材料化学课程教学内容设置分析论文
摘要：材料是社会发展的物质基础，材料化学是材料科学的重要组成部分。本文通过对现行材料化学教材内容设置的深入分析，建议农业性院校材料化学教材内容应侧重于以声、光、电、磁、热等性能为基础的功能材料方面，并提出从材料结构与性能之间的关系、各类功能材料的基本理论和基础知识两条主线进行教学的理念，旨在培养以农业资源综合开发与利用为特色的材料化学专业人才。
关键词：材料化学；农业院校；教学内容；课程设置
人类社会的发展经历了石器时代→青铜器时代→铁器时代→蒸汽时代→电器时代，每个时代的发展都离不开材料，材料是人类社会发展的基石，是科学技术进步的推动力[1]。由于材料在国民经济中具有重要作用，世界各国不断加大新材料开发及其应用研究方面的投入，以期在国际市场上占有一席之地。这为高新材料的发展提供了难得的机遇。材料化学是材料科学领域的重要组成部分，是一门研究材料制备、结构、性能和应用的学科，其内涵是从分子原子水平到宏观尺度认识材料结构与性能的相互关系，从而调节材料的组成、结构和合成技术，并发展出新材料[2-3]。在这种背景下，国内外各大高校争相开设材料相关专业。复旦大学于90年代初率先成立了材料化学专业，随后，国内诸多高校相继开设了材料化学专业，湖南农业大学也于2009年设置了材料化学专业。
1材料化学教材的基本框架结构
调研发现，在国内除了以北京大学、复旦大学、中国科学技术大学为首的众多综合性大学开设有材料化学专业之外，四川农业大学、华南农业大学和湖南农业大学也相继开设了材料化学专业[4-5]。由于各高校的学科特色和学科背景千差万别，因此，各学校材料化学的教学内容也各不相同。目前，市场上出版社发行的材料化学教材琳琅满目，但仔细阅读后发现现行《材料化学》的内容设置不外乎为以下两类：一是按照基体材料分类来撰写材料化学相关内容，主要包括金属材料、无机非金属材料（陶瓷）、有机高分子材料和复合材料；二是按照材料的用途分类来撰写材料化学相关内容，主要侧重于功能材料方面，包括电功能材料、磁功能材料、光功能材料、功能转换材料和化学功能材料等。市场上出版发行的《材料化学》教材具体内容设置情况如表1所示。不同于其他综合性院校和工科类院校，湖南农业大学作为一个农业性院校，其学科特色侧重于农业资源的综合开发与利用方面，因此以声、光、电、磁、热等性能为基础的`功能材料内容更符合学校的学科背景。因此在综合比较各类材料化学教材之后，我们选择由彭正合主编的、按照功能材料分类撰写的《材料化学》一书为教材。通过该课程的学习，使学生了解材料结构与性能之间的相互关系；熟悉各类功能材料的基本理论、基础知识；了解各类功能材料的发展历史和应用领域等，开阔视野，激发学生对本学科的热爱。
2材料化学教材的主要内容
在课程具体讲解过程中，我们将教材内容划分为两大部分来讲解，第一部分主要讲述材料结构与性能之间的相互关系，培养学生思考问题及解决问题的能力，为学生以后从事新材料的开发起理论指导作用，包括第一章绪论、第二章结构与物性、第三章纳米材料和第四章复合材料及杂化材料；第二部分重点介绍各类功能材料，拓宽学生对材料的认识，从而对自己未来要从事的研究工作有更清楚的了解，包括第五章电功能材料、第六章磁功能材料、第七章光功能材料、第八章功能转换与智能材料和第九章化学功能材料。在第一部分内容中讲述了材料的结构决定其性能。材料的结构包括它内部的原子、离子或分子及其相互作用力。由于内部各组分之间作用力的不同，使材料表现出不同的导电性、熔点、硬度、延展性和强度。其次，材料的微观结构还包括其内部微粒的排列方式。由内部微粒周期性规则排列形成的材料称之为晶体，反之则为非晶体。晶体具有固定熔点、规则外形、晶面角守恒和各向异性等特点。另外，实际晶体中原子排列时会出现偏离理想的周期性排列的区域而形成晶体缺陷，缺陷的形成对材料的声、光、电、磁、热等性能有显著影响。此外，材料的晶粒尺寸也影响其性能，当材料的粒径达到纳米尺度后，将表现出独特的电、磁、光和化学特性。而且材料的界面情况也影响其性能，不同性质的单一材料复合在一起时将会形成新的界面而产生复合效应，使之出现新的性能。可见，第一部分内容较完整的讲述了材料结构如何影响其性能，对学生以后研发新材料具有启发意义。在第二部分当中，我们根据外电场作用下自由移动的带电粒子（载流子）的类型，讲解了半导体、超导体、快离子导体等新型电功能材料，其载流子分别为空穴、电子和阴阳离子。根据矫顽力Hc的大小讲述了永磁材料和软磁材料。根据光的辐射方式以及光波和物质之间的折射/吸收效应，讲解了因受激辐射引起光放大的激光，以折射作用传导光波的光纤和对光起吸收作用的太阳能电池。根据形状与能量转换、机械能和电能转换、热能和电能转换讲述了形状记忆合金、压电和电致伸缩材料以及热电材料。根据物质的催化作用讲解了工业催化材料、光催化材料和电催化材料。可见，通过第二部分内容的讲述能够使学生全面了解各种功能材料的基本知识及其研究发展历史，提高学生的创新意识和理论联系实际的能力。
3结语
材料化学作为农业院校材料化学专业的核心课程，其教学内容应该立足于农业院校的学科背景，侧重于以材料的声、光、电、磁、热等性能为基础的功能材料，而不是简单照搬其他综合性大学和工科类院校的教材。本文通过对现行材料化学教材内容的深入分析，认为农业院校材料化学课程教学内容应该围绕材料结构与性能之间的关系，以及各类新型功能材料的基础知识两方面来编排。通过该课程的学习使学生了解材料的结构包括作用力、排列方式、尺寸大小和界面效应对材料性能有显著影响，熟悉各类功能材料的基本理论，为其将来从事材料科学相关工作打下良好基础。
参考文献
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[4]许新江,朱立刚.关于材料化学专业课程建设的几点思考与实践[J].广州化工,2015,43(12):192-193.
[5]李明田,龚敏,金永中,等.应用型材料化学专业教学体系的建设[J].大学教育,2015(12):108-110.
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