材料科学与工程的定义范文
夜上海论坛前言：我们精心挑选了数篇优质材料科学与工程的定义文章，供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发，助您在写作的道路上更上一层楼。
第1篇
关键词：材料科学基础 相 组织 概念
About the definition of "phase" and "zuzhi-structure"
Zhao Jie， Ye Fei， Wang Qing， Qi Min
夜上海论坛 Dalian university of technology， Dalian， 116085， China
夜上海论坛 Abstact： There are two important concepts in the course of fundamentals of materials science： "phase" and what is named as "zuzhi-structure". There are various definitions for these concepts in different textbooks. The current paper discusses the very basic meaning of these two concepts based on some typical Chinese and English textbooks and references. The definition for these two concepts are also proposed for judgement of colleague.
夜上海论坛 Key words： fundamentals of materials science； phase； zuzhi-structure； definition
“相”与“组织”是材料类课程中非常重要的概念，又是在教师讲授和学生学习过程中常常讲不明白，需要反复举例让学生体会领悟的概念。在目前的材料科学基础和工程材料教材中，相关概念的定义夜上海论坛各有千秋。笔者根据目前一些教材中的定义及教学过程中的体会，提出这两个重要概念的定义供大家商榷。
夜上海论坛 1 “相”的概念
“相”在材料科学基础和其他材料专业课程中是使用最为频繁的概念之一，一些教材中对其有明确的定义，而有些教材中则定义不明确。对于有明确定义的教科书，也没有统一的叙述。例如：
夜上海论坛 在潘金生、仝健民、田民波编著的《材料科学基础》（清华大学出版社）中，“相”的定义是：人们把具有相同的（或连续变化的）成分、结构和性能的部分（或区域）称为合金相或简称相。
夜上海论坛 在胡赓祥、蔡、戎咏华编著的《材料科学基础》（上海交通大学出版社）中，“相”的定义是：所谓相，是指合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构和性质并以界面相互隔开的均匀组成部分。
夜上海论坛 在石力开主编的《材料词典》（化学工业出版社）中，词条“相”的定义是：一个由大量原子或分子组成的系统，在一定的外部约束条件的作用下达到平衡时，系统内形成一个或多个相互区别的均匀区域。具有同样结构与性质的均匀区域便构成一个相。
夜上海论坛 以上定义对“相”从不同角度进行了叙述，但细致分析，应该说不是很准确，仍然存在问题。例如，按照这些概念，“相”是“部分”或者“区域”，这容易让人费解，也是学生学习中容易迷糊的地方。
英文教材中是怎么定义“相”的呢？“相”的英文名称比较确定：“phase”。在一本英文教材中，是这样定义的，“A phase may be defined as a homogenous portion of a system that has uniform physical and chemical characteristics”。翻译成中文：“相可以定义为系统中的一个均匀部分，它具有均匀的物理和化学特性”。很有意思的是，这里用了“may be defined”，说明编者对于这一定义并不满意。
在美国材料学会（ASM）编写的手册中，对“相”的定义有比较详细的解释。其原文为：The term "phase" refers to that region of space occupied by a physically homogeneous material. However， there are two uses of the term： the strict sense normally used by physical scientists and the somewhat looser sense normally used by materials engineers. In the strictest sense， homogeneous means that the physical properties throughout the region of space occupied by the phase are absolutely identical， and any change in condition of state， no matter how small， will result in a different phase. For example， a sample of solid metal with an apparently homogeneous appearance is not truly a single-phase material， because the pressure condition varies in the sample due to its own weight in the gravitational field. In a phase diagram， however， each single-phase field is usually given a single label， and engineers often find it convenient to use this label to refer to all the materials lying within the field， regardless of how much the physical properties of the materials continuously change from one part of the field to another. This means that in engineering practice， the distinction between the terms "phase" and "phase field" is seldom made， and all materials having the same phase name are referred to as the same phase.
夜上海论坛 根据这一定义，“相”是一个空间区域，并呈现均匀的（或相同的）物理特性。同时，基于此，提出了严格意义和不那么严格意义上的定义。从严格意义上讲，均匀的物理特性意味着“相”所占据空间的物理特性要绝对相同，任何变化都会使其不是一个“相”。例如，一个试样的不同部位所受的重力场有变化，则不是一个“相”。当然，这是从物理学家的角度得到的推论。从材料研究者的角度，需要“不那么严格意义上的定义”。“相”是相图上的一个单相区，“相”允许在一个相区中物理特性的连续变化，“相”实际上与“相区”的概念没有很大的区别。
参照国内外这些描述，“相”的定义中应该叙述以下性质：“相”是一个系统（或称聚集体，或空间区域）；“相”具有相同的晶体结构，或聚集状态（为了说明液相或气相）；在相图中位于一个单相区称为一“相”，允许物理特性的连续变化。基于此，本文试着提出“相”的概念供商榷：“相”是一个由大量原子或分子组成的空间区域（或聚集体、或系统），具有相同的晶体结构或聚集状态，在相图中位于一个单相区中，允许物理特性的连续变化。
2 “组织”的概念
“组织”也是材料学知识中一个很重要的概念，并且经常要求学生掌握“相”与“组织”的区别，要掌握用“相组成物”和“组织组成物”标识相图。而对“组织”有明确定义的教科书较少。在给学生讲述“组织”时，一般需要反复举例，说明在什么情况下可以称为“组织”，在什么情况下称为“相”。似乎“组织”是一个需要学生深刻意会的重要概念。
在潘金生、仝健民、田民波编著的《材料科学基础》中，这样定义“组织”：在一定的外界条件下，一定成分的合金可以由若干不同的相组成，这些相的总体便称为合金的组织。细致思考，这一概念仍然不能准确定义“组织”。例如：单相也可以称为“组织”，并且按照上述定义也不能很好地理解塑形变形后形成的“纤维组织”。在一些教材中，将“组织”与“微观组织”或“显微组织”之间模糊化处理，但“微观组织”体会起来是一个泛指的概念，而“组织”则有具体的对象特征，如“魏氏组织”“共析组织”“带状组织”等。
夜上海论坛 互联网上有人这样说明组织：“组织则可以理解是一种结合形态。比如共晶组织，就是共晶转变是同时析出的两种相结合形成的一种形态；还有比如冷变形金属晶粒被压扁，拉长，形成纤维组织，其实就是一种形态，回复仅是消除一定的加工硬化（降低位错密度），形态没变化，只有再结晶后成变成等轴晶，也就是转变成了等轴晶组织。组织可以由多个相组成，但不能说是由相构成组织的”。可以看出，“组织”似乎成为一个需要深刻意会的重要概念。
第2篇
夜上海论坛 关键词:材料科学基础;实验教学;新构思
中图分类号:G640 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2012)-08-0144-01
一、实验教学的主要意义
夜上海论坛 如果说材料科学是一门艺术,那么材料科学的实验教学是带领学生通向这座艺术宫殿的桥梁。《材料科学基础》作为一门以基础理论和工程实践紧密结合为特征的学科应该以实验为基础。实验不仅能帮助学生正确认识物质及其变化规律;更能激发学生兴趣,发展和培养学生的创新思维。因此,充分利用实验教学手段,对培养和提高学生的创新意识和技能至关重要,也是学好《材料科学基础》这门课程的基础。
夜上海论坛 二、实验教学的关键
夜上海论坛 在《材料科学基础》实验教学这门新课程中,加强学生的自主学习意识,使学生的“要我学”变为“我要学”是一个关键的问题。在实验这样的探究性活动中,需要学生自己去猜想、去探究,通过实验去验证自己的猜想和设计是否正确。在实验的过程中,让学生自己动手具体实施实验操作,亲自去探索实验的过程,使他们的材料科学实践概念得以更为有效地与基础理论知识体系中的材料科学理论概念建立起实质性的联系。以往的实验教学都是老师单纯的演练一下实验步骤给学生看,但教师更应该做的是对实验现象进行分析和解释如此操作实验的目的。而课堂上让学生们自己提出问题,自己猜想假设,自己设计方案。相信在这样自主学习的教学活动中,学生的学习积极性和主动性也会得到增强。通过实验教学方法,来使学生加深了对书本概念的理解,优化了学生的知识结构,而不是平时的机械背诵概念定义。相信实验课上的理解加上老师课上的引导讲解,会让学生们对《材料科学基础》的学习有很大程度的理解和领悟。
三、实验教学的建议
夜上海论坛 在《材料科学基础》教学实验中,包含了材料科学中最基本的实验,这些实验是学习材料科学工程专业学生所必需掌握的。
在动手实验之前,可以通过让学生们浏览一些相关的实验过程动画模拟或相关录像教学课件[1],使他们对所做实验有了初步的认识和理解,能够了解基本实验的原理,了解相关仪器和设备的主要结构和操作方法。这样为学生提供了扩展视野的机会,而且最大限度仿真或者演示了真实实验,使学生对实验有了更加具体形象的了解。在这个相关的模拟课件中,教师所选用的素材应该采用实物照片,且课件内容应包括了实验所需的器材的认识,如何操作这些器材,以及实验的流程等等。
此外,在实验教学的过程中,教师更应充分发挥教学语言的艺术性,提高学生的课堂注意力。这就要求教师熟练掌握专业术语,并在实验教学授课时准确运用,同时在学生回答问题和解题时要求学生应用专业术语,逐渐引导学生习惯运用术语解释和交流本学科的问题。而且,在上课时教师要把握好时间和节奏,留出充足的时间进行本节课结课的总结,尽量避免由于时间原因而匆忙结课。总结的时间不宜过长,语言必须简洁明快,把这节课所讲的内容进行总结,概况重点内容,这样可以使学生能对本堂课的内容一目了然,便于复习和记忆。
夜上海论坛 在做完实验后,教师可以通过在下一节课堂上提问问题,让学生课后积极主动地复习上次的实验知识和预习下次的实验内容,加深对实验内容的记忆和巩固。
另外一个方面,可以通过加大实验成绩在综合成绩评定中的比例,刺激和鼓励学生重视实验,促进学生实验动手能力和科研素养的提高。并且在实验时,注重培养学生使用和维护仪器设备的能力,这样不仅增加了学生学习理论知识的兴趣,而且提高了学生的实际工作能力,为日后的工作和继续深造奠定基础。
四、实验教学课程新构思
《材料科学基础》实验课的设置有明显的功能性,主要是为了引导学生对《材料科学基础》的更深入理解,这些实验主要是验证性实验。验证性实验是对理论知识的验证和重现,它有助于学生对理论知识的感性认识和对理论知识的深刻理解,能够巩固所学过的知识。但是,这些设计的实验缺少了实际应用性和设计研究性。《材料科学基础》的实验应该结合实际应用性和设计研究性型实验,创建一个实际背景,提出一个具体问题让学生解决,学生通过自己设计实验,自己动手做出实验,并运用所学有关专业基础知识对实验结果进行分析讨论,正确地解决实际问题。这样既提高了学生的自我思考能力和动手能力,更让学生系统地掌握有关专业基础知识,并培养学生了科学研究的思路和能力。所以,《材料科学基础》的实验教学内容应该结合验证性实验、实际应用型实验以及设计型实验这三大模块来进行构建。此外,教师应该结合材料科学领域的科研和生产发展,及时更新改进实验教学内容,不能与时俱进。
五、结束语
实践胜于理论。除了理论教学以外,更应该注重《材料科学基础》的实验教学部分。在实验教学中亲身发现和认识科学理论,并在科学实验中去检验所获得理论的真伪。让学生不仅从课堂上接受理论知识,更通过实验去学习知识,在实践中运用所学到的知识,这才是真正地掌握知识。
第3篇
关键词：材料科学与工程；材料科学基础；应用型本科教育；课程改革
夜上海论坛 在现代科学技术中，材料科学是国民经济发展的三大支柱之一。近年来，我国在材料领域的发展突飞猛进。目前，国内众多知名高校已经开设了材料科学相关专业，如清华大学、北京科技大学等开设了金属材料学科；北京化工大学、浙江大学等开设了高分子材料；西北工业大学、中南大学等开设了材料加工学科等。2016年，合肥师范学院成功获批了材料科学与工程专业，并开始招生。作为应用型高校，该学科的建设处起步阶段，虽经过3年的教学实践，但在专业课程设置、教学方法以及考核模式等方面存在很多的问题亟待解决。
1课程教学的问题剖析
材料科学与工程是研究材料的成分、组织结构、制备工艺和使用性能以及四者之间相互关系的学科，因而将成分、组织结构、制备工艺和使用性能成为材料科学的四要素，把四者联在一起就构成了材料科学四要素的四面体结构，如图1所示。《材料科学基础》这一门课程便是以材料科学四要素为主要内容，从教学要求出发，着重于基本概念和基础理论，并引导学生应用理论解决材料工程中的实际问题。该课程中材料学知识十分复杂，理论性强，涉及大量的名词、概念等等，要求学生具有扎实的数学、物理和化学基础。而对于我校本科生而言，大多数同学数理化基础比较薄弱且在学习该门课程之前并未系统的学习过无机化学、物理化学等课程，因此在教学过程中会产生一系列的问题，主要表现为以下几个方面：第一，该课程的部分内容理论性强且难度大，涉及大量的数学推导过程和复杂的文字解释，使同学们难以理解和识记，因而易产生抵触情绪，教学效果不理想。第二，在国内大部分高校，包括我校，目前该课程的教学方式仍以板书与多媒体教学相结合的方式。这种教学方式以文字、公式推导和曲线图为主，图片、视频等影音资料很少，使得学生上课期间缺乏兴趣，难以集中注意力；第三，该课程的考核模式以考试为主，且占比很大。考试内容多以课本上的概念、定理以及理论计算为主，应用类题目较少涉及，因而难以达到指导学生应用已学知识解决实际工程问题的教学目标。第四，目前国内外材料科学发展更新迭代较快，新材料、新技术、新工艺层出不穷，书本上的内容较为有限，在教学上应用部分课时讲授材料前沿发展方向及应用，为学生就业及科研提供参考，培养学生的创新思维。第五，材料科学具有理论知识与应用广泛结合的性质，在教学上，应该适当培育学生们的科研及实践能力。因此，基于以上教学经验中出现的问题，结合材料科学的特点，本文将以“夯实基础、注重应用”为指导，探索该课程在教学内容、教学方法和考核模式等方面上的优化设计。
2课程教学的改革措施
2.1夯实理论基础
夜上海论坛 材料科学基础涵盖较多的基础概念，这些概念与科学研究及实际应用都有深刻的联系。基础知识的掌握程度对于学习材料科学非常重要。无论是前沿研究还是基础应用，都需要有扎实的基本功。如利用高分辨透射电子显微镜研究材料结构时，需要掌握材料中原子排列的相关知识，包括晶面指数、倒易空间等；针对材料的拉伸或压缩过程，需要掌握材料的弹性模量、屈服强度。同时，相关概念不仅仅只用于某一个领域，如关于材料结构，即可用于分析材料的相变，又可用于分析二维材料的电磁性能。原子的扩散，即可用于研究金属的热处理，又可用于研究锂离子电池。材料科学基础的相关概念复杂难懂，且课时有限，教师在授课时应将相关概念的背景、定义及应用讲清讲透，确保学生理解和掌握，积累扎实的理论基础知识。
2.2培养实践能力
夜上海论坛 材料科学基础是一门理论知识与实践相结合的学科。其中，相关内容是从实践的基础上总结提炼得到的，如材料的相变，相图的制作是根据各个成分及温度下，进行热处理得到的结果。本科生仅仅学习书本上的内容，很难建立起直观的认识。在课程学习初期，教师应将材料科学基础的理论知识与实际应用相结合、抽象概念与具体图像相结合，以直观性的事物或图像引导学生对抽象性的理论进行掌握。如在学习晶体结构时，可用实物模型展示晶体的FCC、BCC等结构。在讲解原子扩散时，提示学生通过想象构建原子在材料中运动的图像。
同时，为使学生更加全面的理解所学内容，建议学校开设一定学时的实验课程，如材料的热处理过程、材料的力学性能、材料的微观结构等等。使得在提升运用理论知识分析解决实际问题能力的同时，进一步巩固自己的知识体系。此外，本学院的教师均有科研经历，研究方向各有侧重，如计算材料学、太阳能电池，催化、二维材料等等，有丰富的实验经历及理论知识。因此可以鼓励学生在课外时间积极参与到教师的相关课题研究中，针对发现的问题，结合所学内容加以分析，进一步加深对知识的理解与应用。
2.3丰富教学方法
夜上海论坛 首先，科学合理控制每课时授课量。确保知识点高质量的被学生吸收，而非对学生进行数量上的灌输。其次，调节授课内容的输出速率。通过板书、调节语速等方式，在难点、重点如材料中的缺陷、扩散等知识点上讲懂讲透，使学生对所学内容充分吸纳和梳理。再者，利用多种方法将相關概念实物化、图像化。在学习材料的结构时，可以通过硬球模型展示材料中FCC，BCC等简单晶体结构。在学习材料的力学性能时，可以利用多媒体技术，展示材料在受到压缩或拉伸时的变形过程。此外，利用现状网络技术进行学习。利用微信、QQ等网络技术，建立课堂内容学习交流群，以便及时上传教学内容、作业，分享参考书目，解决问题等。让学生充分利用课余时间主动学习，及时解决遇到的问题，进一步提高授课效率。
2.4把握学科前沿
夜上海论坛 近几年，材料科学发展日新月异，前沿热点难点时常更新，新材料、新技术、新工艺层出不穷。然而书本上的内容较为有限，针对材料科学的前沿进展，在课堂教学时应设置部分学时介绍材料科学相关进展，讲授基础知识在相关领域的应用，启发学生的创新思维，为学生就业及科研提供参考。结合现有条件，可以邀请相关领域教师来校开展专题知识讲座，讲解本领域的研究现状、前沿进展。授课教师也可以利用网络技术，建立微信群或者微信公众号，向学生推送材料领域最新的成果，文献或者方法等等，营造良好的学习氛围，培养学生对材料领域的兴趣。
2.5完善考核方式
目前，对于材料科学基础的评分方法，总成绩中期末成绩占到70%，平时成绩占30%，其中在平时成绩中平时作业占主要比例。由此可以看出最终成绩主要取决于期末考试的成绩，而平时成绩主要取决于平时作业。结合教学经验发现以下问题：①关于期末考试。仅仅只在期末考核一次，会造成学生在期末阶段突击学习，而忽视了平时的积累；②关于平时成绩。平时作业在总分中占据20%左右的比例。学生往往偏重平时作业，而忽视其他课堂表现。教师难以对每个学生的课堂表现作出準确评价；③材料科学是一门实践性和应用性较强的课程，在本课程的教学过程中缺乏相应的实践课程。因此难以培养学生的实践能力。鉴于以上因素，可以在材料科学基础一课的成绩评定制度上进行如下改进。
一是引入阶段性考核。首先，建议在第9周前后增加一次期中考试。在检验前期所学内容的同时，及时发现问题并整改。将期中考试的成绩按照一定比例纳入到总成绩中。在期末考试中，主要考核后期的学习内容，前期的学习内容也要有所涉及。其次，提高课堂表现的分值比例，建立周期性的课堂问答方法，如按照学号让学生参与教学环节，确保至学习结束时每人都有机会能参与到课堂教学。对于主动提问，经常与教师讨论问题的学生给予较高的平时成绩。
二是设立相关实验课程，考核实践能力。材料科学是一门注重实践的课程，书本上的知识点最终要运到到材料的实际性能、制备及应用上。纸上得来终觉浅，通过实践考核可以综合考查学生对于材料科学基础知识点的掌握程度。如通过实验方法画制Fe-C相图及分析合金的力学性能等。在画质Fe-C相图时，培养学生学会对FeC合金进行热处理，得到不同成分下的合金相，并在显微镜下进行观察、分析合金相的形成过程。在分析合金的力学性能时，培养学生学会如何对合金进行拉伸或者压缩，并绘制应力应变曲线。进一步掌握根据得到的曲线分析合金的塑性变形、弹性变形及屈服强度等。
三是增加研究报告的考核形式。结合材料科学基础的特点，由教师罗列出热点领域，在班级分成若干小组，每个小组自行选取兴趣领域，形成研究报告，并在课堂上以PPT的形式进行报告。讲述该领域的发展现状及问题，形成PPT并向老师和同学做报告，最后形成综合评分。这一考核方式有助于培养学生的协调组织能力及团队意识。在促进学生自身思考以及激发学习主动性的同时，也能让学生及时了解最新的国际研究动态。
