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实验教学体系与内容
发布日期:2012-11-05 20:18:19   字体:   浏览:931
实验教学体系与内容
         以培养学生的动手能力、创新能力、具备跨学科综合交叉知识结构的应用能力、合作精神、宏观管理与协调能力为目标,以材料的制备-组织结构-性能-应用为主线,结合材料学科科学工程的特色,实验教学中心构建了学科基础实验平台、综合设计性实验平台以及创新研究实验平台三个学科实验平台,形成了以“材料制备-结构-性能-应用”为主线的由基础性实验、综合设计性实验和研究创新性实验三个层次组成的实验教学体系,具体情况如图所示。
 
图2-1 实验教学新体系的结构框图 
(1) 学科、专业之间相互交叉融合,合理设计实验教学体系
随着材料学科不断发展,对材料科学与工程科学理论的探索和工程应用的技能要求越来越高,材料科学与工程学科的跨学科发展趋势愈来愈明显,材料科学与其它学科如生命科学、信息科学、环境科学、力学、物理学和化学等学科的交叉渗透越来越紧密。湘潭大学材料科学与工程实验教学中心充分利用湘潭大学文、理、工为主,多学科协调发展的办学特色,结合实验中心在物理学化学力学以及材料学综合交叉的教学与研究特色,形成了兼顾科学()和工程()的、多学科交叉的有特色的学科方向。材料学科的新兴发展,使得其研究的内容从过去的单一性金属材料、无机非金属材料和高分子材料转向以研究材料的共性为主导的发展格局,从单一的功能材料、结构材料转向其共性的研究、对其共性的理解的发展格局。各种新的材料制备技术、性能表征技术以及检测技术不断涌现,因此实验中心形成了材料科学与工程材料物理金属材料工程材料成型及控制过程材料化学高分子材料与工程微电子学7个专业相辅相成、相互交叉、相互融合的有特色专业方向。为了适应材料科学与工程这一多学科、专业交叉特色,按照科学工程相结合的思维框架,以“‘理论教学实践教学融入一体、科研教学融入一体、本科教学研究生教学融入一体的理念为指导,实验教学中心将传统的金属材料及热处理高分子材料材料学金属X射线衍射分析技术材料电子显微分析技术等材料科学与工程基础课程进行系统整合,合并其中相互重复的内容,保留其相对独立的内容,增加反映学科前沿的知识,形成包含材料科学与工程学科的必要知识点,能反映现代材料科学与工程知识的实验教学体系。
(2) 材料科学与工程实验教学体系三层次一体化
实验教学体系包括了材料科学与工程学科基础实验、综合设计实验和研究创新实验三个实验平台,涵盖了基本型实验综合设计型实验研究创新型实验三个层次的实验。在这三个层次中,实验教学都围绕材料的制备-组织结构-性能-应用这一一体化的主线,体现既科学工程的特征,由浅入深、循序渐进,形成一体化的有机整体。材料科学与工程实验教学体系的实验平台课程与实验方法的模块化结构如表2-3
材料科学与工程学科基础实验平台3门实验课程即材料制备与加工实验材料分析方法和微观组织实验材料性能测试与分析实验强调学生材料科学与工程基本知识和基本技能培养。通过将材料科学与工程的实验基本操作、实验基本技能的培养与对应的理论课程的衔接,使两者相辅相承,互相促进;通过将材料科学与工程的基本操作、基本技能的培养与实际应用相衔接,做到学以致用;通过引入材料现代分析技术和研究方法,提高了传统实验的精度,提高了传统实验的现代化水平。
材料科学与工程综合设计实验平台1门实验课程即材料科学与工程综合设计实验属于大材料科学与工程意义下不同实验课程之间的大综合。该平台的实验,从制备加工方法、到组织结构表征、到性能测试分析、再到工程应用的深化,培养学生综合运用专业知识的能力;实验教学内容与工程应用密切联系,形成良性互动,以培养学生的工程意识。
材料科学与工程研究创新实验平台1门实验课程即材料科学与工程研究创新实验属于大材料科学与工程意义下覆盖自主研发、科学研究、工程应用并具有个性特色的实验(),强调学生创新思维能力、科研动手能力的培养。该平台的实验,以开发新材料、改进传统材料,设计新方法、新技术,掌握并应用新兴的计算机模拟技术等方向,并紧密结合本实验教学中心的科研特色,全方位的培养学生的创新意识与科研能力。
(3) 材料科学与工程实验教学体系的模块化结构
按照上述层次结构,各实验课程均围绕“主线”进行统帅,即每门实验课程均包含材料的制备、组织结构、性能以及应用这四大模块,对每种模块安排多个能体现“科学”与“工程”相结合的的实验项目,由这些项目构成实验教学体系的模块化结构,如下表所示。
2-3实验平台课程与实验方法的模块化结构
实验课程平台
实验课程名称
实验教学内容的模块化结构
教学目的
学科基础实验平台
材料制备与加工实验
材料制备方法(块材、薄膜、纳米材料制备技术)
使学生具备和掌握大材料基本实验知识、基本实验技能,培养学生的工程研究实践意识,能用基本的研究手段实现对材料结构的表征和基本性能的分析。
材料加工实验
材料热处理(普通热处理、化学热处理、固
溶时效)方法
材料分析方法和微观组织实验
金相显微镜的构造、成像原理与使用方法
扫描电镜的构造、成像原理与使用方法
透射电镜的构造、成像原理与使用方法
X射线衍射仪的构造、工作原理与使用方法
能谱仪的构造、工作原理与使用方法
金相组织的观察与分析方法
薄膜织构与残余应力分析
物相定性、定量分析方法
微观应力、宏观应力测定方法
晶粒尺寸测定及评定方法
材料性能测试与分析实验
材料力学性能(拉伸、压缩、冲击、疲劳、断裂)
测试方法
材料物理性能(热学、电学、磁学等)测试方法
金属腐蚀与防护方法
综合设计实验平台
材料科学与工程综合设计实验
材料制备方法
使学生具备能在本专业独立从事材料设计、材料制备和加工的能力。
材料组织与结构分析
材料性能测试方法
材料性能与失效分析
研究创新实验平台
材料制备新工艺、新技术与新方法
使学生具有较强开拓创新能力,善于把高新技术转化为生产力。
新材料的制备与性能表征方法
材料研究方法
材料模拟实验研究方法
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
实验课程和实验项目名称
(1) 材料科学与工程学科基础和综合设计平台的实验课程和实验项目
根据实验教学体系层次化建设方案,材料科学与工程实验教学中心面向所有材料类专业在学科基础和综合设计平台上设置了4门实验课程,共94个实验项目。在统一的教学大纲指导下,不同专业可以选择不同的课时类型,实验开出率达到100%,体现了基本要求加特色的办学模式。
(2) 材料科学与工程研究创新实验平台的实验课程和实验项目
根据实验教学体系层次化建设方案,材料科学与工程实验教学中心面向所有材料类专业在材料科学与工程研究创新实验平台上设置了1门实验课程,共75个实验项目。项目有两个来源:第一个来源是教师科研课题,一般在教师的课题组组内与研究生一起进行;第二个来源是学校大学生创新基金的资助课题。2006-2007年湘潭大学大学大学生创新教育规划材料科学与工程类实验项目获得资助经费约25万元。
综合性、设计性、研究创新性实验所占比例
根据教育部颁布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案(试行)》精神,结合我们的研究特色,我们确定综合性实验是实验内容涉及本课程的综合知识或与本课程相关课程知识的实验;设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验;研究创新性实验是指给定实验目的,由学生通过查阅文献资料,制定研究路线和实验方案,摸索实验条件,经过实践能得到研究结果的实验。根据表2-4至表2-9,可以统计出综合性、设计性、创新性实验所占比例74%
实验教学与科研、工程和社会结合情况
(1) 科研与教学相结合
按照学校科研进课堂进实验进教材进毕业论文四进思想,本实验教学中心坚持以研究引领教学,以研究促进创新,教学和研究相互交融,使先进的科学思想和思维方式不断引入教学活动,促进了教师教学水平的提高和大学生综合能力的培养。依托实验教学中心的学科优势,充分利用实验教学中心丰富的教学和科研资源,使实验教学与科学研究紧密结合,取得了显著的效果。
材料科学与工程实验教学中心从教师近年的科研课题中提炼整理出一批研究创新性实验,例如:“ZnO、ZnS压电纳米带及物理力学性能”实验项目源于“自组装半导体压电纳米带及相关力学性能”国家国家自然科学基金项目;“无铅铁电薄膜在空间辐射下失效行为的计算机模拟”实验项目源于“无铅铁电薄膜在Van Allen带辐射下的失效机制”国家自然科学基金项目,这些实验项目由科研项目转化而来,反映了学科前沿,有些科研项目尽管目前仍处于实验室阶段,但因产品独特的性能和技术优势,吸引了很多公司和研究单位的广泛关注,由此转化的实验项目引起了同学们极高的兴趣。
(2) 科学与工程的结合
实验教学中心充分利用校外实习基地的实验教学资源,将工厂作为课堂,将实验教学中     的“镍镀层薄膜的电沉积法制备及其性能”内容与工程实践即“覆镍深冲钢带”产品紧密结合,大大拓展了本科实验教学领域,训练了学生的实践能力和创新精神,增强了工程意识。据统计,2002年以来,本科生的毕业论文选题与科学研究、工程实践相结合的占95%以上,这是实验教学与工程实践相结合的结果。
(3) 实验教学与社会实践的联系
        湘潭大学在数十家大中型企业建立了实习基地和工程训练中心,其中材料科学与工程学类学生的主要实习基地有上海宝山钢铁(集团)有限公司、江南机器(集团)公司、武汉钢铁(集团)有限公司等。实习基地的建立为实验教学与工程实践相结合提供了保证。同时我们依托本实验教学中心重要研究成果―覆镍深冲钢带的产业化基地(湘潭大学是该公司的重要股东,本专业的潘勇教授全面负责该成果的产业化工作,周益春教授、潘勇教授是公司的技术顾问),安排学生参观、实习、毕业设计,不断探索和完善与利德集团公司合作培养人才的新模式。
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