“新工科”背景下农业院校材料化学专业《材料科学基础》教学内容的改革

摘要：在着力建设和发展“新工科”的背景下，材料学科的主干基础课程《材料科学基础》的教学内容具有一定的局限性。文章以湖南农业大学材料化学专业的《材料科学基础》教学为例，遵循“重基础、宽口径、求特色”的改革原则，从理论教学内容和实验教学内容两个方面探讨了农业院校材料化学专业《材料科学基础》教学内容的改革。

关键词：材料化学专业;《材料科学基础》;教学内容

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）37-0118-02

材料化学作为材料科学与化学相结合的新兴交叉学科，是材料学科的重要分支。《材料科学基础》是材料学科人才培养的必修专业课程，是所有材料学科专业课程的基础，也是材料类本科生开始专业课学习的第一门必修课[1]。因此，《材料科学基础》同样是材料化学专业设置的一门重要的专业基础理论课程，它是基础课与专业课之间承前启后的桥梁。学生通过对《材料科学基础》课程的学习，可以对整个材料学科有一个大方向上的认识，为以后学习或从事材料方面的科研或工作夯实基础。目前，在我国著力建设和发展“新工科”的大背景下，材料化学专业的主干基础课程《材料科学基础》的教学内容具有一定的局限性，尤其对于为适应现代农业领域发展而开设材料化学专业的农业院校，该课程教学内容的改革迫在眉睫。

一、教学内容的改革动力

材料科学技术的飞速发展以及农业院校材料化学专业办学的特殊性推动着《材料科学基础》教学内容的改革。一方面，由于材料科学理论发展的历史原因，目前诸多《材料科学基础》的教材内容仍偏向于金属学原理，内容涉及材料的结构、性能以及制备等多方面的知识，如晶体结构、晶体缺陷、凝固与相图等。近年来，也有少部分教材的内容向无机材料以及高分子材料的科学理论倾斜。但是随着现代社会材料科学的飞速发展，越来越多的新材料以及工艺得到发展并应用于实际，《材料科学基础》课程的教学内容不仅要夯实理论基础，还应顺应新工科改革要求，紧跟科技发展方向。另一方面，农业院校材料化学专业办学的特殊性，其往往在普通材料化学专业课程的基础上，注重与大农学的结合。如山东农业大学的材料化学专业，是农业院校中第一批设立的化学专业，主要是以高分子材料、复合材料开发和应用为主[2];如湖南农业大学的材料化学专业源于应用化学，于2008年获批，2009年开始招生，现授予学生工学学士学位，是办学较早的农林院校材料化学专业之一。经过近10年的发展，我校材料化学专业在依托和支撑大农学等优势学科发展的基础上，形成了材料化学与大农学交叉的发展特色。因此，在大力推进“新工科”建设与发展的今天，农业院校材料化学专业《材料科学基础》的教学内容中关于新材料尤其是对涉及农业领域新材料的相关基础知识的补充具有迫切性。

二、教学内容的改革原则

农业院校材料化学专业《材料科学基础》教学内容的改革应当遵循“重基础、宽口径、求特色”的原则。首先，材料化学专业的本科生学习材料科学基础的首要目的仍是掌握材料领域的基础知识，《材料科学基础》教学内容的改革不能舍本，必须“重基础”。其次，以我校材料化学专业为例，考取非农业院校研究生的毕业生占考研人数的90%以上（录取专业主要为化学类及材料类相关专业），参加工作的毕业生就业方向有金属材料领域、无机非金属材料领域、有机化学领域等，因此，农业院校材料化学专业的《材料科学基础》的教学内容不能局限于现有教材的金属学原理，必须“宽口径”。最后，农业院校材料化学专业的《材料科学基础》教学内容的改革必须“求特色”。农业院校的材料类专业通常具有本校优势学科的特色，如东北林业大学以天然高分子材料为特色的“生物质材料”[3]，安徽农业大学以木材为特色的“生物质材料”[4]，湖南农业大学以高性能低成本新能源材料的研究应用为特色实现对农业剩余物的高值材料化利用等。因此，为适应农业院校材料化学专业与农学的交叉融合，培养复合创新型优秀本科生，《材料科学基础》的教学内容可以补充本校研究特色的相关基础内容。

三、教学内容的改革方案

（一）理论教学内容的改革

首先，遵循“重基础、宽口径”的原则，从大材料的观点出发，以材料成分—组织结构—植被工艺—性能的四面体关系作为主线，对教学内容进行基本的筛选和确定。湖南农业大学材料化学专业选用由陶杰、姚正军和薛峰主编，化学工业出版社出版的《材料科学基础》作为授课教材。该教材是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，内容融合了金属学原理、无机非金属材料物理化学以及高分子材料科学等学科的科学原理和方法。基本的教学内容可以分为以下两个方面：（1）材料晶体学方面的基本知识不仅介绍金属材料，还兼顾了陶瓷材料、高分子材料和复合材料的细观结构;表面与界面也涉及了高分子材料及复合材料的内容，学生通过学习可以全面了解各种材料的内部结构与性能之间的关系。（2）材料显微组织的变化知识，包括材料固态相变的基本理论、凝固、二元相图的基本知识、材料加工过程中组织和性能的变化规律，全面了解材料加工工艺对性能的影响。教材中这部分内容偏重金属学，教师在教学时要适当增加无机非金属材料、高分子材料和复合材料的基本内容进行补充。

其次，结合农业院校的农学特色，适当扩充教学内容，做到“求特色”。课程内容可以在金属材料、无机非金属材料、高分子材料的知识中有机融入农业院校农学学科特色的相关知识，主要形式为在课堂讲授过程中将材料研究前沿领域、新材料发展以及科研成果等引入课堂教学，用丰富、生动的科研内容作为相关复杂和抽象的基础知识的实际应用，一方面可以提高学生倾听教师讲解的兴趣，提高课堂效率;另一方面也启发了学生的独立思维能力，培养学生的科研素养与创新精神，明确重要理论的实际应用。

（二）实验教学内容的改革

《材料科学基础》的教学内容结合实验教学可以帮助学生直观地掌握其复杂、抽象、乏味的概念和理论知识。首先，《材料科学基础》课程中的部分知识点可以通过简单的实验进行模拟验证。如学生可以用塑料球或乒乓球代替金属原子作堆积理解晶体结构;可以通过自制的布拉菲点阵模型辅助晶向、晶面符号和晶面间距的理解。其次，农业院校可以发挥专业特色，设计相关综合实验，使学生直观理解材料科学与工程四要素的关系。如湖南农业大学材料化学专业以金属催化生物炭的石墨化为例，使学生理解炭材料的制备工艺、微观结构及其储锂性能之间的关系，向学生提供了综合应用以及解决问题的完整过程训练，加深了学生对材料科学基本知识的理解，提高了学生的动手能力。

四、结语

《材料科学基础》课程的教学内容多而繁杂，农业院校在改革的过程中必须以学生为主体，同时应该体现农业院校的特色与优势，既重视基础知识的教学，又要补充新材料科学技术以及院校相关优势学科的材料知识，以适应新工科的研究和实践要求。

参考文献：

[1]王红洁，徐彤，席生岐.“材料科学基础”课程研究型教学改革与实践[J].高等教育研究学报，2015，38（4）：117-120.

[2]艾仕云，殷焕顺.高等农业院校材料化学专业人才培养及教学体系建设研究[J].山东农业教育，2009，94（3）：16-20.

[3]邸明偉，高振华，朱丽滨，顾继友.“生物质材料”精品课程的建设与实践[J].森林工程，2013，29（4）：158-160.

[4]王传贵，张双燕，赵东.农林院校材料科学与工程专业建设及发展思考[J].中国农业教育，2015，（3）：39-44.

Material Chemistry in Agricultural Colleges under the Background of "New Engineering"" "Material Science Foundation" Reform of Teaching Content

LIU Hui，YU Peng，WANG Zhi-guo

（Department of Chemistry and Materials Science，College of Science，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China）

Abstract：Under the background of construction and development of "new engineering"，the teaching content of the backbone basic course "Material Science Foundation" has some limitations.This paper takes the teaching of "Material Science Foundation" in the major of material chemistry of Hunan Agricultural University as an example，following the reform principle of "emphasizing foundation，wide caliber and seeking characteristic".This paper probes into the reform of the teaching contents of material chemistry major in agricultural colleges from the aspects of theoretical teaching content and experimental teaching content.

Key words：material chemistry major;"Material Science Foundation";teaching content

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