材料物理
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材料物理范文第1篇
什么是材料物理？
一切物品的制造都離不開材料。“材料物理”就是從電、光、熱、聲、磁、力等物理性能角度出發，研究各種材料的成分、結構、性能特點以及制備合成、加工應用。
比如家中安裝的寬帶網絡、數字電視，都依靠光纖傳播信號。光纖的全名是光導纖維，是根據光的全反射原理制成的。一根光導纖維由高折射率的內芯和低折射率的外套兩層組成，光由一端進入，在內芯和外套的界面上經多次全反射，從另一端射出。用特殊的接收儀器，就能接收光纖傳遞的信號。
又比如很多人家中使用的白光LED燈，也是利用光學原理研發的。眾所周知，在可見光的光譜中是沒有白光的，因為白光不是單色光，它是由至少兩種單色光混合得到的，白色的太陽光甚至是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種單色光合成的。白光LED燈的發光芯片一般發藍光，在燈內壁涂抹發黃光的熒光層，藍光照射出來的時候部分被吸收，另一部分則與黃光混合得到白光。
你看，材料物理就是這樣一門實用的學科。從光導纖維內外芯材料的研發制造，到白光LED燈芯片和熒光層的設計，甚至是用于航空航天、國防科技項目的新型合金、高分子復合材料……可以說社會需要什么，我們就研究什么。
即使在本科學習階段，你也要盡可能地去創新。
研究出新材料，或者找到材料的新性質和新應用，是材料物理研究的終極目標。正因如此，學校非常鼓勵學生參與創新創業訓練項目。老師們會一些材料學研究的前沿問題，有的偏重理論計算，有的側重實驗，大家可以根據自己的興趣自由選擇課題和相關導師。我就在大二學年末申請參與了“光學超晶格中的非對易效應的理論研究”項目。
上過物理課就會知道，當光線入射到某一均勻材料時，會產生折射現象。我們希望有這樣一種材料，可以按照人們的需求控制光線入射后產生的折射光的強度。這有什么用呢？舉個例子，在光纖通信中，在光源和光導纖維的銜接處設置這種材料，從光導纖維端面反射回來的光通過這種材料時，折射光強度被減弱，就能有效地抑制它對光源的影響，信號也就更清晰。我參與的研究項目就是要設計這種理想中的材料。
從物理學角度說，同樣的元素組成，只是內部原子排列方式的不同，也可以形成具有不同性質的材料。把不同材料一層一層有序地疊加起來，或者把某一種材料的內部原子結構重新排列，就可能得到控制光線折射強度的“光學超晶格”材料。
經過大量的研究和計算，對于想要得到多大強度的折射光，相應的光學超晶格材料的結構應該是怎樣的，我們最終給出了具體的數學解析表達式。實驗、生產中需要產生多少光強偏差的材料，參考解析式給出的結構參數直接制作就可以了。
科研之路非常難走，物理、數學基礎要打好。
科研之路本來就是困難重重的，更別提像我們這樣剛起步的本科生了。接手“光學超晶格中的非對易效應的理論研究”項目之初，我們甚至都不知道從哪里著手研究。大學里雖然有物理學方面的課程，從牛頓力學、熱學、電磁學、光學到電動力學、量子力學都不缺；我們也會學習材料科學方面的知識，包括材料的成分、組織結構、性能特點、加工的工藝技術，但這些都只是入門課，是打基礎用的。對超晶格材料，我們只有一些基礎概念，到底哪些材料的內部結構經過人工處理可以讓光的折射強度產生偏差、哪些材料不適合這樣做、推算偏差程度能用哪些公式……根本就是一頭霧水啊！
好在前人已經有了一些研究成果。在項目進行之初，我們先花了一段日子閱讀大量論文，從中找尋適合的材料。在整個研究過程中，遇到任何問題我們都會先到文獻中尋找是否有可以借鑒的解決方案。
做科研還必須具備很強的數學能力。入射與折射本身是一個光學現象，角度和光強計算需要用到數學知識；材料內部的原子排列順序更要通過數學建模與計算得出。雖然大一、大二學了高等數學、微積分、線性代數等課程，但看到那些動不動就占一兩行的復雜公式還是讓人傻眼。要解決這個問題，只能不斷請教導師，認真看《數學手冊》學習公式秘籍。
通過計算得出了解析式，還要由計算機來模擬折射過程，驗證解析式是否正確，這時就需要用上MATLAB語言編寫程序。這就需要我們熟悉程序語言，所以一有空我們就會上網找編程例子，反復練習。
功夫不負有心人，經過兩年的努力，大四那年我們終于提出了自己的研究方案和實驗方法，在國際期刊《Optics Communications》上發表了研究成果，我還是這篇論文的第一作者！
轉變眼光看事物，抽象思維研究微觀世界。
在眾多參與創新項目的本科生中，我是幸運的。有些項目因為實驗設備不齊全導致實驗結果不理想，有些則因為參與者能力不足等原因夭折了。但不管結果如何，這都是大學里難得的科研經歷。并且通過科研，我們慢慢地開始具備一個材料物理人的專業素養。
這首先反映在看事物的眼光改變了，我們能站在材料科學的角度認識生活中隨處可見的事物。比如路上開過一輛跑車，過去我們會更關注它的外觀：“哇，這車真拉風！”現在，我們關注的是這輛跑車輪胎是什么橡膠材料做的、車身的鋼材中會添加哪些金屬元素、擋風玻璃用什么材料制成……因為材料的選擇對汽車的美觀、耐用和安全性能有很大影響。比如，輪胎大多用合成橡膠或天然橡膠制作，在制作中，必須加入各種化學添加劑，其中一種很重要的添加劑叫炭黑，主要用來提高輪胎的硬度、強度和耐磨性。
另外，我們開始建立強大的抽象思維和空間想象能力，透過物質表面，研究微觀結構和性能。
比如，你知道激光是如何形成的嗎？一個原子中的電子有很多能級，當電子從高能級向低能級躍遷時，電子的能量就減少了。這些減少的能量轉變成光子發射出去，大量的這種光子就形成激光。那么在躍遷的前后，電子處于什么樣的能量狀態？重量是多少？運動軌跡是怎么樣的？……這可比看得見的橡膠、塑料難懂得多。研究這些存在于微觀世界里我們看不見摸不著的物質，離不開各類數據的曲線圖、各種模型圖像。要在腦子里建立起它們的結構圖像，理解它們的性能和變化，不得不佩服自己“腦洞”還挺大呢！
學成之后……
經過四年辛苦的學習，也有了一定的科研經驗和成果，難免憧憬未來之路怎么走。
客觀地說，材料物理專業本科畢業生的就業機會還算多，哪里需要制造材料，哪里就有我們的身影。比如我的同學就有進入華為電子、瑞聲科技等電子科技公司，或者海力士半導體公司等材料研發制造公司，去設計芯片等通信材料、手機內存等存儲記憶材料、電池等能源材料，或者做產品測試，驗證產品材料是否滿足設計的需求。還有一些同學利用課余時間自學了不少編程知識，畢業后去互聯網公司干起了各種APP、游戲軟件的開發工作。
材料物理范文第2篇
關鍵詞：材料物理；專題教學；持續改進
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）29-0112-02
材料物理是凝聚態物理的一部分，其目的是解決材料中的物理問題，是物理學科與材料科學的交叉學科，旨在利用物理中的一些學科成果來闡明材料中的種種規律和轉變過程。“材料物理”是面向我校材料科學與工程專業（材料科學方向）、材料物理和材料化學專業的高年級本科生開設的一門專業必修課。課程主要講述從物理學的基本概念、基本定律出發，通過建立物理模型，闡述諸種材料宏觀可測的各種現象、效應和性質。使學生了解在材料物理學領域中重要材料的性質及研究材料的方法，幫助學生了解材料物理研究的基本輪廓，學習現代材料物理學家思考和探索問題的方法，掌握并能運用材料物理學的基本概念和原理，啟迪學生的創新意識，為進一步從事材料研究打下基礎。
在工程教育認證背景下，遵從“以學生為中心”、“目標導向”和“持續改進”的基本理念，重新審視材料學科專業課教學中的問題和不足，持續改進，增強教學的實效性，是優化與完善人才培養體系的重要基礎。本文以武漢理工大學材料學科的教學為例，對依托優勢學科的“材料物理”教學進行探索。
一、課程教學改革與實踐
材料物理是研究物質微觀結構、組織形式、運動狀態、物理性能以及它們之間相互關系的學科。通過研究材料的性質在各種外界條件（力、熱、光、氣、電、磁、輻照、極端條件等）下發生的變化，發現新的物理現象和效應、規律，形成新的概念（如鐵電、熱釋電、壓電、電致伸縮等），并用于指導實踐。因此，在講授過程中，需特別注重先修課程和前期知識的累積，并結合材料學科發展的新成果，尤其是我校材料學科優勢，對現有理論和實踐進行拓展。本課程具體從以下三個方面進行了探討：
（一）改革教學形式及方法
在課堂組織形式上以講授式為主，結合研究型學習形式教學。在授課方法上采取多媒體課件授課，結合板書給出難點、重點和解題思路等內容，在多媒體教案中盡量配以精美的圖片、動畫模擬或視頻等，激發學生學習物理的興趣。豐富多彩的多媒體教學有利于本領域的最新研究進展及時在教學中增補更新，具有上課速度快、信息量大的特點。學生必須精力集中，否則就會因漏失關鍵信息而難以跟上授課思路，甚至失去學習的興趣。因此，在有限的課堂授課學時中，如何讓學生有效把握課程重點，理解課程難點，是必須要考慮的問題。
（二）設置課程內容專題，加強自主學習訓練
教育心理學家杜威認為，教材中知識本身不是目的，而是發展學生思維的手段，是素材。他主張課堂教學中，教師不是供給學生現成的知識，而是提供材料，讓其自己去探索并用以解決問題。因此，每階段設置關于本課程重點或難點的專題思考題，要求學生自由組成學習小組，進行討論，寫專題報告或制作課件，并以答辯方式考核。目的就是強化“平時成績”，摒棄布置客觀性作業，設置并強化主觀性專題，促使學生在課下主動強化課上所學，把課程教學從課上延伸至課下。此環節重點加強對學生學習能力、科研能力、創新能力和團隊協作能力的培養。專題設置的另一個方式是自主選題，教師出主題，鼓勵學生根據自己的興趣自行設置個人報告題目和內容。近年來，學生自主選題主要集中在國內外新材料、新能源和節能減排等方面的現狀研究與發展趨勢分析，體現出學生對新材料與技術的濃厚興趣。
（三）改革考核方式，強化平時成績
目前，我國高校專業課程的考核方式多是“平時成績（點名）+期末考試成績”，而國外名校的考核模式強調學生平時的學習過程，對課程的平時考核嚴格，作業要求高。在本課程考核方式改革的探索中，強化了“平時成績”，課程最終成績由平時作業+課堂表現+課程專題報告+期末考試構成。其中，期末考試成績占總成績的70%，其他三項平時成績占總成績的30%，具體拓寬到課下作業、個人匯報和小組匯報3個方面，以此促使學生在課下主動復習，把課程教學從課上延伸至課下。
二、問卷調查與持續改進
課程結束后，設置了關于教學內容、教學方式、考核方式等的問卷調查。結果顯示，“材料物理”對于三年級大學生來說，近2/3的同學認為該課程較難，1/3的同學認為難度適中。對于這樣一門比較難的課程來說，超過70%的學生愿意進行自主訓練，65%的學生會進行課下復習。對于以小組方式進行的PPT匯報，超過95%的學生認為有收獲，其中61%的學生認為有助于學生凝聚力增強，有助于學習、合作、交流等競爭意識的提高。對現在的課堂教學，僅有30%的學生比較關注考試成績，而半數以上的學生都認為應當注重自信、探究與創新能力、語言表達能力和小組間分工協作能力等的加強。小組PPT專題匯報對此起到了積極的作用。
三、總結與展望
在知識經濟時代背景下，依托武漢理工大學材料學科的辦學特色與科研優勢，進行材料物理課程的探索與發展。逐步轉變教學思想，更新教學理念，把先進的科學思想和思維方式不斷引入課程教學中，加強基礎，緊跟前沿，通過教學方法與考核方式改革，發掘學生的主觀能動性和創造性，是培養高素質創新人才的重要內容。本課程通過設置課程專題，教學從課上延伸至課下，讓學生有效把握課程重點、難點；積極探索互動式教學，強化平時成績，調動學生的主觀能動性，促使學生有意識的了解和掌握文獻檢索、內容綜述、小組角色分工與合作，對其學習能力、創新與思維能力、工程能力、管理能力和溝通與交流能力等，進行初步的綜合訓練。該課程的教學探索，依據專業課程的特點加以修正，同樣適用于材料學科的其他專業課程，甚至其他理工科的專業課程。
此外，隨著本課程在教學方法和考核方法改革的探索實施，教師的備課和批閱作業工作量翻倍，在專題報告的評分上，依賴于授課教師自身的學術水平，不可避免地受到其研究領域的影響，存在一定的局限性。對此，在以后的持續改進中，將重點從設置課程作業評價細則方面入手，逐步建立合理的評價方法。
參考文獻：
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材料物理范文第3篇
一、利用“閱讀材料”樹科學家形象，學科學家精神
當前中學生中不少人是“追星族”，他們把影星、歌星的名字可以說出一大串，每天嘴上談的是“星”的趣聞軼事，身上著裝模仿的是“星”的裝束.但對于科學家，他們卻說不出幾個名字，對科學家的事跡，更是知之甚少。造成這種現狀的原因之一是：電視、電影、雜志、畫刊中頻頻露臉的都是這些影星、歌星，而極少向這些天真的學生介紹科學家.所以他們沒有機會了解科學家，科學家的形象在他們心目中樹立不起來，教科書中的“閱讀材料”介紹了牛頓、安培、法拉笫……等眾多科學家的生平和事跡。我把這些材料與教學結合起來對學生進行思想、精神、道德、意志等方面的教育。例如，當講電磁感應現象時，介紹法拉第的生平，介紹他勤奮學習，刻苦鉆研的精神;介紹他一生對人民做出的偉大貢獻，還指出，法拉第取得成功的一個重要因素是他重視實驗，他的許多重要發現都是通過實驗獲得的。如電磁感應現象、電解定律等。法拉第是偉大的物理學家和化學家，又是一個偉大的思想家.他對社會做出了巨大的貢獻，受到人們的愛戴和稱頌。通過介紹，同學們既了解了法拉第，也從中學到了研究物理問題的基本方法。在教學中，我還針對有些學生在學習中存在著怕吃苦、不勤奮，又想取得好成績這種不切實際的想法，有目的地介紹科學家的有關事例。如：愛迪生為找做燈絲的最好材料，先后實驗了1600多種材料;法拉第經過十年不懈努力才找到了磁生電的方法;現在看到的歐姆定律公式那么簡單，但是歐姆為了研究這個問題，經歷了多次失敗，花費了十年心血，把數學和物理結合起來，最終才把電學中的三個量U、I、R之間的關系用一個完美的形式表達出來，即I=U/R。學生從科學家的身上理解了“天才不過是百分之一的靈感加上百分之九十九的汗水”這句話的深刻含義。“閱讀材料”有些是以故事形式出現的，風趣生動，很適合初中生年齡及生理特征，學生很喜歡聽，每當我介紹科學家后，總有一些學生進一步追問，想知道更多的情況。學生從科學家身上學到的熱愛科學、實事求是、勤奮好學、刻苦鉆研的精神，正在成為學生學習的動力，并有力地促進了學生身心健康的發展。
二、利用“閱讀材料”學物理史實，受辯證法教育
在初中階段物理教學過程中，許多教師僅注重物理概念和規律等的講解，這使得學生對物理學發展的曲折歷史知道得很少，學生不了解所學知識的形成過程，這不利于學生對物理知識的深入了解，教科書在“閱讀材料”中對這方面內容做了一些彌補。如在熱學部分，“閱讀材料”介紹了歷史上對“熱的本質的認識過程”。學生學習后知道了歷史上對“熱”有兩種不同的看法：一種把熱看成是一種特殊物質，即“熱質說”;另一種認為熱是物質的某種運動形式。“熱質說”這種違背事實的觀點，曾一度被人們所承認，后來科學家們通過對一些熱現象的細致觀察和反復的大量實驗，證明了“熱”不是一種物質，從而否定了“熱質說”，為分子運動論的發展開辟了道路，為能量守恒定律奠定了基礎。把歷史上不同學派間的爭論展示給學生，可以打破傳統的邏輯教學給學生留下的科學發展是直線前進的印象，使學生了解到，科學發展史是一部理論與實踐交叉、失敗與成功并存的發展史。回顧歷史，還可以加深學生對物理概念的進一步了解，同時對學生進行探索、開拓精神方面的教育，不同內容的歷史，可以使學生得到不同方面的教育。例如利用“熱機發展史”可以向學生闡述這樣一個道理：各種機器的發明，是生產發展的必然產物，先進機械設備的出現推動了工業革命的發展，而工業革命的發展又帶動了機器設備的不斷改進。社會要前進，科學發展永無止境。物理學史實中包含有深刻的辯證唯物主義原理，在教學中有意識地用辯證唯物主義觀點介紹物理學的某段歷史，可以使學生潛移默化地領會并接受辨證唯物主義。
三、緊密聯系實際，提高各種能力
材料物理范文第4篇
材料物理實驗 應用物理學 教學改革
一、引言
2006年，中國科技創新大會提出：2020年前使我國進入創新型國家行列。因此，為國家培養大批自主創新型人才成為社會發展的迫切需要。據此，許多高等院校將人才培養定位為培養高級應用型創新人才，而高級應用型創新人才的培養不能離開實踐教學環節這一教學體系重要組成部分，實踐教學在培養學生實踐應用能力、分析和解決問題能力、創新精神等方面具有不可替代的作用。
為適應社會對應用型創新人才需求，湖南工業大學構建了以“三實一創”（實訓、實驗、實習、創新）為核心的專業實踐教學新體系。《材料物理實驗》課是理學院應用物理學專業材料物理方向一門實踐性很強的必修課，其教學目的是讓學生熟悉科研全部過程，在實驗中逐步了解科學研究方法，課程在培養學生分析問題與解決問題的能力，提升學生科學思維方法以及綜合科研素質方面有舉足輕重的作用。
二、《材料物理實驗》教學內容改革
湖南工業大學理學院材料物理實驗室在實驗教學新理念指導下，充分了解和貫徹實驗教學在教學工作和培養高素質創新型人才中的重要地位，按照培養目標將實驗教學內容進行分類、歸納、更新與整合，并遵循由淺入深、由簡到繁、由單純模仿到學生獨自綜合創新的順序，逐步推進，分層次按階段履行的原則，把《材料物理實驗》課劃分為下面三個實驗項目：
1.材料科學基礎實驗
此基礎實驗是根據材料物理專業方向課程要求學生學會的材料科學方面基本實驗技能所開設的，規定每個學生都會動手操作且分析實驗結果，如金相試樣的制備、金相顯微鏡的使用、金屬和非金屬材料的拉伸、壓縮與彎曲實驗等。
2.材料分析測試實驗
以材料表征和材料性能測試為目的，讓學生了解材料研究前沿所需的新型材料合成與測試方法，拓寬學生知識面。有針對性地設置了以下實驗：材料的紫外光譜測試、薄膜厚度、折射率及消光系數測試、功能薄膜特性測試、材料熱重/差熱分析、電化學工作站的使用等，這些實驗幫助學生學習材料表征的基本方法和材料性能測試的一般技巧，激發學生科學思維。
3.綜合設計性實驗
綜合設計性實驗是一種新型實驗教學模式，目的是促進學生提出疑問-綜合研究-解決問題的能力，所以，實驗選題主要注重發展創新。在學生業已掌握相關材料領域知識前提下，綜合設計性實驗鼓勵學生自我發展創新，督促學生查閱文獻資料，幫助學生探索和了解新知識、新方法，根據綜合實驗的教學要求，提出可行實驗方案，按照既定目標，選擇實驗配方和實驗條件，制備出符合實驗性能要求材料，對材料進行合理表征，完成性能測試，并根據實驗現象和實驗結果，探索材料體系結構-制備方法-物質特性的相互關系，判斷較好的配方和制備技術，在學生自主選擇中培養創新能力。實驗包括溶膠凝膠法制備納米材料及其結構測試、陶瓷材料的成型和燒結、稱重法測量材料腐蝕速率等。
三、《材料物理實驗》教學方法改革
教學方法直接影響實驗教學效果，培養創新人才，教師選擇合理的教學方法是關鍵。傳統實驗教學通常采用填灌式、驗證式的教學方法，實驗時老師先講述實驗原理、方法等，然后要求學生按照實驗講義給出的固定實驗步驟機械式完成實驗，儀器、實驗藥品等都是教師事先準備好的，最后學生再按照教師要求的固定形式撰寫實驗報告，學生在這個過程中僅僅是個被動參與者，有很多學生在上課時依葫蘆畫瓢地照搬別人的實驗做法，在完成實驗后還不知道為什么要做這個實驗，這種教法削弱了學生對實驗課程的興趣和創作激情，學生的動手實踐能力沒能得到應有的訓練，自然難以保證好的教學效果。材料物理實驗室通過以下方式改進傳統實驗教學方法：
1.開放式實驗教學
將傳統的“教師講授-演示實驗-學生實驗”的教學方法改為“學生預習-自己查閱資料-提問與集體討論-儀器操作-教師指導-綜合評價”形式，教師首先給出命題，學生據此查閱有關文獻資料，通過提問與討論設計實驗方法，然后自己選擇實驗裝置、手段及實驗工序，實驗結束后，必須自己經過思考，分析實驗結果，總結規律，給出實驗結果綜合評價，撰寫實驗報告。
2.實驗教學導師制
一般的材料物理實驗室只在日常實驗教學中才對學生開放，既造成實驗室儀器設備的浪費，也無法滿足現代實驗教學對學生創新意識與能力培養的要求。采用導師制可以克服這個弊端，學生自主選擇導師，充分利用實驗室的資源優勢，在導師的指導下，自行設計創新性實驗，參與科研型開放實驗或自選課題實驗等，方便教師和學生開展科研活動。
四、《材料物理實驗》考核方法改革
為了建立全面、客觀、公正地評價學生實驗操作技能掌握程度、科學態度與綜合素質的實驗課程考核體系，材料物理實驗室從學習態度、理論測試、實際操作能力（包括動手能力、調試能力和創新能力）以及實驗結果相結合的辦法全面考評學生成績。對于基礎性與材料測試實驗，重點考查學生的基本理論和基本動手實踐能力，其中平時成績（包括預習報告、平時實驗中獨立操作能力及實驗報告）占50%，操作考試成績占50%。對于綜合設計性實驗，考核方式分為方案設計（合理性、完整性、經濟性）、綜合操作能力（獨立、熟練、創新）、實驗報告（清楚、規范、完整）和答辯幾個部分來全面評測學生的實踐操作能力和分析應用能力。這種多元化的考核方式，從不同角度綜合考查學生綜合能力，充分調動了學生學習和探索的積極性。
五、結語
我們提出了一個比較符合湖南工業大學理學院實際的材料物理專業人才培養的實踐教學改革方案，通過對當前實驗教學現狀進行分析，對實驗教學內容、教學方法、考核方式等不同角度進行探討和改革，改變傳統中實驗課附屬于理論課的教育方法。經過3年的教學實踐，證實教學改革卓有成效，學生動手實踐能力明顯改善，學生對于科研活動越來越感興趣，多名學生在學校舉辦的大學生創新杯競賽中取得良好成績。《材料物理實驗》教學改革，將是注重學生實踐創新和充分發揮學生自主探索研究的一種嶄新實驗教學模式。
參考文獻：
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[2]郭永利，梁工英，盧學剛.在材料物理專業實驗教學中培養學生的創新能力[J].陜西師范大學學報，2009，（37）.
材料物理范文第5篇
【關鍵詞】教學內容 改革 材料物理與性能
1．引言
教學質量是高校賴以生存和發展的重要保證, 而加強課程教學改革, 則是提高教學質量的重要途徑。近年來,以電子、生物、航天和能源等為應用對象的材料科學已經從過去的單一性金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料轉向以功能材料、復合材料、納米材料等高性能、多功能為主的發展趨勢, 對材料科學人才也提出了新的、更高的要求。1997 年國務院學位辦頒發了新專業目錄, 材料類的專業設置不再按傳統分為金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料,而是橫向融合金屬材料、無機非金屬材料和高分子材料的基礎理論于一體, 縱向充分強調理科與工科的結合。為滿足社會對材料專業的需求，并與國內外“材料科學與工程”學科發展接軌, 北方民族大學制定了材料類專業的長期規劃并制定了2008 本科專業培養方案。材料物理與性能學課程作為2008 培養方案中材料科學與工程本科生的專業基礎課, 其教改方案已列入2009年寧夏高等教育教學改革項目。
本文從教材建設的意義與目標、課程教學內容改革、課程教學方法改進及教改初步成果等幾個方面對材料物理與性能學課程建設思路進行闡述。
2．教材建設的意義與目標
《材料物理》是材料科學與工程、高分子材料與工程和材料成型與控制工程專業的專業基礎課，其主要內容是利用物理學的一些基本概念、基本原理、基本定律來說明物質的微觀結構、組織形貌、原子電子運動狀況以及它們與材料性能和成分之間的關系。
對于材料專業的學生來講，化學方面的基礎知識學習得較多，包括有機化學、無機化學、分析化學和物理化學等，但物理方面的基礎知識卻較少涉及，只有普通物理課程，而物理本身所包含的基礎知識比化學更多，例如光、電、磁、熱、力、輻射等。因此，給材料專業的學生補充更多的物理知識，尤其是材料物理方面的知識非常必要。而當前材料物理教材的諸多版本多數偏重理論指導，要求學生對物理分支的知識掌握太多，這不能完全適應現行本科生教育的需求，對研究生來說相對更適合一些。個別相對合適的材料物理教材因為有些內容太深無法講透，而有些內容又太淺，對本科生來說，作為參考書使用較為適合，這是一個方面的原因。另一方面，大多材料專業都開設了材料物理性能課程，此課程包含的材料物理的基本概念又都比較缺乏。編寫這本《材料物理與性能學》教材的目的就是一方面給材料專業本科生增加一些有關材料物理的基礎知識，另一方面將材料物理性能方面的內容合并到一起，減少學生的課程數目。
在教材的編寫過程中，注意突出了以下幾方面的特色。
（1）以實際應用實例講解材料物理學的一些基本概念和物理效應，例如：位錯的運動形式分為滑移和攀移，滑移的運動形式是像蚯蚓一樣以局部帶動全部進行運動；為什么鋼鐵進行淬火后會變硬？是因為加熱加速了原子的運動，突然冷卻使原子來不及運動到正常格點位置就停止了，使得原子排列紊亂，阻止了位錯的滑移，所以會變硬。以這樣的方式來介紹材料物理學的一些基本概念和物理效應，使學生便于理解、掌握和記憶。
（2）以實驗的手段講解各種材料的性能。如：通過拉伸實驗，講解金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料的力學性能的異同等；通過對不同材料進行電阻測量，講解如何利用電阻繪制材料的溶解度曲線，將此曲線應用到實際研究中。采用這樣的方式設計實驗，達到真正鍛煉學生動手能力和創新能力的目的。
（3）加入現代新材料的內容，介紹其應用與發展。例如：復合材料、納米材料、能源材料、生物材料等。
3．教材知識體系改革
根據材料相關行業發展需求進行教學知識體系的改革。目前材料科學發展的趨勢是新型功能材料（特別是電子、光電子材料）、新能源材料、環境友好材料、生物活性材料的研究與開發，本課程針對材料發展的總體趨勢和行業需求，結合我校2008本科生培養方案的指導思想，在設置材料的熱學性能、力學性能和電學性能的基礎上，設置了材料的介電性能、缺陷物理與性能、鐵電物理與性能、磁性物理與性能、非晶態物理、高分子物理、薄膜物理。在內容的編寫上，略去了大量的公式推導，注重基本概念、基本原理的講解，同時，結合生產、生活和材料前沿科學研究中的實例對材料物理與性能進行闡釋。
在每章的開始，教材以實際案例開篇來提高學生對本章內容的學習興趣，如從材料的導熱性角度解釋“9.11事件”對紐約世貿中心造成毀滅性破壞的原因；從材料的導電性能與硅材料的薄膜化對太陽能發電在解決能源危機方面的重要地位與應用現狀等導入案例。在每章的結尾，設置了拓展性內容，主要將章節內容相關的前沿科學發展現狀、需要解決的關鍵科學問題呈現給學生，為學生在學完章節基本內容后進行深層次的思考和進一步利用所學內容閱讀學科領域前沿知識提供了引導，如教材引入納米材料（如碳納米管）的熱學、力學性能來拓展學生對納米材料獨特性質的認識；以超導材料的發展歷史、研究現狀、和應用（如磁懸浮列車）來引導學生對材料的導電性進行探求。
另一方面，針對我校2008本科生培養方案加強實踐教學的指導思想，在內容設置上，教材還考慮通過學習基本內容的基礎上，可以為本科生開設一些基礎實驗和創新性實驗。結合本課程的學習，我院對本課程開設了材料的力學性能檢測、硬度測定、材料熱容的測定、材料熱導率的測定、材料導電性能的測定、陶瓷熱穩定性測定等基礎實驗，同時通過新建設的新能源、電磁學專業實驗室，為學生提供創新性實驗平臺。
4．教學方法改革
教學過程是通過教師與學生之間的互動配合完成的，教學方法在教學活動中的作用至關重要，在《材料物理與性能學》的教學過程中，注重學生能力的培養，摒棄傳統“填鴨式”灌輸的教學方法，而采用“啟發―引導―互動”式的教學方法，以此來實現傳授知識、培養學習能力和創新能力的目的。在教學方法的改革中，采取了以下具體的教學方式
（1）采用板書與多媒體結合的方式進行知識講解。對較為抽象的概念、模型，采用動畫演示幫助學生理解，如對于位錯的兩種基本類型―螺型位錯和刃型位錯以及它們的運動方式―攀移和滑移，很難用易于理解的語言表達清楚，而采用動畫演示的方式，學生很容易理解并在腦海中留下深刻的印象；如三極管的放大作用，采用動畫演示即可讓學生在較短時間內對其放大機理和對發射極、基極、集電極材料的不同要求了然于胸。
（2）學生講授，集中討論的方式。針對有些能引起學生興趣的內容，采取學生講授、課堂討論的方式實現對知識的接受與消化吸收。比如關于鐵電物理的內容，通過講解基本理論，讓學生通過查閱文獻資料來挖掘鐵電物理的知識在我們生活中的應用，而學生通過文獻資料，利用磁性物理知識講解了以“卡的世界”為題的關于存儲卡的相關原理和技術前沿、利用材料的壓電效應講解了打火機的原理，這不僅加深了對知識的理解，還極大地調動起學生對鐵電物理知識的興趣。
（3）開放式作業題目。對于有些基本觀點，隨著科學的不斷發展，可能遇到一些無法解釋的現象，對此，鼓勵學生通過查閱文獻發現此類問題。例如，將塊體材料的一些基本理論應用于納米材料去解釋其性能顯然是不正確的，不同點有哪些？為什么不同？針對這些問題，讓學生自己去解決，然后在作業中寫出自己的觀點。這樣做的好處是，既啟發了學生的主動性和創新思維，又防止了抄襲作業的現象發生。
5．初步成果與展望
《材料物理與性能學》課程已作為“21世紀全國高等院校材料類創新性應用人才培養規劃教材”由北京大學出版社于2010年1月出版。《材料物理與性能學》課程是材料科學與工程、高分子材料與工程和材料成型與控制工程專業的專業基礎課，授課學時為理論48學時，實驗16學時。該教材已被東北大學、鄭州輕工業學院、北方民族大學，以及江蘇、湖北、浙江和山東等省的高等院校選用，受益學生3000多人，反映良好。
通過教學內容和教學方法的改革后，學生對材料專業產生了極大的興趣，出勤率和聽課率大大提高，學生對本課程的課堂聽課率創歷年新高接近100%，根據校教務系統所提供的學生對教師的教學評價結果表明，課堂滿意度在90%以上，同時通過對材料物理與性能學課程的學習，我院學生申報創新性實驗和挑戰杯的數量明顯增加，與往年相比，增加的項目主要來自與本課程相關的內容。
雖然，通過教改，我們在教學中取到了良好的初步成果，但對本課程的雙語教學、精品課程建設的工作以及課程考核體系、質量監控等方面的創新還是今后對本課程改革的主要方面。
今后，我們通過總結《材料物理與性能學》的教學實踐，搞清存在的問題，進一步明確課程定位，形成以貫徹向“寬基礎、寬口徑、重實踐”的培養模式上轉變的新課程體系。通過充實和豐富教學內容，完善和增加案例教學，制作和搜集影像資料，研究和制作優質課件，完善相關實踐環節，使該課程教學做到目標明確、基礎扎實、內容豐富和方法多樣。
[參考文獻]
[1]萬紅，白書欣.材料物理課程建設的思考[J].高等教育研究學報,2009,32:21-23.
