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開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇材料化學與工程專業,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
高分子化學實驗是高分子化學課程教學的一種最有效的實踐教學形式,它可以幫助和促進學生課堂理論知識的學習與消化,建立和鞏固高分子化學基本概念和理論,獲取高分子化學知識,培養科學素質和操作技能。我國著名化學家戴安邦指出:“只傳授化學知識和技術的化學教育是片面的,全面的化學教育要求既傳授化學知識和技巧,又訓練科學方法與思維,還培養科學精神和品德,學生在化學實驗中是學習的主體,在教師指導下進行實驗,訓練用實驗解決化學問題,使各項智力皆得到發展”。這番話指出了開設化學實驗課的深刻內涵和重要價值。2004年國家教育部頒布的《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》在評估指標的二級指標“實踐教學”中,從“實踐教學內容與體系,綜合性、設計性實驗課的比例及效果,實驗室開放”三個方面明確了實踐教學改革和發展的方向。近幾年高校的化學類實驗教學改革取得了令人矚目的成果。高分子材料科學與工程專業是很多高校在近年來新開設的專業,在實驗教學與改革方面的成果積累較少,尤其高分子化學實驗教學采用陳舊的教學內容和教學方法依然居多。通過調研發現,目前國內高校高分子材料科學與工程專業的高分子化學實驗教學依然不同程度地存在一些問題。
一、高分子化學實驗教學現狀剖析
1.實驗教學體系和內容欠爭理
多數的實驗教學附屬于理論教學,沒有單獨設課和單獨考核,實驗課時相對較少雖然有些高校高分子化學實驗已經獨立設課,但僅作為考查課。實驗教學內容中傳統的、陳舊的實驗較多,而體現現代科學技術發展成果的實驗很少認知性、驗證性實驗所占的比理偏高,培養學生創新能力的綜合性、設計性、應用性和創新性的實驗偏少,而且實驗環節偏重于理論,突出高分子材料應用性特點的實驗太少,不利于培養學生的工程觀念。
2.實驗教學方法單一
學生按照實驗講義預習,然后進實驗室。實驗前教師把實驗目的、實驗原理、儀器使用方法、測試方法、實驗步驟和數據記錄表格及數據處理方法等進行詳細的集中講解。學生只需按教師指導的過程按部就班或者依照講義“照方抓藥”,就可以完成一個實驗。一部分學生糊里糊涂地來到實驗室,只動手不動腦地完成實驗,然后又迷迷糊糊地離開實驗室。實驗的現象和結果沒有給他們留下太深的印象,對學生觀察能力、分析問題和解決問題的能力以及創新意識的培養都很不夠。這種統一模式、統一要求、齊步走的教學方法,一方面造成了學生對教師的過分依賴,另一方面抑制了學生個性思維的發展和創新能力的培養。
3.實驗嫩學手段落后
在現代信息技術迅速發展的今天,雖然網絡技術、多媒體技術等現代教學技術在理論教學中得到了普遍應用,但虛擬、仿真等實驗技術手段未能在實驗教學中推廣應用。這樣對于一些耗費過高、時間過長、毒性過大、危險性過高的實驗,只能最低限度地開設,且開設過程中費用大和危險性高,導致學生對此類重要實驗缺乏足夠的認知和感受的機會。
二、新教學模塊的實踐性探索與成效
針對目前國內高校高分子材料科學與工程專業高分子化學實驗教學中存在的一些問題,借鑒其他化學實驗教學改革的優秀成果,提出了基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新型實驗的三個高分子化學實驗教學模塊體系,并在每個模塊中結合常熟理工學院教師的科研成果引入_些新的實驗教學內容,采用開放式實驗教學方法。通過實驗教學實踐發現新的體系和教學方法在培養學生的創新意識和工程實踐能力方面起到了較好的效果。
1.基礎技能實驗教學模塊
基礎技能實驗模塊構建的目的著重建立高分子化學實驗與相關基礎理論知識之間的有機聯系。培養學生的實驗安全意識、清潔衛生習慣和嚴謹的實驗態度。訓練學生掌握熟練規范的實驗操作技能和技巧,為后續的實驗教學模塊的實施打下良好的基礎。
基礎技能實驗模塊的教學內容設計在課時總量的40%~50%為宜,課時數約30學時,開設8~10個實驗。教學內容設計涉及到高分子化學反應機理,如自由基、陰離子,陽離子等連鎖反應機理,縮聚、基團轉移聚合等逐步反應機理,開環聚合反應機理等。在實驗實施方法方面涉及到本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合、乳液聚合、熔融縮聚、界面縮聚等。如設計膨脹計發測定苯乙烯本體聚合動力學實驗,讓學生直觀感受到了誘導期概念、聚合過程體積減小的現象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化學理論知識。設計過硫酸鉀引發甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合實驗,除讓學生明確了乳液聚合的基本原理外,還了解到了聚合物大分子鏈端基的重要作用。設計己二酰氯和己二胺界面縮聚實驗,讓學生深入理解了界面縮聚的概念和聚合物的可紡成纖性能等主要高分子知識。通過設計一些自由基、陰離子、陽離子等連鎖反應機理的實驗,使學生進一步掌握了活性中心的概念,同時在實驗過程中認知了這些引發劑的活性、安全使用和貯存事項。
2.綜合設計實驗教學模塊
綜合設計實驗教學模塊旨在培養學生較強的實際動手能力,自主設計和分析解決問題的能力。本實驗模塊是實驗教學的較高層次,注重學生實驗的自主設計性和綜合性。
教學內容設計在課時總量的20%~25%為宜,課時數約15學時,開設2~3個實驗。本教學模塊的特點之一是實驗內容的綜合性,可以將同一門課的幾個實驗,或者是幾門課的實驗組合在一起,形成一個大實驗。本教學模塊的特點之二是實驗方案的靈活性和設計性,側重培養學生的自主實驗和學習的意識和良好習慣。例如關于高分子合成實驗先確定好采用的聚合機理和聚合方法,在原材料配方組成、引發劑種類及用量、合成溫度等工藝條件方面給出一個大致的框架,然后讓學生在所給的框架內進行自行設計和實施實驗。譬如懸浮法制備聚苯乙烯珠粒實驗,水的用量范圍為苯乙烯質量的100%~200%、分散劑為磷酸鈣或聚乙烯醇兩種、引發劑過氧化二苯甲酰用量為苯乙烯質量的0.2%~1.0%、反應溫度設定在75℃~85℃范圍等。學生通過自行設計的方案實施實驗獲得了不同的實驗結果,通過對不同組之間實驗結果的綜合分析,找到了影響懸浮法制備聚苯乙烯珠粒的一些因素,激發了學生動手實驗的興趣,發揮了學生自主實驗和學習的主觀能動性。
3.研究創新實驗教學模塊
設置研究創新實驗教學模塊培養學生的科研和創新意識、提高學生的綜合素質和應用開發能力,為實現培養高質量的應用型人才的教育目標提供重要的教學內容實體支撐。 本實驗模塊是實驗教學的最高層次,注重學生實驗的獨立自主陛、綜合性、應用性和創新性,教學內容設計在課時總量的20%~25%為宜,課時數約15學時,開設2~3個實驗。本實驗教學模塊的特點之一是實驗項目的獨立自主性和綜合性。也就是說確定好實驗項目之后,讓學生在實驗教師指導下獨立自主地進行實驗項目方案的調研、設計、實施和結果分析。本實驗教學模塊的特點之二是實驗項目的應用性和創新性,所擬定實驗項目必須關聯生產實踐中的聚合物產品,充分體現實驗項目的應用性。實驗項目設計主要針對這些高分子產品生產實踐中存在的共性問題和關鍵問題的解決來進行設計。通過研究創新實驗的實施,發現學生學習積極性很高,樂此不疲,為培養學生創新意識和展示高分子化學實驗的應用性特征提供了最佳學習平臺,尤其是開發一些聯系生活實際的應用型實驗,可使學生親身感受到高分子化學實驗的實用價值,能強烈激發學生的創造動機。此外,研究創新實驗往往需要多名學生共同完成,有利于培養學生的團隊合作精神。例如,聚氨酯絕緣漆的制備及性能測定實驗,每個學生做一個實驗配方,每5名學生一組,5名學生的實驗結果綜合在一起可以得出高分子樹脂配方組成與漆膜性能之間的關系曲線,以及固化條件與漆膜性能之間的關系曲線。在實驗過程中,5名學生要共同安排實驗方案,盡量保持操作的一致性,最后得出的結果要呈規律性變化。如果有一名學生操作有誤,這個實驗點就會落在規律性以外,影響其他學生對實驗現象的觀察。因此,實施研究創新實驗項目對教師也提出了更高要求。在每次實驗前,教師要指導學生擬定方案,并對可能出現的實驗現象和各種影響因素進行分析,實驗過程中,又有多種意外的實驗現象出現,這勢必要求師生共同分析和討論造成這些現象的原因,幫助學生透過現象深刻理解事物的本質。這樣做需要教師有相當的知識儲備量,并且要求教師也不斷進取,充分體現了教學相長的教育理念。
三、結論
基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新實驗+教學模塊教學的實踐證明教學效果顯著,特別對提高學生綜合實踐能力、激發學生理論課學習興趣、培養學生創新意識和應用開發技能取得了預期效果。基礎技能實驗模塊的教學效果主要體現在實驗現象與相關基礎理論知識之間的有機聯系,高分子化學實驗操作技能和技巧的掌握和規范。綜合設計實驗的教學效果主要體現在學生自主設計和分析解決問題的能力培養。研究創新實驗的教學效果主要體現在學生科研和創新意識的建立,以及學生團隊意識和應用開發能力的培養。
參考文獻
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關鍵詞:高分子材料與工程專業;有機化學;教學現狀;教學改革
有機化學是化學學科中的一個十分重要的組成部分,它的主要研究對象是有機分子,從有機物結構入手,研究有機化合物的化學性質,在分子水平上探知未知世界的基礎學科。在我校,有機化學是面向化工學院、藥學院二年級,以及海洋學院一年級學生開設的專業基礎課程,是“大類培養”的主干課程。通過有機化學課程的學習,可使化學類學生掌握有機化學領域的基本理論、基本知識和實驗操作技能,把握有機化學發展領域的新概念、新動向和新技術,同時為后續專業課的學習打下堅實的基礎。
1.教學現狀
在工科院校,有機化學的教學課時“縮水”,如我校有機化學雖然是“大類培養”的重要專業基礎課,但是其課時數被壓縮到64個學時,教師必須在一個學期之內完成教學。而有機化學作為高分子材料與工程專業的基礎課,是高分子化學、高聚物合成工藝學、高分子材料學等后續專業課的基礎,學生必須在有限的課時數里掌握《有機化學》這門課程,難度大,任務重。另外,由于江蘇省高考制度,較大部分的學生高中階段選修的“物生”,進入大學后化學知識特別是有機化學基礎知識非常薄弱,一個教學班級里,學生的化學知識水平參差不齊。通常是剛進入大學的第一學期學習無機化學,對于選“物生”的學生來說,沒有化學基礎,一開始就挫傷他們學習化學的自信心。學習有機化學時,多數學生對有機化學的學習有畏懼感。如果入校時對專業認知不夠,不能看到有機化學學習對高分子材料與工程專業學習的重要性,更是對有機化學失去興趣。再者,有機化學課程自身的特點,由于有機物數量多,結構多變,機理難掌握。而工科院校的有機化學課時數又被壓縮,教師為了教授完大綱的教學內容,不得不采取“滿堂灌”教學方法,使得學生缺乏主動獲得知識的能力,被動“填鴨式”教學必然導致教學效果不理想。一學期教學結束,發現學生知識掌握不好,除了少部分拔尖的學生,大部分學生對這門重要的專業基礎課一知半解,學到的有機知識很少。
2.教學改革
結合有機化學學科規律,針對高分子材料與工程專業特點,對教學內容進行優化、取舍;改進教學手段,選聘高年級本科生、研究生做助理班主任,讓他們參與本科生教學,形成多元化的本科生教學隊伍;改革考核方式,實現高分子材料與工程專業有針對性的考核方式,教考分離。(1)改革教學內容有機化學的教學關鍵是引導學生“有機”這一學科,不同于其他幾門基礎化學課,有機化學基本不涉及計算,不涉及公式,說的是圖片的拼接,化學鍵的斷裂與重組,以構建新的有機分子。那么,在教學過程中如何引導學生使用“有機思維”思考問題才是關鍵。當我們談到如何面對課時數被壓縮這個問題,如果抓住“引導學生進入有機化學這個學科”這個關鍵問題,就能依據高分子材料與工程專業的培養方案,深入分析研究教學大綱和教學目標,對教學內容進行取舍。在改革教學內容時,還要考慮以下兩個方面問題:一是研讀多種版本的教材,最新版本的中、英文有機化學教材和專著等,從不同研讀、分析深度的教材方面,準確把握“基礎有機化學”教學重點、難點,結合高分子材料與工程專業的特點來取舍教學內容。二是關注高分子領域的研究前沿,發展動態,結合傳統的知識,推陳出新,把最新的知識信息教授于學生,引導學生了解最新的前沿,激發他們的興趣,使之感覺到目前所學知識的有用性。(2)改革教學手段我校近年實施了一項“班主任助理”制度,選派高年級本科生、研究生擔任本科生班級班主任助理,取得了很好的教學效果。高年級本科生、研究生參與本科生教學,形成多層次、多元化的本科生教學隊伍。高年級本科生已經學習了有機化學專業基礎課,經歷過有機化學的學習和考核,有自己的學習方法和技巧;他們已經進入高分子材料與工程專業課程學習,對哪些知識對專業課學習重要有切身體會;他們與低年級學生同屬于一個年齡階段,有更多的共同話題,溝通交流更容易,幫助學生及早發現自己的優缺點,揚長避短。高分子材料與工程研究方向的研究生,通常具有扎實的專業基礎知識,已經接觸了專業的前沿研究方向,可以對高分子材料與工程專業低年級學生的學業、思想及心理等方面給予關心和指導。而且本科生可以在研究生的帶領下主動做一些創新創業項目,這使得本科生更清楚自己在課堂學習中哪方面有不足,增強本科生對基礎知識學習的熱情,使他們在有機化學課堂學習中更積極、努力。(3)改革考核方式良好考核方式可以極大地促進學生的學習熱情,提高他們學習的積極性。目前,我院不同專業實行統一考試,如環境工程、化學工程、安全工程和高分子材料與工程等專業統一出卷,流水閱卷、統一登分,做到公正、準確。但是,這種“統一”的方法抹殺不同專業對有機化學需求的不同,使得教師和學生忽視基礎課對后續專業課的影響,結果是為了考試而學習,不能真正掌握自己專業需求的有機化學知識。為了提高學生的整體素質和學習積極性,我們應實現不同專業單獨出卷、單獨考核的方式。卷面上可以體現出適合高分子材料與工程專業的題目,結合他們的后續專業課程。哪些知識是有機化學這門課程必須掌握的基礎知識,哪些知識是關聯高分子材料與工程的專業知識。同時,建立針對性的有機化學試題庫,使學生接觸更多不同的題型,拓寬知識面。建立適合高分子材料與工程專業的有機化學試題庫,有機化學課程理論考試按照一定的難度系數、教學要求、考試范圍等,統一從試題庫里抽調,實現教考分離。
3.結語
為全面提升高分子材料與工程專業的有機化學教學質量,我們要結合有機化學學科規律,針對高分子材料與工程專業的專業特點,從學生的實際出發,認真分析總結,精選教學內容,創新教學手段,改革考核方式,不斷激發學生的學習興趣,以提高高分子材料與工程專業的人才培養質量。
參考文獻:
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你適合學習材料專業嗎?
材料學包羅萬象,是國內外各行各業發展都離不開的一門基礎而重要的學科。目前據相關專家分析,我國在材料成型設計方面的人才缺口在20萬~30萬之間,并且呈逐年遞增趨勢,材料科學與工程專業的畢業生已經成了“搶手貨”。目前我國整個材料行業都缺少高精尖人才,人才缺失問題已經成了眾多企業發展的桎梏。
材料行業對人才的需求是如此的迫切,那么也可以想象材料學的就業趨勢非常好,想要進入材料行業的學生也很多,那什么性格的人適合進入材料學院呢?筆者列出了如下的性格需求度表格,同學們不妨參考一下。
概述:材料學究竟是什么
材料學是一門跨學科的科學,涵蓋的范圍很廣,子學科多。所以想要回答“材料學究竟學什么”這一問題很難。總的來說,材料學就是研究材料結構、性質和性能,以制造出更好的材料或更好地使用材料的學科。
材料學具體分為三個大類:金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料。因此,大部分高校會開設材料科學與工程專業,專業下又分出幾個方向,針對性地學習這三大類的知識,并且它還與其他一些工程科學相重疊,因此在各大院校,材料科學與工程都有若干分支。
從這三大類可以看出,材料學是典型的工科專業,課程安排和其他工科專業大同小異。大學一、二年級會安排基礎科目的學習,如高等數學、線性代數、概率統計與隨機過程、大學英語、C語言、大學物理、機械制圖、電子電工學這樣與材料生產設備相關的課程:到了大三大四,則會偏重專業課,比如材料物理、物理化學、有機化學、材料力學等,都是必須要學習的。
材料學由于應用廣泛。在眾多領域都有很大的發展空間。學生畢業后可在航空航天、冶金、機械、汽車、電子、信息、交通、化工和建筑等工業企業以及相關科研單位工作。學校不同,學科方向不同,就業的去向也不一樣,比如以研究鋼鐵為主的材料專業。學生畢業后大部分去的都是加工為主的企業,比如鋼鐵廠、汽車廠。
總體而言,材料學是比較基礎的學科,光是大學四年學不到特別專業的知識。所以很多同學會選擇考研深造,這個時候,不妨選擇一個前沿的并且熱門的方向,比如先進陶瓷、復合材料、納米材料、生物材料等。
核心專業:高分子材料科學與工程
從本世紀中葉。高分子材料逐漸登上了材料王國中的寶座。據2011年的最新統計,我國高分子材料的體積產量已經超過其他各類材料,塑料的體積產量已經超過鋼鐵體積產量,合成纖維的生產也超過全部有色金屬的總產量,這說明我國已經跨進了高分子材料時代。
高分子材料科學與工程的建立可以說只有二三十年的歷史。從“高分子”三個字,就知道這個專業需要用到化學方面的很多知識,在大多數院校中,都開設了無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、高分子化學等,而且根據各個學校的側重點不一樣,有機化學、量子化學、結晶化學和熱力學、固體物理學、結晶學、統計物理學、聚合物流變學、高分子材料學、塑料成型工藝學、機械制造基礎、模具材料及制造等課程也都是需要學習的專業基礎課程。為了理解高分子材料中的許多物理現象。系統學習高分子物理學也是十分重要的。如果你只希望念完本科就畢業工作,高分子材料專業是個很不錯的專業,因為它的就業市場很大。
新興專業:生物功能材料
國家將生命科學和新材料科學列為21世紀重點發展的領域,而生物材料學作為一門只有十年歷史的新專業、站在生命科學和材料科學前沿的交叉學科,更是優先發展的重點。
生物功能材料專業是培養具有材料科學與工程、生物學和醫學等領域的相關知識,掌握生物材料的基礎和專業知識,能在生物材料的制備、改性、加工成型及應用等領域從事基礎研究、應用研究和技術開發等的綜合型高級技術人才。
不過很多人會納悶,生物材料到底拿來做什么呢?作用到底體現在哪里呢?答案很簡單—它們最常出現在牙科和整形外科。假牙、補牙材料、人造骨、人造關節都是生物材料的一種。例如為防止骨折,關節等部位要承擔體重的3—6倍的重量,而且一年要承受近200萬次重復荷重,因此要求人造的關節材料有優良的對生物適應性、疲勞強度和耐磨性等。
本專業畢業生的就業、繼續升學和出國深造的前景廣闊。可從事與生物材料、醫藥等領域相關的管理、產品研究開發、市場銷售、貿易等方面的工作。
院校推薦
到目前為止,我國設有材料類專業的高校有400多所,這400多所院校有自己的特色,因此,這些院校在學生的培養上也會有自己的特色。
比如,清華大學材料科學與工程專業注重學生的基礎,下設了五個方向:材料物理與化學、金屬材料、無機非金屬材料、復合材料和電子材料。不過在本科階段,五個方向的課程都大致相同。
北京科技大學的材料科學與工程專業是該校最強勢的學科,偏重鋼鐵材料研究,軟硬件設備足以讓冶金專業以外的學生眼紅。學校名師薈萃,科研實力強,本科生在校學習期間都可跟老師進實驗室做科研。
哈爾濱工業大學的材料學院則始終圍繞“高端”兩字,緊密圍繞國防尖端技術發展需要的新型材料、新型材料的精密和特種加工技術設置課程與內容。
北京化工大學的材料學是國家的重點學科,其高分子材料科學與工程專業是傳統強項,碳基復合材料、無機非金屬材料和金屬材料防護學科在全國具有很高的知名度。
關鍵詞:復合材料與工程;人才培養;專業面;工程能力
中圖分類號:G642.0?搖 文獻標志碼:A?搖 文章編號:1674-9324(2014)01-0098-02
復合材料是材料科學與工程發展最為活躍的前沿領域之一,是國防和國民經濟建設的關鍵高技術新材料。我國高校開設的本科復合材料與工程專業一般以聚合物基復合材料為主線,目標是培養具備復合材料與工程領域的基礎理論、專業知識和實驗技能,適應現代復合材料高科技化發展趨勢,掌握復合材料設計與制備技術,能從事先進復合材料與結構的設計、制備、評價的高級專業技術人才。我國聚合物基復合材料工業發展迅猛,產銷量居世界首位。但是相對于發達國家的研究和應用水平,還存在很大差距。因此,面對日益增加的技術需求與教學內容的大量更新,為適應現代教育培養的新形勢,必須對復合材料與工程專業的人才培養進行全面研究與改革。濟南大學復合材料與工程專業自1995年招收本科生,1999年獲得碩士學位授予權。我校的人才培養教學實踐和對其他高校的調研結果表明,復合材料與工程專業的課程體系中普遍存在四個方面的問題:①化學與力學知識薄弱,創新能力差;②專業面太窄,畢業生工作適應性差;③理論與實踐環節脫節,學生解決實際工程能力弱;④沒有很好體現辦學特色。針對上述問題,如何根據當今復合材料的發展,開展先進的、科學可行的專業人才培養工作,具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。
一、加強有機化學、高分子知識的講授
聚合物基復合材料的基體材料是有機物。有機化學是一門探討有機分子結構性質、有機反應途徑機理以及相關產物分離與結構鑒定的基礎科學,是本專業一門重要的專業基礎課。有機化學是聚合物合成的反應類型和反應機理的堅實基礎。教學過程中應培養學生從有機化學的角度學習和設計聚合物合成的反應過程,提高學生學習高分子化學的效率,啟發學生對聚合物設計的創新思維。高分子化學和高分子物理是本專業兩門重要的專業技術基礎課,既是理論學科,又是應用學科,涉及理論和實驗教學兩方面[1]。其專業理論性強,概念復雜,抽象難懂,聚合反應機理都是微觀的,內容較難掌握,容易影響學生的學習興趣。同時,教學內容與學時數減少的矛盾日益突出。為了提高學生學習的積極性和主觀能動性,授課過程應結合復合材料常用聚合物基體材料,注重對各知識點進行重組和精練,不拘泥于教材內容的排序,兼顧聚合物基體最新的科技進展,做到重點突出,主次分明,緊密結合工程實踐應用。
二、加強力學與結構設計知識的講授
復合材料既是一種材料又是一種結構。復合材料的組分材料和纖維的鋪設方向可以按照設計要求進行選擇,即復合材料具有可設計性。復合材料的非均勻性和各向異性是復合材料力學的重要特點。與常規材料的力學理論相比,普通力學問題在復合材料力學中需要重新研究,以確定常規材料的力學理論、方法、公式的適用性與如何修正。對于復合材料的結構進行力學分析和設計計算必須以準確的復合材料力學性能數據為前提。隨著復合材料的開發和應用,復合材料力學已形成獨立的學科分支并蓬勃發展。
三、擴寬專業面,提高畢業生工作適應性
復合材料與工程專業涉及面廣,內容多,如何根據社會的不同需要設置不同的專業教學知識體系十分重要,也非常困難。從畢業生就業和工作情況分析,應進一步擴寬學生知識面,提高其工作適應性。復合材料行業的發展,一方面分工越來越細,出現高度專業化趨勢;另一方面技術復合程度越來越高,出現高度綜合化趨勢。因此,在專業課與選修課的設置上應充分考慮,使學生的專業知識、技能、工程素質與管理素質得到提高,工作的適應性增強。針對這種情況,我校對課程體系設置進行了改革,主干學科還是材料科學與工程,主要課程包括工程力學、物理化學、高分子化學及物理、材料科學基礎、材料復合原理、復合材料學、復合材料聚合物基體、復合材料工藝與設備、復合材料結構設計基礎、復合材料測試技術、現代材料測試技術。選修課的設置充分考慮擴寬知識面和就業,具體科目包括無機非金屬材料工藝概論、新型建筑材料、工業儀表與工程測試、計算機輔助設計、試驗設計與數據處理、金屬材料概論、材料科學研究方法、建筑裝飾材料、建筑裝飾藝術設計等。
四、進一步加強實踐實訓環節,提高畢業生工程能力
復合材料與工程專業屬工程技術型專業,應側重對學生工程能力、推廣應用能力的培養。復合材料工業一直持續快速發展,其發展速度遠超過經濟發展速度,并且沒有任何減速的跡象。限制其發展的主要因素是不能提供足夠的訓練有素的工程師。針對這種情況,我們不斷完善人才培養方案,重視實踐教學環節,將教學實驗、實習、科研實踐相結合,將校內外實踐教學相結合,增加開設了兩周的綜合性實驗和一周的設計性實驗。同時,與企業建立了多個復合材料教學實踐基地,除了規定的認識實習、生產實習和畢業實習以外,再組織有興趣的同學利用寒暑假在企業進行實地學習,并請企業參與專業建設和人才培養方案制定。定期邀請相關的專家報告他們的新產品開發研究,介紹行業新工藝與新設備。實踐教學效果得到顯著提高。
五、結合各校實際情況,體現學科的辦學特色
各高校復合材料與工程專業的辦學條件差異較大,應揚長避短,積累優勢,形成自己的特色[2]。復合材料按照基體材料的分類可以分為聚合物基復合材料、無機非金屬基復合材料、金屬基復合材料。我校復合材料與工程專業在十多年的發展過程中,形成了自己的辦學特色和科研方向,將專業教學與科研融為一體。結合我校傳統無機非金屬材料的基礎優勢,在課堂教學和實踐教學中,將專業面從聚合物基復合材料拓寬到無機非金屬基復合材料,并保持無機基復合材料的優勢和特色。我校復合材料與工程專業于2009年被評為山東省品牌專業。實踐表明,我們的特色辦學促進了人才培養目標的實現,在提高人才培養質量方面發揮了獨到的作用,也為學生就業擴寬了渠道,為山東省復合材料行業發展做出了貢獻。總之,復合材料工程技術型專業人才的培養,應加強相關基礎知識的講授,擴寬學生知識面,努力提高學生工程能力和創新能力,著力解決學生工程能力弱的問題,使畢業生在復合材料生產、設計及研究開發等方面具有更快更高更強的工作適應性。
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沈陽化工大學是二本。沈陽化工大學是一所以工為主,以化工為特色,工、理、管、經、文、法、醫等7大學科門類相結合的高等學府。學校為遼寧省“雙一流”重點建設高校。
沈陽化工大學介紹
沈陽化工大學是一所以工為主,以化工為特色,工、理、管、經、文、法、醫等7大學科門類相結合的高等學府。學校為遼寧省“雙一流”(一流大學、一流學科)重點建設高校,國家“中西部高校基礎能力建設工程”(小“211”)重點建設高校。
沈陽化工大學重點學科
國家級特色專業:高分子材料與工程、化學工程與工藝、過程裝備與控制工程、無機非金屬材料與工程
遼寧省示范性專業:化學工程與工藝專業、過程裝備與控制工程專業、高分子材料與工程專業
原國家級重點學科(2個):精細化工、自動化
省級重點學科:化學工藝、控制理論與控制工程、材料學、化工過程機械、應用化學
(來源:文章屋網 )
關鍵詞:印制電路 培養模式 卓越工程師培養計劃
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)04(a)-0189-02
國家教育部推出卓越工程師教育培養計劃(以下簡稱卓越計劃)[1],旨在通過在試點高校及專業實施卓越計劃,摸索建立具有中國特色工程教育模式。卓越計劃強調要“重視國家產業結構調整和發展戰略性新興產業的人才需求,適度超前培養人才”。從當前卓越工程師人才培養目標的發展情況來看,隨著電子化學科技發展的不斷綜合化及加速化,著力提高學生的工程實踐能力和工程創新能力,提升學生的國際視野及參與國際競爭的能力,探索電子領域中化學工程教育規律,創建與電子科技大學辦學定位和特色相適應的化學與電子的復合人才的印制電路專業人才培養模式勢在必行。目前我國電子化學教育的體系還不夠完善,特別是在電子化學“材料制備-印制電路設計與制作-器件應用”系統化的印制電路教學領域,教育教學水平相對落后于歐美先進國家,而隨著電子化學品成分趨于復雜,技術密集程度越來越高,將化學知識與電子工藝結合在一起,著重培養在信息產業重要組成部分的電子工藝技術領域的高技術復合型人才,印制電路工藝是一門必不可少的課程[2]。我校應用化學專業是我國目前唯一培養電子技術與化學技術相結合的綜合性印制電路高科技人才的專業,在應用化學教育專業人才培養體系中逐漸完善“化學”與“電子”相結合的人才培養在國內是首創,是應用化學專業人才培養模式的擴展[3]。2013年我國印制電路行業總產值到達236億美元,占全球產值的43%,盡管我國是印制電路制造大國,但不是強國。高技術含量、高附加值的高端印制電路產品,國外從制造設備、材料、工藝技術等方面對我國實行技術封鎖和產品壟斷。要想改變我國高端印制電路落后于發達國家的現狀,培養具有扎實的電子-化學理論基礎,能將所學理論知識靈活應用到印制電路工藝、制造等相關工作中,創新意識和創新能力較強的具有卓越工程師潛質的畢業生是十分必要和緊迫的。
我校應用化學專業被教育部批準為卓越工程師教育培養計劃實施專業。該文從分析卓越工程師培養計劃的培養目標出發,探討本科生印制電路工程專業工程師培養存在的問題,提出針對卓越計劃修訂印制電路教學大綱、編寫實用教材、建立校外實習基地、校企聯合培養等培養實用創新型印制電路工程人才的思路。
1 印制電路教學現狀及存在問題
1.1 教學現狀
近年來,我國印制電路(PCB)產業每年以25%以上的高速度發展,已跨入世界PCB大國之列,伴隨著印制電路產品發展,要求有新的材料、新的工藝技術和新的設備。我國印制電器材料工業在擴大產量的同時,更要注重于提高性能和質量。我校應用化學專業是我國目前唯一培養電子技術與化學技術相結合的綜合性高科技人才的基地,但目前對印制電路教學的重視度同市場需求相比存在一定差距,單從學時分配上就可見一斑。從我校情況看,應用化學系本科生印制電路教學分成《印制電路原理與工藝》(專業必修課,32學時)、《雙面印制電路板制作》(專業實驗選修課,8學時)二個教學環節進行,在第三學年第2學期內完成。《印制電路原理和工藝》課程組在教學中,按照PCB技術發展歷史與基礎、基本材料、線路設計、線路制作、三廢處理、質量管理和發展趨勢的順序組織安排教學,內容包括印制電路基板材料、印制板設計與布線、照相制版和圖形轉移、刻蝕和焊接技術、化學鍍與電鍍技術、孔金屬化技術、多層及HDI板的制作技術、特種印制板制作技術、印制板工業三廢的控制、印制板質量與標準化、印制電路技術現狀與發展趨勢等部分內容。《雙面印制電路板制作》實驗訓練項目包括:PCB布線貼圖的設計與制作相關軟件的學習、PCB照相底版的設計與制作、孔金屬化工藝及技術、印制電路板圖形轉移技術與工藝、印制電路板線路制作及線路保護技術與工藝等幾部份實驗內容。
1.2 存在問題
印制電路課程知識點多,涉及知識面廣,工藝制造問題及節點設計學習難度大,加之很多學生材料化學與工藝、應用電化學與電子化學品基礎不扎實,雖然采用多媒體教學手段,嘗試將互動討論式教學、PCB工業制造案例教學、學生調研式教學、學生小組作報告等多種教學方法引入到教學中,因課時所限及學生工程實踐能力要求高,授課時往往還是無奈停留在學生對PCB制造的基本原理的掌握及工藝能夠正確了解的層次,很難引導幫助學生提升到對印制電路線、孔構件、電氣信號穩定性及任意層Cu互連技術進行優化設計和合理構造處理,從而培養學生創新意識及工程創能能力。同時對國內外印制電路電氣結構設計規范的比較介紹也難以進行,對印制電路結構新理論、新材料、新技術介紹也不足。所以依據“卓越計劃”人才培養的要求,從印制電路原理與工藝的授課內容及授課效果分析,印制電路課程教學主要存在的問題有:
(1)印制電路課程的課程大綱面向卓越工程師計劃的針對性不強;(2)教學內容對國內外最新印制電路制造的新理論、新材料、新結構、新技術吸收不及時;(3)印制電路課程設計和畢業設計的工程實際針對性不強;(4)學生學習興趣及熱情較低,整合高校、企業、科研資源配置的工程實踐能力培養基地較少;(5)課時偏少,未做到因材施教;(6)很多學生側重與理論知識的學習,動手能力較差,從而對印制電路板制作工藝產生畏難心理。
2 印制電路課程改革思路
應用創新人才培養應是以知識學習為載體,著力培養學生工程實踐能力和工程創新能力。印制電路技術橫跨信息電子與新材料兩大國家戰略性新興產業,而長期以來傳統的培養方式對于化學與電子融合領域復合人才能力培養的重要性認識不足,基于我國印制電路領域的高技術人才匱乏現狀,通過分析印制電路教學存在的問題,從以下幾個方面進行教改嘗試。
2.1 課題教學及實驗科目中注重創新能力培養
通過實施“卓越計劃”,探索應用化學系印制電路特色專業教育部卓越工程師計劃實施與實踐教學的人才培養的新途徑,結合現代印制電路材料、結構、體系及設計方面的最新發展,制定相應的教學計劃和課程大綱,開發出基于“材料制備-印制電路設計與制作―器件應用”系統化的印制電路教學的課件。并科學劃分及銜接本科與研究生的印制電路課程內容。針對印制電路學時少而內容多的矛盾,采取凝練授課內容、主講精講基本概念及基本原理、課后結合作業自學理解掌握相關知識的方式精煉教學內容;同時將實驗模式從講授式逐步轉化為開放式,在優化理論點教學內容的基礎上制定印制電路課程開放實驗教學大綱,啟動印制電路實驗教學改革,引入實際工程設計討論,啟發學生深入思考及掌握印制電路理論知識及設計方法,構筑開放實驗體系培養學生的創新思維能力。
2.2 加強實際工程訓練
積極拓展校外資源,形成了一條走出去、請進來的辦學模式,努力建立校企聯合培養人才的新機制,為多樣化拔尖人才培養創造“研發訓練、工程實踐、創業體驗”的多樣化拔尖人才培養環境,將先進工業化技術引進實驗教學環節。畢業設計環節及假期讓部分學生到校外實習基地、校企聯合培養基地參與印制電路的設計及制造工藝,印制電路課程設計和畢業設計題目逐步改進為實際工程設計題目。通過校外實習基地、校企聯合培養使印制電路實驗學科更具有自己獨特氣質,實現從實驗向設計研究階段的轉變,改變傳統實驗與設計研究脫節的現象,學習體驗大生產線的工藝流程和管理方式,使我校應化系學生的綜合實驗能力和設計能力得到提高,為今后成長為技術或管理人員打下堅實的工程基礎。
2.3 激發學習興趣,力求因材施教
現代印制電路技術是許多學科與技術相互滲透、交叉的產物,是一個從事電子儀器與設備設計與開發技術領域合格的專業人員應具備的知識、技能等。以資深教師進行印制電路課程學習動員,緒論課主要介紹印制電路發展的最新特點、國內外應用及研究現狀、印制電路面臨的瓶頸技術課題、印制電路未來的光電路發展前景、印制電路行業狀況及國內外重大印制電路技術革新等。通過印制電路學習動員開闊學生視野也有益于激發學生學習印制電路的興趣。鼓勵對設計感興趣的學生利用課余時間學習LPKF ProtoMat H100數控鉆機Board Master5.0、CR5000等印制電路工藝設計軟件,為做畢業設計及適應畢業后從事印制電路設計工作做準備;鼓勵對科研感興趣的學生參與任課老師的科研課題,構建“基礎性實驗 專業實驗?工程實訓?創新實驗”的遞進式、工程化、創新型的實驗體系,建立體現個性化教育和研究性學習的實驗教學新模式;建立化學虛擬工程模擬與工程實訓相結合的先進工程教學手段,培養學生自主學習興趣、開拓學生個性潛力、以期達到開闊學生知識視野、陶冶學生情操、發展學生健全身心、培養學生學習熱情的目的。
2.4 電子―化學相關知識的拓展
在電子科學技術日新月異的當今時代,各種新型材料、新型元器件以及各種新型整機的研制、生產與應用,都與化學及其工藝過程密切相關,印制電路課程是以化學與電子技術有機結合的電子化學學科方向為主線,整合電子科學與技術、有機合成與光電技術、能源化學科學與技術、應用化學等資源。這就要求學生在化學課學習階段對印制電路所需的化學知識點扎實掌握,鼓勵并指導學有余力的學生閱讀印制電路課外書籍及科研文獻、撰寫讀書報告等,從而改善學生因化學基礎差而對印制電路學習產生畏難心理的狀況,保證學生印制電路知識的系統性。
3 結語
我國要從印制電路制造大國轉變為印制電路強國及至創新強國,培養出一大批高素質應用創新型印制電路專門人才是當務之急。以實施卓越計劃為契機,修訂印制電路系列課程教學大綱,編寫側重工程應用型現代印制電路制作實驗教材,精煉實驗教學內容,采用現代化教學手段及多種教學方法想方設法調動學生學習印制電路熱情和創新意識,提高學生自主學習獨立思考的能力,把化學知識與電子產品結合起來,利用校企聯合培養方式即印制電路實習基地培養學生印制電路制造的工程實踐能力,培養出卓越計劃要求的未來卓越工程師的后備軍。
參考文獻
[1] 林文松,劉延輝,何亮.“卓越工程師培養計劃”下的工程材料課程建設[J].大學教育,2013(6):139-140.
目前上海市中職校中絕大多數四年制專業也逐步調整為三年制。學制的變化勢必帶來教學計劃、課程設置、教學內容等的較大調整。其中影響最大的應是課程設置。以前的課程設置將不能適應新學制的教學,課程的重新調整勢在必行。傳統的四年制課程設置是第一學年文化基礎課,第二、三學年專業課,第四學年定崗實習。教育部規定調整后的課程設置是第一學年和最后一學年不變,中間的專業課教學由原來的2年壓縮為1年。因此如何調整課程設置是所有學制改革校面臨的難題。
國內對課程整合的研究由來已久,如新疆昌吉衛生學校從2006年3月起努力探索整合生理學、病理生理學與藥理學三門課程,將其有機融合而整合成了《醫學機能學基礎》。整合后的課程給教師教學與學生學習帶來諸多方面的優勢,促進教學效果,培養學生系統醫學思維和綜合實踐能力。在中職醫學教育中,機能學課程整合優化,可謂是一項非常具有實用性和必要性的教學改革措施。江蘇省如東縣第一職業高級中學提出了以教學模式改革帶動教材整合,將《數控加工工藝》《數控編程》以及《數控加工技術實訓》三門課程中重復的內容去掉,編制了《數控編程與加工》,簡潔易懂,操作步驟清晰明了,注重技能培養,便于學生學習和掌握,正確地解決了學科體系的系統性與生產實踐所需知識綜合性的矛盾。常州工程職業技術學院研究探索了有機化學課程的改革新思路,將有機化學與化學實驗技術兩門課程整合成為有機化學與實驗技術,因材施教,理論、實踐相互促進,教學效果甚好。
國外有關課程整合的研究也屢見報端。美國的中等職業教育強調中學課程和中學后課程整合模式,其主要特征是普遍地展開中職和高職之間的課程對話,以整合中等和中等后職業教育,加強這兩級教育之間的銜接,減少課程重復,提高職業教育的效率和質量。美國馬薩諸塞州的罕布什爾學院(Hampshire College)在課程整合方面打破各學科專業分立的壁壘, 結合多種相關學科領域組成專業課程學習模塊。整個學院課程設置為四大模塊:認知科學和文化研究,人文和藝術,自然科學,社會科學。這種課程學習模塊有利于新的交叉性學科的發展, 而且可以鼓勵學生運用多學科的探索性方法去解決問題,促進學生自我教育和主動學習。丹麥的奧爾堡大學課程設置上體現以課題工作貫穿始終,實現按課題組織教學。
盡管有關課程整合的研究很多,但針對中職四年制轉三年制過程中涉及的課程整合研究較少。本研究對上海市材料工程學校“建筑與工程材料”專業在學制調整過程中在課程整合方面進行了一些有益的探索,打破一些傳統的課程設置模式,由課程整合帶動整個教學改革。
一、明確課程群定位,重新優化課程群的內容體系
所謂課程群,就是把具有相關性或一定目的的不同課程編排到一起,組成一個“群”,進行系統地學習和教授。根據專業培養目標明確課程群定位。建筑與工程材料專業的培養目標是培養在建筑工程、土建工程領域、材料生產企業熟習材料性能、生產、檢測、甄別、使用材料的能力,為生產、服務、技術和管理第一線提供高素質勞動者和中初級專門人才。本研究對該專業系列課程進行重新審核,對某些課程進行改革,刪繁刪重,精選教學內容,將課程群進行融合、重組,避免內容重復或斷擋,節省了寶貴的教學時數。具體做法如下:
1.整合化學模塊
對與材料密切相關的基礎化學模塊內容,取消原四大化學單科界限。把傳統的四大化學教學內容進行重新編排及整合,形成以分析化學、建材物理工考證為主線,融合基礎化學、無機化學、有機化學、分析化學各分支學科教學模塊的基礎化學課程體系,體現材料測試領域涉及到的化學知識,補充企業對該崗位的技能要求,消除原課程內容在教學過程中同層次、低水平的重復。
2.整合功能材料模塊
把原系列課程裝飾材料、保溫材料、防火材料、防水材料整合成功能材料,以突出各功能材料在建筑領域的應用。
3.將能力拓展整合到課程中
如文明習慣、心理抗挫能力、團隊意識、溝通技巧等。越來越多的實踐證明,這些隱性的能力是(也可說非智力因素)在工作崗位發揮著極其重要的作用。而這些能力正是當下多數學生所欠缺的。課程整合的目的是把這些非智力要求揉合到課程中,讓學生養成良好的習慣,提高抗挫折能力,加強團隊合作精神,提高學生的溝通技巧和能力。使我們培養的學生成為人格、體魄、專業能力全方位發展的學生。
據此,此專業以建筑工程材料核心課程為中心,建立如圖1所示的課程群。
二、打破傳統課程設置模式,從傳統的三段式課程整合成融合式
中職課程設置傳統上一般以三段式為主,第一學年文化基礎課,第二學年專業理論課,第三年專業實踐課。各個課程之間相對孤立,有時出現內容重復。知識體系不夠連貫,甚至有些內容重復講解降低學習效率。本研究在課程整合時打破傳統的課程設置模式,把課程設置成四大模塊:文化、道德素養課、專業能力課、能力拓展課和綜合實踐課,各個課程模塊之間不再是孤立的,而是相互融合。比如文化、道德素養課貫穿學生整個學習生涯,使培養的學生不僅技能本領過硬,并且學生的綜合素質整體得到提高,如文明禮貌、良好習慣的養成等,符合當今社會對人才的需求(見圖2)。
經過系統的課程整合,構建“文化素養基礎-化學基礎-材料工藝-材料性能及檢測-技能考證-企業頂崗實習”的課程體系,融人文素養、道德品質、化學基礎、材料生產工藝過程、材料檢測過程及考證(化學分析工考證、建材物理工考證)及去企業頂崗實習于一體,使課程內容知識更連貫、內容更精煉、教學更高效。并將學生素養、技能實踐環節貫穿到各個課程中,從而實現理論和實踐一體化教學,使培養的學生真正具備優良的綜合職業能力。
三、建設全方位、立體化教材體系,整合優秀教育資源
課程整合的基礎是教材建設。傳統的一本書教材已難以適應現代職業教育需要。立體化教材, 就是立足于現代教育理念和現代信息網絡技術平臺,以傳統紙質教材為基礎,以學科課程為中心,以多媒介、多形態、多用途、多層次的教學資源和多種教學服務為內容的結構性配套的教學出版物的集合。立體化教材建設目的是為專業學習提供一種教育教學資源的整體解決方案,最大限度地滿足教育教學需要,滿足教育市場需求,形成教育教學能力,促進教育教學改革。
四、融合學歷教育與證書考核,培養學歷+技能人才
近年來,隨著社會對技能要求的不斷提高,培養學生的就業技能,無疑是中職教育最重要的目標之一。傳統的技能證書考核存在的普遍問題是:一方面技能考核一般在學制結束前進行,教學實踐過程中發現許多學生把之前學過的專業知識淡忘,導致考核合格率過低;另一方面技能考核與實際工種脫節,使學生考出的技能證書無法得到企業的認可。如何在相對縮短的學制下加強學生技能的培養是中職校面臨的難題。我校建筑與工程材料專業圍繞職業能力要求,把與專業相對應的各種職業資格所需的技能要求融入到專業教學標準中,并以此實現課程設置、教材編寫、教學與培訓等各個環節的整體聯動。與建筑與工程材料專業緊密結合的職業資格證書僅混凝土行業就有9項,在制定專業教學標準中,這些資格證所要求的技能考核項目與各工作任務模塊緊密對接。學生在完成某一任務模塊的同時就可以參加相應的職業資格技能考核,無需再專門花時間和精力去學習職業資格技能考核的內容。同時,專業建設與企業深度合作,課程的設置有行業、企業專家參與指導。為強化學生對技能的掌握和運用,每年安排教師去企業提高實踐指導能力。學歷教育與證書考核融合,凸現了以能力為本位的職業教育特色,大大提升學生的綜合職業能力。
專業
代碼
專 業 名 稱
專業課Ⅰ
專業課Ⅱ
01
漢語言文學(文)
現代漢語
中國現代文學
02
法學(文)
法理學
憲法學
03
工商管理(文)
管理學
會計學
04
金融學(文)
貨幣銀行學
會計學
05
旅游管理(文)
旅游學概論
中國旅游地理
06
思想政治教育(文)
哲學原理
政治經濟學
07
歷史學(文)
中國古代史
世界近代史
08
廣播電視學(文)
新聞學理論
漢語寫作
09、44
學前教育(文、理)
學前教育學
學前心理學
10
應用心理學(文)
普通心理學
實驗心理學
11、41
會計學(文、理)
財務會計
會計學基礎
12
國際經濟與貿易(文)
西方經濟學
會計學
13
市場營銷(文)
市場營銷
會計學
14
財務管理(文)
財務管理學
會計學
15、43
地理科學(文、理)
中國地理
地圖學
16
英語(外)
綜合英語
翻譯寫作
17
視覺傳達設計(藝)
素描
平面構成
18
服裝與服飾設計(藝)
素描
平面構成
19
藝術教育(藝)
藝術學概論
中外藝術史
20
美術學(藝)
素描
色彩
21
音樂學(藝)
聲樂
鋼琴
22
通信工程(理)
電路分析基礎
模擬電子技術
23
網絡工程(理)
計算機網絡
微機原理
24
計算機科學與技術(理)
電路分析基礎
模擬電子技術
25
工程管理(理)
建筑材料
建筑構造
26
機械設計制造及其自動化(理)
材料力學
機械設計基礎
27
電氣工程及其自動化(理)
電路分析基礎
模擬電子技術
28
機械工程(理)
材料力學
機械設計基礎
29
電子信息科學與技術(理)
電路分析基礎
模擬電子技術
30
數學與應用數學(理)
高等代數
數學分析
31
紡織工程(理)
紡織材料學
紡紗工程
32
化學(理)
分析化學
無機化學
33
化學工程與工藝(理)
物理化學
化工原理
34
生物技術(理)
植物學
動物學
35
生物科學(理)
植物學
動物學
36
藥學(理)
有機化學
分析化學
37
園林(理)
植物學
生態學
38
動物科學(理)
動物生理學
動物生物化學
39
油氣儲運工程(理)
工程力學
工程流體力學
40
植物科學與技術(理)
植物學
植物生理學
42
軟件工程
數據結構
C語言
45
中藥學(醫)
中藥學
中藥制劑
46
臨床醫學(醫)
解剖學
診斷學
47
口腔醫學(醫)
口腔解剖生理學
口腔綜合
(口腔內科學、口腔頜面外科學、口腔修復學)
48
醫學檢驗技術(醫)
生物化學
檢驗綜合
(微生物學檢驗、免疫學檢驗、寄生蟲學檢驗、血液學檢驗、生物化學檢驗、臨床檢驗基礎)
49
康復治療學(醫)
康復評定學
康復技術學
(作業與物理療法)
50
護理學(醫)
解剖學
診斷學
51
中醫學(醫)
我校(武漢紡織大學)輕化工程專業于2011年成功入選教育部卓越工程師教育培養計劃(以下簡稱卓越計劃),開設了輕化工程專業卓越工程師班,物理化學是其專業基礎課程。本文探討面向輕化工程專業卓越工程師培養如何進行物理化學課程的教學。
一、合理安排課程教學內容
卓越計劃分校內學習和企業學習兩個培養階段。四年制本科采用3+1校企聯合培養模式,即3年在校內學習,累計1年在企業學習、實踐和畢業設計。因此,卓越工程師班的學生在學校學習時間比其他專業少。我校輕化工程專業的物理化學課程課時為80,所學內容中,化學熱力學、化學平衡、化學動力學和電化學等章節知識與學生在大一階段學習的無機化學課程中的內容有所重復。因此有的教學內容應以復習為主,不宜講解得面面俱到。如在講授熱力學第一、第二定律章節時,可以把這兩章的知識框架結構介紹給學生,包括理論的提出、理論的延伸及理論的應用。其中理論的提出屬于難點,特別是熱力學第二定律;理論的延伸主要體現在熱力學定律在實際條件(如恒容、恒壓等)下的進一步具體化,此過程涉及大量計算公式及結論;理論的應用是對熱力學定律在實際過程(主要為單純PVT變化、相變化以及化學變化)中的計算。從而使學生對熱力學第一、第二定律的知識既有宏觀的印象,又認識到物理化學課程中遵循的實踐理論實踐認識過程,這樣可為以后章節的學習奠定基礎。而對于以前沒有學習過的章節,則應強調基礎知識和理論產生的意義,簡化理論的推導過程,注重理論的適用條件,加強理論知識的應用實例。這樣的安排有利于學生把握知識的重點和難點,提高學習興趣,充分發揮其主觀能動性。
二、緊密聯系專業的教學
物理化學課程的學習為以后專業課程的學習打下理論基礎。但單純地講授物理化學課程知識而不與專業相聯系,就會讓學生覺得學習這門課程沒有意義。因此應將輕化工程專業的專業課程知識滲透到物理化學課程的教學過程中,讓學生意識到物理化學課程對以后專業課程學習的重要性。所以,物理化學課教師應了解輕化工程專業的相關專業課程,與專業課程教師溝通交流,把一些專業知識與物理化學課程知識相結合。我校輕化工程專業卓越工程師培養的專業課程中,染整工藝原理助劑化學染料化學等課程與物理化學課程中的化學動力學、表面活性劑、膠體與界面化學等章節內容相互聯系。教師在講授時就可以把這些專業課程中的典型實例與物理化學課的基礎知識點相結合,讓學生明白只有掌握物理化學的基礎知識后才能將專業課程學好。如在講授化學動力學章節時,可以聯系染整工藝原理課程中棉織物的染色工藝過程的實例,簡單介紹棉織物的染色包括練漂、燒毛、退漿、煮練及染色工藝過程。其中染色過程包含對溫度、pH值、反應時間、染料濃度、助劑等工藝參數的控制,而這些工藝過程的控制其實是染料分子與棉纖維化學反應動力學的控制,教師就可以引出反應動力學速率方程、影響化學反應動力學的因素等知識。
三、與工程人才培養目標相結合
物理化學課程一直以來被稱為理論化學,以抽象的理論、復雜的推導和繁瑣的計算為特點,是一門既難教又難學的課程。如果在講授中從理論到理論,只注意基本概念的講解、數學推導及計算,這就完全脫離了卓越工程師的培養目標。因此,為了把學生培養成具有工程意識、工程素質和工程實踐能力的應用型人才,教師在講授時,應根據理論的邏輯性和內容的關聯性,恰當地引入科研項目、企業生產工藝與過程以及實驗教學等實踐性環節相關內容,以激發學生的學習熱情,培養學生發現問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力。如在講授表面現象章節中的接觸角知識時,可以根據楊氏方程得到:cos=s-g-s-ll-g。式中:為接觸角;s-g為固氣界面張力,s-l為固液界面張力;l-g為液氣表面張力。當s-gs-l、90時,固體表面潤濕,為親水特性;當s-gs-l、90時,固體表面不潤濕,為疏水特性。教師可以通過如何將棉織物整理成拒水面料課題進行工程實例講解。由于棉纖維表面大量的羥基基團使s-gs-l,因此90,棉布具有親水特性。在棉織物的拒水整理課題中,可以通過在整理液中加入有機硅類WP-107A和有機氟類AG-480整理劑,使棉織物的表面形成有機硅和有機氟類的物質,從而使s-gs-l、90,這樣就使棉織物具有拒水性能。這樣的教學加強了學生對工程實踐的理解,同時也使學生學會了如何將物理化學知識運用到實踐中去。
四、設計具有工程實踐特色的綜合實驗
輕化工程專業卓越工程師強調學生工程實踐能力的培養,而物理化學課程屬于基礎化學課程,更多的是注重基礎理論的學習。如何在基礎化學課程實踐教學中培養學生的工程實踐能力?筆者認為,在物理化學課程的實驗中開展具有工程實踐特色的綜合實驗項目,一方面,可以將理論聯系實踐,加強學生對基礎理論知識的理解和認識;另一方面,可以培養學生的工程能力和素養。例如,我們設計了改性活性炭材料的制備及對染料分子的吸附動力學研究綜合實驗。該實驗項目包含材料的制備及改性研究、染料分子的吸附動力學研究、數據的處理及分析等過程。通過該實驗項目的實施,讓學生將所學的物理化學知識運用到實踐中,鍛煉了學生的材料合成能力以及儀器操作與測試分析能力;同時也使學生學習到染料廢水的處理方法,為今后在企業工作建立清潔生產的理念。
五、探索教學新方法
傳統的物理化學課程教學方法往往偏重課堂講授,學生被動學習,這種教學方法已經不適應卓越工程師人才培養。當前,網絡信息技術的快速發展和運用,使MOOCs(慕課)、翻轉課堂等新的教學方法不斷涌現,而這些教學方法可以為物理化學課程教學提供新的思路。筆者在教學過程中也進行了翻轉課堂等新方法的探索與實踐。如選取化學平衡相圖等部分章節進行探索。教學時,首先將學生分成多個小組并選定組長;然后布置學生課后學習的章節,并指導他們上網觀看相應章節的視頻;由組長組織小組成員進行討論學習,每個小組提出問題并介紹學習心得;最后教師在課堂上開展討論和復習,每個小組派代表上臺匯報學習情況,全班共同討論,教師對討論的問題進行答疑和總結。這樣的教學方法,使學生興趣濃厚、參與度高,學習效果不錯;同時,也充分發揮了學生學習的主動性,提高了師生教學的互動性。
關鍵詞:能源化學工程專業;應用型本科人才;培養模式
能源化學工程專業是研究利用化學與化工的理論和技術來解決能量轉換、能量儲存及能量傳輸問題的戰略性專業。能源的高效、清潔利用將是21世紀化學科學與工程的前沿性課題,也是當前社會急需的具有廣泛發展前景的新興產業。我國于2010年開始設置了能源化學工程戰略新型專業,并于2011年進行試點招生。目前針對能源化學工程專業并結合學校實際情況,對能源化學工程專業的培養模式進行了有益的探索。例如:
(1)東北石油大學對能源化學工程專業課程體系進行了構建,專業按照“通識教育+學科專業基礎+專業教育+實踐教學”四個層面對課程體系進行了設置[1];
(2)沈陽工程學院對能源化學工程專業學生的實踐能力的培養進行了教學探討,制定了一系列實踐教學的相關規章制度,如《實驗室開放制度》《實驗室守則》《校內外實習管理辦法》《課程設計、畢業設計管理辦法》等實踐教學的規章制度[2];
(3)北京化工大學對能源化學工程專業人才的培養注重學科發展的國際化交流與合作。每年邀請國際上著名的學者到能源化學工程實驗室進行訪問和交流,通過學術報告和互動交流,拓寬學生的國際化視野。并與多所國際著名大學建立了密切的科研合作關系和聯合培養學生機制,為學生搭建了國際交流平臺[3];
(4)哈爾濱工業大學能源化學工程專業教學主要側重于學科研究方向的改革,主要包括太陽能電池材料的制備及性能研究,功能晶體材料的制備,生物質能源的開發,生物質能源與化工原料的轉化研究,多晶硅高效回收新技術,發光二極管(LED)用熒光粉的研制,LED新型散熱器材料的合成及LED封裝材料等研究方向[4]。菏澤學院是一個應用型的地方本科院校,2012年菏澤學院化學化工系緊扣菏澤市煤炭石油資源豐富和能源化工基地建設的需要,成功地申請了能源化學工程專業,并于2013年開始招生。構建一個適應社會發展需求、具有地方特色的人才培養模式,是能源化學工程專業健康發展的基礎。在高等教育大眾化的背景下,應用型本科人才成為高等教育的重要對象,并占據了主導地位[5]。近年來,菏澤學院根據地方資源特點、經濟發展需求和學校的師資結構特點對應用型本科能源化工專業的人才培養模式進行了構建。主要從人才培養規格、理論課程體系構建、教學方式方法革新、實踐教學和學生科技創新體系的完善、考核評價方式的改進、師資隊伍建設等方面進行了探索。
1人才培養規格的建構
人才培養規格是教學的前提和基礎。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》明確提出:要遵循教育規律和人才成長規律,深化教育教學改革,創新教育教學方法,探索多種培養方式,形成各類人才輩出、拔尖創新人才不斷涌現的局面[6]。為此應構建以學生為主體、以創新應用人才為核心,以學生全面發展為中心的多規格本科人才培養模式。為制定切合實際的應用型人才培養規格,我系深入菏澤市及周邊地市各個能源化工企業進行調研,與人力資源招聘部門進行接觸、對已畢業的學生進行調查反饋等,多方收集相關信息,并結合菏澤學院化學化工系師資結構特點,對我們的人才培養規格進行了定位。在調查過程中,我們發現:社會對能源化工專業的人才需求有三種類型:科研創新性,動手操作技術性和管理經營性人才。考慮到我系師資力量和學校發展目標,我們把能源化學工程的人才培養目標定為培養動手操作技術性和能源化工企業管理經營性人才。采用“一個專業兩個方向”進行培養,實行“5+3”分流培養方式,即前5個學期在一起上通識課和專業基礎課,后3個學期按照學生的意愿進行分開培養,主要開設專業課。同時對經營管理型的學生聘請經濟系的老師開設經濟管理型方面的課程。
2課程培養體系的構建
課程體系直接關系到培養人才的質量。能源化學工程是一門內容豐富而又廣泛的科學,是涵蓋能源、化工、環境和材料的交叉學科。課程體系按照“通識教育+學科專業基礎+專業教育+實踐課”四個模塊設置,注意學科前沿和知識體系的完整性,構建具有地方特色的厚基礎、寬口徑、重視學科交叉的課程體系。應用型人才培養必須重視實踐課的建設。在課程體系構建中,我們十分重視實踐課的比例,規定不少于總課時的20%。課程除了基礎課程實驗、專業課程實驗、暑假實習、畢業實習、生產實習,畢業論文設計外,還應增加大學生挑戰杯競賽、大學生科研基金項目、大學生創業計劃項目、開放實驗室等項目。教學是基礎,是傳授知識;科研是創造知識,是教學的延伸和發展[7]。組織學生積極參加全國大學生化工設計競賽、數學建模競賽、機械設計競賽、結構設計競賽、大學生挑戰杯賽等競賽項目。其目的是以競賽為載體,把探索精神、創新技能、動手能力、合作能力、針對具體實際問題提出解決方案的能力作為培養目標。這些競賽對于培養我國本科生的科研實踐能力和創新精神起到了積極作用[18],加強了學生應用型能力的培養。
3教學方式方法的革新
緊密結合人才培養目標,構建全方位的教學改革模式。在教學方法上,根據“多元智力理論”和應用創新型人才成長規律,進行教學方式的改革,結合企業生產實例,采用范例教學改革模式,使學生在實踐體驗中感受應用創新型人才成長的過程,倡導“做中學”,使學生在小組合作比賽中體會自己的成長。在教學實踐中可采用“項目活動法”,在項目設計過程中,教師僅起指導作用,學生可以自主查閱資料并開展與項目有關的研究性活動和合作學習。
4實踐教學和科技創新體系的完善
實踐教學和學生科技創新是培養應用創新型人才的重要環節。構建多層次的包括校內實驗、實訓、課程設計、參加科技創新競賽、畢業設計,校外工廠見習、項目合作導師制、校外實習的“雙導師”制以及校企合作協同培養制度,切實加強學生實踐能力和科技創新能力的培養[9]。“雙導師”制是指學生的實習過程中,由學校教師和企業老師共同指導,使學生對工廠實際生產的流程和工藝有一個全面清楚的認識,培養學生運用所學知識分析工程問題和工程實踐應用能力。現在我們已與菏澤市的玉皇化工集團、洪業化工集團、多友科技等企業合作建立了10多處校外實習基地。雙導師制的實行,加強了校企結合,有力地培養了學生解決工程問題的能力,避免了學生“所學”和企業“所需”脫節的問題,實現了學校培養和企業所需人才的對接。
5考核評價方式的改進
評價是學科教學的指揮棒。在能源化學工程專業課程評價過程中,采用過程評價與終結性評價相結合的評價方式[8]。對于通識課和專業基礎課程,采取以閉卷考試(70%)和平時成績(作業、小論文、實踐報告)相結合為主;對于專業課,可采用閉卷考試、開卷考試和設計(論文)相結合的方式進行考核;對于選修課,采取教師自主考核與院系抽查相結合的方式;對于實習和實踐課程,結合“雙導師制”,采用化學化工系與企業共同考核的方式;對于實踐課程,采取小組提交實踐報告并答辯的方式進行評價。變單一評價為多元評價,從而調動學生的學習積極性。
6“雙師型”師資隊伍的建設
教師的“復合”能力(高深的專業理論和豐富的工業實踐操作技能)是培養學生應用創新能力的前提和基礎。為培養學生的實踐創新能力,結合專業發展實際,構建“外引+內培+實踐鍛煉”相結合多渠道的“雙師型”教師的培養方式,加強與高校、科研院所和企業的聯系,切實提高教師的業務水平。近三年來,我系派出4位教師到能源化工企業進行業界鍛煉,培養教師的工程實踐能力,使教師明確企業對人才規格的需求,同時加強與企業之間的科研合作。我們還聘請企業的業務骨干為我們的兼職教師,不定期地給學生開設講座和實踐課。同時,我們鼓勵年輕教師考取化工安全評價師、化工工程師、設備設計工程師等相關專業的職業資格證書。這些措施有力地培養了教師的工程實踐應用能力,加強了“雙師型”師資隊伍的建設。總之,根據社會發展對能源化學工程人才的需求和菏澤學院建設應用型地方特色明顯建設的目標,化學化工系根據師資結構特點,對能源化工人才培養模式進行了探索和改革,目前取得了一定的經驗。而對如何更高效的進行校企合作,建設產學研聯合協同創新體系,打造有能源化學工程專業特色的培養模式和體系,是我們繼續努力和探索的目標。
參考文獻
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[8]陳彥廣,韓洪晶,陳穎,等,基于國際化、工程化能源化工工程創新人才培養模式的評價及效果[J].教育教學論壇,2013(13):224-227.
關鍵詞:高分子化學與物理;教學改革;科學研究;創新能力培養
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)43-0083-02
一、《高分子化學與物理》課程特點
經過高分子科學與技術的快速發展,高分子的理論發展與應用已經滲透到物理學、化學、材料學、生物學等各個學科與領域,具有鮮明的學科交叉特色。高分子化學與物理的研究成果已經進入了我們日常生活的每個方面[1-6]。作為一門多學科交叉、實用性很強的學科,高分子對各個工業部門和科技領域的滲透作用已成為不爭的事實,所以在現行中國高等教育的本科專業中,如化學、應用化學、材料化學、材料物理、復合材料、輕化工程、包裝工程、紡織工程、生物工程和環境工程等許多非高分子專業都將高分子相關知識作為必修課和選修課。
非本專業《高分子化學與物理》教學的側重點在于闡述現代高分子科學已成熟的基本概念、基本知識、基本原理和基本測試方法,對涉及高分子科學研究前沿的理論、測試方法以及高分子的新產品介紹等內容點到為止,該課程的學習為輕化工程專業學生開啟了一扇通往高分子科學的窗戶,引導學生了解高分子化學在高分子學科中的地位,通曉課程的主要研究對象和研究內容,為后續專業基礎課的學習和高分子在染整中的應用奠定基礎[1,2]。通過多年的教學實踐證實,對于輕化工程專業(染整方向)的本科生來說,《高分子化學與物理》課程教學呈現以下幾方面的特點。
(一)基礎課程,銜接不夠
對于輕化工程專業(染整方向)的本科生,高分子的學習顯得尤為重要,一方面后續課程(如《纖維化學與物理》、《染整工藝原理》和《染料化學》等)的學習必須以高分子為學科背景,另一方面大學生的生產實習、創新學分實驗、創新訓練計劃和本科畢業論文等實踐性環節的開展也必須要有高分子基礎,因此為了讓染整方向的本科生了解和掌握高分子的基本理論知識和應用,開設了《高分子化學與物理》學科平臺課程。該課程的學習必須以《有機化學》、《物理化學》和《無機化學》的課程學習為基礎,但江南大學輕化工程專業將《高分子化學與物理》課程設置在大二下學期,《物理化學》等課程也在此學期開設,因此課程開設時間過早,缺乏基礎課程的知識,建議在大三上學期開設,以期獲得較好的教學效果。
(二)內容多、學時少,課時緊張
《高分子化學與物理》課程主要包括高分子化學和高分子物理兩個部分,其中高分子化學部分包括高分子科學的發展歷史、發展趨勢,基本概念、分類與命名、基本原理、高分子合成反應與方法等,涉及逐步聚合、自由基聚合、離子聚合、配位聚合和共聚合等;高分子物理部分則側重于高分子的結構(如鏈結構、聚集態結構等)、分子運動、力學狀態與轉變,物理性能等。對于高分子專業的本科階段,通常會開設《高分子化學》和《高分子物理》兩門課程,分別在32至48學時不等;而對于輕化工程專業,只開設了《高分子化學與物理》一門課程,48學時,相對來說內容多、課時少。在這樣的情況下,教學活動的有效開展、課程體系的完善、講授內容的連貫與取舍等都顯得非常重要,對任課老師是一種不小的挑戰。
(三)注重理論,缺乏實踐
《高分子化學與物理》是一門以實驗為基礎的自然科學,但輕化工程專業只開設理論學習課程,沒有相關實驗課程。為了使學生能夠更好地掌握課程學習內容,同時培養學生的動手能力和分析、解決問題能力,提高學生的實驗技能,相應的實驗課程的開設顯得非常迫切,能夠讓所學知識與理論在實驗中得到驗證,注重理論與實踐的結合,讓學生從最初的原料出發,選擇合適的聚合方法與聚合反應,得到在實際生活中真正用得上的高分子產品。
二、教學改革舉措
針對輕化工程專業《高分子化學與物理》的課程特點,結合本校的實際情況,要求學生在理解基本概念和掌握基礎理論的基礎上能夠了解高分子的應用,重點培養他們的實踐與創新能力,作者經過幾年的教學實踐和摸索,總結了幾點教學改革舉措。
(一)規劃本科培養方案,合理調整課程設置
目前我校輕化工程專業的課程設置還存在一定的問題,建議對本科培養方案進行修改,在《高分子化學與物理》授課前完成《有機化學》、《物理化學》和《無機化學》等基礎課程的學習,這樣才能提高學生的學習效率,增強他們的學習興趣,便于更好地掌握相關理論與知識。
(二)多媒體資源課件與傳統板書有效結合
多媒體課件具有豐富表現力、良好交互性和極大共享性等特點,它可以將枯燥乏味的理論知識直觀化和形象化,能夠充分調動和發揮學生學習的積極性和主動性。但在運用多媒體教學的同時也出現了諸如教師幾乎不寫板書,學生不記筆記等問題,嚴重影響了教與學的質量。建議對任課教師的教學大綱、考核方式、教學難點與重點等相關教學文件進行監督,要求授課過程中課件放映與傳統板書相結合,將學生上課情況、學生主動參與積極性、平時作業等與學生的最終成績掛鉤,進行綜合評定。
(三)增設實驗課程,提高學生實踐能力
《高分子化學與物理》是一門理論與實踐相結合的課程,實驗課是對理論課學習的有效補充,通過直觀的現象和結果驗證理論學習的真實性,幫助學生理解所學理論知識,因此實驗課的教學顯得尤為重要,建議在輕化工程專業開設實驗課程,但涉及的實驗眾多,要求任課老師充分考慮實驗的可操作性、重復性和可行性等方面,認真編寫實驗講義。此外,學校和學院應重視實驗室配套設施建設,突破實驗教學完全依附于理論課程教學的傳統框架,增加啟發式實驗和創新性實驗所占比例額,注重驗證性實驗、啟發式實驗和創新性實驗有效結合,開動學生的思維,發揮學生的潛質,提高學生的創新意識。
(四)理論聯系實際,注重啟發式教學
《高分子化學與物理》是一門相對來說比較抽象、枯燥的課程,但它也是一門應用性很強的課程,高分子材料用途廣泛,遍及現代社會生活中衣、食、住、行、用等各個方面,因而在課程講授時注重理論聯系實際,將抽象的概論、理論與實際應用有機結合,將對課堂教學效果起到重要的促進作用。
三、創新能力的培養
(一)培養方案中開設新生研討課和專業導論課
為了提高學生對專業的認同感以及學生的學習興趣和熱情,可以嘗試在本科培養方案中針對大學新生開設新生研討課和專業導論課,以趣味講座和座談的方式進行專業介紹,了解專業背景,告知學生輕化工程這個專業是以化學與高分子為學科背景的,加強學科平臺課程的學習至關重要。
(二)實施學生雙導師制
全面推進學生雙導師制是確保創新型人才培養的重要手段,企業導師和校內導師組成課程小組,共同確定課程教學大綱、教學內容、教材及承擔教學任務,使專業理論課程與行業實際需求緊密結合。
(三)強化實驗課程學習和創新能力培養
實驗課程采用自主設計實驗,在實驗大綱的規范下完成實驗要求,將驗證性實驗、啟發式實驗和創新性實驗有機結合。在國家大學生創新創業計劃項目、江蘇省大學生創新創業計劃項目和江南大學大學生創新訓練計劃項目等資助下,實現學生創新訓練的全參與和全覆蓋,指導教師從選題開始就應該注重基礎理論知識在創新實驗中的應用,達到學以致用的目標。
(四)強化學生的畢業論文(設計)指導
畢業論文(設計)是學生畢業離校前最后一個實踐性環節,也是所學基礎理論知識得到充分應用的關鍵環節,因此可以從課題的選擇、采取的技術路線、擬采用的研究方法和達到的預期目標等方面進行合理規劃與設計,充分發揮學生所學知識與理論的應用,提升學生運用知識的綜合能力,強化學生的專業基礎。同時,輕化工程專業的畢業生中從事與高分子相關行業的人數眾多,學科交叉特色鮮明,為學生的出國深造、攻讀研究生和就業奠定堅實的高分子基礎。
四、結語
根據國內外行業需求和自身特色,通過教學改革與實踐,圍繞復合型、創新型染整專業技術人才的培養目標,通過理論與實踐相結合、教學和科研相結合、校內與校外相結合、科學素養與人文情懷相結合的人才培養模式,注重理論知識的傳授與學生創新能力的培養相結合,全面提高和調動學生的學習積極性和學習興趣,為學生的學習與工作奠定堅實的基礎。
參考文獻:
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南北高校各有優勢
2011年,北京科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、蘇州大學和南京理工大學五所高校開始招收納米材料與技術專業本科生。五所大學中,北京科技大學、北京航空航天大學和大連理工大學三所北方高校在材料科學上屬傳統名校,而南方院校蘇州大學和南京理工大學把納米材料成果產業化,形成了自己的特點。
北方三所高校算是材料科學與工程領域傳統名校,值得注意的是,它們卻均未設置專門的納米材料研究機構,更多的是依托原有的強勢學科,在傳統材料研究領域引入納米科技,尋求突破。
北京科技大學
北京科技大學原名北京鋼鐵學院,曾被譽為“鋼鐵搖籃”,其材料科學研究側重點是金屬材料。除了材料學院這個重點學院外,從事材料科學研究的還有新金屬國家重點實驗室、高效軋制國家工程研究中心、國家材料服役安全科學中心等機構,側重點也不局限于金屬材料,在無機非金屬、高分子、生物醫藥材料等方面亦有建樹。
目前,北科大納米材料課題組主要研究納米材料制備與表征、納米材料改性、功能納米材料等方面。此外,亦有部分老師研究納米加工、納米組裝、納米器件等應用方向。
北京航空航天大學
與北科大不同,北航材料學院在北航不屬于重點學院,規模較小,師資力量僅百來人,這決定了北航材料學院的研究方向不會太廣。作為航天航空院校,北航材料學院也有自己的優勢,正在籌建的航空科學與技術國家實驗室(航空領域最高級別實驗室),它的側重點在金屬材料、樹脂基復合材料及失效分析、先進結構材料、新型功能材料等方面。
在納米材料上,北航材料學院重點關注納米器件和納米涂層。材料學院的納米材料研究發展趨勢可能是納米技術在航天航空領域的應用。
大連理工大學
大連理工大學的材料學院在金屬材料、材料加工方面實力強,基于大連的地理位置,材料學院還開設了五年制金屬材料工程日語強化班。不過,納米材料與技術專業并非隸屬于材料能源學部,而是化工與環境學部。因而,大連理工大學的納米材料研究偏化工類,包括納米粒子合成化學技術、無機納米功能材料、納米復合材料等方向。納米材料與技術專業開設的專業課中,亦有化工原理、基礎化學、材料化學等化工類課程。可以說,這是大連理工大學納米材料與技術專業的一大特色。
與北方三所高校相比,蘇州大學和南京理工大學納米材料與技術專業的發展方向截然不同。兩所南方高校均成立多個納米材料研發機構,在研究方向上,兩所高校側重于納米材料器件應用,嘗試產業化。這些特點可能與江浙一帶出現納米高新技術企業有關。
蘇州大學
蘇州大學沒有材料科學與工程學院,而是材料與化工學部,研究偏向化工,在無機非金屬、高分子材料方面實力不錯。納米材料與技術專業并沒有開設在材料與化工學部,而是2010年成立的納米科學技術學院。除了納米科學技術學院,蘇州大學研究納米材料的機構還有2008年成立的蘇州大學功能納米與軟物質研究院、2011年成立的蘇州大學-滑鐵盧大學蘇州納米科技研究院。其中,以中科院院士李述湯教授領銜組建的功能納米與軟物質研究院已初具規模,它以功能納米材料和軟物質為研究對象,側重于功能納米材料與器件、有機光電材料與器件、納米生物醫學技術等,尋求在納米器件以及新能源、環保、醫用等領域的應用。
南京理工大學
南京理工大學由軍工學院演變發展而來,其材料科學與工程學院的材料學研究側重于金屬材料及復合材料。不過,南理工是國內最早開展納米材料與技術研究的大學之一,正籌建納米結構研究中心,研究側重點是與納米結構材料相關的分析、材料力學、電化學性能評估等。由南理工化工系和南京部分企業共同支持的南京市高聚物納米復合材料工程技術中心,研究側重點是納米材料制備、應用、納米催化聚合反應、納米復合材料,該中心已與江蘇部分納米企業開展納米技術產業化合作。此外,南理工還共建了金屬納米材料與技術聯合實驗室。
其他高校納米特色
上海交通大學
上海交通大學材料科學與工程學院在各類相關排名中居首,教職工200多人,研究側重點包括金屬材料、復合材料、塑性成形、輕合金精密成型等,在中國是材料科學與工程學子公認的夢想學府。其材料學院也涉及納米材料,比如,復合材料研究所部分老師從事納米復合材料研究,微電子材料與技術研究所從事納米電子材料研究。此外,上海交通大學還成立了微納科學技術研究院,研究方向為納米生物醫學、納米電子學與器件。生物醫藥工程學院也開展納米材料的可控合成與制備、納米生物材料等方面的研究。
清華大學
與北京航空航天大學相似,清華大學材料科學與工程系是學校名氣大于院系實力,每年有數百人爭奪材料系不足30個研究生名額。材料系建有新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室,研究側重點以陶瓷材料為主,同時涉及磁性材料、復合材料、電極材料和核材料。在納米材料方面,清華材料系主要研究納米材料結構、納米材料合成和微納米顆粒等。2010年,清華大學成立了微納米力學與多學科交叉創新研究中心,主要研究微納米器件、納米復合材料在電能存儲上應用和微納米設備研發等。
北京大學
北大材料科學與工程系成立于2005年,教職工10余人,成立之初就把材料科學與納米技術結合起來,欲在納米材料與微納器件方面有所突破。此外,北大成立了納米化學研究中心,教職工7人直博生卻達45人,主要研究領域包括低維新材料與納米器件、納米領域的基本物理化學問題。
西北工業大學
西工大是西部材料科學與工程實力最強的院校,其材料學院師資隊伍近200人,有凝固技術國家重點實驗室和超高溫復合材料國防科技重點實驗室。因此,其研究側重點在凝固,復合材料和金屬材料的實力亦不俗。在納米材料方面,西工大成立了微/納米系統研究中心,致力于航空航天微系統技術、微納器件設計制造技術、微納功能結構技術。總之,西工大的納米材料研究可能集中于納米器件在航天、航空、航海方面的應用。
留學兩大國
納米技術是交叉學科,包括納米科技、物理、化學、數學、分子生物學等課程。報考納米專業或方向的研究生在本科一般學的是材料學、材料物理與化學、凝聚態物理、物理化學等。就留學而言,由于納米材料處于基礎研究階段,容易;各個國家在納米材料方面投入大量資金,使得科研經費相對充足,相比于其他專業容易申請獎學金。這兩點決定了留學攻讀納米技術專業研究生相對容易。
2000年,美國白宮國家納米技術計劃,美國的納米技術得到飛速發展。總體上看,美國的納米技術已經處在納米技術實用化階段,而其他各國仍處在納米技術的基礎研究階段。美國各大高校也爭相進入納米材料各個研究領域——
實力強勁的麻省理工學院在太陽能存儲、航空材料、燃料電池薄膜、封裝材料耐磨織物和生物醫療設備領域的碳納米管、聚合納米復合材料等方面成果顯著。
加州大學伯克利分校注重于納米材料在能源、藥物、環境等方面的應用,已卓有成效。
哈佛大學則側重在生物納米科技,即生物學、工程學與納米科學的交叉領域。
康奈爾大學已經在納米級電子機械設備、碳納米管應用電池、納米纖維等方面獲得突破。
斯坦福大學重在納米晶的光學性能、輸運性能和生物應用,以及納米傳感器、納米圖形技術等。
普渡大學的納米電子學、納米光子學、計算納米技術,尤其是計算納米技術全球領先。
紐約州立大學奧爾巴尼分校專注于納米工程、納米生物科學,其納米技術研究中心是全球該領域最先進的研究機構。
萊斯大學在納米碳材料領域成果顯著,在學校的研究人員中,納米材料研究人員的比重約為四分之一,是美國納米材料研究人員最多的大學之一。
此外,美國有很多研究納米技術的實驗室,它們比較愿意招中國大學生,這一點也值得注意。
日本算是最早開展納米技術基礎及應用研究的國家,早在1981年,日本政府就建立了納米技術扶持計劃。美國公布國家納米技術計劃前,曾派人去日本做調查。日本納米技術的研發特點是企業界是主力軍,它們試圖將納米技術融入到產業中。比如,日本企業紛紛斥巨資建納米技術研究機構,同時建立納米材料分廠實現產業化。此外,企業與大學、科研院所合作,開發納米技術。比如,富士通和德國慕尼黑大學合作,三菱公司和日本京都大學合作。
與美國在納米技術基礎研究和生物工程技術領域領先不同,日本在精細元器件及材料的制造方面獨占鰲頭,日本對納米材料研究的投入不斷加大,也使得去日本讀納米專業是一個不錯的選擇。
Tips:何去何從
納米材料專業畢業生有三大去處。選擇留學深造或進高校、研究院從事研發;進入納米材料行業企業;進入傳統材料企業。