材料科学技术范文精选

摘要：基于应用型本科大学的培养目标，对焊接技术与工程专业材料科学基础课程的案例教学进行了探索。通过设计更贴近专业贴近生活的案例，加深学生对课程和专业的体会，激发学习兴趣和主动性，培养解决实际问题能力和创新能力，引导学生树立正确的人生观、价值观和世界观。

关键词：材料科学基础；应用型本科；教学研究；思政教学

材料科学基础是本校焊接技术与工程专业重要的专业基础必修课，主要包括四个方面：材料各种性能及应用意义、材料结构基本理论、材料组织结构与性能控制技术基础、工程材料及应用。通过该课程的学习，掌握各种材料的共性基本理论知识和性能特点，理解材料的成分、加工、结构、性质和使用性能间关系及规律，初步具备开发应用材料，合理选择材料和使用材料，正确加工材料及安排制订加工工艺路线的能力[1]。材料科学基础课程的理论性和实践应用性很强，以物理、化学、材料热力学、材料力学及金工实习等学科为基础，并与其它应用科学有着交叉和联系，知识点较多，知识点和知识点之间的联系较为复杂和抽象，学生对课程的兴趣和学习主动性普遍不高，对后继专业课的学习产生了不利影响[2-4]。基于应用型本科大学的培养目标，对焊接技术与工程专业材料科学基础课程的案例教学进行了探索。通过设计更贴近专业贴近生活的案例，加深学生对课程和专业的体会，激发学生的学习兴趣和主动性，培养学生解决实际问题的能力和创新能力。

一、增强民族自豪感

焊接技术与工程专业的材料科学基础课程开设在大二上学期，理论学时数为88，实验学时数为8，是学生最早接触材料学科的一门专业基础课。在此之前，绝大部分学生不清楚材料学科研究的内容。因此，在讲授过程中应适时的插入能让学生理解学科理解专业并提升学习兴趣的教学案例。尤其在绪论课的讲授时，设计既符合材料学科又能引起学生兴趣的案例，能激发学生学习本课程的积极性和主动性。例如，绪论课上介绍材料发展史的青铜器时代时，通过询问学生是否了解古代武侠小说中那些“宝剑”的特性，它们是否真实存在，又是如何制造出来，引起共鸣后可以引入越王勾践青铜剑的案例。在介绍的时候不时提出问题引发思考，如该剑经历数千年后在1965年12月出土时为什么剑身没有锈迹，剑身的黑色菱形暗格纹是经过了怎样的加工和处理；该剑刃薄锋利，出土时“二十余层纸一划而破”是怎样的一种精磨技术。讲解过程中通过结合现代材料分析方法，将这把中国古代青铜剑从原材料成分、铸造、加工制备到使用性能详细地介绍给学生。一方面，在引发共鸣提升学生兴趣的基础上引出材料科学就是研究各种固体材料的成分、组织、性能和应用之间的关系及其规律的一门科学；另一方面，提升了学生的民族自豪感，尊重并弘扬中华民族的优秀传统科技文化[5-7]。

二、增强解决工程问题能力

摘要：针对“新基建”背景下纳米材料科学与技术前沿课程的教学实际，分析其多学科交叉的特点，从优化教学内容、创新教学方法、拓展教学资源、完善评价体系等方面，探索跨学科创新人才培养模式，探讨符合“新基建”需求的新型人才培养理念和实践教学方法。

关键词：新基建；纳米材料科学与技术；教学改革

随着5G和物联网时代的来临，新一轮科技革命和产业变革加速演进，以“新基建”多学科交叉为特征的人才培养目标对教学工作提出了新的要求。近年来，纳米材料科学与技术是世界上爆炸式发展的最广阔和多学科交叉研究领域，在信息、材料、能源、环境、微电子、生物、医学和国防等方面显示了广泛的应用前景。因此，立足于“新基建”建设理念和人才培养总体方向，纳米材料科学与技术前沿课程在教学内容、教学方法、教学资源和评价体系等方面进行了探索，提出了全方位优化方案，努力培养适应国家“新基建”要求的创新人才。

一、优化教学内容

纳米材料科学与技术是了解纳米材料理论前沿、应用前景和最新发展动态及纳米产业发展状况的学科。该课程以纳米材料发展为主线，了解纳米材料发展的重大事件，讨论纳米材料和技术的最新动态和发展趋势。纳米材料科学与技术前沿课程对实施材料通才教育，开阔学生视野起到重要的作用。为使学生了解各领域纳米材料的研究方法、应用前景和最新发展动态，教学内容选择方面考虑到更多方面的应用需求。讲授纳米半导体材料及器件研究前沿、纳米功能材料在环境和能源领域的应用及发展前景；介绍纳米生物技术研究前沿，了解纳米生物材料及纳米生物技术研究前沿、应用及发展前景；介绍新概念纳米构造及功能化，了解新概念微纳加工方法、纳米器件构造及功能化前沿研究等。通过在教学内容上精心选择纳米材料与技术领域的最新科技进展，注重与生活实践紧密联系，重视理论联系实际。把最新科研成果与问题引入课堂教学，设问留疑，组织课堂讨论，使学生对国内外纳米材料科学与技术前沿现状与趋势有较为全面的了解。例如，在向未来社会发展的进程中，人类活动对于智能化的需求，使得智能传感器成为研究热点。目前智能传感器技术发展有三种趋势。一是新材料应用。传感器技术的重要基础是敏感材料的不断发展，如低维纳米材料等。随着科学技术不断创新发展，将会有更多适用于传感器的新型材料诞生。新材料的开发利用使得传感器高性能化、微型化、集成化、多功能化、低成本化。二是新工艺采用。随着微纳技术、三维技术等的不断开发，对于新型传感器未来的产业化、商品化将会有很大的促进作用。三是新型传感器设计。这种新型传感器主要具备柔性、透明、多功能、小型化和高性能等特点，需要在新原理、新材料和新技术等诸多方面进行不断创新[1]。基于以上思路，在课堂教学中以石墨烯基应力、应变传感器为例，阐述纳米传感器的设计、组装、原理及其性能调控，并介绍柔性应力、应变传感器在健康监控、柔性触摸屏、柔性电子皮肤等领域的应用。通过上述教学内容，使学生在掌握基本概念和基本理论的基础上，获得更多新材料、新技术及材料研究新进展等知识内容和研究方法。

二、创新教学方法

材料科学与工程学院作为西部地区材料科学与工程人才的培养基地和科学研究基地，长期以来紧密结合西部，特别是甘肃省区域经济和地方资源特色，立足有色金属新材料及其加工成型的新技术、新工艺的开发研究，形成了健全的本科、硕士、博士的多层次材料、冶金学科高级专业人才培养体系。多年来，学院依据国家、地方、区域经济发展需要，形成了自己独特的科研特色，培养出了一支具有较强科研实力的研究队伍，在基础理论研究，应用开发研究，新产品开发方面做出了一定成绩，取得了一系列研究成果，培养出了一批优秀的高级专门人才，为国家尤其是西部地区经济社会发展做出了一定贡献。

学院现从事科研工作教师及技术服务人员92人。其中正高级职称27人，副高级职称31人。具有博士学位36人，硕士学位41人。入选教育部“新世纪优秀人才计划”1人，甘肃省特聘科技专家2人，国家级专家及国务院特殊津贴获得者12人，省部级专家13人。

近年来，在学校党委、行政的正确领导下，在各职能部门的具体指导下，在兄弟院系的大力支持下，学院全体教师的共同努力，我院科研工作取得了很大成绩。

一、学科建设成绩斐然

根据学校学科建设与发展总体要求和学院学科建设的实际，学院认真落实学科建设与发展规划，实现了学院材料与冶金学科发展并举，并突出学科特色的目标。

2005年，学院成功获得了材料科学与工程一级学科博士学位授权点，突破了我校无一级学科博士点的历史，提高了学校与学院的办学层次。同时，材料科学与工程一级学科硕士授权点也获得认定。目前学院已拥有材料科学与工程一级学科博士授权点及材料科学与工程一级学科博士后科研流动站，材料科学与工程一级学科硕士授权点、冶金物理化学与有色金属冶金2个二级学科硕士授权点、材料工程领域工程硕士授权点、材料加工工程高校教师攻读硕士学位授权点，从而形成了学士、硕士、博士及博士后培养的完备的人才培养体系。

为社会培养合格的“高级材料化学专业人才”是材料化学专业教育的本质［1］。目前，各高等院校不断优化材料化学课程体系，使其更加科学化和合理化。科学完备的课程体系是知识结构和能力培养的优化组合，材料化学专业课程体系是材料化学人才培养方案的核心，对材料化学专业人才培养起着至关重要的作用。材料化学专业课程体系的优化首先是课程体系和教学内容的整体优化。

一、优化材料化学专业课程体系的必要性

1．高等教育改革的需要。目前，优化课程体系，改革教学内容，构建合理的知识结构，注重理论联系实际，更新教学手段是高等教育改革的需求。优化课程体系不仅要使它所包含的专业基础课、专业课、实践课等形成相互联系的统一整体，而且要充分体现培养目标和培养规格。

2．现代科学技术发展的需要。近年来，随着材料化学专业教育课程论及教育理念的发展，我们根据材料科学发展规律，对材料化学专业课程体系进行了两次优化调整（分别为2008年下半年和2012年上半年）。我们优化的材料化学专业课程体系能够体现材料化学专业教育特色，完善材料化学专业课程体系，加强材料化学专业的学科方法论教育。

3．市场经济发展的需要。优化材料化学专业课程体系能够反映社会和市场经济对综合性专业人才的要求。优化的材料化学专业课程体系应该充分体现以就业为导向的思想。我们倡导与专业相关的知名企业家走进课堂开展必修课教学，实现在校内与企业的对接，强化学生的就业意识，提高学生的专业技能。

二、现行课程体系存在的问题及其成因

1机械传动技术的萌芽

因为传动系统是机械不可缺少的组成部分，所以传动系统与机械是同时产生的，甚至可以说，因为有了传运装置，机械才得以产生。比如，我国春秋时期即已经广泛使用的桔槔，便可以视为简单的机械，其中，最为智慧的，就是杠杆原理的运用，而这里的杠杆，恰恰就是传动系统，可见传动系统在机械中的重要作用，同时也说明，对于机械的不自觉使用，早在春秋时期，智慧的先人就已经开始了。另外，指南车是展示我国先人智慧的又一发明，这是利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向的车辆。关于指南车的记载，虽有神话成分，或存在史实上的矛盾，但《宋史•舆服志》记载的指南车结构和技术规范，尤其是齿轮大小和齿数的详细记载，不仅证明指南车在我国古代确实存在，也显示了我国古代机械制造的高超水平。另据考证，早在战国到西汉之间，机械传动的重要标志——齿轮，就已经诞生了，另参酌其他古籍，当可推知，指南车的发明，肯定早于宋代，中国古代科技史学家王振铎认为，三国时[期的马钧发明了指南车，颇为可信。放眼国外，关于机械的记载与使用也比较早。早在古希腊时期，就有机械传动的记载。罗马时代，则发明了水力驱动，木制齿轮传动的“谷物碾磨机”，后来，瑞典人在谷物磨中率先采用了斜齿轮传动，在传动技术史上称得上是突破，只不过，这种斜齿轮是由石头制成的，在材料上显得过于原始。进入14世纪，以时钟的发明为标志，齿轮传动系统产生了一个飞跃。因为时钟比较精细，传动齿轮自然也需要精密化、小巧化，于是，人们开始研究金属齿轮。先人的智慧值得景仰，但在工业革命之前，各类传动系统也和机械本身一样，处于原始阶段。直到18世纪初，蒸汽机进入实用，相续在矿井排水、铁路机车、加工制造等领域大显身手，现代意义的机械才得以产生。从本质上来说，蒸汽机是机械的动力系统，它的飞跃对于传动系统自然提出了更高的需求，从那以后，高标准、高质量的金属齿轮传动得到了极大应用。

2机械传动技术的发展

19世纪末，电动机和内燃机获得广泛使用，对机械传动技术提出了更高要求，到20世纪初期，机械传动技术有了很大发展，直齿轮、斜齿轮、锥齿轮和蜗杆传动相继问世，性能、精度及耐久性方面都有了很大发展，基本上可以满足机械工业的需要。20世纪40年代后，齿轮几何学逐渐发展成为一门独立的学科，齿形、啮合及齿轮之间的展成关系，可以通过数学计算实现精确化，这使得机械传动真正成为一门科学。在精确计算的支撑下，研究人员逐步掌握了齿轮传动的表面接触强度及轮齿弯曲强度，基于动载荷的机械传动设计也初步成型，并应用于高速重载的汽轮发电机传动系统。这期间，研究人员还提出了齿轮齿廓和齿向修形设计的方法，以提高承载能力。进入20世纪60年代，肇端于美国的宇航技术取得突破性进展，导航系统、火箭助推器对传动系统的要求非常高，不仅要求传动系统体积小、承载能力强，可靠性更成为首要的考量标准。为此，研究人员不遗余力，对直齿、斜齿、锥齿的表面疲劳强度进行了深入研究，并进行严谨的可靠性增长试验，通过研究，发现传动系统的原材料和齿轮的啮合性不仅关乎其承载能力，也与其可靠性密切相关，这一发现促成了非金属材料（如高强度塑料）齿轮的产生。进入70年代后，机械传动技术更有了飞跃式的发展，空间啮合理论成为这一时期的亮点，研究人员相继推出曲线锥齿轮、环面蜗杆、点接触蜗杆及圆弧齿轮等新式传动系统，极大推动了机械传动技术的发展。值得一提的是，我国正是在这一时期，在机械传动技术领域，迎头赶上发达国家，达到了世界先进国家的水平。20世纪80年代以后，随着知识经济的到来，机械传动技术更是突飞猛进，在空间啮合理论的推动下，少齿差行星传动、变型伺服传动、新型蜗杆传动等新型传动系统相继出现，弹性变形理论、制造误差的啮合理论、局部共轭理论及失配啮合理论，都达到很高水平，齿间载荷分配和应力分析也得到广泛应用。这期间，传动系统减振降噪研究，也成为一个热点，并获得诸多成果，轮齿三维任意可控修形设计便是其中最为重要的创举，根据轮齿修形的要求，多自由度数控齿轮加工机床纷纷问世。传动系统动力学研究更为深入，研究人员提出了齿轮传动系统故障诊断、状态监控和失效预警的思路，并开发出相应的监控与诊断软件，用于冶金、船舶、电厂等大型关键设备的传动系统，使之走上了智能化的台阶，取得了较好的效果。同时，传动系统的研究由微观返向宏观，即传动系统的研究并不单纯以传动系统为对象，而是把机械作为一个整体来研究，传动系统与整机的匹配、协调，越来越受到重视。

3机械传动技术的展望

随着科学技术的发展，机械传动的模式早已不再局限于齿轮、链条等接触式传动，通过电磁感应原理来传递动力的非接触传动（如电磁轴承、电磁传动等）已进入实用，与传统的接触式传动相比，非接触传动具有无磨损、寿命长、效率高等优点。当然，传统的轴承等接触式传动，仍大有用武之地。今后，机械传动技术领域的研究，应在优化改进传统传动技术的基础上，探寻创新型传动模式，在一段时间内，研究重点仍然是前者。大体来说，机械传动的研究方向主要有以下几点：