《材料科学导论》课程

课程简介
发布时间:2012-03-26 访问次数:

本课程校内发展的主要历史沿革

复旦大学材料系现有三个本科专业:材料化学、材料物理和电子科学与技术。1984年开始,招收材料化学071301)专业本科生;1989年起,招收材料科学(电子材料方向)本科生,1996年定名为材料物理071301)专业,1990年获材料物理专业硕士学位授予权,1997年更名为材料物理与化学专业;1998年批准为材料物理与化学博士点、2001年设立材料科学与工程一级学科博士后流动站。由于三个本科专业主要是面向电子材料与器件的设计、制备和表征的,当时的本科专业均没有开设《材料科学基础》基础课。但自1996年起,随着一批海外博士加盟于材料系,材料系的科研方向在原有基础上得到了大大的拓展。于是,按照复旦大学宽口径、厚基础的本科通识教育的指导方针,2003年起在材料化学专业开设了《材料科学基础》必修课,由杨振国教授独立讲授。这门课无论是教学内容还是教学效果,均获得学生们的一致好评。因此,为了使学生系统掌握材料科学的基础知识、具备应有的专业素养,材料系于20088月经全体副教授以上的教师集体讨论后,决定在《材料科学基础》上开设三个专业的平台基础课:《材料科学导论》(课程代码为: MATE130034.01),由杨振国教授负责起草教学大纲,编写教学计划,并由四名教师集体讲授。

因此,本课程从2010年起对三个专业讲授(学生人数:51名)2011年起上海第二军医大学的临床医学专业也必修该课程(学生人数:73名)2012年有四个专业必修了该课程(学生人数:101名),因而具有跨院校、跨学科、跨专业的性质,学生受益面宽广,并从20125月起被评为复旦大学校级精品课程。从最近四届的学生盲评和评教结果来看,本课程获得了学生们的一致好评和欢迎,在材料系开设的所有必修课中每年盲评都名列前茅。

课程在本专业的定位与课程目标

材料科学是一切科学技术的基础,也是研究技术科学和交叉科学的理论基础。复旦大学材料系的定位是紧密围绕国家战略发展需求,开展材料学科相关领域的科学技术和技术科学的研究,力求从基础研究和应用基础研究中发展高新技术和原创性技术,更好地国民经济建设服务,从应用研究和开发中挖掘和探讨基础学科问题和重大科学问题,同时面向工程实际,分析解决各种材料在使用过程中的可靠性及其安全性问题。材料科学既是大学物理、化学等基础学科物质结构内容的自然延伸,也是为技术学科(工程技术)和交叉学科的研究提供知识铺垫,更是从事基础材料和新材料开发及应用所必需的基础知识,对培养学生具有良好的专业素养非常重要。

《材料科学导论》构建了比较完备的材料科学教学的知识架构体系,以五大基础材料、八类新材料为主要内容,介绍基础材料所共有的基础知识和基本原理以及新材料的特性、特点及其在高科技领域中的应用,把基础材料和新材料融合为一体,旨在使学生对材料科学体系有整体的认识和把握,为深造和学习其他交叉科学打下必要的基础。同时,激发学生对材料科学研究的兴趣和向往,培养学生具有分析解决实际问题的综合能力,为设计与开发新材料提供基础理论和分析方法、为现有基础材料的工程应用提供选材准则和评价依据,尤其为学生从事新材料的设计、制备、加工、分析、评价等研究所需的创新能力和综合能力打下扎实的基础。

知识模块顺序及对应的学时

《材料科学导论》的课程内容及学时数大致安排如下:

第一章材料科学概论                   6 学时

第二章材料结构的基础知识     6 学时

第三章材料的晶体结构             9 学时

第四章材料的晶体缺陷             3 学时

第五章材料的凝固与结晶         6 学时

第六章材料的扩散与迁移       3 学时

第七章材料热力学与相图         6 学时

第八章材料的基本性能               6 学时   (包括实验课 3个学时)

第九章基础材料                           6 学时

第十章新材料                             3 学时

课程的创新要点

1. 在教学内容上,每年PPT课件进行适当的补充、充实和拓展,及时反映五大基础材料和八类新材料的研究现状,在教学中经常结合实际材料案例进行示范式讲解,激发了学生对基础材料、新材料研究的兴趣,培养具有良好的专业素养。

2. 在教学方法上,采用引导性教学和自主性学习相结合的教学方式,除讲授材料科学的基本内容外,适时提出了一些与课件内容相关的专业知识让学生在课堂上讨论或查阅文献后回答,不仅加强了课堂上师生之间的互动性,而且促进了学生的学习主动性和综合分析能力。

3. 在教学实践上,增设了与第八章固体材料的基本性能相配套的三个综合实验:1磁控溅射法制备透明导电氧化物ITO薄膜2)橡胶材料的拉伸试验;3偏光显微镜法观测聚苯烯的球晶形态。通过三个基础实验的训练,学生对材料的组成、制备、结构、性能、应用有更好的认识和把握,引导他们对新材料研发感兴趣,同时训练他们的动手能力、观察能力、理解能力、分析能力及其创新能力。

4. 在教学手段上强调理论与实际相结合,把生活中常见的一些塑料制品和结构件带到课堂上进行针对性的展示和提问,加深学生对基础材料的性能设计及其合理选用的理解和认识。对于一些无法用语言描述清楚的新材料如碳60、碳纳米管的原子构型、量子点内电子波函数等,在PPT课件中加入了一些三维动画视频,从三维立体视角观察和认识新材料的特性和特点,激发学生对新材料研究的向往,引导他们研发新材料。

5. 在讲授方式上,将每一章重要知识点采用图解式和启发式讲解,通过案例教学,把抽象的概念和理论用实际材料案例进行解析,集知识性、思想性、趣味性、实用性和创新性为一体,寓教于乐,又寓乐于教,不仅让学生从理论上掌握一些难懂的知识点,更懂得这些知识点的实际用途,有效引导学生对材料研究的兴趣,激发其创新能力。