導語：如何才能寫好一篇高分子材料導論，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關鍵詞　高分子科學導論　案例教學　考核機制

包裝材料對包裝的發展起到巨大的推動作用，有時甚至引起發展上質的飛躍。①高分子材料作為現代包裝材料的一個極為重要的組成部分，是包裝工程專業學生必須掌握的知識。高分子科學導論主要包括高分子的合成與化學反應、高分子結構與性能的關系、高分子的分析與表征、典型高分子材料的性質與應用，以及高分子科學的發展歷程和研究前沿。②知識點多，內容繁雜，而教學時數只有48學時。如何安排好教學的內容、教學重點，按照包裝工程專業是需求進行課程建設，成為一個非常有意義的課題。課程內容豐富、實用性強，是包裝工程專業學生的必修課程。如何強化學生的參與意識，提高教學效果，本文從以下三個方面進行了探索和總結。

1　教學內容上，突出以專業特點為導向

教學大綱的完善和更新是教學內容建設的基本骨架。現代教學理念認為，教學大綱不是教學內容的堆砌，而是教學的指導性文件。③④課程大綱的完善是以創新教育理念為指導，傳授知識和培養能力為主線，并要充分地展示課程教學設計思想。根據我校高分子科學導論教學時數少，同時專業方向又是以包裝材料和包裝工藝為主要方向，以食品、藥品及化妝品包裝為主要應用領域，如何選擇甚至編寫合適的教材，如何確定本課程包含的各部分內容，合理分配學時，成為提升高分子科學導論教學效果的一個非常重要的因素。在本課程的教學中，在對第一部分高分子合成化學部分的學習中，主要精力集中在對于反應基本原理的認識和各種高分子化合物的命名及分子量的影響因素。而不對聚合理論做深入探討。在第二部分，高分子材料結構與性能的相關知識中，對材料的力學性能進行了著重介紹。作為包裝容器的設計、加工和使用，這是考察材料的關鍵點，同時還需要介紹相關的耐熱、耐化學性及其他一些基本性能。使得學生在課程學習后，對材料的基本理化性能有一個初步認識。第三部分是將材料的加工，對于包裝材料而言，如何將粒料通過注射、吹塑、模壓等方式制備成包裝容器，這是一個能激發學生學習興趣的部分，也是與學生將來從事包裝職業聯系最緊密的部分。因此，從內容上、從學時上予以加強。尤其是針對我校包裝專業比較偏重的食品包裝，各種液狀貨品的包裝容器（如各種瓶、壺、桶）以及各種薄膜的主要原材料（　PE、PP、PET、PA　等）和主要加工工藝（擠出吹塑成型、注塑吹塑成型、注塑成型、單/雙向拉伸等）進行了較為詳細的展開。

2　在教學方法上，輔助以案例教學

掌握和運用好的教學方法是提高教學質量的重要手段，也是課程建設的重要內容。⑤案例教學是一種非常行之有效的教學方式，能更加直觀地讓學生理解書本知識，聯系實際。例如在講高分子材料的應用的內容時，對身邊的包裝產品進行舉例，例如牙膏是我們生活中不可或缺的日用品，因此市場競爭十分激烈。國際牙膏巨頭美國高露潔公司在進入我國牙膏市場以前，曾做過大量的市場調查發現，牙膏包裝的同質化競爭嚴重。針對這些特點，高露潔采用了創新的復合管塑料內包裝。結果大獲成功，在短短的幾年時間內，迅速占領了我國1/3的牙膏市場份額。這個例子，充分讓學生認識到，高分子材料對于傳統材料的替代作用及其適用范圍十分廣闊，從而激發了學生的學習興趣。在講述高分子注射成型工藝時候，拿出在工廠收集的殘次樣品，對氣眼、流痕、欠注、銀紋/水花、縮痕、熔接痕等常見問題進行分析。以氣眼為例，是由于困在型腔內氣體不能被及時排出，易導致出現表面起泡，制件內部夾氣，注塑不滿等現象。其改進方法，從產品結構設計上，減少厚度的不一致，盡量保證壁厚均勻。這些處理手段，又都可以通過前期所學的高分子化學和高分子物理相關的鏈段運動、熔體流動、聚集態變化等相關知識進行解釋。從而使所學知識得到綜合體現，提高了學生的聯想、歸納能力，深化了對理論知識的理解，同時有助于其將來在工作中分析并解決一些實際問題。

3　優化考核模式，多重手段調動學生學習積極性

構建課堂教學模式時，主要采用教師引導，充分地調動學生的主動性教學方法，而考核方式的優化，則是對學生一種非常有效的激勵方式。為了提高學生的學習興趣，將考核方式改為論文+PPT講述+期末考試的模式，其中平時考勤、作業占二十分，論文占二十分，PPT講述占二十分，期末考試占四十分。考慮到學生還處于大二階段，尚未接觸到文獻調研等課程，經過簡單教授學生如何使用百度等網絡搜索引擎以及初步學習使用中國知網，重慶維普等中文數據庫，武裝了學生的文獻調研手段，同時也充分調動學生的積極性，促使學生發揮主觀能動性去查閱文獻資料和標準，并按照正規的綜述論文格式規范進行撰寫。學生雖然還比較稚嫩，在專業領域幾乎尚無法真正領會，但初步的鍛煉，拓展了專業視野，深化了對本專業的認識，提高了用所學知識去發現問題、分析問題并進行歸納的能力。雖然還不能提出和解決較為復雜的問題，但這種鍛煉已經起到了非常顯著的效果。大二第二學期，包裝專業學生就可以以高分子材料為出發點，申請大學生創新的科技項目，其申請數每年都占到本專業的很大部分。另一個考核內容是將學生按四人一組進行分組，每組做個PPT并請一位同學進行講述，考核成績作為該組四位同學的成績。通過做PPT講述，學生需要自行組織圖片和說明，并進行PPT的設計，直至最后講述。十分鐘的講述和五分鐘的提問，有助于并在一定程度上能集思廣益，學生之間相互交流和討論。再經過最后的考試，學生需要對所學課程進行一個全面的復習和總結，三者結合，使得學生對整個學習內容都有較為直觀、詳盡的認識。

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關鍵詞：高分子化學與物理;教學改革;科學研究;創新能力培養

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）43-0083-02

一、《高分子化學與物理》課程特點

經過高分子科學與技術的快速發展，高分子的理論發展與應用已經滲透到物理學、化學、材料學、生物學等各個學科與領域，具有鮮明的學科交叉特色。高分子化學與物理的研究成果已經進入了我們日常生活的每個方面[1-6]。作為一門多學科交叉、實用性很強的學科，高分子對各個工業部門和科技領域的滲透作用已成為不爭的事實，所以在現行中國高等教育的本科專業中，如化學、應用化學、材料化學、材料物理、復合材料、輕化工程、包裝工程、紡織工程、生物工程和環境工程等許多非高分子專業都將高分子相關知識作為必修課和選修課。

非本專業《高分子化學與物理》教學的側重點在于闡述現代高分子科學已成熟的基本概念、基本知識、基本原理和基本測試方法，對涉及高分子科學研究前沿的理論、測試方法以及高分子的新產品介紹等內容點到為止，該課程的學習為輕化工程專業學生開啟了一扇通往高分子科學的窗戶，引導學生了解高分子化學在高分子學科中的地位，通曉課程的主要研究對象和研究內容，為后續專業基礎課的學習和高分子在染整中的應用奠定基礎[1，2]。通過多年的教學實踐證實，對于輕化工程專業（染整方向）的本科生來說，《高分子化學與物理》課程教學呈現以下幾方面的特點。

（一）基礎課程，銜接不夠

對于輕化工程專業（染整方向）的本科生，高分子的學習顯得尤為重要，一方面后續課程（如《纖維化學與物理》、《染整工藝原理》和《染料化學》等）的學習必須以高分子為學科背景，另一方面大學生的生產實習、創新學分實驗、創新訓練計劃和本科畢業論文等實踐性環節的開展也必須要有高分子基礎，因此為了讓染整方向的本科生了解和掌握高分子的基本理論知識和應用，開設了《高分子化學與物理》學科平臺課程。該課程的學習必須以《有機化學》、《物理化學》和《無機化學》的課程學習為基礎，但江南大學輕化工程專業將《高分子化學與物理》課程設置在大二下學期，《物理化學》等課程也在此學期開設，因此課程開設時間過早，缺乏基礎課程的知識，建議在大三上學期開設，以期獲得較好的教學效果。

（二）內容多、學時少，課時緊張

《高分子化學與物理》課程主要包括高分子化學和高分子物理兩個部分，其中高分子化學部分包括高分子科學的發展歷史、發展趨勢，基本概念、分類與命名、基本原理、高分子合成反應與方法等，涉及逐步聚合、自由基聚合、離子聚合、配位聚合和共聚合等;高分子物理部分則側重于高分子的結構（如鏈結構、聚集態結構等）、分子運動、力學狀態與轉變，物理性能等。對于高分子專業的本科階段，通常會開設《高分子化學》和《高分子物理》兩門課程，分別在32至48學時不等;而對于輕化工程專業，只開設了《高分子化學與物理》一門課程，48學時，相對來說內容多、課時少。在這樣的情況下，教學活動的有效開展、課程體系的完善、講授內容的連貫與取舍等都顯得非常重要，對任課老師是一種不小的挑戰。

（三）注重理論，缺乏實踐

《高分子化學與物理》是一門以實驗為基礎的自然科學，但輕化工程專業只開設理論學習課程，沒有相關實驗課程。為了使學生能夠更好地掌握課程學習內容，同時培養學生的動手能力和分析、解決問題能力，提高學生的實驗技能，相應的實驗課程的開設顯得非常迫切，能夠讓所學知識與理論在實驗中得到驗證，注重理論與實踐的結合，讓學生從最初的原料出發，選擇合適的聚合方法與聚合反應，得到在實際生活中真正用得上的高分子產品。

二、教學改革舉措

針對輕化工程專業《高分子化學與物理》的課程特點，結合本校的實際情況，要求學生在理解基本概念和掌握基礎理論的基礎上能夠了解高分子的應用，重點培養他們的實踐與創新能力，作者經過幾年的教學實踐和摸索，總結了幾點教學改革舉措。

（一）規劃本科培養方案，合理調整課程設置

目前我校輕化工程專業的課程設置還存在一定的問題，建議對本科培養方案進行修改，在《高分子化學與物理》授課前完成《有機化學》、《物理化學》和《無機化學》等基礎課程的學習，這樣才能提高學生的學習效率，增強他們的學習興趣，便于更好地掌握相關理論與知識。

（二）多媒體資源課件與傳統板書有效結合

多媒體課件具有豐富表現力、良好交互性和極大共享性等特點，它可以將枯燥乏味的理論知識直觀化和形象化，能夠充分調動和發揮學生學習的積極性和主動性。但在運用多媒體教學的同時也出現了諸如教師幾乎不寫板書，學生不記筆記等問題，嚴重影響了教與學的質量。建議對任課教師的教學大綱、考核方式、教學難點與重點等相關教學文件進行監督，要求授課過程中課件放映與傳統板書相結合，將學生上課情況、學生主動參與積極性、平時作業等與學生的最終成績掛鉤，進行綜合評定。

（三）增設實驗課程，提高學生實踐能力

《高分子化學與物理》是一門理論與實踐相結合的課程，實驗課是對理論課學習的有效補充，通過直觀的現象和結果驗證理論學習的真實性，幫助學生理解所學理論知識，因此實驗課的教學顯得尤為重要，建議在輕化工程專業開設實驗課程，但涉及的實驗眾多，要求任課老師充分考慮實驗的可操作性、重復性和可行性等方面，認真編寫實驗講義。此外，學校和學院應重視實驗室配套設施建設，突破實驗教學完全依附于理論課程教學的傳統框架，增加啟發式實驗和創新性實驗所占比例額，注重驗證性實驗、啟發式實驗和創新性實驗有效結合，開動學生的思維，發揮學生的潛質，提高學生的創新意識。

（四）理論聯系實際，注重啟發式教學

《高分子化學與物理》是一門相對來說比較抽象、枯燥的課程，但它也是一門應用性很強的課程，高分子材料用途廣泛，遍及現代社會生活中衣、食、住、行、用等各個方面，因而在課程講授時注重理論聯系實際，將抽象的概論、理論與實際應用有機結合，將對課堂教學效果起到重要的促進作用。

三、創新能力的培養

（一）培養方案中開設新生研討課和專業導論課

為了提高學生對專業的認同感以及學生的學習興趣和熱情，可以嘗試在本科培養方案中針對大學新生開設新生研討課和專業導論課，以趣味講座和座談的方式進行專業介紹，了解專業背景，告知學生輕化工程這個專業是以化學與高分子為學科背景的，加強學科平臺課程的學習至關重要。

（二）實施學生雙導師制

全面推進學生雙導師制是確保創新型人才培養的重要手段，企業導師和校內導師組成課程小組，共同確定課程教學大綱、教學內容、教材及承擔教學任務，使專業理論課程與行業實際需求緊密結合。

（三）強化實驗課程學習和創新能力培養

實驗課程采用自主設計實驗，在實驗大綱的規范下完成實驗要求，將驗證性實驗、啟發式實驗和創新性實驗有機結合。在國家大學生創新創業計劃項目、江蘇省大學生創新創業計劃項目和江南大學大學生創新訓練計劃項目等資助下，實現學生創新訓練的全參與和全覆蓋，指導教師從選題開始就應該注重基礎理論知識在創新實驗中的應用，達到學以致用的目標。

（四）強化學生的畢業論文（設計）指導

畢業論文（設計）是學生畢業離校前最后一個實踐性環節，也是所學基礎理論知識得到充分應用的關鍵環節，因此可以從課題的選擇、采取的技術路線、擬采用的研究方法和達到的預期目標等方面進行合理規劃與設計，充分發揮學生所學知識與理論的應用，提升學生運用知識的綜合能力，強化學生的專業基礎。同時，輕化工程專業的畢業生中從事與高分子相關行業的人數眾多，學科交叉特色鮮明，為學生的出國深造、攻讀研究生和就業奠定堅實的高分子基礎。

四、結語

根據國內外行業需求和自身特色，通過教學改革與實踐，圍繞復合型、創新型染整專業技術人才的培養目標，通過理論與實踐相結合、教學和科研相結合、校內與校外相結合、科學素養與人文情懷相結合的人才培養模式，注重理論知識的傳授與學生創新能力的培養相結合，全面提高和調動學生的學習積極性和學習興趣，為學生的學習與工作奠定堅實的基礎。

參考文獻：

[1]徐曉冬.非高分子專業《高分子化學與物理》教學中的幾點體會[J].高分子通報，2010，（5）：74-78.

[2]劉兆麗，曹亞峰，譚鳳芝，李沅.非高分子專業高分子化學與物理教學的幾點探索[J].科教導刊，2013，（1）：82-83.

[3]喻湘華，鄢國平，李亮，吳江渝，郭慶中，曾小平.高分子化學與高分子物理課程教學改革與探索[J].化工時刊，2011，25（3）：68-70.

[4]胡建設，周愛娟，王宏光.高分子化學與物理實驗教學探索與實踐[J].高分子通報，2010，（5）：70-73.

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關鍵詞 材料成型與控制工程 課程體系 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

新能源主要包括太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能、氫能和核聚變能以及由可此衍生出來的各種非常規能源。相對于傳統能源，新能源普遍具有儲量大、可再生、污染少的特點。因而也常被稱為可再生能源或清潔能源。在2010年制定的全省“十二五”能源發展規劃中，積極推進可再生能源發電。重點發展生物質能發電和太陽能發電。以湖北省為例，預計2015年湖北電網發電裝機容量6220萬kw，其中水電裝機3771萬kw，火電裝機2332萬kw，新能源發電裝機120萬kw（風力發電20萬kw、光伏發電30萬kw、生物質能50萬kw、垃圾發電20萬kw）。①

新材料與新能源是國民經濟和社會發展的命脈，廣泛滲透于人類的生活之中，影響著人類的生存質量。新材料是高新技術與產業發展的基礎性與先導性行業，每一次材料技術的重大突破都會帶動一個新興產業群的發展，其研發水平及產業化規模已成為衡量一個國家經濟發展、科技進步和國防實力的重要標志。新能源的迅速發展，最終離不開新材料推進。新能源材料的開發已經越來越引起世界各國研究機構的廣泛重視，新的技術和成果不斷涌現。可以說，新能源材料的開發和利用已成為社會可持續發展的重要影響因素。

為適應時代的需要，國家大力培養這一新興產業的專業人才。工學材料類專業的調整幅度最為突出。新設置的材料類冶金工程、金屬材料工程、無機非金屬材料工程、高分子材料工程等四個專業從原則上覆蓋了原來的（1993年教育部頒布的高等學院本科專業目錄）材料類的有色金屬冶金、冶金物理化學、冶金、金屬材料與熱處理、金屬壓力加工、粉末冶金、復合材料、腐蝕與防護、鑄造、塑性成形工藝及設備、焊接工藝及設備、無機非金屬材料、硅酸鹽工程高分子材料與工程以及化工類的高分子材料及化工等近十五個專業。近幾年來我國材料科學教育改革的迅速發展，幾乎全國所有設有有關材料專業的院校均已程度不同地參與了材料學科教育改革，并且開始出現了力圖根本突破原教育模式的新思路新方案。教育部2010年7月批準在浙江大學、華中科技大學、中南大學等十一所高校設立新能源科學與工程專業，在四川大學、中南大學、湘潭大學等十五所高等院校設立新能源材料與器件專業。目前，湖北省武漢市共有高校26所，大部分的工科院科都設置有材料學科，且教學和科研實力都較強。其材料專業中以金屬材料、無機材料、高分子材料為主，華中科技大學、武漢大學等一流大學已經進入了新能源材料的研究。

1 當前課程體系存在的問題

自1998年國家教育部將原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等專業合并成為“材料成型及控制工程”專業后，原鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等老專業變成了新專業所包含的學科方向。我國新的“材料成型及控制工程”專業的專業課程設置、教學計劃、教學大綱等，總體上的一致之處是壓縮了原來的專業知識的教學內容，但目前還沒有形成統一模式。②“材料成型及控制工程”是寬口徑的新專業，辦學歷史很短，完善的課程體系尚處于初始探索階段。現行的材料成型及控制工程專業課程體系中以金屬材料為主要方向，與新能源產業的高速發展不適應，對學生的就業也造成一定影響。

1.1 學科導論課定位不準

在目前“材料成型及控制工程專業”的課程體系中，金屬材料仍占有較大的份量，教學內容對非金屬材料，特別是新型復合材料的闡述較少，沒有體現新能源的發展對新材料的重大影響。

1.2 課程分配沒有結合新材料的發展

雖然在現行的課程體系中，理論課時較多，但專業課程中力學基礎理論課時少，相關的基礎理論支持性理論不全面，綜合性和設計性實驗項目較少，致使學生面對大型結構件材料的認識不足，對新能源領域中計算機軟件的接觸機會較少。

1.3 所開課程與實際應用聯系不夠緊密

目前開設的課程中，學生的實際應用環節較少，生產實習中，學生大多以參觀的形式進入相關企業，時間倉促，無法深入地認識企業。實驗設備有限，與新能源材料相關的實驗設備更少。學生很難理解課程內容，實際應用更難。在課程體系中，只注意傳統材料科學與技術教學的設置，不能滿足現代工程教育的需要。

1.4 實踐教學目標不明確

實驗教學中采用金屬材料工程的設置內容較多，大多數為對理論教學內容與知識的驗證。實踐教學的系統性不強，缺乏創新性的設計性強的動手實踐內容，不能對學生進行全方位系統的工程思維進行訓練。實踐課程設置形式單一，理想狀態下的實驗實訓脫離了“面向崗位”的宗旨。③

2 面向新能源發展的優化方向

為滿足社會需求，材料成型及控制工程專業培養的人才應比原來單一專業的人才所具備的知識結構應更合理，知識面應更寬，所具備的綜合素質應更好，適應性應更強。④課程體系的可從以下幾個方面進行優化。

2.1 面向新能源的快速發展，提升專業的方向特色

隨著新能源的不斷發展，新型復合材料及大型材料結構件的覆蓋面越來越廣，與其他學科間的交叉滲透也在不斷加強，本學科目前的專業設置和學科研究方向要能滿足本學科相關行業今后對人才的需求，結合地理優勢加強特色內容的教學，不斷通過專業課程的調整和改革，培養出合格人才，推動區域經濟的發展。

2.2 優化課程體系，培養綜合素質，突出“實踐、實用”

課程體系可按圖1的模式進行優化，在完善現有的培養方案的基礎上，注重知識體系的構建和課程內容的設計，體現培養的科學性和專業化。從知識結構、能力培養來滿足新能源發展的素質要求，同時抓好課程內容和實踐環節，梳理完整的學科結構，重視生產技術的應用和獲取知識的科學方法，以綜合能力的提高為目標，并推動專業建設的可持續性發展。

2.3 模塊分類強化，突出“實踐、實用”教育理念

對課程體系進行模塊分類（如圖2）后，逐一完善和改進。新的課程體系強化核心基礎課程，形成理論力學——材料力學——結構力學——工程熱力學等不同層次的力學知識體系。引進新能源材料的熱點，加入桿塔設計、大型材料結構件設計方向的課程。實踐學習類課程加強對當前新能源科技發展信息的吸取，增加應用軟件的學習，以工程軟件實訓的形式加強計算機應用能力。在人文社會科學類模塊中，加入鍛煉學生的溝通及表達能力的課程，如學術講座、論文寫作、溝通與交流等內容，培養未來現代工程的職業精神。優化的課程體系既夯實基礎又提高綜合素質，學生也具有了相應的材料應用維護、管理所必需的設計和測試能力，突出了“實踐、實用”教育理念。

2.4 探討專業新需求，實現本專業的可持續發展

對“材料成型及控制專業”畢業生的社會就業情況進行全面的社會調查，研究本學科專業的發展態勢和對專業人才的知識結構、能力結構、人文素質、創新素質的具體要求，探討新能源的發展對“材料成型及控制工程專業”的課程新需求，一方面實現可持續發展的專業辦學特色；另一方面，通過課程體系的優化，促進教學思想的不斷更新，以“新材料”推動師資培訓的“新發展”，以合理的課程體系幫助學生順利就業。

3 結語

在結合當前新能源快速發展的條件下，探索“材料成型及控制專業”課程體系特色，新的專業培養模式既要體現國內外的“大材料”思想，又要具有較為鮮明的新能源和地方特色，以適應專業發展的要求。優化的課程體系既滿足“大材料”通才教育，又合理規劃好新能源發展條件下“材料成型及控制工程”專業的新內涵和外延，突出金屬材料、復合材料的在新能源行業的應用和設計專業范圍，探索新的專業課程結構和完整的培養體系。

注釋

① 周世平.新能源技術與湖北能源發展綜述[J].湖北電力，2011.35（5）：1-6.

② 樊自田，魏華勝，陳立亮，等.建設新型課程體系 培養寬知識面人才[J].高等工程教育研究，2004（1）：11-12.

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關鍵詞：大材料；綜合素質；培養模式；創新人才

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0189-02

高校是國家培養高素質專業技術人才和創新人才的主要基地，一直以來為推動我國的經濟發展發揮了巨大的作用。材料科學是現代科學技術三大支柱之一，而我國原有的材料學科教育受制于專業，人才培養模式比較單一，已不能適應當今社會發展的需要。急需探索一種新型的開放式的人才培養模式，以應對市場經濟對畢業生就業越來越高的要求[1]。2005年美國的教育界就提出[2]，工程師應兼備“分析能力、實踐經驗、創造力、交流能力、商務與管理能力、領導力、倫理道德和終身學習能力”。因此，高校應當根據自身學科發展的特點、教學資源的實際情況等適當調整人才培養模式，重新對培養模式進行合理定位，以培養出更多能適應社會主義市場經濟發展的高級工程技術人才。

一、當前人才培養模式中存在的不足

1.專業設置過細，學生培養存在局限性。當前，材料類專業開設的有：無機非金屬材料、高分子材料、金屬材料、材料物理、材料化學、包裝材料、綠色建材、耐火材料等專業。我校開設的專業有：無機非金屬材料工程、高分子材料工程、材料物理、材料化學等專業，由于專業間彼此界限分明，知識體系關聯較少，一直以來，對于學生的考核依據也主要看學習成績，所以學生幾乎把所有的精力都放在自己所學專業上，致使學生學科基礎薄弱，知識面狹窄，特別是在涉及交叉學科領域倍感吃力。

2.學生考核方式單一，學生缺乏自主學習的積極性。學生進入大學后，就已經各自都有自己的專業，不管是公共基礎課的學習，還是專業課的學習，考核方式就是期末考試。學生學得好與不好就以考試成績來定性，評獎評先也以考試為依據。這種過于單一的考核方式，導致學生缺乏創新意識，缺乏開拓視野的興趣。容易造成兩個極端，一部分優秀的學生把所有的精力都放在學習上，學業成績優秀，可是知識面狹窄；另一部分成績不優秀的學生，由于沒有評獎評先的機會，也找不到自己的位置，會逐漸失去對于學習的興趣，極大地影響了個人身心的全面發展。另一方面，由于絕大部分學生在步入大學前對于自身所選專業的了解并不深入，對于即將要學習的專業的認識更多是停留在字面上，所以在教學過程中普遍存在大部分同學對于所學內容不感興趣或者對于專業發展前景感覺迷惘從而逐步失掉學習的興趣。從上課的注意力不集中，可能逐步就發展為上課遲到早退甚至逃課，繼續發展到學業成績不及格，最后學生面臨的可能是無法畢業或者由于課程跟不上導致的心理性格問題等，這些都可能會影響學生的一生。

二、“大材料”學科背景下人才培養模式的探索

1.先大后小，先博后專。學校材料專業統一按照材料科學與工程專業一級學科對外招生，學生進校后全部按照“大材料”的培養模式進行培養，先開始學習公共基礎課，夯實基礎，并在此基礎上開設針對各小專業的特色專業課，讓每個學生都能充分了解各專業的特點，幫助學生找到適合自身發展的方向。開設公共專業課，如材料科學基礎、材料測試方法等，讓每個學生對于材料專業有一個宏觀的認識和把握。在此基礎上再重新按照原專業分班，充分尊重學生自主選擇的意愿，分班的過程既兼顧學生興趣又保留專業特色。在專業課程學習階段，我院又嘗試設置了特色班，所謂特色就是淡化傳統的專業界限，打破專業壁壘，允許學生在“大材料”教育背景下根據導師意見及自身興趣在合理范圍內自主設計、調整自身的培養計劃，真正做到以學生為本，培養具有更寬專業視野，對材料學科領域適應性更強的通用型人才。

2.營造多樣化的學術氛圍，培養學生的學習興趣和創新能力。絕大部分本科生進校之初對于專業的認識都是相對模糊，自己喜歡什么專業，適合學什么專業大家都是懵懂的。通過構筑“大材料”的學習平臺，采取開設材料導論課程、舉辦學術講座、動員學生進實驗室、研究生與本科生幫扶對接等方式為學生營造良好的學術氛圍，以達到充分調動學生學習的積極性，培養學生的學習興趣和創新能力的目的。摒棄傳統的培養模式中的不足，充分調動學生學習的積極性以及教師參與教學的積極性，加大師生互動教學環節的比例，強化師生溝通的效果，實現師生關系的和諧雙贏。老師能更好地完成傳道授業解惑的使命，學生能更好地理解老師認可學校并茁壯成長，最終讓自己成一個優秀的全面發展的綜合型創新人才。

3.構造全方位，立體化培養體系，不斷提升學生的綜合素質。原有培養模式主要依托學生所學專業，重點培養學生的專業綜合素質，缺乏針對學生個性的培養，學生自主選擇空間有限。而當今社會需要的綜合型創新人才應該能夠適應科學技術和社會發展需要全面發展、且具有鮮明的個性的創新人才。因此需要調整培養目標，優化培養方案，建立全方位、立體化的培養模式。通過“大材料”培養模式的構筑，可為學生提供多樣化的學習內容和學習方式，制訂交叉擴展和相互融合的培養方案，通過雙向交流、學科交叉和多元互動，可以充分調動學生學習的積極性和創造性，讓學生盡早確立自身的學業規劃，同時基本確立今后的個人發展規劃或職業生涯規劃。讓每個學生都有自己努力的方向和追求的目標，從而最終實現讓每個學生都能學有所成的培養目標。

4.建立資源共享的開放平臺，為學生成才創造條件。由于學院公共實驗室資源相對有限，無法完全實現對所有本科生開放。為解決這個矛盾，同時為了適應“大材料”培養模式的需求，我們建立了以重點實驗室、公共實驗室、教授科研室為基礎的交叉學術科研平臺，將公共實驗室開放時間延長，所有資源對本科生開放，最大限度地容納學生，努力構建全員育人的良好氛圍，力求讓每個學生都有鍛煉和展示的平臺。鼓勵所有學生積極參與科研、高效綜合利用實驗室。探索建立保障研究性學習的長效機制，發揮學科整合優勢，聯合進行實踐活動，實現教學效果和科研效果的雙贏，為學生成才創造最優越的條件。

我校材料科學與工程學院根據目前我院的生源特點和學科發展趨勢，結合我院學科建設特色，在人才培養模式上進行創新性探索，提出了對學生按照材料科學與工程學科“大材料”的模式進行培養的機制。新的培養模式使學生可根據自身特點和興趣合理定位發展方向，充分調動了學生學習的積極性，使我院的人才培養模式多元化。

參考文獻：

[1]朱志云，陳一勝，張雪輝.“大材料“學科背景下人才分流培養模式的探索[J].出國與就業：就業教育，2011，（15）：61-62.

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【關鍵詞】材料化學；改革；探索

中圖分類號：G64　文獻標識碼：A　文章編號：1006-0278(2011)10-098-03

現代高科技的競爭在很大程度上依賴于人才的培養，因而社會對人才的綜合素質提出了更高的要求。培養專業知識面寬、實踐能力強、具備創新精神的高素質人才，是高等院校義不容辭的責任，是歷史賦予的使命。近年來，為了全面推進素質教育，提升大學生的社會競爭力，學院以教學為中心，不斷深化課程教學改革，創新教學體系，取得了顯著的成效。實踐表明，課程教學改革是一項圍繞人才培養目標而展開的系統工程，需要學校各方面的支持、配合以及全體師生的共同參與。筆者結合本校的課程教學改革實踐對《材料化學》課程進行了定位，并討論了該課程教學方法和內容的改革探索與實踐。

一、材料化學的定位

(一)材料化學的定義

材料化學是一門研究材料的制備、組成、結構、性質、應用及其相互關系的科學，它是材料科學的一個重要分支，又是核心內容。材料化學是一門新興的邊緣學科，是在學科的生長和發展中互相交叉、互相滲透下形成的，是作為基礎學科的化學更直接地介入到材料科學中的一個具體體現。因此，可以說《材料化學》課程是化學基礎課和材料學專業課程之間的一個重要橋梁。

為打破原有專業劃分的界限，在制定《材料化學》的教學內容時，必須進行以加強基礎、拓寬專業知識面和加強實踐訓練為主要目的的課程改革；在課程建設中，必須結合實際，明確了《材料化學》課程的定位：通過對這一課程的理論學習，使學生在掌握材料化學的基本原理基礎上，學習運用基礎化學理論解決實際問題。

(二)材料化學教材的選擇

材料化學學科的著眼點是培養創新型人才，而課程教學是實現高素質創新型人才培養的重要環節，它對全面加強學生知識、技能、能力、創新精神和綜合素質培養有著舉足輕重的作用。隨著現代科學技術的快速發展與知識的不斷更新，教材的選擇是關鍵點。自從2005年開設《材料化學》這門課程，我國出版的教材在質上發生了一些微妙的變化。最早的教材是1994年廈門大學丁馬太教授出版的《材料化學導論》，該教科書還被復旦大學、西北大學等采用，但內容相對比較陳舊。其后，北京師范大學李奇老師主編了《材料化學》，上海交通大學唐小真教授主編了《材料化學導論》以及南京師范大學周志華教授主編了《材料化學》等。直到2008年，中山大學曾兆華老師根據自己多年的教學經驗和實踐體會出版了《材料化學》教材，前半部分涉及材料的制備、結構、性能等材料化學的基本內容，后半部分則以金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料四大類材料為主線，對不同種類的材料進行介紹，其中涉及各種現代先進材料如高性能金屬材料、電子信息材料、納米材料、功能陶瓷、感光材料、生物醫用材料、航空航天材料、能源材料等，并敘述各種材料的性能和行為與其成分及內部組織結構之間的關系，這些內容與本課程以前的教學內容不謀而合。總之，教材是指引學生入門的工具，作為教師一定要把好教材關，找到適合自己學生的教材，方能做到事半功倍。

二、材料化學課程教學改革探索與實踐

雖然材料化學是一門理論性較強的專業基礎課程，但隨著材料科學的飛速發展，材料化學領域的研究成果逐漸得到應用。例如Motorola、保潔等公司每年都會招聘材料化學方向的人才到其研發中心進行新產品新工藝的開發。因此，從培養創新型人才角度來看，教學過程中應加強實踐性教學內容，增強材料化學理論知識與科研、生產實踐中的實際問題的聯系，從而提高學生綜合運用材料化學知識解決實際問題的能力，培養學生創新意識和創新能力。然而，由于受傳統教學方法的影響，其教學主要以教師、課堂、教材為申心教學模式。該模式過于依賴理論教學，由于材料化學綜合了材料學，普通化學等方面的內容，涉及的理論知識較為抽象，內容較為難懂，因此，單純地采取傳統教學模式，在授課過程中，教師很難將復雜的知識簡單化，把抽象的知識具體化，降低了學生對該課程的學習興趣。我們要培養創新型人才，就必須建立有利于培養創新型人才的教學體系，因此，進行材料化學課程的教學模式改革是十分必要的。

(一)教學方法與手段的改革探索與實踐

(1)采用循環式教學方法，加強理論與實際的聯系

科學地組織教學內容，采用循環式教學方法，使學生在學習理論知識的同時，加強能力的培養和訓練。在教學過程中，首先從生活或生產實際出發，讓學生了解一些材料的性能及應用知識，激發學生學習本課程的基本理論的興趣，再運用材料化學基本理論來解釋材料結構與功能之間的關系，凝煉出材料設計與制備的原理和方法，并以此原理和方法來設計和制各出有一定社會需求的新型材料。這種循環式教學方法既能提高學生的理論水平，又能培養學生解決實際問題的綜合能力。

2、實施三結合教學方式，營造生動活潑的教學氛圍

在教學中，我們采用自創三結合教學方式，即講解與討論相結合、講授與自學相結合、期末考試與平時小論文相結合。我們改革了傳統的“注入式”教學，建立了“啟發式”教學模式，采取“以學生為主體、教為引導”的方式，突出學生的學習主導地位。在教學過程中注意調動學生參與教學的積極_陛，隨時讓學生提出問題，然后大家共同討論，以此不斷提高他們分析問題的能力和對問題的理解、認知和表達能力。通過我們有意識地將講解與討論相結合，較大力度地變教師為主的傳統教學方式為教師與學生互動的教學形式。在教學過程中我們發現，最新的科研成果往往最能激發學生的興趣和開發學生的思維。因此在相應的章節教學中，我們會及時有效地插入一些最新的研究成果與數據，通過這種方式培養學生掌握學科最新發展動態和開拓知識的能力。

通過近幾年教學實踐表明，我們的教學方法在培養學生的新思維和新思路方面發揮了獨到的作用。通過三結合教學方式進一步鍛煉了學生解決問題的能力、表達能力、自學能力以及撰寫科技論文的能力，有利于學生綜合素質的提高。

3、豐富教學手段，提高學生的學習興趣

現代化教育技術的應用在很大程度上促進了教學手段的多元化，首先在參考其他學校相近課程課件的基礎上結合本課程的教學內容制作了《材料化學》電子課件。綜合運用圖片、動畫、文字等多種形式向學生提供豐富的感性材料，直觀而又形象地揭示事物的本質和內在聯系，有效地突破教學難點，提高課堂教學質量。例如在緒論部分，將材料科學發展的相關圖片做成課件在課堂上放映，使學生對本課程的發展、意義、主要內容有生動而深刻的印象；在納米材料章節中，一些納米材料的圖片能更形象、直觀，有效地幫助學生理解和掌握 知識點。此外，我們還充分利用flas直觀易理解的優勢，例如在材料的結構一章中，插入14種空間點陣結構模型，金屬晶體的3種典型堆積模型，晶體間隙的形成、缺陷和位錯的形成等：在材料的制各一章中，插入多個物理氣相沉積和化學氣相沉積裝置動畫；在無機非金屬材料一章中針對石英光纖的制各，插入了多幅動畫。在整個教學過程中，該課件產生了很好的教學效果極大地提高了學生的學習興趣。

另外，互聯網也是老師和學生、學生與學生之間交流的平臺，將主講教師的電子信箱告訴學生，學生可以給教師發電子郵件談學習、談思想，交流學習中存在的問題，以及學習、生活中的感受和困難，利用現代化的手段，拉近師生間以及學生之間的距離。

(二)教學內容改革探索與實踐

材料化學是從化學的角度研究材料的制備、組成、結構、性質及其應用的一門科學。它既是材料科學的一個重要分支，又是化學學科的一個組成部分，具有明顯的交叉學科、邊緣學科的性質，并且是材料科學的核心部分，具有明顯的應用理科性質，在理論和實踐上的重要性是不言而喻的。

1、優化課程結構

優化課程結構的重點在于突出理論知識的應用和實踐能力的培養，基礎理論教學以應用為目的，專業課教學強調針對性和實用性。在構建新的課程體系過程中一方面要規劃好專業的主干課程，另一方面以技術應用能力培養為主線，理順相關課程開課順序，加大實踐教學的比例，強化實踐性教學環節，實現理論教學和實踐教學并重。我院在課程設置上力求反映材料化學專業的培養目標、專業特點和培養要求，注意改變知識簡單任意拼湊、課程之間相互脫節的狀況，整個課程以通識教育課程、學科類基礎課程、專業必修課、選修課、跨學科任意選修課和實踐教學構成。選修課開設的原則是：有利于培養學生的一專多能、拓寬學生的知識面以及培養學生的實際工作能力和創新精神等。根據專業方向的不同，開設課程也有所區別。同時，結合專業特點，在課程體系中實施改革，增加人文教育內容，強化人文素質教育，促進專業教學質量的提高。

2、教學內容與特色學科建設相結合

材料化學以普通化學基礎和材料學理論為基礎，涉及的理論知識比較抽象，從學習的角度將，要求學生在學習過程中從宏觀的概念轉化到微觀。如從電子，原子、分子水平來理解材料的基本性能。因此，教學難度比較大，如果單純地采用單一的教學方式，會導致理論與試劑脫離，增加了教學難度，在一定程度上不利于培養學生對本課程的學習興趣。所以，在教學過程中，應該結合我院材料學科建設的特點，拓寬教材內容，結合我院材料學科的優勢和特色，在教學內容中融入我院金屬材料、無機納米材料的物理化學性能，以使學生更加容易接受，增強教學效果。同時結合材料的最新研究動態，理論聯系實際地將新興材料的最新進展向學生介紹，從而提高學生學習的興趣和實際應用能力。

3、教學內容體現材料化學專業人才的培養方案

針對材料化學課程特點，依托學科特色，圍繞培養和造就富有創新意識和能力的寬口徑、厚基礎、高素質、顯個性的人才培養理念并結合本專業現有的教學科研條件，對材料化學學課程進行了改革和探索。材料化學教學內容的選材要體現基礎寬、起點高、內容新、知識活的原則，強調從化學角度提出問題、分析問題、解決問題的方法和思路。教學內容應讓學生了解材料學科的概況和發展趨勢；了解材料制各過程中的化學現象和反應特征；了解所制得材料的形貌、物相和物理化學性質之間的關系：掌握材料制備過程中的化學原理與方法：了解材料的化學改性方法和新材料設計和開發的研究方法，同時也要培養學生的創新思維、創新意識、創新能力和創新精神。實踐證明，通過改革，學生的實踐能力、創新能力和綜合素質明顯得到提高。

(三)教師隊伍的建設

高校師資隊伍是學校發展的根本所在，是學科建設的重中之重。一所高水平大學必須擁有一支高水平的教師隊伍。師資是衡量大學水平的最重要的指標和要素。由于材料化學課程是介于材料學和化學之間的一門邊緣學科，所涉及面較廣。單純有純化學背景的教師或純材料學背景的教師上課，由于知識面的問題，會導致教師教的費勁，學生學得困難。對于材料化學課程教師隊伍應該持續充電，完善知識結構。要鼓勵材料材料化學課程教師積極對外交流，這樣有利于學科交叉和吸取其他高校的成功經驗，同時還要做到教學和科研相結合，緊跟材料科學研究的前沿。在教學過程中，教師要對教學內容進行延伸，不僅僅是單純地講述課本上的內容，這樣就使本來很單調的內容變得比較有趣，活躍了課堂氣氛，讓學生學到最新和最現代的知識和技術。因此，在材料化學課程教學改革探索與實踐中，必須加強高校師資隊伍建設。

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關鍵詞先進陶瓷，結構陶瓷，研究進展

1前言

20世紀60年代以來，新技術革命的浪潮席卷全球，計算機、微電子、通信、激光、新能源、航天、海洋和生物工程等新興技術的出現和發展，對材料提出了很高的要求，能夠滿足這些要求的先進陶瓷材料應運而生，并在這些技術革命中發揮著重要的作用[1～4]，同時也極大地促進了陶瓷科學的發展和應用，使陶瓷材料又一次煥發出了青春, 在尖端科學領域得到廣泛的應用, 如航天、航空、汽車、體育、建筑、醫療等領域[4，5]。

先進陶瓷是有別于傳統陶瓷而言的，不同國家和不同專業領域對先進陶瓷有不同叫法。先進陶瓷也稱高技術陶瓷、精細陶瓷、新型陶瓷、近代陶瓷、高性能陶瓷、特種陶瓷、工程陶瓷等[1]。先進陶瓷是在傳統陶瓷的基礎上發展起來的，但遠遠超出了傳統陶瓷的范疇，是陶瓷發展史上一次革命性的變化。通常認為，先進陶瓷是指采用高度精選的原料，具有能精確控制的化學組成，按照便于進行的結構設計及便于控制的制備方法進行制造、加工的，具有優異特性的陶瓷。

先進陶瓷按用途可分為結構陶瓷和功能陶瓷兩大類。結構陶瓷是指用于各種結構部件，以發揮其機械、熱、化學相生物等功能的高性能陶瓷。功能陶瓷是指那些可利用電、磁、聲、光、熱、彈等性質或其耦合效應以實現某種使用功能的先進陶瓷。先進結構陶瓷材料由于具有一系列優異的性能，在節約能源、節約貴重金屬資源、促進環保、提高生產效率、延長機器設備壽命、保證高新技術和尖端技術的實現方面都發揮了積極的作用。本文著重介紹近年來結構陶瓷的研究進展及發展趨勢。

2先進結構陶瓷及其應用

先進結構陶瓷若按使用領域進行分類可分為：（1）機械陶瓷；（2）熱機陶瓷；（3）生物陶瓷；（4）核陶瓷及其它。若按化學成分分類可分為：（1）氧化物陶瓷(Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、TiO2、ThO2、UO2)；（2）氮化物陶瓷(Si3N4、賽龍陶瓷、AlN、BN、TiN)；（3）碳化物陶瓷(SiC、B4C、ZrC、TiC、WC、TaC、NbC、Cr3C2)；（4）硼化物陶瓷(ZrB、TiB2、HfB2、LaB2等)；（5）其它結構陶瓷(莫來石陶瓷、MoSi陶瓷、硫化物陶瓷以及復合陶瓷等)[1]。

由于先進結構陶瓷具有耐高溫、高強度、高硬度、高耐磨、耐腐蝕和抗氧化等一系列優異性能[4]，可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴酷工作環境，已成為許多新興科學技術得以實現的關鍵，在能源、航空航天、機械、交通、冶金、化工、電子和生物醫學等方面有著廣泛的應用前景。

2.1 耐高溫、高強度、耐磨損陶瓷

2.1.1 氮化物陶瓷[6～8]

氮化物陶瓷是近20多年來迅速發展起來的新型工程結構陶瓷。氮化硅陶瓷和一般硅酸鹽陶瓷不同之處在于其中氮和硅的結合屬于共價鍵性質的鍵合，因而有結合力強、絕緣性好的特點。

氮化硅的燒結與一般陶瓷的燒結工藝不同，采用的是反應燒結法，此法制造的氮化硅陶瓷，不能達到很高的致密度，一般只能達到理論密度的79％左右，不能制造厚壁部件。提高氮化硅陶瓷致密度的有效方法之一就是在高溫下進行加壓燒結，由此可得到熱壓氮化硅陶瓷，其室溫抗彎強度一般都在800～1000MPa。如果在其中添加少量氧化釔和氧化鋁的熱壓氮化硅，室溫抗彎強度可達到1500MPa，在陶瓷材料中名列前茅，硬度很高，是世界上最堅硬的物質之一；極耐高溫，強度一直可以維持到1200℃的高溫而不下降，受熱后不會熔成融體，一直到1900℃才會分解；有驚人的耐化學腐蝕性能，能耐幾乎所有的無機酸(氫氟酸除外)和30％以下的燒堿溶液，也能耐很多有機酸的腐蝕，同時又是一種高性能電絕緣材料。由于其熱膨脹系數小，抗溫度急變能力很強，因此氮化硅陶瓷具有優良的力學性能，在工程技術的應用上已占有重要地位。

氮化硅陶瓷制品的種類很多，應用也日益廣泛，例如可做燃氣輪機的燃燒室、晶體管的模具、液體或氣體輸送泵中的機械密封環、輸送鋁液的電磁泵的管道和閥門、鑄鋁用永久性模具、鋼水分離環等。利用氮化硅摩擦系數小的特點用作軸承材料，特別適合作為高溫軸承使用，其工作溫度可達1200℃，比普通合金軸承的工作溫度提高2.5倍，而工作速度是普通軸承的10倍；使用陶瓷軸承還可以免除系統，大大減少對鉻、鎳、錳等原料的依賴。氮化硅作為高溫結構陶瓷最引人注目的就是在發動機制造上獲得了突破性進展。美國用熱壓氮化硅制成的發動機轉子成功地在5000轉／min的轉速下運轉很長時間。

2.1.2 碳化硅陶瓷[9，10]

工業化生產碳化硅的方法是將石英、碳素（煤焦）、木屑和食鹽混合，在電爐中加熱到2200～2500℃下制成。碳化硅陶瓷和許多陶瓷的不同之處，在于它在室溫下既能導電，又耐高溫，是一種很好的發熱元件。用碳化硅制成的電熱棒叫硅碳棒，在空氣中能經受1450℃的高溫；質量好的重結晶法制成的硅碳棒甚至可耐1600℃的高溫，遠高于金屬電熱元件(除了鉑、銠等貴金屬外)，這是因為它在高溫空氣中會氧化生成一層致密的氧化硅薄膜，起到隔離空氣的作用，大大減慢了內層碳化硅的進一步氧化，從而使它能在高溫下工作。用熱壓工藝可以制得接近理論密度值的高致密碳化硅陶瓷，它的抗彎強度即使在1400℃左右的高溫下仍可達到500～600MPa，而其它陶瓷材料在1200℃以后，強度都會急劇下降。因此，碳化硅是在高溫空氣中強度最高的材料。

高溫燃氣渦輪發動機要提高效率，就必須提高工作溫度，而解決問題的關鍵是找到能承受高溫的結構材料，特別是發動機內部的葉片材料。碳化硅陶瓷在高溫下有足夠的強度，且有良好的抗氧化能力和抗熱震性，這些優良品質都使它極其適合作為高溫結構材料使用。用于在1200～1400℃下工作的高溫燃氣渦輪發動機葉片的材料，許多科學家認為它和氮化硅陶瓷是最有希望的候選材料。

碳化硅陶瓷的熱傳導能力僅次于氧化鈹陶瓷。利用這一特性，可作為優良的熱交換器材料。太陽能發電設備中被陽光聚焦加熱的熱交換器，其工作溫度高達1000～1100℃，具有高熱傳導性的碳化硅陶瓷很適合做這種熱交換器的材料，從試驗情況來看，碳化硅陶瓷熱交換器的工作狀態良好。此外，在原子能反應堆中碳化硅陶瓷可用作核燃料的包封材料，還可作為火箭尾噴管的噴嘴及飛機駕駛員的防彈用品。

此外，為了提高切削刀具的切削性能，20世紀以來，刀具材料經過了高速鋼和硬質合金兩次發展過程，目前正在進入陶瓷刀具大發展的階段。新型陶瓷以其耐高溫、耐磨削的特點，已在20世紀初引起了高速切削工具行業的注意。陶瓷刀具不僅紅硬性高，而且具有高硬度、高耐磨性，因此便成為制造切削刀具的理想材料。目前，制造陶瓷切削刀具的材料主要有氧化鋁、氧化鋁-碳化鈦、氧化鋁-氮化鈦-碳化鈦-碳化鎢、氧化鋁-碳化鎢-鉻、氮化硼和氮化硅等[11]。以這類材料制作的刀具沒有冷卻液也可以工作，比起硬質合金來具有切削速度高、壽命長等優點。目前，歐美各國都已廣泛使用陶瓷材料做鉆頭、絲錐和滾刀；原蘇聯確定了7000多個品種的合金刀具，用噴涂表面陶瓷涂層的辦法來提高車刀的工作速度和使用壽命。

陶瓷除作切削刀具外，利用其耐磨、耐腐蝕的特性還可用作各種機械上的耐磨部件。如用特種陶瓷制作農用水泵、砂漿泵、帶腐蝕性液體的化工泵及有粉塵的風機中的耐磨、耐腐蝕件或密封圈等都已取得良好的實用效果。此外，高純氧化鋁(剛玉)可制作金屬拉絲模，尤其在高溫下的熱拉絲更顯示出陶瓷的優越性；工業陶瓷中納球磨筒和磨球，金屬表面除銹用的噴砂嘴，噴灑農藥用的噴頭等。總之，凡是需要耐磨、耐腐蝕的場合，幾乎都會看到特種陶瓷的存在。

2.2 耐高溫、高強度、高韌性陶瓷

新型陶瓷具有高強度、高硬度、耐高溫、耐磨損、抗腐蝕等性能，因此在冶金、宇航、能源、機械等領域有重要的應用。由于陶瓷的韌性差，因此也限制了它的使用范圍。1975年澳大利亞的伽里耶(Garie)首次成功地利用添加氧化鋯來大大提高陶瓷材料的強度和韌性，自那時起世界各國利用氧化鋯增韌這一辦法，開發出多種具有高強度和高韌性的陶瓷材料，掀起了尋求打不碎陶瓷的熱潮。

氧化鋯能夠增加陶瓷材料韌性和提高強度的原因，至今雖沒有完全搞清楚，但研究結果已經表明，它和均勻彌散在陶瓷基體中的氧化鋯晶粒的相變有關。一種增韌理論認為相變膨脹導致的微裂紋可以阻止造成脆斷的裂紋擴展；另一種理論認為應力誘導相變，而相變可吸收應力的能量，從而起到增韌的作用[12～14]。總之，在某些陶瓷材料中引入一定量亞穩氧化鋯微粒，并使其均勻分布都可大大提高陶瓷材料的強度和韌性。

氧化鋯增韌陶瓷已在工程結構陶瓷研究中取得重大進展，經過增韌的陶瓷品種日益增多。現在已經發現可穩定氧化鋯的添加物有氧化鎂、氧化鈣、氧化鑭、氧化鈰、氧化釔等單一氧化物或它的復合氧化物。被增韌的基質材料，除了穩定的氧化鋯外，常見的有氧化鋁、氧化釷、尖晶石、莫來石等氧化物陶瓷，還有氮化硅和碳化硅等非氧化物陶瓷。日本在氧化鋁基質（強度為400MPa、斷裂韌性為5.2 J/m2）材料中，添加16%體積百分數的氧化鋯進行增韌處理，制得材料的強度高達1200MPa，提高了3倍，斷裂韌性達到15.0J/m2，幾乎也提高了3倍，基本達到了低韌性金屬材料的程度[12]。最近的研究表明，強度和韌性是相互制約的。盡管如此，許多陶瓷材料通過氧化鋯增韌，大大拓寬了應用領域，增強了取代某些金屬材料的能力，出現了喜人的應用前景。利用氧化鋯增韌陶瓷可替代金屬制造模具、拉絲模、泵機的葉輪、特種陶瓷工業用的磨球、軸承，替代手表中的單晶紅寶石。日本用增韌氧化鋯做成剪刀，既不會生銹，又不導電，可以放心地剪斷帶電的電線。氧化鋯增韌陶瓷還可用于制造汽車零件，如凸輪、推桿、連動桿、銷子等。

2.3 耐高溫、耐腐蝕的透明陶瓷[4，15]

現代電光源對構成材料的耐高溫、耐腐蝕性及透光性有很高的要求，而同時滿足這些性能的材料直到20世紀50年代后期才開始得到發展。1957年，美國通用電器公司的科布爾等人在平均尺寸只有0.3μm的高純超細氧化鋁原料中，添加氧化鎂，混勻后壓成小圓片，放在通氫氣的高溫電爐中燒制，意外地發現它像玻璃一樣透明。科布爾還發現，把透明的陶瓷片放在顯微鏡下觀察，幾乎看不到微氣孔。經過多次實驗觀察和研究分析發現，陶瓷的透光能力和內部氣孔大小有很大關系，當微氣孔的大小在1μm左右時，厚度為0.5mm的陶瓷試樣只要含有千分之三的氣孔就能使光線的透過率減少90％。一般氧化鋁陶瓷中所含的氣孔都超過這個數字。因此，構成氧化鋁陶瓷的剛玉小晶體本身能夠透過光線，而陶瓷還是不透明。使陶瓷透明的關鍵，是坯體中只能有一種晶型的晶體，而且對稱性愈高愈好，否則會發生雙折射，此外氣孔要愈少愈好，有人做過試驗，當氣孔小到埃的數量級時，光會沿著微氣孔發生繞射現象，這有助于透明度的提高。

氧化鋁陶瓷是高壓鈉燈極為理想的燈管材料，它在高溫下與鈉蒸氣不發生作用，又能把95 %以上的可見光傳送出來。這種燈是目前世界上發光效率最高的燈。在相同功率下，一只高壓鈉燈要比2只水銀燈或10只普通白熾燈發出的光還要亮，壽命比普通白熾燈高20倍，可使用2萬小時以上，是目前壽命最長的燈。人眼對高壓鈉燈的黃色譜線十分敏感，而且黃光能穿過濃霧，特別適合街道、廣場、港口、機場、車站等大面積的照明，效果極好。目前，許多國家正在推廣使用，其發展速度之快，超過了以往任何一種電光源。由此不難看出，新型透明氧化鋁陶瓷的出現，引起了電光源發展過程中的一次重大飛躍，帶來了巨大的社會經濟效益。

除半透明氧化鋁陶瓷外，研究得較多的還有氧化鎂、氧化鈣、氧化鈹、氧化鋯、氧化釔、氧化釷、氧化鑭等。透明氟化鎂、氰化鈣、硫化鋅、硒化鋅、硒化鎘等也有報道。用氧化鋁和氧化鎂混合在1800℃高溫下制成的全透明鎂鋁尖晶石陶瓷，外觀極似玻璃，但其硬度、強度和化學穩定性都大大超過玻璃，可以用它作為飛機擋風材料，也可作為高級轎車的防彈窗、坦克的觀察窗、炸彈瞄準具，以及飛機、導彈的雷達天線罩等。

2.4 纖維、晶須補強陶瓷復合材料[12，16～18]

近年來，以陶瓷為基體、纖維或晶須補強的復合材料由于其韌性得到提高而受到重視。碳化硅晶須增韌的氧化鋁陶瓷刀具在20世紀80年代初開始研究，1986年已作為商品推向市場。碳化硅晶須的加入大大提高了氧化鋁陶瓷的斷裂韌性，改善了切削性能。用碳纖維和鋰鋁硅酸鹽陶瓷復合，材料的強度已接近或超過1000MPa，其斷裂功高達3000J/m2，即達到了鑄鐵的水平。用鉭絲補強氮化硅的室溫抗機械沖擊強度增加到30倍；用直徑為25μm的鎢絲沉積碳化硅補強氮化硅，這種纖維補強陶瓷的斷裂功比氮化硅提高了幾百倍，強度增加60％；用莫來石晶須來補強氮化硼，其抗機械沖擊強度提高10倍以上。可以認為，繼20世紀70年代出現的相變增韌熱后，晶須、纖維增強、均韌復合陶瓷已成為結構陶瓷發展的主流。高性能(強度、韌性)、高穩定性、高重復性的晶須、纖維復合陶瓷材料的獲得，除要求晶須、纖維與基體間化學、物理相容性較好以外，從復合工藝上，還必須保證晶須纖維在基體中能均勻地分散，才能獲得預期的效果。最近，利用“織構技術”，在某些陶瓷坯體中生長出纖維狀態針狀第二相物質如莫來石晶體進行“自身內部”復合，這種復合增韌是一項簡便易行的陶瓷補強新技術。目前高性能陶瓷復合材料，還處在深化研究階段，關鍵在于改進工藝和降低成本，提高其實際應用的競爭力。

2.5 生物陶瓷[4，5，19]

生物陶瓷材料是先進陶瓷的一個重要分支，它是指用于生物醫學及生物化學工程的各種陶瓷材料。它的總產值約占整個特種陶瓷產值的5％。生物陶瓷目前主要用于人體硬組織的修復，使其功能得以恢復。全世界1975年才開始生物陶瓷的臨床應用研究。但是，最近10多年間，各國在這方面的基礎應用研究很活躍。

目前生物植入材料在人體硬組織修復中應用的有：金屬及合金、有機高分子材料、無機非金屬材料和復合材料。材料被埋在體內，在體內的嚴酷條件下，由于氧化、水解會造成材料變質；長期持續應力作用會造成疲勞或者破裂、表面磨損、腐蝕、溶解等，這些都可引起組織反應，腐蝕產物不僅在種植體附近聚集，還會溶入血液和尿中，引起全身反應。因此，對生物植入材料的要求是嚴格的、慎重的。陶瓷材料作為生物植入材料和其他材料相比，它和骨組織的化學組成比較接近，生物相容性好，在體內的化學穩定性、生物力學相容性和組織親和性等也較好，因此，生物陶瓷越來越受到重視。目前國內一些高等院校已對羥基磷灰石及氧化鋁陶瓷等進行了研究，并已開始臨床應用。

隨著人類社會物質文明的發展，人們對提高醫療保健水平和健康長壽的要求必然成為廣泛的社會需要。可以相信，生物陶瓷材料今后必將會有重大發展。

3結構陶瓷的發展趨勢

當今世界，材料，特別是高性能新材料由于以下原因而得到迅速發展：（1）國際軍事工業激烈競爭，航空航天技術的發展需要；（2）新技術的需要促進了新材料的發展；（3）地球上金屬資源與化石能源越用越少，石油、天燃氣等在本世紀末將用盡，開發與節約能源成為當務之急；（4）科學技術的進步為新材料的發展提供了條件[14]。目前使用的金屬合金，在無冷卻條件下，最高工作溫度不超過1050℃，而高溫結構陶瓷，如Si3N4和SiC則分別在1400℃和1600℃以上仍保持著較高的強度和剛性[16]。先進結構陶瓷所表現出的優異性能，是現代高新技術、新興產業和傳統工業改造的物質基礎，具有廣闊的應用前景和巨大的潛在社會經濟效益，受到各發達國家的高度重視，對其進行廣泛的研究和開發，并已取得了一系列成果。但結構陶瓷的致命弱點是脆性、低可靠性和重復性。近20年來，圍繞這些關鍵問題已開展了深入的基礎研究，并取得了突破性的進展。例如，發展和創新出許多制備陶瓷粉末、成形和燒結的新工藝、新技術；建立了相變增韌、彌散強化、纖維增韌、復相增韌、表面強化、原位生長強化增韌等多種有效的強化、增韌方法和技術；取得了陶瓷相圖、燒結機理等基礎研究的新成就，使結構陶瓷及復合陶瓷的合成與制備擺脫了落后的傳統工藝而實現了根本性的改革，強度和韌性有了大幅度的提高，脆性得到改善，某些結構陶瓷的韌性已接近鑄鐵的水平。

先進結構陶瓷今后的重點發展方向是加強工藝-結構-性能的設計與研究，有效地控制工藝過程，使其達到預定的結構（包括薄膜化、纖維化、氣孔的含量、非晶態化、晶粒的微細化等），重視粉體標準化、系列化的研究與開發及精密加工技術，降低制造成本，提高制品的重復性、可靠性及使用壽命。目前，高性能結構陶瓷的發展趨勢主要有如下三個方面：

3.1 單相陶瓷向多相復合陶瓷發展

當前結構陶瓷的研究與開發已從原先傾向于單相和高純的特點向多相復合的方向發展[20]。復合的主要目的是充分發揮陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕性并改善其脆性，其中包括纖維(或晶須)補強的陶瓷基復合材料；異相顆粒彌散強化的復相陶瓷；自補強復相陶瓷（也稱為原位生長復相陶瓷）；梯度功能復合陶瓷[21]。以往研究的微米-微米復合材料中,微米尺度的第二相顆粒(或晶須、纖維)全部分布在基體晶界處，增韌效果有限,要設計和制備兼具高強度、高韌性且能經受惡劣環境考驗的材料十分困難，納米技術和納米材料的發展為之提供了新的思路。

20世紀90年代末,Niihara教授領導的研究小組報道了一些有關納米復相陶瓷的令人振奮的試驗結果,如Al2O3-SiC(體積分數為5%)晶內型納米復合陶瓷的室溫強度達到了單組分Al2O3陶瓷的3～4倍,在1100℃下強度達1500MPa[8～12，22～26]，這些都引起了材料研究者的極大興趣。從那時直到現在,納米復相陶瓷的研究不斷深入[13～17，27～31]，我國也相繼開展了一系列的工作,目前對納米復相陶瓷的研究已處于國際一流水平[18～22，32～36]。

3.2 微米陶瓷向納米陶瓷發展

1987年，德國Karch等[37]首次報道了納米陶瓷的高韌性、低溫超塑。此后,世界各國對發展納米陶瓷以解決陶瓷材料脆性和難加工性寄予了厚望。從20世紀90年代開始，結構陶瓷的研究和開發已開始步入陶瓷發展的第三個階段，即納米陶瓷階段。結構陶瓷正在從目前微米級尺度(從粉體到顯微結構)向納米級尺度發展。其晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、氣孔尺寸以及缺陷尺寸都屬于納米量級，為了得到納米陶瓷，一般的制粉、成形和燒結工藝已不適應，這必將引起陶瓷工藝的發展與變革，也將引起陶瓷學理論的發展乃至建立新的理論體系，以適應納米尺度的需求。由于晶粒細化有助于晶粒間的滑移，使陶瓷具有超塑性，因此晶粒細化可使陶瓷的原有性能得到很大的改善，以至在性能上發生突變甚至出現新的性能或功能。納米陶瓷的發展是當前陶瓷研究和開發的一個重要趨勢，它將促使陶瓷材料的研究從工藝到理論、從性能到應用都提升到一個嶄新的階段。

納米陶瓷的關鍵技術在于燒結過程中晶粒尺寸的控制。為解決這一問題,目前主要采用熱壓燒結、快速燒結、熱鍛式燒結、脈沖電流燒結、預熱粉體爆炸式燒結等致密化手段[39～43]，但總的來說,以上各種手段，雖對降低燒結溫度、提高致密度有一定作用,但對燒結過程中晶粒長大的抑制效果并不理想，大塊納米陶瓷的制備一直是目前國際上納米陶瓷材料研究的前沿和難點。目前納米陶瓷在商業應用方面尚未取得突破性進展，若能制備出真正意義上的納米陶瓷，則將開創陶瓷發展史上的新紀元，陶瓷的脆性問題也將迎刃而解[44]。大量的研究結果表明[45～49]，將等離子噴涂技術與納米技術相結合，以納米陶瓷粉末為原料經等離子噴涂技術制備的納米陶瓷結構涂層表現出極其優異的性能，已經使納米材料的應用逐步進入大規模實用化的階段。

3.3 由經驗式研究向材料設計方向發展

由于現代陶瓷學理論的發展，高性能結構陶瓷的研究已擺脫以經驗式研究為主導的方式，陶瓷制備科學的日趨完善以及相應學科與技術的進步，使陶瓷材料研究工作者們有能力根據使用上提出的要求來判斷陶瓷材料的適應可能性，從而對陶瓷材料進行剪裁與設計，并最終制備出符合使用要求的適宜材料。

陶瓷材料常常是多組分、多相結構，既有各類結晶相，又有非晶態相，既有主晶相，又有晶界相。先進結構陶瓷材料的組織結構或顯微結構日益向微米、亞微米，甚至納米級方向發展。主晶相固然是控制材料性能的基本要素，但晶界相常常產生著關鍵影響。因此，材料設計需考慮這兩方面的因素。另外，缺陷的存在、產生與變化、氧化、氣氛與環境的影響，對結構材料的性能及在使用中的行為將產生至關重要的作用。所以這也是材料設計中要考慮的重要問題，材料的制備對結構與缺陷有著直接影響，因此人們力求使先進陶瓷材料的性能具有更好的可靠性和重復性，制備科學與工程學將在這方面發揮重要作用。

陶瓷相圖的研究為材料的組成與顯微結構的設計提供了具有指導性意義的科學信息。最近提出的陶瓷晶界應力設計，企圖利用兩相或晶界相在物理性質(熱膨脹系數或彈性模量)上的差異，在晶界區域及其周圍造成適當的應力狀態，從而對外加能量起到吸收、消耗或轉移的作用，以達到對陶瓷材料強化和增韌的目的[1]。為克服陶瓷材料的脆性而提出的仿生結構設計，通過模仿天然生物材料的結構，設計并制備出高韌性陶瓷材料的新方法也成為研究熱點[12，50]。

4結語

先進結構陶瓷材料在粉體制備、成形、燒結、新材料應用以及探索性研究方面取得了豐碩的成果，這些新材料、新工藝、新技術，在節約能源、節約貴重金屬資源、促進環境保護、提高生產效率，延長機器設備壽命以及實現尖端技術等方面，已經并繼續發揮著積極的作用，促進了國民經濟可持續發展、傳統產業的升級改造和國防現代化建設。

先進結構陶瓷材料的研究，需要跟蹤國際科技前沿，對新設想、新技術進行廣泛探索。自蔓延高溫燃燒合成技術(SHS)、凝膠注模成形技術、微觀結構設計已成為研究熱點。

陶瓷材料的許多獨特性能有待我們去開發，所以先進陶瓷的發展潛力很大。隨著科技的發展和人們對陶瓷研究的深入，先進陶瓷將在新材料領域占有重要的地位。

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Research Progress on Advanced Structural Ceramic Materials

Lu XuechengRen Ying

（Handling Equipment Mechanical Department, Academy of Military TransportationTianjin300161)