材料化學(xué)專業(yè)課程體系的改革與建設(shè)

文 勝,龔春麗,鄭根穩(wěn),汪連生,周環(huán)波

(孝感學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,湖北孝感432000)

材料化學(xué)專業(yè)課程體系的改革與建設(shè)

文 勝,龔春麗,鄭根穩(wěn),汪連生,周環(huán)波

(孝感學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,湖北孝感432000)

文章從材料化學(xué)專業(yè)教育的發(fā)展和服務(wù)于地方的角度出發(fā),提出了孝感學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)的定位及合理的課程體系設(shè)置。

材料化學(xué);課程體系;改革

材料是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ),每種材料的實(shí)際功能和用途取決于由分子構(gòu)成的宏觀物體的狀態(tài)和結(jié)構(gòu),但其原始基礎(chǔ)在于構(gòu)成它們的功能分子的種類及其結(jié)構(gòu)。材料化學(xué)在研究開發(fā)新材料中的作用就是用化學(xué)理論和方法研究功能分子以及由功能分子構(gòu)筑的材料結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系,使人們能夠設(shè)計(jì)新型材料[1]。材料化學(xué)專業(yè)既不同于傳統(tǒng)的材料科學(xué)專業(yè),也不同于傳統(tǒng)的化學(xué)專業(yè),是材料科學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科,具有交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科的性質(zhì)。它還是材料科學(xué)的核心部分,具有應(yīng)用理科性質(zhì),在理論和實(shí)踐上的重要性不言而喻[2]。目前國內(nèi)眾多高校在近幾年相繼設(shè)立了這個(gè)專業(yè),作為省屬地方高等院校的孝感學(xué)院也于2003年設(shè)立了材料化學(xué)專業(yè)。

1 孝感學(xué)院設(shè)立材料化學(xué)專業(yè)的定位

材料化學(xué)是教育部于1997年認(rèn)定的新專業(yè),一般是作為材料科學(xué)與工程系/學(xué)院中的一個(gè)專業(yè)方向。主要的研究范疇并不是材料的化學(xué)性質(zhì)(盡管從字面上可以這么理解),而是材料在制備、使用過程中涉及到的化學(xué)過程、材料性質(zhì)的測量。比如陶瓷材料在燒結(jié)過程中的變化(也就是怎么才能燒出想要的陶瓷)、金屬材料在使用過程中的腐蝕現(xiàn)象(怎樣防止生銹)、冶金過程中條件的控制對產(chǎn)品的影響(怎么才能煉出優(yōu)質(zhì)鋼材)等等。

截至今年,在國內(nèi)約有120多所高校開設(shè)有材料化學(xué)專業(yè),如北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南京大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科技大學(xué)、廈門大學(xué)、四川大學(xué)、西北大學(xué)、蘭州大學(xué)、青島科技大學(xué)、中南大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、武漢理工大學(xué)、湖北大學(xué)等。

由于材料本身范圍十分多樣,而且各高校開設(shè)此專業(yè)的背景以及所依托的優(yōu)勢學(xué)科也各不相同,所以盡管專業(yè)名稱都叫材料化學(xué),但是各個(gè)學(xué)校的材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)模式、教學(xué)內(nèi)容都相差很大[3]。例如,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的材料化學(xué)專業(yè)基本上就是無機(jī)非金屬材料的內(nèi)容,本科生畢業(yè)頒發(fā)理學(xué)學(xué)士學(xué)位;而作為國內(nèi)率先開設(shè)材料化學(xué)專業(yè)的復(fù)旦大學(xué),則發(fā)揮了自身綜合性大學(xué)的特長,將高分子材料、納米材料、復(fù)合材料、智能材料、液晶材料、生物材料、國防專用材料等新材料的分子設(shè)計(jì)、制備方法、性能研究及應(yīng)用開發(fā)等前沿內(nèi)容引入到本專業(yè)的教學(xué)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中,本科生畢業(yè)頒發(fā)理學(xué)學(xué)士學(xué)位。北京大學(xué)材料化學(xué)系建立于1996年,隸屬于化學(xué)與分子工程學(xué)院,主要由無機(jī)化學(xué)研究所和稀土化學(xué)研究中心構(gòu)成,其中由部分材料化學(xué)系人員組成了稀土材料化學(xué)及應(yīng)用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,研究領(lǐng)域主要包括無機(jī)功能材料及結(jié)構(gòu)化學(xué)、稀土材料化學(xué)及應(yīng)用、納米材料、高分子材料化學(xué)與有機(jī)/無機(jī)復(fù)合材料化學(xué)等,重點(diǎn)在材料的分離、合成、表征與結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)研究方面[2]。中國民航學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)的3個(gè)專業(yè)方向緊扣與航天航空相關(guān)材料中的化學(xué)問題;中國石油大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)則著重研究與石油化工相關(guān)材料的化學(xué)問題。

湖北作為高教大省,目前共有35所普通本科高等院校,且還在不斷增加,開設(shè)材料化學(xué)專業(yè)的高校有武漢理工大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)、武漢工程大學(xué)、湖北大學(xué)、武漢工業(yè)學(xué)院、孝感學(xué)院等6所院校,這幾個(gè)高校開設(shè)材料化學(xué)專業(yè)的側(cè)重點(diǎn)各有不同。如武漢理工大學(xué)依托其材料復(fù)合新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和硅酸鹽材料工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,將復(fù)合材料和無機(jī)非金屬材料列為材料化學(xué)的專業(yè)方向。中國地質(zhì)大學(xué)的材料學(xué)科為國土資源部重點(diǎn)學(xué)科,材料化學(xué)專業(yè)主要側(cè)重于其優(yōu)勢研究領(lǐng)域如巖礦新材料和無機(jī)非金屬材料。武漢工程大學(xué)依靠其化工院校的優(yōu)勢,于2005年成立了材料化學(xué)專業(yè),其專業(yè)方向主要是功能材料和納米材料。湖北大學(xué)的材料科學(xué)與工程學(xué)院是由化學(xué)材料與物理材料進(jìn)行整合而成,其材料化學(xué)專業(yè)側(cè)重于高分子材料和物理材料研究過程中的制備、使用過程中涉及到的化學(xué)過程。武漢工業(yè)學(xué)院的材料化學(xué)專業(yè)于2007年開始招生,材料化學(xué)專業(yè)方向偏重于化工和環(huán)境工程中所涉及的材料。

孝感學(xué)院作為一所省屬二類普通高等院校,考慮到學(xué)校的發(fā)展和服務(wù)地方的原則,于2003年成立了材料化學(xué)專業(yè),如何能在眾多開設(shè)材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)校中占有一席之地,其專業(yè)定位就顯得尤為重要。在2003級和2004級材料化學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案里,其專業(yè)定位是偏向于高分子材料方向,因?yàn)樵谛⒏械貐^(qū)有幾個(gè)較大的高分子材料加工的企業(yè),如華中地區(qū)最大的塑料薄膜加工企業(yè)、國家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)——孝感市云夢富斯特集團(tuán),以生產(chǎn)藥用瓶塞為主的孝感市應(yīng)城恒天藥業(yè)包裝有限公司等,材料化學(xué)專業(yè)的方向能很好地滿足地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)對專業(yè)人才的需求。但孝感學(xué)院2005年新設(shè)置的高分子材料與工程專業(yè)又與材料化學(xué)專業(yè)的方向相重疊,因此,需調(diào)整材料化學(xué)專業(yè)的定位,并且要能很好地體現(xiàn)地方特色。

孝感素有“膏都”、“鹽?！?、“磷山”之稱,礦產(chǎn)資源豐富。金、銀、銅、錳等24種主要礦產(chǎn)開采潛力巨大,其中優(yōu)質(zhì)礦11種,“膏、鹽、磷”被譽(yù)為“孝感三寶”。應(yīng)城石膏蜚聲中外,品位居亞洲第一,儲量豐富,其中纖維石膏儲量占全國的60%。應(yīng)城云夢一帶巖鹽地質(zhì)儲量280億噸,品位居全國之冠。大悟磷礦地質(zhì)儲量近2億噸,地質(zhì)風(fēng)化,富集顯著,易于露采。但目前湖北從事石膏、巖鹽和磷礦資源加工和利用的專業(yè)人才還相當(dāng)匱乏,遠(yuǎn)不能滿足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,隨著武漢“8+1”城市圈的建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對從事相關(guān)礦產(chǎn)資源加工和利用的專業(yè)人才需求將會迅速增長。因此孝感學(xué)院的材料化學(xué)專業(yè)方向調(diào)整定位為無機(jī)材料制備與加工,以充分體現(xiàn)服務(wù)地方、為地方培養(yǎng)緊缺性人才的特色。

2 材料化學(xué)專業(yè)課程體系的基本框架

由于材料化學(xué)在全國是個(gè)較新的專業(yè),涵蓋的學(xué)科范圍非常廣闊,各高校的材料化學(xué)培養(yǎng)方案和課程體系差別較大,本科生實(shí)驗(yàn)開設(shè)也有很大的差別。孝感學(xué)院的材料化學(xué)專業(yè)堅(jiān)持依托化學(xué)專業(yè)這個(gè)全國特色專業(yè),走理工結(jié)合的路子,既強(qiáng)調(diào)理科重基礎(chǔ)的特點(diǎn),又適當(dāng)加大一些應(yīng)用性課程的學(xué)習(xí)。目前材料化學(xué)專業(yè)構(gòu)建了以公共必修課、專業(yè)必修課、集中綜合實(shí)踐、專業(yè)選修課(模塊一和模塊二)有機(jī)結(jié)合的課程體系結(jié)構(gòu),使學(xué)生具備獲取知識的能力和創(chuàng)造能力。

1)專業(yè)必修課。

材料化學(xué)是從化學(xué)的角度研究材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的一門科學(xué),作為材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生,必須具有厚實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)[3],因此在專業(yè)必修課設(shè)置中,開設(shè)了四大基礎(chǔ)化學(xué)理論和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程,但側(cè)重點(diǎn)與化學(xué)專業(yè)不同,其中的無機(jī)化學(xué)是使學(xué)生掌握元素周期律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論、化學(xué)熱力學(xué)等基本原理,掌握重要元素化合物的結(jié)構(gòu)、主要性質(zhì)及用途,考慮到材料化學(xué)專業(yè)的定位及孝感地區(qū)豐富的無機(jī)礦產(chǎn)的特點(diǎn),把無機(jī)化學(xué)作為化學(xué)基礎(chǔ)的重點(diǎn),將其定位為材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)位課程。

在材料方面的基礎(chǔ)課程中,設(shè)置了材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料化學(xué)、材料物理、材料合成與加工及實(shí)驗(yàn)、材料性能測試實(shí)驗(yàn)這幾門基本課程,充分體現(xiàn)了大材料的特點(diǎn),滿足了教育部提出的寬專業(yè)口徑的要求。

材料科學(xué)基礎(chǔ)是材料類專業(yè)最主要的技術(shù)基礎(chǔ)課。以金屬材料、陶瓷材料、高分子材料及復(fù)合材料為對象,從材料的電子、原子尺度入手,介紹了熱力學(xué)、動力學(xué)理論及納觀、微觀尺度組織,細(xì)觀尺度斷裂機(jī)制及宏觀性能。主要目的是介紹材料的成分、微觀結(jié)構(gòu)、制備工藝及性能之間的關(guān)系,為材料性能測試和材料加工奠定基礎(chǔ)。

材料化學(xué)主要研究材料的物質(zhì)組成、化學(xué)鍵、結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)變、化學(xué)反應(yīng)等方面的基本理論及應(yīng)用,為學(xué)生學(xué)習(xí)其他專業(yè)課以及專業(yè)選修課打下基礎(chǔ)。而材料物理主要教授材料(主要是凝聚物質(zhì))本征的性質(zhì)(微觀結(jié)構(gòu)、運(yùn)動狀態(tài)、物理性質(zhì))以及它們在各種外界條件(如熱、力、光、電、磁、各種微觀粒子束輻照)下發(fā)生的變化,涉及到晶體學(xué)、金屬物理、半導(dǎo)體物理、超導(dǎo)物理、電介質(zhì)物理學(xué)及表面物理學(xué)、非晶態(tài)物理學(xué)及低維固體物理學(xué)等多門學(xué)科。通過本課程學(xué)習(xí),學(xué)生可以對材料,特別是功能材料的結(jié)構(gòu)、制備機(jī)理及各種物理性質(zhì)有較全面的了解。

在材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料化學(xué)與材料物理的具體講授過程中,要解決好如下一些問題:如何在兼顧金屬材料、無機(jī)材料、高分子材料三大材料的同時(shí)突出本專業(yè)的特色;這三門材料的專業(yè)課程之間及它們與專業(yè)基礎(chǔ)課在內(nèi)容上會不可避免出現(xiàn)重復(fù),其內(nèi)容如何取舍、授課時(shí)間如何銜接等等,比如晶體化學(xué)的知識是理解材料(特別是金屬材料與無機(jī)非金屬材料)的性能與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的基礎(chǔ),這部分內(nèi)容在材料化學(xué)、材料物理及結(jié)構(gòu)化學(xué)中都存在,在教學(xué)過程中,可以根據(jù)課程設(shè)置的情況適當(dāng)進(jìn)行取舍。再如相圖理論是理解材料的制備過程(特別是合金與陶瓷材料制備)以及材料組成與性能之間關(guān)系、組成與結(jié)構(gòu)之間關(guān)系、結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的重要基礎(chǔ)知識,是材料化學(xué)基礎(chǔ)理論的重要組成部分,這部分內(nèi)容和物理化學(xué)的內(nèi)容雖有所重復(fù),但作為材料化學(xué)中指導(dǎo)材料制備和結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)知識是不可或缺的。當(dāng)然,這不應(yīng)是物理化學(xué)中相圖知識的簡單重復(fù),而應(yīng)從材料的角度出發(fā),對有關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行新的編排和論述[1]。

材料合成與加工實(shí)驗(yàn)及材料性能測試實(shí)驗(yàn)是材料化學(xué)專業(yè)的兩門重要的實(shí)驗(yàn)課程,主要使學(xué)生能掌握材料的合成、制造方法、加工應(yīng)用及材料性能表征方面的實(shí)驗(yàn)技術(shù),從而為學(xué)生將來從事有關(guān)新型材料的研制、開發(fā)、應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

2)專業(yè)選修課。

專業(yè)選修課分為三個(gè)模塊,其中模塊一為指定選修,模塊二和模塊三為任意選修。本次改革擬對專業(yè)選修課的模塊方向和課程設(shè)置做較大改動,2005年人才培養(yǎng)方案對于專業(yè)選修課模塊方向設(shè)定模糊,學(xué)生在選修了某一模塊的課程之后,仍難以在該模塊方向進(jìn)行就業(yè)。因此本次修訂充分結(jié)合了孝感當(dāng)?shù)仄髽I(yè)需求和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教師的科研方向,將任意選修模塊方向設(shè)置為二:一為無機(jī)非金屬材料方向,主要設(shè)置了無機(jī)非金屬方面的基本課程如無機(jī)非金屬材料概論、材料工藝學(xué)、材料性能學(xué)、功能陶瓷材料與器件、特種水泥等,另外還考慮到了孝感地區(qū)礦產(chǎn)企業(yè)多及材料化學(xué)專業(yè)的定位,設(shè)置了一些巖礦方面的課程如粉體技術(shù)導(dǎo)論、巖礦化學(xué)分析、硅酸鹽物理化學(xué)等;另一方向?yàn)閺?fù)合材料方向,主要設(shè)置的課程為復(fù)合材料工藝與設(shè)備、功能復(fù)合材料、無機(jī)非金屬基復(fù)合材料、復(fù)合材料力學(xué)、材料腐蝕與防護(hù)等。這樣學(xué)生從其中的任意一個(gè)模塊中選修14個(gè)學(xué)分即7門課等,就能使其在這一領(lǐng)域內(nèi)的知識有所深化,畢業(yè)后便能盡快上手。

3)集中綜合實(shí)踐。

由于材料化學(xué)專業(yè)既是理論性強(qiáng)的學(xué)科,又是實(shí)踐性、應(yīng)用性非常強(qiáng)的學(xué)科,需高度重視鍛煉和提高學(xué)生的實(shí)踐能力。對于重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,不僅安排了理論基礎(chǔ)課,還相應(yīng)安排了集中綜合實(shí)踐課,分為專業(yè)見習(xí)、專業(yè)實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)、工程訓(xùn)練和畢業(yè)論文五個(gè)部分,以便使學(xué)生有更多的機(jī)會,自主地將學(xué)到的理論知識運(yùn)用到實(shí)際的研究和工程設(shè)計(jì)中去,提高實(shí)踐能力。

3 結(jié)語

材料的發(fā)展是極其迅速的,每年都會有許多新材料、新技術(shù)、新工藝不斷涌現(xiàn),而教育教學(xué)改革隨著社會的發(fā)展也是永無止境的。材料化學(xué)在全國是個(gè)較新的專業(yè),許多高校還在積極準(zhǔn)備興辦,對材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)方案、課程體系的探索和完善也將是我們今后多年的一大工作任務(wù)。四年后,我們要對現(xiàn)有的人才培養(yǎng)方案和課程體系培養(yǎng)出的學(xué)生作調(diào)查、研究,以檢驗(yàn)我們的專業(yè)定位和課程體系是否合理,再經(jīng)修改實(shí)踐、不斷完善,最終設(shè)計(jì)出適合孝感學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院實(shí)際情況、滿足社會需求的人才培養(yǎng)方案和課程體系。

[1] 朱光明.材料化學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置及其與材料科學(xué)的關(guān)系[J].大學(xué)化學(xué),2004,19(6):16-18.

[2] 陳德志,劉元隆,謝宇,等.地方航空院校材料化學(xué)專業(yè)的定位及其課程體系的思考[J].化工高等教育,2008(4):25-27.

[3] 張寶蓮,魏冬青,楊學(xué)穩(wěn),等.材料化學(xué)專業(yè)定位及課程體系的思考[J].高等建筑教育,2007,16(4):93-95

Abstract:This paper analyzed the localization and curriculum setting of material chemistry major construction from the development of material chemistry education and the need of local construction.And we proposed the suitable major orientation and course system of material science major.

Key Words:material chemistry;course system;reform of education

Reform and Construction on the Course System of Materials Chemistry Major

Wen Sheng,Gong Chunli,Zheng Genwen,Wang Liansheng,Zhou Huanbo
(School of Chemistry and Material Science,Xiaogan University,Xiaogan,Hubei432000,China)

G642.3

A

1671-2544(2010)03-0109-04

2009-11-28

文 勝(1979— ),男,湖北孝感人,孝感學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院副教授,博士。

(責(zé)任編輯:張曉軍)