关键词水工隧洞 混凝土 化学灌浆工程 材料 施工工艺 选择
中图分类号： TV672+.1 文献标识码： A 文章编号：
前言
根据2010年10月01日开始实施的我国第一部关于化学灌浆施工的规范DL/T 5406-2010 《水工建筑物化学灌浆施工规范》的定义，化学灌浆是利用钻孔、埋管、贴嘴等设施，将化学浆液注入基岩、覆盖层（砂层）、混凝土裂缝、结构缝等需处理的工程部位，使其充填、扩散、胶凝、固结，达到防渗堵漏、补强加固目的的工程措施。化学灌浆是在水泥等粒状灌浆材料应用基础上发展起来的，其所用灌浆材料为真溶液，与颗粒性石灰、粘土和水泥灌浆材料相比，可灌性好、胶凝时间可按工程需要调节、粘结强度高，因此，某些用水泥灌浆不能解决的工程问题，采用化学灌浆材料处理或进行复合灌浆，基本上都可以获得满意的解决。目前，运用化学灌浆技术解决工程中防渗堵漏与加固补强两大方面的工程问题取得了卓越成效。今后，随着DL/T 5406-2010 《水工建筑物化学灌浆施工规范》、JC/T 2037-2010《丙烯酸盐灌浆材料》及JC/T 2041-2010《聚氨酯灌浆材料》等一系列规范的实施以及我国经济建设的快速发展，化学灌浆将会在水利水电、交通、采矿、建筑行业和文物保护方面的得到越来越广泛的应用。本文结合四川泸定水电站2#泄洪洞的混凝土裂缝及施工缝渗水等缺陷的试验研究处理，对如何合理选择水工隧洞混凝土化学灌浆工程材料及施工工艺进行了探讨，对不同类型的混凝土缺陷选用了针对性化学灌浆材料及施工工艺，对今后类似工程的处理具有一定的指导意义。
正确选用化学灌浆材料是保障化学灌浆工程效果和耐久性的关键
成功的化学灌浆处理工程应是能满足设计或使用要求与保证化学灌浆处理工程的耐久性两个方面。水利水电行业是我国应用化学灌浆技术最早的行业，由于工程的重要性，对化灌浆材施灌效果和耐久性的要求十分重视，一般都必须经过现场工艺性试验并进行各项试验检测，以选出性能效果最好的材料进行工程应用，下面结合泸定水电站施工实际进行相关介绍。
四川泸定水电站为大渡河干流水电梯级开发的第十二级水电站，位于甘孜藏族自治州泸定县境内，2#泄洪洞位于大渡河右岸, 长1431m，纵坡约11.23‰，为特大断面水工隧洞。隧洞衬砌厚度140～160cm，衬砌后过水断面为13×19m，该洞室底板迎水面及边墙采用了C40HF抗冲耐磨混凝土衬砌。在施工过程中，由于温度应力及基础约束等多方面因素影响，墙拱C40HF抗冲耐磨混凝土衬砌范围内发生了较多裂缝。根据统计，裂缝总长4811m，其中2459m为渗水裂缝，其余为干缝。渗水裂缝宽度均大于0.2mm（大部分集中在0.2～0.4mm之间）、与水平夹角大部分大于45°，且主要集中在局部地段、渗水量较大。此外，在部分施工缝位置，也出现了少量渗漏水流淌的现象。通过分类调查统计显示，本工程出现的裂缝类型为小于0.2mm的浅表裂缝、大于0.2mm的干裂缝、大于0.2mm的渗水裂缝（渗水量小，未出现明显流淌现象）、大于0.2mm的渗水裂缝（渗水量大，出现较大流淌现象）等四种类型。由于裂缝类型的不同，并结合水工隧洞工程耐久性的要求，需要对不同类型、不同特性的化学灌浆材料进行合理选择。
化学灌浆材料品种很多，分类方法也很多，除按照组成化学灌浆材料主要材料的成分进行分类外，也可按灌浆目的分为防渗堵漏、固结补强两类，这些材料都有一定的独特性能，使用的针对性强，使用时应根据工程处理的要求加以选用。常见的两大类型化学灌浆材料见下表。
常用的两大类型化学灌浆材料
类型 名 称 特性及使用条件 备注
防渗堵漏型 丙烯酰胺
（丙凝） 固化体具有弹性，抗渗性能好，凝固速度快，有失水干缩和再次遇水膨胀性能，适于防渗堵漏，是曾经普遍使用的化学灌浆材料，但由于毒性较大，目前国外已禁止使用，我国已不提倡使用。
聚氨酯 分为水溶性聚氨酯和油溶性聚氨酯：其中水溶性聚氨酯又分为高强度（HW）、低强度（LW）两类，两者能以任意比例互溶，以得到不同性能的固结体。其特点是与水反应迅速，并能与水形成凝胶体，呈柔性弹性体，适用于大流量的快速堵水与潮湿裂缝的防渗处理，但由于其强度低，不具备对混凝土的补强作用，且其泡沫易破裂而产生收缩，耐久性较差，主要用于各种防渗堵漏工程；油溶性聚氨酯与水不相容，只能溶于有机溶剂，并与水或其他活性氢基团反应而固化，其反应速度较快，形成的固结体呈刚性，一般强度较高，既可用于防渗堵漏工程，也可用于补强加固工程。
丙烯酸盐 性能与丙凝类似，目前研制出的第二代丙烯酸盐灌浆材料已达到实际无毒级别，是取代丙凝的理想材料，多使用在地基处理和防渗堵漏上，成本较水溶性聚氨酯高。
水玻璃 最早使用的化学灌浆材料，具有无毒、价廉、黏度小等特点，是多数防渗堵漏材料的首选，特别是水泥－水玻璃体系在工程中得到了广泛的应用，但由于强度低、耐久性差，一般只在临时性工程中使用。
固结补强型 环氧树脂 结构中含有环氧基团，能与活性基团反应，生成稳定的高分子结构。具有强度高、收缩小、粘结力强、耐老化性能好的特点，常用于混凝土结构和地基基础的补强、加固与防渗处理，是使用最为广泛的化学材料之一。但由于其属于固化时间比较长的灌浆材料，因此对于有流动水的场合，不宜采用。
油溶性
聚氨酯 与水不相容，只能溶于有机溶剂，并与水或其他活性氢基团反应而固化，其反应速度较快，形成的固结体呈刚性，一般强度较高，可用于补强加固工程，但不适用于混凝土结构裂缝。
甲基丙烯酸甲酯
（甲凝） 黏度低（低于水），可灌性好，但固化过程中体积有收缩。比重低于水，不能灌注有水裂缝，适于灌注δ＝0.05～0.1mm的发丝裂缝，常用于混凝土干细裂缝和文物修复处理。
然而以上两种类型的化灌浆材的功能并非绝然分开。第一种类型中的水玻璃，亦可单独或与水泥混合用于强度要求较低的土基的半永久性补强材料，聚氨酯中强度较高的油溶性聚氨酯也可用于非结构性混凝土裂缝补强。而少数亲水性较好且固化较快的改性环氧浆材对渗流量小的混凝土结构裂缝具有排水补强功能，但出水量较大的工程不能用作堵水材料。所以，在实际应用中应根据工程实际情况合理地选用浆材。对于混凝土裂缝化灌处理的合理选择原则一般应考虑以下几个方面：
1）要根据工程使用要求选择浆材
首先应考虑工程要求是防渗堵漏还是补强加固，亦或是既要防渗堵漏又要求进行加固补强；要根据渗漏量大小和补强的要求在上述两类材料中进行选择，补强要求不高，可选择聚氨酯；对渗漏量小而补强要求高的可选择亲水性的改性环氧浆材；对伸缩缝、变形缝、活动性裂缝及出水量大、有流动水的化灌应选择聚氨酯材料。
关键词:高分子材料;高分子化学;实验教学
高分子化学实验是高分子化学课程教学的一种最有效的实践教学形式，它可以帮助和促进学生课堂理论知识的学习与消化，建立和巩固高分子化学基本概念和理论，获取高分子化学知识，培养科学素质和操作技能。我国著名化学家戴安邦指出:“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的，全面的化学教育要求既传授化学知识和技巧，又训练科学方法与思维，还培养科学精神和品德，学生在化学实验中是学习的主体，在教师指导下进行实验，训练用实验解决化学问题，使各项智力皆得到发展”。这番话指出了开设化学实验课的深刻内涵和重要价值。2004年国家教育部颁布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》在评估指标的二级指标“实践教学”中，从“实践教学内容与体系，综合性、设计性实验课的比例及效果，实验室开放”三个方面明确了实践教学改革和发展的方向。近几年高校的化学类实验教学改革取得了令人瞩目的成果。高分子材料科学与工程专业是很多高校在近年来新开设的专业，在实验教学与改革方面的成果积累较少，尤其高分子化学实验教学采用陈旧的教学内容和教学方法依然居多。通过调研发现，目前国内高校高分子材料科学与工程专业的高分子化学实验教学依然不同程度地存在一些问题。
一、高分子化学实验教学现状剖析
1.实验教学体系和内容欠争理
多数的实验教学附属于理论教学，没有单独设课和单独考核，实验课时相对较少虽然有些高校高分子化学实验已经独立设课，但仅作为考查课。实验教学内容中传统的、陈旧的实验较多，而体现现代科学技术发展成果的实验很少认知性、验证性实验所占的比理偏高，培养学生创新能力的综合性、设计性、应用性和创新性的实验偏少，而且实验环节偏重于理论，突出高分子材料应用性特点的实验太少，不利于培养学生的工程观念。
2.实验教学方法单一
学生按照实验讲义预习，然后进实验室。实验前教师把实验目的、实验原理、仪器使用方法、测试方法、实验步骤和数据记录表格及数据处理方法等进行详细的集中讲解。学生只需按教师指导的过程按部就班或者依照讲义“照方抓药”，就可以完成一个实验。一部分学生糊里糊涂地来到实验室，只动手不动脑地完成实验，然后又迷迷糊糊地离开实验室。实验的现象和结果没有给他们留下太深的印象，对学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及创新意识的培养都很不够。这种统一模式、统一要求、齐步走的教学方法，一方面造成了学生对教师的过分依赖，另一方面抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养。
3.实验嫩学手段落后
在现代信息技术迅速发展的今天，虽然网络技术、多媒体技术等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用，但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用。这样对于一些耗费过高、时间过长、毒性过大、危险性过高的实验，只能最低限度地开设，且开设过程中费用大和危险性高，导致学生对此类重要实验缺乏足够的认知和感受的机会。
二、新教学模块的实践性探索与成效
针对目前国内高校高分子材料科学与工程专业高分子化学实验教学中存在的一些问题，借鉴其他化学实验教学改革的优秀成果，提出了基础技能实验、综合设计实验、研究创新型实验的三个高分子化学实验教学模块体系，并在每个模块中结合常熟理工学院教师的科研成果引入_些新的实验教学内容，采用开放式实验教学方法。通过实验教学实践发现新的体系和教学方法在培养学生的创新意识和工程实践能力方面起到了较好的效果。
1.基础技能实验教学模块
基础技能实验模块构建的目的着重建立高分子化学实验与相关基础理论知识之间的有机联系。培养学生的实验安全意识、清洁卫生习惯和严谨的实验态度。训练学生掌握熟练规范的实验操作技能和技巧，为后续的实验教学模块的实施打下良好的基础。
基础技能实验模块的教学内容设计在课时总量的40%～50%为宜，课时数约30学时，开设8～10个实验。教学内容设计涉及到高分子化学反应机理，如自由基、阴离子，阳离子等连锁反应机理，缩聚、基团转移聚合等逐步反应机理，开环聚合反应机理等。在实验实施方法方面涉及到本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合、熔融缩聚、界面缩聚等。如设计膨胀计发测定苯乙烯本体聚合动力学实验，让学生直观感受到了诱导期概念、聚合过程体积减小的现象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化学理论知识。设计过硫酸钾引发甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合实验，除让学生明确了乳液聚合的基本原理外，还了解到了聚合物大分子链端基的重要作用。设计己二酰氯和己二胺界面缩聚实验，让学生深入理解了界面缩聚的概念和聚合物的可纺成纤性能等主要高分子知识。通过设计一些自由基、阴离子、阳离子等连锁反应机理的实验，使学生进一步掌握了活性中心的概念，同时在实验过程中认知了这些引发剂的活性、安全使用和贮存事项。
2.综合设计实验教学模块
综合设计实验教学模块旨在培养学生较强的实际动手能力，自主设计和分析解决问题的能力。本实验模块是实验教学的较高层次，注重学生实验的自主设计性和综合性。
教学内容设计在课时总量的20%～25%为宜，课时数约15学时，开设2～3个实验。本教学模块的特点之一是实验内容的综合性，可以将同一门课的几个实验，或者是几门课的实验组合在一起，形成一个大实验。本教学模块的特点之二是实验方案的灵活性和设计性，侧重培养学生的自主实验和学习的意识和良好习惯。例如关于高分子合成实验先确定好采用的聚合机理和聚合方法，在原材料配方组成、引发剂种类及用量、合成温度等工艺条件方面给出一个大致的框架，然后让学生在所给的框架内进行自行设计和实施实验。譬如悬浮法制备聚苯乙烯珠粒实验，水的用量范围为苯乙烯质量的100%～200%、分散剂为磷酸钙或聚乙烯醇两种、引发剂过氧化二苯甲酰用量为苯乙烯质量的0.2%～1.0%、反应温度设定在75℃～85℃范围等。学生通过自行设计的方案实施实验获得了不同的实验结果，通过对不同组之间实验结果的综合分析，找到了影响悬浮法制备聚苯乙烯珠粒的一些因素，激发了学生动手实验的兴趣，发挥了学生自主实验和学习的主观能动性。
3.研究创新实验教学模块
设置研究创新实验教学模块培养学生的科研和创新意识、提高学生的综合素质和应用开发能力，为实现培养高质量的应用型人才的教育目标提供重要的教学内容实体支撑。 本实验模块是实验教学的最高层次，注重学生实验的独立自主陛、综合性、应用性和创新性，教学内容设计在课时总量的20%～25%为宜，课时数约15学时，开设2～3个实验。本实验教学模块的特点之一是实验项目的独立自主性和综合性。也就是说确定好实验项目之后，让学生在实验教师指导下独立自主地进行实验项目方案的调研、设计、实施和结果分析。本实验教学模块的特点之二是实验项目的应用性和创新性，所拟定实验项目必须关联生产实践中的聚合物产品，充分体现实验项目的应用性。实验项目设计主要针对这些高分子产品生产实践中存在的共性问题和关键问题的解决来进行设计。通过研究创新实验的实施，发现学生学习积极性很高，乐此不疲，为培养学生创新意识和展示高分子化学实验的应用性特征提供了最佳学习平台，尤其是开发一些联系生活实际的应用型实验，可使学生亲身感受到高分子化学实验的实用价值，能强烈激发学生的创造动机。此外，研究创新实验往往需要多名学生共同完成，有利于培养学生的团队合作精神。例如，聚氨酯绝缘漆的制备及性能测定实验，每个学生做一个实验配方，每5名学生一组，5名学生的实验结果综合在一起可以得出高分子树脂配方组成与漆膜性能之间的关系曲线，以及固化条件与漆膜性能之间的关系曲线。在实验过程中，5名学生要共同安排实验方案，尽量保持操作的一致性，最后得出的结果要呈规律性变化。如果有一名学生操作有误，这个实验点就会落在规律性以外，影响其他学生对实验现象的观察。因此，实施研究创新实验项目对教师也提出了更高要求。在每次实验前，教师要指导学生拟定方案，并对可能出现的实验现象和各种影响因素进行分析，实验过程中，又有多种意外的实验现象出现，这势必要求师生共同分析和讨论造成这些现象的原因，帮助学生透过现象深刻理解事物的本质。这样做需要教师有相当的知识储备量，并且要求教师也不断进取，充分体现了教学相长的教育理念。
三、结论
基础技能实验、综合设计实验、研究创新实验+教学模块教学的实践证明教学效果显著，特别对提高学生综合实践能力、激发学生理论课学习兴趣、培养学生创新意识和应用开发技能取得了预期效果。基础技能实验模块的教学效果主要体现在实验现象与相关基础理论知识之间的有机联系，高分子化学实验操作技能和技巧的掌握和规范。综合设计实验的教学效果主要体现在学生自主设计和分析解决问题的能力培养。研究创新实验的教学效果主要体现在学生科研和创新意识的建立，以及学生团队意识和应用开发能力的培养。
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资助项目：部级大学生创新创业训练计划资助项目，项目编号(201410705031)。
摘要：本文主要讲述自蔓延高温合成工艺的原理和工程应用，并详细地讲述自蔓延高温合成工艺在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。本文作者认为自蔓延高温合成方法制备复合材料成本较低，适用面比较广泛，而且所选择的材料范围比较大，所以自蔓延高温合成工艺可以应用于材料科学与工程专业的实验教学中，通过实践教学可以使学生学习材料制备和合成的新技术。本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加自蔓延高温合成技术的实验课程。
关键词 ：自蔓延高温合成 复合材料 材料科学与工程专业 实验教学 研究 应用
一、前言
在材料科学与工程专业的本科教学工作中，学生在大三和大四就开始学习材料科学与工程专业的基础课程和专业课程。其中在材料科学与工程专业课程教学中，在讲述材料的制备工艺方法中讲述过自蔓延高温合成工艺。自蔓延高温合成技术是制备金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，以及金属间化合物/陶瓷基复合材料的主要方法。常规自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术，通过原料粉末之间的高温化学反应形成所需产物的一种材料制备方法。自蔓延高温合成技术由于具有可以达到净近尺寸成形的优势，所以能够广泛应用于工程领域中。在材料科学与工程专业的本科课程教学中，在材料加工工程和材料合成与制备方法中都讲述过自蔓延高温合成技术。此外还可以将自蔓延高温合成技术作为一项实验教学内容安排学生进行实验，使学生认识和了解自蔓延高温合成工艺过程。所以自蔓延高温合成技术在材料科学与工程专业的教学实践中得到广泛的应用。本文首先讲述自蔓延高温合成技术的概述与应用，并讲述自蔓延高温合成技术在材料科学与工程专业教学实践中的研究和讨论。并对自蔓延高温合成技术的未来发展趋势进行分析和预测。
二、自蔓延高温合成工艺的原理和工程应用
自蔓延高温合成技术，又称为燃烧合成技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全，是制备无机化合物高温材料的一种新方法。而自蔓延高温合成技术可以原位合成基体和增强相，避免了常规方法中的界面污染。目前应用自蔓延高温合成工艺已成功制备了多种金属基复合材料。采用自蔓延高温合成工艺制备了金属基复合材料。利用自蔓延高温合成可以制备粉末材料。常规自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。这一技术适用于具有较高放热量的材料体系。其特点是设备简单，能耗低，工艺过程快，反应温度高。热爆自蔓延高温合成技术是将反应混合物压坯整体同时快速加热，使合成反应在整个坯体内同时发生的技术。采用这一技术已制备出的材料主要有各种金属间化合物，含有较多金属相的金属陶瓷复合材料以及具有低放热量的复合材料。自蔓延高温合成工艺结合压力烧结工艺可以制备块体材料。自蔓延高温合成烧结法或称自蔓延高温合成自烧结法，即直接完成所需形状和尺寸的材料或物件的合成与烧结，是将粉末或压坯在真空或一定气氛中直接点燃，不加外载，凭自身反应放热进行烧结和致密化。该工艺简单，易于操作，但反应过程中不可避免会有气体溢出，难以完全致密化。即使有液相存在，孔隙率也会较高。自蔓延高温合成烧结可采用以下方式进行：在空气中燃烧合成；将经过预先热处理的混合粉末放在真空反应器内进行合成；在充有反应气体的高压反应容器内进行合成。常规自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。这一技术适用于具有较高放热量的材料体系。热爆自蔓延高温合成技术是将反应混合物压坯整体同时快速加热，使合成反应在整个坯体内同时发生的技术。自蔓延高温合成法是指利用反应物之间高化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种工艺，当反应物一旦被点燃，便会自动向未反应区传播，直至反应完全。自蔓延高温合成工艺不仅应用于单相材料的合成，而且在制备金属基复合材料方面取得很好的效果，但是由于反应过程中过高的反应热使材料具有较大的气孔率和较大的收缩，所以通常采用反应后的二次烧结，自蔓延过程的热压烧结以及热辊等手段获得致密的复合材料。自蔓延高温合成技术是用瞬间的高温脉冲来局部点燃反应混合物压坯体，随后燃烧波以蔓延的形式传播而合成目的产物的技术。自蔓延高温合成工艺适用面比较广泛，所选择的材料范围也比较宽，所以自蔓延高温合成工艺广泛应用到材料的合成与制备，复合材料的制备，所以能够广泛应用在工程领域中。
三、自蔓延高温合成工艺在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用
自蔓延高温合成工艺主要用于制备金属基复合材料，金属陶瓷材料，金属间化合物材料，金属间化合物/陶瓷复合材料，梯度功能材料，功能材料等。在材料科学与工程专业的教学课程中，其中材料加工工程和材料制备与合成方法讲述过自蔓延高温合成工艺。自蔓延高温合成工艺同粉末冶金技术和液相烧结技术一样都是材料的制备工艺技术。自蔓延高温合成工艺同样也是热加工工艺，自蔓延高温合成工艺涉及到反应物高温化学反应制备产物的过程。在材料科学与工程专业课程的课堂教学中，在有些专业课程中自蔓延高温合成工艺只是作为了解，对于自蔓延高温合成工艺的具体内容和制备工艺步骤的研究和应用了解很少。所以就需要在材料科学与工程专业的实践教学课程中增加一些关于自蔓延高温合成工艺的实验课程。通过自蔓延高温合成工艺的实践教学活动可以使学生认识和了解自蔓延高温合成工艺制备复合材料的原理，制备工艺过程以及对经过自蔓延高温合成工艺后得到的复合材料制品的物相组成，显微结构和性能进行研究，使学生通过对材料的制备与研究过程可以加深学生对材料科学与工程专业课程学习的认识和了解。对于本科学生的教学实践课程，可以在本科学生的本科专业课程设计和本科毕业设计过程中安排自蔓延高温合成工艺制备金属基复合材料和金属陶瓷复合材料的教学内容。例如采用自蔓延高温合成工艺可以制备金属陶瓷复合材料，先将金属粉末和陶瓷粉末通过压力成型工艺制成坯体，并通过自蔓延高温合成工艺制备多孔预制件，并通过压力成型工艺制备金属陶瓷复合材料。采用自蔓延高温合成工艺可以制备金属间化合物/陶瓷基复合材料，通常先将金属粉末和陶瓷粉末在一定的压力下压成具有一定形状和致密度的预制件，通过自蔓延高温合成工艺形成金属间化合物/陶瓷基复合材料。有时也可以将自蔓延高温合成工艺和热压烧结工艺相结合制备致密的复合材料试样。通过实验教学过程使学生认识和了解到自蔓延高温合成工艺制备金属陶瓷复合材料的制备工艺过程，提高学生对课程学习的认识和了解。使学生通过实验教学了解了自蔓延高温合成工艺的制备工艺原理，使用方法和制备过程，以及对得到产物的物相组成和显微结构进行分析和测试。
自蔓延高温合成工艺涉及到反应物在高温下发生化学反应生成反应产物的过程，自蔓延高温合成技术操作过程比较简单，对设备要求较低，制备工艺过程成本较低，可以进行现场操作。自蔓延高温合成工艺所选择的材料范围比较广泛，适用面也比较广泛，制备和合成的材料种类也比较多，因此自蔓延高温合成工艺可以作为本科学生的课程教学内容和实验教学内容，可作为材料科学与工程专业课程的辅助教学实验，也可以作为本科专业课程设计和本科毕业设计教学内容。使学生通过实践教学来加深对材料科学与工程专业课程的认识和掌握。使学生认识到金属基复合材料的制备过程以及金属陶瓷复合材料的制备过程等，并使得学生对自蔓延高温合成工艺得到的烧结制品进行分析和测试，使学生对材料的分析和检测水平有较大的提高。对于拓展学生的知识面有很大的帮助。为本科学生以后的本科专业课程设计和本科毕业设计打下坚实的实验基础。
四、自蔓延高温合成技术在材料科学中的发展趋势与应用
自蔓延高温合成技术由于制备工艺简单，成本较低，对设备要求较低，自蔓延高温合成工艺所选择的材料范围比较广泛，制备和合成的材料种类也比较多，所以被广泛的应用到金属基复合材料，金属陶瓷复合材料，金属间化合物/陶瓷基复合材料，梯度功能材料，功能材料等的合成与制备中。利用自蔓延高温合成技术可以开发新型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料以及金属间化合物/陶瓷基复合材料。采用自蔓延高温合成技术可以开发出很多种类型的金属基复合材料和金属陶瓷复合材料。所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。自蔓延高温合成技术在材料科学与工程专业教学与实践中也得到广泛的推广和应用，已经成为材料科学与工程专业实践教学课程进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加自蔓延高温合成技术制备复合材料的实验课程。
五、结论
本文主要讲述自蔓延高温合成工艺的原理和工程应用，并详细的讲述自蔓延高温合成工艺在材料科学与工程专业实验教学中的研究和应用。本文作者认为自蔓延高温合成方法制备复合材料成本较低，适用面比较广泛，而且所选择的材料范围比较大，所以自蔓延高温合成工艺可以应用于材料科学与工程专业的实验教学中，使学生学习材料制备和合成的新技术。所以本文作者认为应该在材料科学与工程专业的教学实践中增加自蔓延高温合成技术制备复合材料的实验课程。
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关键词：机械工程材料 高分子材料 教学改革
Reform and practice on teaching of polymer materials in mechanical engineering materials course
Dong Xufeng， Qi Min， Wang Weiqiang
Dalian university of technology， Dalian， 116024， China
Abstract： In most universities， metal material is the route of mechanical engineering materials course. Polymer materials have been a new type of engineering materials in the recent 50 years. Therefore， it is necessary to increase the proportion of polymer materials and make corresponding reform in the teaching of mechanical engineering materials. In this paper， the reform and practice experience on mechanical engineering materials in Dalian university of technology is introduced. Reforms were made in content， aim， process， method and reference books. The practice results indicated good teaching effect was obtained.
Key words： mechanical engineering materials； polymer materials； teaching reform
机械工程材料课程是面向非材料专业学生开设的介绍材料科学与工程基础内容的课程，涉及专业包括机械、化工、船舶、汽车、航空航天等。目前大多数机械工程材料课程的讲授以金属材料为主线，内容涵盖金属材料的化学成分、组织结构、加工工艺与性能之间的关系等[1，2]。教学目的是让非材料专业学生了解常用金属材料的性能、应用范围和加工工艺，初步掌握金属材料的选用原则与方法，同时能够对实际工程中与材料相关的基本问题进行正确分析和处理。
1 高分子材料教学改革原则
20世纪中期以来，大批新型高分子材料的合成拓展了人类使用材料的范围。与金属材料相比，高分子材料具有密度小、比强度高、原料丰富、成型简单、成本低、耐腐蚀等优点。近年来一些性能优异的高分子材料在诸多领域呈现取代传统钢、铁等金属材料的趋势，成为机械工程材料中不可忽视的一部分[3]。因此，在机械工程材料课程的教学过程中，须摒弃完全以金属材料为主体的授课方法，适当增加高分子材料等新型工程材料的比重。因此，我校在2013年对机械工程材料32学时课程的教学计划进行了调整，将高分子材料部分由之前的2学时增加到4学时，并确定了以下改革原则：
1.1 授课内容强调基础性
高分子材料与机械类学生通常接触到的金属材料在结构、性能、制备工艺等方面有很大的区别。向机械类学生讲授高分子材料，主要目的是让他们对高分子材料有最基本的了解。在短短4学时内，不可能也没必要将高分子材料相关的全部内容压缩讲授。这就决定了机械工程材料课程中高分子材料部分必须侧重于基础性知识，对于理论性、专业性太强的知识点必须舍弃。基础性内容应当包括高分子材料的基本概念、分类、结构特点及常用工程高分子材料（工程塑料、工程橡胶及工程纤维）的基本力学性能[4-6]。
1.2 授课目标偏向工程性
高分子材料不仅可作为结构材料使用，也可以作为功能材料使用。对于非材料类专业的学生，特别是机械类专业的学生，更关心材料的力学性能和应用范围。因此，在课程内容的安排上，应以与机械工程有关的机械性能为主，给出常用工程高分子材料的基本力学性能指标及适用领域。
1.3 授课过程重视学生的先修知识
大多数高校的机械工程材料课程以金属材料为主线，在学习高分子材料之前，学生对金属材料已经有基本了解。高分子材料与金属材料之间存在较大差异，例如：高分子材料的聚集态结构以非晶结构为主，而金属材料则以晶体结构为主；许多高分子材料，特别是橡胶类的高分子材料具有金属材料所不具备的优良弹性等。学生先修知识的习惯思维在他们学习高分子材料时可能会引起冲突，因此在授课时必须对金属材料与高分子材料的差异予以考虑。采用与金属材料对比的方法学习高分子材料，有利于帮助学生澄清概念，更好地掌握高分子材料的知识。
1.4 教学方式应具有高效性
高分子材料课程涉及的概念繁多，容易混淆，对于机械类学生而言比较抽象，难以理解。在短短的4学时内，要想让学生尽可能多的掌握高分子材料的相关基本概念，必须摒弃照本宣科或一味讲授的教学方式。通过高效的教学方式，充分调动学生的积极性、主动性，引导学生思考，方能达到理想的教学效果。
1.5 提供扩展知识的参考书
由于高分子材料的性能、结构、制备工艺以及表征与金属材料和陶瓷材料完全不同，而且目前在机械工程材料中高分子材料部分比例很少。为解决这一矛盾，在章节后面列出了比较系统的高分子材料性能、内容、结构、制备工艺以及表征方面的书籍，以供学生参考[7，8]。
2 高分子材料教学改革
根据以上原则，我们在2013年度的授课过程中对高分子材料的讲授进行了调整，具体如下：
（1）授课内容及学时安排：高分子材料的基本概念（高分子、单体、链节，0.5学时），高分子材料的分类方法（按用途分类，按热行为分类，按反应类型分类，按主链结构分类，0.5学时），高分子材料基本结构（简单介绍近程结构、远程结构、聚集态结构的概念，0.5学时）及物理状态（玻璃态、高弹态和粘流态，0.5学时），典型工程塑料的力学性能和应用（1学时），典型合成橡胶的力学性能和应用（1学时）。
（2）重点讲授常用工程高分子材料（工程塑料、工程橡胶及工程纤维）的基本力学性能及典型工程高分子材料的适用领域。
（3）授课过程中通过列表等方式将高分子材料的相关内容与金属材料进行对比，一方面避免概念混淆，另一方面突出高分子材料与金属材料的不同之处。
（4）采用启发式教学模式，通过设问、模拟实验、举例、探究等方法引导学生思考；在多媒体课件中，采用丰富的图片、动画激发学生学习的积极性和主动性。
3 结束语
通过机械工程材料课程中高分子材料的教学方案改革，学生对这种新型工程材料有了基本且更为全面的了解，他们深刻认识到，高分子材料是机械工程材料领域中不可忽视的分支。
参考文献
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在《材料化学》绪论课的教学过程中，采用启发引导教学方式，以“材料、材料与化学、材料化学”为主线进行教学设计，通过讲解材料发展中的化学，引入材料科学与化学的区别与联系，重点从材料结构、制备、性能和应用四个方面讲授了材料研究中的化学问题，使学生对本课程的内容有了清晰的认识，激发了学生学习本课程的信心和兴趣，并取得了满意的教学效果。
关键词:
材料化学;绪论课;教学设计
材料化学是材料科学与化学的交叉学科，伴随着材料科学的发展而诞生和成长，即是材料科学的重要部分，又是化学学科的一个分支［1］。目前，很多高等学校的化学和材料类专业开设了《材料化学》这门课程。《材料化学》是南阳师范学院材料化学专业的核心基础课程，对于培养学生的材料科学基础知识，分析和解决材料制备和应用中的化学问题的能力起到了关键作用。但是该课程涉及的知识面广泛，内容庞杂、概念甚多、加上课程改革，理论课时数减小，学生在学习《材料化学》课程过程中，普遍存在概念混淆、重点难以掌握等问题。绪论是一门课程的开场白和宣言书，是师生之间学习和交流的起始点，能为学生建立起一门课程的知识轮廓。通过对绪论进行学习，学生可以了解课程在所学专业中所处的地位和作用，以及该课程的教学内容、学习方法和考核方式等问题［2］。如何激发学生学习该课程的兴趣，提高课程的教学质量，绪论课在整个课程教学中有着举足轻重的地位。结合近年来的教学实践，就如何讲好《材料化学》绪论课谈一些心得。
1首先明确课程性质、特点及地位
教学之初，首先明确该课程作为专业核心课程的重要地位，是学习后面材料专业课程的基础课程，同时明确考核方式，加强学生对本课程的重视程度。材料化学是材料科学和化学学科的交叉学科，课程内容既涉及工程材料应用中的实际问题，又包括材料结构及制备中的化学问题。作为一门交叉学科，很多知识点与材料学和化学课程中的相关内容重复，很多学生以为学过相关知识，就会从思想上松懈。然而，相关知识点虽然出现重复，但在不同学科中讲授的重点是不同的。在讲授材料化学课程的过程中，要着重培养学生利用化学的思维解决材料科学中的问题，使学生深刻领会化学与材料科学交叉的重要意义。通过一些实例，讲解本课程与化学和材料相关课程的区别和联系，使学生更加深入了本课程的性质和地位。材料科学是偏实际应用的工科课程，化学是偏理论的理科课程，材料化学则是利用化学的理论解决材料应用中的实际问题。
2材料
以材料的实际应用为引子，如材料在航天航空、交通运输、电子信息、生物医药等领域的应用，带领学生进入学习状态，引导学生回想什么是材料?材料的种类?提出材料是对人类有用的物质，是人类赖以生存和发展，征服自然和改造自然的物质基础;是人类进步的里程碑。然后介绍材料的发展历史，说明人们对材料的使用，是从最早的天然材料，依次经历了陶瓷、青铜、铁、钢、有色金属、高分子材料以及新型功能材料。根据材料的发展史，启发学生思考材料研究和发展过程中的规律和特点。人们对材料的使用经历了从天然材料到合成材料，从传统材料到新兴材料。传统的材料主要以经验，技艺为基础，材料靠配方筛选和性能测试，通过宏观现象建立的唯象理论对材料宏观性能定性解释，不能预示性能和指明新材料开发方向，而新型材料则以基础理论为指导。材料科学的历史表明，当一种全新的材料在原子或分子水平上合成后真正巨大的进展就常常随之而来。化学的发展往往导致材料技术的实质性进步。在新材料的研发和材料工艺的发展中，化学一直担当着关键的角色［3］。任何新材料的获得都离不开化学，以石墨烯为例，物理学家主要关注其电子结构及输运理论，材料学家主要测试材料的电磁、光电、传感和催化等性能，而化学家的任务则是利用化学气相沉积和插层剥离等方法制备该材料。只有通过化学气相沉积法制备出高质量大尺寸的石墨烯，才能推动石墨烯在电子信息领域走向实用化。
3材料与化学
材料化学是材料科学与化学学科的交叉，很多学生容易混淆材料科学和化学的研究范畴。在本课程的第一节课，一项重要的任务是使学生明确材料科学和化学的研究内容和范畴，这对于后续相关概念的讲解至关重要。材料科学的研究对象是材料，材料是对人类有用的物质，指的是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。而化学的研究对象是物质，物质是构成人类物质世界的基础。材料是物质，但不是所有物质都可以称为材料;材料科学是一门研究材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能及应用之间相互关系的科学;而化学则是从原子和分子角度研究物质的组成，结构、性质及相互转变规律的科学。因此，化学研究的尺度范围是原子、分子、分子纳米聚集体。材料科学最早研究的尺度范围在微米以上，如钢和陶瓷的组织结构。随着一些新兴材料的出现和发展，人们对材料的研究甚至小到电子结构。如近些年发现的拓扑绝缘体，其表面导电，体内不导电的性质由其拓扑的能带结构决定，而该拓扑结构则与电子的自旋运动有关，研究拓扑绝缘体必须从电子自旋角度认识其结构。因此，材料科学的研究范畴不断拓展，并于其它学科交叉。
4材料化学
通过学习材料的发展历程、材料科学与化学之间的区别和联系，学生已经对材料化学有了一定的认识，引导学生给材料化学下一个定义。材料化学是关于材料结构、制备、性能和应用的化学。本校材料化学专业选用曾兆华、杨建文编著第二版《材料化学》作为教材，教材的章节也是按照材料结构、制备、性能和应用进行安排的［4］。在这部分内容讲授过程中，可以让学生以教材目录为参照，讲到相关内容可以与教材相关章节进行对应。
4.1材料的结构
从三个层次讲解材料的结构，分别是电子原子结构、晶体学结构和组织结构。电子原子结构在很大程度上影响材料的电、磁、热和光的行为，并可能影响到原子键合的方式，因而决定材料的类型。在这个层次上研究的化学问题主要涉及原子序数、相对原子量、电离势、电子亲核势、电负性、原子及离子半径等。原子序数决定了材料的化学组成，电负性决定材料内部原子之间的键合方式，从而影响材料的导电性、强度和热膨胀系数等。晶体学结构主要指原子或分子在空间排列的方式，根据原子排列的有序性，将材料分为晶体和非晶体。晶体中出现局部无序，或对理想晶体的产生偏离，则出现缺陷。缺陷的存在影响材料的力学性能和电学性能等。如在本征硅内部掺杂磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成杂质原子缺陷，增加本征硅的导电性，形成N型半导体。组织结构主要指材料的物相组成及结构、晶粒的大小和取向等。在大多数金属、某些陶瓷以及个别聚合物材料内部，晶粒之间原子排列的变化，可以改变它们之间的取向，从而影响材料的性能。一般来说，减小金属的晶粒可以降低其熔点。在这一结构层次上，颗粒的大小和形状起着关键作用。大多数材料是多相组成的，控制材料内部物相的类型、大小、分布和数量可以调控材料的性能。
4.2材料制备
材料合成与制备就是将原子、分子聚集在一起，并转变为有用产品的一系列过程。材料制备的方法和工艺影响材料的结构，从而影响材料的性能。根据制备原理的不同，材料制备方法可以分为物理法和化学法。物理法指在材料制备过程中，仅改变材料内部原子或分子的聚集状态，不涉及化学反应的方法。如真空镀膜、溅射镀膜、脉冲激光沉积法等。化学法则在材料制备过程中，涉及化学反应，并且有新物质的生成。如固相反应法、有机合成法、水热法、沉淀法、化学气相沉积法等。以石墨烯材料为例讲解材料的制备方法。石墨烯作为二维单原子层材料，既可以采用物理法制备，也可以采用化学法制备。2004年发现石墨烯的报道，便是采用简单的胶带对撕方法制备，该方法依靠外力使石墨片层克服层间范德华力，使层与层之间分离，从而获得单层石墨，该方法也称为物理机械剥离法。利用甲烷、乙烯等烃类气体作为碳源，镍、铜、金等金属作为基片，采用化学气相沉积法则可以制备高质量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨为原料，利用化学插层剥离的方法也可以用来制备石墨烯［5］。但不同方法制备获得石墨烯的尺寸及性能差别较大，在不同的应用领域采用的石墨烯制备方法是不同的。
4.3材料性能
材料的性能由其结构决定，与材料制备的工艺和方法有关。性能是指材料固有的物理、化学特性，材料性能决定了其应用。广义地说，性能是材料在一定的条件下对外部作用的反应的定量表述，例如力学性能是材料对外力的响应、电学性能是对电场的响应、光学性能是对光的响应等。因此，材料的性能可分为力学性能和特殊的物理性能。常见的力学性能包括材料的强度、硬度、塑性、韧性等。力学性能决定着材料工作的好坏，同时也决定着是否易于将材料加工成使用的形状。锻造成型的部件必须能够经受快速加载而不破坏，并且还要有足够的延性才能加工变形成适用的形状。微小的结构变化往往对材料的力学性能产生很大的影响。材料特殊的物理性能包括电、磁、光、热等行为。物理性能由材料的结构和制造工艺决定。对于许多半导体金属和陶瓷材料来说，即使成分稍有变化，也会引起导电性很大变化。过高的加热温度有可能显著地降低耐火砖的绝热特性。少量的杂质会改变玻璃或聚合物的颜色。
4.4材料应用
材料化学已经渗透到现代科学技术的众多领域，如电子信息、环境能源、生物医药和航天航空等领域。例如，在电子信息领域，现代芯片制造离不开化学。光刻过程使用的光刻胶和显影液，镀膜过程中的化学气相沉积和原子层沉积，刻蚀过程中的反应离子刻蚀，这些工艺过程都离不开化学的作用。在环境能源领域，新型光催化材料和太阳能电池材料的研究和开发，离不开化学法制备材料和对材料进行化学掺杂改性。在生物医药领域，对传感材料进行化学改性提高其传感特性，对仿生材料进行表面改性可以提高其生物相容性。在航天航空领域，各种轻质、耐高温、耐摩擦等结构材料和功能化智能材料的研发都离不开化学。
5结语
通过对“材料化学”绪论课的精心设计，使学生明确了该课程的性质和重要地位，大量的实例激发了学生学习的兴趣和求知欲，树立了学生学好该课程的信心，为课程的深入学习起到了奠基石的作用。以“材料、材料与化学、材料化学”为主线进行讲授，使学生对本课程的内容有了更加清晰和深入的认识，取得了良好的教学效果。
参考文献
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［4］曾兆华，杨建文.材料化学.2版［M］．北京:化学工业出版社，2013.
【关键词】材料科学与工程专业 新创新型人才 培养模式
【中图分类号】G647【文献标识码】A【文章编号】1006-9682(2010)06-0031-02
一、引 言
现阶段我国高等教育从“知识传授”向“能力培养”转变,从“精英教育”向“大众教育”转型,单一的学科发展很难培养出社会适应性好、厚基础、宽口径、高素质复合型创新人才。[1]材料科学与工程专业作为我校的优势学科,担负着服务西部地方经济建设的重任。探索如何培养适应服务西部、面向全国的厚基础、宽口径材料类人才是学校人才培养方面的重点研究课题。
过去在材料类专业人才培养中,按工种(行业)分割专业的单一培养模式已很难适应当前市场经济发展及毕业学生就业模式发生的变化。[2]国家通过四次专业大调整、四次材料学科专业目录调整和修订,在学科领域发展上已从单一的材料物理;材料化学;金属、非金属材料;高分子材料领域向交叉融合的方向发展,较大程度的拓宽了专业知识面。[3]随着材料科学与工程专业规范、专业目录的制定,学科知识体系趋向多学科、交叉融合发展,新材料的研发和工业化生产与材料的应用管理之间的有机联系正成为发展的主要趋势,这些变化将导致材料类专业教学体系、教育手段、教学方法与内容等诸多因素发生变革,势必导致专业教育模式的重大转变。
近年来,依托材料工程领域部级人才培养模式创新实验区建设,我校材料科学与工程专业在人才培养模式的探索上取得了很大的发展。建立了以材料的结构与成分、合成与加工、服役行为和性能四个基本要素为核心的知识体系,以材料科学与工程一级学科招生,按材料科学、材料工程、材料应用三个专业方向培养的创新型人才培养模式。从培养目标、课程体系设置等方面突出“科工贸并举,理工管渗透”的办学特色,体现了各学科间的相互融合和支撑,有利于培养厚基础、宽口径、高素质的创新复合型人才。
二、我校材料科学与工程专业发展历程
我院材料科学与工程专业最早可追溯到1956年开办的“混凝土及建筑制品”专业,即为后来的“水泥”专业前身,1979年撤销。1970年增设了西北地区唯一一家“耐火材料”专业,1993年,经原国家教委批准,又增设了“无机非金属材料”专业。1999年国家专业大调整,将“硅酸盐工程”专业和“无机非金属材料”专业合并为“无机非金属材料工程”专业。学院为了较大程度地扩大学生知识面,结合我院本专业发展历程,当时的“无机非金属材料工程专业”按一二年级统一培养,三年级分为“水泥、无机即耐火材料、建材”三个模块培养,这就成为当前新创新型人才培养模式的前身。2002年“无机非金属材料工程”专业调整,将其提升为“材料科学与工程”专业一级学科招生。三、新创新型人才培养模式的构建
1.培养模式的确定
全国200多所普通高校都设有材料科学与工程专业,其主要教育模式有三类:①基地班/试点班模式;②一、二年级统一开课,不分专业,三、四年级按二级学科分专业进行教学;③按照一级学科招生,按二级或三级学科进行培养。
结合我校办学实际,以及我校材料科学与工程专业的专业改革,从2002年开始我校材料科学与工程专业按材料科学与工程一级学科招生,以原有无机非金属材料工程专业为背景,下设的材料科学、材料工程、材料应用自主设立办学方向,这是独立于前三种教育模式之外的,具有我校特色的办学模式。这一培养模式的建立对其它开设有材料类专业的本科院校具有一定的参考和示范作用。
2.培养目标的定位
依据材料“四要素”,坚持“以无机非金属材料为主,向金属材料渗透,与土木建筑学科交叉融合”为特色的办学思想,在本科培养方案及课程设置制定中,将一级学科分为三个专业方向培养:即材料科学、材料工程与材料应用。
材料科学方向重点培养具有从事材料性质研究和新材料研发方面知识的高级专门人才;材料工程方向重点培养掌握各种材料工业化的生产技术、工艺过程和系统控制等方面知识的高级专门人才;材料应用方向重点培养具有材料的应用推广、流通中的材料管理、性能检测、商务活动等能力的高级专业人才。
3.培养方案的修订
学校在2004版、2008版培养方案的基础上,围绕教学改革的主导思想,结合社会人才市场的需要,按照材料科学与工程专业3个方向具体培养目标,对教学计划进行认真细致的研讨与修订,我校材料科学与工程专业2009版培养计划更加突出三个办学方向各自的办学特色。
(1)材料科学方向以高温陶瓷材料为背景,注重材料性能及结构表征研究、新材料研发,兼顾材料工艺设计与开发,以高温陶瓷材料和冶金工程专业的交叉融合为特色。
(2)材料工程方向以无机非金属材料为背景,注重与材料的规模化工业生产相关的理论及技术,以生态建筑材料新工艺、新设备开发为特色。
(3)材料应用方向以建筑材料为背景,注重建筑材料在土木工程中的应用,相关理论和技术以及土建施工过程中建筑材料的物流和管理,以建筑材料与土木工程及工程管理专业交叉融合为特色。
4.课程设置体系的构建
结合学校学分制改革,材料科学与工程专业2009版培养方案对原有培养方案总学分进行了压缩,课程设置由必修课、选修课(公选课、限选课、任选课)、实践性教学环节3部分组成,其中适当压缩必修课(尤其是专业必修课),增加了专业类选修课,提高了实践环节的比重,更加注重扩大学生知识面,培养学生的实践、创新能力。2009版培养计划中必修课、选修课、实践性教学环节三者比例为53∶22∶25。
课程体系设置在充分满足三个培养方向所需的共同理论与实践基础的同时,还按照三个方向各自的特点处理好各个方向之间的交叉、渗透和融合。三个方向具有相同的基础课和专业基础课,如:数理化、制图、英语以及材料科学基础、材料工程基础、材料研究方法等公共基础及专业基础课;在专业课模块中,开设具有各自特色的专业方向课和专业方向选修课,在满足学生兴趣的同时,扩大学生的知识面。
为了规范课程内容及知识体系,学校以材料科学与工程专业规范为依据,结合材料四要素,确定了知识领域、知识单元和知识点三个层次的知识体系。由知识点的任意组合来确定教学大纲,使课程体系更具体,实现课程设置、教学大纲的规范化,克服了任意设课、课程名称与教学内容不符等弊端。
5.教学手段、方法的改进
随着现代化教学手段不断成熟,多媒体课件、各类专业课程网站逐渐走进课堂,多媒体动画将繁杂的公式、实验等以动态化的形式向学生讲授。通过近几年的努力,我院《材料工程基础》、《土木工程材料》已获评省级精品课程,《材料科学基础》、《材料物理性能》获评校级精品课程。并在原有“材料与标本陈列馆”的基础上,结合先进网络技术和数字技术,建设“材料与矿物数字博物馆”网站,提高材料类相关学科及课程的教学质量。在双语教学方面,2007年开始在专业选修课部分增加双语内容,为了让学生更快的了解材料学科的前沿发展,学校在2009版培养方案中将双语课程提升为专业必修课,极大地促进了双语教学的开展。
6.创新平台的搭建
近年来,学校利用多年来在材料科学与工程领域所积累的雄厚的科研实力和完备的科研设施条件,不断为本科教学搭建平台。以“产学研”结合的培养模式,科研带动教学,加强本科生实践创新能力培养。学院依托“省部共建西部建筑科技重点实验室”;“部级材料工程领域人才培养模式创新试验区”;8个部级、省部级以上工程中心;10个校企工程中心和12个校外实习基地的建设,听取来自科研、生产一线的校外专家意见,着力实现理论教学和实践教学内容与社会的发展需求紧密结合,解决好青年教师和学生实践能力不强的问题,提高师资总体水平,改进实习基地及实验室条件。确保既有“科工贸并举,理工管渗透”的培养方向,又具有培养知识面宽、基础雄厚、综合实力、实践能力较强的复合型、创新型材料类本科专业人才的培养目标。
四、结束语
1.我校材料科学与工程专业本科按照材料科学与工程一级学科招生,按材料科学、材料工程、材料应用三个专业方向培养,从培养目标、课程体系设置等方面突出“科工贸并举,理工管渗透”的办学特色,体现了各学科间的相互融合和支撑,有利于培养厚基础、宽口径、高素质的创新复合型人才。
2.我校材料科学与工程专业按照材料的四要素确定了合理的专业培养目标及课程教学体系,并按照学科发展不断完善培养方案、规范课程教学,促进教学质量的提高。
3.学校通过创新平台的搭建,使教学内容及实践环节更贴近社会发展的需要,按照“产学研”结合的培养模式,以科研带动教学,同时促进学生实践能力及创新能力的提高,有助于培养知识面宽、基础扎实、实践能力较强的创新型材料类专业本科人才。
参考文献
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材料是人类生存及发展的物质基础，是经济建设和国防安全的重要基石。新材料是现代高新技术发展的先导，是提升传统产业技术能级的关键。新材料的发展及材料技术的创新将会促进国家经济繁荣发展、提升国际竞争优势，是世界各国科技发展战略的重要组成部分。
长江师范学院经过多年的发展，在师资队伍建设、人才培养、科研创新平台建设等多方面取得了长足进步。在本次申硕工程中，我校拟申报的材料与化工专业硕士学位点是立足重庆，面向全国，以国家新材料发展战略和区域绿色产业发展需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术应用为主线，培养出德智体全面发展、具有一定创新能力的应用型、复合型高层次工程技术和工程管理人才。
拟申报的专业学位点以国家新材料发展战略和区域绿色产业发展需求为导向，围绕国内外在新材料开发技术与化工工程技术领域存在的科学问题，开展有特色的工程应用研究，拟在高分子材料化工新技术、能源与功能材料、环境污染治理与低品位资源开发利用等新材料与化工工程领域形成突出优势，在特种功能材料与新能源材料的制备技术和污水处理技术上形成专业特色。
经过多年发展，材料与化工专业学位点的主要研究方向：材料化工新技术、能源化工新技术、环境化工与低品位资源开发利用。
（1）材料化工新技术 本研究方向主要围绕化学工程中的关键材料与技术，针对工程应用中遇到的具体材料瓶颈问题，开发具有实际意义的功能高分子材料和功能合金材料等。
关键词：室内设计；装饰材料；教学改革
作者简介：谢青伶（1978-），男，湖南常德人，湖南农业大学体育艺术学院，讲师；郭春蓉（1983-），女，湖南益阳人，湖南农业大学体育艺术学院，讲师。（湖南 长沙 410128）
基金项目：本文系湖南农业大学东方科技学院科研基金项目（项目编号：DB2009034）的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）31-0101-02
随着人们对室内外环境的要求越来越高，装饰材料也越来越凸显其重要性。装饰材料与施工是室内设计构思转化为实物的技术手段，关系到整个设计的成败。“装饰材料与施工”是环境设计专业非常重要的课程，是学生由理论走向实践的桥梁课程。只有掌握了装饰材料的设计方法，并加以正确的运用，才能营造出具体而生动的室内空间，只有对材料的施工方法、室内构造的节点有充分的理解才能使室内设计方案变为现实，成为有实际意义的设计。因此，这门课程是所有室内设计专业的专业必修课。纵观各兄弟院校对这门课的开设情况，基本上围绕着以下几点展开：讲解材料的物理化学成份、结构、制造工艺；解析室内设计施工工艺、基本构造节点大样；材料市场的调研；装饰材料与施工专题设计。
在教学过程中，“装饰材料与施工”最大的难点是装饰材料品种繁杂。传统的教学模式给教学双方都带来很多局限性，主要问题表现在三个方面。一是知识面广，综合性强，系统性差。不同材料之间的专业知识领域跨度大、缺乏关联性，使课程的讲授条理性差，教师难讲，学生难学。二是在各版本的教材中，所介绍的材料从外观质量、性能指标到使用条件等几乎都离不开参数表格。面对数目繁多、枯燥乏味的表格和数据，学生很难提起学习兴趣。三是实践性强，实验教学条件相对滞后。装饰材料和工程密切相关，其装饰效果、使用性能等有关知识需要通过实际体验、实验分析来加强认识，由于受到课时和实验条件的限制，许多应用问题只能“纸上谈兵”，教学效果欠佳。[1]这样的课程体系与特点使得大部分学生课程学完了，还是感觉有些懵懵懂懂、一知半解的，一旦遇到实际情况就无从下手。
此外独立学院宽进严出的培养目标，也有别于一般本科教育的特点。独立学院学生专业基础往往不好，学习主动性差，依赖性较大，加上教学内容枯燥无味，学生在这种教学模式下没有了学习的兴趣，对材料的掌握也模棱两可，似是而非，只限于知道什么情况一般是用什么材料，什么部位通常是用什么材料，而没有自己的思考，思维很局限。即使能够画出这些材料施工的图样，但作为设计者来说，很难做出让人满意的设计，创意平平，没有深度。学生的创造力与想像力难以发挥，最后设计的方案平庸而无新意，缺乏艺术气息。
那么，什么样的教学方法才能最大程度调动独立学院学生学习材料构造课程的积极性呢？借鉴包豪斯的教育理念与后现代艺术的创作方法，可以从以下几个方面进行“装饰材料与施工”课程改革的探索。
一、教学方法的改善和更新
1.情境体验式教学
在装饰材料课程中，实施情境体验式教学就是通过提供真实或模拟的装饰工程项目，围绕项目开展装饰材料与施工的教学和实践，使学生按照项目的真实情境直接参与完成任务。在具体的工作过程中，学生通过真实体验与全情参与，全方位的感受和学习工程项目所需的知识技能，逐步领会和探索独立工作的能力。[2]创设的情境可分为真实情境与模拟情境。真实情境的体验即参与到真实的工程项目中。模拟情境则虚拟一工程项目，让学生分别扮演设计师和客户，现场开展业务的模拟。在此过程中，“设计师”要洞悉“客户”心理，在短时间内捕捉“客户”的需求信息，帮助“客户”分析出房间的基本结构和布局，指出不合理的空间布局并做调整，快速勾勒出所需设计的环境草图，“客户”则在洽谈过程中或配合或设置障碍。情境体验式教学法强调学习内容的综合化和真实化。受个人能力所限，学生在情境中只能扮演极少的岗位角色，获取的职业信息也十分有限。因此，个人学习目的的完成有时只能依靠小组、团队有组织地分工合作来实现。这就需要在项目驱动下，教学组织形式必须从传统的以个体学习为主转变为以小组、团队协作学习为主。
2.研究式教学法
这种模式下，教师的首要任务是根据每个学生的特点配置合适的研究课题，例如让学生对玻璃或金属等某一材料进行专题研究。学生独立搜集资料，整理学习知识，摸索形成成果。在此过程中教师要使学生真正成为学习的主人，必须引导他们成为研究课题完成的主导者，使他们越来越多地承担起自主学习的责任。确立学生在教与学活动中的主体地位，让学生自觉学习，把更多的时间交还给学生，把“要我学习”转变成“我要学习”，要求教师做学生学习的组织者、引导者和鼓励者。研究式教学法突破了传统的教学模式，通过学生亲自解决身边的一些实际问题来实现对知识的掌握，大大提高了学习的积极性和主动性。
二、教学手段的现代化探索
1.多媒体课件的制作
由于多媒体课件生动、高效的优点，使得它已成为现代化教学中非常重要的手段。“装饰材料与施工”课程多媒体课件的制作要注意以下两点：
（1）要符合独立学院学生的特点。由于独立学院学生基础知识薄弱，学习的主动性不高，装饰材料课程的教学重点是让学生掌握最基本、重要的材料与应用。因此在课件中要体现教学内容中最基本、最重要的知识。
（2）多媒体课件的制作应符合课程特点。[3]不是所有的内容都要由课件展示。例如材料工艺流程由教师在黑板上边讲解边绘制就更能让学生理解工艺的前后过程。
2.视频动画的使用
材料的施工工艺如果以视频的形式来动态演示室内构造施工的过程与步骤，能很好地调动学生视觉听觉等不同感官，能激起学生的兴趣并且能更清晰地了解材料的施工工艺。施工工艺视频素材可以从网下载或者购买，也可以由教师到工地有针对性地现场录制然后制作，或用3Dmax、SketchUp等3D动画软件来制作模拟材料结构的层次和施工工艺的过程。讲授过程中重要的工艺流程教师必须辅以黑板绘制来加深学生的印象。
三、调整教学内容，激发学习兴趣
“装饰材料与施工”课程中一再强调技术的学习，让学生能正确运用材料的构造方法，快速进入社会工作角色。职业院校强调这一观点尚可理解，但所有本科高校都强调这一点有失偏颇。对技术的强调可以培养一个好的技术工匠，但出不了一个优秀的设计师。对材料的创造性运用才是设计师成功的法宝。
除了使用功能，装饰材料在空间环境设计的形式之中还具有典型的文化意义。首先，各种材料共同参与到空间的表现形式当中，这些零散的材料因为可以依凭人们的文化记忆和生活经验而构成深奥的语句，从而在某一空间形式中获得了语言符号的意义。其次，空间环境依赖于人们的社会生活经验，各种材料平日里所各自扮演的社会角色之间很可能隐涵着某些出人意料的内在联系。它们之间或者存在着反差对比（如粗糙笨重的岩石和光滑洁净的玻璃），或者存在某种类似性（如木板与塑料），或者在某些特定场合碰到一起会具有特定的语意关联（例如在中国传统厅堂摆放的钟、瓶、带镜的插屏等）。因此，材料通过组合的方式能够使观者产生联想与思考，产生各种不同的情绪。无论怎样，一件精致的室内设计作品都无法回避词汇符号——材料，以及表达的语法——设计师对材料的搭配组合这二者之间的紧密关系。
根据设计专业的学生普遍具有艺术学习经历这一特点，在教学中，可以侧重从材料的文化艺术层面加强对装饰材料的讲授与讨论。要不断调整教学内容，使其符合时代特点，避免过多枯燥的数据内容，使授课内容能挖掘学生的创造潜力，诱导学生对各种材料有更深层心理的、文化的思考，探索材料的本质特征，而不仅仅是停留在物理特点上。引导学生关注装饰材料的使用历史、象征意义、材料的地域特点、材料的形式意义等，研究不同种材料的组合搭配、同种材料的组合造型、材料的表面加工、材料的连接方式等带给人的不同心理感受。
四、教学实践条件的建设
材料不仅有视觉上的特点，还有各种肌理，要在生活中真切的感受才能对材料有所认识，才能在设计中合理运用，仅课堂讲授这种方式对学生掌握装饰材料显然是不够的。
深入开展市场调查是作为装饰材料课程必须进行的教学实践活动，同时也是学生了解市场和消费者需求的重要手段。装饰材料市场类型多样，有综合市场、建材超市以及一些分布在社区的小型建材五金店。调查可以分组分专题进行，了解产品的品种、规格、价格、性能等丰富信息。
除了材料市场的调查，多到工地现场考察无疑是最直接的学习实践方式。利用校企合作平台，加强学生和施工人员的课内外交流，多看工人施工，多收集施工图集，这种学习能够最大程度地激发学生的学习热情，提高学生的实践能力。
但是，上课的时间有时很难遇到实际的工程，即使遇到，由于实习时间短，而工程工期长，所以也看不到整个施工过程，还是加深不了对课程内容的理解。因此，很有必要建立材料工艺实验室验证课堂教学的理论知识。可以选择工艺较简单，种类较多且具代表性的装饰构造，由老师示范然后安排学生在实验室中进行实物装饰工艺操作。以木地板铺装工艺为例，可根据材料种类（实木、复合、强化及竹地板等）或工艺种类（工字纹、人字纹或拼花等）将学生分组，进行实物操作实验。
五、结束语
作为本科层次的一种新兴高等教育模式，在独立学院的“装饰材料与施工”教学过程中，要根据其生源、办学等特点，了解学生个性，发展特色的装饰材料教学。通过理论与实践相结合、传统与现代教学手段相结合、文化艺术与专业技能相结合等多层次立体的教育模式，注重培养独立学院学生对材料的创新设计与应用能力，为社会输送更多能够创造具有文化内涵的室内环境作品的高素质设计师。
参考文献：
[1]黄凯旗.装饰材料课程教学改革的实践与思考[J].广西大学学报，2006，（10）：69-70.
