关键词：无机非金属材料；专业选修课；教学方法
作者简介：张露露（1975-），女，湖南邵阳人，三峡大学机械与材料学院，副教授；杨学林（1973-），男，湖北均县人，三峡大学机械与材料学院，副教授。（湖北 宜昌 443002）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）20-0080-02
无机非金属材料是与金属材料、有机高分子材料并列的三大材料之一，是国民经济的重要基础，也是航空、航天、交通、能源和电子等高技术领域的重要支撑。目前，它正朝着多元化、复合化、功能化、结构—功能一体化方向发展。按照教育部“拓宽基础，淡化专业意识，扩大专业口径，培养复合型人才”的要求，结合三峡大学“高素质、强能力、应用型”的人才培养目标，金属材料工程专业开设了“无机非金属材料”课程作为专业选修课，这对于拓展学生专业知识、增强学生就业竞争力有着重要意义。
“无机非金属材料”课程主要介绍无机非金属材料的组成、结构和性能之间的关系，介绍陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料的制备工艺、组织结构特征、性能特点及其应用，以及无机非金属基复合材料和功能无机非金属材料等研究现状及其发展方向。该课程基础性、系统性和实用性较强。它作为金属材料工程专业的专业选修课，在教学内容和教学要求上不同于其作为无机非金属材料工程专业的专业必修课。金属材料工程专业开设“无机非金属材料”课程作为选修课的目的是让学生在完成金属材料工程专业必修课程的基础上，初步了解和认识无机非金属材料的基本理论知识、成型加工方法及其应用领域，掌握相应的基本知识、基本技能及必要的理论基础，深化学生的专业基础知识，拓展学科知识面。由于课程内容丰富，涉及化学、物理、材料学等多学科的专业知识，又紧跟材料科学发展的前沿，要让学生在有限的课时内理解并掌握其内容具有一定难度，因此，这对教学提出了较高要求。本文主要结合笔者近几年的教学实践和经验，就如何从教学内容、教学模式、教学方法和手段以及考核方式等方面进行改革和创新进行了探讨，以期更好地提高教学质量、增强教学效果。
一、优选教学资源，优化教学内容
目前，无机非金属材料方面的教材很多，如戴金辉等主编的《无机非金属材料概论》、卢安贤主编的《无机非金属材料导论》、陈照峰等主编的《无机非金属材料学》、王培铭主编的《无机非金属材料学》等，这些教材侧重点各不相同。根据该课程的选修课性质，按照专业知识面广、难易程度适中、实用性强的原则，三峡大学选用了戴金辉等主编的《无机非金属材料概论》作为该门课程的主要教材。该教材主要介绍陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料的结构、性能以及制备工艺，并扼要地介绍这几种材料的最新发展动态，[1]它吸取了国内外同类教材的精华，内容深广度适中，叙述深入浅出，适用性强，较适合作为三峡大学金属材料工程专业的选修课教材。同时，为帮助学生进一步加深对无机非金属材料的认识和了解，学校还指定了卢安贤编写的《无机非金属材料导论》作为辅助教材。为完善教学内容，还将陈照峰等主编的《无机非金属材料学》、王培铭主编的《无机非金属材料学》等教材作为教学参考书。
鉴于专业选修课教学内容弹性较大，在课堂教学中笔者注重学科知识的拓展和深化以及知识的更新，除讲授教材内容外，还有意识地结合社会生活中的热点问题、当前科技发展动态、学校无机非金属材料方面的科研成果以及自身的科研工作进行讲解和介绍，不断充实和优化教学内容。例如，在讲授陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四种传统无机非金属材料时，笔者一般首先介绍该材料的发展历史和现状，以增加学生对该材料的初步认识和了解，然后讲授书本上的相关理论知识；又如，在讲授无机非金属基复合材料时，笔者介绍了目前比较热门的新能源材料，并谈及了一些自己在锂离子电池材料方面的科研工作情况。这些相关教学内容的补充不仅提高了学生对该课程的学习兴趣，也激发了学生的科研兴趣和创新意识，达到了较好的教学效果。
二、改革教学模式，创新教学方法
专业选修课的特点决定了它的教学不同于必修课，它不仅强调知识的系统性和完整性，强调学习方法、科研方法的引导，而且更需要激发学生的学习兴趣。针对“无机非金属材料”课程的专业选修课性质及其理论性强、内容枯燥、学生全面掌握知识点难度较大等特点，笔者坚持“以教师为主导，以学生为主体”的教学原则，采用了多媒体教学与传统教学相结合的教学模式，运用了案例教学、课堂讨论、学生自主学习、任务趋动等灵活多变的教学方法和手段，以提高教学质量，增强教学效果。
1.采用多媒体教学与传统教学相结合的教学模式
多媒体作为一种现代化教学手段，被广泛引入各高校的教学当中。它集图、文、声、动画于一体，能将抽象的概念直观化、具体化，将枯燥的内容生动化，并容纳较大信息量，使课堂教学变得生动、活泼、富有新意，教学效率高，效果明显。[2]而传统的教学方式，教师可以通过在讲台上的“表演”吸引学生的注意力，有利于实现师生间的互动。“无机非金属材料学”课程涉及知识面广、理论性强、内容枯燥，为尽可能调动学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解和记忆，笔者针对各部分教学内容进行精心构思，采用了多媒体教学与传统教学相结合的教学模式。在教学过程中，笔者一方面制作了图文并茂的相应课件，另一方面也注重传统教学方式中教态和教学语言的运用。通过教师亲切生动的讲授和大量课件的展示，增加了学生对无机非金属材料的感性认识，加深了学生对理论知识的理解和记忆，取得了较好的教学效果。
2.注重案例教学，坚持理论联系实际
“无机非金属材料学”是一门理论性较强的课程。在教学过程中，笔者注重理论联系实际，尽可能地通过讲授实际案例激发学生的学习兴趣。如在讲授梯度功能材料时，笔者介绍了越王勾践剑，通过图片展示和对越王勾践剑结构的分析，既展现了中华民族的优秀智慧，又加深了学生对梯度功能材料的认识和理解；又如，在讲授水泥材料时笔者例举了伊朗为应对美国现有的穿地炸弹，已研制出既可抵御钻地炸弹，也可抵御地震的世界最强混凝土——“智能混凝土”，这一案例让学生更加深切体会到新材料的研发和应用直接关系到一个国家的工业活力和军事力量。这些案例的讲解都极大地激发了学生的学习兴趣和科研兴趣。
3.增强互动教学，营造良好的课堂氛围
根据选修课性质，课堂教学采用启发式讲授和学生讨论相结合的互动教学方法，可以很好地调动学生的学习积极性，营造良好的课堂氛围，提高教学质量，增强教学效果。因此，在教学过程中，笔者既重视发挥教师的主导作用，又尊重学生在学习中的主体地位。课堂上，笔者常常向学生提出问题，鼓励学生积极思考，并展开讨论。这种互动教学既激发了学生学习的积极性和主动性，又活跃了课堂气氛。例如，在讲授玻璃的定义时，笔者首先提出“有机玻璃、金属玻璃是玻璃吗？”这个问题，让学生进行思考，各抒己见，然后通过定义讲解，使学生找到正确答案，课堂气氛十分活跃。这种互动教学使学生对定义理解更加透彻，记忆更加深刻，教学效果好。
4.提倡自主学习，充分发挥学生的主观能动性
“授之以鱼，不如授之以渔。”随着现代电子信息技术的进步，充分引导学生运用新技术获取知识和信息，并利用这些信息完成学习任务，发挥学生的主观能动性，提高学生的自学能力，在教学过程中具有十分重要的意义。教师给学生布置课外学习任务，学生需要利用图书馆或网络资源查阅一定数量的文献，并通过自己的独立思考才能完成任务。这种任务驱动式教学方式既可以培养学生的自学能力，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，也可以培养学生的创新思维能力，这些能力的培养将为学生今后走上科研或生产岗位奠定良好基础。因此，在教学过程中，笔者提倡通过任务驱动的方式鼓励学生自主学习。这样不仅可以调动学生的学习兴趣，充分发挥学生的主观能动性，培养学生的自学能力和科研能力，同时还可弥补课堂教学内容的有限性，促使学生掌握更多的知识。如在学习特种玻璃时，笔者给学生布置了一项任务，即合理设计一款或多款学生心目中理想的未来玻璃。接到任务后，学生大胆想象，设计出了30多种自己心目中理想的未来玻璃，如破碎后能自动粘合的记忆玻璃、光强和颜色能随人体内电流和电磁波而变的情绪玻璃、不开窗即可自动换气的净化空气玻璃等，这些作品充分展现了学生学习的主观能动性和创新思维能力。又如，在学习完陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料这四种传统无机非金属材料后，笔者鼓励学生根据自己的兴趣选择任意一种无机非金属材料制作课件，在课堂上进行演示和讲解，再由学生展开互评。这次教学活动既锻炼了学生查阅文献和综述文献的能力、独立思考的能力以及表达沟通能力，也培养了学生的科研创新能力，获得了学生的一致好评。
三、注重教学效果，改革考核方式
考核环节作为教学活动的有机组成部分，是整个教学过程的重要环节之一。专业选修课的考核一般可根据实际情况采取灵活多样的方式。[3]传统的闭卷考核形式，需要学生死记硬背的知识点多，学生复习吃力，容易让学生造成思想负担，给学生学习带来压力，不利于调动学生学习的主动性和积极性；而采用课程论文形式进行考核，在信息高度发达的现代社会，学生中容易出现利用网络资源抄袭的现象，无法真正反映出教学效果。“无机非金属材料”课程作为金属材料工程专业的专业选修课，侧重于拓展学生的知识面，培养学生的综合专业能力。鉴于该课程的选修课性质和内容多、知识面广、学生全面掌握知识点难度较大等实际情况，为提高学生的学习积极性，并真实反映出学生的学习效果，笔者对该课程的考核方式也进行了相应改革，采取了过程性考核与终结性考核相结合的考核方式。其中，过程性考核成绩占该课程成绩的30%，考核内容主要包括课堂表现、出勤情况和任务完成情况等；终结性考核占70%，具体采用开卷考试形式进行。这种考核方式既可以较客观地反映学生对课堂知识的了解和掌握情况，也可以较真实地反映学生参与这门课程的学习态度和科研创新思维能力，从而真正体现出这门课程的教学效果。
四、结语
“无机非金属材料”课程作为一门内容多、知识面广、关注学科前沿的专业选修课，随着新材料及其技术的不断发展，其教学内容还需不断调整，教学方法、教学手段和考核方式也有待于进一步改进，这样才能更好地调动学生学习的积极性和主动性，提高教学质量，增强教学效果，从而为社会和企业培养出紧跟时代步伐的“高素质、强能力、应用型”材料类高级专业人才。
参考文献：
[1]戴金辉，葛兆明.无机非金属材料概论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004.
关键词：自出考题 自评成绩 师生互动 教学效果
中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0172-02
无机非金属材料工艺学课程是南京信息工程大学材料物理专业学生的专业基础课程，针对我校建设应用型人才的培养目标，该课程具有专业特点的主干专业基础课，无机非金属材料工艺学课程对传统三大工艺学（水泥工艺学、玻璃工艺学、陶瓷工艺学）进行了优化整合，从多方面阐述了无机非金属材料工艺学中的基本概念、基本理论以及基本工艺过程等规律。该课程目的是使学生通过本课程的学习，掌握无机非金属材料的制备原理、生产工艺过程中的共性及特点、生产过程中的物理化学变化，并使学生对无机非金属材料（特别是水泥、陶瓷、玻璃材料）的性能、生产过程和应用有较全面的了解。该课程注重对学生专业技能的培养，是一门综合性强、理论与实践相结合的课程[1～2]。
近几年来，作者对“无机材料工艺学”课教学方法进行了不断探索，在从事几年的无机材料工艺学课程的教学工作基础上，认识到教师若是在授课中只是一味的向学生灌输知识，而不注重与学生的互动，表面上教师教课效果很好，课堂学生的纪律性也很好，但学生在课程学习过程中注意力明显不足，对课程的知识点也了解很少，而临到考试学生往往采取突击的方式或者以老师划重点帮助复习的方式来通过考试，因此作者提出一改考试这种方法来单一检验课程的教学效果，而是提出在课堂上要注重改革教学内容，采用布置课外调研题的方式来提高学生学籍的积极性和思维能力，在考核方式上采用试卷、专题报告和答辩相结合的这一全新的考查方式，进一步开拓师生互动、大学生研究性学习和展示创造能力的更大空间[3]。
1 课程教学面临的问题
近几年，我国很多高校建立的专业人才培养体系，着重强调大学科和宽口径的特点，大学科的基础课程门数增多，我校材料物理专业学生，在基础课程上要必修很多基础课程如大学物理、理论物理、固体物理、物理解析方程、以及现代物理专题等，在专业课程上强调宽口径特点，既除了材料科学与基础理论课程外，还有陶瓷材料、高分子材料、金属材料、磁性材料、复合材料、以及环境材料等，然而大学科和宽口径专业课程设置与学生在校恒定总学时之间存在突出矛盾，例如：各课程的课时比20世纪90年代前大大减小，出现了越是大学科和宽口径的学校，越没有明显专业的局面。但提高教学质量、发挥学生的主管能动性是教师始终追求的教学效果。然而，教师如何在较少课时内保证甚至提高教学质量，是需要首先求解的问题。
其次，很多专业课程的开设时间多半安排在大三下学期，而这一学期恰恰是很多学生准备考研的时间，因此任课教师就要引导好学生正确处理专业课学习与考研复习间的关系。老师在专业课程的授课过程中要能够结合考研课程的重点内容，引导学生更好的学习，既解决了激活课堂、提高学生学习热情，同时又能帮忙学生更好地面对考研。
最后，学生在大学拥有的自由时间很多，但很多学生却浪费在上网和玩游戏上，较少学生真正去研究自己所学专业的知识点和发展前景的。因此，教师在讲授专业课的同时，如何引导学生在课后自觉开展学习，是专业课教师要解决的第三个问题[4]。
因此笔者以无机材料工艺学课程教学为例，进行了一些改革和探索。
2 课程教学改革与研究
2.1 促进专业课程教材建设
教材建设是精品课程建设的重要组成部分，教材是保证教学质量的关键，是教学改革成果的集中体现。本课程选用山东大学王琦教授主编的《无机非金属材料工艺学》，该教材具有逻辑清楚、概念简单、实践环节充分等特点，该教材主要阐述了无机非金属材料工艺中的基本概念、基本理论、基本工艺过程及其共性规律，强调了无机非金属材料工艺的主要过程及其内在联系，包括原料及预处理、材料热加工、制品及制品加工以及材料性能等。作者也在致力于结合本系材料物理专业的特点，积极编写《无机非金属材料结构与物性讲义》及与课程配套的习题集，制订了“无机非金属材料工艺学”课程教学大纲，制作了多媒体网络课件，为课程建设和发展打下了良好的基础[5]。
2.2 改进课程教学方法
无机非金属材料课程教学采取“启发式”和“探究式”的研究型教学方法，为了调动学生的积极性，可以通过在课堂上提问、学生参与讨论以及学生专题报告等方式，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高学生的综合素质。通过学生的专题报告，培养学生理论与实践相结合的能力，有利于应用型人才和创新思维能力的培养。同时，在教学过程中教师还注意重点把最新的科技成果、创新思想以及最新的科学研究手段和方法介绍给学生，启迪学生思维，培养创新精神。
人在学习的过程中最常用的是“反省思维”，即产生疑惑、发现问题、搜集材料、逻辑推理以及解决问题。因此教师在教学中应该布置一些问题给学生，安排三到四个学生一组，查找相应的资料，运用自己所学的知识来找到解决问题的方法，使学生能够独立的思考，化盲目地接受知识为主动地思考，培养学生的逻辑思维能力[6]。
2.3 优化课程教学手段
在教学中应积极引入各种教学手段，如图像、视频等多种多媒体教学，教师充分运用多媒体教学手段，发挥其形象具体直观、图文清晰规范、信息量大、知识面宽的优势，运用多媒体将新材料制备通过多彩动画的形象描述和展示，能够将普通教学难以表达和阐述的教学中的重点和难点简单化、形象化，显著提高了教学效率，增强了教学效果，有利于调动学生的各种感觉器官参与教学活动，充分发挥其想象力。
采用多媒体教学，因注意灵活使用，切忌用大篇幅的文字，对于PPT的制作，教师也应认真对待，字体大小合适，色彩分明，图片清晰，对于传统教学中学生难以理解的抽象内容、复杂的变化过程以及工厂的实际生产过程等，可以通过视频动画形象、直观、清晰地展现在学生面前，例如通过动画将陶瓷的烧结过程形象地演示出来，可以让学生更好地了解陶瓷烧结过程的机理及影响因素[7]。
2.4 提高课程实践环节
无机非金属材料工艺学课程是一门实践性很强的课程，因此课程组始终遵循“以材料学科平台为依托，以学生实践能力、创新能力、科学思维能力和探索精神的培养为核心，重视和加强实验教学，理论教学与实验教学并重”的实验教学理念，强调知识传授和能力培养协调发展、实验教学与理论教学统筹兼顾的原则，建立多层次实验教学平台，鼓励学生积极参加课外科技创新活动，培养学生的理论联系实际能力、实践动手能力、分析与解决问题能力和科技创新意识。
本课程内容与无机非金属材料加工企业生产密切相关，课程教学中十分重视实习教学，让学生在理论的基础上培养动手能力和解决实际问题的能力。在课程的专业教学计划中有明确的实践性教学体系。通过金工实习、认识实习、生产实习，使学生对无机非金属材料加工工艺有较全面的认识，理论联系实际，结合已学知识理解生产过程采用的设备、工艺和操作方法，强化对专业基础课理论知识的认识，通过实习培养了学生的劳动意识，增强团队精神，培养思考问题和解决问题的本领[8]。在学期最后的毕业设计及论文中，学生要对自己所学知识进行总结、深化，上升到一个新的层面，为毕业后从事相关专业工作打下坚实基础。
2.5 改革课程考核方式
作者提出一改考试来检验教学效果的这一单一方式，提出在考核方式上采用试卷、专题报告和答辩相结合的这一全新的考查方式来检验授课效果。对于学生而言这是一种新考核模式，会有很大的兴趣，教师规定大的选题方向，学生可以根据自己的兴趣，拟定各自报告专题，大家的侧重点各不相同，通过在课堂上学生自己做专题报告的方式来检验学生对课程知识点掌握的情况。由于这种考核方式具有“学术交流”的性质，学生们选题各不相同，专题报告的方式也各不相同，在报告过程中学生不仅提高自己的表达能力，而且听取了其他同学的报告，参与全体同学的答辩过程，学生能够初步体会到什么是学术会议，什么是答辩考试。这样不仅锻炼了个人表述能力，更营造出一种学术氛围，在相互学习、相互促进的过程中，每个人的知识面得到很大扩充，无论是内容广度、深度、新颖性都会大大超越教师的讲授内容。
3 结语
总之专业课程体系改革是一个系统性，全面性，前瞻性的综合性工程。无机非金属材料工艺学课程教学改革，是材料物理专业体系整体改革的一部分。作为材料物理专业技术基础课程之一，它与一些后继课程相互依存、互为补充。在教学改革中，只有我们不断实践与思考，群策群力，才能为创新型复合型人才的培养奠定基础。
参考文献
[1] 许丹，王凤芹.《机械工程材料》课多媒体双语教学的实践[J].科技教育创新，2006（12）：262.
[2] 王东凤.浅谈《机械工程材料》课教学中学生思维能力的培养[J].教育教学，2009（1）：93.
[3] 刘月秀，刘辉.大学生研究性学习探析[J].中山大学学报论丛，2005，25（3）：111.
[4] 詹茂盛，李晓东.自出考题自评成绩——高分子材料课教学模式探索[J]，化工高等教育，2006（4）.
[5] 宋鹏，王琦.无机非金属材料工艺学课程的改革与建设[J].广州化工，2010（11）.
[6] 王东凤.浅谈《机械工程材料》课教学中学生思维能力的培养[J].科技风，2009（1）.
摘要：本文主要讲述了现代无机非金属材料的发展方向，即材料低维化、材料复合化、材料智能化、材料对环境危害减小化。
关键词：现代无机非金属材料；低维化；复合化；智能化；
环境危害减小化
在现代高科技技术的快速发展的大环境下，各行各业对新材料新功能的需求日益增加，而材料也成为了制衡各行业能否顺利向前发展的关键一环，整个材料行业本身也随着科技的进步取得了很大的成果。现代无机非金属材料除了要满足传统的功能要求和使用传统的加工生产工艺之外，随着新的国家和市场的需要以及新的技术的使用下，无机非金属材料在现代朝着以下几个方向发展：无机非金属材料的低维化、无机非金属材料的复合化、无机非金属材料的智能化、无机非金属材料对环境危害减小化。
1、材料低维化
宏观上的低维化是从整体材料向薄膜材料和纤维材料的发展。现代微电子、光电子和光子学器件等原件都是集成化的，随着其所担负功能越来越复杂但其所占用体积越来越小，普通的无机非金属材料已经不能满足这点要求，因此对于大多数信息功能器件只能使用薄膜材料，这是材料向低维化发展的一个很大原因，那就是原先无机非金属材料已经不能满足其新的使用要求。还有一点就是新的无机非金属材料可以拥有更多的特殊功能。例如结构材料通常使用涂层和薄膜来改变性能，包括增强、增韧、耐磨等。在结构材料的功能化上，薄膜具有特殊的作用。因此无机非金属材料的薄膜制备、结构和性能、表面态以及发展新的薄膜材料的研究就十分重要。在功能器件中纤维也作为集成元件，如光通信中光信号的放大、调制、选模等功能都通过功能纤维来完成，形成集成纤维光路和光网。
无机非金属材料微观上的低维化，是材料组织结构的尺寸不断变小，即从毫米、微米趋向纳米。上世纪末出现的光子学晶体，是以一维、二维和三维的以光波长为尺度(微米和亚微米)以介电常数空间周期变化的人工带隙新材料，将在本世纪内有很快的发展，特别是应用于光电子学和光子学材料和器件。纳米尺度上的超晶格薄膜、纳米线、纳米点材料的结构、性能的尺寸效应以及纳米材料的制备在上世纪末已作为公共关心的主题。纳米材料和器件由于其尺度上纳米量级，可表现出许多不同于块体结构的性质，对材料结构和性能关系的认识延伸到介观尺度。进入到21世纪将以纳米器件为中心来研究纳米材料的合成、组装与性能调控。进一步的低维化，涉及到基于原子和分子的纳米材料和技术，低维纳米材料及其复合的量子特性，量子限域体系设计和制造，研究量子点和量子线材料的电子和能带结构、杂质态和缺陷态等与结构与材料的物理性质关系，实现量子调控。
2、无机非金属材料复合化
无机非金属材料与其他材料的复合，包括与金属材料和有机高分子材料的复合是不断增加其新功能的一个主要方法。主要是根据现实中对材料新功能要求，以此为研发目标，不断的优化三大类材料的各自优点，并将其进行复合。上个世纪在传统无机非金属材料上已广泛采用，如钢筋混凝土(金属与水泥)、玻璃钢(有机高分子与无机玻璃纤维)，这类以结构材料为主的复合材料，今后仍将优化并继续发展。还有一种复合就是随着材料新性能的增加而不断产生的新的材料的复合，这种复合一般又有很大的随机性，但其可能表现出的新性能通常也是比没有复合有很大的提高。随着材料的复合的尺寸愈来愈小，以至于达到纳米和分子尺度上的复合或称之为杂化，今后在无机非金属功能材料上将颇为明显，如纳米和敏化染料杂化以及以纳米线与唾吩的复合材料的太阳能电池材料，高的非线性光学常数的无机一有机杂化材料，碳纳管与有机熔盐制成高度导电的聚合物纳米管复合材料等。功能的复合将使结构材料与功能材料的界限逐步消失，例如平板玻璃是作为门、窗、墙的结构材料，但当平板玻璃镀膜后就具有不同的光反射和吸收的阳光控制和低辐玻璃后，就成为能满足节能、环保、安全和装饰的多功能建筑玻璃。结构陶瓷也逐步功能化，利用陶瓷优良的介电性能和光反射性能，发展了结构、防热、透波(或吸波)等陶瓷材料。利用AIN陶瓷高的导热性、低的电导率和热膨胀以及优良的机械性可作为大功率半导体集成器件的基板。
作为无机非金属材料与金属材料和有机高分子材料的复合化发展趋势。复合化的最终是以应用为目标,如无机非金属材料已广泛应用在钢筋混凝土、玻璃钢等方面其中主要就是用有机高分子与无机玻璃
纤维来组成,这种结构材料为主的复合材料,这也是复合材料具有单一材料所无法满足的使用功能,更是建筑材料发展趋势。
3、无机非金属材料智能化
随着新材料的出现以及新的信号传感控制系统的逐渐应用，材料的智能化已经不再遥远。所谓材料的智能化即材料能接受外部环境变化的信息，并能实时做出反馈。这将极大的提高材料的使用范围，因此智能无机非金属材料日益受到关注。最早的智能化材料为被动式，如光色(光致变色)材料受阳光辐射，自动改变透光度，但透光度的深浅是不同控的。但电致变色材料不仅光照后变色，并且变色程度由外加电压可控，是智能自动式。智能化功能材料大都分为多片压电和铁电陶瓷的复式结构，外场信号的感知和反馈操作是分开的，目前趋向薄膜化和集成化。纳米复合材料的出现，可以把不同功能的材料从微观上复合在一起，形成紧凑的单体智能材料，这也是多功能无机非金属材料的主要发展方向。目前应用领域较广的建筑智能化,提高建筑材料的安全性智能等方面。
4、无机非金属材料对环境危害减小化
21世纪是人类与自然环境和谐发展的时代，尤其是我们国家，几乎所有的建设项目如果环境这不达标的话就会遭到全盘否决。所以节能降耗、环境友好、资源综合和循环利用、废弃物资循环利用和处理、有害气体液体的低排放和无害处理、有毒有害元素的替代必将是我国无机非金属材料的创新研究和生产中必须遵循的，应该全方位、多学科地研究绿色生产工艺、环境协调材料制备技术及其理论基础。传统无机非金属材料产业是著名的资源、能源高消耗和对环境的高污染。如今要按照“全面、协调、可持续发展”的科学发展观，首先解决传统无机非金属材料与生态环境协调的生产技术，成为生态环境材料。加强理论基础研究，探索出低能耗少污染的新的合成和制造工艺;提高产品性能和节耗的技术途径;废气废料的合理科学处理技术;矿物资源的合理利用和结构调整。以传统的无机非金属材料为例，建立材料环境负荷评价的方法。
发挥无机非金属材料的制备特点，加强对改善环境的关键材料的研究，诸如核废物固化材料以解决核废物的永久处理;汽车和柴油机尾气三效催化剂(稀土复合氧化物)及载体材料(多孔陶瓷和陶瓷纤维)以解决汽车和柴油机的尾气污染;光催化的建筑材料以解决建筑材料的自洁以及无机膜分离材料对药物、食物和污水处理。
5、结语
无机非金属材料在几乎所有的高科技产业中都有很重要的作用，并且随着无机非金属材料传统性能的优化以及新功能的开发，它的地位将会越来越牢固。因此正确的把握无机非金属材料的发展方向，结合这个特定时代对其的特定需求去发展整个行业，将会进一步促进整个行业的发展，使其更好的在国民经济建设中发挥作用。（作者单位：郑州大学材料科学与工程学院）
参考文献：
【关键词】化工建筑；化学腐蚀；防护
在化学工业的生产过程中,总避免不了部分气体和液体（通常称作化学介质）的泄漏，这些液体和气体通常都是有腐蚀作用的,对建筑会产生腐蚀性作用，给化工行业带来巨大的经济损失。本文主要讨论化工生产过程中一般性化学介质对建筑的腐蚀性作用以及其防护方法，建筑材料主要有金属以及无机非金属材料组成，因此本文只解决金属和无机非金属建筑材料的腐蚀和防腐。
1.金属建筑材料的腐蚀和防护
金属材料的腐蚀主要是化学腐蚀，化学腐蚀是金属与接触到的物质直接发生氧化还原反应而被氧化损耗的过程，化工行业建筑的腐蚀主要是泄漏气体和液体。一般的防护方法有钝化、电镀、刷隔离层等。
1.1金属建筑材料的腐蚀
1.1.1气体泄漏腐蚀
化工生产中往往会有含硫、含氮等腐蚀性气体的泄漏，加上空气中存在的一些气体水分，与金属建筑材料的直接接触而具有的极大地腐蚀作用。
1.1.2液体的腐蚀
化工生产过程中的液体往往是非电解质，因此暂不考虑电化学腐蚀。金属在非电解质中为什么会腐蚀？
从热力学的角度来看,这是由于金属的不稳定性导致的,它和周围介质发生作用有形成金属离子的倾向。金属这种形成金属离子的倾向与金属本身的性质有关,也受外界条件和周围介质的影响。
1.2金属建筑材料的防护措施
1.2.1改变碳钢的组成成分
在碳钢中加入一些合金元素,是增加其抗气化性的有效途径,增强钢的抗氧化性有效的合金元素有Si、Al、Cr等。铬铝等合金元素和氧的亲和力比较大, 铬铝等元素在金属表面和空气接触易发生作用形成致密的氧化膜而阻止里层金属离子的向外扩散，从而保护里层的金属。
1.2.2采用在金属表面覆盖金属或非金属镀层的方法,来防止介质与底层金属直接接触,从而提高了金属的抗氧化性。
1.2.3改变介质的组成,使用保护性气体或通过控制气体组成,来降低介质的腐蚀性。在金属热处理时这种保护方法应用的比较多。其基本原理是通过控制热处理炉中的气体成分,使钢铁制件既不发生氧化,也不会发生渗碳、脱碳的现象。
2.无机非金属建筑材料的腐蚀与防护
2.1无机非金属建筑材料的腐蚀
建筑工程中无机非金属材料主要组成成分是硅酸盐,通常有玻璃、水泥、陶瓷等，它们在一般的情况下都具有良好的耐腐蚀性能，但绝对耐腐蚀的无机非金属材料是不存在的。通常认为无机非金属材料的耐腐蚀性是由下类因素决定。
2.1.1无机非金属材料的化学成分
硅酸盐主要组成成分以SiO2为主,SiO2(尤其无定型SiO2)容易与强碱容易发生反应，生成硅酸盐和水，而硅酸盐除硅酸钙硅酸钡等不溶于水外，大部分都易溶于水，都能溶于强酸而生成硅酸，因而对其产生腐蚀性作用，其主要的化学方程式如下：
SiO2+2NaOH=Na2SiO2+H2O
Na2SiO3+Hcl+H2O=H4SiO4+Nacl
SiO2与大部分酸都不起反应，耐酸强度比较高，因此一般情况下SiO2含量较高的材料耐酸性能比较高，SiO2含量较低的材料耐酸性能比较低。但其能与唯一的两种酸—HF和高温H5PO5起反应，SiO2能和任意浓度的HF和温度高于300摄氏度的磷酸发生反应，其主要反应化学方程式如下：
SiO2+4HF=SiF4(g)+2H2O
SiF4+2HF=H2[SiF6](氟硅酸)
H5PO5HPO3+H2O
2HPO3=P2O5+H2O
P2O5+SiO2=SiP2O7(焦磷酸硅)
2.1.2无机非金属材料的矿物组成
一般情况下, SiO2的在材料中的组成成分越多，材料的耐酸性越好，但也有其他组成成分的影响。如铸石中的SiO2的质量分数比较低，但其与三氧化二铝、三氧化铁等组合，在高温下能形成耐腐蚀性很强的矿物—普通辉石。碱性氧化物很容易与酸发生反应，生成易溶于水的盐，例如：Fe2O3与Hcl反应，生成Fecl3，因此含有大量碱性氧化物(CaO、MgO)的材料,基本上不耐酸性，但是其耐碱性是异常的好。
2.1.3形成原电池
无机非金属材料中如果存在易导电的物质与电解质结合，就容易形成原电池，加快化学腐蚀，例如有些无机非金属材料中存在着石墨，在酸性溶液中与金属结合，就构成了原电池。
2.2无机非金属建筑材料的防护
2.2.1加覆盖层和贴面材料
在有腐蚀的环境下,可以在混凝土表面加一具有较好粘结力和弹性的贴面材料层或覆盖层。如果该贴面材料层或者覆盖层粘结力和弹性较差的话，该保护层可能会产生裂缝，甚至脱落。此保护层可以选用花岗岩、瓷砖、沥青毡等材料，根据材料的特性与实际的使用要求进行选择使用。
由于化工企业还存在火灾、爆炸等危险,因此耐腐蚀材料的选用还要进行综合性的考虑,例如，如果表面要求既能防腐蚀又不会产生火花,这时就不能选择花岗岩作为贴面材料层,因为花岗岩能够产生火花;如果表面要求既能防腐蚀又能检修荷载,则需要选用贴面材料,而不能选用脆性材料。
2.2.2提高混凝土致密度与表面处理
混凝土越致密,就越难被腐蚀，因为腐蚀介质很难渗入致密的混凝土。通过正确的设计混凝土的配合比例，降低水灰比值，仔细选择集料颗粒大小的级配,采用抽真空、养护、振捣密实等方法，即可得到致密的混凝土。或者采用化学方法对混凝土的表面进行处理,使得混凝土中的氢氧化钙转变成致密的难溶物质。基于成本的考虑,通常采用碳酸化方法,即在混凝土构件投入使用之前,先将构件在空气中进行碳化处理使其产生致密的碳酸钙外壳。对混凝土表面使用硅酸盐(如硅酸镁、硅酸锌)的水溶液进行处理可以提高混凝土的抗渗性和耐腐蚀性。
2.2.3改变矿物的组成和水化产物的组成和形态
根据腐蚀机理可以推断,减少C3S在水泥熟料中的含量，可以增强水泥的抗硫酸盐性，也能够降低水泥的软水溶析能力；如果在减少熟料中的C3S含量的同事,相应适当地增加C3FA的含量,则还能提高水泥的抗酸性能。这是由于C4AF（铁铝酸四钙）的水化物为水化铁酸钙和水化铝酸钙的固溶体C3(A,F)H6,铁酸钙的硫酸盐性能比铝酸钙要好。此外,铁酸钙还会在水化铝酸钙周围生成致密的薄膜,从而提高硫酸盐性能。
3.结语
化工行业的建筑结构的腐蚀主要是由于化工生产过程中腐蚀性介质的泄漏。防止或减少腐蚀性介质的泄漏,是防止建筑物和构筑物最有效的防护措施。因此在一般的环境下,首先考虑的应该都是如何减少生产过程中的泄漏,因此如何提高设备的致密程度,减少介质通过的环节就变得尤其重要。
腐蚀除了存在于化工产业，还存在于生活的各个方面，比如自然的污染、机器的老化等等。腐蚀现象给我们造成了巨大的经济损失，给我们的生命安全也造成了很大的威胁，腐蚀现象也越来越引起人们更多的关注，虽然腐蚀是不可避免的，但实践告诉我们,充分的利用现有的防腐技术,严格执行科学化的管理措施,可以避免30%～40%的由于腐蚀而导致的经济损失。 [科]
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【关键词】无机非金属材料；研制；性能表征
引言
这些年，干法静电喷涂是一类先进的涂搪技术在搪瓷技艺中广泛的被应用。碳酸钙是一类重要的无机非金属材料，作为工业制品的关键填充剂与助剂。搪瓷性能的好坏直接关系到搪瓷粉末的发展和销量[1]，所以对其性能的测试及置换的配方调配都是需要重点关注的问题。鉴于此，本文对无机非金属材料的研制与性能表征进行分析与探究具有较为深远的意义。
1、无机非金属材料低温静电搪瓷的研制与性能表征
1.1基本研制原理
低温静电搪瓷的研制关键在于新型先进的静电粉末喷涂法。这种方法是根据粉末涂料在高压静电场条件下通过感应起电或者摩擦起电，同时让接地的被涂抹物拥有和粉末涂料相反的电荷[2]。本实验所使用的就是通过电晕放电式荷电静电粉末喷枪。这类喷涂工艺凭借压缩空气把搪瓷粉末利用管道传输到带有负电的高压喷枪例，让它拥有负电荷然后喷射出，被涂抹在带有正电荷的净坯上，从而构成了均衡的瓷粉层，通过烧纸最终得到了瓷器表面光滑、亮度很好的成品。当粉末涂料通过静电粉末喷枪给被涂物进行涂抹时，带电荷的粉末涂料被添加进带相反电荷的被涂物表层，之后被涂物进入烘烤炉例让粉末涂料融化流平或者交联固化成膜状。这是目前国内外使用的最多、最普遍的一种粉末涂料涂装方式。具体操作流程见图1-1、1-2所示
图1-1手动静电喷枪使用经过
a- 静电式喷枪 b-电离出的负氧离子 c-带电搪瓷粉末 d-附带有搪瓷颗粒的部件
图1-2静电喷涂的简单配置
1.流化粉桶 2.喷粉间 3.待涂部件 4.喷枪；Q：粉末流化率 n：沉积效率
1.2静电干粉搪瓷的优势与性能表征
静电干粉涂搪的技艺特征就是需要的粉量不多，瓷粉的使用率可以达到95%以上，工业品的品质较好[3]，底坯提前处理简单方面，属于涂搪技艺的跨越式改进，是以后国内外大、中型搪瓷生产企业发展的重要技术目标。因为这类涂搪技艺是根据基板和瓷釉粉末之间的静电作用而引发粘附的原理，一般需要让瓷釉粉末拥有很好的绝缘电阻率，大概是1014至1016欧姆.厘米。不然粘附于基板处的瓷釉就会因为缺乏电荷而掉落下来。所以，必须在粉末的外层覆盖上一层高电阻的有机聚合物，从而提升瓷釉的绝缘电阻。静电喷涂技艺有着过去的干法、湿法涂搪技艺所没有的显著优点：①在很好的光泽度、匀称的色彩、相一致的瓷壁厚度上，这项工艺都拥有其独特的效果[4]。②它在某些程度很好的降低了能源损耗，节约了一定劳动力。③瓷釉粉的使用率很高，同时可以在密封体系中完成回收再利用，减少了不必要的污染，主要是因为喷粉室利用了回收装备；④瓷壁较薄，材料的使用少，被喷涂的部件没有留下死角部分。⑤有关的金属坯件的前期提前处置需要不多。更加显著的优点是，它能够满足不间断大规模生产工业品制造的需求，和传统工艺比较它的工序更加简单高效。总而言之就是，它有着涂壁厚度匀称、表层品质好、耐酸碱腐蚀性、机械性能好、成品的使用期限长、无污染与生产效率高。具体见图1-3：
图1-3静电喷涂和过去涂搪方式的有关性能对比
静电搪瓷粉末老化的问题一般可以经过以下方式来有效处理：添加固化剂、增添催化剂、提升温度、预水解玻璃料表层。
2、无机非金属材料碳酸钙的研制与性能表征
2.1人工合成高聚物聚乙二醇对于碳酸钙晶体培育的调节
碳酸钙不但是矿物质中关键的一类，而且也是一类非常关键的无机非金属材料，是工业品中的关键填充剂与助剂。它作为一类重要的无机填料，目前已经广泛的应用在橡胶、涂料、油墨、日用化工、医药、食品等行业上。随着以上行业的迅速发展，碳酸钙制品正走向粒径极细化、晶型多样化和表明改性目标发展[5]，让它不仅有填充效果还有很好的补强性。为了适应多用途，调节晶体的培育化学工作已经在国内外开展起来了，拥有一定构造的有机表层包括自组装单分子膜、LB膜、生物大分子和某些离子、蛋白质等被普遍的用来当成模板调控碳酸钙的晶体培育。另外能够阻挡碳酸钙结晶形状相互变化，以此获得亚稳定状态的结晶形状。这些年，人工合成的高聚物在矿化中被普遍的使用，研究证明，拥有低分子量的聚合物添加剂能够有效促进碳酸钙晶体的成长[6]。其中聚乙二醇就属于这种聚合物，无毒，是非离子表面活性剂，有亲水基团与疏水基。碳酸钙的结晶发生在室温条件下，利用直接沉淀的方式完成。先调配实验需要的所有PEG溶液，然后2.22gCaCl2（0.02mol）和2.12gNa2CO3（0.02mol）分别溶于100mL上面的溶液里。然后把Na2CO3（100ml，0.2M）溶液在磁力搅动中慢慢滴进CaCl2（100mL，0.2M）溶液。搅动10分钟后把溶液密封，经过一天后的沉淀抽滤，从而得到碳酸钙沉淀，使用多次蒸馏水与无水乙醇洗涤。然后干燥。
2.2不同分子量的PEG体系中获得的碳酸钙晶体的表征
不同分子量的PEG的浓度调控在0.5%左右[7]。在PEG10000体系中获得的碳酸钙晶体，大部分是斜方六面体形状，颗粒大小不匀称，规模的差距显著，表层相当粗糙，棱角不太分明。而在PEG6000的体系中，不但有方解石的特点吸收峰，还有球霰石的吸收峰。因而得出结论，在PEG10000与PEG20000D的体系引发下，得到的CaCO3晶体是方解石晶型，属于高分子量的PEG体系有助于方解石晶型的稳固。
结语
通过本文探究，认识到无机非金属材料的研制的经过，因此对其性能表征进行加强便显得极为重要。然而，这是一项较为系统的工作，不能一蹴而就，需要从多方面完善，比如人工合成对于碳酸钙晶体培育。相信做好以上这些，无机非金属材料的研制将能够得到有效强化，进一步为无机非金属材料的发展奠定尤为坚实的基础。
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关键词：复合材料与工程；人才培养；专业面；工程能力
中图分类号：G642.0？摇 文献标志码：A？摇 文章编号：1674-9324（2014）01-0098-02
复合材料是材料科学与工程发展最为活跃的前沿领域之一，是国防和国民经济建设的关键高技术新材料。我国高校开设的本科复合材料与工程专业一般以聚合物基复合材料为主线，目标是培养具备复合材料与工程领域的基础理论、专业知识和实验技能，适应现代复合材料高科技化发展趋势，掌握复合材料设计与制备技术，能从事先进复合材料与结构的设计、制备、评价的高级专业技术人才。我国聚合物基复合材料工业发展迅猛，产销量居世界首位。但是相对于发达国家的研究和应用水平，还存在很大差距。因此，面对日益增加的技术需求与教学内容的大量更新，为适应现代教育培养的新形势，必须对复合材料与工程专业的人才培养进行全面研究与改革。济南大学复合材料与工程专业自1995年招收本科生，1999年获得硕士学位授予权。我校的人才培养教学实践和对其他高校的调研结果表明，复合材料与工程专业的课程体系中普遍存在四个方面的问题：①化学与力学知识薄弱，创新能力差；②专业面太窄，毕业生工作适应性差；③理论与实践环节脱节，学生解决实际工程能力弱；④没有很好体现办学特色。针对上述问题，如何根据当今复合材料的发展，开展先进的、科学可行的专业人才培养工作，具有重要的现实意义和深远的历史意义。
一、加强有机化学、高分子知识的讲授
聚合物基复合材料的基体材料是有机物。有机化学是一门探讨有机分子结构性质、有机反应途径机理以及相关产物分离与结构鉴定的基础科学，是本专业一门重要的专业基础课。有机化学是聚合物合成的反应类型和反应机理的坚实基础。教学过程中应培养学生从有机化学的角度学习和设计聚合物合成的反应过程，提高学生学习高分子化学的效率，启发学生对聚合物设计的创新思维。高分子化学和高分子物理是本专业两门重要的专业技术基础课，既是理论学科，又是应用学科，涉及理论和实验教学两方面[1]。其专业理论性强，概念复杂，抽象难懂，聚合反应机理都是微观的，内容较难掌握，容易影响学生的学习兴趣。同时，教学内容与学时数减少的矛盾日益突出。为了提高学生学习的积极性和主观能动性，授课过程应结合复合材料常用聚合物基体材料，注重对各知识点进行重组和精练，不拘泥于教材内容的排序，兼顾聚合物基体最新的科技进展，做到重点突出，主次分明，紧密结合工程实践应用。
二、加强力学与结构设计知识的讲授
复合材料既是一种材料又是一种结构。复合材料的组分材料和纤维的铺设方向可以按照设计要求进行选择，即复合材料具有可设计性。复合材料的非均匀性和各向异性是复合材料力学的重要特点。与常规材料的力学理论相比，普通力学问题在复合材料力学中需要重新研究，以确定常规材料的力学理论、方法、公式的适用性与如何修正。对于复合材料的结构进行力学分析和设计计算必须以准确的复合材料力学性能数据为前提。随着复合材料的开发和应用，复合材料力学已形成独立的学科分支并蓬勃发展。
三、扩宽专业面，提高毕业生工作适应性
复合材料与工程专业涉及面广，内容多，如何根据社会的不同需要设置不同的专业教学知识体系十分重要，也非常困难。从毕业生就业和工作情况分析，应进一步扩宽学生知识面，提高其工作适应性。复合材料行业的发展，一方面分工越来越细，出现高度专业化趋势；另一方面技术复合程度越来越高，出现高度综合化趋势。因此，在专业课与选修课的设置上应充分考虑，使学生的专业知识、技能、工程素质与管理素质得到提高，工作的适应性增强。针对这种情况，我校对课程体系设置进行了改革，主干学科还是材料科学与工程，主要课程包括工程力学、物理化学、高分子化学及物理、材料科学基础、材料复合原理、复合材料学、复合材料聚合物基体、复合材料工艺与设备、复合材料结构设计基础、复合材料测试技术、现代材料测试技术。选修课的设置充分考虑扩宽知识面和就业，具体科目包括无机非金属材料工艺概论、新型建筑材料、工业仪表与工程测试、计算机辅助设计、试验设计与数据处理、金属材料概论、材料科学研究方法、建筑装饰材料、建筑装饰艺术设计等。
四、进一步加强实践实训环节，提高毕业生工程能力
复合材料与工程专业属工程技术型专业，应侧重对学生工程能力、推广应用能力的培养。复合材料工业一直持续快速发展，其发展速度远超过经济发展速度，并且没有任何减速的迹象。限制其发展的主要因素是不能提供足够的训练有素的工程师。针对这种情况，我们不断完善人才培养方案，重视实践教学环节，将教学实验、实习、科研实践相结合，将校内外实践教学相结合，增加开设了两周的综合性实验和一周的设计性实验。同时，与企业建立了多个复合材料教学实践基地，除了规定的认识实习、生产实习和毕业实习以外，再组织有兴趣的同学利用寒暑假在企业进行实地学习，并请企业参与专业建设和人才培养方案制定。定期邀请相关的专家报告他们的新产品开发研究，介绍行业新工艺与新设备。实践教学效果得到显著提高。
五、结合各校实际情况，体现学科的办学特色
各高校复合材料与工程专业的办学条件差异较大，应扬长避短，积累优势，形成自己的特色[2]。复合材料按照基体材料的分类可以分为聚合物基复合材料、无机非金属基复合材料、金属基复合材料。我校复合材料与工程专业在十多年的发展过程中，形成了自己的办学特色和科研方向，将专业教学与科研融为一体。结合我校传统无机非金属材料的基础优势，在课堂教学和实践教学中，将专业面从聚合物基复合材料拓宽到无机非金属基复合材料，并保持无机基复合材料的优势和特色。我校复合材料与工程专业于2009年被评为山东省品牌专业。实践表明，我们的特色办学促进了人才培养目标的实现，在提高人才培养质量方面发挥了独到的作用，也为学生就业扩宽了渠道，为山东省复合材料行业发展做出了贡献。总之，复合材料工程技术型专业人才的培养，应加强相关基础知识的讲授，扩宽学生知识面，努力提高学生工程能力和创新能力，着力解决学生工程能力弱的问题，使毕业生在复合材料生产、设计及研究开发等方面具有更快更高更强的工作适应性。
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[关键词]材料科学与工程专业 材料科学基础 教学
“材料科学基础”是研究材料的成分、结构、性能之间的关系及其变化规律的一门基础学科，是材料科学与工程专业一级学科公共主干专业基础课。根据教育部提出的拓宽专业口径、按专业大类进行人才培养的基本思路和1997年国务院学位办颁发的新专业目录，材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、无机非金属材料和高分子材料。为此，各相关高校在材料科学与工程专业主干课程“材料科学基础”的教学上都进行了教学改革。暨南大学材料科学与工程专业自2002年设立以来，就依据教育部的要求，将专业培养目标设定为培养“大材料”科学研究与工程技术所需的人才。故“材料科学基础”课程内容设置为介绍三大材料的基础知识，在教学模式、手段及课程配套方面也具有鲜明的特色。本文阐述了暨南大学材料科学与工程系以“奠定学科专业基础，培养学生科学的思维能力”为宗旨，开展“材料科学基础”教学工作的经验和体会。并以此为契机，进一步优化教学内容，探索新的教学模式和教学手段，进一步提高教学质量。
一、课程发展历史、性质与定位
材料是人类文明发展的基石。人类发展的文明史就是按石器时代、陶器时代、青铜器时代、铁器时代来划分的，可见材料对人类文明进程的重要贡献。与人类使用材料的漫长历史相比，对材料的研究即材料科学的历史比较短暂。19世纪中叶，开始采用金相显微镜研究钢铁，相平衡热力学和统计热力学则为建立材料的相平衡与相变提供了理论基础。20世纪20年代，原子结构和量子力学提供了研究材料微观结构的理论，x射线衍射技术和电子显微技术为探索材料的微观结构提供了手段。20世纪50年代，金属学已初具规模。高校金属材料专业都开设了《金属学》课程。到20世纪60年代，世界经济的腾飞促使陶瓷学和高分子材料学建立，其代表作分别为wg金格瑞的《陶瓷导论》(introduction to ceramics)和pj flory的《高分子化学与物理》(polymer chemistry and physics)。前者，wg金格瑞教授将金属学的原理应用于无机材料的结构、热力学、动力学、相变及性能分析当中，成功地指导了水泥、玻璃和陶瓷材料的生产和科研。而pj flory教授则主要围绕聚合物的合成过程、聚集态结构以及物理、化学等行为特征，阐述了高分子材料的结构及性能。到今天，三大材料的研究相互渗透，研究方法相互借鉴，产生了21世纪的材料科学。
“材料科学基础”着眼于材料基本问题诸如材料的结合键、材料的晶体结构及缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固、材料中的扩散，材料的塑性变形、材料的亚稳态。从金属材料的基本理论出发，将高分子聚合物材料、陶瓷材料、复合材料等结合在一起，使学生能把握材料的共性，熟悉材料的个性。本课程横向融合金属材料、陶瓷材料和高分子材料的基础理论于一炉，纵向则充分利用学生已经学过的基础知识(包括高等数学、普通物理、物理化学、材料力学等)，并能连接后续的材料的分析与表征、材料物理、材料加工工艺学等必修课程及高分子材料、无机非金属材料、金属材料等模块的选修课程。
二、教学内容的优化和选择
现代材料工业和技术的发展推动材料从组成、结构和功能的单一化向复合化、一体化发展，使培养大材料、宽专业人才的教学改革迫在眉睫。在此形势下，2002年暨南大学材料科学与工程专业设立并开始招收首届本科学生，确定了《材料科学基础》为专业基础课(必修，72学时，4学分)。本课程内容旨在以物质结构和结构形成为主线将三大固体材料(金属材料、无机非金属材料、高分子材料)的基础知识有机结合，构建大材料专业公共性专业基础课教学体系。该课程体系旨在强化对学生重基础的通才教育模式，在教学内容上力求共性教学，突出个性特点。为此。从选择教材着手，优化教学内容，强化基础教学，着重培养学生科学的思维方法、创新能力以及运用基础理论解决实际问题的能力。
目前， “材料科学基础”教材体系可分为两大类。第一类沿袭“金属学”课程的教学内容，增加了少量无机非金属材料、高分子材料和复合材料等内容，往往侧重金属材料。这类教材基本上适合以金属材料为主导的材料科学与工程专业的教学。第二类教材则是在增加非金属材料、高分子材料、复合材料等新材料内容的同时，对该课程的所有内容进行了全新的组合，将它们有机地融入整个教材体系中，形成新的包含各种类型材料的教学体系。由于低年级本科学生的专业知识有限，这类教材在教学中要突出构建整个教学内容的逻辑性和条理性，避免学生掌握了各材料的个性，却忽视了各材料的共性，从而使整个课程陷入一个“材料学概论”的泥潭。为达到突出共性教学的目的，搭建一个合理材料科学与工程的知识平台，根据整个学科的培养方案和教学计划，我们选择上海交通大学出版社出版的面向21世纪新教材《材料科学基础》作为教材，从教学目标出发，该教材最显著的特点是着重于基本概念和基础理论，便于在教学中掌握深度和广度。根据本专业培养目标的要求和培养方案的特点，在确立教材内容、体系与后续课程的相互关联的基础上，在保持课程自身体系的完整性的条件下，兼顾到不同材料的特点及知识体系与要素课程内各个环节之间的逻辑关系，对该教材的内容进行了“扬弃”，将课程教学内容分为三大模块：
1 材料的结构。①微观结构：原子的排列方式、高分子链结构；②结构的完整性：晶体学基础、金属的晶体结构、合金、离子晶体结构规则、共价晶体结构、聚合物的晶态结构；③结构的不完整性：晶体缺陷、表面和界面、非晶态、亚稳态、准晶态。
2 固体中原子及分子的运动。①扩散：菲克第一、第二定律、扩散的热力学分析、扩散原子理论、影响因素；②高分子的分子运动：分子链的运动及其柔顺性、分子的运动方式及影响因素。
3 材料的组织结构变化。①材料的形变和再结晶：单晶和多晶体的塑性变形、回复和再结晶；②相图。单元系相图：凝固、形核和晶体长大；二元系相图：匀晶、共晶和包晶相图、混溶间隙、相图分析；三元系相图：相图基础、三元匀晶和共晶相图。
为了在上述教学内容中力求共性教学，以最大限度地淡化三大材料各自的专业色彩，力求突出共性的内容。例如，相平衡与相图的内容，选择了相律、相平衡热力学理论、一元、两元和三元基本相图类型的阅读等为重点内容，而淡化与此相关的教材中有关金属材料的冶金和铸造
方面的内容。
通过多年的教学实践，上述教学内容的优化既得到了后续课程教师的肯定，又使学生学以致用，达到了奠定学科专业基础、培养科学思维的目的。
三、教学内容组织方式与目的
本课程教学内容的特点是“三多一少”，即叙述性的原理、规律多，需要记忆的概念、定义多，课程内容知识点多。理论计算少。因该课程内容枯燥、抽象，学生感到难学。具体表现在：不能很好地将数学理论应用到材料科学的基础课程、无法判定从而掌握教学内容中的重点、不能将所学的知识点和实际的材料联系起来。所以，我们在教学内容的组织上做了一些探索：
1 突破传统的“一本教科书”的局限性。本课程的教学内容在严格按照教学大纲和教学计划授课的同时，综合多种中文教材、英文教材等，力图做到知识面完整、讲授描述通俗易懂。如针对本专业每年都有数目不等的海外学生的特点，在教学提倡采用台湾晓园出版社出版的《材料科学与工程》作为补充性教材，提升外招学生对学科知识的认同感和认知度。
2 探索课堂教学，有所为，有所不为。课堂讲重点、难点，讲思路，留给学生充分的思考时间和空间，以调动他们的主动性和积极性。对难点和重点内容，尽量举出其应用实例，结合学科前沿知识，使学生知道该原理的用处，听课时不感到抽象、空洞，达到了理论联系实际的目的。而且，对重点和难点内容务必做到举一反三，确保学生能够掌握，以达到以点带面，进而掌握所学知识的目的。
3 注重教学内容的连贯性，连通性，提高学生对所学知识点的融会贯通能力。本课程在教学过程中，提倡预习，并将即将讲授的知识点与所学基础知识点的关联告知学生，使其掌握学习的主动性。对部分关联度高的章节，采用课堂讨论、换位讲授等方法，调动课堂气氛，使学生自觉地运用基础知识解决教学过程中的难点，从而提高他们通晓所学知识点的能力，达到全面提升专业素质和人文素质的目的。例如，在相图的学习中，尝试让学生利用所学的物理、化学知识换位讲授一元相图和二元相图的基础，一方面使他们学会对所学知识点进行归纳和演绎，另一方面提升他们的口头表达、演讲技巧。
4 充分、恰当地采用现代化多媒体教学方法，并辅之以动画，实现图、文、声、像的视听一体化教学。特别是对那些教学难点和需要丰富空间想象力的内容，形象、生动地展示在学生面前，既直观又富动感，可明显提高教学效果。
四、教学方法与教学手段
“材料科学基础”课程内容抽象、概念性强，学生在学习时容易感到枯燥难学。因此，在课堂上应常采用启发式教育，常用提问、问答或引而不发方法，调动学生的积极思维能力。在讲授时使用ppt演示文稿，尽量多用教学模型、挂图、照片和曲线图表等形象化语言。涉及部分教学内容如位错运动等，应结合动画生动地用图像演示给学生，以加深他们对课程内容的理解，提高学习兴趣。对于部分与前期知识关联度高的基本理论如单元相图，组织学生进行课堂讨论(seminar)，并以学生发言为主，让他们直接参与教学。对需要运用较多数学知识且理论性较强的内容，如扩散第一、第二定律，应多采用板书推导，加强逻辑性学习。另外，为了提高学生对那些需要有丰富空间想象力的晶体结构、金相组织的转变和识别、位错、位错增殖和缠结过程等知识难点的理解和掌握，将先进的多媒体现代化教学手段引入材料科学基础教学中，并让它们以二维或三维动画形式生动形象地展示在学生面前，弥补传统教学在时间和空间等方面的不足，以提高教学效果。在课外，还可建立qq空间，在群聊中解决课堂中来不及解决的问题，通过师生交流，提高学生探索性自学能力和学习的积极性。
在“宽口径，大平台”培养模式下开展材料科学与工程教学， “材料科学基础”作为专业必修的主干课程，突出共性教学是打好学科专业知识的必备条件。从时代的需要出发，合理选择及组织教学内容、创新教学手段和方法，使其与教学内容相互协调，是构建新时代“材料科学基础”教学体系的关键。今后， “材料科学基础课程”将继续围绕以符合时展、符合教育规律为中心开展课程建设，不断探索和实践，为成功培养宽专业人才奠定基础。
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【关键词】修复合金材料;临床应用;生物相容性
【中图分类号】R352【文献标识码】B【文章编号】1005-0515(2010)012-0070-01
牙齿缺失导致咀嚼功能减退，发音障碍，影响面部美观，如不及时修复，会引起口腔及全身身体及心理疾病的发生，因此牙齿缺失后应进行及早的修复。嵌体、冠（桥）及金属烤瓷冠是最常用的修复方法，尽管目前非金属材料在口腔修复义齿中应用越来越广泛，例如二氧化锆等，但由于合金材料适应症范围广，加工简便，经济实惠，能够满足患者各种要求，临床上还将继续使用金属以及金属陶瓷系统来制造具有自然效果的牙冠和固定桥，合金材料仍将是义齿设计修复的重要选择。
口腔修复合金材料主要分为贵金属合金和非贵金属合金两大类，发达国家，尤其是欧洲国家主要使用贵金属合金。在我国及其它发展中国家由于经济及口腔保健知识水平限制，大量使用非贵金属合金，目前不含贵金属的合金和纯钛越来越受到人们的重视。根据临床实际情况，本文将国内常用口腔修复合金材料的主要特点和临床应用现状进行比较与研究。
1 非贵金属合金
1.1 镍铬合金： 镍铬合金中镍和铬为主要成分。含镍为60%～80%，铬10%～27%，钼2～6%，以及少量的铝、铁、碳，硅和镁，含铍镍铬合金含铍量为1.6%～2.0%[1]。镍铬合金在临床上主要用于制作金属烤瓷冠内冠、嵌体、冠（桥）、活动义齿的支架。镍铬合金具有许多优点，硬度较大，为175～300维氏硬度，是金合金两倍左右，抗压强度大，有良好的机械性能，价格低廉[2]。但镍铬合金熔点高，铸造收缩大，易产生铸造缺陷，铸件表面粗糙，铸造收缩不均匀导致铸件变形。更重要的是镍铬合金生物相容性较差，金属离子沉积于颈缘牙龈，使烤瓷牙颈缘发黑，牙龈变色，色素沉着，牙龈水肿、增生或萎缩。有学者认为镍系合金中的镍和铍对人体有一定毒性，可致敏和致癌[3,4]。美国甚至要求牙医在使用镍基合金作为口腔修复时必须向病人说明镍可能致敏或致癌的危险。
1.2 钴铬合金：主要是针对镍和铍的毒性而研制的，钴铬合金中钴和铬为主要成分。含钴为53%～67%，铬15%～25%，钼0～6%，以及少量的铝、铁、等。主要用于制作金属烤瓷冠内冠、局部义齿的支架、口腔金属种植体。烤瓷用钴铬合金和制作局部义齿支架用的钴铬合金的区别在于合金含碳量的不同，一般前者含碳量很少，或不含碳。钴铬合金具有许多优点，有良好的机械性能，强度和硬度比贵金属合金和镍铬合金高，金瓷结合良好，价格相对低廉，最重要的是其生物相容性好，无镍离子析出，无牙龈变色，色素沉着，无过敏和致癌的报道。
1.3 纯钛及钛合金:纯钛从理论上来讲不属于贵重和稀有金属，其资源丰富，可满足现代口腔修复金属材料的大部分要求。是一种具有巨大开发潜力和应用前景的金属。纯钛中微量元素（铁、硅、碳、氮、氢、氧）小于0.5%~1%，钛合金中以Ti-6Al-4V应用最广泛，钛及钛合金在口腔修复临床上主要用于制作金属烤瓷冠内冠、嵌体、冠、桩、活动义齿的支架、口腔种植体和正畸材料。钛及钛合金的优点很多，具有良好的生物安全性，较强的抗腐蚀性，稳定的化学性能和适当的机械性能[5]。但钛及钛合金高温下极易氧化使其性能变差，影响与瓷的结合力，同时加工困难，应用受到一定的限制。
2 贵金属合金
此类合金具有极好的生物相容性、良好的色泽、极高的耐腐蚀性及良好的铸造性。在贵金属合金中，用于牙科历史最悠久、应用最广泛的是黄金。临床上可以制作烤瓷冠桥、嵌体、桩核、烤瓷冠桥、铸造冠桥、精密附着体、种植义齿和活动义齿支架。作为烤瓷冠桥内冠，贵金属总量为75%～98%，其中金含量为45%～86%，铂4%～10%，钯5%～45%，银0%～16%。其他修复体的金含量为20%～78%，包括金-银-铂合金，有金-铜-银-钯合金，金-铜-银合金等。贵金属合金性能极好，发达国家使用普遍，由于价格昂贵，在我国以及发展中国家受到经济条件的限制，还不能广泛使用。
3 分析与讨论
3.1 镍铬合金中镍元素化学性质不稳定，镍对人体有致敏性，镍铬合金烤瓷牙颈缘发黑，随着经济发展和患者对口腔健康认识程度的提高，在我国选择镍铬合金修复的患者将逐渐减少。
3.2 钴铬合金不含镍和铍，机械性能优异，具有高强度、抗腐蚀性(这种抗腐蚀性甚至能与高含金量的贵金属合金相媲美)，生物相容性良好，无致敏性，无致癌性，而且价格相对低廉，是属于性能价格比较高的修复体。对一般普通老百姓来讲，可以承受，而且可以放心使用，是目前国内应用越来越广泛的牙科修复材料。
3.3 纯钛及钛合金机械性能和生物相容性良好，但纯钛与瓷的结合强度不如瓷与贵金合金及钴铬合金，且边缘密合性较差，有灰黑底色的缺点，用于前牙影响美观，尽管纯钛金属本身的价格便宜，但加工成本是普通金属的数倍，导致纯钛修复体价格较昂贵，影响临床推广。随着新技术和新工艺的出现，纯钛及钛合金的应用将成为热点。
特别要关注的是目前临床上部分用于牙齿的钛合金中只含4%~6%的钛，其主要成分为镍、铬，这种金属不能发挥钛优异的生物相容性，不能算真正的钛合金，其成分与镍铬合金几乎基本相似。
3.4 贵金属合金抗腐蚀性和热传导性好，化学性能稳定，在口腔环境中不易被氧化，义齿牙龈不产生黑圈。独特的黄金色泽，用于前牙美观。生物相容系性好，不引起口腔组织的病变。结合力强，不易崩瓷。但价格较昂贵，在我国目前还难以大面积推广。
随着社会的进步和生活水平的提高，人们将会选择具有更好生物相容性、更加美观和更强机械性能的口腔修复用合金材料，作为口腔修复医师应严格把握适应证、禁忌证，在保证美观、功能的同时，充分考虑患者的经济承受能力，为患者选择最为适宜的修复体材料。
参考文献
[1] 陈冶清．口腔材料学．[M]．北京：人民卫生出版社，2003.12
[2] MarzoukMA, SalehL, Emanuel R, et al.Clilical behavior ofSilver palladium alloy castings: A fiver-year comparative Clilical study. J Prosthet Dent.1991;65(1): 67~69
[3] 王晟，胡孝渊，储爱东，等镍铬合金烤瓷冠过敏症：4例报道[J] ．上海口腔医学，2004，13（4）350~352
[4] 程辉，牙科铸造合金在口腔修复临床应用现状及前景[J] ．中国组织工程研究与临床康复，2009，13（51）
关键词：电磁炉；磁导率；电导率；涡流
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）8-0058-3
《涡流》一节出自人教版高中物理选修3-2第四章的第七节。在学习《涡流》这节内容时，很多老师会举电磁炉的例子，电磁炉是涡流的典型应用，且对于学生理解涡流的原理及应用有重要价值。从理论上来讲，当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体都会产生涡流，然而对于电磁炉来讲，并不是任何金属的锅具都能完成加热食物的目的，如铝锅便不能在电磁炉上正常使用。本文将以铝和铁两种金属材料为例，通过定量计算的形式来对电磁炉锅具材料选用的原因进行探讨。
电磁炉的主要结构包括：功率板、主机板、线圈盘1架、风扇马达等。其结构如图1所示：
其工作原理是：通过电子线路板组成部分产生交变电场，由交变电场产生交变磁场，当金属锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部的金属部分产生交变的电流，即涡流。涡流使铁原子高速无规则运动，原子相互碰撞、摩擦而产生热能使炊具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。[1]
如图2所示，在柱形铁芯上绕有线圈，当线圈中通上交变电流时，柱状铁芯片就处在交变的磁场中，通过铁芯的磁通量在不断变化，所以产生感应电流。从铁芯的上端俯视，电流的流线呈闭合的旋涡状，因而这种感应电流叫做涡电流，简称涡流。由于大块铁芯的电阻很小，因此涡流可以非常大。强大的涡流在铁芯内流动时，电能转化为内能，从而释放出大量的焦耳热，使铁芯的温度升高。涡流通过金属将电能转换成热能的现象叫做涡流的热效应。
电磁炉的加热原理图如图3所示。
从原理上来看，凡是金属锅具便都能在电磁炉上正常使用。然而，事实并非如此。电磁炉一般都有配备的锅具，大多数是铁锅或者是不锈钢等铁磁性材料，而其他非磁性材料或弱磁性材料制成的锅具（如铝锅），放到电磁炉上的时候，电磁炉是不能正常使用的。其具体原因探讨如下。
影响涡流大小的原因有：磁场的变化方式、导体的几何形状、导体的磁导率、电导率等因素。首先可以明确的是，同一个电磁炉的同一个档位下，电磁炉中交变电流产生的感应磁场都是基本相同的，与此同时，锅的形状也是大同小异，所以对涡流的大小产生的影响微乎其微。那么，电磁炉上影响锅具使用的原因便集中于材料的电导率和磁导率了。
综上所述，磁导率才是影响涡流大小的主要原因，铝、铜、陶瓷等弱磁性材料或非磁性材料由于相对磁导率较小，不能将交变电场放大，以至于产生的涡流较小，产生的热量也远远小于金属铁等铁磁性材料所产生的热量，所以并非理想的电磁炉用具的选择。
涡流的研究十分复杂，至今仍未有确定的公式来表示在一定的磁场强度B下产生的涡流的大小，由于所研究问题的重点在于不同材料的磁导率下所产生的涡流的大小之间的比较，所以，可以定量比较某一微小时段内单位面积下的感应电场相应产生涡流的大小，将其近似看作稳恒电流，从而方便比较。理论上，无论是铁磁性材料还是弱磁性材料都能在交变磁场中产生涡流，但由于如金属铝、铜等这样的弱磁性材料的磁导率较小，在现实生活中难以使用，而非磁性材料更是无法使用。理论与实际总会有偏差，所以将理论的产品投放到现实中前，需要实验来检验。
《涡流》这节内容在“楞次定律”等重要的知识点之后学习，作为一个电磁感应方面相关知识的应用与提高，因此在平时的教学中往往不被教师重视。笔者认为，本节知识的原理虽然不难，但是可以很好地成为学生将学到的知识与身边生活相联系的载体，有助于培养学生的科学探究精神。生活中的诸多现象其原理归根究底是物理问题，通过有效的分析可以明确其中的关系，留意生活中的现象，用物理中的知识解释出来，知道其中的原理，可以利用到其他地方，从而实现“从生活走向物理，从物理走向生活”的理念。
参考文献：
[1]唐冬梅.涡流和电磁炉[J].物理教学，2011（4）：66―67.
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