材料科学科研课题范文
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第1篇
关键词：材料;本科;创新能力;实验平台
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2014）41-0269-03
一、前言
高等教育的任务是要合理调配和使用有限的教育资源，为国家培养更多、更好的人才和创造更多、更好的科研成果，而创新能力的培养是高等教育人才培养中的重中之重。党的十六届五中、六中全会做出了建设创新型国家的战略决策，而建设创新型国家决定的因素是人才，关键是创新型人才。创新型人才对党和国家事业发展至关重要。作为建设创新型国家重要支撑和动力的高等学校，必须不断提升自主创新能力，真正担负起培养创新型人才的重任。面对经济社会发展的新形势，加强大学生创新能力的培养，探索适合我国国情的高等学校创新人才培养之路，是当前我国高等教育面临的重要问题。培养大批接受过良好工程教育，具有坚实基本工程素养和卓越创新能力的未来工程师，是国家走新型工业化道路、建设创新型国家战略目标的必然要求。教育改革必须适应培养创新人才的需要，因此，培养创新型人才已成为现阶段我国高等院校在人才培养中的首要任务，是实现创新型国家战略目标的重要保障。
二、材料学科创新人才培养现状
材料是一个科技含量高、学科范围广、技术密集、应用性强的学科，其理论构想、创意、验证和研究都必须依赖实践来完成，即通过理论与实践的结合，使其有形化、物质化。实验教学在材料专业教育中占据着战略性的重要地位，是培养材料领域创新人才的关键环节，具有其他任何教学方式不可替代的独特作用。实验室能为学生提供一个实践平台，学生在实践教学中不仅学习科学实验的基本知识、方法和技能，更要受到严谨的科学作风训练，培养科学的世界观和方法论，在科学实验产生科技发展突破性成果的一个个实例中激发探索精神和创新激情，形成创新人才所必须具有的独立思考能力，分析问题、解决问题的综合能力和创新能力。在目前的材料类专业实验教学过程中，一般是将本科教学和科研分开，本科实验教学自成一体，有专门的实验室，专门的实验人员负责指导学生实验，而科研资源是博导、硕导带着研究生在科研实验室进行科学研究。本科教学实验项目几年甚至几十年不变，而在当今科学技术发展日新月异，知识爆炸的年代，这一本科实验教学模式显然与时代的发展不符，与培养创新性材料人才的目标相差甚远。以山东理工大学材料学院的本科教学实验为例，本科教学实验室承担材料科学与工程、材料化学和高分子材料与工程三个本科专业的实验教学任务，该体系传授材料学科基本实验知识和技能，但对于训练学生科学思维方法和创新实践能力则力不从心。而学科所拥有的国家工业陶瓷工程研究中心等科研平台不承担一个本科实验教学项目，在创新性材料人才培养过程中暴露出许多不足。因此，我们将材料科学与工程实验中心的材料学科教学和科研实验资源重新配置，最大限度的做到资源共享，提高利用效率，期望能更好地服务于本科教学，提高材料类本科创新性人才的培养质量，同时也拓宽了科研和社会服务资源，为高校实验平台资源建设和管理模式改革进行探讨。
三、材料学科教学科研一体化实验平台的建设措施和成果
我们的实验室改革围绕如何科学配置实验资源和功能，最大限度的做到资源共享，提高利用效率，更好服务于教学、科研和社会服务的开展，提高大学生的创新能力，其中主要进行以下几方面的工作。
1.材料学院实验资源现状分析。截至2007年，材料科学与工程学院材料学科实验室完成了初级建设阶段，拥有了较为完整的学科教学实验体系和实验基础条件，实验设备总值达到了950余万元，但是没有一台单价5万元以上的设备，承担着材料学科三个本科专业的实验教学任务，实验任务由实验中心的专职实验员准备、指导完成。而以国家工业陶瓷工程研究中心为代表的科研平台科研仪器设备资源总值达到了1800余万元，其中5万元以上的设备50余台件，承担研究生培养和教师的科研任务。但科研平台在运行中暴露出许多问题，比如管理人员不足、设备开发利用不够、教学科研资源分离，导致资源设备的利用效益偏低，大型设备的人才培养功能得不到利用，设备的领用、管理、使用、服务机制不够健全。这种状况使大型设备的人才培养功能得不到利用，本科生创新能力的培养得不得保障。随着学校建设教学科研型大学目标的提出，学校进入内涵式发展阶段，材料学院也明确提出以培养“能力强、素质高、具有创新精神的应用型人才”为目标。因此，如何做好实验资源的优化配置、精细管理和充分共享，推动教学科研社会服务三大功能的实现，具有重要的现实意义。
2.教学、科研一体化实验平台建设。课题组通过调研相应高校材料学科实验室建设的情况，研究分析我校材料学科实验教学及科研方向等，针对实际找出实验资源配置、共享、使用、管理中存在的问题。通过分析问题，制定调整改进管理办法并付诸实施。根据学科特点和仪器设备类型重新划分实验室，按照专业培养方案要求，确定实验室的教学功能，充分整合学科资源建设教学科研一体化实验平台，打破教学科研资源壁垒，实施学科实验资源共享，以中心为依托统一构建学科教学科研实验平台。不再将实验室明确分为本科教学实验室和科研实验室，将原来的本科教学实验室和各类研究中心（国家工业陶瓷材料工程技术研究中心、山东省陶瓷基复合材料重点实验室、山东省陶瓷基复合材料工程技术研究中心实验室、工程陶瓷制备技术国家地方共建工程中心、先进陶瓷材料研究所、功能高分子材料研究所、晶体材料研究所、表面工程研究所、皇冠新材料研究所、鲲鹏精细陶瓷材料研究所、15个校企共建工程技术中心等）有机整合为材料学科教学科研共享资源平台，平台管理人员实行专兼结合，实验室专职人员负责仪器设备管理、维护和维修工作，兼职教师参与实验教学的指导和实验室的管理工作。实验中心的大型精密贵重仪器设备实行专人专管，将中心拥有的29台大精贵仪器设备按照功能分为15个机组，每个机组聘用2名以上的管理人员，实行机组负责制，每个机组必须利用大精贵仪器开设3项以上本科实验项目。材料学科教学科研一体化实验平台实行时间和仪器设备全方位开放。大学生可以利用实验平台信息网站进行实验仪器设备使用预约、实验时间预约。实验时间上的开放，可以让学生能够自主选择安排实验，有力调动了学生学习的主动性和积极性。实验设备自由开放，学生在实验室预约登记后就可以随时去实验室进行实验，实验室会有专门的实验教师安排指导。
3.开展创业，创新训练、竞赛，与教学实验互相补充。材料学科教学科研一体化实验平台除具备进行大学生实验教学功能外，还建设成为大学生创业、创新训练、学科竞赛的平台。利用平台优质资源开展各层次的材料实验技能大赛、新材料创新设计大赛、组织参加“挑战杯”创业计划大赛，开展国家级、校级科技创新项目，与实验教学互相补充，弥补实验教学在教学内容和模式上的局限和不足，形成完整的实践创新体系，这是提高当代大学创新素质的有效途径。
4.充实实验教学队伍，提高实验教学质量。教学科研一体化平台聘任高水平的理论课教师和科研人员参与到实验教学中，充实实验教学队伍，提高实验教学队伍水平和素质。目前平台已经聘请了28名专任教师为兼职实验指导教师。中心实行实验室工作人员的动态流入机制，提高了实验指导人员的数量和水平。实行“科研导师”制，为每个本科生配备科研导师，引导本科生参加科技创新活动，以大学生第二课堂创新研究活动和开放实验室项目为纽带，加强课外实验教学，将实验教学延伸到学科的科研基地，逐渐使课外实验教学成为培养学生创新能力的重要途径之一。
5.规范过程管理，完善监控体系。实验资源平台建立以后，运行和管理由实验中心统一组织和协调，学科实验教学指导委员会负责对实验教学的重大问题进行决策。建立完善各项平台运行过程管理制度、平台开放制度和质量监控评价体系。实行实验室房间责任人制和大精贵仪器设备机组负责制，实验室责任人和大型机组每年年底考核，考核的主要内容包括为大学生服务的实验项目数、实验教学质量、指导大学生创新项目数、参与学生人数和大学生获奖情况等方面，考核合格的实验室和机组续聘，不合格的解除聘用。
6.教学科研一体化实验平台实践效果。实验教学打破本科生实验单一的演示实验方式，组织各种形式的兴趣科技小组，配备大型精贵设备机组责任人为指导教师，让学生参与到教师的科研课题中，在实验研究过程中提高样品处理、仪器操作、结果分析等实验技能。平台“以研究引领教学，以研究促进创新，教学和研究相互交融”，大量科研项目整合提炼为研究创新实验内容，通过课程实验、创新活动、技能大赛等多样的实验教学方式锻炼学生。把科研活动、工程实践与实验教学紧密结合起来，提高实验教学质量。每年中心大型设备使用培训相关实验项目和学生创新活动课题达30多项，受益学生170余人。如培训学生对化学气相渗透炉、多功能高温烧结炉、计算机控制流变仪、高效液相色谱仪等大精贵设备操作熟练，提高了学生的就业竞争能力，学生在毕业时受到企事业单位技术开发部门、质量控制检测部门的欢迎。利用教学科研一体化实验平台资源，近三年毕业生论文有7篇获得山东省优秀学位论文，42篇获得学校优秀论文;17名同学在大学生数学建模大赛和“挑战杯”创业计划大赛等比赛中获奖;本科生正式发表学术论文22篇;在“大学生第二课堂创新活动”项目中，本科生承担完成285项;材料学院本科毕业生一次就业率达到90%以上。
参考文献：
[1]刘英，李佳，徐兆军，等.工程素质与创新精神的培养与实践[J].化工高校教育，2011，118（2）：25-27.
[2]程清蓉.改革设备管理模式，建立共享技术平台[J].大学教育，2013，（2）：42-43.
[3]欧阳津，申秀民，赵云岭，等.改革实验教学模式培养创新性人才[J].中国大学教学，2008，（2）：79-80.
[4]许志刚，刘智敏，字富庭.大学生课外科研训练的探索与实践[J].大学教育，2013，（9）：20-21.
[5]顾文豪，齐元胜，赵世英.论学生实践创新能力与学科竞赛平台的辩证发展关系[J].大学教育，2013，（2）：19-20.
第2篇
【Key words】Powder materials and technology；Teaching benefits teachers as well as students；Leading science and technology
《粉体材料与工程》是我校材料科学专业本科生主干专业课程之一，集理论概括性与跨学科交叉性于一身，同时也与基础学科和应用科学紧密相连[1]，综合运用现有教学技术和手段，结合前沿专题与实验教学，对于提升学生对于知识的综合运用能力、实践创新能力具有重要的意义。本课程对学生未来的就业与科研工作，同样具有认知与过渡的重要作用。
1 粉体材料与工程在国民经济与前沿科学中的重要意义
粉体材料的理论知识与实际应用，遍布与人们的生产生活，从古至今，从生产到科研，从工业到农业，无处不在。无论中华文明中的陶瓷与火药，制墨与印染，还是现代工业的选矿与煤炭运输，石油业的催化与超硬材料的磨料磨具，粉体材料与技术都在默默的发挥着重大的作用。
随着现代检测与微观技术的发展，特别是纳米技术与纳米材料产业的迅速崛起，人们对于粉体有了更为广阔的分类（块体，颗粒，超细/超微颗粒，纳米颗粒，皮米/飞米颗粒）[2]。对于微观粉体科学的研究，在太阳能电池、无机抗菌材料、纳米仿生材料、超导材料、复合功能材料等前沿科学的研究中越来越被人们所重视。
2 粉体材料与工程的课堂与实验教学内容
针对于材料科学专业，《粉体材料与工程》的课堂教学主要针对以下几个专题进行讲授：颗粒的几何特征，粒径测试方法，粉体颗粒的力学性质，粉碎与制备，分级与分离，储存与转运，混合与造粒，危害与防治等[1-5]。增加备受关注的纳米材料与技术，应用广泛的粉体工业设备的专题介绍。同时辅以《粉体材料与工程实验》课程的实验设计与操作（包括气流粉碎实验、粒度测试与表征、颗粒表面改性等实验），使学生充分认识粉体材料与技术所涉及的物理、化学等各个学科知识，并了解粉碎、造粒、粒度测试与表征等微型仪器设备的原理与使用；综合本专业实习基地（协进陶瓷）现场的实习认知与实际操作，充分调动学生对于知识的运用和理解，激发科研兴趣，为就业与科研工作打下良好的基础。
3 粉体材料与纳米材料
纳米材料与纳米技术是新型科学与技术的代表之一，因为其对神秘微观世界的深入分析以及对现代生产生活的巨大影响而越来越多的被广大同学所喜爱，在绝大多数的材料科学与工程院校均独立开设了课程。纳米粉体属于微观粉体的一种，是粒径尺寸介于1-100纳米的粉体颗粒；纳米粉体具有粉体的一般特性，纳米技术适用于多数的粉体工程；且纳米粉体和技术具有自己独特的尺度特性，如燕山大学、吉林大学与美国芝加哥大学合作制备的纳米孪晶结构金刚石，其硬度相当于天然金刚石的两倍[6]。这些研究成果的引入与介绍，为课堂教学增添了较大的学习乐趣。《粉体材料与工程》课程中，纳米材料与技术是其中重要的一部分，因此把握好粉体材料/技术与纳米材料/技术对于提高学生的学习热情与科研兴趣具有重要的作用，也可以为《纳米材料》等课程的学习打下基础。
4 粉体材料及粉体技术与科学研究
考研、读博，从事科研工作，是学生们毕业后的选择之一，也是现在科技发展、社会需求对教育教学提出的一个潜在要求。粉体材料与技术，涵盖了粉体制备技术、测试技术、表面改性技术、纳米材料与技术、显微仪器操作与设计、分子药物制备、纳米能源器件等各种先进的技术与理念[7]。因此，针对于粉体材料的教学，在基本教学内容中，添加一定的前沿科学知识，有助于学生科研兴趣的培养，对于今后研究生科研课题的基础教育与衔接，有着重大的影响。粉体产业相关的仪器设备，如今在实验室中更加微型化、普遍化，如激光粒度仪、扫描电子显微镜等，这些设备的原理掌握与熟练操作，对于今后的科研工作、设备的改造与研发，有一定的推动作用。
粉体材料及技术，与实际生产生活息息相关，因此开设《粉体材料与工程》相应的实验课程必不可少。为了加强学生对粉体技术的熟悉和掌握，我院单独开设了《粉体材料与工程实验》课程，实验内容以制备、表征和改性为主；依据本地的粉体行业热点（本专业对应的实习基地协进陶瓷是建筑用外墙砖领军企业之一）和实验室现有科研课题、相关设备，制定了高岭土粉碎及颗粒表征实验、粉体颗粒表面改性剂测试等实验。实验中应用到小型气流粉碎机、标准筛、激光粒度仪、扫描电子显微镜等粉体技术常用的制备（破碎）、筛分、表征设备，与《纳米材料》、《材料科学基础》和《现代材料分析测试技术》等课程紧密相连。《粉体材料与工程实验》课程，聘请材料学专业研究生作为助理，针对于粉体技术与理论知识在科研中的应用和重要性，在学生间相互交流得到强化。
5 粉体材料及技术与生活
第3篇
关键词：材料化学 专业实验 科研结合
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）05（a）-0045-01
材料化学专业是一个在我国多所高校都设立的本科专业，这个专业研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用，具有明显的交叉学科、边缘学科和应用型学科的性质。同时，材料化学专业是一门应用型理工科专业，实验教学在此专业的教学活动中占有重要的地位。实验教学开展的好坏将直接影响本专业毕业生的水平。另一方面，实验教学是高等院校理工科专业教学体系的重要一环，在培养学生创新精神和实践能力方面具有举足轻重的作用。从大的方面讲，高等院校人才培养的结果将直接影响我国的国际竞争力，因为国家间的竞争是人才的竞争，高素质的人才是一个国家创新的根本，因此，培养创新型人才就成为摆在我国高等教育面前最紧迫的任务。针对上述观点，为更好的培养我校材料化学专业本科生的实验探索能力和创新精神，结合我校在化学与材料科研方面的特点，经过多年的实验教学探索，我们建立了以前沿科学研究融入材料化学专业实验的新型实验的教学方式，以科研骨干力量作为实验指导老师，一方面强化学生的基础动手能力，强调基本功；另一方面带领学生紧跟学科发展方向，突出以学生为中心的实验教学模式，形成依托科研方向和科研项目的研究式为主的实验教学方式。
1 专业实验的基本构成
我们将专业实验课程分为材料合成、结构及性能测试实验和材料加工与设计实验两大部分，这两部分专业实验贯穿两个主旨，一个是加强学生对专业知识的理解和掌握，同时，提高学生的基本动手能力和基本实验素养，学生在学习完成无机化学、结构化学、电化学、物理化学以及其它前导课的理论课及实验课的基础上，进一步学习材料化学方面的相关理论及实践知识。这一部分包括的实验有：（1）LaCeCoNiO3钙钛矿超细粉末的制备；（2）电沉积法制备ITO/TiO2/CdS半导体复合薄膜；（3）X射线衍射粉末法物相分析；（4）染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜电极的光电流测试；（5）TiO2/CdS半导体膜电极光电性能的测试；（6）采用比表面分析仪测定改性纳米TiO2的比表面积；（7）钙钛矿型汽车尾气三元催化剂性能的测试；（8）以SBA-16为模板电沉积Fe；（9）CVD法制备碳纳米管；（10）气敏传感器件的加工、组装及测试；（11）偶氮苯的电子结构和光谱性质的理论计算；（12）金红石相TiO2的晶体结构及相关性质的计算；（13）压力对金红石相TiO2的带系的调控作用等。通过该课程的学习，使学生对功能材料及纳米材料的制备原理、方法有深刻的理解和认识，并使学生能将化学的基本理论与功能材料有机结合起来，培养学生独立思考和创新能力来解决材料化学问题，使学生对现代材料化学的研究现状和发展趋势有所了解。另一方面，是学生科学研究能力的培养和创新能力的培养，利用实验教师的紧跟时代的科研课题，激发学生的学习热情，同时，让学生体会到在科学探究过程中的乐趣。包括有：（1）基于纳米结构TiO2光电池的组装及其性能；（2）TiO2纳米粒子的制备、表征及其光催化性能；（3）功能复合微球设计合成及性质研究等实验，这些实验的结果并不是唯一的，学生可以选择自己感兴趣的方向选择其中一个。通过材料化学实验，使学生了解无机化合物功能材料领域的最新进展，系统掌握无机纳米粒子、超微粉体的制备、分离、表征以及性质研究等方法，培养学生的综合创新能力。
2 专业实验与科研相结合
依托功能无机材料化学教育部重点实验室、光电与能源环境材料省级重点实验室、功能材料省高校重点实验室，我院教师在新型石墨烯材料、半导体光电转换电极材料、光催化材料、化学传感器、光存储材料和有机光电功能材料及器件等方面的研究已经达到了国际前沿水平，同时，承担材料专业化学专业实验教学的老师全部承担参与了国家自然科学基金项目，并且绝大多数老师都是国家自然科学基金项目的项目主持人，这些资源为给学生开展优质的材料化学专业实验提供了保证。学生根据每一位指导教师的研究方向和课题并结合学生自己的兴趣，设计和执行实验方案。在各科研团队老师的指导下，分析实验结果，对存在的问题提出解决方案，最后得出实验结论。随着科研团队研究方向的发展，实验内容每隔三、四年即会调整更新，让学生始终能跟踪材料科学发展的方向，体会到创新的乐趣，自然增加了学生的积极性。
3 为学生创造条件继续深入科研
对一些学有所长，并且有时间和精力的同学，我们对他们开放实验室，为学生创造条件。有兴趣的同学可以在课余深入到教师的科研实验室，在相关教师的指导下，进行科学探索研究。因为专业实验的老师绝大部分都是科研骨干，所以学生在上专业实验课程的时候，能够了解各个老师的研究方向并找到自己感兴趣的方向，在课余时间，学生就可以找到相关的老师，继续自己感兴趣的研究，为他们日后打下基础。进几年来，已经有几位本科生在专业实验之后，走进实验室进行科学研究，并凭借其本科阶段的研究经验成功申请到奖学金，到发达国家的大学继续攻读研究生学位。
经过这些专业实验课程的改革之后，学生的上课热情高涨，学习的积极性也极大的提高起来，而且还有一些学生迸发了进一步进行科学研究的热情。这样又倒过来推动了学生对理论课程的学习，从总体上改善了学生的学习效果，能够更好的培养创新型人才。
参考文献
[1] 杨琼芬.材料化学专业实验课程体系和教学方法改革探索[J].四川职业技术学院学报，2011，21（3）：90-91.
