物理研究性学习材料例1

生物功能材料是材料科学领域中正在发展的多种学科相互交叉渗透的领域，其研究内容涉及材料科学、生命科学、化学、解剖学、病理学、临床医学、药物学等学科，同时还涉及工程技术和管理学科的范畴。而面对刚由高中迈向大学校门的本科生时，如何能引导学生由浅及深的深入生物功能材料专业的学习，并掌握专业所涉及的多领域专业理论知识和专业技能，成为社会需要的生物功能材料专业的人才，则需要一个系统周密的教学计划及教学策略。

一、外语与生物功能材料的交叉性

目前，国外的生物功能材料领域的研究已经得到迅猛发展，而在中国，生物功能材料领域则是属于一个新兴起步阶段，同时国际间的专业交流和合作也是必不可少，因此无论是从学习的角度还是合作交流的角度考虑，及时了解国际上专业领域最新研究进展是保证生物功能材料专业教学紧跟时展的必要工作，而外语水平的高低则直接限制了对国外研究工作的了解和领会程度。目前已经出现了系统的生物材料专业英语。因此，在引导学生深入生物功能材料专业知识学习之前，就应该督促学生掌握扎实的外语水平和实际应用能力。

二、化学与生物功能材料的交叉性

化学是研究物质的组成、结构、性质、以及变化规律的科学。世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它是一门历史悠久而又富有活力的学科，它的成就是社会文明的重要标志。化学是一门是实用的学科，它与数学物理等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的各个区域，化学是改造自然的强大力量的重要支柱。

化学与其他学科的交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。学生在深入学习生物功能材料专业知识之前，需要系统学习各类基础化学知识如无机化学、有机化学、分析化学以及化学与其他学科交叉而来的生物化学、物理化学、高分子化学等专业基础知识，并需要掌握扎实的化学实验功底，为将来学习生物功能材料专业知识并开展相关专业领域的研究工作打下坚实的基础。

三、材料学与生物功能材料的交叉性

生物功能材料本身就是材料学的一个分支学科。而总的来讲，材料学是研究材料组成、结构、工艺、性质和使用性能之间相互关系的学科，为材料设计、制造、工艺优化和合理使用提供科学依据。在系统学习生物功能材料专业知识之前，除了化学基础知识以外，学生还应接受系统的材料学基础理论的学习，包括材料加工工程及材料物理化学课程的学习。现代材料学科更注重研究各类材料及它们之间相互渗透的交叉性和综合性。

四、生命科学与生物功能材料的交叉性

由生物功能材料的定义可知，生物功能材料是用于人体组织和器官的诊断、修复或增进其功能的一类高技术材料，即用于取代、修复活组织的天然或人造材料，其作用药物不可替代。生物功能材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，而不能恢复缺陷部位。因此，生物功能材料的应用对象就直接决定了生物功能材料学与生命科学的密切相关性。目前，可降解的生物材料已经得到了越来越多的研究者的关注。这类生物材料在植入到生物体内以后，会与机体组织发生一系列的相互作用，如生物体内多种生物酶对材料降解的促进作用、材料降解产物需要在生物体内沿着特定途径完成代谢、材料产物的降解对生物体生理环境的反作用，等等。除了这些问题，研究者还要分别从个体、细胞、分子等水平研究生物功能材料与生物体之间的相互作用，所有的这些研究内容无不体现了生物科学与生物功能材料的相互渗透。

五、解剖学、病理学与生物功能材料的交叉性

解剖学就是了解正常人体结构的学科，是涉及生命体的结构和组织的生物学分支学科。解剖学的主要分支有比较解剖学、组织学和人体解剖学。生物体内部结构非常复杂，所以解剖学内容包含不同的层次，从最小的细胞到最大的器官，以及器官之间的关系。而病理学是研究人体疾病发生的原因、发生机制、发展规律以及疾病过程中机体的形态结构、功能代谢变化和病变转归的一门基础医学课程，它具有很强的实践性和临床性。生物功能材料是直接用于人体组织器官置换的一类材料，因此学生在从事生物功能材料专业方向研究时，需要大量的动物实验来配合研究工作的开展，这就需要研究人员具备基本的解剖学知识和实际的解剖操作能力，并能够针对动物实验观察阶段出现的各种病理学问题进行科学分析且得出正确的结论。

六、药物学与生物功能材料的交叉性

目前，越来越多的研究者将重点放在载药生物材料的研究上。在制备载药的生物功能材料时，研究者需要具备基本的药物合成的知识，并对所使用的药物的结构、性能、药物对机体的影响及机体对药物的影响等知识有系统的学习。

在以上介绍的与生物功能材料相关的学科中，外语、化学是最基本的两大类学科，这是每个从事与生物功能材料相关专业学生所必须具备扎实功底的知识。材料学、生命科学也是相对比较基础的学科，但相对于前两种介绍的学科，其内容要相对专业，而解剖学、病理学及药物学是在前面介绍的几种学科基础上深入研究后应具备较高专业素养和技能时需要涉足的领域。

综上所述，作为新兴学科，生物功能材料涉及多个专业领域的知识，正是它的交叉性和边缘性才使得生物功能材料充满了突破和创新，目前世界各国对生物功能材料十分重视，中国也把生物功能材料列为重点发展的科研项目之一。生物功能材料的研究将对人类的生产方式和生活方式产生巨大的影响。随着生物功能材料领域研究的进行，必然有越来越多的学生开展此专业的学习，因此全面了解生物功能材料专业与其它专业的交叉性并以此为根据来确定专业课程的范围是十分重要的。

[参考文献]

[1]柳斌、郑斌、王定华.《创新教育案例全书》，北京教育出版社出版，1999.

物理研究性学习材料例2

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）06（a）-0074-02

Discussions & Assessments on the Teaching Methods of Material Physics

Yan Bo，Ma Hongfeng

（College of Science， Zhejiang University of Technology， Hangzhou Zhejiang，China 310023）

Abstract：Material Physics which has a great storehouse of information is a subject in relation to the basic knowledge and the advances in modern science.In respect of these difficulties，there can be a problem for students to learn it well in just one semester. Considering with the embarrassment that exist in traditional teaching method，we discuss the feasibility of introducing Topic-Type teaching method as well as numerical simulation into the class.

Key Words：Material Physics；Topic-Type Teaching Method；Simulation

培养高质量的创新人才是我国高等教育教育改革发展的历史任务，形成有利于培养创新人才的教学环境和教学方法是高等教育现在的基本出发点。材料（人类生产生活中用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质）以其宽泛的定义而出现在生活的各个领域，而材料物理，是用物理、化学方法研究材料特性及应用的一门学科。这就造成了材料物理课程具有基础理论强，概念较多，信息量大的特点；而传统教学中的“满堂灌”方式存在着很多诟病，迫使我们重新思考材料物理课程的定位与完善。

建设创新型国家、提高综合国力是我国发展战略的核心与关键。实现这一目标的重点是培养大量的创新人才，这是当代中国高等教育最重要的历史使命。然而，传统的教学方法存在的问题总体上不利于创新人才的培养，因此，改革教学方法成为当前和今后一段时期高等教育的重要任务。

1 结合研究背景进行课堂教学

材料物理这类课程最大的特点是知识量极其丰富，各个方向发展又具有很深的专业背景，往往会牵涉晶体学、固体物理、半导体基础、光学等理论，有时还会涉及跨学科的内容，同时课题比较前沿，即便从事材料研究多年的科研人员也未必能够全部把握。人类对于信息的摄取具有选择性，经常会忽略自认为无用的信息，有时恰好这部分知识来发挥着重要的作用，作为学习者事先是很少会去了解背景知识的。这样，教师在授课的时候，可以先把知识点的研究历史人物及背景意义进行说明，让学生有个大局观，加深对于知识点的了解，增加学习的兴趣。上课过程，教师可以从简单的例子出发，结合教师自己的研究以及全球最新的研究进展，有针对性的启发引导，集中学生听课的注意力。

2 引入课题式教学方法

所谓课题式教学方法是指在学生学好一定基础课的前提下，利用学校的科研条件，在导师的指导下对学生进行创新能力和科研能力的培养[1]。

研究性学习重在学习的过程、学习方法的获得和思维水平的提高。这一目标的达成重在体验。因为知识的获取过程在于：学生从老师的叙述中有选择性地学习知识，它存在着体验不够的缺陷；学生作为研究者亲自体验知识获取的过程。一门课程不但要反映知识本身的性质，而且还要反映求知者本质和知识的获得过程。[2]

教师可以事先布置若干课题，阐明这些研究的意义，然后由3～5个学生自由组对，让学生自主进行合作性地学习，完成对该课题的研究背景，国内外现状，技术瓶颈，以及可能的突破整个过程的调研。然后让学生来讲这些课题，这样会极大地调动学生学习的主动性，提高课堂效率。课题的选择可以按照力、热、光、电、磁学五大类应用选取：“新材料在智能外墙上的可行性、航天航空复合材料的选取、温差电效应与材料的发展、太阳能等新能源材料、有机光电显示材料的发展、制氢、储氢对材料的要求、生物材料、存储器件与材料的发展”等几个目前新近研究专题，还可以根据研究发展进行适当调整。

除了以上选题以外，还可以添加几个科普性质的选题以增加学生对于科学研究的了解，如“历年诺贝尔物理学奖与材料物理”或者“分析xxx杂志文章引用率很高的物理背景原因”等等。

3 模拟仿真软件的应用

除了普通教学中采用的PPT等多媒体形式给出已有的实验数据、器件模型等，还可以借助计算机数值模拟软件，让学生更加直观地了解给定物理场下材料的变化情况，并且增加对于材料物理过程的理解。由于材料物理课程面向高年级本科生而开设，考虑到高年级学生已学习过数值分析的基本知识，适当介绍各类工程数值模拟软件，有利于学生以后科学研究或是工程应用的开展。在实际研究中经常会遇到一些稍复杂的问题，而且很难推导出解析解，如一些非线性偏微分方程的求解，这就需要借助于特定的数值分析软件来模拟实现[3]。常见的数学编程类软件如MATLAB，多物理场模拟软件如COMSOL、ANSYS以及时域有限差分软件如FDTD，材料能带计算软件如Material Studio等等。教师可以根据学校教学资源、经费状况选择适当的仿真软件。必要时，可以尝试编写相应的软件程序来实现模拟。

很多时候，材料的模拟涉及多个物理场的过程，而且软件的模拟远没有想象的那么简单，模拟仿真的过程实际上是物理思维的过程。学生通过模拟软件的使用，能更进一步了解方程求解的原理，背后的物理意义。高年级学生通过电动力学的学习，对于方程的由来与应用已经有了初步的了解，但就一般来说，传统教学中所涉及的电动力学问题仍然属于满足一定对称性的特殊情况，大多数实际的情况要复杂得多，这个时候求解析解并不是最方便的；数值方法求解的物理过程，如电磁过程这类的模拟需要求解偏微分方程，根据偏微分方程的性质，需要设定满足一定条件的边界条件，这样方程的解才会唯一。如何根据想要求解的问题而设置边界条件和初始条件是困扰很多学生的主要难点，同时引导学生如何简化问题的过程，又是培养物理思维的重要手段。

完成这样的一次模拟，学生需要查阅大量的文献，能够让他们充分了解各类科学数据库资源的使用方法，同时养成做笔记的好习惯，这些对于培养科学研究的优秀人才能启到一定的作用。

参考文献

[1] 孙英，蒋耀庭.开展“课题式”研究，培养低年级本科生创新能力[J].高等工程教育研究，2007（4）：136-139.

物理研究性学习材料例3

生活在钢筋水泥森林里的我们，对金属材料一定不陌生。从汽车外壳到小小螺丝钉，从建筑用材到锅碗瓢盆，处处充斥着金属感。可以说，金属材料的发现和应用，日益深入和改变着我们的生活。

金属材料工程是一门实用性很强的专业，通过对金属材料制备工艺及其原理的探索，研究成果可以直接应用于现实生产。该专业开设的主要课程有材料热力学、金属学、材料力学性能、材料分析技术、金属材料学、材料成型加工工艺与设备、计算机在材料工程中的应用等。通过学习这些课程，同学们将被培养成为具备金属材料科学与工程等方面的知识，能在冶金、材料结构研究与分析、金属材料及复合材料制备、金属材料成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。

金属材料工程发展历史很长，基础非常雄厚，可以说从事这方面研究的人员一开始就站在了巨人的肩膀上，但需要注意的是，借助学科雄厚的基础，初学者虽然很容易入门，但入门后看见的是一片片整整齐齐的田野，仿佛没有值得开垦的地方，要想取得突破性进展必须下一番力气。因此学生在学习时需要注重培养自己的观察和判断能力，不盲目迷信书本和权威，要敢于放开自己的思维不断探索新知。

经过本科阶段的学习，金属材料工程专业的毕业生将被授予工学学士学位，毕业后如果希望从事专业相关工作，可以去相应的研究所（比如北京有色金属研究院）参加工作，或是在宝钢、首钢等国有大中型钢铁集团以及其他相关企业担任中高级工程技术人员，当然也可以选择留校或者出国。当你看见自己辛勤劳动的成果在钢花飞溅中诞生，为国家和人民创造了巨大经济利益的时候，你一定会由衷地感到高兴。也许到时候你会发现自己对别的领域更感兴趣，不要担心，你所学的知识和方法完全可以帮助你适应其他的工作，因为在这里养成的分析问题、解决问题的能力，会令你左右逢源、游刃有余。

报考点津：由于本专业涉及到金属材料的设计、计算机的应用等专业领域，因此，有创新意识，吃苦精神，且在绘图、计算机等方面有专长的同学更适合报考该专业。

高校快照：北京工业大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、盐城工学院、西北工业大学等。

专业大观

高分子材料与工程属于理工科类，是研究有机及生物高分子材料的制备、结构、性能和加工应用的高新技术专业。目前高分子材料已被广泛应用于生活、生产、科研和国防等各个领域，成为我国科学研究的一个重点领域。

高分子材料与工程培养的是高新技术方面的人才，该专业的学生主要学习高聚物化学与物理的基本理论和高分子材料的组成、结构与性能知识及高分子成型加工技术知识，具体的课程有有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理、聚合物流变学、聚合物成型工艺、聚合物加工原理、高分子材料研究方法。看课程的名称，我们会发现，高分子材料与工程主要涉及化学、物理、材料知识。但是，不要以为你高中的物理、化学学得好就能把高分子材料与工程专业学好，我们高中时学的物理、化学其实都只是基础知识，并没有朝深方向延伸。因此说，高中所学的物理、化学知识只能算是在为学高分子化学、物理打基础。

学习了高分子材料与工程的主要课程后，充其量只能说你学到了知识，还不具备有开发研究高分子材料的能力。为了帮助该专业学生将知识转化为技能，学生在校期间的大部分时间都被用来做实验，同时学校也会适当的安排一些社会实践，同学们可以进行金工实习、生产实习、专业实验、计算机应用与上机实践、课程设计等。此外，同学们自己还可以利用寒暑假的时间到工厂、企事业单位实习。

总而言之，只有经过社会实践并且反复摸索验证课本上的理论知识，同学们才能掌握高分子材料的合成、改性的方法，获得聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本技能，具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步能力。当同学们在学校就具有以上这些能力，那可以说已经很优秀了，毕业时那会是企业争抢的香饽饽。

关于就业，高分子材料与工程专业的学生毕业后，可以到高分子材料及高分子复合材料成型加工、高分子合成、化学纤维、新型建筑装饰材料、现代喷涂与包装材料、汽车、家用电器、电子电气、航天航空等企业从事设计、新产品开发、生产管理、市场经营及贸易部门工作，也可以到高等学校、科研单位从事科学研究与教学工作，还可以到政府部门从事行政管理、质量监督等工作。

报考点津：对物理、化学感兴趣的学生较适合本专业。另外，由于该专业要与计算机、英语打交道，因此你要有计算机、英语方面的学习热情。还有，按照相关招考规定，色弱、色盲者不能报考该专业。

高校快照：四川大学、浙江大学、华南理工大学、大连理工大学、华侨大学等。

专业大观

复合材料与工程是实用性很强的专业，它分为复合材料设计与加工和复合材料工程两个专业方向，这样可以术业有专攻，使同学们在成为本专业通才的同时又是某个方向的专才。

既然复合材料与工程专业的学生学的是如何研发复合材料，那么复合材料究竟有何魔力驱使同学们去研究它呢？人们获取知识时常用的方法是去粗取精，从而使知识更上一层楼。复合材料其实和同学们汲取知识的方法是一样的，它是由两种或多种性质不同的材料通过物理和化学复合，组成具有两个或两个以上相态结构的材料。简单的说，就是它具有合成材料共有的优点，性能要高出任何一个合成的部分。其实，在现实生活中，我们会看到很多的复合材料产品，如休闲座椅、工艺花盆、灯饰、广告灯箱、汽车配件、电话亭等。当我们惊讶于复合材料与工程何以如此强悍时，羡慕和期待的眼光便落在了复合材料与工程专业上。

看着五花八门的工艺花盆、灯饰，同学们可能会难掩内心的激动，也想自己动手制作出漂亮的灯饰。有这样的心情，表示同学们已经爱上了复合材料与工程专业了。由于该专业所要解决的是了解复合材料的组成特点、主要应用领域、复合原理和主要制备工艺等问题，因此该专业的同学们需要学习的专业课程有复合原理、复合材料学、复合材料工艺设备、材料学概论、复合材料的实验技术、高分子化学及物理、复合材料工艺学、复合材料聚合物基础等。

罗列出这么多专业课程，你可能会发出感慨，怪不得该专业毕业的学生能够研制出许多性能各异的产品，因为他们所学的知识不仅专，而且全。该专业同学毕业后可以到航空航天、汽车、船舶、建材、化工防腐、电机、电子、石油、通信、国防等行业的科研院所、高校、公司、企业工作。即使是新入职的该专业的毕业生，薪酬也不会很低，一般薪水在3000左右，不过也分地域、单位和各人能力。

报考点津：能吃苦，有创新精神，且对化学、物理感兴趣的最适合报考本专业。尽管没有性别限制，但从往年的男女就业情况来看，男生比女生更受企业的欢迎。

高校快照：武汉理工大学、兰州交通大学、江苏大学、华东理工大学、济南大学等。

专业大观

生物功能材料专业是生命科学和材料科学的前沿叉学科，是生物医学工程、组织工程和药物释放等交叉学科技术的迅速发展对专业人才的迫切需求而设立的。

生物功能材料专业的魅力，就在于敢于实践李宁的那句名言——“一切皆有可能”。就在前不久，青岛即发集团成功研制出了“高性能壳聚糖纤维材料”，而它的原料就是不起眼的虾皮、蟹壳。虾皮、蟹壳与用来做纺织面料材料的棉花相比，在纤维等特性上相差十万八千里，但就是这样不可能的事实，科研人员利用甲壳素经化学处理和拉纤工艺制备，制出了可纺性高、抗菌性强、隔热性能好等特点的“高性能壳聚糖纤维材料”。科研人员之所以可以变不能为可能，完全归功于生物功能材料专业。

科研人员有如此“特异功能”，与天生无关，而在于他们都接受过生物功能材料方面的专业学习。他们必学的主要课程有：生物化学、分子生物学、生物医学工程、高分子化学、高分子物理、生物医学材料学、生物材料制备与加工、生物材料综合实验等专业基础及专业课程。要学好这些专业知识，没有勤奋刻苦的精神，以及科学的学习方法是学不好的，因为这些课程比较深奥难懂，同学们除了在课堂上认真听讲，认真做好笔记，在课后消化以外，还必须给自己“加餐”，以接触更多的相关知识。

因为生物功能材料是涉及面很广的专业，因此一般的学校都会加大选修课的比例，主要开设的课程有：生物医用高分子改性、组织工程学、控制释放理论与应用、生物可降解高分子、环境材料基础等。

物理研究性学习材料例4

Abstract：The important position of material physics in modern teaching was analyzed.It was discussed combining the social development needs with the necessity of the course construction.Course construction was proceeded from two parts：teaching method and evaluation mode，including online courses， special reports， opening experiment， bilingual education and flexible Homework. Good teaching efficiency was obtained through practice.

Key words：Material physics；course construction；The teaching reform；evaluation mode

材料物理课程是材料科学与工程一级学科的主干课程[1]，其任务是使学生通过学习材料物理，掌握材料各种性能的基本概念、物理本质、变化规律以及了解影响材料性能的主要因素及材料性能与其化学成分、组织结构之间的关系的一门基础课程[2]。通过材料物理的教学，使学生获得材料学科完整而充实的知识，对近代物理学的全貌有一个基本的和概括的了解，毕业后可适应材料研究与开发工作。材料物理由于其理论性和实践性都很强，综合了材料学、物理化学以及高等数学等方面的内容， 知识涵盖面广并且信息量大， 涉及的理论知识比较抽象， 比较难掌握， 因此教学难度大。该课程教学效果的好坏对学生的知识结构、后续的学习和科研方法的培养都有重要影响。因此材料物理专业课程的建设与改革具有非常重要的意义[3]。

对于传统的材料物理的学习，多以教师讲授为主，学生学习的积极性，主动性不高。为提高学习效率，变被动学习为主动学习，我们对传统课堂进行以下几方面的改革。

1 材料物理课程教学方法的建设与改革

1.1 网络课程建设

网络是现在非常普及的学习与接受信息的手段，材料物理课程的学习也可以结合网络来进行。网络课程不但时间灵活，而且具有交互性、共享性、开放性、协作性和自主性等特点，可以方便学生与教师的交流。

1.2 专题报告

开展课堂讨论是实现研究型教学的有效途径之一，课堂专题报告是针对教学重点和难点内容开设的参与式教学环节。

首先，由老师给出2-3个研究课题，学生分成若干小组，通过自己查资料，找文献，做实验等一系列相关活动，做出相关问题的专题报告，并在课堂以研讨会的形式进行讨论。这种形式不但曾强了学生学习的积极性，更强化了他们的动手能力。学生的知识面得到了扩展的同时，其他能力也得到了有效锻炼。

1.3 开放实验

利用学生的课余时间，将相关实验室对学生开放，吸引学生进入到实验室进行科学问题的研究。例如，在材料物理的学习中，晶体结构与相变是非常重要的内容。为了让学生更直观的感受学习相关知识的用处，可以对学生开放单晶实验室与金属加工实验室。通过对材料的合成与表征测试，对材料物理知识学以致用，提高其综合素质。

1.4 双语教学

所谓双语教学，即用非母语进行部分或全部非语言学科的教学。在我国，双语教学一般用英语与汉语相结合的方式。对于材料科学与工程学院的学生来讲，会用英语读相关的文献，查阅资料，是科研工作必不可少的一部分。所以，在材料物理课上，讲授知识的同时，让大家熟悉和运用英语的相关词句，是提高学生阅读文献水平的一个关键。

2 材料物理课程考核方式的建设与改革

2.1 开放式作业

开放式作业是指条件开放、问题开放、解决策略开放的课内外作业。让学生根据自己的兴趣结合课堂教学内容，学习利用所学知识解释生活中的材料的性质性能与现象。通过学生自主的发现问题，联系实际，充分调动学生学习的积极性，并且能够解决生活中的实际问题，加深知识点的记忆与理解。

2.2 题库建设

标准化考试是未来考试的趋势。如我国的高考制度，已经基本完成从传统式考试到标准化考试的转变，学校考试也必将完成这一转变[4]。随着教育测量学、教育统计学的发展以及计算机的运用，标准化考试应运而生。而在实施标准化考试过程中，建立试题库系统是基础性的工程。没有试题库，标准化考试是无法进行的[5]。

3 结语

通过对材料物理教学方法和考核方式的改革与建设，提高了学生学习的积极性，主动性，进而提高了教学质量与教学效果。这样培养出的学生会更适应现代材料科学研发人才的需要，更具有竞争力。

参考文献

[1]李志林.材料物理[M].北京：化学工业出版社，2009：1-5

[2]陈智琴 李文魁 曾卫军.CAI在材料物理课程教学实践中的应用[J].江西科学，2008（2）：312-314

物理研究性学习材料例5

材料与信息、能源并列为现代文明的三大支柱，是现代社会赖以生存和发展的基本条件之一。2012年工业和信息化部2月22日的《新材料产业“十二五”发展规划》明确指出：材料工业是国民经济的基础产业，新材料是材料工业发展的先导，是重要的战略性新兴产业。“十二五”时期，是我国材料工业由大变强的关键时期。加快培育和发展新材料产业，对于引领材料工业升级换代，支撑战略性新兴产业发展，保障国家重大工程建设，促进传统产业转型升级，构建国际竞争新优势具有重要的战略意义[1]。学科的建设与发展离不开人才。高品质人才的培养是实现国家“十二五”规划的保证。如何培养高素质的材料科学人才成为摆在国内教育界的共同的问题。

从事材料科学研究的人员必须具备一定的材料科学基础。这就决定了材料科学基础是材料类本科生的重要的专业基础课程。该课程以介绍材料学领域的基础理论，阐述各种材料的共性基础知识为目的，从材料的组织结构出发，研究材料的结构与材料的制备方法、加工工艺以及材料性能之间的关系。该课程既具有较强的理论性，又与生产实际有紧密的联系，是学生学习后续各门专业课程如材料分析方法、材料制备技术等的必备基础理论知识。然而，由于课程内容覆盖面广，理论性强，内容枯燥，基本概念多，部分章节之间联系较弱等特点，因此学生学习起来非常困难。即便是学生暂时掌握了规定内容，由于没有付诸于实践所学内容易遗忘，这样造成了教学资源与人力资源巨大的浪费。另一方面，近年来，随着经济社会的发展，部分在校教师争取到了国家或者地方的研究项目，且在执行项目的过程中出现了参与研究人员不足的现象。如果让大学生参与科研研究既可以使学生更好掌握所学知识，又可以解决项目研究人员短缺问题。在大学阶段尝试通过参与科研研究，对于提高学生的学习兴趣，更好应用所学知识，提高学生的素质，有效利用学校信息资源、研究资源以及高水平的人力资源具都具有积极地意义。

1.当前材料科学基础教育的特点与问题

材料的使用是人类最为古老而基本的活动之一。材料科学与工程教学始于1865年美国、英国高等学校设立的矿冶专业，侧重于炼钢、铸铁、冶炼工艺等方面教学，最初以金属材料为主。20世纪40年代后教学计划中加入了“广泛材料”基础理论及非金属材料课程[2]。

材料科学是随着固体物理、无机化学、有机化学、物理化学等学科的发展而形成的跨学科产物。材料科学的主要任务是对物质结构和物性的深入研究，推动了对材料本质的研究和了解。材料科学基础则是总结不同材料共性，从而对材料的制备、结构和性能予以综合介绍的一门课程。正是由于其综合性，材料科学中涉及的物理、化学甚至数学方面的基本概念很多，造成很多学生学不懂。即使当时懂了，但是没有实践活动，时间长其内容完全忘却[3]。针对这一严峻的现状，部分教育者大声疾呼改革现有材料科学教学方式，提高教学质量[4,5]。另一方面材料学科是一门典型的实验学科，知识的理解需要一定量的实验支撑。要进行实验必须有足够的实验条件支持。近年来部分学者对材料学科大学生加强课程内实验训练提出部分具体的方案[6,7]。前些年，由于我国经济基础较差，研究经费集中地投入到重点学科和高水平地研究机构和人员身上。随着国家经济实力的明显增强，研究经费日益充足，完全有条件为大学本科生进行适当的研究活动提供支持。随着国家在教学与研究领域的投入，部分高校基本实验条件与设备水平有了很大提高，适当开展大学生研究基本条件已经具备。大学生恰恰处于知识结构构建时期，也是个人创造能力极为旺盛的时期。通过合理开展研究，一方面有利于激发学生的学习热情，另一方面可以提前选拔有潜力的大学生进行专门培养。通过这种方式为我国材料科学研究培养急需的高水平材料研究人员。这种培养人才的方式将打破传统先学习后应用的培养模式，建立边学习边应用的崭新模式。相信这种模式的建立将对推动我国材料科学教育的发展，对我国材料基础与应用研究具有积极意义。

2材料学科大学生进行研究方案的初步探索

2.2.1材料学科大学生进行研究时机的选择

一般而言大学生在第一年进行基础学科学习。通过第一年的学习掌握必要的高等数学知识。其英语水平将得到进一步提高。进入第二年大学生逐步完成物理、化学知识的学习。第三年开始接触材料科学内容。总体上讲这种课程的安排符和大学生知识结构构建的客观规律。大学三年级学生的知识结构已经日渐成熟已经具备从事研究的基本条件。因此大学三年级是展开研究型材料科学教育的合适时机。

2.2.2大学生参与研究项目的设置

由于大学生正处于知识结构构建的关键时期。特别是大学三年级的学生刚刚结束基础课程的学习，进入专业基础课程的学习阶段。研究题目难度的设置应当慎重。课题难度太大会给学生造成一定压力，有可能会失去研究兴趣；而难度太小则不能调动学生的积极性。作者建议可以根据材料科学基础课本中将要讲述的内容结合当前进行的研究截取相对独立的内容作为大学生研究的课题较为合适。

2.2.3大学生参与研究项目的硬件条件的落实

作为实验学科，大学生实验仪器、设备的落实与管理应当予以重视。由于此阶段的大学生一方面要进行专业基础课以及专业课程的学习，一方面参与部分研究。因此其实验仪器等可能处于间歇式使用阶段，为了降低成本，提高仪器的使用效率建议：1）尽量使本科生和研究生公用某些设备。本科生上课期间仍可保证仪器的高效利用；2）为了培养大学生独立的研究能力，部分低值易耗实验品尽量为本科生配齐配全。3）本科生实验样品经过精选予以测试。为了保证研究效果测试阶段指导教师应到场对实验的技术、结果好坏结合材料科学基础的内容予以讲述。

2.2.4大学生参与研究项目与管理监督

作为正在进行理论学习的大学生，其参与项目的时间、项目进行的状况应当及时掌握。建议通过了解学生的课程安排后，合理安排大学生的实验。一方面为大学生留出足量的休息时间，另一方面根据研究的进度、研究的性质安排大学生实验。研究进行阶段应当有专人指导。经过大学一年级与二年级的基础课程学习，大部分大学生已掌握了部分必要的理论知识和实验技能，但是应当注意部分特殊实验，如有毒、有害物质的使用与保管等方面，应当有专人负责具体指导。部分特殊实验技能应当有专人负责传授与监督。通过帮带的形式迅速提高本科生的实验技能与安全意识。为了检查大学生参与研究的效果，建议通过以下几方面进行考核：1）实验的出勤率 科学研究是典型的实验科学。没有足量的时间就不会达到预期的结果，也不能培养大学生良好的研究习惯。2）实验结果的整理 通过对实验结果的及时总结是寻找实验规律，及时修正研究方案，提升研究水平的重要手段。根据学生研究时间的安排确立合适的周期，让学生对实验结果进行总结。指导教师予以点评是拓宽学生研究思路、提高学生研究水平的重要手段。3）实验报告及论文的整理 由于研究内容不同、难度不同以及其他软硬件设施的限制、大学生个人领悟能力及动手能力的不同，有可能研究结束后达到的实验结果水平不一。但是通过对实验结果的整理分析，均可以形成实验报告，特别是实验结果较好时还可以整理成科技论文予以发表。相信通过成果的发表一定会对大学生科研兴趣的提升起到积极地作用。

结语

本文通过分析大学生知识结构体系、时间安排提出研究式材料科学基础教育的设想。提出了大学生参与时机的把握以及研究过程中课题设置、硬件配套、管理监督等方面的一些具体措施。通过研究式的材料科学基础教育调动大学生学习的积极性，巩固与加深大学生对材料科学基础知识的理解，为大学生参与科学研究奠定基础。为国家培养研究型人才奠定基础。

参考文献

[1] 新材料产业“十二五”发展规划，工业和信息化部，2012。

[2] 材料科学与工程教学指导委员会，材料科学与工程人才培养规格与模式的演变规律．教育部高等学校教学指导委员会通讯，2006 ( 1)]。

[3] 何奥平，穆枭，胡治流，李逸泰，李安敏，材料科学基础实验教学改革初探,大众科技，2011，136-137。

[4] 李洪波，王静，刘洪丽，金宝士，于峰，李春洁，材料科学基础的教学改革与实践，铸造设备与工艺，2009，4，48-50。

物理研究性学习材料例6

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

［1］禹筱元，罗颖，董先明.材料化学专业人才培养模式的改革与实践［J］．高教论坛，2010，1(1):23－25.

［2］杨卓娟，杨晓东.关于高校课程绪论教学的思考［J］．中国大学教学，2011(12):39－41.

［3］唐小真，杨宏秀，丁马太.材料化学导论［M］．北京:高等教育出版社，1997.

物理研究性学习材料例7

对幼儿活动材料的研究具体到实际操作层面：研究计划如何实施?研究内容如何确立?研究方法如何选择?研究过程如何开展?研究人员如何保障等一系列问题亟待解决。为保证科研课题的顺利开展，我园制定了《班级科研工作制度》《科研组长职责》《科研工作十每制度》《教师参研奖励制度》等科研管理制度。如《科研工作十每制度》，规定(1)每班有研究小点；(2)每次活动有计划、反思、总结；(3)每次活动有活动记录或影像资料；(4)每周两次小组研讨交流；(5)每周一次全园课题研讨活动；(6)每月一次小组示范活动；(7)每月一次教玩具评比展示活动；(8)每期制定研究方案；(9)每期聘请专家指导；(10)每期一次资料汇总，装订。建立科研人员网络结构，保障科研人员统一安排和协调，通过分层管理，层层落实，科研组发挥“小、实、活”的风格，努力为教师搭建理论学习与经验交流的平台，灵活多样地开展研讨交流活动，及时分析并解决课题研究中出现的问题，以确保科研活动顺利进行。在科研工作中，我们综合运用了行动研究法、案例研究法、内容分析法和叙事研究法。开展了语言活动材料、科学活动材料、游戏活动材料的开发与运用，幼儿活动材料来源方式、特性、功能，不同性质材料与幼儿学习之间的关系，投放活动材料的时机、数量与活动效果的关系，幼儿如何运用材料进行操作性学习，课题研究过程中教师的专业成长等子课题。

二、幼儿活动材料开发与利用策略

(一)活动材料构成：由“成品教玩具”转变为“多元材料的开发与利用”。由于幼儿教育活动的生活性、活动性、浅显性的特点，幼儿活动材料非常广泛，而不是局限于成品的教玩具。我们本着“取材多元、操作方便、耐玩实用、易于推广、促进发展”的原则，全体教师、幼儿集思广益，开发和利用各种废旧材料，改变过去大量购置成品教玩具的现象，创造性地制作了各种各样新颖独特、操作性强的教玩具，一物多用、一物多玩，最大限度地发挥活动材料的使用价值和发展价值。如开发制作的“多用飞盘”，适合各个年龄层幼儿使用，小中班幼儿可以在户外进行飞盘飞行活动，锻炼幼儿的手臂肌肉；婴小班幼儿可以用来扣纽扣活动，发展幼儿的小肌肉精细动作，锻炼手指的灵活性，促进幼儿学会生活自理；大班幼儿可以通过操作飞盘上的时针、分针，学习认读时钟，初步具有时间概念。

(二)活动材料的来源，开发和利用：以“教师为本”转向以“幼儿为本”。学习是主动建构的过程，幼儿积极主动地参与各种活动是以幼儿自身的兴趣和需要为基础的。教师要充分利用幼儿的兴趣和需要，从幼儿主体出发，将幼儿的外部需要转化为内部需要，变被动接受为自主建构。

在课题研究之初，我园教师费尽心思，寻找搜集了丰富多元的活动材料，并进行创造性地开发，用于教学活动和游戏活动，但这些新开发的材料却经不起考验，幼儿似乎并不领情，很快就对材料失去兴趣，活动效果每况愈下，教师信心受到打击，充满无奈。通过观察记录和小组研讨，教师统计分析了“材料来源途径”、“材料开发主体”、“材料操作主体”与幼儿活动效果的关系。通过研究发现，材料的来源途径是多元化的，但当材料开发和使用主体为幼儿时，幼儿兴趣点最高、活动持续时间最长、幼儿学习活动的有效性和教师教学活动的有效性最好。于是教师积极转变活动主导者、组织者，材料提供者、开发者的角色，变教师一厢情愿设计和开发材料为教师、幼儿友好合作，共同探讨，发动幼儿的集体力量，通过各种途径搜集、设计、开发活动材料。在幼儿主动寻找搜集材料的过程中，幼儿认识了材料的不同特性、学会了分类、养成节约的品质、具有了环保意识。幼儿主动构思、寻找、创作、运用材料进行活动，一方面简单的原始材料经过幼儿的奇思妙想，创造出很多新式玩法，废旧材料变地富有生机与活力、亲切和柔和，废旧材料的使用价值得到了最佳发挥；另一方面，幼儿活动的积极性大大提高，改变以往教玩具大都由教师提供的传统，幼儿成为了活动的真正主体，在教师的指导和帮助下，通过与活动材料的积极互动，教育自我、愉悦自我、发展自我，材料所蕴含的发展价值也因幼儿的加入得到充分挖掘。

(三)活动材料的选择和投放：挖掘材料的本体价值和可能价值。幼儿的年龄特点决定了他们对物质世界的认识必须以具体的事物和材料为中介。我们遵循材料投放的“适宜性、针对性、目的性、操作性”的要求，提供适合幼儿年龄特点和发展需要的活动材料，充分挖掘活动材料的本体价值和所蕴含的可能价值。如为婴班和小班幼儿提供安全卫生、柔和美观的玩具和活动材料，增加高真实性和高结构性材料的投放，因为幼儿年龄越小，对活动材料的逼真性程度要求越高。实验研究发现，高真实性、高结构性的玩具可鼓励婴幼儿的假装游戏，促进其表征能力发展。而对于中大班幼儿，则提供更多的半成品的、废旧的、具有低真实性和低结构性的活动材料，因为“高结构的活动材料具有较强的定向作用，抑制幼儿的想象力”在研究中，我们发现低结构的活动材料比高结构材料更有助于中大班幼儿探索行为、象征性游戏、非刻板化的假装游戏转换，以发展幼儿创造力、动手操作能力、合作能力，锻炼幼儿的意志力。

过去，我们组织中大班的体育活动往往不加考虑地运用高结构的活动材料，但使用几次后，幼儿渐渐失去兴趣，无法吸引幼儿注意力，活动材料也成为摆设。通过观察记录、反思探究，我们增加对低结构材料的投放。于是我们尝试在活动区投放废旧纸箱，放手让幼儿自主操作，在活动中，幼儿发挥自己的想象力和创作力，在协商、合作的过程中，将一个简单的材料生成了多种玩法，教师也从幼儿的操作过程中得到启发，生成了丰富多彩的活动：“公共汽车”、“过山洞”、“车轮滚滚滚”、“过小桥”等；利用废旧饮料瓶开展了“火箭船”、“舞龙”、快乐接球”、“滑板车”等系列活动。开发和利用生活中随处可见的废旧材料，充分挖掘废旧材料所蕴含的可能价值，通过这些活动，不仅锻炼了幼儿的动手能力、运动能力、审美能力和探究能力，而且萌发了幼儿的节约意识和环保

意识，并切实落实到行动当中。

我们还发现，每个班级所提供的活动材料并非越多越好，在环境创设中，有些教师倾其所能，聚其所有，投放了五花八门的活动材料，但活动效果却并不理想。幼儿被丰富的材料弄地眼花缭乱，这个摸摸、那个碰碰，注意力分散，而且过多的材料不利于幼儿间的交流与合作。于是，我们根据幼儿的表现和活动情况发现问题并及时调整材料的种类和数量，在投放材料时，充分考虑材料与活动目标、幼儿数量、年龄特点等的关系，做到有的放矢，解决了材料投放的盲目性和一味地求新求异，加强了材料投放的目的性、适应性和科学性，并根据幼儿发展情况，适时进行更换和补充。

(四)利用本土性材料：生成园本特色课程。通过对材料的研究，教师按照各种材料的特性进行分类和开发，观察研究、挖掘不同特性的材料对幼儿发展的作用，促进活动材料与幼儿知识、经验的对接，促进幼儿全方位发展。利用我园所在社区资源和家长资源，收集、开发、利用具有本土特色的废旧材料，如利用医院的各种废旧材料和资源进行区角活动、角色游戏、户外体育游戏，开展如“烫伤怎么办”、“车祸救助”、“宝宝感冒发烧了”、“食物中毒”、“健康体检”、“疾病预防”等系列活动，让幼儿在与材料的互动、在与同伴相互交流过程中，学会互帮互助、体验医生的职业特点、学会移情、懂得关心他人、真爱自己和他人的生命；利用医院文化特点，开展良好生活习惯养成教育活动，幼儿字母发地收集资料，想点子、出主意，习惯养成效果远远超出预料；模仿医院心理咨询中心，开展“心理疏导”、“遇到困难我不怕”、“学会感恩”、“保护生命”、“我和别人不一样”、“健康成长日记”等系列情感活动，通过活动，幼儿自我认同感大大增强，勇于面对和克服困难，逐渐养成尊重他人、知恩图报、自信乐观的品质，幼儿的情绪管理能力得到提高；此外，我园还结合社区资源，开展游泳活动、轮滑活动、武术活动、体能训练等活动，打造出具有园本特点的健康特色课程。这些活动深受幼儿喜爱，获得家长朋友、幼教同行、教育专家的肯定和赞誉。

三、活动材料对幼儿发展的促进作用

(一)促进幼儿自主学习。幼儿自主学习的过程，是其注意、感觉知觉、记忆、想像、思维等认知心理要素和情绪情感、意志、个性等非认知心理要素活动的过程。在幼儿园教育教学中，促进幼儿自主性学习的方法有许多，但通过教育观察我们发现，提供操作材料相对于其他办法更能引发幼儿自主性学习。幼儿处于具体形象思维阶段，其学习需要通过各种感觉器官和肢体动作来完成，再加上幼儿好动、好奇、好创造的天性，对活动材料的操作和创造符合幼儿年龄特点和发展水平。我们为幼儿提供了丰富多元的、可供操作的物质材料，鼓励幼儿自己动手、动脑，自主“创造”属于他们自己的游戏和活动。如利用“木条、木桩、不锈钢管”开发的“奇幻木方格”，活动材料集“环保、开放、多元、趣味”于一体，幼儿可以自由组合、任意拆装。运用不同的组合，幼儿可进行“钻山洞”、“过小桥”、“攀登架”、“跳格子”、“抬轿子”、“滑轮”、“拉力比赛”、“走迷宫”等极富创造力的活动。在操作学习过程中，幼儿变接受性学习为自主性学习，遵循自己的内部需要和发展规律，在已有经验和对材料的理解的基础上，创造、开发、组合各种活动材料，创造性地开发出各种不同的玩法，幼儿兴趣高昂、乐此不疲，体现了幼儿良好的学习状态、积极的心理活动和高效的学习效率。

物理研究性学习材料例8

材料的计算模拟研究是近年来飞速发展的一门新兴学科和交叉学科．它综合凝聚态物理学、理论化学、材料物理学和计算机算法等多个相关学科．它的目的是利用现代高速计算机，模拟材料的各种物理化学性质，深入理解材料从微观到宏观多个尺度的各类现象与性能，并对材料的结构和物性进行理论预言，从而达到设计和开发新材料的目的．材料的多尺度计算模拟方法主要有以下几种:

(1)第一性原理计算方法(First－principlesMethods)基于密度泛函理论的第一性原理计算方法是目前研究微观电子结构最主要的理论方法．第一性原理计算方法只用到普朗克常数(h)，玻尔兹曼常数(kB)，光速(c)，电子静态质量(m0)和电子电荷电量(e)这5个基本物理变量和研究体系的基本结构．从量子力学出发，通过数值求解薛定谔方程，计算材料的物理性质．在密度泛函理论，局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)框架下的计算已广泛应用于第一性原理的电子结构研究中，并已经取得很大的成功．结合一些能带结构计算的方法，对于半导体和一些金属基态性质，如晶格常数，晶体结合能，晶体力学性质都能够给出与实验符合得很好的结果，同时能够比较精确地描述很多体系的电子结构(如能带结构、电子态密度、电荷密度、差分电荷密度和键布局等)、光学性质(介电函数、复折射率、光吸收系数、反射光谱及光电导等)和磁性质，从微观理论角度分析和揭示材料物理性质的起源，使实验者主动对材料进行结构和功能的控制，以便按照需求制备新材料．

(2)分子动力学方法(MolecularDynamicsMethods)分子动力学是一种确定性方法，是按照该体系内部的内禀动力学规律来确定位形的转变，跟踪系统中每个粒子的个体运动，然后根据统计物理规律，给出微观量(分子的坐标、速度)与宏观可观测量(压力、温度、比热容、弹性模量等)的关系来研究材料性能的一种方法[5]．分子动力学方法首先需要建立系统内一组分子的运动方程，通过求解所有分子的运动方程，来研究该体系与微观量相关的基本过程．对于这种多体问题的严格求解，需要建立并求解体系的薛定谔方程．根据波恩－奥本海默近似，将电子的运动与原子核的运动分开来处理，电子的运动利用量子力学的方法处理，而原子核的运动则使用经典动力学方法处理．此时原子核的运动满足经典力学规律，用牛顿定律来描述，这对于大多数材料来说是一个很好的近似．只有处理一些较轻的原子和分子的平动、转动或振动频率γ满足hγ＞kBT时，才需要考虑量子效应．

(3)蒙特卡洛方法(MonteCarloMethods)蒙特卡洛方法是在简单的理论准则基础上(如简单的物质与物质或者物质与环境相互作用)，采用反复随机抽样的手段，解决复杂系统的问题．该方法采用随机抽样的手法，可以模拟对象的概率与统计的问题．通过设计适当的概率模型，该方法还可以解决确定性问题，如定积分等．随着计算机的迅速发展，蒙特卡洛方法已在材料、固体物理、应用物理、化学等领域得到广泛的应用[6]．蒙特卡洛方法可以通过随机抽样的方法模拟材料构成基本粒子原子和分子的状态，省去量子力学和分子动力学的复杂计算，可以模拟很大的体系．结合统计物理的方法，蒙特卡洛方法能够建立基本粒子的状态与材料宏观性能的关系，是研究材料性能及其影响因素的本质的重要手段．

材料专业引入计算模拟教学的探索

材料计算的目的在于理解和发现新的材料性能及其物理本质．计算已经与实验和形式理论一样成为材料研究的3大支柱之一．为学生将来能够有更高的起点研究材料科学，适应新形势下材料研究方法，培养具有宽广材料科学基础，掌握材料现代研究手段的“宽口径、厚基础、强能力、高素质”的材料科学专业人才．我们在本科教学阶段就应该有计划的引入和加强计算模拟方法的教学．采用的教学形式可以结合实际情况，灵活的应用．近年来我们采取的教学方式主要有以下3种方式:(1)开设计算材料学类课程在2006年物理与电子信息学院材料物理与化学专业培养方案中已经确定《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》课程为专业选修课程，学时分别为36学时和54学时．《计算机在材料科学中的应用》课程偏重实践教学，通过上机操作学习计算软件的基本原理和使用方法．主要教学内容包括:材料学的发展现状及计算机在材料科学与工程中的应用;材料科学研究中的数学模型;材料科学研究中常用的数值分析方法;材料科学研究中主要物理场的数值模拟;材料科学与行为工艺的计算机模拟;材料数据库和新材料、新合金的设计;材料加工过程的计算机控制;计算机在材料检测中的应用;材料研究科学中的数据和图像处理;互联网在材料科学研究中的应用等9部分内容，基本涵盖当今计算机技术在材料科学研究中应用的各个方面．《计算物理》课程则以理论教学为主，偏重物理基本原理的介绍．主要教学内容包括:计算物理学发展的最新状况;蒙特卡洛方法及其若干应用;有限差分方法;分子动力学方法;密度泛函理论;计算机代数;高性能计算和并行算法等8部分内容．计算材料类课程的开设注重理论和实践并重的原则，在讲解基本原理的同时加强学生动手上机实践能力的培养，因此，经过课程的学习，学生已经初步具备利用计算机进行材料模拟的能力．部分选修计算材料类课程的同学在学习中对计算模拟产生了极大的兴趣，在大四时选择材料计算相关课题作为本科毕业论文选题．例如，08届学生的毕业论文《ZnS掺杂Cu光学性质的第一性原理研究》和《布朗运动的蒙特卡洛模拟》，09届学生的毕业论文《ZnO电子结构和光学性质的研究》，11届学生的毕业论文《晶格热容的理论计算》和《简立方晶体结构能量分布的理论模拟》等均为材料计算和模拟相关课题，并且有多人的毕业论文被评为优秀毕业论文．个别优秀的学生读研后继续从事材料的计算模拟相关研究．通过几年的教学实践，计算材料相关课程的开设对于扩大学生的知识面，提高学生的理论分析能力有极大地帮助．(2)在材料相关的理论课程中加入计算模拟方法介绍虽然已经在材料专业开设《计算机在材料科学中的应用》和《计算物理》等材料计算相关的课程，但这两门课均为专业选修课，只有选修相关课程的学生才能得到相应的计算模拟培训，受众面还比较窄．因此，为使更多的学生了解到材料模拟计算的相关理论和知识，在材料专业主干课的教学中也适时地加入相关的计算模拟方法的介绍，从而扩大计算模拟知识的普及面．例如，在《固体物理》课程中，当讲解到能带理论一章时，我们会在本章结束时，加入一次课，着重介绍基于第一性原理的平面波赝势计算方法计算材料的能带结构、电子态密度等以及第一性原理计算的常用软件(CASTEP、VASP等)．一方面，对学生学习的理论知识加以直观化和适度的扩展，另一方面也进一步普及第一性原理计算的相关知识．在《材料科学基础》教学中讲解到相平衡与相图一章时，我们会在本章内容结束后介绍相图计算近年来的发展现状，包括CALPHAD(CalculationofPhaseDiagram)计算方法、热力学与动力学的结合、第一性原理与相图计算方法的结合，并简要介绍今后相图计算可能的发展方向[7]．在晶体缺陷内容的教学中，穿插介绍利用分子动力学计算面心立方金属空位和间隙原子点缺陷的形成能的方法．通过在课程教学中穿插入计算模拟方法的介绍，一方面也加深了学生对所学内容的理解，另一方面开阔了学生的眼界．(3)举办计算模拟相关的学术讲座．自从2009年以来，物理与电子信息学院从事计算模拟研究的教师每学期都结合自身的科研情况举办面向全院学生的学术讲座．例如在2011至2012学年第二学期，我们举办两场学术讲座，分别是《氧化锌晶体及其掺杂的第一性原理研究》以及《可见光响应半导体光催化材料的结构和能带设计》，教师在讲座中介绍自己的科研情况，同时也使学生了解到如何把学到的计算模拟知识应用到科研实践中去，让学生体会到如何利用计算模拟预测材料的物理性质以及指导材料设计的研究方式，提高学生自觉学习计算模拟方法的积极性．

物理研究性学习材料例9

中图分类号：G71 文献标识码：A

《材料科学前沿》课程是材料科学与工程专业的一门专业课。课程的目标是要求学生了解材料科学研究前沿新动态，新材料的合成与制备方法和技术以及新材料的研发对现代材料市场可能产生的影响。课程主要向学生介绍近几年内材料学科的热门研究方向，介绍新材料的物理化学特征及新材料产业与材料科学前沿之间相互依赖关系与发展规律，学生通过该课程的学习能了解新材料的研究领域及相关的新材料表征技术。通过近几年来对该课程的实践教学，笔者主要阐述学习该课程的重要性，通过实例教学来扩展学生的知识面，从而提高教学质量和教学效果，教学过程中注重培养学生创新意识和能力，探索如何让学生全面了解材料科学前沿领域为目标的课程教学新模式，同时就如何进行课堂讨论和课程论文设计等方面进行了改革，并在教学内容、教学方法、教学手段及考核方式等方面进行了有益的探索和实践。

1以材料研究前沿动态为指引，拓展教学内容

本课程是针对理工科学生开设的，其内容可分为前沿动态和新技术发展两个部分。课程基于ESI数据库中多个研究前沿，根据材料学科的特点，甄选出了2014-2015年排名前10的热点研究前沿和5个新兴研究方向，涉及材料科学及材料结构表征领域。

在前沿动态教学方面，主要学习材料学科前沿动态和国内外最新报道的新材料制备技术和实验研究方法。在新技术发展方面，主要集中在现代高新产业中正在实施产业化的新材料制备技术以及新材料研发过程中采用的先进工艺和方法。这两部分涉及知识范围较广，因此课程教学过程中注重新知识和新理论的系统化，需要不断更新国内外的发展动态，注重先新实验技术的介绍，以知名科学家及其科研团队的最新研究结果来增强教学内容的广度和深度，为培养学生的创新能力提高保障。课程中对于实验原理和设备的教学内容应该与最新设备和最新技术相一致，因此在教学过程中向学生提供如Nature和Science等专业期刊网站的链接，拓宽学生的专业视野。

2引导学生探索材料研发新领域，培养创新思维

当前课程教学面临的主要问题在于学生对新技术和新方法缺乏重视和认可，结果造成教学的低效率。因此在教学过程中，要注重培养学生创新学习的意识，逐步提高学生的学习兴趣，使学生主动在课后有兴趣去网络搜索课堂介绍的新材料和新技术。科学兴趣的培养是学生能够在该课程有所收获的基本前提，所以在教学中必须从科研实例引出技术问题，从技术问题引出科学概念，由科学概念引出解决问题的方法，让学生能够充分理解、思考所学的内容。课程基于材料科学研究前沿的分析为学生提供了独特的视角去洞悉科学研究是如何展开的，揭示了不同研究者因探究科学问题产生的关联性。

课程中关于新技术的介绍一般理解起来比较抽象，在教学中时必须注重从现实生活中的直观现象入手，解释抽象的概念。教学计划总学时主要分为两部分，第一部分内容涉及有材料科学进展和前沿动态；第二部分内容涉及有先进纳米材料、先进能源材料和先进材料制备技术的应用。在实践教学过程中，要从以下三个方面对教学内容进行选择和侧重：

（1）化学与材料科学研究前沿。由于本课程中化学与材料科学研究前沿所涉及的化学概念较多，因此学生必须对材料化学等前驱课程进行回顾。这部分章节侧重于选择钠离子电池电极材料、功能性金属有机骨架化合物、铑催化的碳氢键活化反应、基于石墨烯的光催化、石墨烯量子点的合成与应用等前沿内容。

（2）物理与材料科学研究前沿。由于本课程中物理与材料科学研究前沿所涉及的物理概念较多，因此学生必须对材料物理等前驱课程进行回顾。这部分章节侧重于选择硅烯的生长与特性、碱金属掺杂铁硒超导体、高能量转换效率聚合物太阳能电池、铁基高温超导等前沿内容。

（3）在材料结构表征新技术方面，为了增强学生对材料表征技术课程内容的理解，将AFM、XPS、FESEM、HAADF、STEM、CEPC和SPPC等材料性能现代检测方法与课程内容有机地结合起来。

3立足金属材料专业特色，促进教学改革

物理研究性学习材料例10

材料学包罗万象，是国内外各行各业发展都离不开的一门基础而重要的学科。目前据相关专家分析，我国在材料成型设计方面的人才缺口在20万～30万之间，并且呈逐年递增趋势，材料科学与工程专业的毕业生已经成了“抢手货”。目前我国整个材料行业都缺少高精尖人才，人才缺失问题已经成了众多企业发展的桎梏。

材料行业对人才的需求是如此的迫切，那么也可以想象材料学的就业趋势非常好，想要进入材料行业的学生也很多，那什么性格的人适合进入材料学院呢?笔者列出了如下的性格需求度表格，同学们不妨参考一下。

概述：材料学究竟是什么

材料学是一门跨学科的科学，涵盖的范围很广，子学科多。所以想要回答“材料学究竟学什么”这一问题很难。总的来说，材料学就是研究材料结构、性质和性能，以制造出更好的材料或更好地使用材料的学科。

材料学具体分为三个大类：金属材料、无机非金属材料和高分子材料。因此，大部分高校会开设材料科学与工程专业，专业下又分出几个方向，针对性地学习这三大类的知识，并且它还与其他一些工程科学相重叠，因此在各大院校，材料科学与工程都有若干分支。

从这三大类可以看出，材料学是典型的工科专业，课程安排和其他工科专业大同小异。大学一、二年级会安排基础科目的学习，如高等数学、线性代数、概率统计与随机过程、大学英语、C语言、大学物理、机械制图、电子电工学这样与材料生产设备相关的课程：到了大三大四，则会偏重专业课，比如材料物理、物理化学、有机化学、材料力学等，都是必须要学习的。

材料学由于应用广泛。在众多领域都有很大的发展空间。学生毕业后可在航空航天、冶金、机械、汽车、电子、信息、交通、化工和建筑等工业企业以及相关科研单位工作。学校不同，学科方向不同，就业的去向也不一样，比如以研究钢铁为主的材料专业。学生毕业后大部分去的都是加工为主的企业，比如钢铁厂、汽车厂。

总体而言，材料学是比较基础的学科，光是大学四年学不到特别专业的知识。所以很多同学会选择考研深造，这个时候，不妨选择一个前沿的并且热门的方向，比如先进陶瓷、复合材料、纳米材料、生物材料等。

核心专业：高分子材料科学与工程

从本世纪中叶。高分子材料逐渐登上了材料王国中的宝座。据2011年的最新统计，我国高分子材料的体积产量已经超过其他各类材料，塑料的体积产量已经超过钢铁体积产量，合成纤维的生产也超过全部有色金属的总产量，这说明我国已经跨进了高分子材料时代。

高分子材料科学与工程的建立可以说只有二三十年的历史。从“高分子”三个字，就知道这个专业需要用到化学方面的很多知识，在大多数院校中，都开设了无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等，而且根据各个学校的侧重点不一样，有机化学、量子化学、结晶化学和热力学、固体物理学、结晶学、统计物理学、聚合物流变学、高分子材料学、塑料成型工艺学、机械制造基础、模具材料及制造等课程也都是需要学习的专业基础课程。为了理解高分子材料中的许多物理现象。系统学习高分子物理学也是十分重要的。如果你只希望念完本科就毕业工作，高分子材料专业是个很不错的专业，因为它的就业市场很大。

新兴专业：生物功能材料

国家将生命科学和新材料科学列为21世纪重点发展的领域，而生物材料学作为一门只有十年历史的新专业、站在生命科学和材料科学前沿的交叉学科，更是优先发展的重点。

生物功能材料专业是培养具有材料科学与工程、生物学和医学等领域的相关知识，掌握生物材料的基础和专业知识，能在生物材料的制备、改性、加工成型及应用等领域从事基础研究、应用研究和技术开发等的综合型高级技术人才。

不过很多人会纳闷，生物材料到底拿来做什么呢?作用到底体现在哪里呢?答案很简单—它们最常出现在牙科和整形外科。假牙、补牙材料、人造骨、人造关节都是生物材料的一种。例如为防止骨折，关节等部位要承担体重的3—6倍的重量，而且一年要承受近200万次重复荷重，因此要求人造的关节材料有优良的对生物适应性、疲劳强度和耐磨性等。

本专业毕业生的就业、继续升学和出国深造的前景广阔。可从事与生物材料、医药等领域相关的管理、产品研究开发、市场销售、贸易等方面的工作。

院校推荐

到目前为止，我国设有材料类专业的高校有400多所，这400多所院校有自己的特色，因此，这些院校在学生的培养上也会有自己的特色。

比如，清华大学材料科学与工程专业注重学生的基础，下设了五个方向：材料物理与化学、金属材料、无机非金属材料、复合材料和电子材料。不过在本科阶段，五个方向的课程都大致相同。

北京科技大学的材料科学与工程专业是该校最强势的学科，偏重钢铁材料研究，软硬件设备足以让冶金专业以外的学生眼红。学校名师荟萃，科研实力强，本科生在校学习期间都可跟老师进实验室做科研。

哈尔滨工业大学的材料学院则始终围绕“高端”两字，紧密围绕国防尖端技术发展需要的新型材料、新型材料的精密和特种加工技术设置课程与内容。