材料科學科研課題范文

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第1篇

關鍵詞：材料;本科;創新能力;實驗平臺

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2014）41-0269-03

一、前言

高等教育的任務是要合理調配和使用有限的教育資源，為國家培養更多、更好的人才和創造更多、更好的科研成果，而創新能力的培養是高等教育人才培養中的重中之重。黨的十六屆五中、六中全會做出了建設創新型國家的戰略決策，而建設創新型國家決定的因素是人才，關鍵是創新型人才。創新型人才對黨和國家事業發展至關重要。作為建設創新型國家重要支撐和動力的高等學校，必須不斷提升自主創新能力，真正擔負起培養創新型人才的重任。面對經濟社會發展的新形勢，加強大學生創新能力的培養，探索適合我國國情的高等學校創新人才培養之路，是當前我國高等教育面臨的重要問題。培養大批接受過良好工程教育，具有堅實基本工程素養和卓越創新能力的未來工程師，是國家走新型工業化道路、建設創新型國家戰略目標的必然要求。教育改革必須適應培養創新人才的需要，因此，培養創新型人才已成為現階段我國高等院校在人才培養中的首要任務，是實現創新型國家戰略目標的重要保障。

二、材料學科創新人才培養現狀

材料是一個科技含量高、學科范圍廣、技術密集、應用性強的學科，其理論構想、創意、驗證和研究都必須依賴實踐來完成，即通過理論與實踐的結合，使其有形化、物質化。實驗教學在材料專業教育中占據著戰略性的重要地位，是培養材料領域創新人才的關鍵環節，具有其他任何教學方式不可替代的獨特作用。實驗室能為學生提供一個實踐平臺，學生在實踐教學中不僅學習科學實驗的基本知識、方法和技能，更要受到嚴謹的科學作風訓練，培養科學的世界觀和方法論，在科學實驗產生科技發展突破性成果的一個個實例中激發探索精神和創新激情，形成創新人才所必須具有的獨立思考能力，分析問題、解決問題的綜合能力和創新能力。在目前的材料類專業實驗教學過程中，一般是將本科教學和科研分開，本科實驗教學自成一體，有專門的實驗室，專門的實驗人員負責指導學生實驗，而科研資源是博導、碩導帶著研究生在科研實驗室進行科學研究。本科教學實驗項目幾年甚至幾十年不變，而在當今科學技術發展日新月異，知識爆炸的年代，這一本科實驗教學模式顯然與時代的發展不符，與培養創新性材料人才的目標相差甚遠。以山東理工大學材料學院的本科教學實驗為例，本科教學實驗室承擔材料科學與工程、材料化學和高分子材料與工程三個本科專業的實驗教學任務，該體系傳授材料學科基本實驗知識和技能，但對于訓練學生科學思維方法和創新實踐能力則力不從心。而學科所擁有的國家工業陶瓷工程研究中心等科研平臺不承擔一個本科實驗教學項目，在創新性材料人才培養過程中暴露出許多不足。因此，我們將材料科學與工程實驗中心的材料學科教學和科研實驗資源重新配置，最大限度的做到資源共享，提高利用效率，期望能更好地服務于本科教學，提高材料類本科創新性人才的培養質量，同時也拓寬了科研和社會服務資源，為高校實驗平臺資源建設和管理模式改革進行探討。

三、材料學科教學科研一體化實驗平臺的建設措施和成果

我們的實驗室改革圍繞如何科學配置實驗資源和功能，最大限度的做到資源共享，提高利用效率，更好服務于教學、科研和社會服務的開展，提高大學生的創新能力，其中主要進行以下幾方面的工作。

1.材料學院實驗資源現狀分析。截至2007年，材料科學與工程學院材料學科實驗室完成了初級建設階段，擁有了較為完整的學科教學實驗體系和實驗基礎條件，實驗設備總值達到了950余萬元，但是沒有一臺單價5萬元以上的設備，承擔著材料學科三個本科專業的實驗教學任務，實驗任務由實驗中心的專職實驗員準備、指導完成。而以國家工業陶瓷工程研究中心為代表的科研平臺科研儀器設備資源總值達到了1800余萬元，其中5萬元以上的設備50余臺件，承擔研究生培養和教師的科研任務。但科研平臺在運行中暴露出許多問題，比如管理人員不足、設備開發利用不夠、教學科研資源分離，導致資源設備的利用效益偏低，大型設備的人才培養功能得不到利用，設備的領用、管理、使用、服務機制不夠健全。這種狀況使大型設備的人才培養功能得不到利用，本科生創新能力的培養得不得保障。隨著學校建設教學科研型大學目標的提出，學校進入內涵式發展階段，材料學院也明確提出以培養“能力強、素質高、具有創新精神的應用型人才”為目標。因此，如何做好實驗資源的優化配置、精細管理和充分共享，推動教學科研社會服務三大功能的實現，具有重要的現實意義。

2.教學、科研一體化實驗平臺建設。課題組通過調研相應高校材料學科實驗室建設的情況，研究分析我校材料學科實驗教學及科研方向等，針對實際找出實驗資源配置、共享、使用、管理中存在的問題。通過分析問題，制定調整改進管理辦法并付諸實施。根據學科特點和儀器設備類型重新劃分實驗室，按照專業培養方案要求，確定實驗室的教學功能，充分整合學科資源建設教學科研一體化實驗平臺，打破教學科研資源壁壘，實施學科實驗資源共享，以中心為依托統一構建學科教學科研實驗平臺。不再將實驗室明確分為本科教學實驗室和科研實驗室，將原來的本科教學實驗室和各類研究中心（國家工業陶瓷材料工程技術研究中心、山東省陶瓷基復合材料重點實驗室、山東省陶瓷基復合材料工程技術研究中心實驗室、工程陶瓷制備技術國家地方共建工程中心、先進陶瓷材料研究所、功能高分子材料研究所、晶體材料研究所、表面工程研究所、皇冠新材料研究所、鯤鵬精細陶瓷材料研究所、15個校企共建工程技術中心等）有機整合為材料學科教學科研共享資源平臺，平臺管理人員實行專兼結合，實驗室專職人員負責儀器設備管理、維護和維修工作，兼職教師參與實驗教學的指導和實驗室的管理工作。實驗中心的大型精密貴重儀器設備實行專人專管，將中心擁有的29臺大精貴儀器設備按照功能分為15個機組，每個機組聘用2名以上的管理人員，實行機組負責制，每個機組必須利用大精貴儀器開設3項以上本科實驗項目。材料學科教學科研一體化實驗平臺實行時間和儀器設備全方位開放。大學生可以利用實驗平臺信息網站進行實驗儀器設備使用預約、實驗時間預約。實驗時間上的開放，可以讓學生能夠自主選擇安排實驗，有力調動了學生學習的主動性和積極性。實驗設備自由開放，學生在實驗室預約登記后就可以隨時去實驗室進行實驗，實驗室會有專門的實驗教師安排指導。

3.開展創業，創新訓練、競賽，與教學實驗互相補充。材料學科教學科研一體化實驗平臺除具備進行大學生實驗教學功能外，還建設成為大學生創業、創新訓練、學科競賽的平臺。利用平臺優質資源開展各層次的材料實驗技能大賽、新材料創新設計大賽、組織參加“挑戰杯”創業計劃大賽，開展國家級、校級科技創新項目，與實驗教學互相補充，彌補實驗教學在教學內容和模式上的局限和不足，形成完整的實踐創新體系，這是提高當代大學創新素質的有效途徑。

4.充實實驗教學隊伍，提高實驗教學質量。教學科研一體化平臺聘任高水平的理論課教師和科研人員參與到實驗教學中，充實實驗教學隊伍，提高實驗教學隊伍水平和素質。目前平臺已經聘請了28名專任教師為兼職實驗指導教師。中心實行實驗室工作人員的動態流入機制，提高了實驗指導人員的數量和水平。實行“科研導師”制，為每個本科生配備科研導師，引導本科生參加科技創新活動，以大學生第二課堂創新研究活動和開放實驗室項目為紐帶，加強課外實驗教學，將實驗教學延伸到學科的科研基地，逐漸使課外實驗教學成為培養學生創新能力的重要途徑之一。

5.規范過程管理，完善監控體系。實驗資源平臺建立以后，運行和管理由實驗中心統一組織和協調，學科實驗教學指導委員會負責對實驗教學的重大問題進行決策。建立完善各項平臺運行過程管理制度、平臺開放制度和質量監控評價體系。實行實驗室房間責任人制和大精貴儀器設備機組負責制，實驗室責任人和大型機組每年年底考核，考核的主要內容包括為大學生服務的實驗項目數、實驗教學質量、指導大學生創新項目數、參與學生人數和大學生獲獎情況等方面，考核合格的實驗室和機組續聘，不合格的解除聘用。

6.教學科研一體化實驗平臺實踐效果。實驗教學打破本科生實驗單一的演示實驗方式，組織各種形式的興趣科技小組，配備大型精貴設備機組責任人為指導教師，讓學生參與到教師的科研課題中，在實驗研究過程中提高樣品處理、儀器操作、結果分析等實驗技能。平臺“以研究引領教學，以研究促進創新，教學和研究相互交融”，大量科研項目整合提煉為研究創新實驗內容，通過課程實驗、創新活動、技能大賽等多樣的實驗教學方式鍛煉學生。把科研活動、工程實踐與實驗教學緊密結合起來，提高實驗教學質量。每年中心大型設備使用培訓相關實驗項目和學生創新活動課題達30多項，受益學生170余人。如培訓學生對化學氣相滲透爐、多功能高溫燒結爐、計算機控制流變儀、高效液相色譜儀等大精貴設備操作熟練，提高了學生的就業競爭能力，學生在畢業時受到企事業單位技術開發部門、質量控制檢測部門的歡迎。利用教學科研一體化實驗平臺資源，近三年畢業生論文有7篇獲得山東省優秀學位論文，42篇獲得學校優秀論文;17名同學在大學生數學建模大賽和“挑戰杯”創業計劃大賽等比賽中獲獎;本科生正式發表學術論文22篇;在“大學生第二課堂創新活動”項目中，本科生承擔完成285項;材料學院本科畢業生一次就業率達到90%以上。

參考文獻：

[1]劉英，李佳，徐兆軍，等.工程素質與創新精神的培養與實踐[J].化工高校教育，2011，118（2）：25-27.

[2]程清蓉.改革設備管理模式，建立共享技術平臺[J].大學教育，2013，（2）：42-43.

[3]歐陽津，申秀民，趙云嶺，等.改革實驗教學模式培養創新性人才[J].中國大學教學，2008，（2）：79-80.

[4]許志剛，劉智敏，字富庭.大學生課外科研訓練的探索與實踐[J].大學教育，2013，（9）：20-21.

[5]顧文豪，齊元勝，趙世英.論學生實踐創新能力與學科競賽平臺的辯證發展關系[J].大學教育，2013，（2）：19-20.

第2篇

【Key words】Powder materials and technology；Teaching benefits teachers as well as students；Leading science and technology

《粉體材料與工程》是我校材料科學專業本科生主干專業課程之一，集理論概括性與跨學科交叉性于一身，同時也與基礎學科和應用科學緊密相連[1]，綜合運用現有教學技術和手段，結合前沿專題與實驗教學，對于提升學生對于知識的綜合運用能力、實踐創新能力具有重要的意義。本課程對學生未來的就業與科研工作，同樣具有認知與過渡的重要作用。

1 粉體材料與工程在國民經濟與前沿科學中的重要意義

粉體材料的理論知識與實際應用，遍布與人們的生產生活，從古至今，從生產到科研，從工業到農業，無處不在。無論中華文明中的陶瓷與火藥，制墨與印染，還是現代工業的選礦與煤炭運輸，石油業的催化與超硬材料的磨料磨具，粉體材料與技術都在默默的發揮著重大的作用。

隨著現代檢測與微觀技術的發展，特別是納米技術與納米材料產業的迅速崛起，人們對于粉體有了更為廣闊的分類（塊體，顆粒，超細/超微顆粒，納米顆粒，皮米/飛米顆粒）[2]。對于微觀粉體科學的研究，在太陽能電池、無機抗菌材料、納米仿生材料、超導材料、復合功能材料等前沿科學的研究中越來越被人們所重視。

2 粉體材料與工程的課堂與實驗教學內容

針對于材料科學專業，《粉體材料與工程》的課堂教學主要針對以下幾個專題進行講授：顆粒的幾何特征，粒徑測試方法，粉體顆粒的力學性質，粉碎與制備，分級與分離，儲存與轉運，混合與造粒，危害與防治等[1-5]。增加備受關注的納米材料與技術，應用廣泛的粉體工業設備的專題介紹。同時輔以《粉體材料與工程實驗》課程的實驗設計與操作（包括氣流粉碎實驗、粒度測試與表征、顆粒表面改性等實驗），使學生充分認識粉體材料與技術所涉及的物理、化學等各個學科知識，并了解粉碎、造粒、粒度測試與表征等微型儀器設備的原理與使用；綜合本專業實習基地（協進陶瓷）現場的實習認知與實際操作，充分調動學生對于知識的運用和理解，激發科研興趣，為就業與科研工作打下良好的基礎。

3 粉體材料與納米材料

納米材料與納米技術是新型科學與技術的代表之一，因為其對神秘微觀世界的深入分析以及對現代生產生活的巨大影響而越來越多的被廣大同學所喜愛，在絕大多數的材料科學與工程院校均獨立開設了課程。納米粉體屬于微觀粉體的一種，是粒徑尺寸介于1-100納米的粉體顆粒；納米粉體具有粉體的一般特性，納米技術適用于多數的粉體工程；且納米粉體和技術具有自己獨特的尺度特性，如燕山大學、吉林大學與美國芝加哥大學合作制備的納米孿晶結構金剛石，其硬度相當于天然金剛石的兩倍[6]。這些研究成果的引入與介紹，為課堂教學增添了較大的學習樂趣。《粉體材料與工程》課程中，納米材料與技術是其中重要的一部分，因此把握好粉體材料/技術與納米材料/技術對于提高學生的學習熱情與科研興趣具有重要的作用，也可以為《納米材料》等課程的學習打下基礎。

4 粉體材料及粉體技術與科學研究

考研、讀博，從事科研工作，是學生們畢業后的選擇之一，也是現在科技發展、社會需求對教育教學提出的一個潛在要求。粉體材料與技術，涵蓋了粉體制備技術、測試技術、表面改性技術、納米材料與技術、顯微儀器操作與設計、分子藥物制備、納米能源器件等各種先進的技術與理念[7]。因此，針對于粉體材料的教學，在基本教學內容中，添加一定的前沿科學知識，有助于學生科研興趣的培養，對于今后研究生科研課題的基礎教育與銜接，有著重大的影響。粉體產業相關的儀器設備，如今在實驗室中更加微型化、普遍化，如激光粒度儀、掃描電子顯微鏡等，這些設備的原理掌握與熟練操作，對于今后的科研工作、設備的改造與研發，有一定的推動作用。

粉體材料及技術，與實際生產生活息息相關，因此開設《粉體材料與工程》相應的實驗課程必不可少。為了加強學生對粉體技術的熟悉和掌握，我院單獨開設了《粉體材料與工程實驗》課程，實驗內容以制備、表征和改性為主；依據本地的粉體行業熱點（本專業對應的實習基地協進陶瓷是建筑用外墻磚領軍企業之一）和實驗室現有科研課題、相關設備，制定了高嶺土粉碎及顆粒表征實驗、粉體顆粒表面改性劑測試等實驗。實驗中應用到小型氣流粉碎機、標準篩、激光粒度儀、掃描電子顯微鏡等粉體技術常用的制備（破碎）、篩分、表征設備，與《納米材料》、《材料科學基礎》和《現代材料分析測試技術》等課程緊密相連。《粉體材料與工程實驗》課程，聘請材料學專業研究生作為助理，針對于粉體技術與理論知識在科研中的應用和重要性，在學生間相互交流得到強化。

5 粉體材料及技術與生活

第3篇

關鍵詞：材料化學 專業實驗 科研結合

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）05（a）-0045-01

材料化學專業是一個在我國多所高校都設立的本科專業，這個專業研究材料的制備、組成、結構、性質及其應用，具有明顯的交叉學科、邊緣學科和應用型學科的性質。同時，材料化學專業是一門應用型理工科專業，實驗教學在此專業的教學活動中占有重要的地位。實驗教學開展的好壞將直接影響本專業畢業生的水平。另一方面，實驗教學是高等院校理工科專業教學體系的重要一環，在培養學生創新精神和實踐能力方面具有舉足輕重的作用。從大的方面講，高等院校人才培養的結果將直接影響我國的國際競爭力，因為國家間的競爭是人才的競爭，高素質的人才是一個國家創新的根本，因此，培養創新型人才就成為擺在我國高等教育面前最緊迫的任務。針對上述觀點，為更好的培養我校材料化學專業本科生的實驗探索能力和創新精神，結合我校在化學與材料科研方面的特點，經過多年的實驗教學探索，我們建立了以前沿科學研究融入材料化學專業實驗的新型實驗的教學方式，以科研骨干力量作為實驗指導老師，一方面強化學生的基礎動手能力，強調基本功；另一方面帶領學生緊跟學科發展方向，突出以學生為中心的實驗教學模式，形成依托科研方向和科研項目的研究式為主的實驗教學方式。

1 專業實驗的基本構成

我們將專業實驗課程分為材料合成、結構及性能測試實驗和材料加工與設計實驗兩大部分，這兩部分專業實驗貫穿兩個主旨，一個是加強學生對專業知識的理解和掌握，同時，提高學生的基本動手能力和基本實驗素養，學生在學習完成無機化學、結構化學、電化學、物理化學以及其它前導課的理論課及實驗課的基礎上，進一步學習材料化學方面的相關理論及實踐知識。這一部分包括的實驗有：（1）LaCeCoNiO3鈣鈦礦超細粉末的制備；（2）電沉積法制備ITO/TiO2/CdS半導體復合薄膜；（3）X射線衍射粉末法物相分析；（4）染料敏化二氧化鈦納米晶薄膜電極的光電流測試；（5）TiO2/CdS半導體膜電極光電性能的測試；（6）采用比表面分析儀測定改性納米TiO2的比表面積；（7）鈣鈦礦型汽車尾氣三元催化劑性能的測試；（8）以SBA-16為模板電沉積Fe；（9）CVD法制備碳納米管；（10）氣敏傳感器件的加工、組裝及測試；（11）偶氮苯的電子結構和光譜性質的理論計算；（12）金紅石相TiO2的晶體結構及相關性質的計算；（13）壓力對金紅石相TiO2的帶系的調控作用等。通過該課程的學習，使學生對功能材料及納米材料的制備原理、方法有深刻的理解和認識，并使學生能將化學的基本理論與功能材料有機結合起來，培養學生獨立思考和創新能力來解決材料化學問題，使學生對現代材料化學的研究現狀和發展趨勢有所了解。另一方面，是學生科學研究能力的培養和創新能力的培養，利用實驗教師的緊跟時代的科研課題，激發學生的學習熱情，同時，讓學生體會到在科學探究過程中的樂趣。包括有：（1）基于納米結構TiO2光電池的組裝及其性能；（2）TiO2納米粒子的制備、表征及其光催化性能；（3）功能復合微球設計合成及性質研究等實驗，這些實驗的結果并不是唯一的，學生可以選擇自己感興趣的方向選擇其中一個。通過材料化學實驗，使學生了解無機化合物功能材料領域的最新進展，系統掌握無機納米粒子、超微粉體的制備、分離、表征以及性質研究等方法，培養學生的綜合創新能力。

2 專業實驗與科研相結合

依托功能無機材料化學教育部重點實驗室、光電與能源環境材料省級重點實驗室、功能材料省高校重點實驗室，我院教師在新型石墨烯材料、半導體光電轉換電極材料、光催化材料、化學傳感器、光存儲材料和有機光電功能材料及器件等方面的研究已經達到了國際前沿水平，同時，承擔材料專業化學專業實驗教學的老師全部承擔參與了國家自然科學基金項目，并且絕大多數老師都是國家自然科學基金項目的項目主持人，這些資源為給學生開展優質的材料化學專業實驗提供了保證。學生根據每一位指導教師的研究方向和課題并結合學生自己的興趣，設計和執行實驗方案。在各科研團隊老師的指導下，分析實驗結果，對存在的問題提出解決方案，最后得出實驗結論。隨著科研團隊研究方向的發展，實驗內容每隔三、四年即會調整更新，讓學生始終能跟蹤材料科學發展的方向，體會到創新的樂趣，自然增加了學生的積極性。

3 為學生創造條件繼續深入科研

對一些學有所長，并且有時間和精力的同學，我們對他們開放實驗室，為學生創造條件。有興趣的同學可以在課余深入到教師的科研實驗室，在相關教師的指導下，進行科學探索研究。因為專業實驗的老師絕大部分都是科研骨干，所以學生在上專業實驗課程的時候，能夠了解各個老師的研究方向并找到自己感興趣的方向，在課余時間，學生就可以找到相關的老師，繼續自己感興趣的研究，為他們日后打下基礎。進幾年來，已經有幾位本科生在專業實驗之后，走進實驗室進行科學研究，并憑借其本科階段的研究經驗成功申請到獎學金，到發達國家的大學繼續攻讀研究生學位。

經過這些專業實驗課程的改革之后，學生的上課熱情高漲，學習的積極性也極大的提高起來，而且還有一些學生迸發了進一步進行科學研究的熱情。這樣又倒過來推動了學生對理論課程的學習，從總體上改善了學生的學習效果，能夠更好的培養創新型人才。

參考文獻

[1] 楊瓊芬.材料化學專業實驗課程體系和教學方法改革探索[J].四川職業技術學院學報，2011，21（3）：90-91.