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材料工程论文:提升无机非金属材料工程论文 一、提升无机非金属材料工程专业师资的 1.工程化实践教学能力师资队伍是教学的主导力量,提高无机非金属材料工程化人才培养质量,必须加强工程实践的师资队伍建设。如果专业教师本身缺少工程实践训练,工程实践能力低,无法将理论与实际紧密结合并指导学生工程实践环节,无法调动学生主动实践的积极性。无机非金属材料工程专业“工程化"师资队伍建设薄弱,教师工程化素质与实践能力偏低,不能深入工程化实际开展实践教学活动。依托“工程化"教学,加强构建中青年教师“工程化"培养模式,培养“双能型"专业教师,组织青年教师到企业进行专业实践,实施“工程化"培养,加强教师工程实践的训练,可以了解学科专业的现实需求,加深教师对工程实际和产业的了解,可以促进理论教学与实践教学的结合。蚌埠市无机非金属材料工程相关科研院所,如蚌埠玻璃设计院、玻璃企业、水泥企业较多,专业人才丰富,为校企合作提供了优势,只要教师积极探索校企合作,开展产学研合作,必定能提高“工程化"水平,加强“双能型"建设,提高无机非金属材料工程专业工程化培养水平。 2.无机非金属材料工程专业“工程化"师资队伍实践水平的提高必须寻求校企合作,依托校企合作交流平台,建设双师型师资队伍,要求企业定期为教师开展培训班,教师直接从生产第一线获取企业的新技术、新知识、新工艺、新材料、新方法,并应用于教学过程。支持教师参加岗位职业资格培训,强化师资队伍的工程实践能力。我系逐步建设一支熟悉行业企业需求、工作经验丰富、实践教学能力强的专兼职结合的“双能型"教师队伍。同时,企业可以推荐专业骨干教师与高技能人才承担无机非金属材料工程实践教学任务,保证实践队伍高素质、高水平。组织“双能型"专业教师的培养,鼓励教师到企业进行整个工程实践进行针对性训练,提高师资队伍的工程化教学能力。对于工厂实践教学我们将学生带到工厂,利用工厂的生产设备,聘请生产一线的企业工程师现场授课,比如玻璃窑炉的实验课程,我们就组织学生到企业去,聘请企业技术人员依据企业的窑炉现场讲解整个窑炉的结构、工作原理及工作过程,非常生动形象,也大大提高了学生的学习兴趣,提高了工程化实践能力。同时现场教学也增强了学生“工程化"思想,在工程化实践教学过程中让学生明确自己的学习目标是成为工程师,将来能将科技转化为现实生产力。“工程化"教育中学生体会和掌握工程设计、工程实践的基本分析方法,提升综合实践素质。 二、促进实习实践基地建设 实习实践基地建设一直是工科专业的薄弱环节,如何借助“工程化"提升专业实习实践基地建设是值得考虑的问题。利用无机非金属材料工程专业实习基地和产学研基地工程化方面的优势,对学生进行工程化方面的培养,包括校内实习基地和企业实习基地建设。校内实习基地建设,通过基本仪器设备的添置与更新组建成工程中心,尽可能贴近生产实际,满足专业工程实践教学的基本需要,满足相关专业内涵与外延拓展需要。我院无机非金属材料工程专业利用蚌埠玻璃设计院等具有丰富工程化水平和实践经验的智力资源,利用中航三鑫太阳能光电玻璃有限公司、安徽鑫民玻璃制品有限公司、安徽德力集团、凤阳珍珠水泥集团、海螺水泥集团等企业先进的实践教学基地,共同提高无机非金属材料专业工程化人才培养质量。 三、校企合作办学和产学研合作 按照互惠共赢的原则,搭建校内外合作育人平台。通过政策倾斜、经费扶持、提供场地和设备等手段,推动合作企业在学校内设立研发、设计、生产、检测等机构。积极尝试共建企业冠名班、订单式培养等方式,开展深度合作的办学模式,利用现有实习就业基地主动开展合作,培养学生的应用能力和综合素质;优化校企合作育人机制,校企共同制定工程化实践能力人才培养方案,共同构建应用型工程化课程体系,改革教学方法和手段;校企共同制定优秀课程标准、改革评价方法、注重过程考核;强化实践教学,并推进校企分段培养、模块化教学、多证书制度。蚌埠学院与安徽鑫民玻璃制品有限公司签订校企联合办学协议,组建级无机非金属材料工程“鑫民玻璃冠名班”,班级现有学生49人。安徽鑫民玻璃制品有限公司提供10万元专项资金用于发放该班学生助学金、奖学金等。总之,着力提高工程化实践能力,对于无机非金属材料工程专业学生的培养质量具有重要的意义,是地方本科院校应用型人才培养的前提。工程化实践能力的培养是一个长期的工程,更是一个重要的课题,应在工程化实践能力体系、师资教学能力、实践教学基地、企业合作办学等方面逐步完善。 作者:葛金龙王传虎单位:蚌埠学院 材料工程论文:儿童立体书材料工程论文 一、材料工程在儿童立体书设计中的运用 1.光伏材料又名太阳能材料,是将太阳能转换成电能运用的材料。若是将此类材料运用于儿童图书中,可使白天置于阳光下照射过的书籍在夜间发出柔和的光线,营造新的阅读体验。荧光材料荧光材料是将金属硫化物(或稀土氧化物)与微量活性剂配合经煅烧而成。无色或浅白色,是在紫外光照射下,依材料中金属和活化剂种类、含量的不同,呈现出各种颜色的可见光。遥控器上的荧光材料按钮,手机贴纸上的荧光图案在白天吸收光线后,夜间都会发出柔和的光。我们希望把这种材料运用到儿童立体书的设计中去,使夜间读书也有足够柔和的光线。将点状、线状或面状的夜光材料运用于立体书的某些结构点上,在可见光不足的空间中能得到不同的阅读体验,营造一种氛围,同时还能强调立体书的空间感和趣味性。 2.智能皮肤智能皮肤是一种颇具科幻色彩的高科技材料。将其包裹于书籍的表面,通过皮肤上的上万个微型传感器可以使书籍感受得到周围的环境,从而产生一系列的反应。我们想借由相同的原理,得到纸质的智能皮肤材料。在书籍的纸张中预埋上大量的中空纤维,纤维中灌满黏合剂。当皮肤感应到书籍的损坏,相应位置的纤维会断开,释放出黏合剂,将裂纹自动黏合住。这样就得到了一本能自我修复的书籍。虽然这种设计现在还只是一种畅想,但英国的一家公司已经率先开始着手研究在战斗机上运用这种材料,使得战斗机可以感知周围的环境,从而对危险情况产生预判。 3.形状记忆材料形状记忆材料是一种新的材料。现在已存在用形状记忆材料制作的家具,设计师将这款新型材料制作的家具压制成一个方便运输的平板,在需要的时候,通过将之接上电源,就能在十分钟之内使其从平板恢复成一个家具。在设计儿童立体书时,我们可以将想要表达的立体场景预先设计好,然后利用形状记忆的先进技术将每一个的立体场景压缩为一层薄薄的书页,然后接上电源或者接受阳光的照射使立体的场景再现。通过利用这一技术我们完全可以实现对儿童立体书的一次创新。立体书将不再被纸张创作的局限性所约束,从而实现复杂的、逼真的,纸张无法做到的立体场景,实现对儿童立体书籍设计的变革也是本文探索的主旨。 二、力学原理在儿童立体书设计中的运用 1.结构静力学结构静力学是结构力学中的分支,它主要研究工程结构在静荷作用下的弹塑性形变和应力状态,以及结构优化问题。由于在儿童立体书籍的设计中无法避免会出现较多的纤细结构,以及材料本身薄软的特性。导致它们在受压时结构会产生过大的形变,从而无法提供足够的支撑力。如图,当我们在设计立体书的结构时,需要更多地考虑在集中应力的结构点做加强强度或韧性的处理,从而能保证结构的稳定性。在纸质模型试验中我们通过增加纸张的厚度来加大它的结构稳定性,或者将集中应力的部位替换为稳定性更高的复合型材料来达到增加稳定性的目的,从而实现更加复杂的结构。 2.摩擦力下面我们要探究的是在日常生活中随处可见的摩擦力。物理告诉我们:人类在光滑的平面上行走非常困难,因为光滑的平面会减少鞋底与地面之间的摩擦力;增大摩擦力对人们的生活有种种好处,但有时减少摩擦力也是必要的,例如在机械中加入润滑剂是为了减小齿轮之间的摩擦力,增加机械的寿命。在滑梯上我们保持滑道的光滑是为了减少摩擦力从而保证更有趣的体验。儿童在翻阅书籍的时候,由于皮肤细嫩,手指短小,所以无法获得足够的摩擦力导致不易翻阅,也易造成对书籍的损害。所以在设计儿童书籍的时候,我们可以利用增大摩擦力的原理在图书底面处使用表面粗糙的纸张。这样儿童在翻阅书籍时会更加自如,也延长了儿童书籍的寿命。如图,当接触面越粗糙的时候摩擦力越大。而纸质模型图的冷灰色底面就是更加粗糙的纸质材料,可以帮助儿童更加容易地翻阅图书。而在立体书的立体部分,我们需要减小摩擦力,所以使用光滑的材料(象牙白色纸张),使书籍立体的动态过程中减少阻力的产生,使阅读的过程更加顺畅。 3.弹力在日常生活中,也有一个重要的力:弹力。其两个重要形成条件:接触和变形。物体在力的作用下发生的形状或体积改变叫作形变。在外力停止作用后,能够恢复原状的形变叫作弹性形变。弹力是指弹性形变而引起的应变力。例如将弹簧拉长后其要恢复原来的形状,就会有力,这个力就是弹力。在儿童立体书中我们运用弹力原理可以将书籍的故事情节与立体结构结合做设计。如图,讲述的是鲤鱼跃龙门的故事,小鲤鱼跃入水塘,留下涟漪。当读者拉出小鲤鱼的尾巴时产生弹性形变,而因巧妙的结构设计产生的应变力拉小鲤鱼回归平面(水面)。这样巧妙地运用弹力,我们得到了一本能与读者互动的儿童立体书。尝试小鲤鱼身体的不同结构带来的不同弹力效果。结果显示图5的结构更具弹力。如图7螺旋切割的纸张也是一种弹力控制的运用。在立体书的设计中加入如弹簧般螺旋的结构,能够在静止的立体结构中增加一丝动感。使用巧妙的剪裁能在闭合书籍的时候毫不费力。 三、总结 书籍可以启迪儿童幼小的心灵,立体书籍更加适合儿童的特殊读物。探究儿童立体书籍未来的创新形式是一次充满童趣的旅程。通过对材料科学以及力学的研究,我们更加意识到在未来儿童立体书籍可以发生的种种改变。采用这些概念设计的儿童立体书籍不仅可以更加生动地叙事,同时也在孩童的心中埋下了科学的种子。从而达到拓展立体书籍发展宽度的目的。当孩童翻开一本由形状记忆材料设计的立体书时,他不仅仅获得了故事里的启迪,同时也定会对科技产生浓厚的兴趣。当孩童打开书籍看见一个个由纤薄的纸张制作的惟妙惟肖、穷工极态的立体场景时,他定会对力学有了新的认知。当然,超前的设计理念同样意味着现实与未来的距离。比如智能皮肤就是一种离我们的生活还有些遥远的材料科学。但未来并不是完全不可见的。任何天马行空的想象都可能会成为人类开启下一个文明时代的关键钥匙。下一位爱因斯坦的诞生也许就会从他翻开一本神奇的儿童立体书开始。 作者:邓卫斌陈方婧王巍单位:湖北工业大学艺术设计学院 材料工程论文:无机非金属材料工程论文 一无机非金属材料工程专业改革措施 1教学体系的的创新 我国的经济发展为目前的无机非金属材料工程专业的改革提供了方向,做好基础性、根本性、原则性的工作任务是目前应该完成的要求,教学体系的改革首当其冲。当前专业的培养目标是:培养政治上合格的,在无机非金属材料学科领域内有广阔而扎实的理论基础、适应能力强、具有创新精神和技术开发能力的高级专门人才。无机非金属材料工程专业的课程体系改革应该从以下三个方面着手:首先加强科学基础以及计算机基础技术的学习,随着科技的发展,科学技术无疑成为了影响社会生产的第一要素,强化学生的自然科学基础能力同时结合计算机技术的适用,在加强其对自然科学本质理解的情况下,显著提高其运用科学技术解决基本问题的能力和速度;其次是重视对工程基础的学习,在无机非金属材料工程专业中,基础知识的学习能提高学生的工作适应能力,掌握了工程技术的共同理论、共同技术,即使就业工程中专业知识有所偏差,也能利用基础知识弥补,强化学生适应人才市场缺口的问题;最后,建立完善的学科专业知识实践教学平台,为了培养更全面的应用型人才,针对地方经济发展以及人才缺口方向,加大对实践教学环节的重视有利于让学生走入工作岗位就能迅速为企业创造产业价值,理应成为本次教学课程改革的重点,因此强化无机材料科学基础、热工基础以及水泥等研究方法和实验等实践环节至关重要。具体到应用步骤,应加大对每一个环节的检查力度,教师做出相应的实践要求,一环扣一环,分步完成。保证学生的实践环节无论是设计或是草图绘制等阶段都有配套的记录,以便于对实践教学质量的控制。同时,让学生运用所学知识进行实验,从事实验操作并对实验结果进行数据处理、误差分析,有助于观察问题、解决问题能力的提高。 2建构应用型人才培养体系 首先,建立一支教学水平高、技术能力硬、思想素质好的师资队伍,形成应用型学科的专兼职教学建设。“兵熊熊一个,将熊熊一窝”,一位高水平的教师给学生带来的好处是其他方面无法比拟的。教师不但要具有渊博的理论知识,更应该在实践教学上给学生正确的指导,从一开始就避免学生走入操作的误区。同时,学校可以与相关大型企业建立起互动关系,建立教学激励机制,鼓励教师与一线工作者多多交流,培养教师的创新能力;聘用基层工作经验丰富的技术骨干在学校担任客座讲师,让企业的技术人员向其讲解各个生产线的优缺点,保证本专业学生能够迅速掌握一线工作中的先进技术和经验,以帮助其迅速掌握学习中的要领,从而适应工作的需要。其次,积极开展与当地的企业相互合作,建立一批质量较高、相对稳定的校外技术实训基地;将校外实训基地建立在当地的相关企业内部,充分利用生产技术骨干和先进的生产设备;同时利用学校的实验室,“材料制备技术”、“工程测试技术”、“材料表征技术”三大课程实验及“专业综合实验”为建设重点,充分利用校内外的教学资源,把实验室打造成技术培训和理论知识结合的基地以满足应用型人才的培养工作。最后,要革新学生考核体系,开展校内证书认证制度过去的一卷考核体系已经不适应当前学习的需要,考生在考试前简单突击一下就能随意应付过去,为了让学生从深入理论研究,可以开展论文考察等形式,高屋建瓴的从应用的角度掌握理论的知识。目前,专业证书代表了各专业的等级水平,也得到了社会的承认。学校可顺应潮流构建校内证书认证制度,建立奖励机制,将职业资格证书引入人才培养机制,以鼓励学生多多考取专业资格证书,强化基础专业的理解,拓展相关知识的学习。 二结语 21世纪,科技的进步也推动了基础产业的发展,无机非金属材料工程专业在我国的经济基础中的作用也不可同日而语。不断总结经验,推动我国无机非金属材料工程专业的不断改革创新任重而道远,需要一代又一代的不懈努力。 作者:王国松廖远单位:贵州大学化工学院 材料工程论文:卓越工程师金属材料工程论文 一培养金属材料工程专业卓越工程师的思考 我校金属材料专业是卓越工程师教育培养计划的试点专业。对于金属材料专业卓越工程师培养计划,我们进行了初步思考。实施金属材料专业卓越工程师培养计划,在校内培养方面,对有丰富教学经验的各类大学都不是问题。需要研究的是进一步转变思想观念,优化完善卓越工程师的培养模式,完善实践型教学体系,提升教师工程素质,建立长期稳定的校企联合培养机制。 1明确培养目标提升教育品质 卓越工程师培养计划是我国强国战略的重要举措,旨在造就一批综合能力过硬的高质量工程技术人才,它提出了一种新的教育品质概念,即高等院校的人才培养应当遵从社会发展需求和适应经济发展要求的双重标准,这不仅包含了对理论知识的应用和创新,还明确了人才培养应以综合素质和创新能力的全面拓展为优秀。这就意味着高等学府对人才的培养应具备适应与时俱进的时代需求和高品质的工程技术发展要求的培养理念和课程体系。高质量工程技术人才不仅要求对工程技术有全方位深层次的掌握,还需通过正确的价值理性的引导,人文社会科学及企业管理精神的长期熏陶,懂得工程技术在社会和国家发展中的价值和意义。然而,目前的教育体系缺乏对学生进行从事工程工作意义的教育,很多工科学生并不明确工程工作的意义及其相应的社会责任,同时由于社会对工程和工学的认知度的欠缺与偏差,导致出现了一种现象——目前硕士研究生培养过程中,仅就学生生源方面,工学硕士明显优于专业学位硕士,甚至出现了工学硕士落榜的考生可以转向专业学位学习的第二选择。在20世纪70年代末至80年代初,大学生的理想职业是“不当工程师也要当技术员”。而且很多院校过去也常常以被命名为“工程师的摇篮”而自豪,但是在21世纪飞速发展的今天,这样的提法已从我们的生活中消失。目前的统计数据显示,现在大学生的理想职业一般为公务员、管理者、金融会计师等一些不具有工程意义的职业。对此我们不禁要发问:卓越工程师培养计划下的本科毕业生,会按照原本的设想,一部分继续全日制工程硕士的学习,另一部分转而攻读工学硕士吗?是不是学术研究型大学“卓越计划”的本科毕业生主要进入工学硕士阶段,从事科学研究;而一般本科院校的毕业生则进入全日制工程硕士的学习?当然,不管答案如何,都要求我们要实践好金属材料专业的三阶段(本科、硕士、博士)培养,这需要社会、学校、教师和学生多方面、多角度,及时有效地转变思想观念,更新教育理念,才能真正提高教育品质。 2创新工程教育培养模式 工程教育培养模式,常规的是变革课程体系、教材内容、教学方式,强化实践环节等。而工程教育的创新模式,例如“校企合作,顶岗实习”“学分互认”也在积极推动高等工程教育培养模式的全面改革发展。针对本科卓越工程师培养计划,常见的按学年分为“2+2”“3+1”“5+1.5”等。高校应打破学校封闭办学的传统模式,积极促进通过校企合作创设工程教育的环境与条件。我校金属材料专业本科卓越工程师计划采用“3+1”培养模式,即3年的校内学习,1年的企业学习,校内学习和企业学习相互交叉。在3年的校内学习时间内,穿插各类实验教学、实践教学以及认识实习,提升学生的实践能力;同时,学生也可根据自己的兴趣辅修管理学、经济学、自动化等第二学位专业。在1年的企业学习中,部分学生采用顶岗实习的方式,另一部分学生直接参与企业的项目研究。 3改革和完善实践教学体系 实践教学的目的是巩固理论知识和加深对理论知识认识,对培养具有创新意识的高等工程教育人才必不可少。我校金属材料专业本科“3+1”教学模式下,将实践教学与理论教学分离,将实践教学作为一个单独的部分,改变原来的将专业、基础课程以教师传授的方法给学生的这种传统教学方式。把培养学生能力作为主要目的,以通过精炼理论知识和工程训练作为辅助依托,学生解决实际问题的能力作为检验标准。与理论教学相得益彰又各自独立的实践教学体系。实践课程的学时有效性不同于理论教学,优化实践教学的教学模式,将工程人才的培养由课堂延伸到课外。同时,学校开设创新性实验和开放性实验,学生可自由选择。此外,课外科技活动和学科竞赛的奖励机制也可以调动学生学习的主观能动性,培养他们的学习兴趣和创造性思维能力。 4大力提升高校教师的工程素养 跟20世纪末期相比,现在的市场竞争更加激烈,高校的教师参加到工程实践中的次数和地位也在下降,这就使得高校教师更难把教学和工程设计都处理好。现在很多刚进入高校的青年教师大多都是没有或者很少有在企业实际的工作经验。结合生产实际和参加到工程的机会也在本科高年级的教学中正在减少,在本科的毕业设计中更是如此。因此,国内很多高校教师的工程实践能力和实践经验不足的现象突显。结合我校实际,可以从以下几个方面进行来提升教师的工程素质,从而满足卓越工程师教育培养的计划要求。 4.1教学相长结合 我校的实际情况,在研究和教学实践中发现,培养工程素质和工程实践能力的养成两个同等重要的因素是教师和学生。通过教师在研中学、学中教;学生在学中练、在练中学,实现教师和学生的共同进步。 4.2产学研紧密结合 学校搭建产学研一体化平台,使用该平台可以连贯地培养青年教师的工程素质,也可以提供给学生一个新的工程实践机会。 4.3合理高效的利用 社会资源创办校企联合教学模式,整合高效利用社会办学的资源优势,发挥出社会办学的力量。通过上面2种方式可以使教学紧密的结合行业发展的前沿,而且可以为教师工程素质和能力的培养提供必要的支持。 4.4加强教师队伍建设 要打造一支整体素质和技术能力都优秀的师资队伍,学校不仅要大力引进具有工程实践背景的高层次工程技术人才,还要建立一种长效机制,使得工科类专业教师有接受与社会发展接轨的工程实践锻炼的机会,并鼓励青年教师积极参与工程实践。学校还可以出台相关政策,以资助和鼓励青年教师到企业中进修学习。在岗位评聘、职称晋升等方面将工程素质考核纳入指标体系也是一种提升教师在工程教学方面素质的好方法。高水平工程教师师资队伍不但要有校内专职教师,还要有企业兼职教师,只有既鼓励有工作经验和科研水平的工程师到学校兼职任教,又鼓励专职教师到企业中兼职,才能使二者充分结合和交流,达到知识技能互补和彼此相互学习的目的。 5积极探讨校企合作方式 卓越工程师计划的实施必须重视校企合作,紧密依托行业。建立校企合作关系,是培养卓越工程师的有效途径。然而,长期以来国内的大部分企业都不愿意接纳未毕业大学生的实习,把在校大学生实习看成是企业负担,并且有很多企业把大学生实习的时间期限规定为1年,这都是培养卓越工程师计划的难点。同时,在校大学生在公司进行实习时,实习期间所需的实习费、安全保险费、交通费等各种费用都需要学校支付,这对于学校是很难承受的高额费用,会导致实习质量“缩水”。目前,在校大学生在企业实习中基本以参观实习为主,学生安全被学校和企业放在了第一位,在有限的实习期间内,对大学生的培养基本难以实现。针对该问题,希望国家明确要求企业担负起培养卓越工程师的校外责任,更希望国家实施政策鼓励企业的这种行为,促使企业积极主动建立校企合作关系,参与人才培养,将培养金属材料专业卓越工程师变成企业的经营政策。事实上,开展培养卓越工程师计划,建立校企合作关系,是一项学校和企业双赢的战略。首先,高等院校的发展,尤其是实施培养卓越工程师计划离不开相关企业的深度参与。其次,企业的发展离不开高等院校培养出的各种专业型人才。我校材料学院已与很多企业(如东北轻合金有限公司、东安发动机有限公司等)共同建立了长期稳定的工程硕士培养关系,已经帮助这些公司培养了众多工程技术骨干和管理人才。最后,校企合作关系的建立,能使高校与企业达到彼此生存共赢的目的。高校与企业之间是“你中有我、我中有你”的关系,合则两利,所以应该促使高校与企业之间建立更深层次的合作,即高校应该在企业建立生产实习基地,根据高校和企业的真实情况,建立各种等级的学生工作站,利用企业在生产、科研中遇到的实际问题和企业所能提供的实际技术、工作和科研环境,给高校本科生和硕士、博士研究生提供相应的研究课题。企业在给高校提供实习设备、场地、工作站的同时,高校学生也能给企业带来一定的经济利润,并且出站的毕业生也可以留在企业继续工作,使企业人才得到新鲜的血液,达到高校与企业双赢的目的。 二结束语 实施卓越工程师教育培养计划是一项系统性工程,也是高校深化人才培养模式改革的重要契机,它涉及人才培养的各项环节。高校根据自身特点,在明确金属材料专业卓越工程师所需具备素质和能力的基础之上,进一步转变教育理念,不断创新培养模式,认真制定培养方案,努力提升教师的工程素质,建立和深化长期稳定的校企合作方式和培养机制,积极推进金属材料工程专业卓越工程师教育培养计划,为社会、现代企业培养更多的卓越人才。 作者:石德全俞泽民高桂丽康福伟李大勇马成国单位:哈尔滨理工大学材料科学与工程学院 材料工程论文:防腐材料交通工程论文 一基于层次分析法(AHP)的环境影响评价方法 1环境评价的含义 本文将防腐材料对环境影响的评价定义为交通工程钢结构防腐材料对环境的影响大小,被评价路段环境质量越好,则说明防腐材料越环保,对路边环境影响越小。建立环境评价体系能够有效地对环境的实际受防腐材料影响程度进行系统调查和评估,检查对减少环境影响的程度和实施效果,检验防腐材料的环保性,判断提出的环保措施的有效性,对一些施工前并未意识到但施工后认识到影响进行分析研究,以达到改进防腐材料和防腐方法的目的,对已造成环境影响的,采取补救措施,以达到消除不利影响的作用。 2防腐材料环境影响 评价过程公路交通工程钢结构防腐材料对环境造成影响的诱因众多,本文从交通工程钢结构的防腐材料、防腐方法及钢结构所安装的环境条件进行分析,将防腐材料分为锌、铝和涂塑3种常见防腐材料;防腐方法则分为电镀、热浸、热喷涂和静电喷涂4种。结合多层次分析法本文确定了以目标层、准则层、措施层3个层次为基本框架的环境评价指标方法,目标层为环境质量;准则层包括防腐材料、防腐方法和防腐环境;准则层中的防腐材料对应措施层中的锌、铝、涂塑3个因素;防腐方法对应电镀、热浸、热喷涂和静电喷涂4个因素;防腐环境对应温度和湿度2个因素。 3评价指标量化 根据所列举的目标层、准则层、措施层各因素之间的关系,结合表1所示的判断矩阵,对各层之间及各因素之间的关系进行量化,建立钢结构防腐材料对环境影响的多层次评价的判断矩阵,得到评价各个指标最终的权重。 4权重计算 根据多层次分析法(AHP)理论,确定权重的方法有和法、根法、特征根法和对数最小二乘法等多种。本文选用和法计算得到交通工程钢结构防腐材料各层间及各个指标最终的权重值,根据表4的权重系数对每一个措施评分表的项目进行赋值。(1)依据措施评分表由专家老师对措施层各个指标打分,通过措施得分率确定措施层指标的分值。其中措施得分率计算公式为:措施得分率=措施得分之和/措施最高分之和×100%。5评价分析对于如何评价防腐材料的环保度,本文根据目标层得分Z的取值范围。将此范围分为5个层次,即环保、较环保、一般、轻度污染、重度污染,对应的得分。 二通锡高速环保度评价 1通锡高速环保度计算 根据通锡高速的实际情况,并请相关专家老师对措施层各个指标打分。准则层得分是措施层总得分的平均分,准则层得分见表5。目标层总得分平均分Z为4.031分,可以得知通锡高速的环保度为环保,交通工程钢结构防腐材料及防腐方法是绿色环保的。 2发展环保高速公路交通工程的建议 从通锡高速的环保度计算可以看出,该高速交通工程钢结构防腐材料的环保度得分为4.031分,环保度为环保的,说明交通工钢结构的方法及材料的选取是环保的,对此从以下几个方面提出建议:(1)推进节能技术的应用。减少使用高能耗的电镀产品,换以能耗较低、效率较高的热浸产品用于高速公路交通工程钢结构中。(2)积极推进高速公路沿线设施环境监测信息化和智能化进程。推广路侧环境监测站,及时有效地实时监测路侧环境信息,实现信息共享和提高环保应急效率。 三结论 现阶段我国高速公路还未建立高速公路沿线交通工程钢结构防腐材料对环境的影响评价体系,当前高速公路钢结构防腐距离绿色环保还有一定的距离,需要从节能减排、新能源、智能化监控等方面来实现绿色交通的发展目标。 作者:葛志华郝思文单位:江苏省交通科学研究院股份有限公司 材料工程论文:工程施工材料费成本控制论文 1人工费的控制要遵循“量价分离”的原则 主要从用工数量和施工质量两方面进行控制。第一,要采用先进的施工技术,提高施工班组的技术水平,减少和避免因施工技术原因造成的返工而增加的施工成本。第二、通过施工企业定额将项目分部分项工程量分摊到各专业施工班组,如混凝土、钢筋、模板、砌体等,通过各施工班组的承包,让班组自行安排劳力分配,降低人工费成本。第三、要合理安排施工工序、施工时间,禁止疲劳作业,要改善工人的施工作业环境,从而提高工人单位时间劳动产量,达到节约人工费的目的。 2材料费的控制材料费 在工程造价中占有很大比重,一般占造价的60%-70%,占直接费的左右。因此有效的控制材料费,才能有效的控制施工成本。材料费的控制同样要遵循“量价分离”的原则,包括材料单价的控制和材料消耗量的控制这两方面。(1)材料的单价控制:主要由公司材料部门控制,在签订工程材料供应合同前,材料部门的人员应根据工程项目所在地周边情况,对市场深入调查了解,通过询价掌握材料的市场信息。对数量大或金额高的材料要采取招标的方式,其他材料要“货比三家”,择优采购。(2)材料消耗量的控制:①进料控制:第一、按施工进度计划确定材料需求计划,以保证现场施工进度为原则,合理安排材料进场,要避免材料的大量库存,要降低材料库存损耗和现场材料的保管费用。第二、根据施工平面布置图合理的堆放各种材料,做好材料标识,减少场内材料的二次搬运。第三、每批入场的材料要仔细验收,遵循“先验后用”的原则,对不符合设计要求及施工质量要求的材料要予以清退。②施工定额控制:在保证项目施工质量的前提下,通过施工定额来控制工程材料的消耗量。对于大宗的材料如水泥、钢筋等主材,要以施工定额为依据,对各施工班组实行限额领料制度,对超耗材料要分析原因,在下次施工加以改进,要在施工现场实行材料耗用的奖罚制度。每天都要把剩余材料回收。③计量控制:项目部要做好材料的“收发存”台帐,要严格控制现场的施工配合比,如混凝土配合比,砂浆配合比等,避免不必要的浪费。④包干控制:在项目施工过程中,可对部分零星材料实行班组包干,如铁钉、铁丝等,由班组自行控制。钢管脚手架、模板等周转材料也可采用班组承包模式,从而降低项目管理的风险。 3机械设备费的控制 在项目施工过程中,选择什么类型的施工机械设备,怎样合理使用施工机械设备,对施工成本的控制来说非常重要,不同的施工机械有不同的特点和用途,因此选择什么类型的施工机械,以怎样方式组合施工设备,要根据项目施工的特点和作业环境因素来确定。第一、要根据现场施工进度的需求;第二、根据施工机械使用费的高低及其综合效益。施工机械使用费由机械单价和机械台班来确定。因此控制了机械单价和机械台班等于控制施工机械使用费,控制方法如下:第一、根据现场的施工进度,加强施工现场施工机械的管理,减少不必要的闲置;第二、提高施工机械的利用率,实现“一机多用”,避免窝工;第三、加强施工机械的维修保养,提高机械的使用率;第四、协调好机械操作司机与施工作业人员的配合,保障施工的顺利进行,要避免疲劳作业,提高机械台班产量。 4工程签证 工程签证是不可避免的,它所造成的施工费用影响着项目施工成本,因此施工企业要重视现场签证工作。办理工程签证时应注意以下几个问题:第一、工程签证必须是书面形式的,甲方、监理、施工方三方都要签字盖章。第二、工程签证内容应明确,项目要清楚,单价、数量要准确,另外时间也要明确,有些涉及到工期顺延的问题。第三、工程签证要及时办理,在项目施工过程中随发生随进行签证,应当做到一次一签证,一事一签证,及时处理。所有的签证材料要做好备案,有利于以后的工程竣工结算。 5结束语 综上所述,施工成本控制工作自始至终贯穿于整个项目施工生产过程中,它是一项涉及面广、综合性强的工作,它需要各管理部门各负其责,密切配合,共同努力,从而达到工程施工成本最小化的目的。 作者:袁锐单位:福建省第五建筑工程公司 材料工程论文:Web主导下材料工程论文 一、“Web主导下材料工程类 学生自主案例教学法”的含义“Web形式”是指在教学过程中,学生面对的对象不是教师,而是处于Web网络的虚拟仿真环境中,单人或多人合作进行设计成分或生产冶炼,Web网络系统自动记录学生操作的每一个步骤,教师通过前端软件观察学生的操作行为,实时回答他们提出的问题。“自主”是指学生学习的工程案例不是教师事先准备的,而是学生在仿真过程中自己得到的。由于学生掌握的专业知识和能力存在差异,使用的冶炼设备、设置的工艺参数和成分都不尽相同,因此得到的案例也不同,甚至很大一部分是失败的案例。“Web主导下材料工程类学生自主案例教学法”是在教师讲授专业知识的基础上,结合课堂教学内容,有针对性地给学生提供网络虚拟仿真平台,学生在平台内完成成分设计或产品冶炼任务,遇到问题可小组交流,提出改进方案。对典型个案,进行全班讲演,同时教师进行点评。该教学法以“任务”为主线,但不以“任务”的完成与否做为考核标准,提交的结果没有对错好坏之分,产生的结果不重要,结果产生的原因才重要。鼓励学生主动寻找可能出现的失常和事故,并运用所学理论知识去分析、去思考、去解决,强化对理论知识的学习渴望,激发学习的兴趣。 二、“Web主导下材料工程类 学生自主案例教学法”的实施方案在实施前,对实施的过程和步骤进行了认真分析,对实施方案的总体框架和实施具体步骤进行了设计,实施方案如下:第一阶段:规划。制定教学目标,确定实验班级。教材调整,确定讲授重点。以教师为主,包括课堂讲授的安排,讲授重点的确定,以及为学生编写模拟操作指导大纲等。第二阶段:执行。发动学生,明确任务。网络操作,案例设计。在线指导,提高案例质量。以学生为主,教师指导。使学生意识到自己的“工程师”角色,在虚拟仿真环境中动手操作,完成生产任务。教师可通过前端软件实时观察学生的操作行为,回答他们提出的问题并分析模拟结果。学生和老师之间、学生和学生之间在信息窗口通过文本进行交流。不同地点的学生可以组合起来,在同一个模拟模型中分别进行操作。第三阶段:分析和讨论。根据模拟操作记录,全班交流研讨,教师点评。师生结合,互动交流。教师从学生的操作结果中选取典型案例,让学生制作讲演课件,给全班同学分析自己的成功与失败经验,教师在交流中给予适时的点评,并进行成绩评定。第四阶段:总结。遴选优秀操作记录,编写示范案例。对学生的优秀设计案例进行整理归纳,为教师进行课62教学新思维堂多媒体教学时使用,也可作为学生课外预习、复习、自学的电子版的立体化教材。 三、个案举例 钢铁大学网站提供了钢铁应用、钢铁设计及冶炼等仿真模块,包括了现代钢铁生产的主要工序,可以为材料工程,尤其是金属材料工程专业大多数专业课程教学所采用。如在金属学材料学课程教学中,布置了一个生产任务:现收到一客户订单,要为一座海洋平台生产一种易焊接的高强度厚钢板,钢种的成份和工艺路线由生产方来确定。订单要求生产9000t的高强度厚板,钢板对机械性能的要求为:屈服强度,LYS>375Mpa;抗拉强度,530Mpa<UTS<620Mpa;54J夏比冲击转变温度,ITT<-40℃;屈强比LYS/UTS<0.82。使用网站中关于海洋平台用中厚板钢的设计模块进行仿真。【学生自主案例】钢种成分的设计在工艺路线为50mm钢板中度控轧、25mm钢板轻度控轧、90mm钢板中度控轧的情况下,经过调试发现Cr、Mo、Ni、V可以不参与设计考虑范围,C、Si、Mn在一定的含量内变化,主要调节Cu、Al、N、Nb元素的含量改变钢材的力学性能,得到了满足客户性能要求的3种不同钢种。从而使基体强度提高,以及固溶体与运动位错间的相互作用,阻碍了位错的运动,从而使钢种强度提高;2号钢种N、Nb、Al含量较高,主要强化机理是:N与Te形成间隙固溶体,起到固溶强化;在钢中加入的Nb,Nb元素能形成碳的化合物、氮的化合物或碳氮化合物,在轧制或轧后冷却中沉淀析出,起到第二相沉淀作用;同时,N与Al、Nb形成氮化合物或碳氮化合物,能钉扎晶界,阻碍晶粒长大,起到细晶强化。3号钢种的设计是在2号基础上调试Al元素的含量,3号钢种Al含量较低。 四、总结 “Web主导下材料工程类学生自主案例教学法”是从新时期生产企业对适应现代材料行业发展、具有创新能力和国际竞争力的工程人才需求出发,分析教学薄弱环节,采用新的教学模式,使材料工程学科的课程教学达到既能传授知识、又能提高能力的“双赢”目标。该教学法使学生成为教学活动的主体,形成了学生自主学习、合作学习、研究性学习和探索性学习的开放型学习氛围。所进行的“Web主导下材料工程类学生自主案例教学法”的改革,仅仅是一种探索性的尝试,还需要不断改进和完善,以使之真正成为有利于学生成长和发展的新的教育教学模式。 作者:贾涓熊玮宋新莉单位:武汉科技大学材料与冶金学院 材料工程论文:人才培养模式下材料工程论文 一、校企协同合作效果 1.科技创新合作 逐步深入加大科研合作力度,学校与企业各有所长,充分利用自己的优势对企业技术难题进行科技攻关,开展课题研究,在互利互惠的基础上达到研究创新和企业自身发展双赢的局面。百色学院紧密围绕广西14+10产业中的有色金属工业、新材料产业需求组建科研团队并开展研究工作,联合国家铝金属产品质量监督检验中心、广西平果铝合金精密铸造有限公司共同开展广西科学研究与技术开发项目、广西科技攻关计划课题等项目的研究工作,在科研服务地方经济社会上迈出了坚实的一步。 2.应用技术型人才培养 质量大幅提高充分利用企事业单位大量的实验设备、雄厚的技术力量及真实的就业环境,为专业学生开展以专业技能知识方面的创新性实践教学环节,帮助同学们加深对专业领域的认识,提高学生的思考及动手能力,并接受岗位实践能力培训,帮助学生养成遵纪守法的习惯,热爱本职工作,培养学生爱岗敬业的精神。通过专业见习、实习活动,通过深入企业生产一线参观、熟悉设备运转情况,产品生产过程、并进行实际动手操作与思考,使学生学习和了解工程实际和生产领域的发展状况,培养学生树立理论联系实际的工作作风,帮助学生增加工作经验,提高就业能力。 3.交流合作互惠互利 每年利用暑假时间,选派数名年轻教师进驻企业学习锻炼,深入企业内部,与技术工程师进行交流探讨,参与企业生产技术攻关,将自己所学知识与企业现状进行共享,帮助企业解决技术上的难题,教师也加深对行业的了解,拓展专业知识,提高专业技能,提高“双师型”教师培养质量。同时,积极邀请企业、行业专家、管理者参与专业设置、课程体系、培养方法等方面的制订,邀请企业工程师、行业专家到校兼课,做专题报告,将行业知识、企业文化、科技前沿等带入学校,形成校企合作、教产融合的互利互惠局面。 4.学生就业合作有所突破 基于良好的校企合作关系,百色学院与贺州桂海铝业科技有限公司根据双方的协议约定,在百色学院举办了联合培养人才的“桂海班”。培训的内容针对性强,充分结合生产实践,紧紧围绕生产过程中需要用到的理论知识和生产设备相关信息,学生的理论水平得到进一步提升,对企业的生产知识有了较深的认识。培训结束,即有74位同学顺利通过测试并与桂海铝业科技有限公司签订了就业协议,在“订单式”人才培养上迈出的可喜一步。 二、总结 通过建立校企协同合作办学联合培养人才,实现企业、学校、学生三方共赢,坚持应用技术型大学的办学理念,符合技术技能型人才培养目标,体现了地方院校服务当地经济发展的战略意义。 作者:刘淑辉单位:百色学院物理与电信工程系 材料工程论文:材料成型及控制工程毕业论文 1材料成型及控制工程 专业毕业设计存在的现实问题当前,大学生就业存在“招聘难”和“找工作难”的“两难”矛盾,材料成型及控制工程专业现有模具专业方向,与制造业息息相关,社会需求量颇大,然而,企业却抱怨高校培养的学生眼高手低,实践能力差,高不成低不就,难以胜任生产的需要,招不到合适的技术人才,学生抱怨在校的实践能力锻炼太少,就业目标茫然,找不到满意的工作,致使往届毕业生实际就业率都很不佳,分析主客观原因,就业环境不佳以及学生就业实践能力的低下是主要因素。从社会需求和就业出发,做好高校输出和企业接受的重要衔接的一个重要尺度就是对学生实践能力及职业能力的培养,转换学科本位为能力本位的教育。以往学科教育中,专业课程实践教学大多从理论出发,课时少,没有可参照的实物,也缺乏实践性的场所,学生动手的机会很少,即便是生产实习中,也仅是一些感性认识,难以深入,而毕业设计阶段的毕业实习更是形同虚设,毕业设计受条件限制,局限在教室、机房中,通常是教师出题,学生选题,很少有机会在实验室,企业进行实地设计,现场设计等,这些都加剧了学生工程背景的匮乏,实践能力差。随着就业压力的增大,企业越来越喜欢接纳有工作经验的人员。对于应届毕业生来讲,让学生具备实际工作经验是不现实,但重视企业所需要的专业技术能力的培养却是可行的,有助于学生增加就业的砝码。毕业设计是工科学生在校的最后一个实践性教学环节,对于学生综合应用能力的培养有着重要的作用,许多的用人单位都会关注学生毕业设计的内容及成效,这也是进行毕业设计改革的重要原因,以就业为导向,通过毕业设计,更好的衔接高校教育和社会需求,提升学生实践能力和应用能力。因此,如何将毕业设计与真实的实践项目结合,完成高质量的设计是毕业设计实践改革的重要目标。 2以就业为导向材料成型及控制工程 专业毕业设计研究结合天水师范学院(以下简称该校)材料成型及控制工程专业的应用型学科特点和人才培养的定位,通过对企业及同类兄弟院校的大量调研,总结规律;通过了解往届毕业生和即将毕业生的切身感受,行业状况及影响就业因素,制定出一套可操作的“以就业为导向”的项目化毕业设计改革方案,由校企联合培养指导,考虑到教师和企业研究方向和学生的特长爱好,把学生分成小组,由小组(或个人独立)完成真实项目(具有生产意义)的毕业设计培养模式,提升学生的职业实践能力,提高毕业设计的质量。项目化毕业设计方案改革的主要举措包括以下几大方面。 2.1选题探讨如何从模具制造类企业的实际项目出发,制定既符合现实需要又能体现教育认知发展的设计项目选题。从企业的实际项目入手,将高校研究理论在真实项目实践中完成,体现产学研一体化应用转型,为模具企业的实际项目保证科学的理论支持。 2.2毕业设计形式根据材料成型及控制工程专业工科学科的特点,培养社会需要的各类职业岗位技术能力,毕业设计应在形式上实现多元化,学生可以依据自己的特长完成产品结构的设计、制造工艺的研究,产品模拟分析或是生产管理的革新等等,不仅体现学生自身的个性特征,更能提高学生的职业兴趣,合理规划职业生涯。 2.3毕业设计时间安排以往的毕业设计开展的时间与毕业实习和找工作交织,匆匆而过,质量难以保证。项目化毕业设计以教学大纲为依据,必须科学安排时间,合理处理毕业实习和设计的交融。 2.4毕业设计指导方式按照前期对毕业设计的选题,必须建立与选题相适应的毕业设计指导方案。改变以往专职教师单一指导的模式,为保证学生的实践技能和理论水平的同时提升,实现企业和专职教师的联合指导模式。毕业设计答辩形式:在前期选题、综合指导方式模式基础上,改变从前学生讲、老师听,提问的单纯形式,结合学生设计的不同特点,采用企业技改提案、研讨会等答辩形式,给予学生展示自己研究成果的机会。毕业设计最终成绩评定办法:综合前面的研究,保证学生学有所用,进行全方位的评价,尤其关注企业对于学生毕业设计中展现综合能力的评定。 3项目化材料成型及控制工程专业毕业设计改革的创新点 3.1思路创新毕业设计改革的思路创新在于以就业为导向,关注职业岗位能力需求,更好的实现校企人才“零对接”,以项目为载体,将材料成型及控制工程专业的毕业设计贯穿于大学培养的全程实践教学,提高学生实践能力,学习兴趣,增加就业砝码。 3.2方案创新从模具专业的市场人才需求出发,以“理论够用,重应用能力”的能力本位培养方式为指导,改变以往理论过重,走过场,脱离实际生产的毕业设计方案,建立操作性强、针对就业性强的项目化毕业设计方案。这也是应用型本科工学发展的必然趋势。 3.3实践理论相结合在材料成型及控制工程专业2010届毕业生毕业设计中采用项目化毕业设计方案,取得了不错的成效,学生普遍反映明白自己要学什么,干什么,为什么,主动积极性高涨,在实践中提出了一些实用的技改创新,服务社会。 4以就业为导向的项目 化材料成型及控制工程专业毕业设计改革的应用价值毕业设计的改革可以缓解高校与社会人才培养的矛盾,提高学生的就业,其应用价值主要表现在:项目化的毕业设计方案有助于校企合作,用人单位提前介入人才培养,培养适合产业发展的技术人才。项目化的毕业设计能够保证教学质量,提升职业能力培养。项目化的毕业设计方案缩短了高校与就业从业的适应期,增加了学生的实际工作经验,帮助学生就业,提高学生的综合素质和职业能力。 5结束语 在材料成型及控制工程专业毕业设计中,通过真实项目的引入,使得毕业设计的空间大大的得到了有依据的拓展,丰富了教学内容,有助于应用型本科能力本位人才培养的实施。从就业出发,合理分析当前就业形势,将毕业设计与就业联系起来,有助于推进高校应用型本科工科教育教学的改革进程。 作者:郑丽单位:天水师范学院 材料工程论文:工程材料课程改革论文 一、课程改革的理念与目标借本课程增加材料成型技术 这一紧密联系生产实际课程内容的契机,改变以往重理论、轻实际的做法,在教学内容、方法及考核方式等方面树立并体现出“突出应用、培养工程能力”的教学理念。在新的教学理念指导下,培养学生正确选材及制定合理的加工工艺的工程应用能力为目的的指导方针,在教材选编、教学内容、方法等诸多方面进行深入地研究和探索。通过本课程的学习,使我校机械和近机械类专业的学生理解工程领域对材料的主要性能的要求、各大类材料的主要特征和各种热成型方法的特点,明确各类材料的相变规律及其组织-性能间的关系及材料加工工艺对组织的影响规律,掌握常用材料的组织、性能及处理工艺特点,最终能够对具体的零件结合具体工况做出正确、科学、合理的选材并确定出正确的加工工艺路线。为我校机类和类机类专业培养工程应用型人才提供必需、充分、有用的工程材料及其成型技术的基础知识和工程应用能力,使他们获得优秀的科学选材、用材和合理安排热、冷工艺路线的能力。 二、合理整合教学内容,构建新的课程知识体系 为使所授机类及近机类专业学生全面了解熟悉铸造、锻造及焊接等热加工工艺,增加“材料成型技术”部分。该部分涉及内容多,而新设置的工程材料及其成型技术课程与工程材料课程相比,课时仅增加8学时,这样必须压缩《工程材料》部分的内容与课时。我们遵循新的教学理念,合理地优化、缩减了《工程材料》偏理论部分的内容,淡化与优秀内容关系不大的内容,强化基础理论。如:在“材料的力学性能”部分,删除材料的物理性能等内容;在“金属晶体结构”部分,删除立方晶系的晶面和晶向的表示方法等内容;在“合金结构钢”部分,删除微合金非调质钢、易切削钢及低淬透性钢。对白口铸铁的结晶过程及钢的表面淬火与化学热处理等内容仅作简单介绍。把金属的塑性加工部分合并到材料成型技术中的锻造部分;把典型工件的选材及工程材料的应用合并到零件失效、毛坯分析与材料选择部分。同时,丰富与后续课程、毕业设计及工程应用密切相关的内容,如铁碳合金相图、钢的热处理原理和工艺、钢的分类编号及用途等,增强学生对这些内容重点与难点问题的理解和掌握,夯实工程材料理论基础。为了培养学生的工程应用能力,使课程内容与工程实践相结合,挖掘平时在实际生产中的相关案例,通过与企业广泛联系,从中获得大量生产中的案例。如在“零件失效、毛坯分析与材料选择”一章,把从企业收集的案例,经过整理、分析后加入教材中。结合生产中的具体零件,在分析零件的工作条件、失效形式及对零件性能要求的基础上进行选材,制定加工工艺路线。这对培养学生工程应用能力大有益处,为他们将来从事机械行业的生产加工,打下了良好的基础。课程始终贯穿材料的成分-组织-工艺-性能之间的关系这条主线。以性能为起点,分部讲授成分、组织和工艺对性能的影响,最后通过学习铁碳合金相图和过冷奥氏体冷却曲线,综合讲解成分、组织、工艺与性能间的关系,让学生牢固掌握“材料的性能取决于其成分、组织和工艺”的观点,这样就变分散为集中,变模糊为清晰,以利于学生建立完整体系的概念,保证了教学内容的基础性和系统性。据此,将课程内容分为工程材料基础理论、常用工程材料、工程材料成型技术基础和工程材料的应用及成形工艺的选择四大模块,实行模块化教学、突出材料的工程应用,并对各模块的内容做了精心挑选与合理调整。 三、综合运用多元化教学方法和手段,提高教学效果 在课堂教学中,为使学生能够在听课过程中主动思考,紧紧跟上教师的讲课思路,采用案例法、启发式、问题授课法、研究式与讨论式等教学方法及这些方法的组合。如讲授加工硬化这一重要概念和内容时,先在课堂上用举例法演示用手弯曲铁丝感到发热和越来越硬的现象,用问题授课法提出产生该现象原因这一本质问题,接着揭示变形中其材料内部的组织结构的变化,然后让学生分析由此带来哪些性能的变化,以此解释加工硬化的成因。多种教学方法的应用,有效地激发了学生对本门课程的学习兴趣,提高了学习的自觉性和主动性。提出并初步实施了工程材料及其成型技术课程的一种新的教学方法-关键词教学法[。针对工程材料及其成型技术课程内容庞杂,概念繁多且课时短的特点,提出了关键词教学法。从基本概念、章节以至全课程中提炼关键词,并将它们有机地结合,将零散的知识结构化,形成关键词网络,构建出课程的基石和框架。初步的教学实践证明,这种方法有利于学生理解记忆,对提升他们的提炼、概括等学习思维能力大有益处。在教学手段上,课堂教学板书讲授与多媒体演示并重,在便于学生理解记忆的基础上,构建出图文并茂、声情融会、动静结合的教学环境。如用板书法讲解相图中的杠杆定律、二元合金相图与Fe-Fe3C相图的结晶过程等内容,可以充分展现逻辑思维全过程。晶体结构、缺陷和结晶过程等应用多媒体技术,可以充分展示三维立体的晶体结构特征与缺陷形貌及形成机理,动画演示由液态到固态的结晶过程,增加了可视性与趣味性。 四、改革实验教学的内容与手段,培养学生的工程应用能力和创新能力 为提高学生的工程应用能力和创新能力,适应创新性人才培养的需要,对工程材料及其成型技术课程的实验进行全新的改革与设计规划,包括类型、方法及考核方法等。按照教学规律,划分实验层次,整合实验内容,理顺实践过程,减少验证性实验,增加综合性和设计型实验。课程设置三个实验,即碳钢硬度测定及热处理、铁碳合金组织观察和零件的选材、热处理、性能测试与组织观察。“碳钢硬度测定及热处理”为基本技能型实验,通过该实验,学生能够对工程材料及其成型技术课程实验中所涉及的设备与仪器有一定的了解,有利于他们熟练地对这些设备与仪器进行操作。“铁碳合金平衡组织的观察”为验证性实验,是为更好地理解和掌握铁碳平衡相图而设置的。“零件的选材、热处理、性能测试与组织观察”为综合、设计型实验,目的是让学生运用所学的材料及成型技术的基本原理,综合分析给定零件的力学性能指标,以此选择材料、热处理及性能检测设备,制定出相应的热处理工艺并完成金相试样制备、组织观察、硬度测试及热处理操作等实践环节。这一综合、设计型实验不仅要求学生掌握课程中相关章节的内容,而且必须针对具体零件的特点进行全面分析与综合,这样选择的材料和制定的工艺才能合理。这对于学生分析问题、解决问题能力的提高是大有益处的,也为他们毕业后尽早胜任企业相关的技术工作创造了条件。 五、实施多种课程考核方式,充分调动学生学习的积极性 课程按照平时、实验与期末考试进行考核,分别占10、10和80分,其中平时考核由出勤、课堂提问和作业三部分构成,克服了以往由期末考试成绩决定学生本门课程最终成绩的弊端,使学生学习的积极性和主动性贯穿始终,形成良好的学习氛围。通过这样认真、主动地学习,有利于学生全面掌握工程材料及其成型技术的基本知识和原理,为他们今后在工业生产中能够熟练应用这些知识和原理打下良好的基础。新设立的工程材料及其成型技术课程,虽然由工程材料课程扩充,课时仅增加了8学时,但在新的教学理念指导下,通过上述在教学内容、方法与手段、实验教学及考核方式等方面所采取的一系列改革措施,即教学内容的合理整合,教学方法与手段的多元化,实验的创新性及考核方法的多样化,充分调动了学生学习的积极性。同时,也提高了他们的分析问题、解决问题的能力和创新能力。 作者:武晓峰陈淑英屈华刘秉余尹桂丽单位:辽宁工业大学 材料工程论文:人才培养材料工程论文 一、校企协同联合培养人才的方式 1.合作育人充分利用校企合作办学资源,积极拓展与企事业单位的合作力度。利用企事业单位的工作环境,开设创新性实验课程与职业技能培训,为学生提供包括基本技能和综合能力训练两方面的实践教学环节,使学生在真实环境下进行岗位实践,培养学生解决生产实践和工程项目中的技术问题的技巧,培养团队协作精神、人际沟通技巧等能力,提高个人技能与管理能力,取得实际工作经验,为学生今后从事各项工作打下基础。进入企业开展专业见习、实习是大学学习阶段最重要的实践性教学环节之一,极大程度地发挥学生的主观能动性,培养良好的学习习惯,探索精神和创新能力。通过生产实践中的摸索与探讨,专业教师及技术人员的协助与指导,培养学生理论与实践的融合、逐步获得实践工作的能力。金属材料工程专业多次赴广西平铝集团等相关企业开展见习、实习活动,每年均派送相关专业的学生进入工厂参观、学习与锻炼,帮助学生更好地强化专业知识,理论结合实践,让学生接受实战性锻炼,提高动手操作和实践创新能力。通过与企业签订合作办学协议,以冠名班、开展订单教育和设立校企合作奖助学金等不同形式,与企业展开深入合作。百色学院与广西贺州桂海铝业科技有限公司成功举办了联合人才培训班—“桂海班”,来自高校、企业的多位位材料界知名学者专家、企业工程师给即将走上工作岗位的学员们上课,向参训学员们传授企业生产知识;近日,百色学院正与广西方洲铝业有限公司商定企业助学金事宜。另外,还开展“教师企业行”活动,选派相关教师走出去主动与企业对接。在校企共建实习、实训基地,专任教师参与企业生产工艺技术攻关,校企双方资源共享等多个方面达成共识。还有,专业采用“请进来”的方式,建立了由学校、企业、行业研究机构共同参与组成的专家教学指导委员会,主动邀请合作企业参与专业设置、招生规模、教学内容设置、教学方法改革等方面的指导和制定,多次深入企事业单位与企事业管理人员协商共同制订专业人才培养方案、协商实践教学环节的开展,缩短学生能力与企业需求的间隙,并聘请企业工程师到校兼课,邀请企业技术人员到校为学生做专题报告,让学生了解本区域相关企事业单位的生产运营情况及本专业领域的前沿知识,增强了人才培养的针对性和实用性。 2.合作就业校企合作,拓宽了学生就业的大门,学生对企业熟悉信赖,企业对学生放心。根据学校和企业的合作协议,学校和用人单位形成良好的用人合作关系,拓宽学生就业渠道,提高就业率。学生以企业的“准员工”的身份在用人单位实习,相当于提前进入了工作角色,减少了与企业沟通、磨合的时间,缩短了进入企业后的适应期,实现校、企、学三赢的良好局面,即学校培养的生学受到用人单位的青睐,企业找到了合适满意的人才,学生通过在校期间的“准就业”积累了一定的工作经验,开启了良好的职业生涯。3.合作科研校企合作,开展科研课题攻关项目。选派教师进入企业进行技术攻关,开展课题研究活动,积极与相关企事业单位开展科学研究,共同钻研技术难题,校企间深度合作将为高校教学与科研提供有利的学术环境,将推动双方在人才培养、基地共建、课题攻关等方面实现双赢。 二、校企协同合作效果 1.科技创新合作逐步深入加大科研合作力度,学校与企业各有所长,充分利用自己的优势对企业技术难题进行科技攻关,开展课题研究,在互利互惠的基础上达到研究创新和企业自身发展双赢的局面。百色学院紧密围绕广西14+10产业中的有色金属工业、新材料产业需求组建科研团队并开展研究工作,联合国家铝金属产品质量监督检验中心、广西平果铝合金精密铸造有限公司共同开展广西科学研究与技术开发项目、广西科技攻关计划课题等项目的研究工作,在科研服务地方经济社会上迈出了坚实的一步。 2.应用技术型人才培养质量大幅提高充分利用企事业单位大量的实验设备、雄厚的技术力量及真实的就业环境,为专业学生开展以专业技能知识方面的创新性实践教学环节,帮助同学们加深对专业领域的认识,提高学生的思考及动手能力,并接受岗位实践能力培训,帮助学生养成遵纪守法的习惯,热爱本职工作,培养学生爱岗敬业的精神。通过专业见习、实习活动,通过深入企业生产一线参观、熟悉设备运转情况,产品生产过程、并进行实际动手操作与思考,使学生学习和了解工程实际和生产领域的发展状况,培养学生树立理论联系实际的工作作风,帮助学生增加工作经验,提高就业能力。 3.交流合作互惠互利每年利用暑假时间,选派数名年轻教师进驻企业学习锻炼,深入企业内部,与技术工程师进行交流探讨,参与企业生产技术攻关,将自己所学知识与企业现状进行共享,帮助企业解决技术上的难题,教师也加深对行业的了解,拓展专业知识,提高专业技能,提高“双师型”教师培养质量。同时,积极邀请企业、行业专家、管理者参与专业设置、课程体系、培养方法等方面的制订,邀请企业工程师、行业专家到校兼课,做专题报告,将行业知识、企业文化、科技前沿等带入学校,形成校企合作、教产融合的互利互惠局面。 4.学生就业合作有所突破基于良好的校企合作关系,百色学院与贺州桂海铝业科技有限公司根据双方的协议约定,在百色学院举办了联合培养人才的“桂海班”。培训的内容针对性强,充分结合生产实践,紧紧围绕生产过程中需要用到的理论知识和生产设备相关信息,学生的理论水平得到进一步提升,对企业的生产知识有了较深的认识。培训结束,即有74位同学顺利通过测试并与桂海铝业科技有限公司签订了就业协议,在“订单式”人才培养上迈出的可喜一步。通过建立校企协同合作办学联合培养人才,实现企业、学校、学生三方共赢,坚持应用技术型大学的办学理念,符合技术技能型人才培养目标,体现了地方院校服务当地经济发展的战略意义。 作者:刘淑辉单位:百色学院物理与电信工程系 材料工程论文:人才培养材料工程论文 一、突出化工专业特色,明确人才培养目标 沈阳化工大学的办学定位是以工为主、以化工为特色的多科性大学,培养目标是高素质的应用型人才。结合学校的发展定位,以化工行业为依托,工程实际为背景,工程技术为主线,以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为优秀,通过开放办学、校企合作,统筹规划学校和企业学习来提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。把本专业的人才培养目标定位在立足辽宁,面向行业,辐射全国,培养适应区域经济社会发展、科学技术和化工行业建设需求,德、智、体等全面发展,具备熟练掌握化工设备制造、腐蚀与防护、热处理等专业基础知识和基本技能,能在化工企业、高等学校或科研院所从事金属材料及金属基复合材料的研究、成分———工艺及设备设计、组织和性能检验、生产制造、技术开发和经营管理等方面工作的高素质应用型人才。要求学生掌握金属材料微观组织结构与性能的基本知识,理解金属材料成分、微观组织结构与性能之间的相互关系,能够在这些知识的基础上开展金属材料选用、生产工艺及设备选择、新材料和新工艺设计及相关设备研制;掌握金属材料加工与成型的生产工艺和技术、金属材料成分结构与性能的检测与分析方法、产品质量控制和防护措施的基本知识;掌握高等数学、物理和化学等自然科学基础知识,具备金属材料工程专业必需的机械、电工电子技术、计算机应用的基本知识和技能,能较熟练地应用一门外语;了解金属材料及其相关材料的科技发展动态,以及相关前沿技术和行业需求,具有分析和解决生产中的实际问题,从事科学研究和实际工作的初步能力;具备一定程度的人文社会科学和经济管理科学基础,具有批判性思维、创新能力、环境保护意识和社会责任感。 二、加强专业课程建设,构建特色课程体系 为21世纪化工行业培养合格的金属材料工程专业人才,自2006年以来,沈阳化工大学金属材料工程专业对教学内容、课程设置、课程体系进行了统筹规划和整体安排。经过几年的改革和实践,建立了具有化工行业特点及金属材料工程专业特色、科学合理的教学内容与课程体系。一方面,课程设置与专业特色相契合,再结合沈阳化工大学的化工特色,针对化工单元设备的主要加工方法,如压力加工、焊接、机械加工及化工单元设备的腐蚀问题,对课程设置、课程体系统筹规划、整体安排,构建具有化工行业特色及金属材料工程专业特点、科学合理的新的课程教学体系。强化金属塑性加工原理、焊接冶金学、焊接工艺与设备、金属腐蚀与防护、金属热处理和材料无损检测等主要专业课程。在课程教学中,结合金属材料工程专业的特色,不断进行教学内容与教学方法的改革。采用将教学内容与工程实际、工程法规、工程问题、典型产品相结合,尤其与化工生产和化工设备制造过程相结合的案例教学。典型课程如,金属塑性加工原理、焊接工艺与设备及腐蚀与防护等都是以化工单元设备生产过程为背景的案例教学方法,着力打造精品课程,形成部分专业课程特色教材,加强金属工程材料专业本科学生能力和素质的培养,对其他课程的教学起到了示范作用,推动了教学改革的深入进行,提高了教学质量。另一方面,以强化工程实践能力、工程设计能力与工程创新能力为优秀,实践内容贯穿培养过程的始终。首先,增加课程实验,尤其是综合性和设计性实验,然后开展灵活多样的实习实践,在原有的金工实习、认识实习、生产实习、毕业实习的基础上,增加个性化实习。开放办学、校企合作,结合学生的兴趣爱好、就业方向、教师的科研课题以及就业单位的培训等等,分别送学生到企业去学习实践。为方便学生到企业实习,我校先后建立了与沈阳铸锻工业有限公司、沈阳金杯广振汽车部件有限公司、沈阳来金汽车零部件有限公司、富奥辽宁汽车弹簧有限公司、抚顺机械设备制造有限公司等十余家企业合作的实习基地。通过加强实习基地与相关企事业单位的共建和合作,利用其设施、设备等条件开展实践教学,同时也帮助学生了解金属材料及其相关材料的科技发展动态,以及相关前沿技术和行业需求,培养分析和解决生产中的实际问题、从事科学研究和实际工作的初步能力。 三、建立创新教育机制,培养学生创新能力 鼓励学生在教师指导下积极开展多样化的科技创新活动。如参加指导教师的课题研究,申报并参加大学生创新创业训练计划项目,参加全国及辽宁省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国及辽宁省普通高等学校本科大学生机械创新设计大赛、全国大学生英语竞赛、全国大学生数学建模竞赛等。通过组织各种类型、各种形式和不同层次的课外活动,将各类工程实践活动、创新实践训练、学科竞赛活动、学术前沿讲座、社会实践、公益活动等课外活动作为第二课堂课程模块纳入到课程体系中统一实施和管理。从2006年开始,我们以学校“6S”,即ST(科技训练)、SC(系列竞赛)、SP(社会实践)、SW(社会工作)、SL(系列讲座)、SA(特色活动)为指导,以“挑战杯”“机械设计竞赛”活动为契机,以课外教学环节为突破口,开展了多项大学生课外竞赛活动。近年来,金属材料工程专业参赛学生项目获机械创新设计大赛国家二等奖一项;“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛国家三等奖一项;全国大学生英语竞赛二等奖、三等奖各一项;辽宁省级奖项几十项。通过创新竞赛的开展,活跃了创新教育的氛围,为金属材料工程专业学生的个性发展提供了平台,为学生毕业后从事科学研究活动奠定了一定的基础。此外,金属材料工程专业对学生实行实验室全天开放,先进的科研设备和仪器用于学生科研训练,促进了学生创新能力的提高。 四、结论 金属材料在化工行业中占有举足轻重的地位,随着素质教育的快速发展,为21世纪化工行业培养合格的金属材料专业人才的需要,我们将继续优化专业课程建设,建立具有化工行业特点及金属材料工程专业特色、科学合理的教学内容与课程体系,培养学生创新能力,以适应东北老工业基地建设及化工等行业的需要。 作者:郭树国付广艳蒋彬郭北涛于永梅宗琳单位:沈阳化工大学 材料工程论文:研究生培养质量下的材料工程论文 一、提高材料工程专业学位研究生培养质量的措施 (一)优化人才培养方案,加强课程体系建设专业学位硕士研究生的人才培养方案应更加突出行业、企事业单位的职业性质和特点的要求[5]。按照行业特点或职业需要优化人才培养方案,构建课程体系。在课程设置中尽可能体现出与学术型硕士研究生的区别,在课程设置上突出实用化、工程化、技术化和职业化特点,改变课程设置僵化、强调统一、灵活性差等缺点。 1.课程体系的构建要打破原有全日制学术型研究生课程体系的框框,在重视基础理论能力培养的同时,要适度增加通用型理论课程模块,即“大学科、大平台”课程。材料工程专业学位研究生应掌握各种材料的制备技术、材料的各种分析手段和表征方法,以及工程技术与实践能力。因此,作为专业学位课,我们设置了《材料工程案例分析》、《材料制备技术》和《材料现代分析方法》三门课程。其中,《材料工程案例分析》是一门综合性工程技术性很强的课程,内容涉及金属材料、无机材料、高分子材料以及复合材料在实际工程应用中的特点及技术指标要求,例如金属材料的失效原因分析及采取的措施;电子陶瓷材料在高温烧结时颜色变黑的原因;钛酸钡本应为绝缘材料,但添加稀土元素变为半导体材料;等等。与其他基础课程相比,与企业生产实践的联系更为密切,重点在于培养学生分析和解决实际工程技术问题的能力。《材料制备技术》涉及各种材料的制备原理、制备方法与应用特点,是材料工程研究生必须掌握和了解的基础理论知识。《材料现代分析方法》是一门重要的工具课,既涉及到基础理论知识,又侧重于方法的具体实践应用,是必须掌握的专业学位课程。其内容包括X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜、能谱分析、光电子能谱、原子力显微镜、差热分析、红外光谱、核磁共振、激光粒度分析、比表面测试等各种表征和分析测试方法。这些优秀课程的设立将奠定专业学位研究生解决实际工程和技术问题的理论基础。 2.根据培养方向不同,灵活设置研究生课程模块,即“小方向”课程。例如,根据材料工程方向发展的特点和结合材料学院的科研基础,材料工程专业硕士研究生的培养方向主要有材料加工成型与模具设计、电子功能材料与器件、新能源材料与电源技术、高分子材料合成与改性等四个方向。在这四个方向上可灵活设置专业方向模块课程,即每个方向设置两门任选课程。材料加工成型与模具设计方向主要课程有《材料成型技术与模具》和《材料表面工程技术》,电子功能材料与器件方向主要有《先进无机材料与物理性能》和《光电转换材料与器件》,新能源材料与电源技术方向主要有《电化学原理及测试技术》和《新型能源材料》,高分子材料合成与改性方向主要有《高分子材料选论》和《有机波谱分析》。按不同的培养方向灵活设置研究生课程,可为专业学位研究生提供更大的自主选择性,有利于培养其职业素养,提高学习效率。 3.除了专业学位课和选修课外,为了提高研究生的解决实际工程和技术问题的能力,强化专业实践能力,作为必修课程,设置了《材料科学与工程实验》和《专业实践》这两门课程,以更好地凸显专业学位研究生职业取向和过硬的专业实践的特色。同时,还设置了学术讲座、知识产权、信息检索、技术经济分析等课程,以期全面培养专业学位研究生的信息获取能力和企业技术管理等能力。总之,课程设置要联系企业实际需求,考虑专业学位硕士研究生学习工作和研究背景等实际因素,根据企业技术创新的需求,整合教学资源,开发出一套以因材施教、体现学科前沿和实践性的专业学位研究生课程体系,不断提高研究生解决实际技术问题的科研攻关能力。比如,在材料工程专业学位硕士研究生的培养过程中,我们让研究生学习典型的数据处理软件Origin和CAD、ProE等工程制图软件,而该类实用工程软件的学习无疑将提高专业学位研究生的实践技能。 (二)加强师资队伍建设专业学位研究生的硕士论文选题应来自于企业和科研课题,工程背景明确,应用性强。因此,专业硕士研究生导师要求双导师制。一位是校内的导师,另一位是企业导师。学校导师主要负责研究生的课程学习、开题报告、学位论文理论部分的指导等;企业导师负责专业学位研究生的选题、工作安排、专业实践能力的培养、学位论文实践部分的指导等。学校、企业导师要共同制定研究生培养方案,从而保证专业学位研究生培养的质量。在实际操作中,要注意以下问题: 1.在导师遴选上,既要对导师的学历、职称、科研成果等进行量化评定,又要从工程实践经验、基础理论和指导能力及精力等方面对导师进行全方位综合测评。只有达到要求的校内外导师才有资格被聘为专业学位研究生导师。此外,要弱化对导师学历的要求,强化对导师工程实践能力和专业技术能力的要求。 2.加强专业学位研究生导师素质建设。随着专业学位硕士生规模的不断扩大,现有校内导师有相当数量是从学校到学校的年轻导师,他们虽然学历高,但大多缺乏实际工程经验。为此我们有计划地选派年轻教师到设计院、高新技术企业去挂职锻炼。同时,通过承担企业的横向研究,使年轻教师了解工程实际,参加企业的产品开发、设计、技术改造以及企业的运行、营销和管理,从而了解企业的需求。同时,在稳定现有导师资源的同时,我们从企业聘请或引进有工程技术背景的技术人员和专家作为专任的专业学位研究生指导教师,根据学科方向相近或相似的原则,成立3~5人由校内和校外导师组成的导师指导团队,这样可有效发挥各自导师的作用。 3.聘请企业专家担任相关课程任课教师。例如,《材料工程案例分析》这门学位课,可以聘请行业技术专家以专题讲座形式讲授新技术、新工艺和新设备,分析企业面临的技术难题或企业实际发生的技术难题如何攻关解决等,强化研究生解决实际工程技术问题的意识和能力;加大实践领域专家承担专业课程教学的比例,明确实习实践导师和论文导师的职责。 (三)深化校企合作,建立研究生联合培养基地结合专业和行业的特点,选择条件好的企事业单位、科研院所等共建研究生联合培养实习实践基地,强化产学研用人才培养链条。材料学院已与行业部门共建实习实践基地十多个。2012年,桂林电子科技大学材料学院和桂林电器科学研究院有限公司共建了研究生联合培养基地,该基地被批准为省级研究生联合培养基地。上级有关部门拨专款用于该基地的建设。材料学院的专业学位研究生可方便地到该基地实习实践,企业的导师和校内导师组成导师指导团队共同指导专业学位研究生。同时,联合培养基地拿出专项资金用于改善研究生的实习实践条件以及资助专业学位研究生的科研课题。经过实践发现专业学位研究生的工程实践能力和职业技能明显提高。目前已基本形成了培养单位和行业部门良性互动的包括课堂实践、科研实践和企业实践的实践教学体系。 二、结语 材料工程专业学位硕士研究生具有职业教育的背景,职业知识和职业技能的培养是非常重要的。因此,应不断地在研究生培养方案、课程体系建设、双导师队伍建设、研究生专业实践基地建设等方面进行探索与实践,以保障专业学位研究生培养质量的稳步提高。 作者:陈国华何木芬马传国单位:桂林电子科技大学 材料工程论文:机械工程材料课程改革论文 基于建构主义理论和已有的教学经验,我们提出非材料专业《机械工程材料》课程的教学改革与实践研究,希望改变以前只是把教师头脑里的知识转变到学生的笔记本上的传统教学模式,而是以学生为中心。具体来说,主要包括以下几个措施。 措施一:问题或任务驱动引导学生在解决问题或完成任务的时候掌握新的知识。如在学习钢铁材料分类时,首先把任务提出来。要制造桥梁、刀具、滚动轴承等,应该怎么根据需求来选择钢铁的牌号。学生带着任务来学习,更能激发学生学习的主动性。在学生完成任务的过程中加以引导,就能让学生把典型钢种的牌号、成分、热处理特点、组织特点和性能特点等做一个梳理。这些知识点如果完全靠教师来讲授,将是非常枯燥和繁杂的。学习金属塑性变形后的再结晶时,教师可先告诉学生一个工厂的实例:某工厂用一冷拉钢丝绳将一大型钢件吊入热处理炉内,钢丝绳的承载能力超过钢件的重量。由于一时疏忽,未将钢丝绳取出,而是随同工件一起加热至860℃。保温时间到了,打开炉门,用该钢丝绳吊出工件时,钢丝绳发生断裂。然后,教师可问学生:为什么原本承载能力超过钢件重量的钢丝绳会发生断裂呢?学生带着问题再来学习,就会认真很多,对再结晶发生的条件,对性能的影响等都会有深入的认识。 措施二:教学过程中多类比学生熟悉的事情类比的对象可以是其他学科里面的知识,也可以是生活中经常见到的一些情景。如在讲授钢加热时候的转变时,很多学生在把奥氏体形成的过程机械的记忆后,并不清楚为什么热处理要首先加热到奥氏体区。这个时候,教师就可以类比学生初中生物就学习过的干细胞:干细胞可以分化成不同的组织,而奥氏体就相当于钢铁材料的干细胞,通过不同的过冷温度,就可以分化成珠光体、贝氏体或者马氏体。如在讲授金属的凝固时,很多学生感觉金属凝固过程很抽象。这时候,教师可以类比大家都见过的水结冰,就让大家有了感性的认识。讲授珠光体的结构的时候,为了让学生理解珠光体的层片结构,教师可给学生看一张白菜放在水里的图,珠光体的结构就像白菜放在水里一样:白菜和水层片相间,而珠光体是铁素体和渗碳体层片相间。讲授金属滑移的时候,类比多足虫的爬行:多足虫的爬行直观上是通过拱起部分的运动实现的,而金属的滑移通过位错运动实现。通过类比,让学生借助旧知识掌握新知识,在对比新旧知识的过程中,加深对新知识的理解,强化记忆,并且有助于学生构建立体的知识网络。 措施三:激发学生主动建构知识体系教学生学会用思维导图的方式归纳知识。思维导图是将人本身的放射性思维图形化的一种工具,它打破传统的线性思维的束缚,使人的思维处于一种被激发的和完全开放的状态。就某一个关键词所制作的一个思维导图一定是一个兼有逻辑性和发散性,充分体现制作者个性化的围绕关键词的展开的概念关系图。教师可以引导学生画出每章节或者课程总体的思维导图。教师可以抽查部分学生画出的图,从而让教师了解学生的知识结构。学生也可以通过思维导图提高归纳能力以及记忆效率。 措施四:学生自己命题一直以来,命题都是教师的事情,学生对此充满了神秘感。学生会想方设法来打探教师命题的思路、范围。实际上,命题体现了命题者对知识掌握的程度,以及将知识点运用于实际的能力。让学生自己来命题,不仅是身份的变化,更是思维方式的变化。命题比做题的难度更大,但学生对此积极性却很高。每一章学习完之后,让学生课后根据重点难点来命题,发到教师的邮箱。教师集中对其中的题目进行点评。从命题的角度讲解知识点、干扰项,学生也会比较感兴趣。最后考试的时候就从里面抽取质量较好的题目组合成卷子。 基于建构主义的课堂教学中,重心从教师转向了学生。教室不再是教师倾倒知识给学生的地方,曾经学生就像空瓶子,等着被填满。在建构主义的教学模式中,学生被鼓励积极参与到他们的学习过程当中。教师只是鼓励和帮助学生发展和评估他们的认识,从而达到学习的目的。 作者:黄灿叶宏单位:重庆理工大学材料学院 材料工程论文:人才培养下无机非金属材料工程论文 1明确无机非金属材料工程高级应用型人才培养目标与培养要求 明确将无机非金属材料专业的培养目标定位在地方经济建设需要的无机非金属材料工程高级应用型人才,突出“一定基础知识支撑、适当宽度专业口径、突出某一专业方向、强化专业实践能力、博专共存、以专为主、长短兼顾、持续发展”的特点,强调知识、能力和素质的协调发展,强调学生的工程实践能力的培养与培育。通过教学计划、教学内容、教学方法和教学手段的改革,突出工程实践教学,强化实践技能的培训;确保学生工程实践能力的提高。无机非金属材料工程专业的人才培养方案在修订后开设了两个培养方向: (1)传统无机非金属材料方向(硅酸盐及耐火材料),培养学生利用高新技术提升传统产业(水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料等),在节能减排的技术改造中发挥作用。 (2)新型无机非金属材料方向。加强学生对“广泛材料”了解、认识、掌握的培养模式,通过对先进陶瓷材料、复合与功能材料、薄膜与微晶玻璃、材料表面改性等课程学习,在自主择业中能快速适应新材料领域的工作环境。我专业在这两个培养方向上,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发展模式。 2以应用型人才培养目标为中心,优化无机非金属材料工程专业课程体系 根据市场需求和学科发展,即主动适应社会发展,做到“一个专业,两个方向,自主选择”。“自主选择”,即强调学生个性发展,增加选修课和选修覆盖面,使学生有更大的自主选择空间。在此指导思想下,对无机非金属材料专业课程体系进行优化。 1)公共基础平台。按照教育部工科大学生培养要求由学校统一设置,分为必修课和选修课,该平台提供了工科大学生应掌握的基本知识和人文素质。 2)专业基础平台。分为必修课、无机非金属材料工程一级学科基础课程、无机非金属材料工程二级学科基础课程。该平台的设置可使学生掌握材料工程师所需的基础知识和基本理论,为后续课程学习奠定基础,对学生考研也有很好的作用。 3)专业课平台。分为: (1)专业方向限选课,此为无机非金属材料工程专业的特色,学生在三年级自主选择,分传统无机非金属材料方向和新型无机非金属材料方向进行学习。 (2)专业任选课,专业任选课中的基础课程可以使学生加强材料工程专业知识。无机非金属材料专业学生就业的企业,既有新材料企业,也有水泥、玻璃、陶瓷等传统企业,因此在第六学期开始开设就业针对性强的课程,能有效增强学生就业能力。 4)实践平台。分为:通识实践课、学科实践课、专业特色实践课(分两个专业方向)、毕业设计(论文)。 3总结 人才培养模式的改革创新已经在无机非金属材料工程专业学生培养中取得了可喜的成绩,从近年来的实际效果来看,本专业应用型人才培养模式的目标明确、措施具体、效果良好,毕业生就业率近两年均达到90%以上,得到明显提升。高就业率反映了培养方向符合工程领域对人才的需求,促进了行业发展。实践证明无机非金属材料工程专业的厚基础、宽专业、强化工程实践的柔性培养效果得到了明显提升。 作者:张帆马伟民曹大力马雷单位:沈阳化工大学材料科学与工程学院
材料力学论文:本科院校材料力学土木工程论文 一、培养学生学习兴趣,提高学生学习主观能动性 相比材料力学课程的枯燥而言,理论力学可以说是土木工程专业力学系统相对简单的课程,是入门课程,而且它和大学以前学过的物理、数学结合得较紧密,学生学习起来会感到轻松一些。而材料力学则将学生带入一个全新的世界,这个世界如果能让学生感到精彩,他们就会学得不亦乐乎;若这个世界让学生觉得乏味,他们就会自暴自弃。因此如何培养学生的学习兴趣,使他们主动去学习就显得非常重要。一般土木工程专业的学生在大一已学过土木工程概论,但在教学过程中发现,许多学生仍对土木工程专业的内涵比较模糊,对材料力学在土木工程力学“家族”中的地位也不甚明了。因此,在教学过程中对绪论这部分内容必须给予重视。然而一些教师不注重绪论的讲解,仅作一些简单的介绍,甚至一笔带过直入正题;学生则更是不重视。笔者认为这种态度是不正确的,将严重影响该课程的后续学习。笔者在绪论部分的教学中,除了介绍课程的基本信息、目的要求、主要内容外,还特别向学生介绍了课程知识的应用前景和学习方法。应用前景包括该课程与后续结构力学、混凝土、钢结构等课程的关系,该课程知识在建筑结构、混凝土设计等专业课程,以及土木工程二级学科中的应用情况等。学习方法包括如弄清基本概念———思考、观察、读书、实验,注重知识获取过程———公式推导,认真完成作业———理解、体会、举一反三等。最后向学生推荐一些经典书籍和学习网站,供其课外阅读所用。 二、优化课程,推进教学内容与教学方法的改革 当今时代的发展,要求高层次工程技术人员必须具备坚实的力学理论基础。材料力学是力学理论体系的重要环节,在帮助学生明确工程概念、解决实际问题方面,发挥着夯实基础和启蒙引导的作用。随着高等教育的改革和发展,教育体制和课程设置以及学时分配都发生了重大变化,教学中往往出现教学课时不断被压缩、教学方法单调陈旧、实验课程不受重视、实践教学机会较少等问题。要解决这些问题,教学改革显得刻不容缓。 (一)整合教学内容,力求主次分明 材料力学课程内容涉及范围较广,有固体力学、材料学、电磁学等诸多学科,因此,教学内容必须主次分明,要抓住课程主线和重点,同时也要紧密联系土木工程专业,做到有的放矢,使学生在有限的时间里学到最需要的知识。传统材料力学教材的内容体系一般为“拉压→扭转→弯曲→组合变形”,其规律是由简到繁、由易到难,这种教学次序较为经典,但也存在教学起点低、内容重复多、课时量大等缺点。因此在教学过程中,首先应立足于土木的房建结构,对其各个部位进行受力分析,引导学生将这些构件简化为力学模型,然后再思考这些模型的共性,对其应力、应变情况进行集中分析比较。比如框架结构的柱,除了受压以外,还受什么作用?设计柱的时候,长细比对其有什么影响?柱的截面形状到底选哪一种才好?又比如阳台和雨棚,除了弯曲之外,还受什么作用?如何去改善它们的受力状态?在教学过程中遵循归纳—演绎的模式,始终抓住“外力—内力—应力—变形”的主线,以“内力图—应力状态—强度理论”为具体内容,强化知识的贯通与渗透,引导学生从本质上理解各种基本变形的内在联系。在具体的教学内容上,重点学习拉压、扭转、弯曲和组合变形,而对超静定、压杆稳定等问题可作适当的简化。还可结合教师的科研成果,对相关知识进行适当拓展和延伸。 (二)教学方法与手段多样化,力求教学模式的创新 1.教学方法的创新 传统的讲授法教学存在较多缺陷,比如单一的注入式难以实现教学互动等,因此,课程教学方法应整体转型,根据课程内容由单一方法转变为多种教学方法的灵活组合。如由教师提出话题,与学生进行课题讨论。这种讨论并不只限于“答案”的讨论,而是从“问题”提出“新问题”的讨论,引导学生由权威灌输过渡到质疑理解,经历求解过程,给予学生更多独立思考的机会。笔者在课堂教学过程中,常常采用问题法、讨论法、练习法等教学方法,注重引导、启发学生的思维。特别是在引入一些重要概念的时候,先阐述概念的产生背景,提供一个恰当的案例,由学生提出问题,并思考解决方法;在此过程中教师参与学生话题的讨论;最后对概念进行实践运用,挑选典型练习,从模仿性练习到创造性练习。鼓励学生抓住本质溯本求源,“打破沙锅问到底”,而不是依葫芦画瓢。重视学生自学能力的培养,可安排学生以宿舍为单位形成学习小组,自行阅读相关参考书。对一些课后题和教材的某些章节,可由各小组代表分别为全班学生讲解,教师仅进行总结评价,比较各种解题方法和讲解模式,引导学生找出最优方式。此外,鼓励学生课外多阅读相关书籍资料,推荐学生观看爱课程网中南京航空航天大学邓宗白教师主讲的材料力学漫谈;阅读刘鸿文的《材料力学》,徐芝纶的《弹性力学》;利用校内网下载《力学与实践》杂志的有关材料力学论文等。另外,学院还为学生专门安排每周一次2学时的答疑课,一般是教师和学生一对一式。利用这些机会,教师可以充分了解学生的学习状态、内心想法等,增进师生间的了解,为课堂教学打下良好的基础。 2.教学手段的创新 随着科学技术的发展,特别是多媒体的出现,教学手段更加现代化。课件制作质量直接影响着学生的学习兴趣。可在课件中穿插大量的图片和视频,增加有关材料力学领域科学家的生平、事迹与工程案例。比如在讲解压杆稳定这部分内容时,以塔吊为例,可向学生提问:塔吊为什么要采用附着这一措施?附着应该设在什么位置?又如播放冷兵器时代的影视视频时,可提问:如果青铜兵器和钢铁兵器碰在一起结果会如何?如何提高兵器的战斗能力?在解答这些问题的过程中应引导学生联系理论公式去思考。由于这些技术和内容与课程要求联系紧密,使得该课件不仅不是教材的翻版,而更像是一本讲故事的书,增加了课堂教学的趣味性。除多媒体之外,课堂教学还应充分利用各种简单的小道具。比如用几个砝码和三合板片就能演示梁的弯曲、截面的几何性质、压杆稳定等。此外,为了贴近生活,激发学生的学习兴趣,加深学生对知识的理解,还可设计许多通俗易懂的小实验,粉笔、书本、教室的各种建筑材料等都可以拿来作为材料力学课程的教学实例进行讲解。 (三)重视实验实践,力求学以致用 实验教学作为材料力学课程的一个重要组成部分,对提高学生实践能力、设计能力具有重要意义。但由于实验设备数量和实验课时的限制,材料力学课程实验只开展了纯弯曲梁正应力、电测法测定材料弹性模量E和泊松比μ实验、悬臂梁静应变三个实验。而且由于是分组实验,个别学生往往滥竽充数,抄袭别人的实验数据应付了事。为了解决这一问题,一方面开放实验室,给学生留有充足的实验时间,同时也充分发挥设备资源的作用;另一方面在实验报告中添加实验小结一项,要求每个学生写出不少于200字的总结,内容可以是对实验的认识、误差的分析或其他相关感想等,严禁出现雷同,促使每个学生都真正参与实验,并有所收获。如有学生在实验总结中这样写到:“实验虽看似简单,但眼高手低,在将理论转化为操作的过程中,有很多细节需要考虑,以此类推,使我认识到了理论知识与实践工程之间的差异。”此外,还要求每位学生在期末完成一篇材料力学课程小论文。内容可以涉及教材任何一部分的知识,但须与土木工程专业相关的实际工程相联系。这就促使学生将理论与实践相结合,按照调研→分析→理论→应用的思路,将实践与理论有机联系起来,做到学以致用。 三、综合评价,改进传统的考核机制 考核评估是保证教学质量的重要手段之一,传统的仅凭期末考试或期末考试加实验成绩的评价机制不尽合理。因此,改进传统的课程考核机制是非常必要的。鉴于实验的重要性,目前聊城大学建工学院已将材料力学和土木工程材料课程实验独立为一门课程,共计1个学分。不计实验成绩,材料力学课程最后考核成绩中平时表现占总成绩的10%,期中考试占20%,期末小论文占10%,期末考试占60%。这样既考查了学生平时学习的情况,也考查了学生最终掌握知识的程度,比较合理。四、结语目前普通本科院校的材料力学课程教学仍存在较多的问题,实验室建设水平和实训条件也有待提高。在这种情况下,推进教学改革并不容易。材料力学课程作为一门土木工程专业重要的专业课,其教学改革值得关注。教学中应创新教学方法和模式,坚持“以学生为本”,充分调动学生学习的主动性,激发学生的学习热情,努力提高教学质量,为社会发展培养优秀的专业人才。 作者:倪振强 单位:聊城大学建筑工程学院 材料力学论文:材料力学实验教学改革论文 一、改革实验内容,注重创新实践能力培养 1.综合性实验(弯扭组合实验、等强度梁实验、压杆稳定实验等) 此类实验可以强化学员对理论知识的理解和应用,并了解、掌握电测法实验的工作原理及各种电桥的组桥方式和使用方法。借助于多媒体实验教学手段,使实验内容结合工程实际,让学员更生动具体的了解电测应力的测试方法和手段,加深学员对力学实验的正确认识。 2.创新设计性实验(桁架应力综合分析实验、叠梁实验、复合梁实验等) 以现场工程实际情况为背景,模拟现场实际问题,让学员展开探索、开动脑筋。学员可以根据自己的学习兴趣和能力设计不同深度的实验,并亲自动手完成各种实验。例如,根据学校操场主席台的桁架结构,做出相应的桁架模型。学员可以根据现场实际情况,模拟、设计现场各种工况。先进行理论计算,再进行ANSYS的仿真计算,最后进行试验测试并采集数据,把理论数据、仿真数据和试验数据进行对比,发现并分析数据出现异同的原因,结合所学知识开动脑筋解决问题。学员在实验过程中可以锻炼发现问题和解决问题的能力,掌握了电阻应变片的粘贴技术和测试原理以及更多地了解了电桥电路在实际工程中的应用。 二、改进实验教学手段和方法,加强自主能力培养 加强实验教学方法研究,采用多样化实验教学手段和方法。实验教学方法应体现三个方面的转移: 1.从单一的验证性实验转变为综合设计性实验以及开放式实验 如果说演示性实验是理论知识的形象化和感性认识的增加,验证性实验是知识向能力的初步转化,那么综合性、设计性实验则是对学员知识、能力、素质的全面检验和提高,是实验教学“出彩”的地方。这样才能把学员吸引到实验室中来,充分发挥他们的聪明才智,真正在实践中得到锻炼,把实验教学搞活,把所学的知识用活,使实验教学具备不断发展的内在驱动力,从而加强学员自主学习能力的培养。开放实验室是实验教学的一次升华,它不仅延长开放时间,更包括内容、手段、思想等的全面开放;不能孤立地看待实验,应注意开放实验与科技创新相结合,与科研活动相结合。 2.从讲授实验原理、实验步骤转变到传授实验思想和实验方法 在教学方法上应从灌输式转向启发式,倡导以学员为主体的教学理念,改变以往以教员为中心的教学模式。在实验教学中,教员主要讲授实验原理和实验方法,实验方案的选择、实验步骤的确定都由学员完成,这样学员可以自主学习、独立思考、自行设计、自主操作、自由发挥,极大地提高了他们的创新意识、创新思维能力。 3.从理想化的教学实验转变到真实环境的科学实验,实现虚 拟实验和实物实验有机结合在校园网上建立了材料力学网络虚拟实验室,其建立完全改变了传统材料力学实验的教学模式。以前采用集中授课方法讲授新理论、新知识,现在学员通过在网上登录材料力学虚拟实验室就可以完成实验内容的预习;以前总是为繁琐的实验课预约而烦恼,现在学员通过网络预约实验,极大地提高了预约效率。学员可以在自主选择的时间内完成实验,再由教员进行必要的指导、讲评和批复。 三、改革实验教学质量评价体系,体现科学公正性 在实验考核方面,过去评价的唯一标准是实验报告,这样的考核存在很大的弊端。对材料力学的考核方式做了一些大胆的尝试: 1.材料力学实验课可独立设课,单独考核 由于材料力学实验没有独立设课,而是作为材料力学课程的一部分,导致部分学员不重视实验课。为了约束不重视实验课的学员,使实验教学不再流于形式,必须足够重视实验课程。 2.改变过去以实验报告作为实验考核的唯一标准 实行出勤率、实验态度、实验预习、实验操作、实验报告及实验理论考试相结合的综合性考核方法。对于实验考核成绩的记入,考试成绩(包括笔试和实际操作测试)占总成绩的60%,平时成绩(主要是出勤率、预习报告和实验报告)占总成绩的40%。这样的实验考核可以实现实验教学质量的全过程监控。真正体现实验成绩的真实性和公正性,充分反映学员的综合能力和创新能力,并同时具有可比性和可操作性。 3.针对不同类型的实验提出不同的考核标准 目前材料力学实验主要有三大类型:基础性实验、综合设计性实验和开放性实验。因此根据课程特点,以及检验学员的实践动手能力、综合设计、创新开发能力的需要,针对不同类型的实验提出了不同的考核标准。 4.在加强实验课程考核的同时,还须加强学员实践能力的阶段性考核 针对具体专业学员的学习目标,可以在其四年学习过程中设置两到三次实践技能考核,分别考核学员的基本动手能力、综合实践能力与创新开发能力。动手能力考核可以采用实验操作的形式;综合实践能力考核可以采用抽考具体的实验项目的形式;创新开发能力考核可以采用综合创新类实践活动来实现。要求学员大学四年期间必须进行一次综合创新类活动,如全国性的设计类竞赛、科技创新活动等。总之,这些考核的目的是为了学员在实践类课程教学环节中有明确的目的和任务,促使学员从实践到理论、从感性到理性的转变,提高实践课的层次和实际效果,培养学员的力学素质、工程素质以及创新精神。 四、结束语 通过对材料力学实验教学的改革,提高了学员的动手能力,激发了学员做实验的兴趣,增强了学员的创新能力,受到了学员的欢迎。深化材料力学实验教学改革,注重工程素质教育,培养创新人才,是时代赋予高校教员的历史责任。应该积极转变观念,从实验管理体系、教学方法和手段、课程体系和内容、实验教学质量评价等方面不断探索、实践,为社会培养具有创新实践能力的栋梁之才。 作者:杨创战 刘杰 张攀博 单位:第二炮兵工程大学理学院基础实验中心 材料力学论文:材料力学案例教学实践与研究 一、材料力学案例教学的实施 (一)以“轴向拉伸和压缩变形”教学内容开展案例教学 改变传统的对力学计算模型进行受力和变形分析的方法,而是以教室中的投影仪设备安装为例,让学生代表校方安装负责人的身份进入角色。如:学校要在原有建筑的教室中安装投影仪设备需要考虑哪些问题?若在新增投影仪设备自重作用时,原有教室承重结构仍能保障安全的前提下,该考虑什么问题?在投影仪设备型号、自重等已知条件下如何选择投影仪吊杆?选择投影仪吊杆要考虑哪些因素,选择什么材料?吊杆截面形式和截面尺寸如何确定?带着这些让学生感觉无从下手又必须解决的现实问题,开始进行吊杆的受力分析和变形分析,然后在学生已学的图学基础上,再进行立面投影,从而抽象出教材上的力学模型;然后借助多媒体现代化教学手段,引申出工程实际中的吊车绳索、斜拉桥的斜拉杆、千斤顶、活塞杆等工程实际问题中具有同样受力特点和变形特点的这一类变形,统称为轴向拉伸和压缩变形。这样不仅让学生理解了轴向拉伸和压缩变形的基本概念,而且还培养了学生对具体工程问题如何进行受力分析和变形分析的力学思维,树立了学生工程意识和解决工程问题的能力。在受力分析和变形分析基础上,再就如何选择吊杆材料属性等引出轴向拉伸和压缩试验的必要性和具体试验方法等。在确定了吊杆选材后,再就如何确定截面形状和截面尺寸及横截面面积大小和杆长短的影响引出研究内力、应力和应变等概念及其强度、刚度条件公式推导等。然后在学生自己应用强度、刚度条件选取材料和确定截面形状和截面尺寸后,由学生总结发生轴向拉伸和压缩变形这类工程问题的研究方法和考虑的影响因素等。这不仅理论联系实际,增加了学生学习材料力学的兴趣,也使学生的学习能力和解决工程问题的能力得到了显著的提升,而且这种从学生到工程负责人角色的转变,使其责任感和使命感得到了升华,真正实现了材料力学教学的目的。 (二)以“剪切和挤压变形”教学内容开展案例教学 提前预留作业,请学生分组讨论课桌与地面之间连接件螺栓主要的受力特点和变形特点,并讨论:螺栓必须满足什么条件,才能保障课桌的正常使用?举例说明具有这类受力特点和变形特点的连接件还有哪些?这些连接件通常用在哪些地方?课堂上先由各组学生选出代表发表自己组的观点和考虑的因素等,然后由老师来总结并分析课桌与地面之间连接件螺栓受力特点和变形特点,及为什么考虑主要变形是剪切挤压因素而忽略了弯曲变形等次要因素;再借助多媒体现代化教学手段举出小到生活上用的剪刀,大到工程上用的截筋机、剪板机、汽车轮轴的链接以及土木施工脚手架、机械零件的连接,“泰坦尼克号”等船舶、车辆,航空航天的飞机、宇宙飞船等都离不开小小的螺栓、铆钉和键等连接件。在明确了连接件螺栓主要的受力特点和变形特点基础上,用类比法建立与轴向拉伸和压缩强度条件相似的剪切挤压强度条件,再由每个学生自己假设自己推桌子的用力大小具体来选取课桌地脚螺栓的直径,最后由学生一起来确定工程上选择的螺栓直径应该取所有同学计算螺栓直径中的最大值。这样的就地取材的案例式教学不仅仅是学习了剪切挤压的实用计算强度条件,更让学生逐步感觉自己俨然是参与到设计团队中,增强了学生学习和未来工作的信心,开拓了学生的思路和见识,对以后分析问题时如何抓住主要因素和如何设计等起到了促进作用。同理,以学生拧瓶装矿泉水瓶盖、洗衣服时拧衣服等体验和教室内的梁,学生的书、本、笔,讲台的粉笔盒、黑板擦等为案例素材,对扭转变形和弯曲变形进行案例教学,对学生们理解基本概念,掌握其实质内容及熟练应用所学解决具体工程问题,都奠定了坚实的基础。 二、案例教学实施的策略与评价 案例教学这种教学模式在激发学生学习兴趣,增强学生自主学习,促进学生沟通交流合作,树立学生工程意识和分析解决问题能力等方面的作用不言而喻。但在案例教学过程中还应注重以下几方面。 (一)案例选择遵循的原则 在课堂教学过程中,案例的选择要适应教学目标的需要,适应学生现有的发展水平。因此,选择案例时应遵循案例选材的真实典型性、科学完整性、积极教育性、信息适量性等基本原则,这也是成功案例教学的前提要求。[3] (二)案例教学实施步骤 在案例教学实施过程中,应事先做好充分的课前准备工作,加强案例教学实施过程的课堂管理,注重案例讲评与总结。其具体实施开展案例教学主要包括:1.教师课前选取合理适用的案例,设计分组讨论方案,预留预习教材相关内容和案例分析的课前作业;2.学生课前预习教材相关内容和分组讨论分析案例,在认真阅读案例,充分理解案例所描述的事实和细节及反复思考讨论的基础上,以报告的形式形成自己的见解和解决问题的方案;3.课上,在精心设计基础上,教师紧紧围绕教学内容和教学目标展开具有启发性和目的性的案例讨论分析,使学生在积极参与讨论和思考过程中,都能成为自主学习的主体;4.通过引导学生进行归纳概括,使学生分析问题的思维得到进一步升华的同时,增强自己解决问题的信心;5.为了充分调动学生参与的积极性和提高案例教学的教学效果,还应注重过程管理,在引导学生积极参与的状况下,还应对具有独到新颖见解的学生给予平时成绩加分等奖励。 三、结语 针对材料力学课程传统的教学特点和目前学生缺乏工程实践背景的状况,将案例教学特点与土木工程专业特点相结合,在材料力学课程教学中进行了就地取材式案例教学的实践与研究,改变了传统的教学方式和教学方法,增强和发挥了学生的主体作用,激发了学生的学习兴趣,提高了学生的科学思维能力,培养了学生工程分析和解决工程实际问题的能力,使学生对今后专业课程的学习及未来工作岗位上解决工程实际问题充满了信心,为土木工程专业开设的材料力学课程的课堂教学改革进行了有益的探索。 作者:赵春香 于月民 盖芳芳 单位:黑龙江科技大学 材料力学论文:材料力学性能课程改革思考 1建构主义理论及学生特点 1.1建构主义理论 建构主义理论创始人著名心理学家皮亚杰认为,学生是教学关系中的主体,教学应以学生为中心,教师应引导学生积极主动的探索、发现和对知识意义的主动构建[1]。皮亚杰认为,教师是学生学习的促进者,学生的学习是积极主动且不断地建构认知和知识结构的过程。建构主义理论认为学习是学生在原有经验的基础上主动进行意义建构的过程,这种过程要在实践中或者在学生与环境的相互作用中通过新旧知识间反复的相互作用而建构成的。在教学中教师不能把对知识的理解传递给学生,而是从学生原有的知识经验出发,引导学生从原有的知识经验中生长出新的知识经验,即教学的关键是向学生展示这些结论是如何得到的[2]。 1.2分析学生特点 现在的本科生自幼开始接受传统的以教师为主体的“填鸭式”教学,基本未接受过“启发式”教学等新的教学方法。他们在经过严格的应试教育和惨烈的高考竞争后进入大学,逐渐放松了紧绷的神经,普遍失去了奋斗的目标并且对学习渐渐放松。学生的状态大体分为三类[3]:(1)少数同学有长期的规划和学习目标,能够自觉努力地学习。(2)多数同学比较茫然,没有规划也没有努力的方向,随波逐流,学习上敷衍了事。(3)极少数同学彻底放松,对学习和未来前途都漠不关心,认为到了大学就应该轻松自在地享受生活,花费大量时间和精力去玩游戏或者谈恋爱,对学习完全是应付甚至厌学情绪严重,即使不能毕业也毫不担忧。离开了家长的呵护和老师的督促,多数学生不能合理的安排自己的学习和生活,更不能保证学习态度和学习热情。习惯了接受教师“消化”加工好的知识和方法,学生在大学的学习过程中对知识的归纳、总结能力以及在旧知识的基础上生长新知识点的建构能力和知识的迁移能力比较差。鉴于学生学习能力、学习状态和学习目标大不相同,本课程在讲授过程中,务必不能采用传统的灌输式教学,应该积极探讨新的适合本课程的教学方法和手段。 2改革教学方法及评价考核 2.1树立新的教学观 现代教育学倡导“以教师为主导,以学生为主体”的新型教育观,对大学教育也同样适用。在教学过程中,如何把以教师为主导的“教”与以学生为主体的“学”有效结合起来;老师如何能够引导学生在已掌握的知识和已有的生活经验的基础上构建起新的知识增长点;结合本门课的特点和学生特点,怎样能够更有效的引导学生学习本课等问题都需要教师深刻思考。 2.2采用多种教学方法 本课程工程应用性较强,单纯的讲授知识点,会增加学生理解的难度。多媒体课件的制作尤其重要,大量图片、动画的运用,能够对视觉、听觉形成有效冲击,有助于学生将枯燥的知识形象化。在讲解本门课程时,应较多的结合生活实际和工程实际,采用“举例法、对比法”等教学方法,引导学生构建新的知识要点。例如在讲解脆性的章节时,可以列举二战期间,美军8艘自由轮因脆性断裂问题失事等历史事件,形象具体的描述脆性的产生原因及危害,给学生直观的印象。根据各部分的教学目标和教学内容,精心设定题目请同学来回答,也可以布置作业来引导学生完成,从而考查学生对知识的掌握程度。在这个步骤上可以“因材施教”,即对于学习目标明确、学习能力突出的学生,给他们的题目或作业可以适当拔高,难度或深度更加突出;对于多数同学来说,采用数量、难度普通的题目;对于厌学或者对学习漠不关心的学生来说,即要努力培养其学习积极性,又要严格作业的规范,明确告之不能完成作业就会影响期末成绩的考核规定。由于《材料力学性能》涵盖的概念较多,也可在进行了一定的教学内容后总结各知识点,有利于学生深入理解。 2.3改革评价考核 对学生的评价考核,既要体现学生的学习能力的差别,又要体现其学习态度及平时表现的差别。这样的评价考核要求仅凭期末一张试卷是不能完成的。对学习态度端正、学习目标明确、学习能力突出的同学,考核成绩应对其有所肯定;对于学习目标不明确、随大流的学生,在调动其学习积极性的同时,应有平时表现的约束,督促其保持学习习惯;对于完全没有学习目标的同学,在培养其学习兴趣、督促其平时表现的同时,教师要经常找其谈心,帮助他们培养学习习惯。笔者根据多年教授《材料力学性能》课程的经验,建议期末试卷中增加附加题,得分以附加题目分值的40%计入总分;增加平时表现分数,建议占总分30%比例,70%比例为卷面成绩。增加平时出勤率的检查,该门课教学时长内累计旷课次数达5次及以上的同学,建议取消考试资格,重修后再参加考试。这些措施对优秀学生有鼓励作用,并且能督促学生出勤、端正其学习态度。 3优化教学内容 很多版本的《材料力学性能》教材是基于金属材料板块编写的,已经不再适应材料一级学科的教学要求,优化教学内容需要对三方面进行改革。 3.1修订教学大纲 复合材料是一种较为新兴的材料,与金属材料和无机非金属材料息息相关。随着复合材料的进一步发展,它与高分子材料的关系也会越来越密切。修订复合材料专业教学大纲,既要满足兼顾复合材料、金属材料、无机非金属材料和高分子材料的共性要求,又要满足以介绍金属材料和复合材料特性为主、以介绍无机非金属材料和高分子材料特性为辅的教学要求,且需要将各类材料有机的协调起来并融合到各个章节中去。在学习本门课程之前,学生应该学习了《材料科学基础》《材料力学》和《工程力学》,对于已学知识可以略讲或不讲,达到节约课时的目的。 3.2编写适合本专业的《材料力学性能》教材 《材料力学性能》所包含的概念公式较多,公式推导步骤也很繁琐。在编写教材的时候,既要注意到本课程与其他课程的联系,又要减少公式的推导步骤。太多的公式推导不利于学生对知识点的理解,不必要求学生掌握公示的推导过程。编写适合本专业的教材,难点是如何体现知识点的实际应用。例如讲授冷脆性时,可结合《金属材料与热处理》中钢的常存元素为开篇导语,复习五种常存元素对力学性能的影响。另外,还可以配图且采用小号字做知识延伸,将与材料力学性能有关的著名历史事件和日常生活的事例与本课程结合起来。例如泰坦尼克号的沉没,就是由于当时冶炼技术落后,钢板中的硫元素过多从而造成材料具有较高的冷脆性,在船体撞击冰山后导致了船体破碎、快速沉没等内容。这些看似不重要的知识延伸能都够直白的展现各知识点的工程背景,使知识不再抽象,调动了学生的学习积极性。 3.3整合实验课程内容 现行教材中涉及材料力学性能的实验总共三个,“拉压实验”、扭转实验和弯曲实验。这样的实验安排容易使学生将材料的各种性能割裂开来,认为各种力学性能的检测方法是彼此独立的[4]。虽然各种力学性能检测方法的适用范围、操作方法不同,但可以起到相互补充的作用。只有将不同的测试方法有机的结合起来,才能更好地理解材料力学性能。所以,该课程将三个实验合并为“材料性能综合实验”,安排在整体课程之后。此外,精心设计实验过程,合理安排实验报告的知识点等,都有助于调动学生实验课的积极性,从而形象直观的理解《材料力学性能》。 4结语 《材料力学性能》课程改革进行了多年,收效甚微。深化该课程的教学改革,不能仅停留在某一方面。探讨行之有效的教学方法,就要全面分析现在学生特点、结合现代教育理论、结合现代教学手段并对课程内容和教学大纲进行相应的调整。经过两年的探讨和教改尝试,复合材料专业《材料力学性能》的课改已经取得显著的成效,学生的学习积极性和对知识的掌握程度都有明显提高。在后续的教学过程中,我们将对新发现的问题继续进行改革,并以此课程为试点,逐渐推广并形成一套成熟完善的教学体系。 作者:张振亚 陈刚 杨睿 赵玉涛 单位:江苏大学材料学院 材料力学论文:压力容器金属材料力学研究 摘要:随着我国经济水平的日益增长,我国的各类企业也得到了迅速发展,如石油化工企业、能源工业、科研和军工业等等,而在这些企业中都需要用到压力容器。压力容器的主要功能是用于放置气体或液体,它可以承受一些压力,因此常被用于储存运输物品以及作为化学反应的容器,如比较普遍的贮运容器、反应釜、换热容器以及分离容器等。压力容器的广泛用途使它在当今社会有着很重要的作用,但是,由于压力容器是密封装备且需要承受压力,很容易燃烧爆炸。因此,压力容器的金属材质要有明确的指标,以确保压力容器的能够被安全使用。 关键词:压力容器;金属材料;性能指标 在科技发展的推动下,我国的各类设施都在不停的完善。压力容器在生活中有很多的用途,它的本体组成通常是筒体、端盖、法兰、加强圈、人孔及接管支座,除本体外,压力容器还需与安全装置、表计等共同使用。压力容器按用途分类一般课分为四类:化学反应的容器、换热容器、分离容器以及储存运输容器。在安全性能方面,压力容器有很多欠缺,因此,为避免压力容器可能造成的对工作人员、设备等的伤害,世界各国均设立了一些专门的安全监检机构,本文将对压力容器金属材料的各项指标进行探讨研究。 1压力容器金属材料的强度 1.1金属材料的屈服强度 金属材料的屈服强度是指金属材料在外力作用下发生变形时对变形抵抗的能力。对于屈服现象不严重的金属材料的屈服限度一般为0.2%,此限度被称为条件屈服强度。如果外力大于百分之零点二,会破坏材料的零件,并且不能再被修复,但如果外力小于屈服强度,金属材料可恢复原样。 1.2金属材料的抗拉强度 金属材料的抗拉强度是金属从均匀的塑形变形到局部的塑形变形的一个临界值,是金属材料在受到拉展时所能承受的最大的拉力,金属材料的抗拉强度的单位是MPa。金属材料在所受的拉伸力未超过所能承受的最大力时,它的变形在整体上呈现的是均匀的,但当所受拉伸力超过所能承受的最大力时,它的变形就变得局部化了。如果金属材料的材质是脆性的,它所呈现的就是次金属材料的抗断能力。 1.3金属材料的持久强度 金属材料的持久强度是指在一定的外界温度下受到一段时间的破坏时金属材料所能承受的最大外界力。金属材料的持久性能也被称为金属的持久(长期)极限。金属的持久强度是经过实验测定的,它的测定方法很简单,即在一定的温度下给材料一作用力,测定它的断裂时间。持久强度测定所得出的材料伸长率及金属材料断面的收缩率,可以得出在一定温度下金属材料的长期塑性,以测定金属材料的脆性。金属材料的持久塑性并不全都是在受力时间的增加下降低的,因此它没有特定的规律,其数值也就不能进行计算,也就没有具体的规定指标。 1.4金属材料的蠕变强度 金属材料的蠕变强度指的是材料在特定的温度下受到一作用力后产生的连续的微小变形。导致金属材料产生缓慢蠕变的作用力是蠕变应力,随着应变力的不断作用,缓慢的蠕变变形会逐渐积累,以至变形逐渐扩大,最终会使材料断开,金属材料的这一现象称为蠕变断裂,使之发生变形的作用力称为蜕变断裂应力。导致金属材料的蠕变现象的因素是温度和应力,它们的大小并不都是固定的,也存在变温和变力。蠕变强度也是需要进行实验测定的,它的实验原理与金属材料的持久极限相同,同样是在特定温度给予一作用力进行测定,但蠕变强度具有一定的规律,可用曲线加以表示。这一实验被称为静态蠕变试验。 2压力容器金属材料的塑性 2.1金属材料的延伸率 金属材料的延伸率是材料本身的性质与其所受到的外力无关,一般情况下金属材料的延伸率越高它的塑性就越强。塑性材料一般是指延伸率多余百分之五的金属材料,其余的称为脆性材料。金属材料的延伸率是检测其机械性能的指标之一,它能够更加真实准确的反应金属性能。金属材料的延伸率通常用δ5表示。 2.2金属材料的断面收缩率 断面收缩率与延伸率相同是反应金属材料的塑性的,且同样是其值越大,金属材料的塑性就越好。 2.3金属材料的冷弯性能 金属材料的冷弯性能是指在常温下材料所能承受的弯曲程度,通常用来度量常温下进行冷加工时材料的塑性强弱。金属材料的弯曲角度α越大代表其冷弯性能越好。 3金属材料的韧性 3.1金属材料的冲击韧性 冲击韧性是指金属材料对外界冲击的承受能力,一般是用冲击的韧性值及功表示,它们各自的单位为J/cm2和J。金属材料冲击韧性不受材料横截面的大小形状影响,它同样可用来表示金属材料变脆的倾向。 3.2金属材料的断裂韧性 金属材料的断裂韧性是指材料抵抗裂缝扩展的一种性能,也是材料所能承受脆性破坏程度的一个参数金属材料断裂韧性受到材料自身及外界环境的同时影响,它的测试方法通常是用弯曲试样法以及紧凑拉伸试样法,即在材料的中间造成一道裂纹,然后对其进行抗弯测试。 4结语 上述内容是对压力容器金属材料力学的基本介绍。由于在进行压力容器的制造过程中需要很多的知识及硬性指标,因此,它的设计过程十分复杂。在压力容器的使用过程中容易造成一些危害,所以,在其制造过程中要严格遵循各项指标。 作者:王新惠 单位:黑龙江大庆市建材公司石油石化设备厂 材料力学论文:金属材料力学性能探究 金属材料的力学性能主要包括强度与塑性、硬度、冲击韧性与疲劳强度。研究其强度指标能更好地帮助我们在机械加工领域更好的选材,更好的满足对零部件使用性能的要求。 1强度与强度指标 强度就是金属材料在承受静载荷作用时,抵抗其发生塑性变形或着断裂的能力。金属材料强度的大小用应力来表示,应力能准确的反映出金属材料内部的受力状态。单位面积上的内力(材料内部与外力相对抗的力)我们称之为应力。金属材料的强度指标通常用屈服强度来表示。金属材料出现屈服现象时,发生塑性变形而载荷不增加时的应力为屈服强度,屈服强度又分为上屈服强度和下屈服强度,分别用Reh和ReL表示。通常我们所用到的零部件一般不允许发生明显的塑性变形,材料的屈服强度越高,其抵抗塑性变形的能力就会越强,材料的使用性能就会越好,因此屈服强度是我们设计零部件和选材的主要依据。 2塑性与塑性指标 所谓的塑性就是金属材料在载荷作用下发生断裂前所能承受的最大塑性变形的能力。塑性指标通常用断后伸长率和断面收缩率表示。断后伸长率用A表示,为式样拉断后的标距长度与原始标距长度之差与原始标距的百分比。断面收缩率用Z表示,为式样原始横截面积与断口处最小横截面积之差与原始横截面积百分比。其中断面收缩率和伸长率相比较,更能比较确切的反映出金属材料的塑性,因为断面收缩率不受试件尺寸的影响。断面收缩率和伸长率越大表明这种金属材料的塑性就会越好,就会越容易进行塑形加工,越容易加工成形状复杂的零部件。其中塑性好的材料在受到比较大的冲击力时,会首先产生塑性变形而不会突然断裂,使用性能比较安全。 3硬度和硬度试验 所谓的硬度就是金属材料抵抗局部塑性变形和破坏的能力。硬度试验方法种类比较多,最常用的有布氏硬度试验法、洛氏硬度试验法、维氏硬度试验法三种。 (1)布氏硬度试验法①布氏硬度试验原理。使用硬质合金球做压头,同时以一定的试验压力压入金属表面,保持规定时间后消除试验力,最后测量压痕表面直径,通过计算公式计算其硬度值。实验表明布氏硬度值的大小仅与压痕直径的大小有关系。D越大,压痕直径越大,也就是硬度越低。②布氏硬度特点及适用范围。布氏硬度的试验力和压痕直径都比较大,所以压痕也比较大,比较直观准确的测定硬度值。但是,由于压痕比较大,对金属表面的损伤程度也比较大,这就要求布氏硬度试验法不适合测量零部件表面质量要求比较高或薄壁零部件。 (2)洛氏硬度试验法①洛氏硬度实验原理。洛氏硬度实验原理与布氏硬度差不多,区别在于把硬质合金球形压头改为金刚石圆锥压头,通过压痕深度来测量硬度值。常用的洛氏硬度有A、B、C三种标尺,最常用的是C标尺。采用不同标尺下的硬度值是不能互相比较的,必须转化为同一标尺进行比较。②洛氏硬度特点及适用范围。洛氏硬度不同于布氏硬度,其压痕比较小,对零部件的损坏程度比较小,故可以测量一些薄壁及表面质量要求比较高的零部件,同时由于压痕比较小,存在一定的局限性,测量的硬度值也不够准确。 (3)维氏硬度试验法维氏硬度试验与布氏硬度试验不同之处在于压头是一个金刚石正四棱锥体,通过压痕对角线的长度来计算硬度值。维氏硬度试验所施加的试验力比较小,压痕比较不明显,故可以测量薄壁零部件,但对压痕对角线的测量比较复杂。 4冲击韧性与疲劳强度 金属材料在实际使用加工过程中所承受的载荷不仅仅是静载荷,也有冲击载荷和交变载荷,也可能是多种载荷的叠加,只通过拉伸试验和硬度试验研究静载荷是远远不够的,这就要求我们必须研究多种载荷下金属材料的力学性能,故对冲击载荷和疲劳载荷的研究有着重大的意义。 (1)冲击韧性顾名思义,金属材料抵抗冲击载荷如不发生破坏的能力就是冲击韧性。冲击韧性主要通过弯曲试验测量得到的。对于冲击力的测量我们主要取决于冲击韧度的大小,金属材料受到大能量的冲击载荷作用时,冲击抗力的大小主要取决于冲击韧度的大小,而在多次重复冲击作用下,其冲击抗力主要由材料的强度和塑性决定。 (2)疲劳强度生活中我们常见到这种现象,许多机械零部件虽然所承受的力低于材料的屈服强度,但较长时间工作后也会发生断裂,这种现象就是金属疲劳,疲劳破坏是零部件损坏的主要原因之一。金属材料的疲劳强度由多种因素决定,例如零部件工作条件、材料的内部结构、组织成分、承受的应力等,所以改善零部件的结构以及采取一些表面强化方法,都能提高金属材料的疲劳强度。 作者:裴加梅 单位:济宁技师学院 材料力学论文:材料力学的机械制造质量探究 1.机械产品的质量要求分析 1.1工业时代的机械产品质量要求 1.1.1航海业对机械产品的质量要求航海行业的发展,让机械产品的质量更为严格。轮船是继汽车工业之后发展的第三产业,航海事业的大规模发展,让机械产品的质量更为严格。与汽车的零配件要求不同,轮船在海上航行,不仅仅要求厚度和硬度满足一定要求的机械产品,更需要机械产品在不同温度下的承受能力。航海过程中,有极为寒冷的海域,甚至是冰山。这些因素都需要考虑,并且对机械产品也都提出了要求。此外,轮船制造更加精密,钢板之间的焊接等都非常苛刻,并且要能够承受海水的腐蚀。这一系列的标准,都是在给机械质量提出了较高的要求。因此,航海业同样是机械产品的质量要求之一。相比汽车工业,对机械产品的质量有了更高的要求。 1.1.2飞机对机械产品的质量要求最后,受到第二次世界大战的影响。飞机开始逐渐成为了工业中的另一重要角色,飞机对机械的设计以及质量可谓是提出了更高的要求。飞行的原理是通过空气的负压,从而制造上升气流。那么,对于飞机的自身质量就要求尽量小,才能够飞的更高,更快。因此,这就要求机械产品在保证坚实的基础上,更要减轻重量。因此,飞机领域中,是目前对机械产品质量要求最高的,也为机械质量的标准提供了较为苛刻的参考。总之,在工业时期,不仅仅是汽车工业,更有航海业以及飞机工业等都对机械行业提出了较高的要求。但是,尽管要求较高,但是受到时代的与科技的制约,机械工业虽然有着比较大的发展,但是依然停留在初级阶段。 1.2信息时代的机械产品质量要求 信息时代也就是现在的正处于的时代,信息快速发展,主要是信息资源的市场。但是,机械工业以及其他重工业却依然非常火爆,甚至是超过了以往的工业时代。原因在于,随着现代化进程的不断发展,人们对物质生活的要求越来越高,也越来越大。机械已经成为了人们生产与生活中必不可少第一部分。因此,对于机械工业而言,其产品的质量达到了前所未有的高端标准。那么,对于机械产品的质量要求,又有怎样的具体要求呢?第一、机械产品的要求开始趋于精密化;工业时代的机械产品虽然有一定的质量要求,但是质量方面还是无法和现代的机械产品媲美。此外,工业时代的机械产品大多数都是大型的机械,架构比较庞大。而现代化的市场需求中,在高端市场中,机械产品开始趋于小型化,精密化。因此,现代化的机械产品已经不再是粗糙的大型产品,而是也追求精密和高密度。第二、信息时代对机械产品的使用效率以及返修率都有了更高的要求。现代工业开发和建筑行业蓬勃发展,同时也会带动大批的机械产品进入建筑工程当中,从而实现机械产品利用的最大化。第三、节能环保的理念越来越受到人们的重视,因此机械产品也应该能够从节能环保的角度出发,利用现有的技术进行实际性改革,把握现有的金属以及材料资源,通过改善技术,加强生产,从而实现最大限度的机械环保化。机械产品的使用原料通过一定加工处理,再进行二次利用,从而提高使用效率,最大限度实现了机械产品的再次利用,实现了节能的效果。 1.3不同时期的机械制造质量分析 从以上的分析中,可以非常清晰的了解到在不同时期,对于机械产品的质量有着不一样的要求。现代化工业,对于机械制造的质量已经远远不只是制造上的理念应用,更是考虑到了现有的人文需求以及对环境和资源的利用等方面。因此,对于机械制造而言,应该能够从不同的角度进行分析,将资源的利用以及环境的保护进行有效的结合,并在最大程度上满足市场以及环境的双重要求。而对于以往的工业时代,人们对于机械的产品质量主要考虑行业问题,却从来不考虑环境问题。目前,对于环境的保护以及资源利用等方面,都有着非常重要的考虑因素,如何不按照现有的规定执行,机械工业就会在一定程度上收到威胁,并出现大规模的技术纰漏现象。 2.机械制造的影响因素与技术标准 在探讨机械制造质量的同时,分析其不同时期的质量要求,在不同的时期考量的标准以及考量因素都有着不一样的规格。那么,对于机械的制造与质量方面,真正影响到其产品质量的因素有哪些呢? 2.1机械制造质量的材料因素 众所周知,机械产品的主要生产加工原料是金属。金属在进行冶炼以及加工的过程中,通过一定的设计需求,根据设计草图进行工件的生产和加工。那么,与机械制造质量相关的最主要的元素就是材料问题。机械生产制造的材料质量直接影响着机械的质量。那么,在实际生产中,需要通过怎样的材料审核与应用才能够真正满足及机械制造的质量标准呢。第一,根据机械产品的应用领域进行材料的选择与加工;机械生产的应用领域在很大程度上决定了其材料选择性。在高端领域,机械材料必然要符合高端领域的基本特点。例如金属材质要过关,要精密,加工过程中的标准符合什么程度,都要进行一系列的规定,从而保证机械产品的质量合格,保证机械产品材料的应用效率最高。第二、根据设计方案进行材料的综合应用;并非所有的产品加工都需要保证材料的高性能,因为机械生产也要考虑到利润成本问题。一切生产行业,都要结合利润进行综合分析。并且将合适的材料用在合适的机械产品中,更高保证机械产品的性价比,从而提高机械的生产原动力,保证机械产品的材料用的恰到好处。 2.2机械制造质量的设计因素 一项产品的投产需要从需求到设计然后再进行加工与制造。机械产品同样如此,需要进行合理的加工与设计,才能保证生产的产品是符合产品标准的,并能够应用到行业领域中的。但是,随着设计理念的不断更新,更多的符合人性化思维的机械设计理念开始投入到生产的过程中,从而加大了机械制造质量的规格,并提高了其设计难度。在某种程度上分析,两者是相互对立的。例如在进行设计的过程中,如果过多的考虑人性化因素,那么在机械的加工难度上就会增加,从而增加了加工周期,降低了产量,影响产品的投放。但是,如果只考虑量产,而不符合现代的需求理念,那么就会造成产品的体验度降低,减少客户资源,降低市场占有率。因此,考虑机械制造质量的设计因素时,应该从多个角度进行综合分析,实现市场和技术的双重保证。 3.材料力学对机械制造的质量影响分析 分析了很多关于机械制造的时期需求,市场需求以及设计需求和环境需求等外部因素,那么,对于机械制造的质量的内部因素应该考虑哪些呢?机械制造质量与材料力学有着怎样的关系呢? 3.1材料力学在机械制造的技术领域分析 材料力学是我国材料学中最为重要的学科,也是应用性最强的学科。在机械制造过程中,起到了非常重要的作用,并为机械产品的质量奠定了基础。首先,材料力学是技术层面的概念,是力学的一项专项研究。只是在材料学的领域中,更为复杂而已。对于机械生产过程中,需要保证机械加工的流畅性以及准确性。那么,在进行加工之前,在设计的阶段就要对材料的力学概念进行分析,尤其是现在的机械产品一般都采用锻造技术,从而增加了生产的难度。其次,在技术领域中,力学是保证机械产品加工完整以及加工良好的重要保证。如果在一定时间内,部分出现受力不均匀的情况,就会造成机械工件的不合格,丢失了原有的质量合格率,造成反复加工的后果。最后,材料力学是针对加工材料而设定的一种加工条件,目的是为了能保证在机械加工的过程中,保证机械制造,从而提高机械产品的使用率。 3.2材料力学对机械产品质量的影响 在进行生产和加工的过程中,材料的化学以及物理性质的分析非常重要,这对于在加工的过程中的考量因素有很大的关系。材料力学是对材料加工过程中的一种加工方式和考量标准。例如,通过受力分析,了解到不同时间段的受力情况,保证每个受力点都能够有比较好的受力情况,实现材料的合理加工。材料的加工主要是针对金属材料的加工,因为不同的金属有着不同的物理性质以及化学性质。因此,需要根据不同金属的性质进行加工的流程设计。那么,研究受力主要是考虑到金属的物理性质,在进行锻造的过程中,应该采用怎样的加工方式以及加工程序是非常重要的。因此,材料力学对机械产品的质量影响还是非常大的。应用好材料力学,也能够在一定程度上提高机械产品的质量才,从而实现现代化机械产品的高效生产。总之,材料力学的研究是非常必要的,尤其在机械制造的过程中,加入材料力学的理论,能够在很大程度上实现机械产品的高质量以及高效率生产。因此,充分利用材料力学理论,进一步加强机械制造质量,是目前机械加工行业中比较重要的一项理念。理念能够充分应用,才能够在最根本的基础上实现高效率生产。 4.结语 通过对机械制造在不同时期的需求质量分析,并联系现代工业对机械产品的需求,了解到现代机械的产品质量不仅仅和市场需求有关,与环境和资源也同样有着分不开的关系。对于机械产品的制造工艺以及加工手法,是属于技术层面的问题。而最关键的因素在于能够通过材料力学的理论对机械加工进行分析,从而保证机械产品的高质量输出。本文通过对材料力学的分析,并根据机械产品原料的物理以及化学性质进行了分析,从而得出在同等环境下,采用材料力学的设计与制造分析方式,能够大大的提高机械产品的质量,并提高了机械加工过程中的效率。因此,采用材料力学的最主要的方式在于能够提高现有机械产品加工的制造水平,并提高产品的合格率。总之,材料力学对于机械制造的质量有着非常大的影响。 作者:周俊华单位:甘肃省酒泉职业技术学院 材料力学论文:材料力学的机械制造探究 1.机械产品的质量要求分析 1.1信息时代的机械产品质量要求 信息时代也就是现在的正处于的时代,信息快速发展,主要是信息资源的市场。但是,机械工业以及其他重工业却依然非常火爆,甚至是超过了以往的工业时代。原因在于,随着现代化进程的不断发展,人们对物质生活的要求越来越高,也越来越大。机械已经成为了人们生产与生活中必不可少第一部分。因此,对于机械工业而言,其产品的质量达到了前所未有的高端标准。那么,对于机械产品的质量要求,又有怎样的具体要求呢?第一、机械产品的要求开始趋于精密化;工业时代的机械产品虽然有一定的质量要求,但是质量方面还是无法和现代的机械产品媲美。此外,工业时代的机械产品大多数都是大型的机械,架构比较庞大。而现代化的市场需求中,在高端市场中,机械产品开始趋于小型化,精密化。因此,现代化的机械产品已经不再是粗糙的大型产品,而是也追求精密和高密度。第二、信息时代对机械产品的使用效率以及返修率都有了更高的要求。现代工业开发和建筑行业蓬勃发展,同时也会带动大批的机械产品进入建筑工程当中,从而实现机械产品利用的最大化。第三、节能环保的理念越来越受到人们的重视,因此机械产品也应该能够从节能环保的角度出发,利用现有的技术进行实际性改革,把握现有的金属以及材料资源,通过改善技术,加强生产,从而实现最大限度的机械环保化。机械产品的使用原料通过一定加工处理,再进行二次利用,从而提高使用效率,最大限度实现了机械产品的再次利用,实现了节能的效果。 1.2不同时期的机械制造质量分析 从以上的分析中,可以非常清晰的了解到在不同时期,对于机械产品的质量有着不一样的要求。现代化工业,对于机械制造的质量已经远远不只是制造上的理念应用,更是考虑到了现有的人文需求以及对环境和资源的利用等方面。因此,对于机械制造而言,应该能够从不同的角度进行分析,将资源的利用以及环境的保护进行有效的结合,并在最大程度上满足市场以及环境的双重要求。而对于以往的工业时代,人们对于机械的产品质量主要考虑行业问题,却从来不考虑环境问题。目前,对于环境的保护以及资源利用等方面,都有着非常重要的考虑因素,如何不按照现有的规定执行,机械工业就会在一定程度上收到威胁,并出现大规模的技术纰漏现象。 2.机械制造的影响因素与技术标准 在探讨机械制造质量的同时,分析其不同时期的质量要求,在不同的时期考量的标准以及考量因素都有着不一样的规格。那么,对于机械的制造与质量方面,真正影响到其产品质量的因素有哪些呢? 2.1机械制造质量的材料因素 众所周知,机械产品的主要生产加工原料是金属。金属在进行冶炼以及加工的过程中,通过一定的设计需求,根据设计草图进行工件的生产和加工。那么,与机械制造质量相关的最主要的元素就是材料问题。机械生产制造的材料质量直接影响着机械的质量。那么,在实际生产中,需要通过怎样的材料审核与应用才能够真正满足及机械制造的质量标准呢。第一,根据机械产品的应用领域进行材料的选择与加工;机械生产的应用领域在很大程度上决定了其材料选择性。在高端领域,机械材料必然要符合高端领域的基本特点。例如金属材质要过关,要精密,加工过程中的标准符合什么程度,都要进行一系列的规定,从而保证机械产品的质量合格,保证机械产品材料的应用效率最高。第二、根据设计方案进行材料的综合应用;并非所有的产品加工都需要保证材料的高性能,因为机械生产也要考虑到利润成本问题。一切生产行业,都要结合利润进行综合分析。并且将合适的材料用在合适的机械产品中,更高保证机械产品的性价比,从而提高机械的生产原动力,保证机械产品的材料用的恰到好处。 2.2机械制造质量的设计因素 一项产品的投产需要从需求到设计然后再进行加工与制造。机械产品同样如此,需要进行合理的加工与设计,才能保证生产的产品是符合产品标准的,并能够应用到行业领域中的。但是,随着设计理念的不断更新,更多的符合人性化思维的机械设计理念开始投入到生产的过程中,从而加大了机械制造质量的规格,并提高了其设计难度。在某种程度上分析,两者是相互对立的。例如在进行设计的过程中,如果过多的考虑人性化因素,那么在机械的加工难度上就会增加,从而增加了加工周期,降低了产量,影响产品的投放。但是,如果只考虑量产,而不符合现代的需求理念,那么就会造成产品的体验度降低,减少客户资源,降低市场占有率。因此,考虑机械制造质量的设计因素时,应该从多个角度进行综合分析,实现市场和技术的双重保证。 3.材料力学对机械制造的质量影响分析 分析了很多关于机械制造的时期需求,市场需求以及设计需求和环境需求等外部因素,那么,对于机械制造的质量的内部因素应该考虑哪些呢?机械制造质量与材料力学有着怎样的关系呢? 3.1材料力学在机械制造的技术领域分析 材料力学是我国材料学中最为重要的学科,也是应用性最强的学科。在机械制造过程中,起到了非常重要的作用,并为机械产品的质量奠定了基础。首先,材料力学是技术层面的概念,是力学的一项专项研究。只是在材料学的领域中,更为复杂而已。对于机械生产过程中,需要保证机械加工的流畅性以及准确性。那么,在进行加工之前,在设计的阶段就要对材料的力学概念进行分析,尤其是现在的机械产品一般都采用锻造技术,从而增加了生产的难度。其次,在技术领域中,力学是保证机械产品加工完整以及加工良好的重要保证。如果在一定时间内,部分出现受力不均匀的情况,就会造成机械工件的不合格,丢失了原有的质量合格率,造成反复加工的后果。最后,材料力学是针对加工材料而设定的一种加工条件,目的是为了能保证在机械加工的过程中,保证机械制造,从而提高机械产品的使用率。 3.2材料力学对机械产品质量的影响 在进行生产和加工的过程中,材料的化学以及物理性质的分析非常重要,这对于在加工的过程中的考量因素有很大的关系。材料力学是对材料加工过程中的一种加工方式和考量标准。例如,通过受力分析,了解到不同时间段的受力情况,保证每个受力点都能够有比较好的受力情况,实现材料的合理加工。材料的加工主要是针对金属材料的加工,因为不同的金属有着不同的物理性质以及化学性质。因此,需要根据不同金属的性质进行加工的流程设计。那么,研究受力主要是考虑到金属的物理性质,在进行锻造的过程中,应该采用怎样的加工方式以及加工程序是非常重要的。因此,材料力学对机械产品的质量影响还是非常大的。应用好材料力学,也能够在一定程度上提高机械产品的质量才,从而实现现代化机械产品的高效生产。总之,材料力学的研究是非常必要的,尤其在机械制造的过程中,加入材料力学的理论,能够在很大程度上实现机械产品的高质量以及高效率生产。因此,充分利用材料力学理论,进一步加强机械制造质量,是目前机械加工行业中比较重要的一项理念。理念能够充分应用,才能够在最根本的基础上实现高效率生产。 4.结语 通过对机械制造在不同时期的需求质量分析,并联系现代工业对机械产品的需求,了解到现代机械的产品质量不仅仅和市场需求有关,与环境和资源也同样有着分不开的关系。对于机械产品的制造工艺以及加工手法,是属于技术层面的问题。而最关键的因素在于能够通过材料力学的理论对机械加工进行分析,从而保证机械产品的高质量输出。本文通过对材料力学的分析,并根据机械产品原料的物理以及化学性质进行了分析,从而得出在同等环境下,采用材料力学的设计与制造分析方式,能够大大的提高机械产品的质量,并提高了机械加工过程中的效率。因此,采用材料力学的最主要的方式在于能够提高现有机械产品加工的制造水平,并提高产品的合格率。总之,材料力学对于机械制造的质量有着非常大的影响。 作者:周俊华单位:甘肃省酒泉职业技术学院 材料力学论文:高职院校材料力学教学理论研究 1教学内容的改革 材料力学是工程力学中的重要内容,也是经典的力学课程。现阶段,大多数材料力学的教学体系依然沿用以往传统的教学体系,以简单基本变形到对于工程实际组合变形的研究,对于基本变形的研究顺序较为固定,整体教学过程中各种知识点、公式较为繁多。在实际课程教学中,需要耗费大量的课堂实践来进行基本变形的讲解,对于组合变形讲解的实践被不断的压缩。在实际的工程问题中,很多工程构件是具有复杂的结构形态,基本变形难以良好的应用在对实际工程问题的研究上。学生虽然已经进行了材料力学的研究,并且具备一定的材料力学理论知识,但是遇到实际的工程问题中,仍然存在毫无头绪,无从下手的情况。与此同时,随着新课改的不断推广,材料力学的学时逐渐降低,教学中如何提高学生的学习效率,简化知识的教授,避免课堂教学内容重复成为了教师在教学中应该重点关注的问题。教师在教学过程中,要提高对于培养学生实际解决问题能力的认识,明确自身教学目的,在教学过程中,渗透实际应用的思想,真正的做到以理论知识服务工程实践。在此过程中,还要注重提高学生的学习兴趣,让学生在积极的学习氛围中,完成有关材料力学知识的学习。教师在备课的过程中,注重对于课堂教学内容进行合理的安排与设置,通过将课堂知识与应用结合的模式,将材料力学教学过程中的问题进行逐一的讲解,培养学生解决问题的能力。例如,在进行基本变形的讲解时,可以通过拉伸与压缩来进行问题的引入,在融入外力计算、应力分布规律、强度等知识点,并且进行举一反三的知识点类比,最终让学生在紧凑的课堂教学中,逐一掌握有关知识点,培养解决问题的思路,适应现代课程教学中对于解决实际问题能力的培养要求,培养合格的工程人才。 2教学方式的改革 在以往的材料力学教学过程中,是以教师的单一讲授为主要的教学方式,教学中注重对理论的教学,忽视对于材料力学相关知识的实际运用。传统教学方式以教师为教学工作的主体,并且以应试为主要的教学目的,教学过程围绕教材与课本,学生被动的参与到教学当中。传统教学模式现已难以真正的培养学生的学习兴趣,难以实现学生个性发展,学生在学习中也不能更好的形成科学的思维习惯。新课程的改革对于培养学生的综合素质,实现学生的个性发展提出了新的要求。因此,在开展教学工作中,教师要不断的对自身教学方式进行改革。教师在教学方法的改革中,要通过对传统教学方式的探究,转变以往的教学方式,注重实现自身引导者的角色。在课程教学开始时,通过对学生课前预习的讲解,并且引导学生完成自主的预习,在新内容的学习之前,养成良好的预习习惯。在材料力学教学中,对于即将讲解的知识点,可以通过引入实际生活中的实际现象与情境,让学生进行自主的思考。合理的预习教学,可以让学生更好的完成教学目标,并且提高知识的记忆水平。通过运用力学知识,对于生活中的现象进行解答,可以启发学生的思维,让学生逐渐养成学以致用的习惯。在课堂教学上,教师要建立以学生为主体的教学方式,让学生主动的参与到课堂教学当中,并且通过分组讨论等形式,提高学生的学习积极性,让学生独立、自主的进行问题的分析与解决,养成良好的思维习惯。在课后教师要组织课后讨论,让学生进行主动合作解决教师所布置的课后问题,提高学生对于材料力学课程知识的掌握程度。现阶段,计算机科学技术不断发展,多媒体技术逐渐的走入到教学当中。多媒体教学方式可以提高教学过程的趣味性与生动性,直观的将课程内容进行讲解,并且强化了学生对于工程概念的了解,直观的反应了材料力学特点。在材料力学的教学中,引用多媒体技术,是对于现有教学方式进行创新的主要措施。在材料力学的课程教学中,通过多媒体技术,可以将抽象的知识点转化为具有良好逻辑性的图文,降低学生对于枯燥课程的理解难度,生动形象的对课堂内容进行讲解。多媒体技术,可以通过动画等形式,对于材料的变形以及失效等状态进行模拟,学生可以很好的通过动画演示,掌握材料的变形规律与特点。多媒体教学中,整体信息量较大,如果学生不能集中注意力参与到教学当中,就会出现课堂走神等情况。教师在教学中,要合理的安排多媒体教学,将课堂教学与多媒体教学进行有机的结合,发挥不同教学方式的自身优势,提高整体教学效果。 3实验教学的改革 材料力学教学课程中,实验教学是非常重要的,同时实验教学也是培养学生实际动手能力,将理论知识进行实践方面运用的重要过程。以往传统的实验教学中,实验教学的目的不够明确,并且过于依赖于传统理论教学,实验教学过程缺乏独立性,仅仅以演示与验证为教学目的。实验教学的不足,影响了学生学习主动性的培养,不利于培养学生形成良好的创新意识,影响学生学习效果。在开展实验教学中,需要强调试验教学的地位,并且注重实现学生主动参与的教学目的,让学生形成良好的动手能力。实验教学可以很好的提高学生的动手能力,加强学生将理论知识与实践进行联合的重要环节,可以更好的提高学生对于材料力学课程的学习兴趣。在进行实验教学时,教师要让学生进行积极的动手,通过学生实际动手操作,来了解材料力学的实际应用。学生的动手实践操作,可以有效的巩固所学知识,并且促进学生积极的对新问题进行探索。在实验课程开展之前,教师还要做好有关预习的准备,对于试验课程的安排进行设计,并且在课堂开展之中,让学生认真的参与到实验当中,并做好课后总结与分析。在实验课程内容的设计上,要注重实现实验的启发性与实际性。(本文来自于《价值工程》杂志。《价值工程》杂志简介详见.) 4结束语 要想真正的提高材料力学的教学工作,就必须要注重建立良好的教学体系,并且通过对现有教学方式的革新,并加强实验教学的开展。材料力学是一门实践性很强的工科课程,因此,加强材料力学课程教学内容理论与实际工程联系具有重要的意义,是实现新课程改革目的的重要途径。本文对教学内容、教学方式以及实践课程的改革,研究了提高学生主动参与热情,提高教学效率与教学质量的相关对策。材料力学的教学工作中,教师必须要对以往僵化、死板的教学方式进行改革,提高教学的灵活性,让学生主动、积极的参与到材料力学的学习当中。教师要针对材料力学这门课程的教学要求与特点,结合学生的实际学习状况,设计合理的教学模式,并且做好课前备课工作,对于现有教学方式进行不断的改革与探索,提高培养学生综合素质的意识,提高高职院校材料力学教学工作的质量。 作者:崔海虎工作单位:内蒙古交通职业技术学院 材料力学论文:基于“卓越工程师教育培养计划”的材料力学教学改革 摘要根据“卓越工程师教育培养计划”要求,改革教学体系、优化教学内容、探索先进的教学手段和方法,改革考核方式,并重知识教育与素质教育,培养具有基础扎实、能力强、素质高以及富有创新精神的卓越工程师。 关键词教学体系 教学内容 教学手段 改革 材料力学是机械专业重要的专业基础课,与工程实际问题结合紧密,实用性强,不仅满足学生学习后续专业课的要求,也是满足学生毕业后从事专业工作、新项目研究、开发和继续学习的要求。应用型本科院校学校材料力学课程的传统教学与“卓越计划”在教育指导思想、教学体系结构、内容、教学手段、考核方式等方面存在许多不相适应的地方,急需妥善解决。 1 课程现状 传统教学方法在某些方面已不能适应要求,问题主要表现以下几个方面:①②③(1)课程教学方法落后;(2)课题体系结构不适应工程师培养模式;(3)教学内容与科学发展脱节;(4)教学手段单一;(5)实验教学体系不适应卓越工程师教育计划理念。 综合上述,材料力学课程教学目前存在着很多问题,必须有针对性的进行教学改革,逐步完善教学。 2 教学改革 2.1 教学体系结构改革 传统教学采用“以四大基本变形为主线”的教学体系,如图1所示,这种按基本变形为主线的内容体系,内容重复多,花费学时量大,教学过程缺乏新意,难以激发学生学习兴趣。从培养高素质人才的要求出发,重视学生能力与素质培养,打破了传统体系的结构,提高了材料力学的起点,采用从“内力―应力―变形”的课程体系结构,如图2所示,运用启发式教学代替灌输教学,面向能力培养、面向学生自主学习的教学模式,提高学生素质和能力,强化培养学生的工程能力和创新能力。 2.2 教学内容改革 “卓越计划”旨在培养一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务,“内力―应力―变形”的教学体系结构的教学内容紧密联系地方经济和特色产业,立足服务地方经济、反映材料科学技术的发展。采用了衢州地区的特色工业产品作为课程教学案例,培养了学生的分析问题和解决问题能力,提升了学生的素质。 图1传统材料力学的教学体系结构 图2“内力―应力―变形”的教学体系结构 2.3 教学手段和教学方法改革 在新教学体系中采用的教学手段与教学方法,如图3所示:团队教学实行理论课程与实践课程平行的开课方式,资深教授采用多媒体手段,推行启发式教学、研讨式教学和学生研究性学习讲授理论。科研能力强的青年教师和聘任的企业专家指导实践课,采用项目教学、案例式教学方式讲授实际案例,借助计算机仿真对案例进行建模与仿真。理论课和实践课采用提出问题―分析问题―解决问题思路培养卓越工程师,促进高等教育面向社会需求培养人才,全面提高工程教育人才培养质量。 图3教学手段与教学方法图4实验体系结构 2.4 实验体系改革 将实验内容进行整合,分为基本性能实验、综合设计性实验和前沿专业性实验,如图4所示。 基本性能实验是对传统实验项目精选、提高、归并,培养学生基本力学实验技能和加强现代力学测试方法和实验技能的基本训练。综合设计性实验较为复杂,学生根据实验要求,设计实验方案,拟定实施实验步骤,并完成实验,增强思考性和启发性,增加了学生动手、动脑的机会,培养学生发现、研究和解决问题的能力。前沿专业性实验是以机械创新设计大赛模型、毕业设计课题和科研等为基础开展的实验项目,使学生开阔眼界,了解前沿研究动态,跟踪学科的发展方向,培养学生运用高新技术解决实际问题的能力和创新能力,为以后的工作、研究奠定基础。 2.5 考核方式改革 考试内容改革是减少记忆书本知识的考试内容,出一些灵活性大、知识面宽、综合运用知识能力强的题目。改革标准答案式的考试成绩评价方法,注重考查学生的解题思路和综合分析与解决问题的能力,活跃学生思维,激发学生的创新意识,培养学生的综合运用知识的能力。 3 结束语 在教学改革实践中,只有通过改进教学内容和教学方法,才能调动学生的学习积极性,激发学生的学习兴趣,才能提高了教学质量。针对材料力学的教学现状和材料学科的发展趋势,根据“卓越计划”要求,进行教学体系改革、优化教学内容、探索先进的教学手段和方法,进行考核方式改革,并重知识教育与素质教育,旨在为社会培养具有基础扎实、能力强、素质高,具有创新精神和职业道德品质高的卓越工程师。 材料力学论文:工程案例及其在材料力学课程中的综合实践教学应用 摘 要 材料力学课程教学改革的实践越来越重视学生工程应用能力和创新能力的培养。在教学实践中,结合工程案例,让学生通过建立模型、简化计算、工程测试、汇报答辩等环节,小组分工合作完成综合实践作业,培养学生的综合能力。 关键词 材料力学;工程案例;综合实践教学;卓越工程师 1 引言 材料力学课程是工科院校机械类、土建类、交通运输类等较多专业的专业基础课,是学生接触专业知识和工程领域的先导课程,将材料力学课程教学与培养学生的工程应用能力和创新能力相结合,具有重要意义。国家开展卓越工程师教育培养计划,也旨在培养适应经济社会发展需要的创新能力强的高质量工程技术人才,对材料力学课程教学实践提出新的要求。 以往力学课程教学以理论严密、逻辑性强为特点,强调学生的理论基础和数理逻辑能力。近年来,随着高校教育教学改革的不断深入与广大教师的不断实践,越来越重视学生的工程应用能力和创新能力的培养。但在教学中如何将工程实践知识与学生动手能力和实际应用能力相结合,还需多做探索。部分教师在开展科研项目研究时让学生参与,但发现学生的基础还没达到要求,并且学生在学完课堂内容后觉得作业习题大多偏重理论,与工程应用还有距离。 笔者在长期教学积累和科研合作中,提炼了部分与材料力学课程知识结合紧密的工程案例,使学生在完成工程实践综合作业的过程中,重点培养材料力学课程知识的应用能力、团结协作与动手能力,引导学生参与工程实践及科研项目,提高学生的综合能力和创新素质。 2 结合工程案例的综合实践作业设计 材料力学课程综合实践作业的教学目的可以概括为培养学生提炼力学模型的能力,提高学生解决实际工程问题的能力,提高学生自我学习的能力,培养和提高学生组织协作的能力,培养学生科学思维方法和研究能力,锻炼学生分析总结和表达能力。 材料力学课程综合实践作业的设计一般要求结合一定工程背景,提供相应图纸、参数、工作原理等,锻炼学生读懂图纸、提炼力学模型的能力;综合实践作业的内容结合专业知识、工程实例或相关后续课程,列出一定的参考书及参考文献,需要学生学会阅读、自主学习;综合实践作业的设计一般采取开放式的结论,给定设计参数让学生分析研究方案,或给定必要功能进行相关参数的设计。 材料力学课程综合实践作业的形式可以分为与课程内容相关的可以让学生直接参与的课题、从工程实际中提炼的力学近似计算、结合工程问题的开放选修实验、学生自主选题的大学生创新项目、群体性参与的趣味力学竞赛等。限于篇幅,这里仅列举几个材料力学综合实践作业案例。 案例1:锚链环拉伸试验与分析 某型号的锚链环如图1所示,需进行拉伸试验以检验锚链单环承受的最大载荷、最大应变以及锚链环的变形等。试验载荷从520 kN分20个加载步到7460 kN然后卸载,采用电测法进行应变测试,实测时确定的应变片布置方案如图1所示。 要求:1)根据锚链环的结构图纸,确定锚链单环的力学模型,分析锚链环拉伸的应力分布;2)根据应变测试方案确定试验步骤,分析应变测试方案的合理性;3)少部分学生参与现场测试;4)已知各载荷步下各测点的实测应变,分析试验结果,得到简要结论。 该案例考查的学生的知识和能力包括:1)对内超静定结构的受力和应力分析的能力;2)电测理论,如何应用电桥理论得到锚链环拉伸时的拉伸应力和弯曲应力;3)通过参与现场测试锻炼学生的动手能力,增长学生的工程见识;4)对测试数据的处理和分析能力,直接感受工程测试与理论分析的差别。 案例2:张弦桁架结构张拉应力测试与分析 某体育馆张弦桁架结构见图2,最大跨度115米,单榀最大重量s128吨,张拉过程是施工的关键项目。以某一榀桁架为例,需对张拉过程中桁架关键部位的应力进行监测。 要求:1)根据钢结构施工图纸,用力学知识建立单榀桁架的力学模型;2)对模型进行简化,得到材料力学中的超静定结构;3)简要分析单榀桁架的应力监测关键部位;4)参观工地,参观张拉过程;5)对应力、结构变形等监测数据进行简要分析,与施工前的分析进行对比,分析差别的原因;6)预测温度对结构的影响,提出验证方法。 这是一个实际工程问题,通过布置综合实践作业的方法让学生在施工前就提前参与,使学生对课程的工程应用有了更加深刻的认识。再由于工程缺少工程经验,学生分析后确定的监测点与项目方案存在偏差,但通过施工现场的分析讲解,对结构施工直观了解,培养了学习积极性。 案例3:某双体客船螺旋桨轴系的强度计算 某长江短途客船已知主机额定功率为190 kW,额定转速1000 r/min, 总减速比2.89,轴的转速346 r/min,螺旋桨推力2350 kg, 螺旋桨重量200 kg,材料35#钢,联轴节重量42.8 kg,法兰重量28.5 kg,屈服极限270 MPa,许用安全系数[k]= 2.5~5.5,圆齿轮箱装有推力轴承,可承受2600 kg的推力,满足本船实际推力2350 kg的要求。在强度计算时,为偏于安全,将前端视为自由端。船舶轴系一般是一个变截面连续梁,在联轴节处作用集中载荷,将它简化为分段等截面连续梁,如图3所示。 要求:1)按分段等截面连续简化法,完成基本数据表; 2)按力矩分配法,计算各节点的弯矩,计算分配系数、固定端外力矩,用列表的方式进行力矩分配法计算(分配13次);3)求节点处的剪力和支座反力;4)用三弯矩方程计算节点处弯矩校核力矩分配法的结果;5)画轴系受力简图、轴力图、扭矩图、剪力图和弯矩图;6)按第四强度理论,对危险截面用安全系数法进行强度校核。 通过该案例的计算,学生在复习和熟悉材料力学课程内容外,增强了综合计算及综合应用能力,提前接触了专业知识、行业规范以及工程术语,掌握了力学模型的简化及计算方法,进一步认识到材料力学课程在工程中的实际应用。 案例4:八角环式车削测力仪的测力计算 八角环式弹性元件见图4,要求:1)将八环式弹性元件简化为两端固定的圆环式曲杆;2)用力法正则方程求解三个垂直方向力单独作用下的超静定问题,求解刚化杆中间截面上各自的内力(作为多余约束力),写出曲杆的弯矩和轴力方程;3)以 大曲率曲杆计算各测点上的正应力,并计算理论读数;4)分 析每组布片和接线图,说明理由;5)分别计算理论读数值与实验读数的误差;6)进行误差分析。 该案例是一个典型的力学方法应用案例,涉及曲杆超静定计算、力与变形及应变之间的关系、电测法测试应力、桥路应用等知识,进一步促使学生综合应用课程知识。 3 材料力学综合实践作业的教学实践 由于课程教学时数不断减少,在时间安排上,一般一次综合实践作业占用3学时的课内时间。其中1学时用于布置任务、讲解基本要求,确定分组和组内分工,明确小组负责人和完成时间节点,最后占用2学时进行答辩。其余为课外时间完成,包括学生查阅资料、完成作业、辅导答疑等。这样做到了课内教学与课外学习的有益结合。 一般一学期有2~3次综合实践作业,在教学过程中,结合每学期的实际情况及项目情况,每年的内容和要求会略有不同。由于综合实践作业难度较大、要求较高,每次作业按学生自愿的原则结合学生学习程度分组,一般4~6人一组,要求小组内明确分工与合作。小组分工包括查阅文献、建立模型、计算、绘图、完成报告、制作答辩PPT等。 考核是综合实践作业的另外一个重要环节,作为课程的一个重要组成部分,综合实践成绩被记入课程考核内容。考核内容包括:小组分工情况,考察每个学生参与程度及完成工作量;完成一份作业总结报告,报告内容要求条理清楚,详尽描述小组分工、完成过程、研究思路、研究方法和结论;项目答q,要求每组派一个代表汇报答辩,其余学生接受问询考核,对每位学生分别给分。 在综合实践作业的实施过程中,大部分学生能积极配合,学有余力的学生在图书馆和网上查阅大量文献,并在与教师的交流过程中学习到大量课堂以外的知识;也有少量学生不很热心,浑水摸鱼。另外,综合实践作业占用学生大量的课外时间,需要进一步合理安排课堂教学与课外教学的时间关系。在考核内容和考核方式以及激励措施方面,材料力学综合实践作业的教学实践还需进一步完善。 4 结语 材料力学课程是工科类各专业学生由基础课程向专业课程过渡的先导课程,对培养学生工程基础和实践能力起到重要影响。在材料力学课程教学过程中,结合实践性教学环节锻炼和培养学生的综合素质是当代大学教育改革的一个必然趋势,很多教师和同行都提出许多很好的方法。本文仅是教学过程中的一个小的实践,在结合工程实际合理选题、优化课堂教学内容与课外学习之间的关系、培养和调动学生参与积极性等方面还需不断改进。笔者希望通过本文起到一个抛砖引玉的作用,得到同行的批评指正。 材料力学论文:“材料力学”课堂教学方法初探 摘 要:“材料力学”是高校工科专业一门重要的专业基础课,既是学生首次应用力学理论分析实际工程问题的课程,也是学习后续相关专业课程的前提。文章从“材料力学”课程自身的特点和现存的问题出发,提出了情理交融,以彰其美;随地取材,贴近生活;反客为主,共同探讨的教学方法,笔者通过具体的教学案例说明上述方法在提高学生学习兴趣、透彻理解概念与理论方法方面具有有效性。 关键词:“材料力学”;教学方法;高校 “材料力学”是工科院校中一门重要的专业基础课。其主要研究单个杆件的强度、刚度及稳定性问题,是后续专业课学习的理论基础。同时“材料力学”也是学生首次接触到的有较强工程背景的一门课程[1],是从原来的解析分析向工程近似分析的一个过渡。然而,近年来,随着专业培养方案的调整,“材料力学”课程的学时被压缩,以往的教学方法已经不能满足新形势的要求,如何在有限学时内让学生掌握“材料力学”的理论方法成为一个亟待解决的问题。 “材料力学”课程的一个特点是概念多,理论性、实用性强,数学推导、计算烦琐。对这类课程学生普遍缺乏学习兴趣,如果学生上课昏昏欲睡,对这些理论的推导过程、适用范围不甚理解,就会在应用这些公式解决实际问题时出现困难甚至错误[2]。“材料力学”课程承前启后,既是对前期理论力学知识的应用,又是为后期结构力学等课程的学习做好铺垫,这就要求学生对这门课程中的假设、概念及理论方法要有透彻的理解,这样才能为后续专业课的学习打下坚实的基础。然而,在初学阶段,学生要完全领会这套理论并非易事,难免会出现生搬硬套的现象。那么,如何让学生在短期内尽可能透彻地理解掌握“材料力学”中的理论方法成为教学中的一个关键问题。 针对以上问题,笔者结合自身的教学体会,在“材料力学”教学方法上进行了一些新的思考和尝试。 一、情理交融,以彰其美 “材料力学”课程中理论推导多、逻辑性强,这也是学生普遍反映缺乏学习兴趣的原因。这样的课程,如果就事论事、有一说一地讲授肯定会枯燥无味,然而,如果能在讲解过程中适当展开,从一个理论讲出一段情感一个道理,让学生深刻感受到“材料力学”是一种有血有肉的理论,展现出“材料力学”的美,这样会更好地吸引学生的注意力,提高其学习兴趣。 例如,在介绍赵州桥等代表古人智慧结晶的工程典范时,引申出只有“美好”(力学中就指遵循力学规律)的东西才会长久的道理,无论是物质还是精神方面皆是如此,同时与陆游的“人间万事消磨尽,只有清香似旧时”结合,鼓励学生多行善事,志存高远,青史留名;介绍比萨斜塔时,指出该斜塔因为有伽利略在上面做过著名实验而闻名于世,因为伽利略的伟大使得比萨斜塔跟着出名,然而,那些游览历史古迹并刻下自己名字的游客以期借古迹之名千古流芳却终不可得,随即联想到龚定庵的“科以人重科亦重,人以科传人可知”,希望学生们将来都做“科以人重”的人,不要做“人以科传”的人,期望他们将来个个都成就卓著,光芒万丈;在讲解弹性力做功只与最终变形量有关时,鼓励学生你每一个人都一定会成功,只不过人生的轨迹不同,一时之失一事之失并不会影响他们人生最终的高度,在帮助学生理解力学原理的同时树立“天生我材必有用”的信念;在讲授偏心拉压状态下载荷位置与中性轴关系时,为了让学生深刻体会载荷作用点和中性轴分布在截面形心的两侧,载荷作用点靠近形心时中性轴则远离形心,反之,载荷作用点远离形心时中性轴则靠近形心这种关系,由事及人联想到杜甫的“人生不相见,动如参与商”,造化弄人、生活所迫可能让大家同窗一别再难谋面,犹如此处的载荷的作用点和中性轴,这是同一情感的不同表达,古人交通不便,朋友间一旦离别就很难再见,所以古人重情谊,也告诫学生要珍惜彼此间的友谊。 这样的讲述让学生体会到了“材料力学”的鲜活生动,意识到“材料力学”中蕴含着朴素的人生道理,使学生产生一种“此中有真意,欲辩已忘言”的美感,进而增强其对“材料力学”的兴趣。 二、随地取材,贴近生活 案例教学在“材料力学”讲授过程中发挥着重要作用,案例不仅为理论知识提供了真实背景而且可以激发学生解决实际问题的兴趣。大的工程案例会给学生留下宏观印象,然而学生并不能应用所学完整地分析一个工程实例,这样久而久之学生会对工程案例产生距离感,感到理论和实际一在平地一在天,甚至认为这些大型工程仿佛在白云外,遥不可及。如果在案例教学中不仅给学生介绍工程案例作为学生学习的最高理想,而且更多地介绍生活中身边的案例,引导学生应用所W解释分析一个简单现象,这样更能加深学生对知识的印象和运用知识的能力。从这个角度讲工程案例和身边小例就像是诗和词,诗是言志,让人壮怀激烈;而词则多描写生活琐事抒发情感,让人有生活情趣。两者应兼而有之,不可偏废。 例如,在学习斜截面上的应力计算公式时,通过扭断粉笔的简单示例,比较其与低碳钢的断面区别,为了解释断面位置不同这个现象,再引导学生推导斜截面上的应力公式;通过包装袋上的锯齿状边缘或药品袋上的剪开小口说明应力集中的现象;通过讨论钢尺受压弯曲、展开纸张和卷成圆筒的纸张的竖立实验,让学生体会受压杆件的极限承载力不仅与其截面面积有关而且与其截面形状有关,为欧拉公式的推导做好铺垫;通过竹子等横截面形状说明截面几何形状与结构刚度间的关系,让学生对自然产生敬畏,更好地体会万法自然。 三、反客为主,共同探讨 “材料力学”的理论性强,传统以教师为主导的单向讲授方式枯燥无味,变单向讲授为双向探讨、交流,以学生为中心,教师引导其思考、解决问题,以激发学生主动学习的积极性,培养学生积极思考的能力。本文通过引导学生对能量法进行探讨,加深了学生对基本概念、理论和方法的理解。 (一)引出问题 孙训方编《材料力学》(I)第二章中[3],例题2-5,图1(a)所示,杆系由圆截面钢杆1和2组成。已知杆端铰接,两杆与铅垂线均成α=30°的角度,长度均为l=2m,直径均为d=25mm,钢的弹性模量E=210GPa。设在结点A处悬挂一重量为P=100kN的重物,试求A点的位移A。 此时,提出疑问,引导学生讨论。观察两种方法的计算结果,发现完全吻合。不禁让人产生疑问,因为,在以往理论力学的概念中,能量法可以理解为一种精确的解法,而例题2-5中以直代曲是一种近似方法,所以,这两种方法的计算结果应该有差异才对,可是为何例题2-5和2-6的结果完全一致?(连表达式都完全一致!)这种结果不可以用简单的“殊途同归”或“异曲同工”来解释。 (二)更进一步 带着上述疑问再来探讨教材[5]中的习题2-13。 习题2-13,图2所示A和B两点之间原有水平方向的一根直径d=1mm的钢丝,在钢丝的中点C加一竖直荷载F。已知钢丝产生的线应变为ε=0.0035,其材料的弹性模量E=210GPa,钢丝的自重不计。试求:(1)钢丝截面上的应力(假设钢丝经过冷拉,在断裂前可认为符合胡克定律);(2)钢丝在C点下降的距离;(3)荷载F的值。 旧惑未解又添新愁!发现本该“殊途同归”却变成“殊途殊归”,两种方法竟然得到了两个截然不同的结果。显然,用能量法计算的结果错了,究竟错在什么地方呢? (三)深入讨论 仔细观察例题2-6和习题2-13求解过程,发现应变能是按定义计算的,应该没有错误;如果出错,肯定是外力做功计算错误,而外力做功似乎也是按照定义计算的!要确定外力做功计算的正确与否,必须重温其概念。教材[6]在讲述功能原理时,外力做功的推导以一个轴向受拉杆为例,前提是在线弹性范围内,则外载荷F与杆的变形量l成线性关系(图4所示),此时,外力做功才可以写成下面的形式(例题2-6、习题2-13中的形式): W= Fl (5) 图4 弹性范围内载荷与变形的关系 面对上述结论的适用范围,自然就会问,单个杆件的变形与外载荷之间是线性关系,那么由杆件组成的结构中某节点的位移与外载荷之间是否依然保持这种线性关系呢?为了弄清这个问题,我们重新回顾例题2-6,研究A点位移A与外载荷P之间的关系。 图5 杆系变形几何分析 显然,在图5中,节点A的位移A=AA',而A'是分别以B为圆心,以BA1长为半径和以C为圆心,以CA2为半径的两个圆弧的交点,由几何关系可知: 略去高阶无穷小后,上式可化简为: 考虑到, 所以A点的位移又可以写为: 这就是外载荷与A点位移间的关系,它们并非简单的线性关系。进一步化简后发现: 化简过程中略掉了高阶微量A2,发现A点的位移与外载荷近似成线性关系,然而在例题2-6中直接默认了这种线性关系存在,所以不加讨论地使用公式W=PA/2进行外力功的计算,这也是例2-6与例2-5的结果完全一致的原因。从这里也可以发现,“材料力学”中的能量方法并不同于理论力学中的能量方法,它是一种工程近似方法。至此,一个疑问已解决。 如果不假思索地直接运用式(5)计算外力做功,这样容易给学生造成误导,误以为所有情况下式(5)均成立,因此,也就出现了习题2-13中用能量法得出错误结果的情况。那么,在习题2-13中,外力F与C点的位移之间是否也存在线性关系呢? 图6 钢丝变形几何关系 从图6中可以看出,有如下几何关系成立: 注意到,FN = ≈ = ,代入上式可得: 发现外载荷F与C点位移并不是线性关系而是三次函数关系,所以计算外力功时不可以直接使用公式W=F/2,而需要根据功的定义,先计算微功然后再积分得到外力功,亦即 所以,正确的功能原理应写为: 解得,F=96.56N。 此时,由功能原理求得的结果与受力分析获得的结果才能吻合。而且,容易看到,能量法的计算结果与受力分析的计算结果并不完全一致!至此,所有疑问均已解决。 (四)归纳总结 以上通过两个题目采用不同方法求解,然后提出疑问,组织学生深入讨论,最终引导学生解决疑问。这会让学生更加深刻地理解“材料力学”中的能量方法是一种小变形假定下的工程近似方法而非精确解析方法;应用能量法求解问题时,外力做功的计算不能一味的套用式(5),而需根据外力与位移间的关系具体对待,只有当外载荷与节点位移成线性关系时,式(5)才成立;当外载荷与节点位移间不存在线性关系时,需要根据功的定义,先计算微功然后再积分得到外力做功。 结合“材料力学”课程的自身特点,文章围绕如何提高学生学习兴趣和如何加深学生对理论方法的理解两方面问题,在课堂教学方面做了一些初步的思考和尝试。通过情理交融,融入人文情怀,让学生感受“材料力学”的美,培养其对“材料力学”的兴趣;通过随地取材的教学案例,让学生体会到“材料力学”既可顶天又能立地,培养学生观察生活、体味自然的习惯;通过提出疑问,组织课堂讨论,让学生更加深刻、透彻地理解“材料力学”中的理论方法,从而避免出现生搬硬套公式的现象。 材料力学论文:基于案例驱动式材料力学课程教学的探索与实践 摘要:材料力学是一门理论与实际紧密结合的专业基础课,为提高学生的学习兴趣,拓展学习的深度和广度,采用案例驱动式的教学。在课堂上结合工程案例讲解,并鼓励学生独立思考、自主建立力学模型,进一步通过分组合作完成案例的分析,并提出解决方案。这种教学模式以“研究性的学”代替“传统式的教”,有助于学生的理论与实践有机结合。 关键词:材料力学;工程案例;研究性教学;学生为中心 材料力学是一门理论与实际紧密结合的专业基础课,重在培养学生对工程设计中强度、刚度、稳定性问题的分析能力。在传统教学模式中,学生的学习以被动式为主,缺少分析讨论、综合概括、质疑发现等主动式的学习训练环节。另外,尽管材料力学课程内容本身与实际工程紧密相连,但学生不了解如何将实际工程问题抽象为力学模型和定解条件。因此,为了更好地培养学生的创新思想和创新能力,提高学生应用材料力学知识解决实际工程问题的水平,我们对传统教学方法加以革新和突破,探索案例驱动式的研究性教学模式在材料力学课程教学中的应用。 一、案例驱动式的教学理念及改革路线 案例驱动式的研究性教学是一种教与学相互统一、相互提高的过程。这种教学方法借助案例材料提供的信息,学生在教师的组织引导下,运用所掌握的基本理论来探究案例问题、提出解决方案。我们的教学理念包括:以学生为主体,以案例为教学载体,以多种教学模式为手段,以“研究性的学”代替“传统式的教”。 基于此,我们建立了如下的改革路线图,具体包括:(1)每章课程开始之前,引入适合课程教学的具有前沿性、基础性与交叉性的工程案例问题;(2)在研究性教学过程中,引导学生独立思考、自主建立力学模型;(3)课后,结合网络学习与团队学习等新的教学形式,激发学生的学习热情,扩展课外的自主学习空间;(4)课程结束时,用教学的全程考核来评定学生最终的课程成绩;(5)项目执行中,由组成员分工听课、发放调查问卷,对新型教学模式进行监控,必要时进行适当调整。 二、案例驱动教学的新举措 1.教学思路上,由传统的“知识点讲解型”转变为“案例驱动型”,从而将实际生活及工程实践中的材料力学问题融入学习中。如:讲拉压静不定时,引入“三个和尚没水吃”的寓言;在讲截面的几何性质时,结合古代“七根筷子”的故事;在讲动应力的概念时,引入飞针穿玻璃的例子;在讲解提高弯曲强度的措施时,结合桥式起重机改造和家庭用晾衣架的设计;在讲压杆失稳时,结合了脚手架倒塌和海洋石油平_失效等工程事故的案例等。通过案例驱动的教学,极大地提高了学生的学习兴趣,拓展了学习的深度和广度。 2.教学方法上,坚持启发式、参与式教学。根据具体情况有针对性地、循序渐进地提出问题,如:在讲轴向拉压杆横截面上的应力时,首先提示学生关键是正应力的分布;又提示应力看不见摸不着,学生可以想到分析“变形”,因此进行变形规律试验,且由表及里需要“平面假设”;进一步提示需要“应力―应变”的胡克定律获得应力分布规律;随后,由静平衡方程,推出正应力公式;当然,最后还需要学生考虑这个计算公式的适用条件,从而引出圣维南原理。这样,学生会对这一部分内容很有兴趣,并对知识的来龙去脉有了清晰的认识。同时,为节省出课时用于案例研究,教学内容上采用类比方法及框图的方式归纳总结各部分间的关系。 3.在教学形式上,选取一些具有承前启后性质的章节,进行翻转课堂教学,这个过程中学生之间可以互相质疑、纠错、指正。同时,案例教学过程中,将学生分成几个学习小组,进行分工讨论交流,并利用网络学习资源查阅资料,提出案例问题的解决方案、进行数据分析,并最终撰写总结报告、进行答辩。 4.课程结束时对学生进行了问卷调查,为进一步改进课程的教学积累了宝贵的资料。问卷设置问题包括:课程授课形式、教学重点难点内容、案例大作业难度、学生学习感受及意见和建议等方面。其中,关于“研究性大作业的设置频率”,大部分同学认为合适的频率为“每章一次”或“更少”。至于研究性学习过程中“最大的困难”,约10%的学生选择“没有时间完成讨论题”,约17%的学生认为“不知道如何解决”,超过半数的同学选择“不知道解决方案应该做到什么程度”,这表明大多数学生能够及时掌握课堂授课知识,并能学以致用,同时也正反映出案例的开放性,另有约7%的学生认为是“其他困难”,包括“不知道如何表述自己的解决方案”“无法拓展思路”等。关于案例驱动式教学的“课堂效果”,接近3/4的学生认为“好”,学生评价研究性课堂不仅能够提高他们的学习兴趣和热情,且增强了应用这门课的知识解决实际问题的能力。 三、结语 经过连续多个学期的改革实践检验表明,这种教学模式能够激发学生的学习积极性,拓宽学生的知识视野,增强学生的独立思考能力和创新能力,因而取得了较好的课堂内外教学效果。通过在此提出两点建议:(1)在教学过程中引入工程案例进行分析、讨论,势必占用课时,因此,为更好地保证教学效果,必须精心选取工程案例,同时合理划分学时计划;(2)为成功实现基于案例驱动的教学形式,需要重点研究如何对课程的期末总成绩进行有效评价,尤其是各组案例大作业成绩的给定,为保证在这一评价过程中做到公平、有效,我们认为需要多个案例大作业分阶段考察,且每组人数限制在2―3人左右,并明确每个成员具体的贡献。 材料力学论文:材料力学课程案例教学的实践与建设 [摘 要]案例教学是一种有效的教学方法。通过将案例引入材料力学课程的教学,课堂上的互动氛围活跃了,讲授理论时学员的注意力也更集中。在案例教学中要注意两点:一是教员选择讲解的案例要有典型性,分析方法要有一般性;二是案例的选择和难易度的把握,特别是由学员分析的案例要提前布置,而且难度不能太大。学员是从学校到学校,没有接触过工程背景的问题,需要讨论或查阅资料,所以要多给学员一段时间,更重要的是会打消学员的学习兴趣。 [关键词]材料力学;冲击载荷;案例教学 目前材料力学课程教材中的例题或习题,多是简化好的力学模型,学员看到的都是简图,而他们是没有任何工程背景的二年级学员,感到学习的理论和实际是脱节的,所以根据课程特点采用案例教学是一种有效的方法,可拉近课程和学员的距离。这不仅可以激发学员的学习兴趣,调动学习的主动性,更重要的是使学员对力学知识的用途有更深层的认识,可提高学员的力学建模能力。本文以冲击载荷为例,介绍案例教学的具体实施步骤,然后总结材料力学案例库的建设。 一、案例教学的步骤 冲击载荷是材料力学课程动载荷章节中的重点内容之一,采用案例教学法,分四步组织教学。 (一)案例呈现,激发学习兴趣 案例①:由于绳断裂,蹦极者落入鳄鱼河的水中。 案例②:绳没断,但蹦极者落入水中,被鳄鱼咬掉了头。 案例③[1]:2007年8月,位于大连星海公园的蹦极项目出现了一次“意外”:一个小男孩从55米高的跳台上跳下来时,一头扎进了海里!令人宽慰的是,落水孩子仍旧被保险绳牵引着,并且浮到了海面上。救生艇赶到把孩子救了下来。孩子上岸后连吐了很多口海水,由于获救及时,神志很清醒,经过全面检查,孩子没有大碍。 (二)提出问题,探索理论依据 问题:试建立力学模型,分析事故原因。 分析人和绳组成的系统,人为冲击物体,绳为被冲击物体。根据人与绳的特点,提出基本假设:①人抽象为刚体,即冲击物体的变形不计;②绳是变形体,其重量不计;③人自由落体运动时,对绳没有作用,当下落高度和绳的长度相等时,人对绳有冲击作用,认为人和绳共同运动,即冲击物体和被冲击物体接触后共同运动;④冲击过程中绳的变形保持弹性变形,即满足胡克定律,其弹性模量不变。冲击问题的特点是持续时间短,冲击力随时间的变化难以准确分析,其精确计算十分困难,一般采取近似方法,认为冲击过程中只有机械能和变形能的转换,忽略其它能量的损耗,如不发声、不发热,因此采用能量守恒原理解决冲击载荷问题,由于不计能量损耗,所以能量法计算偏于安全。 (三)建立模型,求解力变形 人与绳索相连,绳索另一端牢牢固定在平台上,开始人静止在平台上,然后自由下落。设人的重量为W;绳索横截面积为A,长为l,弹性模量为E,模型同材料力学教材中习题。[2] 如果人静止挂在绳索的下端时,绳索的变形是其原长的1/60,动荷因数Kd = 12,绳索的最大伸长量Δd = KdΔst = 0.2l。 (四)分析原因,提出合理建议 案例①中蹦极者坠河的原因:依据动应力的计算分析,说明绳索动应力超出允许范围,导致绳索断裂。案例②和案例③中,绳未断造成蹦极者落水的原因:可能选择了刚度偏低的绳索,因为Δst偏大,导致Δd增大;可能选择了刚度够,但偏长的绳索,导致ld增大;按报纸上对事件的描述,小男孩“胖乎乎”,属于体重比正常孩子偏大,导致绳索动变形过大(超过设定值),工作人员可能忽略此点,导致事件发生的原因。 建议:正规的蹦极设施具备不同规格的弹性绳索(一般按伸缩长度、拉伸刚度来标定),这些绳索事先经过专门测试并贴有规格标签。蹦极前要认真查看绳索的规格,选择与自己体重相适应的弹性绳。 二、案例库的建设 通过案例教学的实践,发现学员的学习兴趣高了,比如在看完蹦极者掉入河里,被鳄鱼咬掉头的视频后,都想知道其理论依据,避免今后亲身体验时出现同类事情。学员发现问题、提出问题的意识有所增强,比如讲授组合变形时,学员就提出丝锥攻丝时丝锥折断的问题,比萨斜塔不倒的现象,讲授压杆稳定时,提出银枪刺喉的杂技。学员建立力学模型、分析问题的能力有所提高,丝锥折断的例子在扭转变形时提出,讲到组合变形时,学员自己就想到当时分析的不足。学员提出切身体会的例子,如训练中有时会看到或听到学员骨折,班里某某学员提出训练时腿骨骨折的问题,通过分析学员真正感受到力学知识的学习可以使平时训练更科学。 因此通过调研、收集分析案例,将积累的案例建成案例库,供教员和学员应用。案例库中具体案例分为生活案例、装备案例、其他案例(工程、体育等)。[3] 案例库可以教员和学员的身份登录。教员登录可完成添加案例、管理案例、选用案例、评价学员、管理学员等功能,添加案例功能是教员完成案例上传,包括案例背景、问题提出、建模理论分析、事故原因、扩展内容或思考。管理案例功能是修改或删除;选用案例是为学员选择具体哪些案例供学习和参考,也可选择具体案例中的背景、问题,等学员分析上传报告后,再选择原因分析、扩展思考问题等模块,供对比和完善自己的分析报告。评价学员是对学员上传的报告,及时给予批阅,提出修改建议。管理学员是对授课班次中的学员,授予其使用案例库的权限。学员登录可完成查看案例、选择案例分析并上传,查看教员对报告的评价。查看案例功能是可看到教员选择好的案例和案例中的具体模块。 三、小结 通过将案例引入材料力学课程的教学,课堂上的互动氛围活跃了,讲授理论时学员的注意力更集中了,课下案例分析时也用心了,和教员探讨分析的次数也多了,总之学员的学习积极性提高了,这说明学员是愿意接受挑战的,因此教员要努力收集分析新的案例,不断完善案例库。 案例教学是一种有效的教学方法,通过实践发现,在案例教学中要注意两点:一是教员选择讲解的案例要有典型性,分析方法要有一般性;二是案例的选择和难易度的把握,特别是由学员分析的案例要提前布置,而且难度不能太大。由于学员是从学校到学校,没有接触过工程背景的问题,需要讨论或查阅资料,所以要多给学员一段时间,另外如果案例的难度偏大,不仅完不成,更重要的是会打消学员的学习兴趣。 材料力学论文:信息化环境下材料力学翻转课堂的教学实践 [摘 要]项目组依据建构主义学习理论,设计了信息化环境下材料力学翻转课堂的教学环节,开展了教学实践,并Ψ转课堂的实施效果进行了总结和反思,探索了在现代教育理论的指导下,如何充分尊重学生学习的主体性。 [关键词]信息化;材料力学;翻转课堂;教学实践 材料力学课程作为我校机械类各专业的重要学科基础课,学习的目的在于为后续课程以及未来的工作搭建一个扎实稳固的基础性支撑平台。随着现代教育技术的发展,教育信息化的普及,材料力学课程的教学模式应该转变为把学习的主动权放给学生,充分尊重学生学习的主体地位。 笔者依据建构主义理论,设计了信息化环境下材料力学翻转课堂的教学环节,开展了两次翻转课堂的教学实践,探索了在现代教育理论的指导下,如何充分利用信息资源,优化课堂教学,促进学生的自主协作学习和深度学习。 一、信息化环境下材料力学翻转课堂的教学实践 (一)信息化学习资源的建设 有丰富的网络学习资源作为支撑,才能更好地开展信息化环境下的自主学习、小组协作学习,保证翻转课堂的顺利实施。本课程搭建了在线网络教学平台和课程网站。 在网络教学平台上有24个一级栏目,包括教师授课的教学课件、教学日历、教学笔记、翻转课堂学习任务书、形成性评价成绩等栏目,并对全校学生全方位开放。另外平台上有教学邮箱、答疑讨论等栏目,实现了学生与教师之间、学生与学生之间及时的信息交流互动,充分营造了交流讨论的学习氛围,保证了教师能够及时发现学生学习过程中的问题,及时对学生学习的指引,使学生充分把握自己的学习进程与状态。 课程网站有17个一级栏目,有教师的全程授课录像、自学辅导系统、考研加油站等。两套网络资源彼此配搭,为学生的自主学习提供了信息丰富的网络学习资源。 (二)教学目标的设定 教学目标的设定以学生为中心,充分考虑如何引导学生积极主动地参与学习,帮助学生进行更高层次的学习,锻炼和培养学生的综合能力,促进学生全方位的发展。 各环节的教学目标设计: 1.基本概念知识点的教学目标设计:强化课程的基本概念,帮助学生建立学科基础。 2.建立知识点之间逻辑关系的教学目标设计:通过发现和探索各知识点之间的逻辑关系,培养学生的自学能力、洞察事物本质的能力、团队协作能力,帮助学生养成良好的思维习惯。 3.扩展知识点的教学目标设计:将已经内化为学生已有知识的知识点进行扩展、推广、延伸,培养学生的创新能力和解决问题的能力。 (三)信息化环境下的翻转课堂教学活动设计及实施 1.课前学习活动 根据学生平日里的课堂表现与作业完成情况,在充分了解学生过往的学习状态和目前的学习情况下,将学生进行分组。分组的原则基本上是自由组合,每一组4-5人。组内成员确定一位学,组长的职责是管理督促本组组员,并负责老师与学生之间的双向沟通。 教师将设定好的学习目标和学习任务单,连同学习资源指引一并公示在教学平台上,指导学生课前的自主学习。组长在课余时间组织小组同学首先学习老师设计的学习目标和学习任务单,清楚明白任务后,组织本组同学学习教师提供的视频资料、授课课件,并查阅相关的文献资料,形成小组学习报告,将小组在学习过程中遇到的疑惑、问题形成学习报告一同提交在网络教学平台上。教师审阅学生的学习报告,并针对学习报告反映出来的问题给出进一步学习的建议和指导。同时教师研究学生学习过程中遇到的疑惑问题并进行归类整理,找出共性问题以及需要特殊指导的个性问题。将个性问题在网络教学平台的答疑讨论栏目与小组成员进行交流讨论,教师一般是继续给出问题,指引学生查阅哪些资料,引起学生的思考,而不给出明确的解答。 小组同学针对老师的建议进行第二轮的学习,修改小组学习报告,重新梳理学习过程中的困惑疑问。小组整理第二轮学习报告提交。教师再一次审阅报告,梳理学生的疑问。在这一次的审阅中,教师基本上掌握了学生的学习状况,了解了学生的困惑,清楚明白应该向哪个方向引导学生的讨论,拥有了为下一步课堂交流活动进行设计的依据。 2.课中交流讨论 由于上课前教师将学生产生的疑问进行了整理,课堂交流讨论环节就能比较有针对性地引导学生解决疑问,帮助学生完成知识的内化,促进更高层次的推理思维的养成。 课堂交流环节按学习小组进行,教师根据学生的分组名单随机抽取一位学生登台讲课,讲课时间控制在8-10分钟。讲课完成后其他组同学针对学习过程中产生的疑问困惑、讲课过程中产生的新疑问、讲课组的学习效果和学习质量进行反馈,讲课组的全体成员随时解答问题。 书记员记录交流过程中学生提出的所有问题,以便老师课后反馈。所有小组交流完毕,由班长对全班同学的课堂表现、讨论情况、学习效果进行总结评价。 教师对本次翻转课堂的效果进行总结,并对学生提出的问题做进一步的分析、阐述、解疑。由于经历了课前两轮的学习以及学生之间的交流讨论,学生剩下的疑问也就很少了,再通过教师稍微的点拨学生的疑问就全解决了。 3.课后总结反思 课程结束后,教师问卷调查,让学生自己总结、反思在本次翻转课堂学习中有哪些收获,翻转课堂的学习形式锻炼了自己哪些方面的能力,对比其他同学,自己在哪些方面做得好,在哪些方面存在不足,在未来的学习与人生成长中,自己应该在哪些方面有所突破,应如何克服自己的弱项,如何提高自己与他人之间的交流、沟通、表达能力。 4.学习效果评价 开课起初成立翻转课堂评价小组,小组成员由两个班的班长、课代表、学习委员、学生代表组成。教师要求评价小组首先制订评价标准,提交给教师,教师提出修改意见,评价小组再进行改进,直到设计出能够全面评价学习状态与学习效果的翻转课堂评价方法。 材料力学论文:结合工程的材料力学课程大作业教学实践 摘要:为培养学生工程素质和应用能力,在材料力学课程教学中设计大作业,引导学生进行模型简化、分析计算、设计测试方案、测试数据处理等,与课程理论紧密联系,锻炼学生综合素质。以张弦桁架张拉分析为例,从大作业要求、简要分析和案例小结三个方面,细述大作业实施过程。最后对教学实践中的一些细节及大作业教学实践价值进行了总结。 关键词:材料力学;大作业;教学方法;工程应用 材料力学课程是工科院校机械工程等较多专业的专业基础课,该课程的特点是理论严密、逻辑性强并且与工程实际紧密联系,如何将材料力学课程教学与培养学生的工程应用能力和创新能力相结合具有重要意义。近年来,随着高校教育教学改革的不断深入与广大教师的不断实践,越来越重视学生的工程应用能力和创新能力的培养[1-6]。笔者在教学实践中将工程实践知识与学生动手能力和实际应用能力相结合,开发紧密联系工程的课程大作业,培养学生对材料力学课程知识的综合应用能力和工程素养。 一、材料力学大作业的教学设计 大作业的设计一般要求结合一定工程背景,提供相应图纸、参数、工作原理等,锻炼学生读懂图纸、提炼力学模型的能力;大作业的内容结合专业知识、工程实例或相关后续课程,列出一定的参考书及参考文献,需要学生学会阅读,自主学习;大作业的设计最好采取开放式的结论,给定设计参数让学生分析研究方案,或给定必要功能进行相关参数的设计。限于篇幅这里仅列举某张弦桁架张拉过程分析得工程案例案例。 1.某桁架结构张拉应力测试与分析案例。某体育馆张弦桁架屋盖结构,最大跨度115米,单榀最大重量约128吨。以某一榀桁架为例,可简化为由屋盖主桁架、撑杆和张弦等三部分组成的平面桁架,如图1b所示。屋盖组装完成后,通过张拉机构收紧张弦AB,使屋盖主桁架DABE起拱至设计高度,屋盖成形。 2.作业要求。①某一榀桁架简化为平面桁架,由设计图纸给定各节点坐标。在施工过程中,张弦AB两端同时张拉,撑杆上端与主桁架铰接,下端与张弦间可自由滑动,并能保证撑杆始终保持竖直。试分析该平面桁架的超静定次数。②求解该超静定结构。假设已知主桁架的抗弯刚度EI,轴力和剪力引起的变形忽略,重力均匀分布。③已知主桁架总重105吨,索重67.4kG/m,忽略撑杆重。各节点应力及跨中挠度由实测给定。试计算主桁架的近似抗弯刚度。 3.简要分析。由材料力学知识分析,该结构可简化为一次超静定结构,去除张弦得到其静定基如图2。 变形协调条件为重力和张力共同作用下U■点的挠度为零,即可求得张弦的张力与重力之间的关系。 4.案例小结。这是一个实际工程问题,考查了学生以下方面的知识和能力:(1)考查了学生对超静定结构的分析能力,和解决超静定问题的能力。(2)该案例是工程实际问题的简化模型,但实测数据来自工程,在理论分析与工程测试之间的关系上,考查学生综合分析解决问题的能力。(3)由于结构复杂,对于张弦结构、张弦施工、胎架等工程问题,学生没有接触过,考查了学生的学习能力和理解能力。 二、材料力学大作业的实践价值 材料力学大作业的教学实践引入了大量工程问题,引导学生在模型简化、设计图纸解读、试验方案等方面学习工程知识的同时,进一步加深理解了材料力学课程与工程应用的联系。材料力学大作业的实施让学生充分认识到材料力学作为基本理论分析手段在工程应用中的重要性。由于条件限制,不可能让很多同学参与工程项目研究;并且学生还没有有限元基础,分析手段略有欠缺,但通过对实测数据的分析与处理,同样起到锻炼学生分析解决问题的能力。在材料力学课程教学过程中,结合实践性教学环节锻炼和培养学生的综合素质是当代大学教育改革的一个显然趋势,很多教师和同行都提出了许多很好的方法。本文仅是教学过程中的一个小的实践,在结合工程实际合理选题、优化课堂教学内容与课外学习之间的关系、培养和调动学生参与积极性等方面还需要不断改进,作者希望通过本文起到一个抛砖引玉的作用,希望得到同行的批评指正。
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材料化学论文:材料化学工程论文 1材料化学工程的概述 材料化学工程是由化学工程学科和材料学科交叉渗透所形成的一门分支学科,其研究方向主要有两个:一是以新材料为基础,不断发展反应过程的反应技术,比如吸附过程、膜过程、催化过程等。该方向主要是通过材料的特征将其分离并进行反应,其目的是揭示材料微观结构中物质进行传递和反应机理,进而总结出适用于材料设计和反应过程优化的理论方法和工艺技术。二是在材料制备的过程中,用化学工程的理论方法解决所遇到的关键问题,比如如何运用微结构的性能关系来实现对材料微观结构和性能的控制,从而完成从材料制备到定向制备的转化。新材料的开发是材料化学工程发展的关键和先导,直接可以衡量出国家的材料化学发达与否,因此,开发新材料对于材料化学工程的发展至关重要。材料化学包括陶瓷材料、聚合物材料、磁性材料、化学传感材料、电子材料、超硬材料、无机非金属材料、催化和吸附材料和薄膜材料等,这些材料很大程度上丰富了材料化学工程的领域,对其发展做出重要贡献。 2新材料的开发 我国在新材料的开发领域取得了很多亮点,这些新材料的开发成为分离和反应过程的重要基石。一些研究所和大学正在开发一种非晶态的金催化材料,这种材料很有发展前途,因为它具有非常明显的催化特性,而且其催化活性还具有特殊的选择性,具有显著的催化活性和特殊的选择性。对这种材料进行流程综合和技术集成,可以有助于我国新型石油化工技术的构建。石油化工科学研究院也开发出一种新型的钛硅分子筛催化材料,这种材料具有定向氧化催化作用,可以实现“原子经济”,使“零排放”工艺成为可能,而且也具备工业化生产的可能性。而在新材料的分离技术方面,我国也取得了很大的进步,其中南京工业大学发展了以陶瓷膜材料为原料的新单元技术,同时加强了对集成单元技术的开发,这些研究不仅使我国陶瓷技术更加趋于成熟,而且还形成了陶瓷膜新产业,为我国带来巨大的社会和经济效益。 3材料化学工程技术的进展 材料化学主要是对产品微结构进行调控,其主要手段是在加工材料时,将化学方法引入进去,这样我们就可以通过宏观条件来调控产品的微观结构,从而为材料的加工和制备提供理论和技术指导。因此,化学工程技术的改进将直接促进材料化学工程的发展。我国在化学工程技术改进方面已经取得了非常大的进展。清华大学在碳纳米粉体材料的制备过程中,引入了传统的流化床技术,大大降低了生产成本,从而使此生产技术可以用于工业化生产,带来巨大的经济效益。北京化工大学则用超重力场技术来放大纳米材料生产过程中的形貌控制问题,这样就可以通过调节超重力场的强度来调节和改变产品的粒径,。通过这种方法,我国已经成功制备出碳酸钡、碳酸、碳酸锂、氢氧化铝和碳酸锶等纳米粉体,并且形成了工业化生产的技术体系,为我国带来巨大的经济效益。 4展望 材料化学工程作为一门交叉学科,不仅促进了材料工业的发展,而且也丰富了传统化学工程学科的内容,因此,具有非常重大的研究意义。我国材料化学工程的研究已经取得很多可喜的成就,很多成果在世界上都位于领先水平。但是,材料化学工程中仍然有很多问题需要我们解决,因此,我们需要再接再厉,争取使材料化学工程的研究更加深入,使其更好地为人类服务。 5结语 材料化学工程在新材料的开发、材料技术的改进以及技术的工业化普及过程中都具有非常重要的作用,且有着非常大的研究价值,其研究前景十分广阔,已经成为国内外的研究热点之一。本文主要分析了材料化学的研究现状,并结合新材料的开发和技术制备两方面,阐述了我国取得的巨大进展和成就,希望可以看到更多研究成果的出现,以促进我国材料化学的发展,为我国创造更多的效益。 作者:刘玉琴单位:浑江区东兴街道办事处 材料化学论文:金属材料物理化学论文 1铁的相图图 与图1不同,铁有三种固态,分别是α-Fe、γ-Fe和δ-Fe,其中γ-Fe为密排面心立方结构,α-Fe和δ-Fe为体心立方结构。并且,图2中有三个三相点,分别为气-液-δ-Fe;气-γ-Fe-δ-Fe和气-γ-Fe-α-Fe。通常情况下,Fe是磁性的α-Fe,组织类型有铁素体、珠光体和贝氏体等;通过成分和工艺控制常温下可得到γ-Fe,如奥氏体不锈钢304、310等。Fe的p-T相图的讲解,增强学生识别单组分相图的能力。课堂上通过工业生产实例,加深了同学们对Fe的认识;并建立了物理化学相图知识与学生专业—金属材料之间的联系。解决学生“材料专业为什么学物理化学?”的困惑。 2两组分液态完全互溶系统的相图 虽然二组分系统的气—液平衡相图依据组分在液态的互溶情况各有其特点,但液态完全互溶系统构成了这部分内容的学习基础[4]。对于这种相图,我们除了让学生掌握相图中各相区的组成、相态和杠杆规则外,还注重让学生学习气相线和液相线的绘制方法和细节信息。其绘制过程如图3所示,先配制不同比例的二组分混合物,再升高温度测试混合物的熔点,通过描点—连线得到相图。从而培养学生设计实验绘制相图读取相图细节信息的全面能力。通过学习绘制相图,可使学生对相图的全部信息有较深刻的认识、理解及较好的运用。为了便于学生掌握此类相图及其应用,在教学中我们通过物相点随温度的变化的实例,讲解其液相与气相及组成在该过程的演变情况。重点分析了第一个气泡点产生的压力、组成及最后一滴混合液消失的压力、组成,以及其逆过程这一难点。并将相图理论与工业精馏装置联系起来,激发学生对该部分内容的学习兴趣。 3具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图 具有转变温度的二组分固态部分互溶、液态完全互溶的液固平衡相图,是学生学习中最难掌握的内容。我们通过讲解物相点的降温过程的物相变化和步冷曲线的绘制,并借助动画展示具体过程,使该部分内容更加形象和生动,便于理解和掌握。同时,提高了学生的学习兴趣和动手能力。 4相图在金属材料中的应用 4.1在金属材料设计中的应用在工业生产和科研实践涉及到的金属材料通常为多组分的平衡系统,所以其相图更为复杂。为了得到材料的拟服役性能,需要对材料进行设计和加工。相图在材料设计中起着至关重要的作用,例如,在设计奥氏体不锈钢时,为了得到单一奥氏体组织,需扩大相图中奥氏体区,使其在冷却过程中不发生γ-Feα-Fe的转变。根据相图,改变系统的组成,增加稳定奥氏体元素,如Ni、C等是最常用的方法。当然,为了系统的平衡,其他元素也需做相应的改变。应用相图时,为了提高设计组织的准确性,需要考虑平衡相图与实际相图的差别。 4.2在金属材料加工中的应用在金属材料的热加工过程中,随着加工温度的不同,其物相也发生相应的变化。可通过控制轧制参数和冷却过程,改变材料的相变温度和组织类型,得到高性能的金属材料。例如,在钢铁生产中,热轧钢板控制轧制与控制冷却(TMCP)工艺,通过加大压下量增加累积位错,为相变过程提供更多的高能量相变形核点,以得到细小晶粒组织,提高钢的强韧性。通过控制冷却速率,可改变相变后的组织形态,在650℃以上发生相变得到珠光体和铁素体组织,在450~600℃区间主要得到贝氏体组织的钢材,在更低温度下发生相变得到马氏体组织,不同的组织赋予材料的不同的性能[5]。4.3在金属热处理中的应用相图不仅在金属材料的设计和加工中具有指导下作用,而且在材料的热处理过程中也具有重要的应用价值。例如,在金属材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火过程主要是控制冷却速率,使相变温度发生在较低温度区,得到低温转变组织。正火温度需在γ-Fe相区,需要根据相图和化学成分判断其奥氏体化温度,从而确定正火的加热温度。严格的说,确定热处理的升温速率和降温速率也需要参考相应的相图。通过相图在金属材料领域的应用的介绍,学生对本专业和学习物理化学的重要性均有了清晰的认识,他们的学习积极性也显著提高。 5结语 相图在金属材料领域中起着非常重要的作用,本文将日常生活、作者在钢厂的工作经历、科研实践及相关相图知识链接至课堂,通过提出问题,实例讲解和动画演示等多种形式组织教学,建立金属材料专业与物理化学相图之间的内部联系,便于金属材料专业的学生掌握较广阔、深入的物理化学知识,以期为学生正确理解和应用相图提供指导。 作者:孙红英 李占君 单位:安阳工学院 机械工程学院 材料化学论文:材料化学人才培养化学实验论文 1改变课程考核评价体系,注重实验过程考核 在无机化学实验教学考核的过程中,仅凭实验报告成绩和期末考试成绩,不能准确地衡量学生的实际实验能力。为了科学地评估学生的实验能力,需要优化传统的实验课程考核体系,建立全面的无机化学实验综合考核办法。将学生的课程成绩分为实验过程成绩、实验报告成绩、实验理论考试成绩,单项成绩不合格,则总成绩不合格。这种考核方式促使学生认真地对待每个实验环节,有效地提高了学生的综合实验素养。实验过程成绩是教师在指导学生实验过程中,根据学生实际操作情况给出的评价;实验报告成绩主要是根据学生的预习实验报告和实验报告书写、数据处理及分析等来评判;在实验理论考试中,除了常见考题外,还结合材料化学专业特点,增加了实验方案设计等考核内容,突出了综合实验能力和创新能力的考核,促进学生实验能力的全面发展。 2创建适合材料化学专业发展需求的无机化学实验教学模式 进入21世纪以来,材料科学发展愈加迅速,新材料、新技术、新产品不断问世,与此相适应,对材料化学人才培养也提出了新的要求。材料化学专业无机化学实验授课模式必需紧跟时展步伐,及时调整课程结构与内容,引入学科发展的最新成果,介绍学科内容中的多种学术观点及学术背景和发展动态,开阔学生学术视野,提高学生的学习兴趣。教无定法,教要得法。要使课程教学生动活泼,教师必须不断更新教学内容,创新教学方法与手段,增强课程教学的趣味性,促使学生积极参与,在实验中勤于动手、动脑,实现教师教学方式和学生学习方法的转变。 2.1采用多媒体辅助教学和建设实验教学网络平台 多媒体教学是利用多媒体软件对文本、声音、图像、图形、动画等信息进行处理,教师配合多媒体放映进行讲解,将教学内容用特技方法显现出来,能充分创造一个有声有色、图文并茂、生动直观的教学环境,从视觉、听觉等多方面给学生留下深刻印象。无机化学实验教学可以采用多媒体(视频)教学,它不仅教学信息量大,而且可以非常直观地演示实验操作和过程。随着现代科学技术的发展,有些实验可以采用多媒体技术进行辅助教学,如基本操作单元、仪器的使用等。这些实验项目信息量大,操作细节多,仅靠教师在课堂教学有限的时间内进行演示和讲解往往是不够的,而且总有学生没有注意到一些具体操作细节,因此,可以将这些实验演示制成多媒体课件或视频资料,放在课程网络平台上,学生可以不受时间、空间的限制,反复观看,自主地开展预习、复习。这样不仅增强了课堂教学的可视性,而且增加了教师演示的可再现性,延长了学生的学习时间,从而有益于提高学生操作的规范性,使实验教学得到延伸。 2.2将生产生活实例和教师科研项目引入实验教学课堂 不同专业对无机化学实验教学的要求是不一样的。我院材料化学专业的培养目标是培养具备材料化学相关的基本理论知识和基本技能的应用型高级专门人才。因此,学生必须掌握物质的结构与性质、性能的关系,这需要在教学中注意教学内容的层次性。在无机化学实验教学中,我们尽可能选择与专业相关的真实实验课题和实验样品,将生产生活实例引入实验课堂,营造实战氛围,做到知识性、实用性、趣味性的统一。同时,我们还选取了一些与生活息息相关的实验,如锂离子电池正极材料的制备、胶囊壳中铬含量测定等,这样的实验学生感兴趣,实验热情高,有助于学生综合能力的培养。为了进一步提高实验课堂教学质量,我们还在课堂教学中引入教师最新科研课题成果,使实验教学更加贴近科研实际,既丰富了实验教学内容,又增加了实验教学的先进性、新颖性,在加深学生对所学知识的理解和实验技能的熟悉时,还能培养他们的科研兴趣,提高理论联系实际的能力,对科研工作产生感性认识。 2.3实施开放性实验教学 在传统的无机化学实验教学中,学生往往处于被动地位,教师处于主动地位。从实验项目选择、实验方案选择、实验仪器与试剂选择,都由实验老师预先完成。在这种照方抓药的实验教学模式中,学生往往兴趣不高,应付了事。在优化实验教学内容结构的前提下,实行开放式实验教学模式,可以提高学生实验兴趣,强化教学效果。在学生自主的基础上,利用学生课余自由时间开放实验室,对于实验技能较差的同学,让他加强基本操作单元和基本技能的练习。在学生较好地掌握实验基本操作技能后,可以让学生自主选择一些设计型、综合型、应用型实验。在教师的指导下,学生独立设计实验方案,独立完成实验,并认真进行总结,以全面锻炼学生的实验能力和提高综合素质。 3结语 为了适应地方工科院校工程应用型人才培养的要求,无机化学实验教学改革一直在讨论和进行中。我们根据我院材料化学专业人才培养方案,对目前无机化学实验教学内容、教学方法和教学手段及考核方式等方面进行了改革,以全面培养学生的工程应用能力,适应经济社会发展对人才的要求。通过几年来的教学实践与探索,我们已初步建立一套具有可操作性的无机化学实验教学方法与体系,使学生在实际操作能力、实验方案设计、求真务实的实验态度、分析问题和解决问题的能力及创新能力培养等方面得到了良好的锻炼。 作者:李谷才 单位:湖南工程学院化学化工学院 材料化学论文:材料化学教学论文 1“两平台双能力”体系的内涵 基于中国计量学院材料化学专业的教育实践,在分析目前及今后本专业的社会需求和用人单位对材料类专业学生素质、能力等人才规格要求的基础上,对照政府和社会加快教学改革、提高高等教育质量的迫切希望,我们充分认识到实践和创新是专业人才培养的优秀,决定共同搭建分院专业培养学习能力的课程教学与培养实践能力的生产实验(校内综合性实验、自主创新型实验、模拟实验及校外实习等)两大平台,作为学生能力培养的有效载体。通过这两个平台的搭建,把材料专业学生培养为适应社会发展的应用型人才,提升学生的学习能力、适应能力、知识应用能力和专业发展能力。 2教学平台建设及管理体制 自主学习是新课程改革大力倡导的重要学习方式。学院以“厚基础、宽口径、重能力”的指导思想,遵循认知规律,遵照由提高动手能力到培养创新思维的宗旨,对原有教学课程体系进行了改革。除课堂正常教学外,搭建专业教学课程平台,实现教学课程资源网络化,促进学生独立自主学习习惯的养成和能力的提高。通过BB平台的课程建设,实现专业教学课程资源网络化。现在中国计量学院材料科学与工程学院推出了多门重点建设课程,例如《应用电化学》《材料表面处理》等,教师在充分掌握学生学习情况的基础上,针对大多数同学,课上按教学大纲讲授基本要求范围内的内容;对于能够进行更深度学习、对课程某方面需要进行知识面扩展的学生,在网络教学平台上呈现更多的学习资料、相关文献、实验视频、应用软件、学习网站等,方便他们自主学习、加深知识理解;最终针对学生个体差异,实现分层次教学,促进学生学习能力提高及知识的巩固。教学网络平台的所有课程,将对本专业所有学生公开,方便他们对教学资源的获取及问题反馈。 3实验平台建设及优化 大学本科教育中,实践科研反哺理论教学是重要研究课题之一。学生只有通过充分的实验及实践,才能更有效率地促进理论知识学习,提高教学改革效果。目前,主要在以下方面进行了实验平台的搭建及完善。 3.1实验内容的改革 首先,改变传统专业实验课程设置依附于理论课体系的横向模式,超越单门课程的范围,建立实验课程之间的系统联系,在原有实验课程的基础上设立相对独立的纵向联系的课程,形成纵横交叉的网状专业实验课课程体系,实现专业实验课程之间的纵向联系和贯通。其次,改变实验教学由单一课程和学生班级为单位的组织形式,形成交叉型的教学指导团队和兴趣型的学生学习团队。最后,根据实验教学内容,重新确定了基础实验、设计性实验、综合性实验、设计研究型实验4个层次结构。重点开发了几个培养学生综合设计能力和创新能力的实验,以及培养学生综合应用现论和方法的实验。在实验教学内容改革中,减少了验证性、分析性实验项目,增加了设计性、综合性、创新性实验项目。 3.2依据功能实验室条件,实现资源共享 高校科研平台往往拥有大量贵重实验设备,根据仪器属性,可巧妙设计实验教学内容,综合利用仪器,充分发挥仪器能效。部分科研设备课充当实验教学过程的资源。学生通过学会仪器操作,能掌握仪器基本原理和简单维护知识,进而提高学生动手能力,为以后从事相关专业工作打下坚实的基础。大部分从事教学科研的老师,课余时都有自己的研究课题。对于学生感兴趣的实验,学生可以积极参与教师的科研,甚至仪器设备熟练操作后,独立自主完成其中的一个实验环节,培养其科研的缜密思维及细致耐心、精确的实验操作能力等。目前,不少大三及大四的学生在指导教师的帮助下,承担了省级、校级、院级等科研项目,在综合利用实验室资源的条件下,获得了有效的实验成果,并在SCI收录的国际杂志及国内优秀杂志发表数篇论文。 3.3实验管理网络实时化 实验管理过程中,可通过网络平台管理,实现学生与教师的实验前、后的部分互动。对于学生来说,可在网上自主选择时段并预约感兴趣的实验项目,通过实验网络平台完成预习、学习、复习、提问等各项学习任务;对于教师而言,可以对实验教学的全过程实时监控,实现诸如学生网上分组、网上考勤、数据整理及分析、网上答疑等功能,从而使学生实验在老师的指导下有效开展。 3.4建设产学研基地,促进学生社会实践综合能力培养 中国计量学院材料科学与工程学院材料化学专业,主要以高性能磁功能材料与器件、先进炭材料、材料表面处理技术、化学电源等为研究对象,解决企业技术难题及生产中存在的各种关键性难题,满足区域经济发展需求,达到科研为地方经济服务的目的。我院与企业共建校内产学研平台3个、校外产学研基地21个,建立了材料类基础实验教学、专业实验教学、工程技术实践教学以及课外创新实验教学等课外实践教学平台。近期我院又与绍兴康健精密不锈钢有限公司全面开展产学研合作,共建“中国计量学院——绍兴康健精密不锈钢有限公司磁性材料研发中心”,在技术攻关、产品研发、平台搭建、奖学金资助等全方位的合作,支持和激励大学生开展科学研究和创新实践。在生产科研基地,要加强专业实践环节的组织和团队指导,让学生参与到协作单位实际的工程项目中,在教师和工程技术人员的指导下承担实际工程项目的设计和管理,让学生接触技术的优秀,使学生通过实战锻炼掌握工艺创新技能。 4结语 根据社会主义市场经济发展的要求,培养适应社会主义现代化建设需要的德、智、体全面发展,且具有扎实专业知识和实验技能的材料人才是推进材料领域发展的关键。通过认真研究国内外高校相关专业特点,探索并执行“两平台双能力”材料化学专业教学—实践体系的构建,制定并落实材料专业人才培养模式的具体实施方案,必定能够促使专业教学课程体系不断的完善,促进学生在实验实践创新平台培养的实践和创新能力不断提高。 作者:江莉李冬云金顶峰卫国英孙丽侠余云丹单位:中国计量学院材料科学与工程学院 材料化学论文:材料专业普通化学绪论课教学的重要性及其实践 摘要:普通化学是材料专业的一门化学理论基础课,内容抽象、理论性强。通过在绪论课教学中介绍化学发展简史、讲授材料领域学术前沿知识,使学生了解材料在人类文明进程中所起的作用,了解材料与化学之间的关系,从而提高学生对材料专业的认识,激发学生对学习化学的兴趣,增强教学效果。 关键词:材料专业;普通化学;绪论课;教学 普通化学是高等学校材料专业的一门重要的理论基础课。但由于授课对象是大一新生,学生们对于这门课程在材料专业中的基础地位与重要性,以及与所学专业的内在联系缺乏了解或认识不足。如何能让学生迅速了解化学与材料科学之间的密切联系,从而激发他们学习化学的兴趣,调动他们学习的积极性,是普通化学教学过程中面临的首要课题。 绪论课是普通化学课堂教学的第一课,在引导学生认识化学的重要性、激发学生学习化学的兴趣方面起着非常重要的作用[1,2]。对于材料专业的学生来说,最感兴趣的莫过于各类材料对人类文明、社会发展所起的重要作用。通过讲解化学发展简史、材料在社会发展中所起的作用,增加学生学习化学的兴趣,激发学生的学习热情。近几年,笔者通过对绪论课内容的不断更新完善,以及对多媒体课件的精心设计,使学生及时认识到学习化学的必要性和重要性,取得了良好的教学效果。现就绪论课的教学实践做几点总结。 一、从材料发展对社会进步的巨大作用讲述材料发展史,增强学生的专业自豪感和自信心 材料是人类赖以生存和发展的物质基础,一种新材料的应用往往成为人类进步的重要里程碑。例如,历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代特征标志的。一种新型材料的研制成功,可以引起社会生活的新变化。如石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、单晶材料、有机高分子材料等的发明与创造,都曾为社会进步提供了重要的物质基础。因此,可以说,没有半导体材料,就不可能有计算机技术;没有耐高温、高强度的特殊结构材料,便没有宇航工业;没有低损耗的光导纤维,也就没有现代光通讯;没有有机高分子材料,人们的生活也不可能这样丰富多彩。特别是到了现代,国际竞争日趋激烈,各国都想在生物、信息、空间、能源、海洋等技术领域占有一席之地。而开发这些高新技术的关键往往与材料的发展有关。 通过一个个生动鲜明的事例,让学生了解不同材料在人类文明进程中所起的巨大推动作用,增加他们对自己所学专业的自豪感;通过介绍材料在高新技术领域的价值及应用前景,激发学生学习材料科学的兴趣。同时,结合笔者的科研经历、科研体会,讲述一些新型材料设计合成的案例,激发学生的求知欲,增强学生的自信心。 二、介绍化学发展史,激发学生的学习兴趣,培养学生正确的价值观 人类化学知识的获得,是从认识自然现象开始的:动植物的腐烂、火山爆发、空气和水对物质的侵蚀等。远古时代人类通过摩擦生火和钻木取火等方法学会了利用火,不仅增进了健康,发展了智力,而且利用火能产生各种化学反应这个特点,开始了制陶工艺。制陶过程实际上就是在高温下,使粘土中的二氧化硅、三氧化二铝、碳酸钙、氧化镁等成分发生一系列的化学变化。制陶工艺不仅提供生活必需品,改进农耕工具,而且改善了人类的居住条件。人们逐渐走出岩洞,住进了砖瓦房,并用陶制农具开展农业生产。同时,人们从烧陶工艺中掌握了高温技术,并该项技术应用于冶炼铜矿和铁矿。如将铜矿石和木炭混合加热得到了金属铜;但纯铜质地较软,不利于制造工具和兵器。在冶炼铜时掺入锡、铅,可制得硬度很高的青铜。青铜器如铜币、编钟、青铜鼎的出现,推动了当时农业、兵器、金融、艺术等方面的发展,把社会文明向前推进了一大步。除了冶炼铜以外,人们用木炭不完全燃烧产生的一氧化碳,还原铁矿石中的氧化铁为金属铁。战国时期铁制工具如犁铧、铁D、铁锛等农具得到广泛应用,带动了农业和手工业的发展。这样,随着冶金技术的不断进步,生产工具的不断革新,在人类历史上相继出现了青铜器时代和铁器时代[4]。 此后到了炼丹术和炼金术时期。虽然炼丹家和术士的目的没能达到,但他们为化学学科的建立积累了丰富的经验。通过做原始的化学实验,发明了大批实验器具,制造出很多化学药剂,记录了大量的实验方法,写下了许多炼金著作。正是这些理论、实验方法、化学仪器以及丹术著作,开创了化学学科的先河。与此同时,人们对物质结构本质的探索与论证也从未停息过。但直到1661年英国化学家波义耳给元素下了明确的定义、1803年英国化学家道尔顿创立原子学说、1811年意大利化学家阿伏加德罗提出分子学说,人们才逐步认识到物质的组成、结构以及发生的化学变化,逐渐形成了完整的化学体系,化学才真正成为一门科学。 到了19世纪末,随着X射线和电子的发现,人们对物质结构的认识逐渐深入,打破了道尔顿原子不可分割的观念。此后,随着建立在卢瑟福有核原子模型、普朗克量子理论和爱因斯坦光子学说基础之上的波尔原子结构理论的提出,标志着现代化学的兴起;薛定谔方程的建立,更直接揭示了微观世界微粒运动的深层奥秘;而在量子力学基础上发展起来的化学键理论,使人类进一步了解到分子结构与性能之间的关系,大大地促进了化学与材料科学的联系,为发展材料科学提供了理论依据。通过化学发展史的介绍,使学生丰富化学历史知识,了解各个时期化学发展的标志性成果及对社会发展所起的巨大作用,由此激发学生学习普通化学的兴趣,为以后的专业课学习打下坚实的基础。 除了激发学习兴趣,化学史的讲授还可以给人以智慧,即尊重事实、追求真理的科学情感和态度,百折不回、锲而不舍的科学品德和情操,勇于探索、勤奋创新的科学精神和方法。如讲述诺贝尔这样的伟大科学家的奋斗历程、学术成就、品德修养,描绘科学家实事求是、一丝不苟的科学态度,锲而不舍、持之以恒的拼搏精神,对提高学生的科学素养会起到潜移默化的作用,更为重要的是,在这个过程中还可以培养学生优良的道德品质,以及正确的人生观和价值观[5]。 三、阐明材料专业只有以化学为基础,方能引领科技的发展,进一步激发学生的学习热情 材料是人类生存、社会发展、科技进步的坚实基础,是现代化革命的先导,人们把信息、材料、能源作为社会文明的支柱。如今,材料已成为与国民经济、国防建设和人民生活息息相关的重要组成部分。通过功能材料的设计合成,如超导材料、微电子材料、光子材料、信息材料、能源转换及储能材料、生态环境材料、生物医用材料等,制造各种高科技功能元器件。发展功能材料正在成为国家提高国际竞争力,增强经济实力,甚至是强化军事优势的重要手段。 当前,化学在推动人类进步和科技发展中起到了优秀作用。化学首先是基础的优秀科学,它不仅可以制造或创造出自然界已有的或不存在的物质,提供分析手段,还可以预测、裁剪、设计分子,揭示物质结构、性质和功能之间的关系;其次化学还在相关学科的发展中起了牵头作用,化学研究不仅带动了其他学科的过程研究(工业、农业、环保、能源),而且极大地带动了材料科学的发展。材料学科的发展、功能材料的设计,只有以化学为基础,才能合成出具有特殊物理性能、化学性能、力学性能等的功能材料。通过讲解材料领域的前沿知识,使学生了解材料与化学之间的密切联系,提高学生对学习化学重要性的认识,激发学生学习化学的热情,为材料专业课的学习奠定扎实的理论基础。 四、多种教学手段的综合运用,进一步改善教学效果 兴趣是学好知识的基础和保障,也是学生学习的源动力。为吸引注意力,提高兴趣,在课堂教学中,笔者运用多种教学技巧提高教学质量,改善教学效果。首先是充分发挥多媒体教学的优势。多媒体课件可以综合多种教学艺术效果,根据绪论课的特点,结合学生的专业特色,通过精心设计,恰当使用图片、文字、声音、动画等形式,充分发挥多媒体形象、直观、交互性强的优势,创造生动的教学氛围,增强趣味性,激发学习兴趣,达到最佳教学效果。其次,通过查阅相关历史及文献资料,以材料知识为主线,以化学知识为背景,通过讲授化学史上的中国人及中国化学史上的世界第一,激发学生的学习热情。最后,结合自己的科研方向和研究成果,讲授材料领域的前沿学科进展,让学生产生共鸣,拉近师生间的距离,提高他们学习的主动性。总之,通过多种教学技巧的运用,增加课堂表现力和感染力,从而有效地激发学生的兴趣。 普通化学基础理论教学是材料专业学生学习的一项必修课程,是培养专业人才的一个关键环节。培养高素质的合格人才,激发学生的求知欲,增强学生的自信心,培养学生正确的人生观和价值观,做好绪论课教学,至关重要。俗话说,“良好的开端是成功的一半”,“学贵刻苦、教贵善诱”。教师通过不断充实教学内容、渗透科研前沿、总结教学经验,讲授一堂重点突出、条理清晰、内容翔实,集科学性、历史性、趣味性、艺术性于一体的生动的绪论课,不仅可以培养学生对普通化学的学习兴趣,还将对学生专业课的学习以及综合素质的提高打下良好的基础。 材料化学论文:材料科学与工程专业物理化学课程教学改革的几点建议 摘要:物理化学是高校材料类专业重要的基础课程。介绍了石河子大学近几年来材料科学与工程专业物理化学课程体系中出现的一些问题,以及教学改革与探索的几点建议,包括教学体系的重构、改进教学方法、强化实验配套教学。以此为举措,推动提高教学质量提高。 关键词:材料类专业;物理化学;教学改革;建议 物理化学课程是高校化学专业最重要的一门基础课程,该课程内容丰富、前后连贯、逻辑推理清晰、理论性强,不仅可对化学、化工、环境专业学生开设,也可为生物、材料、食品、水建等专业学生设置。随着社会的发展和科学技术的进步,高等学校不断深化教学改革,全面提高教学质量,对物理化学学科的课程讲授和发展也提出了更高的要求。结合我校的实际情况,以及我们近几年在建设校级精品课程的探索与实践,重新审视材料科学与工程专业物理化学课程的教学内容、教学方法和教学环节,发现目前我校材料专业物理化学课程教学中还存在以下的问题: 1.现行的教学计划中,无机化学相关课程以及后续一些专业课,与物理化学授课内容中有一些重复之处。 2.教材中抽象理论太多,造成了学生对这门基础课程产生了比较枯燥无味的感觉;加之内容多,课时量有限,老师在课堂讲授中不能针对某一化学原理或原理推导过程进行深入的剖析和讲解。 3.与之配套的物理化学实验课,经常采用多个班级集中循环进行试验的模式,有时理论部分未讲授到,但实验课程因为循环时间到,又必须开始,即实验内容超前于理论教学的进度,或者理论课早已讲授完毕,而实验课程却推后进行,学生不能及时将理论和实验相联系,无法达到预期的教学效果。目前我校物理化学的实验内容,基本以验证基础理论为主,缺少综合性、设计性及性能测试试验,因此物理化学实验体系缺少培养学生创新思维的意识以及提高学生动手能力的舞台。 因此,需要积极推进课程体系改革,充实和更新教学内容、改进教学方法、丰富实验教学,从而全面提高物理化学课程的教学质量和效果。 一、优化整合相关学科内容,打破学科壁垒,构建新的教学体系 对于我校材料科学与工程专业,按照2013版教学大纲的要求和已制定的教学计划,其中包含的课程,如无机化学、无机非金属材料、催化作用原理、胶体与界面化学等专业课,它们都与物理化学课程密切相关,有些课程如催化作用原理和胶体与界面化学,直接是从物理化学的大体系中划分出去的。由于我院材料专业招生时间不长,而这些课程总是不同的教师授课,教师之间就授课内容未来得及进行充分的交流,经过几年的授课,发现同一知识点的简单重复难以避免。因此,建议课程组就这一现象,加强教师间的交流与合作,将这些课程的内容进行有效的整合,突破原来以学科和专业来划分的粗放型的课程体系,建立起适合于自己专业的有效课程体系,是目前我院物理化学教学改革的一项重要任务。 我校材料学科专业物理化学课程采用的是南京大学沈文霞主编的《物理化学优秀教程》第二版教材,主要的授课内容包括热力学(热力学第一定律、热力学第二定律、化学平衡和相平衡)和动力学部分(包括化学反应速率、电化学、表面现象和胶体化学),共56课学时,大学二年级上半年授课;而无机化学,同分析化学一起共48学时,无机部分主要讲授热化学(热力学第一定律)、稀溶液的性质、胶体溶液、化学平衡及化学反应速率;根据教学大纲的安排,胶体和界面化学、催化作用原理这两门课程各安排24个学时,在大学三年级下学期开展。通过几年授课,经老师观察和学生反映不难发现,以上所述这些课程,在知识内容上相互之间都存在着一定的重复性和交叉性。 针对课程内容重复的问题,为了避免盲目浪费学时数,有效改善不同课程之间的重复授课,充分利用大学课堂掌握更多的知识,使我们在课堂上的几十分钟内有效地完成教学任务,这里提议对材料系开设的几门相关课程教学内容进行整合,使每门课都有其侧重点,建议组建一个全新的教学体系,同时要照顾到这些学科知识的完整性和独立性。例如,讲授无机化学课程时,建议把化学热力学和化学平衡作为重点内容详细讲授,而其他内容,如电化学、相平衡和化学反应速率这些内容作为物理化学课程的授课侧重点。物理化学理论课程中的胶体、表面现象则可放在胶体和界面化学以及催化作用原理这两门课程中主要讲授,物理化学课程就不讲授这部分内容。这样既节省了时间,又突出了重点,不仅使教学内容独立而完整,还可以适当减轻因课时量小带来的物理化学的教学压力,弥补了物理化学课程内容多、课时少的矛盾,老师在授课的过程中再也不担心时间不够用而只能浅显的表述;对于学生来说,仍然是掌握了整个物理化学的原理,而且更加坚实。 二、掌握专业知识框架,改革教学方法 通过对物理化学课堂的观察,发现学生们刚开始对这门课还保持有神秘感,大多数同学对这门课还是很有兴趣的,加之从师哥师姐们那里听说这门课容易挂科,因此学生们刚开始上课的时候都很认真。但是随着课程的深入,部分同学开始松懈,开始排斥这门课程,以至于后来干脆放弃学习。经过细心调查分析发现,学生们在失去学习兴趣后,慢慢迷失在这门课程中。尽管老师在课堂上一再强调要理清楚各章节之间内容的联系,重点记忆关键结论,但大部分同学仍然做不到,不能掌握物理化学课程的知识框架,也没有选择性的记忆关键问题,总是被动地接受课堂上讲授的内容,甚至被很多的数学推导过程迷惑。而实际上这门课程内容衔接紧密,逻辑性很强。把各章节之间的知识框架理清楚之后,就坦然的接受和明白了各章的结论,也有利于知识点的重点记忆。在教学过程中,注重课程之间的联系,通过知识点的连接和相关内容衔接相关的课程,及时引导学生把所学的内容纳入到学科的框架中,帮助学生建立较完整的知识框架,不要迷失在盲目的理论推导中。 物理化学这门课理论性很强,内容较多而抽象,公式又多,学生接受很困难,这就对老师的课堂教学提出了更高的要求。为了能够进行有效的课堂教学,激发学生的学习兴趣,常把日常生活现象中涉及的物理化学原理介绍给学生。比如,举例高温下食物容易变质的问题,联系化学动力学的理论加以说明;讲解温度对反应平衡和反应速率的双重影响时,例举合成氨工业中如何选择最佳温度;涉及讲授表面化学的理论时,可以例举农民锄地能防止水分蒸发的现象,或者小气泡、液滴、呈球形的现象,加以解释后,学生就会对表面性质有清晰的认识;讲授渗透压的时候,联系渗透压的作用,提问为什么肥料用多了农作物会“烧死”?打吊瓶时为什么会感觉到疼痛?让学生带着问题听课,面对生活中各种现象去思考,多问几个为什么,自己到物理化学中去寻找答案,激发学生学习这门课程的兴趣,也就达到了提高教学质量的目的。 除此之外,在课堂上还可以采用小班讨论或者Seminar讨论式教学模式,以教师和学生为共同的教学主体,就某些共同关注的问题,在和谐的气氛中进行讨论,加强教师和学生之间的交流和沟通。课下,利用我校教务处网站的网络教学平台,与学生进行课下的交流和习题讨论、小测验等,与传统的课堂教学模式相比,它具有互动性、合作性、学术性的优势。 三、强化配套实验教学 实验教学在物理化学课程的教学中占有十分重要的地位,它与物理化学课程紧密配合,巩固和加深对物理化学原理的理解,提高学生对知识灵活应用的创新能力,还培养了观察和分析问题的能力。 为了避免实验课程超前理论课程,建议在学习完物理化学相关理论后,及时在学期后半学期开设实验课程。课程组已经设置独立的实验课并计算学分,如:配合表面现象,开展了液体表面张力的测定实验、粉体粒度分析实验;为了巩固反应速率反应章节的学习,开设蔗糖反应速率常数、乙酸乙酯反应速率常数的测定实验等。同时,也应鼓励学生根据所学理论,合理设计实验项目,开展综合性创新实验,增加设计研究型实验,根据设计实验的题目、要求等内容,让学生查阅相关资料,并利用学过的理论知识,选用相关的仪器、药品,分析实验中的难点和关键步骤等,自行完成实验内容、并上讲台讲授实验,以培养学生发现和解决问题的能力。 经过几年的探索和实践,我院化学化工学院材料专业物理化学课程的教学改革将有助于提高学校物理化学课程的教学质量和效果,促进了物理化学这门校级精品课程的建设和发展。 材料化学论文:应用型本科院校材料化学专业教学改革探析 摘 要:我国高等教育已进入大众化阶段,地方本科院校材料化学专业应以应用型人才培养为目标,突出地方特色,科学定位办学目标,优化专业课程体系,加强师资队伍建设,改革课程考核评价机制。 关键词:应用型本科院校;材料化学;教学改革 推进教育教学改革,提高教育教学质量和人才培养质量,是高等教育发展的优秀任务。进入21世纪以来,我国的本科教育进入大众化教育发展阶段,客观上要求多数本科院校转向以培养应用型本科人才为主。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010―2020)》、教育部颁布的《关于全面提高高等教育质量的若干意见》(高教三十条)等相关文件均指出:地方本科院校的办学应以科学发展观为指导,以地方经济社会发展对应用型人才培养的要求为导向,遵循高等教育基本规律,要深化教学改革,突出优势,强化特色,培养符合地方经济社会发展需要的应用型本科创新人才。因此,结合材料化学专业特点和应用型人才培养要求,优化课程体系,改革教学内容,突出专业特色,加强师资队伍建设,改革课程评价机制,推动材料化学专业的教学改革,是新形势下应用型本科院校的一项紧迫任务。 一、材料化学专业建设存在的问题 (一)办学目标不明确 目前全国各应用型本科院校中开设的材料化学专业,其专业建设并没有形成自己的办学特色,不少新建本科院校很多只是简单地照搬其他重点大学如“985”或“211”高校的材料类专业或者化学化工类专业的人才培养方案,并没有把其他高校的培养方案引进来后,根据本校本地区的实际情况进行充分吸收与相互融合,这样造成很多新建本科院校在专业设计上同质化现象越来越严重,学生所学习到的专业知识和技能越来越不能适应市场发展的需要。因此,目前应用型本科院校的材料化学专业在办学过程中普遍存在办学目标不够明确,办学定位缺乏一定准确性的问题。 (二)课程体系不合理 不同规格的人才培养需要有相应的课程体系来保证和支撑,课程体系是人才培养的总体蓝图,是实现人才培养目标的主要依据和手段[1]。总体而言,目前我国新建本科院校的课程结构不够科学合理,课程体系不够完整,教学内容相对陈旧。作为一门实践性很强的应用型学科,材料化学专业的课程体系应体现专业培养特色,综合考虑所设置的相关课程之间的有机联系,但目前各本科院校在课程体系构建方面存在以下主要问题:一是少数专业课程由于师资力量不够存在因人设课现象;二是专业课程的部分内容重复较多,学时分配也不够合理;三是专业主干课程缺乏系统性,理论课程的门数和学时偏多,实践课程的门数和学时偏少。此外,课程设置上必修课的比重较大,而选修课的比重较小,且缺乏整体的有机联系。总之,这些传统的课程结构设置不能体现学生创新精神和实践能力的培养,达不到应用型本科院校“宽口径、厚基础、强能力”的培养目标,不利于应用型本科创新人才的培养。 (三)师资力量薄弱 在我国高等学校序列中,地方高校占高校总数的90%以上,是我国高等教育的主体部分,地方高校师资队伍的建设与优化是国家“人才强国”战略的重要保障[2]。目前,各应用型本科院校的材料化学专业专任教师虽然人数不算少,但由于所处地域原因以及待遇因素,引进的高素质专业人才数量仍然偏少,不能满足本科院校新形势下的教学需求。与此同时,由于应用型本科院校大多是由专科学校升格而成,虽然升格以来引进了一大批具有博士或硕士学位的青年教师充实到教师队伍中来,但这些青年教师大多缺乏工程实践经验,这对培养应用型人才的高校而言,极大地影响教学质量,从而影响人才培养质量。此外,高层次人才是引领和带动学校学科建设和专业发展的“领头羊”,应用型本科院校不同程度地存在着高层次人才匮乏,尤其是学科带头人紧缺的问题,着力解决好高层次人才相对匮乏的问题是当前应用型本科院校持续发展和提升办学水平的迫切工作[3]。 二、材料化学专业教学改革的路径 (一)科学定位办学目标 应用型本科院校的办学目标要充分考虑本地区区域经济社会发展情况,积极挖掘特色质点,加强学生应用能力的培养,合理设置专业方向,形成与区域经济社会发展需要相适应、结构优化的专业办学特色。材料化学专业是教育部近年来新设置的一个专业,各本科院校应该明确本校的专业定位,结合本地区的实际情况,突出专业特色,科学合理设置专业办学目标。人才培养定位是高校实施教学计划的主要依据,明确自身定位、提高教学质量是高校办学育人的基础所在[4]。湖南人文科技学院材料化学专业应用型人才的培养目标应该是:培养德智体美全面发展,具有较高的思想道德素质、人文素质和良好身体心理素质,掌握材料化学的基本理论、基本知识和基本技能,了解材料化学领域的理论前沿、最新动态和应用前景,具有运用专业知识和技能解决实际问题的能力,具有较强的创新创业能力,能够在材料化学及其相关领域从事生产、应用开发和管理工作的应用型人才。 (二)优化课程体系与教学内容 课程体系是指一所大学根据本校制订的培养目标而设计的课程整体,课程体系不是简单的指课程设置,不同类型的学校,其课程体系也应当是不同的,这是创办富有特色大学的必要条件[5]。因此,应用型本科院校对本校的专业课程体系进行改革和优化时,既要突出本校的专业办学特色,又应体现应用型本科院校注重应用的特点。湖南人文科技学院的材料化学专业本次重新修订了人才培养方案,对课程体系进行了整体优化,并对相应的教学内容进行了调整,使之更符合专业办学特色和专业综合改革的要求。 1.优化课程结构 湖南人文科技学院材料化学专业根据市场人才需求宽口径招生,强化通识教育,培养综合素质,不断优化课程体系,在本次人才培养方案修订中将理论课程设置为公共必修课、专业必修课、专业限选课、专业任选课和公共任选课共5个课程模块。 第一,公共必修课主要是培养学生具有正确的世界观、人生观、价值观和较强的民主法制观念与较高的社会责任感,具有健康的体魄和良好的心理素质。公共必修课包括“思想道德修养与法律基础”、“马克思主义基本原理概论”、“思想和中国特色社会主义理论体系概论”、“形势与政策”、“大学生就业指导”、“大学生健康教育”、“高等数学”、“线性代数”、“大学物理”、“大学英语”、“大学计算机基础”、“大学体育”、“大学语文”等。 第二,专业必修课主要包括“无机及分析化学”、“有机化学”、“物理化学”、“材料概论”、“工程力学”、“工程制图”、“化工原理”、“材料科学基础”、“材料测试方法”、“材料制备原理”、“热工基础”等,目的是培养学生具有扎实的材料化学专业知识,具有较强的分析问题和解决问题的能力。 第三,根据企业实际和市场需求以及地方区域经济发展情况,专业限选课设置两个专业方向:陶瓷材料方向和能源材料方向。陶瓷材料方向开设“陶瓷工业机械设备”、“陶瓷工艺学”、“无机材料物理性能”、“特种陶瓷”等课程;能源材料方向开设“现代新能源材料”、“化学电源基础与应用”、“化学电源设计与制造工艺学”、“新能源材料与器件发展动态”等课程。 第四,专业任选课包括“金属材料概论”、“复合材料概论”、“专业外语”、“材料工厂设计”、“粉体工程”、“信息检索与应用”、“纳米材料”、“标准化概论”、“材料科学新进展”、“计算机在材料科学中的应用”等课程,学生从中任选6门课程学习。这些专业任选课的开设可使学生更多了解材料化学专业的理论前沿、最新发展动态及应用前景,了解与本专业相关的学科和边缘学科现状及发展趋势,从而可拓展学生的专业视野,为今后就业打下坚实而宽广的专业基础。 第五,公共任选课由学校其他系部开设,包括中华传统文化类、艺术素养类、科学素养类、应用技术类、教师教育类、其他类别类等六大系列课程,学生从中任选5门课程学习。通过该类课程的学习,可使学生实现文理科相关知识的交叉渗透,也是大学教育的努力方向。 为了突出专业培养特色,增强学生对企业实践知识的了解和熟悉程度,在材料化学专业人才培养方案中,我们从专业课程中选择其中6门体现专业特色的课程,组建校企联合授课模块,包括“材料测试方法”、“热工基础”、“材料工厂设计”、“材料科学新进展”、“材料产品技术概论”、“标准化概论”等。 2.合理构建实践课程类型 材料化学专业是一个与生产实际联系非常密切的应用性非常强的专业,在对理论课程整体调整和优化的同时,也必须重视实践教学课程,以提高学生动手能力以及分析和解决问题的能力。该专业的实践教学课程主要设置为校内和校外两个实践模块。校内实践教学模块主要包括公共实践必修课、专业基础实验课、专业实验课等。公共实践必修课主要包括“大学计算机技能训练”、“军事理论与训练”、“素质拓展教育”、“就业实践”等。专业基础实验课主要包括“无机化学实验”、“分析化学实验”、“有机化学实验”、“物理化学实验”、“化工原理实验”、“材料测试方法实验”等。专业实验课主要有“陶瓷制备与性能实验”、“化学电源综合实验”等。材料化学专业的实验教学内容要充分考虑其科学性和系统性,既要强化基础实验课必须掌握的各项理论知识和基本实践技能,同时又要多设置一些综合性实验和设计性实验,减小验证性实验的比重,鼓励学生大胆创新,提高学生的综合设计能力、实践创新能力以及分析问题与解决问题的能力。校外实践课程主要包括“校企合作教育(一)”、“校企合作教育(二)”、“校企合作教育(三)”以及“生产实习”等,这些课程的开设可扩大学生的专业知识面,增加实践技能,同时可将所学专业知识应用到生产岗位,提升学生解决实践问题的能力,使学生得到系统的工程训练,成为更符合社会需求的应用型人才。 (三)加强师资队伍建设 材料化学专业应用性强,与企业生产实践联系紧密,因此要培养出高素质的材料化学专业人才,就必须拥有一支高素质的教师队伍。针对应用型本科院校目前的师资队伍现状,有必要重构师资素质,既要重视教师专业理论知识与学术水平的提高,也要注重在新形势下专业教师创新能力与实践知识的培养。笔者认为,可从以下几个方面考虑来加强师资队伍建设:一是鼓励教师进修攻读硕士和博士学位,进一步增强教师专业知识,全面提升教学理论水平和能力;二是加强青年教师的教育教学培训工作,重点对新进教师进行教学方面的长期培训,建立考核机制,同时完善老教师指导制度,以帮助青年教师过好教学关;三是确定2―3个专业带头人培养对象,通过3年左右时间的培养,遴选出本专业的带头人;四是可考虑选择5―7门专业主干课程进行重点建设,每门主干课程的建设周期为2―3年,加强教学团队建设,整体提升教师队伍的专业能力和教学水平;五是鼓励和遴选专业教师分期分批到相关企事业单位进行短期挂职锻炼(3―6个月),拓宽教师视野,增强实践知识与理论知识的结合,使教师的知识结构与能力结构得到进一步调整和充实,从而提高专业教师的实践动手能力和知识更新能力;六是聘请校外相关企事业单位的“双师型”人才为专职教师或兼职教师,充实到教学团队中,参与校内专业人才培养方案制订、专业课程教学等工作,提高教师实践能力的整体水平。此外,学校还可定期通过举办讲座等形式,邀请国内著名高校、科研院所的专家学者以及有实践经验的企业老总或者技术开发人员来校讲学,让相关教师能够更多地了解和熟悉本专业的最新研究进展,及时更新自己的专业理论知识和实践知识。 (四)改革课程考核评价机制 逐步建立“考核内容综合化、考核形式多样化、考核过程全程化”的多元型课程考核模式,以考核方式改革促进教学模式改革。首先,对于“材料科学基础”、“材料制备原理”、“工程力学”、“化工原理”等专业理论课程,改变期末考试的单一考核方式,可采取课程教学的过程性考核(如增加平时考核、期中考核等方式)和期末考核相结合,实行课程考核方式多样化;而对于专业性比较强的理论课程(如“复合材料概论”、“材料工厂设计”、“化工制图”、“专业英语”等),可实行半开卷或开卷考试,在考试内容上尽量多采用综合性试题来衡量学生对该门课程的掌握程度,侧重学生思维能力和专业知识综合应用能力的考核。其次,对于专业实验课程(如“无机化学实验”、“分析化学实验”、“化工原理实验”、“材料测试方法实验”等)的考核,如果单纯地以每次实验报告的成绩为依据进行考核,容易出现高分低能现象。可考虑采用平时成绩(占30%,包括出勤情况、实验课堂表现、实验报告等综合考评)、期末实验操作考试(占30%,包括对所随机抽中的实验项目的实验过程熟悉程度、操作规范度、实验结果等综合考评)以及期末笔试测试(占40%,包括对平时所有实验项目内容进行考评)等多样化考核对学生学习情况进行综合评价。最后,对“毕业论文”、“校企合作教育”、“生产实习”等实践课程,要细化考核指标体系,实行实践课程的全过程考核评价机制,加大平时考核的成绩比重,把对学生的平时考核与期末总结性考核有机结合,科学评价该类课程的实际教学效果。 材料化学论文:浅淡材料化学专业的高分子化学实验教学改革 [摘 要]高分子化学实验是我校材料化学专业学生学习的一门重要的实验课程,该课程既能使学生进一步理解和掌握理论知识,又能培养学生的动手能力及科研素养。通过让学生参与实验的准备工作、实验设计等活动,对高分子化学实验教学进行改革,激发学生的学习兴趣,提高学生的基本实验能力。 [关键词]材料化学专业;高分子化学实验;教学改革 《高分子化学》是有机化学的后续课程,但同时更是高分子材料科学的启蒙课程,是学生掌握高分子科学基本理论和分析、解决高分子材料加工过程中的问题的基础课程。考虑到我校材料化学专业的一个重要发展方向是高分子材料, 《高分子化学》被选为材料化学专业的优秀课程。高分子化学是一门以聚合物合成实验为基础的课程,聚合物合成实验教学有别于一般有机化学实验,但又是以有机化学实验为基础,它是培育创业创新人才的一个重要环节,是材料化学专业联系生产实际的实用性教学。高分子化课程实验教学相比于理论课程教学更具趣味性、实践性、复杂性、研究创新性。高分子化学实验教学在整个高分子化学的教学活动中起着重要的推动作用。 高分子化学实验教学属于课程内教学,开设的实验课程内容中有一部分能够很好地体现高分子科学的发展成果,学生的实践与创新能力在某种程度上能得到锻炼。但是仍然存在相当一部分验证性、认知性的实验,而且实验教学环节依然偏重于理论,注重高分子材料实用性的实验不多,不利于学生学习有关高分子材料的制备与加工。在学生进行高分子化学实验过程中,学生一般是按照已有的实验过程进行实验。实验前教师对相关实验重点、难点、细节等方面进行集中讲解,学生只需按照教师提供的实验过程,即可顺利完成实验。如此实验教学,不但阻碍了学生发现问题的能力、分析与解决问题的能力以及创业创新意识的提高,还使学生对教师产生依赖,并且抑制了学生的独立思考及创新能力的挖掘。 我校材料化学专业具有工科特色,和高分子材料专业比,材料化学专业的高分子材料相关课程的课时相对较少,开设《高分子材料化学》(《高分子化学》)、《高分子物理》与《高分子材料加工工艺学》,总共课时不到140学时。如何在有限的时间内,使我校的材料化学专业的学生既能掌握高分子科学的理论基础知识与学科前沿,又可以激发学生学习高分子材料的兴趣,是一个非常值得探讨的问题。 一、分配学生参与教师的前期实验工作 前期实验工作是实验顺利进行的前提条件。相比基础课程中的无机、有机化学实验,高分子化学实验有更多的实验前期工作需要准备,包括检修与调试反应仪器装置、玻璃器皿的清洗、配制溶液(如提纯单体、引发剂)等。粘附在玻璃仪器上的聚合物难以清除,学生在清洗玻璃仪器等设备的过程中,既懂得实验的成功来之不易,又能初步掌握聚合物的溶解性质。如聚苯乙烯单体中一般要加入微量的对苯二酚等阻聚剂,以避免溶液在储存、运输的过程中发生聚合(变质)。所以为了使实验顺利进行,缩短反应时间,开始实验前,在教师的指导下学生采用减压蒸馏的方法对单体(加入阻聚剂)进行提纯。这样,学生既加深了对阻聚剂阻聚原理的理解,又掌握了减压蒸馏的操作方法。通过积极参与实验前的准备工作,学生懂得实验的成功不仅取决于实验过程,而且与实验前期工作密切相关,从而更加重视实验教学过程。更重要的是,通过参与教师实验前期工作的准备,加深了对课堂理论知识的理解,熟悉蒸馏、重结晶等提纯化学物质的方法。 二、设计能激发学生学习兴趣的实验 调动学生学习主动性的一个重要举措是激发学生的学习兴趣。要激发学生的学习兴趣,设计的实验最好是学生既熟悉又陌生的内容。如尼龙66的制备实验,尼龙绳、尼龙袜子等,生活中很常见,但是如何在实验中采用己二酰氯与己二胺的界面缩聚来制备学生却不清楚,这势必将大大提高学生主动参与实验的兴趣。而且实验装置相对简单,一个烧杯即可完成。当学生将有机相与水相混合后,在两相界面马上就能看到一层聚合物薄膜的生成,而且该层薄膜拉出之后,又立即生成新的聚合物薄膜,可以连续不断地拉出,形成纤维状物质。实验操作不复杂,成功率高,过程新颖,操作明了,学生学习的积极性高。 三、注重开设实用、应用型实验 高分子化学实验教学为学生的创业、创新意识的培养提供了良好的环境条件,尤其是一些能结合实际生活的应用型高分子材料的制备,能使学生体会到高分子化学实验的实用价值,有利于激发学生走向的创业、创新。如在“聚丙烯酸型高吸水性树脂的制备”实验中,高吸水性树脂可用于日常生活用品如尿不湿等,由于该产物的实用性强,一方面可以提高学生动手实验的积极性;另外一方面也使学生深刻认识到高分子材料是一个与人们的日常生产生活息息相关的学科方向。类似的高分子材料还有粘接剂、涂料等,这些实验的开出将会使学生对未来从事该行业的信心倍增。 四、适当设计综合型实验 教材内高分子化学实验大多数是认知和验证型实验,学生只需要按实验参考书的步骤操作基本就能完成。如此实验虽然可以使学生的动手能力得到一定程度的提高,却不能使学生的综合能力、分析和解决问题的能力、创新的能力等方面得到合适的锻炼。综合型实验是内容和步骤较为复杂的实验,其中包含多个的知识点和基本实验操作,需要结合多方面的理论知识和技能,才能够顺利完成。综合型实验既能够训练学生综合运用所学理论和实践的技能,又能培养和提高其发现问题、分析问题、解决问题的能力。在综合型实验训练过程中,学生主动思考,敢于提出问题、分析问题和解决问题,学生的科学思考和创新意识获得很大的提升。 五、开设研究型实验 学生经过综合型实验的基本训练后,实验理论知识和专业实验技能都有了一定程度的提高。为了使学生了解高分子科学学科前沿、激发学生创业创新的动机,教师允许学生采取自愿组合的方式组成若干个科研兴趣小组。通过查阅文献资料,小组讨论提出实验方案,并与指导老师讨论方案的可行性,最后开展实验。结束时,上交实验记录由指导教师批阅给出评价,并讨论实验的得失。整个过程中,要求学生提交文献综述、可行性方案、实验报告或科研论文,锻炼写作科研论文的能力。显然研究型实验需要教师付出更多的劳动,为学生创造一个独立完成、接近实际科学研究的环境。研究型实验有利于提升学生分析问题、解决问题、独立工作、团队精神及创业创新等方面的综合能力。 六、改革实验成绩的考核方式 一个好的实验成绩考核方式要能够反映学生在实验教学过程中各个环节的表现。仅凭一份实验报告来评定学生的成绩是远远不够的,学生在预习实验、搭建装置、清洗仪器设备、打扫卫生等方面的工作都将得不到很好的体现,缺乏客观性和公正性。因此,可以借鉴无机、有机化学实验的考核方式,将实验成绩的评定方式细化:平时实验成绩60分,包括书写预习10分、统一服装5分、装置搭建10分、规范操作10分、卫生情况5分和提交报告20分;期末实验操作考试40分(随机抽取)。将实验成绩的评定标准在开课前公布,使学生不得不复习巩固所有开设的实验,从而达到熟练掌握各项实验技能的教学目标。 七、结束语 高分子材料作为我校材料化学专业一个重要的培养方向,《高分子化学》成为材料化学专业的优秀课程,直接影响《高分子物理》《高分子材料加工工艺学》等后续课程的学习。我校材料化学教研室已通过对高分子化学实验教学的改革,在激发学生学习高分子化学科学的兴趣,提高学生的实践技能、创新能力和创业意识等方面有所收获。2015年3月5日,全国人民代表大会第十二届第三次会议开幕,国务院总理同志在作政府工作报告中提及 “大众创业、万众创新”。今后,我们将秉成这一新理念,继续深入研究与探索,使高分子化学教学不断适应社会发展的要求,为培育更多材料化学领域的优秀人才做不懈的努力。 材料化学论文:量子化学在电致发光材料分析中的应用 【摘 要】利用量子化学半经验方法可以研究电致发光材料的电子机构、几何构型、光谱性质等等。可为电致发光材料的合成和选用提供诸多指导性建议。本文通过对最近量子化学在电致发光材料合成和分析的应用类文章进行了归纳总结,粗略地说明了量子化学在电致发光材料合成中所起的作用。 【关键词】量子化学;电致发光材料;合成 0 引言 有机及配合物电致发光(EL)和非线性光学材料在高新技术中的广泛应用,受到人们的关注并得到积极的研究[1-3]。近30年来,随着量子化学计算方法和分子模拟技术、以及计算机技术的飞速发展,对材料科学的发展产生了深刻影响。利用量子化学计算方法方法研究EL材料的电子结构和光谱性质,以全自由度优化几何结构为基础,计算化合物的电子光谱。对研究此类材料的性质及合成有指导性意义计算结果是实验结果基本吻合。本文主要介绍量子化学在EL材料研究中的应用及进展。 1 量子化学研究EL材料的方法及原理 就量子化学的几种计算方法来看,从头算法虽然有严谨的理论支持,能得到较好的计算结果,但是当遇到诸如酶、聚合物、蛋白质等大分子体系时,计算很耗时,其计算代价无法承受[4]。为了在计算时间和计算精度上找到一个平衡点。采用量子化学半经验方法AMI进行了理论计算包括构型优化、振动分析电子光谱计算。科学家们以从头算法为基础,忽略一些计算量极大,但是对结果影响极小的积分,或者引用一些来自实验的参数,从而近似求解薛定谔方程,就诞生了半经验算法。如:AM1,PM3,MNDO,CNDO,ZDO 等[5,6]。目前,对多类EL材料的研究大部分都是基于量子化学的半经验方法。 2 光谱性能的量子化学半经验计算 EL材料的发光颜色与材料的荧光光谱有密切的关系,荧光即是电子由第一激发单重态跃迁回基态所产生的降级辐射。目前对光谱性能的量子化学计算多半基于量子化学半经验方法PM3和AM1,先对化合物的几何构型进行了全参数优化, 得到其稳定构型,再进行振动分析,在此基础上利用单激发态组态相互作用方法(CIS)计算它们的电子光谱。 比如苏宇,廖显威[7]等人采用量子化学半经验方法PM3对三种黄酮类化合物的荧光光谱进行了理论研究。对各化合物优化后的构型作了振动分析,均未出现虚频率。在此基础上,采用单激发组态相互作用方法(CIS) 计算荧光光谱,所有计算结果与实验值基本吻合。廖显威,李来才[8]采用单激发组态相互作用(CIS)方法,分别计算了4 种稠环芳烃的电子光谱,选了801个组态进行计算,所得结果与实验值基本吻合。他们还对几种含氮芳烃化合物有机EL材料,对FL-4、 FL-7、FL-10 和FL-12的光谱进行研究,计算结果与实验值基本相符合。薛照明,张宣军[9]等用PM3/SCI方法计算了三个分子的电子吸收光谱,测定了三个分子的电子吸收光谱和荧光光谱(DMF溶液)。结果表明理论计算值与实验值相当吻合。高洪泽,石绍庆等利用量子化学半经验AM1及INDO/SCI方法研究了B与8-羟基喹啉的螯合(LiBq4)的电子结构和光谱性质,计算得到基态到各激发态的垂直跃迁能和振子强度,获得电子光谱。分析出由于配体中苯酚环、吡啶环对不同前线轨道的贡献不一样,所以在吡啶环和苯酚环上引入取代基会对光谱发生影响,为分子设计提供理论指导。 3 量子化学对EL材料结构的分析 结构与性能的关系一直是量子化学的主要研究领域,它涉及的范围非常广泛,从无机小分子、有机分子到高聚物和生物大分子,从人为设计的理想模型分子到实用的药物分子和材料分子等[10]。通过结构与性能的研究,人们可以逐类地对一些化学现象进行统一的解释,得出一般性的规律,进而预言一新的化学事实,指导设计新的实验。目前国际上关心的课题主要有:重要新型无机分子、有机分子和原子簇化合物的化学键本质的研究;重金属、稀土元素化合物的成键规律;(半)导体材料、磁性材料、光电材料等。 高洪泽,石绍庆[11]等通过量子化学半经验方法研究了蓝色有机薄膜电致发光材料LiBq4 电子结构,国外研究人员在这方面已做了不少努力,合成了很多类型的蓝色发光材料并且制备了相关器件[12-15],但多数都没有获得突出的结果。由于LiBq4体系相对分子质量较大,迄今未见有对其进行理论研究的报道.他们通过计算结果表明,各个喹啉环基本保持各自的面共轭结构。计算得到的稳定几何结构和的主要键长。为探讨其发光机理及B和Li 元素在其中所起的作用及M ―N键的共价性、离子性对发光的影响,为进一步探索合成与设计具有优良性能的蓝色发光材料提供理论依据和指导。 4 振动分析 判断分子是否处于稳定构型的一个重要方法是看它的振动光谱是否出现虚频率[16]。刘芳玲,张红梅[17]等对萘及其卤代化合物在B3LYP /6-31G水平下优化了4种化合物的几何构型, 在振动分析中,其振动光谱均未出现虚频率, 说明构型优化基本合理性。 5 前景与展望 近些年来虽然量子化学在研究和分析EL材料方面,解释了一些实验现象,揭示了不少前期未被理解的机理,甚至预期了一些结构性能关系。但量子化学的应用远不止这些。随着量子化学理论不断发展和应用领域的逐渐拓宽,研究方法的不断创新,今后将对电致发光材料的合成和选择提供更好的理论依据和指导。将量子化学与EL材料的性质分析结合起来,才能更好的选择EL材料的构成,合成性能更好的EL材料。 材料化学论文:浅析化学化工材料应用技术 [摘 要]目前我国国家经济发展迅速,随之,化学化工的发展在科学领域也呈现出强劲势头,化学化工材料凭借自己独特的优势不仅在工业生产中得到了广泛的应用,在人们的日常生活中也可以随处可见化学化工材料的身影。化学化工材料已经在各个领域范围内受到了人们的认可,化工材料的应用技术也日新月异,呈现出迅猛的趋势。随着化学化工材料的蓬勃发展,在科学领域不断出现新的学科和新的概念。本文就化学化工材料的应用技术研究为大家进行阐述。 [关键词]化工材料 科学技术 应用 随着化学化工产业的不断发展,各个行业对化学化工材料的应用也有了更为广泛的要求,如何在传统产业链中谋求创新和突破,也成为了化学化工应用技术发展的主要方向,目前,现代建筑业以及新型农业现代产业都对化学化工材料提出了绿色环保的要求。那么化学化工材料在现代建筑业以及新型农业现代产业中的应用具体情况是怎样的呢,现在本文一一阐述。 一、化学化工材料在现代建筑业上的应用 从2008年北京成功举办奥运会开始,世界开始进一步瞩目中国,同时,绿色化工材料也被人们更为广泛的认同。从某个意义上来说,绿色奥运的北京奥运会环保理念,拉开了绿色化工材料在我国建筑行业的应用新纪元。虽然奥运会短暂的过去了,但是绿色化学化工材料在我国的应用还有广阔的市场。 奥运会以来,在“水立方”等奥运场馆中采用的零挥发性有机化合物和低挥发性有机化合物水性涂料更为广泛的在现代建筑业中得到应用。其中水性聚氨酯涂料有着粘合持久、无污染、干燥快的性质,维护起来也更为容易,同时,水性聚氨酯涂料还具有阻燃性,防火性能首屈一指。在“鸟巢”钢结构中使用的氟碳涂料,也是值得现代建筑业关注的化学化工材料的一种绿色涂料。它不但耐溶剂、耐候,还有耐酸碱性的优势。并且其涂刷后性质高度稳定,无害无毒,是当之无愧的“涂料之王”。 谈到化学化工材料在现代建筑业上的应用,不得不说的就是隔热保温材料。像“鸟巢”建筑过程中采用的聚氨酯硬泡材料,其具有保温节能、防止噪音和绿色环保的功能。是现代建筑业中不可或缺的化工材料之一。同样,在奥运场馆座椅上采用的聚丙烯材料,具有阻燃和耐候的特性,同样可以实现回收再次利用。还有值得关注的膜材料。在“水立方“建筑上广泛使用的新型化学化工材料:乙稀-四氟乙烯共聚物。它主要用于膜材料,有着节能、保温隔温、自我清洁的功能。在控制温度方面,其节能效果更为显著,曾为“水立方”节省百分之三十的电能。对于新型建筑产业来说有突破性的建树。 应该说,化学化工材料的应用渗透到了整个现代建筑行业,在绿色环保节能创新方面给现代建筑业带来了新的春天。 二、化学化工材料在新型农业现代产业中的应用 随着社会经济的发展,人们在消费农产品时不再单单重视产品的质量和价格,而是更加注重对品味、特色和安全保健等感性的因素。因此,为了适应这一要求,新型农业应运而生,要想满足新型农业的要求,就要求化学化工材料在微生物肥和生物农药研发上进一步发展。然而农业生产并不是一朝一夕的事,也并不是满足了一代人就可以了,它是关系着我们下一代的发展问题。所以,持续性、发展性以及可循环性就成为了新型农业发展的一个重要特性。而要想能持续发展,与自然和谐共存,就需要化学化工材料应用技术着眼长远,从可持续发展角度进行应用和推广。 传统农药的害处不言而喻,因此绿色农药在新型农业中的应用就越来越为重要。“十一五”以来,加强环境保护成为新的主要目标之一。大力发展“安全、低毒、高效”的环保型农药,保持生态平衡,保障农业产品安全环保成为国家以及人民对农业的更新要求。从而,有机农药应运而生。有机农药中重要的一种腐殖酸类的农药作用更为突出,一方面,腐殖酸类农药产自大自然,并没有传统农药的毒副作用。同时,大自然有丰富无穷的资源,使得有机农药丰富广泛,是可持续发展的前提之一。另一方面,此类有机农药的经济效益可观,又无毒无害,所以深受现代农业好评。是发展前景大好的新型农药之一。 当然,要想农作物增产丰收,还需要一些促进农作物生产效率的有机农药。而这些增效方法可分为物理增效、化学增效、生物增效以及综合增效四类。物理增效,就是不改变农作物的分子,在农作物的细胞间进行各种性能的增效和提升。主要改善农作物的细胞通透性、渗透性和表面活性和粘着性等。化学增效,就是在分子间进行组合和作用,以达到改善农作物的生长形态的方法。生物增效,就是利用生物酶在农作物之间进行调整,进而增加农作物的生长效率。而综合增效就是利用以上各种方法,在不同要求下使用两个以上的增效方法对农作物进行增效生长,以达到增产增收的效果。 随着化学化工材料的不断发展,人们也在尝试将化学化工材料应用到生物菌剂中。在生物菌剂的应用构成中,研究在实验室内取得了较为明显的效果,但是当将这些研究完成的生物菌剂应用到农业生产的农田中,还是遇到了一些问题,因为农田环境对生物菌群的发展环境有所破坏,使得菌剂不能发挥在实验室中的效果。然而,当将化学化工材料与生物菌剂经过合理配比后,再应用到农业生产中,我们可喜的发现了生物菌剂的完美优势,从而完成了生物菌剂与化学化工材料的完美组合,对控制土壤中的农作物病原菌起到了显著的作用。 我国针对现代农业对农药的要求,通过农药企业在技术上进行创新和改革,以达到农业企业发展多元化。这也要求化学化工材料应用技术得到更为多元化以及多方面更为全面的研究,尤其是在现代农产品的生产方面,对化学化工材料的应用技术也要求更为系统和全面的研究和发展。现在,国家对农业化工材料应用和建筑化工材料应用越来越为重视,经过文章的深入分析,希望能对我国化学化工材料的应用和发展起到积极的影响。虽然现在我国的农药生产已经有了一百万吨的突破,但还是不能满足现代农业产业的需求,同时,进出口业务的发展,也使得化学化工材料的应用技术优势更为突出,在平稳中促进全国乃至全球化工化学材料的全面发展。 三、结语 在现代建筑业和新型农业的发展过程中,新型创新性化学化工材料得到了广泛的应用和重视,当然,在全球经济不断升温的今天,只着眼眼前的化学化工材料应用技术是远远不够的,我们还要不断的研究和实验,使化学化工材料的应用技术更为全面和多元化,应用到生产生活的各个领域,从而给我们的日常生活带来更为专业、健康的产品和服务。相信只要通过不断的追求和谨慎的研究,化学化工材料的应用技术一定会得到进一步的完善和升华。 作者简介 李俊闹(1994.1),女,云南昆明人,中南民族大学化学与材料科学学院2012级本科生,材料化学专业 材料化学论文:材料的制备及其光催化环境污染物降解的设计 摘 要: 通过水热法合成并使纳米粒子附着在表面,形成复合光催化剂,通过两种半导体材料之间的相互协同作用,提高复合材料的光催化性能及其光致稳定性。并通过XRD、TEM、XPS、FT-IR等表征方法对光催化剂进行分析;在可见光下以RhB (罗丹明B)和MB(亚甲基蓝)为目标污染物,高压汞灯为光源,评估复合光催化剂的性能,并运用XRD、红外、DRS等表征了其结构特征。通过实验可使学生初步了解纳米材料的基本知识,常用的表征分析方法,以及环境污染物降解处理方法。实验内容涵盖材料化学、环境化学、无机材料合成、仪器分析、光催化性能测试等方面。实验内容设置有助于培养学生的科研创造能力。 关键词: 环境化学 污染学习降解 随着全球对环境问题关注程度的日益提高,对从事环境研究人才的要求越来越高。 为了适应社会及经济发展的需求,培养理论实践相统一的应用复合型人才,要特别加强与重视实验教学。环境化学实验设计应反映新的科研成果,以提高学生的创新能力和科研能力,旨在使学生在实验教学中得到更好的综合能力训练。 近年来,半导体光催化技术在净化环境污染物领域的研究得到了广泛关注。因其独特的半导体能带结构和化学热稳定性,作为一种非金属型可见光光催化剂被应用于光催化领域,包括光解水制取氢气、光催化降解环境有机污染物和光催化合成等,引起国内外学者的广泛关注[1-2]。不仅廉价易得,而且其化学组成和能带结构可调控,因此成为光催化材料研究领域研究的热点。但是,单体材料仍然存在缺陷,为解决该问题,本文采用的复合改善单体的光催化性能。 1.实验部分 1. 1 试剂和仪器 2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、三聚氰胺、乙腈、钒酸钠、硝酸银和亚甲基蓝(MB) (国药集团化学试剂有限公司);电子分析天平(北京赛多利斯仪器有限公司);Avatar360型FI-IR 光谱仪(美国Nicolet 公司);紫外可见分光光度计(岛津 UV-2450);X射线粉末衍射仪(D/max2500PC)。 1.2 光催化剂的制备 g-C3N4的合成: 称取一定量的2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪和乙腈放入反应釜中搅拌,然后加入三聚氰胺搅拌。将反应釜置于140℃烘箱中反应,反应结束后,反应釜自然冷却至室温。溶液离心分离,蒸馏水洗涤,干燥,所得粉末即为。 的合成: 将含有的水溶液超声后加入于25℃下搅拌。将准备好的NaVO・12HO水溶液逐滴加入上述溶液。搅拌反应后,溶液离心分离,蒸馏水洗涤,60℃干燥,所得粉末即。 1. 3 光催化降解实验方法 在可见光照射下,30℃条件下测量光催化材料的光催化性能。反应光源为模拟太阳光灯源。实验中,将光催化剂和MB (10 mg/L)或者RhB (10 mg/L)水溶液加入光催化反应玻璃瓶中,并通过循环水冷却消除热催化的影响。在光照之前,先将悬浮液在暗处磁力搅拌1 h,使MB (或RhB)染料与光催化剂混合均匀,达到物理吸附平衡。在光反应过程中,MB (或RhB)光催化剂溶液连续磁力搅拌,每5 min (或15 min)取悬浮液,离心去除光催化剂粒子,取上清液测试。使用岛津UV-2450分光光度计,通过测定最大吸收波长确定其浓度,MB (或RhB)的最大吸收波为664 nm (或553 nm)。根据朗伯-比尔定律,溶液的吸光度与浓度成正比,因此可用吸光度代替浓度计算去除率,以此为MB溶液的去除率。计算公式:降解率=(1-)×100%=(1-)×100%,其中C、C分别为光催化降解前后的浓度,A、A分别是降解前后的吸光度值。 2. 结果与讨论 经过XRD、IR、DRS表征发现,合成的为。光催化活性考察表明合成的具有较高的光催化降解活性。 学生在本实验过程中可以学习光催化剂的合成方法,巩固掌握称量固体、液体量取、催化剂洗涤等基本化学实验操作技能,并学习紫外可见分光光度计、红外光谱和DRS的操作方法。学习标准曲线建立的方法。材料的光催化活性最好,光照90 min后RhB的去除率达到85%,光催化降解速率常数最大,说明的存在能够显著提升基体的光催化降解性能。 3.结语 光催化技术已经在制氢、还原,污染物降解等多个领域具有广泛应用。半导体光催化剂是目前应用广泛的环境和能源保护功能性材料之一。本实验可以让学生了解环境污染物控制的新方法,使学生扎实环境化学基础知识的同时,能关注环境领域科技前沿信息, 将最新的科技知识融入基础知识学习中,提高自身的专业技能。 材料化学论文:材料化学教学内容存在的问题及改革趋势研究 摘 要:材料是社会现代化的物质基础与向导,是一切科学和技术发展必不可少的基石,是人类社会进步的里程碑。而材料化学是材料化学专业的基础课程和主干课程,是由材料科学与化学两大类学科交叉形成的。本文通过分析材料化学教学中存在的问题,针对材料科学学科特征和研究内容、任务,探讨了材料化学教学的改革趋势,希望能够提高材料化学教学质量,提高学生综合素质。 关键词:材料化学;教学问题;改革趋势 材料化学是材料化学专业的一门基础课程以及主干课程,是在化学学科、材料科学的相互交叉、渗透的过程中,形成、发展起来的,属于新兴的交叉、边缘学科。我们所采用的材料化学课程包括了晶体学基础、金属材料、有机高分子材料等等内容。材料化学的课程目的是为了使学生具有初步分析、解决材料中的化学问题的能力,通过该课程的学习,使学生熟悉材料的合成方法、表征手段,使学生掌握材料结构的基础理论,熟悉材料应用领域中的一系列知识,掌握材料性质与结构的关系等。并且为了培养学生的创新能力,通过对材料化学课程的系统学习,能够提高学生的综合素质。 1 材料化学教学中存在的问题 随着新材料、新技术、新理论等的出现,材料化学的快速发展要求教材不断更新,材料科学具有了新的生命力和发展前景。材料科学与工程技术日益融合,材料科学研究已经深入到源自尺度,发生了深刻的变化,并开拓了新的研究领域,如:微纳结构材料等等。并且材料化学是一门实践性很强的学科,作为教材,在日新月异发展的同时,需要具备基础性、前沿性和应用性特征。但是目前,教材对学科的原理、规律等难以阐明,缺乏较强的理化基础,根本无法适应学科的发展变化。一些大学毕业生就算具备很好的理论基础,也缺乏适应能力,后劲不足的缺点。对于材料化学研究的目的来说,教材具备应用型能够学以致用,目的明确;而教材具备前沿性,能够有利于学生较快地适应日后的科研工作,能够恰当地反映材料科学发展。随着科技的不断发展,新型材料的研发已经成了高科技中作为活跃的部分,从实验开发到工业应用,材料研究的周期大大缩短,因此,在材料化学的教材中,需要有意识的突出这一特征。另外,材料化学学科发展实践短,研究范围广,是一门新兴学科,课程参考教学资料少,存在本学科中的新理论、新技术不能及时充实到教材中的现象,对教材编著人员素质要求高,因此,材料化学课程教学内容要体现出与时俱进的理念,要进行很好的选取、改革和优化。 2 材料化学教学内容的改革趋势 2.1 材料化学课程教学内容的选取 在内容选取上,材料化学课程教学内容要根据两条原则。首先,材料化学课程教学的目标是“加强基础、突出应用、提高素质”,因此,要根据材料化学课程的研究内容和课程特征,处理好与其他学科的关系,材料化学专业的材料化学课程强调基础理论,适当地介绍一些传统材料,适当地加入一些内容,如:晶体理论、能带理论、热力学基础、金属结构近似模型等等。其中晶体理论包括晶体缺陷、X射线衍射基本原理、晶体结构对称性等等,不能有物没有理论,也不能有理论没有物理,并且还要适当的介绍一些新型功能材料结构、使用性能等。同时,还要突出其基础理论性,要与金属材料、高分子材料、无机非金属材料等联系起来又区别开来,突出材料合成条件、结构性能的关系。其次,要根据学校学科特点,遵循教学内容的选取原则,如:整体优化、精选内容、跟踪前沿等,根据教师的特长及科研成果,体现出课程内容的前沿性,实现课程内容的广度和深度,力求能够反映出当代材料化学新成就、新工艺等,让学生充分了解到材料化学发展趋势,如:纳米材料、能源材料等新材料,扩大学生的视野,培养学生的学习兴趣。 2.2 选取与优化材料化学课程内容的要求 首先,要了解化学在材料科学总的地位,熟悉材料化学的定义、材料类型、材料应用,了解与材料科学有关的期刊,了解新型材料的制备方法、功能、用途。材料化学结构理论要求掌握晶体结构的周期性、对称性概念与性质,主要包括点阵理论和晶体结构、原子结构等。要求要了解常见的对称元素系、疯子的几何构型等等,熟悉金属、离子化合物晶体,了解群的定义,常见分子点群,了解描述晶体结构的表达方法,掌握金属键能带理论、金属单质结构的近似模型,了解晶体学语言转变为化学语言等的方法,熟悉分子之间作用力等,了解不同化学元素等对材料性能的影响,了解不同材料的本质区别。材料化学合成原理与技术,要掌握材料制备技术,如:无定型材料的制备和晶体材料的制备等,熟悉无机材料制备基础理论,如:化学热力学、动力学等,熟悉高分析材料合成原理与方法。如:自由基聚合、高分子化学反应等。并且要熟悉晶体X射线衍射原理等等。其次,要加深理解各种传统材料结构决定性能的观点,熟悉几类重要材料,如:玻璃与陶瓷、聚合物等。另外,要熟悉纳米材料概念、技术等应用前景,了解光学功能材料、电性能材料等。 2.3 材料化学课程教学内容选取措施 一为了帮助学生顺利抵学习材料化学的基本原理,要重视由表入里、由浅入深的认知过程,处理好材料结构与性能、宏观与微观的关系。 二为了贯彻少而精、精而新、新而优的原则,在讲解课程基础知识的同时,要注重理论的连贯性,注意适当穿插新的研究成果,处理好课程内容更新与精选、更新与基础的关系,拓宽学生的知识面,注重其他课程和学科的渗透、促进作用。 三为了巩固学生学到的知识,要充分发挥例题习题的作用,使学生运用所学的知识去分析、解决问题。加强学生的练习,拓展并深化对基本概念、原理的理解,检查学生对课程内容的理解和掌握程度,提高其分析问题和解决问题的能力。 四为了训练学生演绎法和归纳法两种思维方式,要重视演绎法和归纳法的学习、运用,为化学理论提供一种思维体制,总结更新知识,培养学生观察、分析、推理等能力。 五为了提高学生的创新意识和综合素质,要注重理论联系实际,注重实验技能的训练,处理好理论教学与实验内容的关系,通过实验教学加深对原理的理解。 材料化学论文:建筑室内装饰装修材料化学污染及其防治对策 摘要:关于建筑装饰装修材料有害物限量,我国虽制定了系列标准及规范,但目前市场上的产品仍是鱼龙混杂,一般消费者很难鉴别这些材料或物品的环保程度,导致一些高污染的装饰装修材料、物品进入家庭,引发室内空气污染问题,危害居住者健康。 关键词:建筑装修;室内装修;室内污染;防治对策 一、建筑装修工程施工过程的特点 建筑装修工程指的是通过相应的施工操作,在原有的建筑物主体上添加一层装修层,实现建筑物的美观和整洁,提高建筑物业主的居住环境质量。在建筑装修工程施工过程之中,其主要是依托于建筑物的承重墙等结构主体的支持才能够进行相关的装修操作。而在装修的过程中,所使用的漆料和木板由于经过了相应的化学加工处理,很有可能含有甲醛等对人体有危害的气体,可能对人民群众的身体造成危害,在加工的过程之中,也有可能或产生粉尘,影响到人民群众的身体健康。 在建筑装修工程施工过程之中,由于建筑物的施工环境限制,整个建筑装修工程施工只能在一个有限的建筑物空间之内进行,这就很有可能发生建筑装修工程施工和其他建筑物施工过程的平行交叉施工,这就导致在建筑装修工程施工过程中会产生一些不安全的因素,导致一些质量问题的产生。与此同时,由于建筑物业主的具体要求不尽相同,这也就导致进行装修使用的过程中所要进行施工操作也不尽相同。除此之外,进行建筑装修工程施工的材料的类别也很多,这些材料所蕴含的各种物质可能造成对建筑物内部的污染的效果也各不相同,其可能含有的污染物的种类就具有甲醛、粉尘等物质。具体的说,就是在进行建筑装修工程施工的时候,建筑团队要选取不同的施工工艺来进行施工,在保证建筑物室内美观的基础上,保证室内的环境不受污染。 二、建筑装修材料中主要污染物及影响因素 1、涂料 目前室内装饰装修主要用到的有卫生间或阳台的防水涂料、内墙涂料和木器涂料。一般厨卫用的防水涂料主要两大类:聚氨酯类防水涂料和聚合物水泥基防水涂料,早期的聚氨酯类防水涂料因含有煤焦油或沥青,属于严重污染环境损害健康的产品,已经被淘汰,此外,聚氨酯防水涂料普遍使用的交联剂是莫卡(MOCA),也属于可疑致癌物,目前使用的新型聚氨酯类防水涂料为水固化型聚氨酯防水涂料以水为固化扩链剂,不需交联剂莫卡(MOCA),而且不含苯、甲苯、二甲苯、醋酸乙烯酯等有害有毒溶剂,属于环保产品。另外,内墙涂料中以合成树脂乳胶漆为主,属水性涂料,内墙腻子的主要成分也属于无机成分,健康危害风险较低,但鉴于市场中很多淘汰工艺或禁用产品的盛行,需注意以下几点:第一、合成树脂乳胶漆属水性涂料,虽然环保性较溶剂型涂料高,但乳胶漆的添加助剂较多,注意表面活性剂、成膜助剂、防霉杀菌剂、防冻剂中是否含有禁用物质(烷基酚类、乙二醇醚和乙二醇酯、乙二醇)或强溶剂等;第二、内墙腻子主要为无机成分,严禁添加建筑胶(107、108、801、901胶水),以免带来化学污染;第三、防水涂料中目前使用的湿气固化聚氨酯防水涂料和聚合物水泥基防水涂料属环保型产品,严禁使用含煤焦油或含沥青的聚氨酯涂料。 2、胶黏剂 与涂料组成类似,胶黏剂也是以高分子材料为主料,配合各种固化剂、增塑剂、填料、溶剂、防腐剂、稳定剂和偶联剂等助剂配制而成。高分子材料有热塑性树脂、热固性树脂、合成橡胶、天然高分子物质等;溶剂有脂肪烃、酯类、醇类、酮类、卤代烃类、醚类等;增塑剂用的较多的是邻苯二甲酸酯类;固化剂种类有脂肪族多胺、芳香族多胺、芳环脂肪族多胺、脂环族多胺、低分子聚酰胺、有机酸酐、咪唑类等;颜填料则包括氧化铁红、氧化铁黄、云母氧化铁、三氧化二铬等。根据胶粘剂的原料组成,造成室内污染的成分主要来源于溶剂中的挥发性有机化合物、有毒固化剂与增塑剂以及其他助剂等。 3、氨气 氨气是室内装修污染的污染源之一,是一种具有强烈刺激性气味的气体。建筑物的混凝土外加剂会造成氨气污染,有的建筑单位为了缩短工期,使用了高碱混凝土,这些混凝土中含有大量的氨类物质,随着环境温度、湿度等的变化,这些物质会还原成氨气,并从墙体中缓慢释放,进而造成室内空气中氨的浓度不断增高。氨气对人体的主要危害在于它会削弱人体的免疫能力。氨气被人体吸入后,会与人体血液中的血红蛋白结合,进而破坏血红蛋白的输氧功能,长期大量吸入氨气会出现流泪、咽疼、声音嘶哑、咳嗽、痰中带血、胸闷和呼吸困难等一系列呼吸道疾病。 三、室内建筑装修危害的防止 1、严控建筑装修工程施工材料质量 施工团队在引进施工材料的时候,要仔细地审查材料的性能,并根据工程的具体需要进行装修材料的选取工作。因为,只有保证了建筑装修工程施工材料质量满足相应的质量检验标准,才能够保证建筑材料之中所蕴含的的有毒害物质的组分控制在一定的范围内,才能够保证建筑装修工程的室内环境控制达到相应的水平。需要通过这样的方式,以有效地保证建筑装修工程的室内环境。但是,截止目前为止,我国还没有形成一个监督管理严格,价格符合统一标准的建筑材料市场,这就导致很多质量并不符合国家相关规定的材料的流入。这就需要建筑团队组织相关的专业技术人员,进行对建筑材料的严格检查,确保建筑装修工程施工过程之中使用的建筑材料都是性价比高、绿色无污染、符合可持续发展原则的建筑装修施工材料。具体地来说,就要求施工团队仔细审查建筑装修材料的规格性能、建筑装修材料的环保性能。针对目前越来越严重的环境污染问题,建筑团队在进行建筑材料选取的时候,必须严格遵守《民用建筑室内环境污染控制规范》的相关规定,使用绿色无污染的建筑物装修材料。在建筑装修工程施工过程之中,如果建筑团队想要更改施工的建筑装修材料,必须要申报监督管理部门,经过认可之后才能够更改建筑装修施工材料。 2、简化装修模式,增添绿色植物 家居装修应以实用、简约为主,过度装修会引发污染的“叠加效应”。绿色植物可起到净化室内空气的作用,比如芦荟、常春藤、龙舌兰、月季和玫瑰等,这些植物可吸收室内装修产生的有害物质。 3、进行必要的室内环境检测和空气处理 室内污染,其实是化学污染,所以,不能简单地凭气味感觉来判断,必须借助于专业设备由专业人员进行分析处理。装修后的房屋不要急于入住,应该先找室内环境监测部门进行检测,听取专家的意见,选择合适的入住时间。 4、建立健全相关的法律法规 通过立法的方式可使室内装修污染物的防治控制有法可依、有章可循。应从源头抓起,政府部门要加强装饰、装修材料质量标准的细化工作,各级质量技术监督部门应将建筑材料的环保性能作为一项重要内容,并加对大建筑材料违法行为的惩处力度。各级的工商、质量技术管理监督部门应加大联合执法的力度,在流通领域开展有效的监督管理。 结束语 室内装修造成的室内空气污染及其防治措施是一个常新的研究课题,室内装饰污染的防治应以事前控制为主,事后处理为辅,双管并重,双管齐下。通过施工团队和质量监督单位的共同努力,实现建筑装修环境的有效提升,保证人民群众不受装修污染的干扰。 材料化学论文:墙体涂层材料中化学成分的检测与分析 [摘 要]采用红外光谱、气质联用仪对一种涂料的化学成分进行检测分析,对涂料的红外光谱进行解析、综合定性,并用气质联用数据进行验证,确定出涂料的溶剂及基料。 [关键词]涂料;溶剂;红外光谱;气质联用;分析 随着现代生活水平的不断提高,对居室进行不同程度的装修在城市居民中已成为一种趋势。在装修中必然要用到大量的油漆和涂料,由此带来的室内空气污染问题也日益突出,尤其是涂料中挥发性有机化合物在室内不断释放,会引起不良建筑物综合征,其对健康的影响已引起了人们的极大关注。挥发性有机化合物主要存在于涂料的溶剂中,因此关注涂料溶剂成分就显得势在必行。 1 实验部分 1.1 实验仪器、设备及溶剂 分析采用Bruker公司的TENSOR27傅立叶变换红外光谱仪;HP6890GC-5975BMS型气相色谱-质谱联用仪(Angilent公司);上海安亭科学仪器厂80-28型离心机;甲醇:天津市科密欧化学试剂有限公司,分析纯;二甲苯:天津市科密欧化学试剂有限公司,分析纯。 1.2 实验内容 1.2.1溶剂的鉴定 由于样品是液状涂料,考虑到其中含有一定量的溶剂或水,先对样品进行蒸馏,在圆底烧瓶中放入23.0g涂料样品,采用常压蒸馏装置,用电热套加热,缓慢升温,当外部温度计达到140℃时开始有无色液体馏出,该液体有芳香烃的气味,蒸馏得到的馏分共重7.3g,计算可知溶剂所占比例为31.7%。 蒸馏出的溶剂先进行有无水测试,结果显示溶剂中不含水。将溶剂的原样涂在干净、平整、透明的NaCl晶片上,做红外光谱,如图1所示。 图1所示的红外光谱反映该溶剂是一个混合溶剂,3030cm-1和1606cm-1分别为苯环的C-H伸缩振动和C=C伸缩振动,说明有芳香烃化合物;1377cm-1是-CH3对称变形震动峰,是-CH3的特征吸收峰,900~650cm-1有芳基的3种取代类型的数据,说明溶剂中可能含有领、间及对位3种二甲苯。1241cm-1为羰基的伸缩振动峰,说明溶剂中可能含有酸类或脂类。 为了证实溶剂的成分,采用GC-MS分析方法进行验证。GC条件:IIP-5MS5%PhenglMethySikloxane型弹性石英毛细管柱(30.0m×250um×0.25um),模式为恒定流量,初始流量为0.8ml/min,额定初始压力为55.227KPa,平均速率为34cm/sec,分流进样,分流比为125:1,分流流量81.1ml/min,进样口温度230℃。升温程序:初始温度40℃,保持2min,以2℃/min升至50℃,保持3min,再以2℃/min升至75℃,保持3min,再以2℃/min升至100℃,保持3min。进样量0.2ul。MS条件:EI源,离子源温度230℃;接口温度280℃;电子能量69.922EV;倍增器电压1152V;四级杆温度150℃;溶剂延迟0min;扫描范围30~400amu。按照上述实验方法对样品进行分析,获得了涂料溶剂成分的总离子流图,如图2所示。通过G1701BA化学工作站数据处理,检索NIST05谱库,确定样品的组成;采用面积归一化法计算出各组分的相对百分含量。 经NIST05普库检索,共鉴定出6种化合物,结果见表1。GC-MS分析结果证实溶剂系统由甲苯、二甲苯、乙苯、乙酸丁酯等组成,证实了红外光谱图的分析结果。 1.2.2成膜物的鉴定 在离心管中装入涂料约1g,用二甲苯溶解,溶解的涂料做离心分离,将第一次离心得到的上层清液倒入干净的锥形瓶中待用。取下层浑浊液用二甲苯洗涤重复离心6~8次,始终无沉淀出现,说明该涂料无无机涂料,开始的浑浊为未溶解的涂料样品。将锥形瓶中的上层清液在红外灯下浓缩至少量,用甲醇做沉淀剂,得到成膜物的沉淀,过滤,洗涤,将沉淀烘干至恒重,称量得到0.58g。计算得成膜物的质量分数58%。将烘干的成膜物做红外光谱图,如图3.该谱图与红外标准图对照[4],可知该成分为短油醇酸树脂。1730cm-1、1602cm-1、1581cm-1、1283cm-1和741cm-1为醇酸树脂的特征吸收峰,其中1602-1和1581cm-1为弱的双吸收峰。 由此粗略判断该涂料为醇酸树脂涂料,但考虑到氨基树脂(由尿素或三聚氰胺与醛缩聚而成)和醇酸树脂可以混合成氨基树脂涂料,检查谱图中并无氨基树脂的特征值1552cm-1和815cm-1及908cm-1或849cm-1或826cm-1[5],所以可以判断该涂料为醇酸树脂涂料。 2 结论 该醇酸涂料的成膜物为短油醇酸树脂,溶剂为甲苯、二甲苯及乙苯等毒性较大的挥发性化合物。挥发性有机化合物(volatileorganiccompoubds,VOC)常见的有脂肪烃混合物、萜烯类、芳香烃类、醇类、酮类、醚类、醚醇类等,是造成室内空气污染的主要原因之一。有机溶剂大多挥发性有机化合物,装饰装修材料中的有机溶剂挥发到空气中污染空气后,可直接对人体造成各种严重损害,甚至中毒死亡。该涂料中的挥发性VOC比重较大不能用于室内装修。 材料化学论文:CeO2改性锂离子电池正极材料LiMn2O4的合成和电化学性能研究 [摘 要]采用高温固相法合成了锂离子电池正极材料LiMn2O4,并采用溶胶凝胶法在其表面进行了CeO2包覆。用XRD、SEM和循环测试分别对包覆后粉体的晶体结构、形貌和电化学性能进行了研究。结果表明:通过LiMn2O4表面包覆CeO2,其电化学性能得到显著提高。综合分析,当LiMn2O4表面包覆CeO2为3.0%时,其综合电化学性能最优,首次放电容量可达120.9mAh/g,在20周循环后容量保持率仍为94.0%。 [关键词]锂离子电池;正极材料;CeO2包覆;LiMn2O4;性能 0 引言 目前对于尖晶石型LiMn2O4作为锂离子电池正极材料的研究较多,主要因为其具有无毒、价格低廉、安全性高等特点。但是尖晶石型LiMn2O4在充放电过程中会发生锰在电解液中的溶解[1],造成在反复的充放电过程中有明显的容量衰减现象,大大降低了电池的比容量及循环寿命。国内外研究表明,表面包覆可以有效地改善锂离子电池正极材料的性能。当前,包覆物质主要有C、CaF2、TiO2、Al2O3、Li3PO4[2~5]等。本文通过CeO2表面包覆LiMn2O4,研究不同CeO2包覆量LiMn2O4的结构、形貌、包覆量及电化学性能,分析不同CeO2包覆量LiMn2O4的循环性能。 1 实验 1.1 CeO2改性LiMn2O4的合成 采用高温固相法合成LiMn2O4,将摩尔比为1.05:4的Li2CO3(分析纯)和电解MnO2(分析纯)混合均匀,在800℃条件温度下保温9小时,冷却到室温,得到LiMn2O4正极材料。用合成的LiMn2O4正极材料作为包覆目标,Ce(NO3)2・6H2O(分析纯)为包覆原料,制备包覆量为1.0%,3.0%,5.0% CeO2的正极材料。分别取计量比的Ce(NO3)2・6H2O溶于去离子水中,搅拌溶解后,加入一定量的柠檬酸溶解。再取2.0g的LiMn2O4加入到混合溶液中,在75~85℃下搅拌至水分蒸发呈凝胶状。将凝胶在100℃下真空干燥8h,再在750℃下热处理6h,得到包覆量为1.0%,3.0%,5.0% CeO2的LiMn2O4正极材料。 1.2 电池制备 将制备的正极材料与乙炔黑、聚四氟乙烯按70:15:15的物质量比均匀混合,配制成锂离子电池的正极,用锂片做负极, 隔膜为Celgard 2300,采用1mol/L的LiClO4/PC(碳酸丙烯酯)+DMC(碳酸二甲酯)+EMC(碳酸甲乙酯)(体积比为1:1:1)做为电解液,在德国M.Braun公司生产的LAB Master氩气手套箱内组装成双电极试验模拟电池。 1.3 材料结构分析及电化学性能测试 采用日本理学D max-RD12kw旋转阳极衍射仪进行XRD分析材料的微观结构,测试条件:CuKα辐射,40kV管电压,100mA管电流,扫速为8°/min;采用JSM-6390LA扫描电子显微镜分析材料形貌。电池组装完毕静置放置10h后,在室温下,采用CT2001A Land电池测试仪进行恒流充放电测试。以0.1C倍率进行恒流充放电测试,充放电区间为2.8~4.4V。 2 结论分析 2.1 LiMn2O4/ CeO2正极材料结构 由图1可知,当CeO2包覆量达到3.0%后,LiMn2O4的XRD图谱出现了CeO2的杂峰;随着包覆量达到3.0%,该衍射峰变得更强。但包覆后,LiMn2O4的晶格常数并没有明显的变化,说明CeO2在LiMn2O4颗粒表面是作为一个独立相存在的。 通过未包覆和包覆3.0%CeO2的LiMn2O4的SEM图可知,采用高温固相合成法制备的LiMn2O4颗粒尺寸主要在2~6μm之间,而包覆3.0%CeO2的LiMn2O4颗粒尺寸主要集中在3~5μm之间,其均匀度明显优于未包覆的LiMn2O4,有益于锂离子的脱嵌。未包覆材料的LiMn2O4单晶颗粒形成完整,单个颗粒呈现立方结构;表面包覆3.0%CeO2的LiMn2O4,样品颗粒均匀性较好,表面较为光滑,颗粒之间存在明显的边界,没有较大的团聚现象发生。 2.2 电化学性能 图2是包覆0、1.0%、3.0%、5.0% CeO2的LiMn2O4在室温条件下的首次充放电曲线。从图中可以看出,未包覆的LiMn2O4首次放电容量为125.0mAh/g,比包覆CeO2的LiMn2O4首次放电容量要高,这可能是包覆后材料未完全活化的原因。随着CeO2包覆量的增加,材料的首次放电容量有所减小,但减小幅度不大。当CeO2的包覆量为3.0%时,其首次放电容量显著减小。 图3是包覆0、1.0%、3.0%、5.0%CeO2的LiMn2O4在0.1C放电倍率下的循环性能。从图中可以看出,在室温下充放电20周后,未包覆的LiMn2O4容量衰减最快,为初始容量的81.3%。当CeO2包覆量从0增加到3.0%时,LiMn2O4的放电容量降低的幅度较小,但循环能力明显提高。当包覆量为3.0%时,其具有最佳的电化学性能,首次放电容量可达到120.9mAh/g,循环20周后容量保持率可达到94.0%。尽管包覆量为5.0%的试样也表现出较好的循环能力,但包覆较多的CeO2使得离子通过CeO2和LiMn2O4界面的阻力增大,使得其放电容量较低。综合考虑,CeO2最佳的包覆量为3.0%。 3 结论 (1)随着CeO2包覆量的增加,LiMn2O4的放电容量虽逐渐降低,但幅度较小,其循环能力明显提高,说明LiMn2O4表面包覆CeO2可显著提高它的电化学性能。 (2)综合考虑不同CeO2包覆量LiMn2O4的首次放电容量和循环性能,当CeO2表面包覆量为3.0%时,其具有最优的电化学性能,首次放电容量可达121.1mAh/g,在20周循环后容量保持率仍为94.0%。 作者简介:吕斌(1987―― ),男,陕西咸阳,助理工程师,主要从事锂离子电池正极材料研究。 材料化学论文:金属材料化学成分的仪器分析方法概述 [摘 要]金属材料化学成分的含量及形态决定着金属的性能,准确分析金属材料的化学成分对鉴别材料性能及用途起着重要作用。利用传统化学法进行成分分析存在着过程复杂、效率低下的缺点,本文主要介绍紫外可见分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、原子发射光谱法、X射线荧光光谱法等常见仪器分析方法在金属材料化学成分分析中的应用。 [关键词]金属材料,化学成本,仪器分析 金属材料的化学成分是决定材料性能和质量的重要因素,现行国家、行业标准对绝大多数的金属材料都规定了其必须保证的化学成分,有的甚至作为质量、品种的指标。金属材料的化学成分分析依据分析原理和分析条件不同,分为化学法和仪器法。化学法主要根据金属成分的化学反应来确定金属材料的组成成分,这种方法能够准确定性及定量分析金属化学成分,但存在着试剂消耗量大、过程复杂、效率低下的缺点。仪器分析法则根据元素的的光学、电学等化学性质,利用分析设备为依托,准确快速地实现成分分析。随着仪器分析学科的发展和越来越多先进分析设备的问世,紫外可见分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、原子发射光谱法以及X射线荧光光谱法等仪器分析方法在金属材料分析领域应用越来越成熟。 一、 紫外可见分光光度法 分光光度法的原理是利用重金属与显色剂发生络合反应,生成有色的分子团,反应后溶液的颜色深浅与浓度成正比。在特定的波长下与标准样品比色检测。目前分光光度分析主要有两种,一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定,另一种是生成有色化合物,即“显色”,然后测定。虽然不少无机离子在紫外和可见区都有吸收,但因一般强度较弱,所以直接用于分析的较少。加入显色剂使待测物转化为紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定,是目前金属材料分光光度分析方法最广泛的手段。通过分光光度法,可测定金属材料中的Mn、P、Si、Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、V、Al、W、Nb、Mg等化学成分。与传统化学法相比,紫外可见分光光度法具有灵敏度高,仪器设备操作简单,操作便捷、快速的有点,能够广泛应用在各种金属材料的化学成分分析中,但是相比较于化学法以及其他仪器分析方法,存在着样品需要显色处理、准确度不高的不足。 二、 原子吸收光谱法 原子吸收光谱法是20世纪50年代创立起来的一种新型仪器分析方法,依据金属材料中被分析的目标元素能够吸收特定波长的特征谱线,根据特定元素对光吸收量的多少从而利用朗博比尔定律去进行定量分析,实现金属材料中元素含量的分析。该种方法能够实现金属材料中70多种微量元素的成分分析。分析灵敏度根据原子化方式的不同有所不同,火焰原子吸收光谱法测定的金属材料相对灵敏度为1.0×10-8~1.0×10-10g・mL-1,非火焰原子吸收分光光度法的绝对灵敏度为1.0×10-12~1.0×10-14g。原子吸收光谱法作为一种成熟且应用广泛的分析方法,应用在金属材料化学分析领域具有不可替代的优点:首先,该方法分析范围广,能够分析金属材料中70多种主次微含量的元素;其次,原子吸收光谱法采用的是锐线光源,减少了目标元素之外的其他元素光谱干扰,有利于得到更为准确的分析结果,测定微、痕量元素的相对误差可达0.1%~0.5%,这点在基体复杂的金属材料分析中尤为明显;再次,该方法具有良好的稳定性和重现性,精密度好,一般的仪器分析结果相对标准偏差为1%~2%,性能好的仪器可达0.1%~0.5%。第四,该方法分析的速度快,分析一个样品只需要数十秒至几分钟。基于以上优点,该方法已经成为金属材料化学成分分析的主要手段。但是该法也存在每次测试只能分析一个目标元素,分析多元素时样品用量大,以及只能分析液体样品,金属材料需要化学前处理的不足。 三、原子荧光光谱法 原子荧光光谱法是1964年以后发展起来的,是通过测量待测元素的原子蒸汽在特定频率能激以下所产生的荧光发射强度,以此来测定待测元素含量的方法。原子荧光主要有5种基本类型:共振荧光、直跃线荧光、阶跃线荧光、敏化荧光和多光子荧光。大部分仪器分析工作时使用的是共振荧光因其跃迁的概率最大且普通线光源即可获得相当高的辐射密度。原子荧光光谱法在金属材料化学分析中应用最成功的是金属材料中易形成气态氢化物的As、Sb、Bi、Se、Ge、Pb、Sn、Te和Hg等8种元素的痕量分析,到20世纪末,又增加了Cd和Zn两种元素。目前有些国家标准中已经将原子荧光光谱法指定为金属材料中个别元素分析的标准方法。原子荧光光谱法分析金属材料,具备以下几个方面的优点:1、分析元素能够与可能引起干扰的样品基体分离,消除干扰;2、与溶液直接喷雾进样相比,氢化物法能够将待测元素充分预富集,进样效率接近100%;3、连续氢化物发生装置易于实现自动化;4、不同价态的氢化物发生条件不同,可进行金属材料中痕量元素的价态分析。但是基于原子荧光光谱法的原理,能够形成气态氢化物的元素有限,所以原子荧光光谱法仅能够实现金属材料中部分元素的分析,而不能实现所有成分元素的测定,存在一定的局限性。 四、原子发射光谱法 原子发射光谱法与原子吸收光谱法相辅相成,是金属材料中无机元素定性和定量分析的主要手段。分析的原理是依据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线,对元素进行定性和定量分析。该方法分析目前最主要的仪器为ICP-AES,此类仪器可实现70多个元素的微量、痕量分析。与原子吸收光谱法不同,使用该仪器分析方法分析金属材料时,一个样品一经激发,样品中各元素都各自发射出其特征谱线,从而可以实现一个金属材料样品同时测定其中的多个元素含量。使用原子发射光谱法分析的试样,大多数不需经过化学处理就可分析,且固体、液体试样均可直接分析,若用光电直读光谱仪,还可在几分钟内同时做几十个元素的定量测定。对于批量金属材料的分析,体现出了快速和样品使用量较少的优点。原子发射光谱法的仪器大多都具备检出限低,稳定性及重现性好的优点,但也存在一定的不足,在金属材料分析中,由于各个元素的发射谱线众多,各个目标元素有时会出现相互干扰的情况,影响结果准确性;分析金属材料中主元素含量时,由于含量过高,分析的准确性会变差;该类仪器分析方法,只能分析金属材料中的元素含量,而不能分析金属材料中的化合物含量或者元素的形态;虽然缺点明显,但是原子发射光谱法还是以其无法比拟的优点赢得众多金属材料化学成分分析者的欢迎,成为金属材料化学分析的首选手段。 五、结语 使用仪器分析方法进行金属材料的化学成分分析,每种方法适用的样品类型以及分析的目标不一致,优缺点明显。如何根据金属材料的性质以及分析的目标选取适当经济的分析方法,才是做好金属材料化学分析的关键。随着化学分析技术的进步以及仪器性能的不断提高,仪器分析手段将会更加广泛地应用到金属材料化学分析中。 材料化学论文:基于晶体学的材料化学课程教学 【摘 要】材料化学是从化学的角度研究金属、非金属等多种材料的科学,课程内容涉及面广。以晶体学为主线的材料化学课程教学,通过对材料结构的解析和比较使学生明确各类材料在合成、性能和应用方面的异同,体现了基础理论和应用的结合。 【关键词】晶体学;材料化学;课程模块 现代科学技术赖以发展的各种材料主要以固态形式存在。按照基本粒子排列的有序程度,固态物质可以分为晶态、非晶态和准晶态。鉴于大多数材料只存在于晶态之中且晶态材料具有特殊的规则性,在近代自然科学体系中,通过晶态获得微观立体结构信息已成为极其重要的研究渠道。因此,晶体学是材料科学发展的重要支柱。 材料化学是材料科学的重要分支,是一门研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的科学[1-2]。在材料化学的课程学习中,对于材料结构的认识尤为重要[3]。本文结合本科教学实践,分析了《材料化学》课程的特点和存在的问题,阐述了以晶体学为主线的课程设计及教学方法。 1 《材料化学》课程的特点及存在的问题 首先,《材料化学》是材料类专业的重要专业基础课,课程内容多,涵盖了材料的制备、结构、性能及应用。从所涉及的材料来看,包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料、纳米材料、功能材料等。这就要求《材料化学》授课教师的知识面广,在内容组织上不仅能体现不同材料各自的特点,还要强调它们之间的联系。 其次,不同于《无机化学》等课程,作为一个较新的学科和课程,《材料化学》不具备经典、权威教材。目前,各大出版社的《材料化学》教材内容各不相同,有些甚至差别较大。此外,新材料的开发、传统材料的升级一直是研究热点。因此,材料相关的理论和知识日新月异。如何将新技术、新成果引入到《材料化学》课程中,做到知识与时俱进,是课程教学中面临的一个重要问题。 2 以晶体学为主线的《材料化学》课程教学 2.1 课程内容模块化 按照材料化学专业培养目标及山东科技大学人才培养的特点,材料化学课程选用李奇教授编写的《材料化学》作为教材。根据对本课程的理解,以晶体学基本原理为主线,将课程内容进行模块化整合,分为背景模块、晶体学原理模块、金属材料模块、无机非金属材料模块、高分子材料模块和学科前景模块。 2.2 课程设计及教学方法 背景模块主要介绍材料化学课程在材料科学中的地位、材料化学课程内容、学习目的及学习方法,结合实际例子(如摔不碎的纳米陶瓷刀,“敲不碎、砸不烂”的“玻璃之王”――金属玻璃等)激发学生对课程的兴趣。 晶体学原理模块中以晶体的周期性和对称性为教学重点,结合宏观实例解释微观的概念和原理。鉴于晶体学原理模块内容较为抽象,在教学过程中采用多媒体与模型(主要是球棍模型)相结合的方式,通过对比教学加强学生对基本概念和原理的掌握。从晶体与非晶体的异同入手引出晶体的周期性和对称性,从晶棱、晶面和晶胞三个层次分析晶体的特点,结合X射线衍射完整讲解晶体学知识,引导学生构建完整的晶体学理论框架。 在学习晶体学知识的基础上,金属材料模块、无机非金属材料模块和高分子材料模块分别从三大类材料各自的结构出发结合制备方法引出材料的性能及应用。在金属材料模块的教学中,结合前期《无机化学》中有关金属晶体的知识,引出“等径圆球密堆积”的模型,从而分析金属单质一维、二维和三维密堆积的基本形式。为了使学生更好的理解二维密堆积中四面体空隙和八面体空隙的产生,在教学中将学生分成若干小组,每组发放一定数量的乒乓球(代表金属单质原子),请学生动手排出密堆积的形式。另外,准备已组合好的模型,让学生从不同角度观察二维密堆积,查找四面体空隙和八面体空隙的位置。通过二维密堆积的详细讲解和学生的动手组装,使学生更好的理解密堆积,为后续金属单质的三维密堆积和合金结构的学习打下良好的基础。 在金属材料中除了金属晶体之外,还涉及到准晶这一特殊的结构。与晶体的长程有序不同,准晶具有长程准周期性平移序和非晶体学旋转对称性。这部分的教学中着重强调准晶与晶体在结构上的不同,并由此引出其制备和性能的特殊性。 在无机非金属材料模块的教学中,引导学生从比较离子晶体与金属晶体的结构区别入手,结合球棍模型的组装,使学生掌握离子晶体结构的解析方法。着重强调离子晶体结构分析中以往学生经常出现的错误。例如氯化铯(CsCl)晶体的解析,学生在根据晶体结构示意图(图1)进行分析时往往得出其为体心立方结构,但实际上CsCl晶体应该是简单立方结构。该错误的出现是因为学生并未掌握离子晶体结构分析要点。在离子晶体的结构解析中,应首先分析负离子(或正离子)的排列方式,然后查找正离子(或负离子)的位置及其占据的空隙类型,最后分析正负离子的配位数以及每个晶胞中所含正负离子个数。只有按照这样的分析方式才能正确得出晶体结构。在学生熟悉无机材料典型的晶体结构后,引出无机材料的经典制备方法,并比较各种方法间的差异,由此得出材料的性能和应用。在晶态无机材料的教学中,穿插近代科研中比较热门的碳材料(如碳纳米管、石墨烯等)和分子筛材料,分析这些材料的特殊结构及由此衍生出的特殊性质和应用。例如,分子筛材料特殊的孔道结构使其具有择形催化性能并在石油化工领域中有着非常重要的应用。 另一方面,在无机非金属材料中还涉及到非晶态材料。教学过程中通过晶体结构的周期性和对称性,引出非晶态材料(如玻璃等)的结构特点,注重新兴非晶态材料(如金属玻璃)的合成及性能。 在高分子材料模块的教学中,引导学生总结高分子与小分子在结构上的差异,引出高分子的晶态、非晶态、液晶态和取向态。结合偏光显微镜对球晶的观察,使学生进一步明确晶态高分子与金属晶体、离子晶体等的区别。通过高分子材料的晶态没有小分子完善,而其非晶态的有序性却高于非晶态小分子,引出高分子材料具有小分子所不具备的特殊性能和应用。 在前景展望模块,主要从化学的角度针对材料的发展进行分析,使学生认识到材料的特殊魅力。结合材料化学的发展前沿,提高学生对材料学科今后发展趋势的认识,为学生成为材料专业技术人才奠定坚实的基础。 3 结语在材料化学课程教学中,以晶体学为主线将金属材料、无机非金属材料和高分子材料串联在一起。采用比较式教学、多媒体和模型相结合的教学手段,加深学生对材料结构、制备、性能和应用的理解和认识,提升学生分析解决问题的能力。