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材料化學課程教學內容設置分析論文
摘要：材料是社會發展的物質基礎，材料化學是材料科學的重要組成部分。本文通過對現行材料化學教材內容設置的深入分析，建議農業性院校材料化學教材內容應側重于以聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料方面，并提出從材料結構與性能之間的關系、各類功能材料的基本理論和基礎知識兩條主線進行教學的理念，旨在培養以農業資源綜合開發與利用為特色的材料化學專業人才。
關鍵詞：材料化學；農業院校；教學內容；課程設置
人類社會的發展經歷了石器時代→青銅器時代→鐵器時代→蒸汽時代→電器時代，每個時代的發展都離不開材料，材料是人類社會發展的基石，是科學技術進步的推動力[1]。由于材料在國民經濟中具有重要作用，世界各國不斷加大新材料開發及其應用研究方面的投入，以期在國際市場上占有一席之地。這為高新材料的發展提供了難得的機遇。材料化學是材料科學領域的重要組成部分，是一門研究材料制備、結構、性能和應用的學科，其內涵是從分子原子水平到宏觀尺度認識材料結構與性能的相互關系，從而調節材料的組成、結構和合成技術，并發展出新材料[2-3]。在這種背景下，國內外各大高校爭相開設材料相關專業。復旦大學于90年代初率先成立了材料化學專業，隨后，國內諸多高校相繼開設了材料化學專業，湖南農業大學也于2009年設置了材料化學專業。
1材料化學教材的基本框架結構
調研發現，在國內除了以北京大學、復旦大學、中國科學技術大學為首的眾多綜合性大學開設有材料化學專業之外，四川農業大學、華南農業大學和湖南農業大學也相繼開設了材料化學專業[4-5]。由于各高校的學科特色和學科背景千差萬別，因此，各學校材料化學的教學內容也各不相同。目前，市場上出版社發行的材料化學教材琳瑯滿目，但仔細閱讀后發現現行《材料化學》的內容設置不外乎為以下兩類：一是按照基體材料分類來撰寫材料化學相關內容，主要包括金屬材料、無機非金屬材料（陶瓷）、有機高分子材料和復合材料；二是按照材料的用途分類來撰寫材料化學相關內容，主要側重于功能材料方面，包括電功能材料、磁功能材料、光功能材料、功能轉換材料和化學功能材料等。市場上出版發行的《材料化學》教材具體內容設置情況如表1所示。不同于其他綜合性院校和工科類院校，湖南農業大學作為一個農業性院校，其學科特色側重于農業資源的綜合開發與利用方面，因此以聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料內容更符合學校的學科背景。因此在綜合比較各類材料化學教材之后，我們選擇由彭正合主編的、按照功能材料分類撰寫的《材料化學》一書為教材。通過該課程的學習，使學生了解材料結構與性能之間的相互關系；熟悉各類功能材料的基本理論、基礎知識；了解各類功能材料的發展歷史和應用領域等，開闊視野，激發學生對本學科的熱愛。
2材料化學教材的主要內容
在課程具體講解過程中，我們將教材內容劃分為兩大部分來講解，第一部分主要講述材料結構與性能之間的相互關系，培養學生思考問題及解決問題的能力，為學生以后從事新材料的開發起理論指導作用，包括第一章緒論、第二章結構與物性、第三章納米材料和第四章復合材料及雜化材料；第二部分重點介紹各類功能材料，拓寬學生對材料的認識，從而對自己未來要從事的研究工作有更清楚的了解，包括第五章電功能材料、第六章磁功能材料、第七章光功能材料、第八章功能轉換與智能材料和第九章化學功能材料。在第一部分內容中講述了材料的結構決定其性能。材料的結構包括它內部的原子、離子或分子及其相互作用力。由于內部各組分之間作用力的不同，使材料表現出不同的導電性、熔點、硬度、延展性和強度。其次，材料的微觀結構還包括其內部微粒的排列方式。由內部微粒周期性規則排列形成的材料稱之為晶體，反之則為非晶體。晶體具有固定熔點、規則外形、晶面角守恒和各向異性等特點。另外，實際晶體中原子排列時會出現偏離理想的周期性排列的區域而形成晶體缺陷，缺陷的形成對材料的聲、光、電、磁、熱等性能有顯著影響。此外，材料的晶粒尺寸也影響其性能，當材料的粒徑達到納米尺度后，將表現出獨特的電、磁、光和化學特性。而且材料的界面情況也影響其性能，不同性質的單一材料復合在一起時將會形成新的界面而產生復合效應，使之出現新的性能。可見，第一部分內容較完整的講述了材料結構如何影響其性能，對學生以后研發新材料具有啟發意義。在第二部分當中，我們根據外電場作用下自由移動的帶電粒子（載流子）的類型，講解了半導體、超導體、快離子導體等新型電功能材料，其載流子分別為空穴、電子和陰陽離子。根據矯頑力Hc的大小講述了永磁材料和軟磁材料。根據光的輻射方式以及光波和物質之間的折射/吸收效應，講解了因受激輻射引起光放大的激光，以折射作用傳導光波的光纖和對光起吸收作用的太陽能電池。根據形狀與能量轉換、機械能和電能轉換、熱能和電能轉換講述了形狀記憶合金、壓電和電致伸縮材料以及熱電材料。根據物質的催化作用講解了工業催化材料、光催化材料和電催化材料。可見，通過第二部分內容的講述能夠使學生全面了解各種功能材料的基本知識及其研究發展歷史，提高學生的創新意識和理論聯系實際的能力。
3結語
材料化學作為農業院校材料化學專業的核心課程，其教學內容應該立足于農業院校的學科背景，側重于以材料的聲、光、電、磁、熱等性能為基礎的功能材料，而不是簡單照搬其他綜合性大學和工科類院校的教材。本文通過對現行材料化學教材內容的深入分析，認為農業院校材料化學課程教學內容應該圍繞材料結構與性能之間的關系，以及各類新型功能材料的基礎知識兩方面來編排。通過該課程的學習使學生了解材料的結構包括作用力、排列方式、尺寸大小和界面效應對材料性能有顯著影響，熟悉各類功能材料的基本理論，為其將來從事材料科學相關工作打下良好基礎。
參考文獻
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[4]許新江,朱立剛.關于材料化學專業課程建設的幾點思考與實踐[J].廣州化工,2015,43(12):192-193.
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