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功能材料导论课程双一流学科建设

2019/08/23 阅读:

摘要:“功能材料导论”是中国地质大学(北京)材料科学与工程学院材料物理专业本科生三年级的专业主干课。该课程的主要教学内容包括新能源材料、环境功能材料、光电功能材料、生物医用功能材料以及先进复合材料等。为了更好地服务于学校“双一流”学科的建设,文章尝试将传统的“功能材料导论”教学内容进行改进,融入了大量与我校“双一流”学科“地质学”和“地质资源与地质工程”紧密相关的内容。实践教学证明该项教学改革取得了良好的效果。

关键词:“双一流”学科;材料物理;教学;功能材料导论

2017年9月21日,教育部、财政部、国家发展改革委员会印发了《关于公布世界一流大学和一流学科建设高校及建设学科名单的通知》,公布了世界一流大学和一流学科(简称“双一流”)建设高校及建设学科名单。“双一流”建设将学科建设在我国高校发展中的地位提升至一个新的高度,势必对我国高校学科建设产生深远的影响。笔者所在的中国地质大学(北京)(以下简称“学校”)作为“一流学科建设高校”,有两个学科(包括“地质学”与“地质资源与地质工程”)入围了“双一流”建设学科名单。我校材料科学与工程学院(以下简称“学院”)自1999年成立以来,一直面向资源综合利用、节能减排、低碳环保、循环经济等国家战略需求,以资源综合利用与新材料为主要方向。2015年学院进入了全球基本科学指标(EssentialScienceIndicators,ESI)排名前1%。虽然学院目前尚不属于学校的“一流建设学科”,但此环境下应该如何适应学校“双一流”学科的建设引起了笔者的深入思考。我们在向材料学科评估中获得“A+”评价的清华大学、北京航空航天大学、武汉理工大学学习先进经验的同时,该如何适应学校“地质学”与“地质资源与地质工程”一流学科的建设,是摆在我们面前的教学改革课题之一。

一、材料物理专业功能材料导论课程介绍

“功能材料导论”课程是我校材料科学与工程学院材料物理专业本科生三年级的专业主干课,内容涉及无机化学、有机化学、物理化学、胶体与界面化学、高分子化学、晶体材料学、高分子材料、复合材料学、无机材料工艺学等多门课程,重点讲述新能源材料、环境功能材料、光电功能材料、生物医用功能材料以及先进复合材料等内容。该课程从先进材料的科学和使用出发,根据已有的材料科学的基础理论,使学生掌握功能材料的基本概念及应用,了解相关理论。课程通过具体的实例,对功能材料的发展历史、制备方法、应用领域做了系统阐述,介绍了最新的科技成果,为学生开展科研训练与创新活动、专业综合实验和毕业论文提供了理论指导。由于学科背景所限,笔者在之前主讲该门课程时,一直沿袭着传统的教学思路,主要从材料学角度出发来讲授功能材料的发展前沿。2018年6月,学校召开了“双一流”暨学科建设工作会后,进一步明确了全校师生长期奋斗,不断攻坚克难,全面推动学校“双一流”建设工作,为实现建设地球科学领域世界一流大学的长远奋斗目标而不懈努力的工作方针。此次会议的召开极大地鼓舞了全校师生的士气。作为材料科学与工程学院的一名一线教师,笔者也深感应为学校“双一流”建设工作贡献自己的微薄之力。为此,笔者在深切领会“功能材料导论”教学大纲的前提下,对原来的教授内容进行了优化和调整,将与我校一流学科“地质学”与“地质资源与地质工程”相关的内容融入新的教学工作中,并进行了初步的改革尝试。

二、功能材料导论课程教学探索

为了适应学校“双一流”学科的建设,笔者在“功能材料导论”课程中进行了有益的尝试。在不违背教学大纲的前提下,将讲述内容重新进行了调整,在课件制作过程中参考了大量与“地质学”和“地质资源与地质工程”相关的内容。例如,在新能源材料的讲述中增加了地质矿产资源在清洁能源领域中的应用,包括钙钛矿太阳能电池(转化效率已经突破20%,可以媲美传统的硅太阳能电池,同时具有成本低廉等特征)、锂离子电池(锂精矿已经成为支撑新能源汽车等应用锂离子电池行业的战略性资源)、石墨烯材料等;在环境功能材料的讲述中增加了地质矿产资源在环境保护与治理领域中的应用,包括土壤修复(方解石、石灰、磷矿石、羟基磷灰石、膨润土、沸石、海泡石、硅藻土等治理重金属污染土壤等)、污水与废水处理、工业与室内废气治理(沸石处理二氧化硫、膨润土与蛭石固硫反应、青石、滑石、海泡石处理汽车尾气、室内空气污染)等;在光电功能材料的讲述中增加了地质矿产资源在光功能材料以及电功能材料中的应用,包括绝缘材料、电磁波吸收材料、耐电晕材料、发光材料等;在生物医用功能材料的讲述中增加了地质矿产资源在生物医用领域中的应用,包括骨替代材料(磷灰石、硅灰石等制备聚乳酸/硅灰石等具有良好生物活性、生物相容性、可降解性、抗磨损性和抗压性的矿物复合材料)、生物陶瓷材料(羟基磷灰石与磷酸三钙等应用于制备生物活性陶瓷;氧化铝与氧化锆等应用于制备生物惰性陶瓷等)、生物传感器材料、组织工程材料等;在先进复合材料的讲述中增加了地质矿产资源在复合材料领域中的应用,包括矿物复合高分子材料(功能性矿物填料应用于高分子材料的改性,例如蒙脱石等层状硅酸盐用于提高高分子材料的水氧阻隔性;海泡石、蛋白石、碳酸钙等用于改善高分子材料的耐蠕变性、尺寸稳定性以及其他力学性能;蛭石等用于增强高分子材料的保温性能等)、矿物复合陶瓷材料(石榴石矿物应用于制备碳化硅复合材料)等。通过2015级本科生的教学实践,学生们普遍反映讲述的内容更加切合学校的特色,与他们之前学过的“工业矿物与岩石”、“复合材料与工艺”等课程形成了良好的互补,对地质矿产资源在材料领域中的应用有了更深层次的理解。可以说,这次教改尝试取得了令人满意的效果。

三、结语

国家实施教育改革“双一流”战略以来,非“双一流”学科如何在学校大力建设一流学科背景下,积极投身服务于一流学科建设的潮流中已经逐渐成为当今众多高校院系在人才培养、课程设置、实践教学等环节中需要思考的问题之一。笔者在材料学院材料物理专业本科生教学过程中也积极思考了该问题,并在自己主讲的“功能材料导论”课程中进行了有益的尝试。在不违背教学大纲的前提下,将讲述内容重新进行了调整,努力适应学校“双一流”学科建设,为学校建设地球科学领域世界一流大学的目标做出自己的贡献。

参考文献:

[1]刘仁山.“双一流”建设与新时代人才培养[J].国家教育行政学院学报,2018,(6):50-55.

[2]张海峰.“双一流”背景下的一流实验室建设研究[J].实验技术与管理,2017,34(12):6-10.

作者:刘金刚 陈淑静 佟望舒 王珂 王琳 单位:中国地质大学

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