积极性和创造性的发挥，未能体现学生的主体作用，不利于学生自主学习和创新能力的培养，这种教学模式往往难以达到理想的教学效果，更难以培养出具有创新能力的人才。
为适应 21 世纪对创新型人才的培养要求，落实培养创新型人才的教学理念，我们对教学方法在传统教学基础上进行了相应改进。我们强调以学生为主体，发挥教师的启发和引导作用，在传授知识的同时，注重学生能力的培养，改变传统的教师课堂灌输被称为“填鸭式”的教学法，积极采用启发、引导、互动式的教学方法，引导学生主动学习，培养学生的创新能力。讲课主要是讲重点、讲难点、讲基础理论在实际中的应用，讲思路、讲方法。采用启发式教学方式，通过创设问题情境，引导学生独立思考，分析得出正确结论，以培养学生自主学习、独立思维和创新能力。每次上课前对学生进行提问，要求学生提前准备，学生回答问题的情况作为平时成绩的一部分。这种新的教学方式打破了传统的单向灌输教学模式，使原来的“教师教”为主的学生被动学习方式转变为“学生学”为主的主动学习方式，实现了师生互动的教学。这不仅能充分调动了学生学习的积极性与主动性，而且可达到教学相长的目的。
三、教学内容的改革
我们的做法是：（1）减少传统的结构材料部分的内容，结合课程的相关内容，引入高新材料特别是光电子和信息功能材料方面的相关知识，以满足 21 世纪对光电子和信息功能材料人才的要求。（2）在课堂教学过程中，不断引入相关研究的前沿知识，尽量安排一定的学时介绍本课程涉及相关理论的最新发展动态，使学生了解材料科学进展及前沿，这样不仅提高了学生的兴趣、激发了学生的创新意识，而且为学生今后进一步深造和从事科研工作打下良好的基础。（3）授课内容与授课教师的科学研究工作紧密结合，融教学与科研为一体。 授课教师结合自己的科研工作讲授课程，不仅使课程讲解更透彻，而且使学生更容易理解，因而提高学生对该课程的学习兴趣；同时在教学中发现的问题，可成为教师的科研课题。这种做法不仅可使科研成果及时转化为教学内容，真正做到科研和教学的相互促进实现教学与科研的良性互动。
四、课程教学改革的思考
一个好的高校教师，不应只满足于传授知识，而应着重培养学生如何提出问题、思考问题和解决问题，因此，启发式教学必将是材料物理专业导论课程未来的发展方向。在现在的基础之上如何进一步贯彻启发式教学，提高学生的科学素质和创新能力。第一，再现课程内容发展历史，在历史发展进程中进行思考和学习。只有通过对历史的了解，让学生对相关物理概念和原理所产生的历史背景有充分的认识和理解，才能让学生在现实条件下对历史进行新的思考和学习，发现问题，提出新的解决方案，推动科学认识向前发展，对课程内容辩证地进行认识，从而提高创新能力。第二，结合材料物理专业特点，鼓励学生在实践中发展理论。导论课程是材料物理专业的一门专业必修课，是进一步学习固体物理和材料物理性能等课程的重要基础。在学生掌握了量子力学与统计物理最基本的物理概念和基本原理、学会了处理有关物理问题的基本方法后，课程应当积极引导学生学会把实验现象抽象为理论，把理论再用于实践，在实践中接受检验，不断发展，并且不断地指导材料设计，研发出性能优异的新材料，为科学和社会发展服务。