物理研究性学习材料精选(九篇)

第1篇：物理研究性学习材料范文

关键词：材料物理 课题式教学 模拟仿真

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.

[2] 赵晓霞.大学本科研究性学习的特征[J].现代大学教育，2006（5）：105-108.

第2篇：物理研究性学习材料范文

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

［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.

［4］曾兆华，杨建文.材料化学.2版［M］．北京:化学工业出版社，2013.

第3篇：物理研究性学习材料范文

材料的计算模拟方法介绍

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．

结束语

第4篇：物理研究性学习材料范文

【关键词】 高中物理 教学 研究性学习

【中图分类号】 G633.7 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-4772（2013）05-006-02

研究性学习的开展，也是当今教育改革的一个重点。在课堂教学中开展“研究性学习”，是研究性学习实施的落脚点。物理学科以实验为基础的特点，使其在课堂教学中开展研究性学习方面，具有得天独厚的先天优越性。那么，现有条件下，怎样在物理教学中开展研究性学习，充分发挥它的作用呢？我们在教学中进行了一些探索和尝试，有一些想法和体会愿意与大家共同交流。

一、研究性学习的特点

1. 过程体现自主性。从选择课题，设计方案，开发利用资源到探索研究结论，都由学生自己操作，研究性学习充分体现了学生学习的自主性，强调学生的主动探索，主动发现和体验，为学生最大限度地发展创新思维和实践能力提供了空间。与以往课堂教学相比，教师由传统的管理者、解释者和评判者转变为合作者、协调者和服务者。在研究活动的整个过程中，学生是活动的主体，教师考虑更多的是怎样更好地给予指导和帮助，教给学生正确的研究策略和思维方法，设想学生在活动过程中可能遇到的困难和问题。由学生自主参与，选用适合的研究方法，得出自己的结论，从而培养了学生的创新意识、科学精神和实践能力。

2. 教学趋于开放性。研究性学习为学生创设十分宽松的学生环境，让学生享有充分的心理安全，无论是教学内容还是教学形式都体现了开放性。教学内容上天文地理、古今中外，只要是学生感兴趣的题目，并有一定的可行性，都可作为研究课题。教学空间是开放的。研究性重视强调理论联系实际，强调活动、体验的作用。学生学习的地点不再限于学校的教室、实验室和图书馆，很多时候是走出校门进行社会实践，实地勘察取证、走访专家、收集信息等等。学习方法和思维方式是开放的。针对不同阶段的不同目标，选择与之适应的学习形式，许多课题需要综合运用多门学科的知识，学生运用各门学科知识分析和解决问题的能力增强了。收集信息的渠道是开放的。不再是以前单纯地从课本和有限的参考书上获取信息。

3. 研究趋于综合性。研究性学习活动应从学生身边的事物或问题出发，形成跨越诸多学习领域的活动，以利于知识的融汇贯通和多角度、多层面地思考问题能力的形成。通过亲身的实践，使学生了解和关心社会，了解社会，了解和探索自然的奥秘并形成综合看待问题和解决问题的能力。

4. 评价取向过程性。学生对物理的习惯反应是“会”与“不会”，物理教师对学生的试卷、作业则总以“对”与“错”来评判，而研究性学习评价更关心学习的过程，重要的是能否对所学知识有所选择、判断、解释、运用，从而有所发现。

5. 活动要求全员性。研究性学习要面向全体学生，并充分考虑到学生的个性差异，尊重学生的兴趣爱好和选择，力求使每位学生都能得到发展，使学生学会交流和分享研究的信息、创意及成果，发展乐于合作的团队精神和合作技能。

二、如何在高中物理教学中开展研究性学习

（一）做好准备工作

1. 介绍科学方法。要让学生能够自主顺利的开展研究性学习，必须掌握一些物理的研究方法，我们可以充分利用教材资源，新教材的编写注重了结论的得出过程和研究方法的介绍，并在课后阅读资料中介绍了一些科学的研究方法和科学家的研究历程，如微元法推导位移公式、用动力学方法测质量，伽利略对自由落体运动的研究，爱因斯坦谈伽利略的理想斜面实验等。教学中要注意引导学生学习、阅读。我们还可以通过指导学生翻阅科普书籍、物理杂志、甚至在互联网上查找相关物理资料等形式，让学生了解物理的研究方法，提高思维水平。

2. 激发学习兴趣。物理学是前人在认识与探索自然的过程中通过总结、归纳、抽象、验证等思维环节而逐步建立，不断完善起来的一门自然基础科学。它对促进人类社会的进步、发展有卓越的贡献。通过知识竞赛，讲故事、看录像等形式使学生了解物理发展的历史，知晓一些物理学家的研究历程，基本观点，奇思妙想，重大发现等，让学生感悟物理的魅力和对人类进步的深刻影响力，以培养学生对物理的兴趣，产生自主学习的动力，激发开展研究的欲望。物理作为一门实验学科，演示实验，学生实验，课外趣味实验是激发学生学习兴趣的有效途径，也是开展研究的良好手段。物理还是一门实用的、与生产生活紧密联系的学科。例如，物理在能源开发利用，高性能材料的应用，信息通讯，航空航天等领域都有很重要的应用，给人们的生活带来了重大的变革。日食、月食、海市蜃楼等奇妙的自然现象也与物理的光学知识有关，这些无疑可以激发学生学习和研究物理的兴趣。

（二）做好选题工作

研究性学习活动中选题阶段是学习的起步环节，一个研究课题选题质量的高低将直接影响着课题研究成果的优劣甚至是研究成败的关键。爱因斯坦曾说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”因此，重视和加强对物理研究性学习活动中选题环节的指导，将有利于促进研究性学习课程的顺利实施，有利于提高研究性学习的活动成效。研究性学习的选题环节实际上是一个初步明确研究方向、研究目的、研究内容、研究方法和步骤的过程。在学科教学与研究性学习的整合中选题过程更是至关重要的环节。我们要把握好课题的来源才能充分发挥研究性学习在物理教学中的作用。

1. 课题的来源。一是教材中提供的研究性课题。通过研究，学生不仅可以巩固学过的知识，加深对知识的理解还可以结合其它知识进行综合应用，拓展研究。二是教材中的某些选学内容。新教材中的选学内容，大纲要求作为知识的扩展内容学生了解即可，并且课文内容属于知识介绍、讲解类，又是与实际生活结合紧密，学生很感兴趣的部分，非常适合学生通过研究性学习的方式完成教学任务。三是教材中的某些必学内容。其实《离心现象及其应用》、《超声波和次声波》、《能源与环境》、《日光灯原理》、《电视和雷达》等内容都可以经过安排，调整作为研究课题开展研究性学习。四是课后阅读材料提供的资源。新教材的编写中加入了许多阅读资料，一些是当今的热点话题，一些是科技前沿发展情况的介绍，它们是课本知识的延伸，是学生们既感到很远又很渴望知道的内容，如黑洞，磁与生物，纳米技术，磁悬浮列车等。我们可以从中提炼有价值的研究课题。五是从日常生活中选取与物理有关的课题进行研究。如“指甲钳的杠杆原理”，“为什么轮船的头部要造成球形？”，“笔杆上的小孔有什么用？”，“水沸之前为什么会响？”，“飞机会被雷击吗？”，“日食月食的形成”等。这些都是学生身边的物理现象，是学生感兴趣的课题，更是学生有能力利用自己学习过的物理知识，经过研究可以解决的问题。这些研究课题很具有实际意义和价值。

2. 课题选择的原则。在选题过程中一定要注意课题的价值性，明确性，创新性，可行性。其中可行性研究是选题环节应着重考虑的方面，选题的可行性一般指学校，家庭或社区能否提供学生课题研究的必要条件，具体有资料信息，实验设备，时间精力及经费等，还有开展研究的学生的知识能力水平，年龄特征是否适合该课题的研究。选题时禁忌课题题目过大，研究内容过于抽象，选题提出的依据不足。特别是在学生自主选题时，更容易出现此类问题，学生大多数从自己的兴趣爱好和个人主观感受出发，这就需要教师引导学生先做调查研究，找出确定研究课题的依据，然后将个人认知转化为问题，保障课题具有研究价值。在研究性学习应用于物理教学时还要注意以课本知识为依托。

研究性学习的选题过程是从产生研究动机到形成研究基本思路的过程。为了获得有价值的课题，学生们必须不断学习新知识，新理论，广泛摄取信息，还需要学生关注身边发生的物理现象，社会热点问题，在学习和实践中发现问题，产生解决问题的动机，然后，提出初步假设，并广泛查询资料，了解相关的研究成果，研究方法，进一步寻找理论、实践依据，分析研究的可行性，最后，经比较、分析、综合和抽象的思维过程明确具体的研究问题。所以选题过程实际是一个研究过程，它有助于提高学生的科学探究力，又是学生自我完善、提高的过程，更是研究性学习在物理学科教学中能否充分发挥作用的关键环节。

（三）课题研究的实施

研究方案在确定后，即可按计划分头进行研究

1. 资料收集。查找文献资料是研究性学习的一个非常重要的内容。在研究中查得最多的是图书和期刊。

2. 加工分析所收集的资料。加工分析所收集的资料是指剔除假材料，去掉相互重复、过时的资料；以研究任务为目的的来评价资料的可使用性，保留那些全面、完整、深刻和正确地阐明所要研究问题的一切有关资料，以及含有新观点、新材料的资料。在资料数量和类型很多的情况下，还应对这些资料进行分类编排，并编制目录索引。对准备利用的文献资料，必须对其可靠性进行鉴别和评价，对那些不完全可靠的或有待进一步明确的资料，则不予采用。

3. 课题实施。各小组在研究过程中，根据计划既分工负责，又相互配合，体现分工与合作的统一。同时，各小组应进行社会调查研究，数据处理等。在整个研究过程中，指导教师既为研究小组内的成员提供咨询与研究指导，又要负责对整个研究过程的监控，及时对课题研究的偏差进行正确指引。由于这是一项以学生研究活动为中心的问题解决活动，指导教师的监控仅体现在依据各研究小组所制定的方案定期检查研究进展情况，掌握和了解各小组的研究活动情况，及时解决发生的偏差和失误。此外，指导教师还需检查各小组的阶段研究报告，以便根据实际情况指导学生调整研究计划。

4. 撰写研究、工作报告和评价。各研究小组在按计划完成课题研究之后，需要写出课题研究报告和研究工作报告，前者详细叙述研究思路、研究过程与研究所取得的成果，后者则着重描述研究过程中所做的工作，以及参与课题研究的体会。

三、在高中物理中开展研究性学习的意义

在物理教学中实施研究性学习对促进学生对学习物理的兴趣和需要，激发学生的创造性思维，进而形成一种探究未知世界的积极态度具有重要的作用。研究性学习的实质就是通过主动地参与获得知识的过程，掌握认识和实践的各种能力。它不以取得现成的结论性知识为满足，而是在不断地研究中逐步掌握研究问题的科学方法和积极的态度。这在物理的学习和研究中是非常重要的。

1.切实地体现了教师的主导作用和充分地体现了学生的主体地位。学习过程中，学生始终是主体，老师是组织者，只提出问题，至于解决问题的方法、方法的可行性、方法的优劣等都由学生来完成。我们充分尊重学生，允许他们异想天开，探索不拘常规的方法。对他们提出的每一种方案都不妄加评论，而是引导他们用实验来验证。在研究性学习过程中，问题就是学生学习的重要载体，学生在解决问题的过程中会涉及多种知识，这些知识的选择、积累和运用完全以问题为中心，打破了教材的条条框框，可以充分挖掘学生的思维能力、想象能力、分析问题的能力以及动手能力等，从而激活他们的创新意识。这一过程中，教师不再仅仅是知识的传授者，首先教师是一位听众，要善于充分听取学生的意见；其次是一位与学生平等交流的领路人，要让学生从与教师的交流过程中，感到自己的成功，同时感知到自己应该努力的方向；第三才是一位评判者。在研究性学习过程中，绝大部分的时间，教师的引导作用体现在前两个角色的充分发挥上。

2. 增强了课堂教学的开放性。研究性学习是把学生置于一种动态、开放、主动、多元的学习环境中。这种学习环境是开放的，课上与课下结合，校内与校外呼应，小组内与小组外互补；这种思维环境是开放的，学生在知识获取的思维过程中，不再仅仅是跟随教师对知识传授的思维设计，学生的思维过程，是建立在自己对问题的感性认识和初步的理性思维基础上的，同时在交流过程中，又接触到其他小组对问题的不同感性认识和不同的理性思维，当然，也有老师的思维启发，学生在研究性学习过程中，接触到的是一个多元化的思维环境。

3. 增强了学生学习的兴趣。兴趣来源于学生对自己行为的绝对控制，并通过自己的行为获得了一定的内心满足。如果学生的行为是被动的，受制约的，那他们表现出的积极性就会远逊色于对自己的纵容。增强学生学习的兴趣，最好的方式就是让学生自己动手，设计并完成自己想要做的事情。研究性学习的开展，正好提供了学生自己动手的机会和条件。学生在研究性学习过程中，表现出了浓厚的学习兴趣。

[ 参 考 文 献]

[1] 普通高中“研究性学习”实施指南（试行）（中华人民共和国教育部）.

第5篇：物理研究性学习材料范文

关键词：全英语教学；功能材料学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）03-0061-02

高等教育国际化成为当代世界高等教育的重要理念。培养既有扎实专业知识，又有国际交流、合作、竞争能力的国际化人才，已成为我国高等教育的最重要任务之一。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》和《上海市中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》都将教育国际化列于突出地位。因此，上海市教委从2009年起开展了上海高校示范性全英语教学课程建设，鼓励高校教师开展全英语教学，发挥课程示范辐射作用，提高国际化教学质量[1]。上海理工大学材料科学与工程专业自2010年起开始了本科生课程的全英语教学探索，目前正在建设包括材料结构与性能、材料分析与设计和专门材料与应用三个全英语教学课程群[2，3]。《功能材料学》课程主要针对材料科学与工程专业三年级学生，是专门材料与应用课程群的核心课程之一。《功能材料学》课程主要向学生讲授各类功能材料的结构、性能及应用的基本理论和相互关系等，并介绍当今各类功能材料的最新研究成果，加强学生对专业知识的理解和掌握，并了解功能材料领域的发展趋势，为今后在相关领域学习和工作打下坚实基础；同时，深化培养学生的专业英语运用能力以及国际化视野，提升其综合素质。为更好地实现上述教学目标，提高课程教学效果，本文结合《功能材料学》全英语教学课程近几年的教学实践，对课程的教学内容、教学方法与手段以及评价体系等方面进行了初步探索。

一、教学内容的优化

功能材料是指具有优异的物理、化学、生物、光电性质并能在其之间相互转化的材料。根据材料的功能分类，功能材料包括电子材料、磁性材料、光学材料、生物材料、各种功能转换材料等，涵盖电子学、光学、生物医学、电磁学等领域，是一门多学科交叉融合的学科。目前，高校的材料科学与工程专业基本都开设功能材料学及相关的专业课程。功能材料学涵盖面广、信息量大，但是一般课程的教学时数相对较少，所以多数高校都是选取几类功能材料作为教学内容。例如华中科技大学开设的《先进功能材料》课程主要介绍光功能材料、电功能材料、磁功能材料和能源材料。本校的《功能材料学》课程实施全英语教学，虽然学生在前期已学习了全英语授课的《材料科学基础》、《现代材料分析方法》、《材料结构与性能》等专业基础课，能够较好适应全英语授课的节奏和方式，但是很多学生以英语思维方式理解和掌握专业知识仍然面临困难和挑战，所以在教学时数有限的情况下，教学内容的优化至关重要。

1.为实现课程教学与国外接轨，同时结合功能材料领域的发展状况和本校材料学院以能源、环境、生物材料为主的研究特色，本课程教学中选用了Deborah D.L.Chung主编的原版英文教材《Functional Materials：Electrical，Dielectric，Electromagnetic，Optical and Magnetic Applications》作为主要参考教材，同时补充Buddy D. Ratner等人编写的原版英文教材《Biomaterial Science：An Introduction to Materials in Medicine》作为生物功能材料的参考教材，并将发表的经典论文与最新研究成果等作为补充教材。

2.由于本课程的学生已学习了大量的材料学基础理论课程，所以教学内容以功能材料的应用为主，兼顾理论知识的巩固。以材料设计中的“结构-性能-应用”基本思路为主线，在介绍某种功能材料的结构与性能之间关系的基础上，着重讲授功能材料的性能与应用之间的相互关系，突出实际应用案例。这样，课程教学内容既保证学生可以巩固功能材料学的基础知识，又引导学生将基础知识和实际应用结合起来，提高解决实际问题的能力。

3.为了教学内容能够有效激发学生的学习兴趣，引导学生把握功能材料领域的发展趋势，本课程以专题形式只在压电材料、磁性材料、光电材料、电池能源材料、生物材料等范围内选择几种经典的和最新发展的功能材料及其制备新技术作为讲授内容，同时引入新材料、新技术等方面的课堂讨论内容。例如在讲授太阳能电池材料及新技术时，除了介绍太阳能电池的工作原理、目前研究的太阳能电池材料外，结合本院开展太阳能电池材料研究的老师的科研成果，课堂讨论太阳能电池材料的研究现状和发展趋势。

二、多元化教学方法与手段的运用

全英语教学是指用英语全程授课，让学生在全英语环境中学习专业知识，这对学生提出了更高要求。复旦大学蔡基刚教授研究认为，具有大学英语四级水平以上的学生，具备上全英语课程的能力，关键在于坚持和信心[4]。目前，本专业学生在上海市及全国范围内均为一本招生，英语整体水平较高，而且学生在前期已经学习了多门全英语授课的专业基础课。但是，部分学生仍然对全英语课程产生畏难情绪。因此，在全英语教学中，如何提高学生对课程的兴趣以帮助学生克服畏难情趣，是影响教学效果的重要因素。在近几年的全英语教学实践中，我们对多种教学方法和手段进行了融合运用。

1.多媒体教学，精心准备课件及教学细节。在课前精心组织教学内容，注重最新研究成果和经典功能材料的实际应用案例，力求课程内容的前沿性、实用性和趣味性。多媒体课件尽量通过图片、表格、动画以及视频等资料，以直观的方式体现教学内容，避免在幻灯片上出现大段文字，以此吸引学生的注意力，帮助其克服语言障碍。通过讲授过程中放慢语速或者重点内容重复多次的方式，争取绝大多数同学在课堂上能够听懂、理解，并且设置提问环节以增强学生对知识点的掌握。

2.将研究和探索的氛围带到课程教学中。本课程的教学内容结合了学院的研究特色，教学团队由多名从事不同功能材料研究的科研一线教师组成，分别在其擅长的研究领域讲授教学内容，同时将各自的科研成果引入教学，丰富教学内容，使教学与科研有机结合起来。增加教师本人的科研成果展示、科研故事等内容，使课程充满研究和探索的气氛，激发学生对课程内容和功能材料研究的兴趣。

3.开展当前研究热点和最新研究成果的课堂讨论。通常学生对研究热点和最新研究成果都比较感兴趣。例如在讲授目前非常热门的石墨烯材料时，教师提前给学生布置讨论题目：石墨烯材料具有非常优异的电导、机械强度、韧性等性能，那么这类材料的应用领域在哪里？在课堂上，教师在讲授完石墨烯材料的结构与性能关系后，在轻松的氛围下开始课堂讨论。这样的教学方式不仅有利于调动学生主动参与的积极性，而且可以培养学生独立思考和分析判断问题的能力以及交流、讨论、合作的热情和能力。

4.注重学生课前预习和课后知识巩固。全英语教学实践中，学生的课前预习对提高课堂教学效果非常重要。为了让学生的课前预习有的放矢，教师在课程开始前将课件放在课程网站上，让学生根据课程进度表提前下载课件并配合英语参考教材预习，避免了英语参考教材信息量大、学生预习无从下手的情况。通过预习，学生可以熟悉课堂的教学内容以及专业词汇，尽量避免因为课程内容和词汇生疏带来对知识点的理解困难，有助于学生跟上教师授课节奏，提高课堂教学效果。而对学生课前预习要求的检查和督促则通过教师课堂随机测验、点名提问等方式进行，并且将结果计入平时成绩。另外，为了进一步巩固课堂所学知识，每个专题授课结束后都会通过布置作业来引导学生对所学内容和知识点进行回顾。对学生课后作业完成情况的检查则通过作业批改、在课堂上问答的互动方式进行，标准解答定期上传至课程网站，以便学生加深对课程内容和知识点的理解和掌握。同时，本课程还设置课后辅导答疑环节，学生在每周的固定时间可到教师办公室接受答疑辅导。

三、课程教学评价体系的建立

好的课程教学评价体系也可以有效激发学生的学习兴趣，提高教学质量。传统的以期末考试为主的评价方式，容易导致学生考试前突击死记硬背知识点，而忽视平时对所学知识的运用以及综合素质的培养。本课程采用教学过程中的课堂参与度等作为过程性评价和学期末综合考试作为总结性评价。过程性评价包括了全英语课后作业、课堂问答互动、小组课堂专题演讲以及查阅英语文献与资料能力等构成，占总成绩的50%～60%；而期末综合考试则主要考查学生对重点知识点的理解以及解决实际问题的能力，占40%～50%。采用这样的评价方式，鼓励学生参与课程教学，激励学生的学习热情。既让学生重视对知识点的理解和灵活运用，而不是死记硬背基本知识点和基本概念，也加强了学生综合素质的培养。

全英语课程教学已成为高校培养国际化人才的重要举措。《功能材料学》课程是材料科学与工程专业非常重要的专业课，要达到提高学生专业知识水平，培养学生解决实际问题的能力以及国际化视野，提升综合素质的教学目标，在全英语教学中，必须要在教学内容、教学方法与手段、教学评价体系等方面下功夫，激发学生对全英语教学课程的学习兴趣，使学生克服畏难情绪，能够在教学过程中成为教学主体。全英语教学还是一种新的教学模式，在引导学生成为教学主体的同时，教师也要不断学习、提高教学理念和教学水平。只有教师和学生教学相长，才能真正提高全英语教学质量。

参考文献：

第6篇：物理研究性学习材料范文

综合实践活动的内容有以下几方面：研究性学习、社区服务与社会实践、劳动与技术教育、信息技术领域本学期将围绕着四个领域开展活动，合理分配好活动课时。

1、研究性学习的计划：

初步确定本学期开学初在3至6年级研究性学习的领域进行系统培训，让学生了解什么是研究性学习，研究性学习的方法有：查找资料、实验法、访问法、问卷法、观察法。对以上这些方法进行详细的讲解与训练让学生掌握其方法，便于学生在开展研究性学习的过程中进行合理运用。

查找资料：（举例收集古今中外和身边的关于孝子的故事。）

查找资料法一般需要经过5个步骤：一是课题分析；二是资料主题分析；三是资料的收集与整理；四是资料的阅读与摘录；五是资料的提炼与阐述。

三、四年级需达成的目标：了解查找资料的方法和途径，（图书、期刊、报纸、电子出版物等）学会运用各种途径正确查找自己所需要的资料，并把自己查找到的资料简单的记录下来。中年级学生学会掌握资料的收集与整理、阅读与摘录就可以了，课题的分析和资料主题的分析需要在教师的指导下才能完成。

五、六年级需达成的目标：掌握查找资料的方法和途径，准确查找到自己需要的资料并对资料进行筛选、整理、总结。学会使用打印机，知道哪些资料是自己所需要的，把资料整理成自己的语言，并熟悉自己查找的资料，杜绝在汇报过程中拿起没有进行处理直接读。高年级的学生需大概了解以上五个步骤并能简单的将五个步骤全部操作下来。

实验法：(举例：污水危害对鱼类生长的影响研究。在专门综合实践教室中进行实验。)

开展实验研究一般要分为五个步骤：1、实验设计；2、实验准备；3、实验观察与记录；4、实验结果分析；5、完成实验报告。

三、四年级学生需达成的目标：对自己感兴趣的问题进行实验设计、了解实验的步骤、实验时对实验得到的数据进行记录，会对一些简单的实验进行结果分析。

五、六年级学生需达成的目标：对要做的实验进行设计，自己操作实验做好实验的观察和记录发现在实验过程中存在的问题，对实验的结果和自己的猜测进行对比和分析，完成自己设计好的实验报告。

实验名称

实验起止日期

年月日至年月日

实验地点

记录时间

实验观察记载

记录人

观察法：（举例：观察一年四季夜间天空的变化情况；观察城市河道在不同季节的情况；观察植物生长变化的过程；观察校园中学生课间的活动情况；观察教师课堂教学受学生欢迎度的信息等。）

观察研究法一般有4个主要步骤：1、制定观察计划2、实施观察测量3、分析观察记录4、得出观察结论

例如：日照对植物开花的影响研究

《日照对植物开花的影响研究》观察计划

观察目的：了解日照对植物开花的影响。重点区分短日照植物与长日照植物受日照影响所产生的不同结果，并发现同类植物由于日照不同而导致的不同结果等。

观察对象：夏季选择天仙子；秋季选择。

观察地点：学校或附近的花圃。

观察步骤：

①夏天，在接近天仙子开花的时节，在花圃里支一把小伞，每日下午定时遮阴3小时，观察其与未遮阴的天仙子哪个开花更早。

②秋天，在接近开花的时节，在花圃里支一把厚布小伞，每日下午定时遮阴2～3小时，观察其与未遮阴的天仙子哪个开花更早。

观察分析：

①发现短日照植物与长日照植物受日照对开花的影响规律。

②可以发现不同植物每天受日照最佳的时间应该是多少吗？

③如果将观察结果应用到植物种植地区的迁移上，有些什么价值呢？

调查法

调查研究法的一般过程有7步：1、根据课题研究方案确定调查内容，2、选取调查对象，3、设计调查方法，4、收集资料，5、分析研究，6、得出结论或解决问题的方法，7、形成课题成果。

三、四年级目标需达成目标：在开展调查研究之前，把需要调查的内容进一步明确化、细化，要尽量清晰完成本课题究竟需要获得哪些第一手的调查材料。

能根据调查研究的具体方法，注意收集好问卷调查发放的问卷，实地调研拍摄的照片、获得的录音资料、笔记等，深度访谈主要是整理后的访谈记录等。这些资料收集起来是要为完成课题研究报告作准备的，所以一定要尽量收集完备。

五、六年级目标需达成的目标：对前一阶段调查所获得的各种资料进行综合分析、比较研究。对调查问卷的各类数据要通过统计、分类和分析、比较，发现可资说明论题的一些信息，并且整理和归纳起来。

2、社区服务与社会综合实践计划：

学生在教师的指导下，走出教室参与社区和社会实践活动，以获得直接经验、发展实践能力、增强社会责任感为主旨的学习领域。本学期将社区服务的敬老院活动和研究性学习的孝文化相结合，带领学生去敬老院以获得最直接的经验。采用参观、访问、调查、实验、采访、宣传、郊游、野营、义务劳动、公益服务等方式，以引起学生的兴趣，丰富学生的感性经验。把学生的学习实践场所从学校拓展到社区改变学生单一的学习方式，使课堂知识学习和社会体验学习结合起来提高学生的社会实践能力。

3、劳动与技术教育信息技术教育计划：

本学期我校3至6年级都定制了劳动与技术课件制作的材料和我们的小主人蔬菜园的种植相结合。

三、四年级掌握的目标：

1、认识日常生活和周围坏境的常见材料，学会使用一些简单的工具。

2、走进信息技术大门，学会运用计算机进行简单的信息处理。

3、学会正确处理一些日常生活中的废旧材料。

4、能够根据材料的用途和性能价格比，进行材料的价格和选择。

5、知道泥塑作品的基本材料的特性以及基本工具的使用方法，掌握刻纸、剪6、纸的基本方法，能设计和制作简单的纸塑工艺和泥塑作品并作出评价与说明。

7、种植常见蔬菜知道其生长过程

五、六年级掌握的目标：

1、通过技术实践活动，丰富自己的劳动体验，形成对劳动的初步认识。

2、掌握生活必备的技术基础知识与基本技能，学会生活自理。

3、建立生活中的主体意识，形成积极的生活态度。

4、知道纸质类、木质类、金属类、塑料类等材料中常见易加工材料的性状和用途，会使用一些合成材料和连接材料进行部件连接。

5、通过测量、绘画、材料加工等活动，学习使用一些常用工具。

第7篇：物理研究性学习材料范文

明确学习结构化学的重要性和意义，才能更好的使用结构化学的知识来解决问题。结构化学是在原子－分子水平上研究物质分子构型与组成的相互关系以及结构和各种运动的相互影响的化学分支学科，可以深入分析化学反应机理和本质，阐明物质的宏观性能与微观结构之间的关系及其规律性［5］。在这个基础上就有可能不断地运用已知的规律性，设计合成出具有更优性能的新材料。通过对该课程的学习，培养研究生用微观结构的主要观点和方法来分析解决化学问题的能力，使研究生能够用结构化学理论从本质上来解释实验现象、预测实验结果、指导科学研究、解决科研实验中遇到的实际问题。

2教学与科研互相促进

结构化学对指导科研实验就重要的作用，但结构化学是一门理论学科，抽象难懂。为了提高研究生学习热情，我们把理论教学与科研进行结合，使学生更直观的认识理论，在教学实践中注重学以致用。用科研促进教学，教师的科研成果融入教学中，研究生通过课程学习，学会用结构化学所学的方法去处理实验中遇到的问题，形成教师乐于教育、学生乐于学习知识和技能的良好氛围。作为结构化学的教师，我们可以通过教学过程进一步理解结构化学在实验中的指导意义，利用结构化学分析问题的方法，推动科研实验的进展。而我们的科研成果又可以反过来论证结果化学理论的作用，利用科研来提高教师结构化学的教学水平和教学深度。在教学过程中我们结合具体的实例，引入一些的学科前沿研究动态和热点，就会使研究生对其有比较直观的了解。能将所学知识与科研实践密切联系，使学生觉得学有所用，激发了他们的学习兴趣和科研工作的热情。新材料的合成与表征必须以结构化学的知识为基础，否则不可能从本质是理解材料的结构特点，不能将材料的结构与性能结合起来。例如，在研发新型发光材料时，我们需要调控材料吸收峰的位置、半峰宽;而在设计太阳能电池的时候需要材料能有更宽的吸收光谱和合适的能级。我们可以使用结构化学方法来达到调控材料性能的目的，根据已有的经验和规律来预测一些新颖的结构，设计具有较大共轭组分的有机大分子，通过分子裁剪来设计材料的结构，进而对材料的性能进行可控化设计，调节吸收峰的位置与强度。运用好客观规律，在研究生课题实验的前期摸索阶段可以少走一些弯路。

3培育学生创新思维模式和实践能力

结构化学课程的教学核心是创新思维模式的培育。教师授课时沿着创新思路、创新方法的路径，并通过引导、启迪、讨论等形式，让学生掌握具体的创新思路、创新方法及创新技巧，为创新型人才奠定必备的素质基础。结构化学教学的整个过程呈现的是以演绎为主、类比为辅的思维过程。即从已知的科学原理出发，推知新颖事物的本质和规律的推理方法。随着结构化学知识的不断积累，对微观粒子等自然科学理论等的认识越来越深入与普遍，从一般到个别的演绎创新思维方法也愈来愈显示其重要性。此外，类比创新思维方法在结构化学的学习中也随处可见，比如德布罗意的物质波与爱因斯坦的光子学说的类比等。在结构化学教学中，类比思维既可以引导学生加深对概念和规律的理解，同时也培育了学生类比思维的模式，学会举一反三，为自己的研究课题提供新的解决方法和思路。教师在教学过程中应引导研究生明确课程中公式的物理意义，学会抽象思维，着力培养研究生的课堂自主探究能力和创新思维模式，最终提高我校材料专业方向研究生的科学素质、创新精神和实践能力，增强社会竞争能力，提高就业率。

4结语

第8篇：物理研究性学习材料范文

传统教学理念体现出“科学中心主义”的特点，反映到教学模式上，教师在课堂上主要完成知识传授的任务，知识教学的目标指导着教学的各个环节，感受知识、理解知识、巩固知识、运用知识，每一步骤都为知识传授这一目标服务，每一步骤都渗透着对教学目标的分步实施，学生只是接纳知识的容器。受传统教学理念影响，一些高校教材是不依赖于其他事物而孤立、封闭、单一、相对静止的实体，消解了知识的生成性逻辑，呈现出简单化、无机性、预定性和单向度的特征与旨趣，独立自洽于受教育者的自主认知与经验建构之外。更有“许多教材因袭传抄，人云亦云，缺乏创意”。教育部在《关于加强高等学校本科教学工作提高教学质量的若干意见》中明确指出:“教材的质量直接体现着高等教育和科学研究的发展水平，也直接影响本科教学的质量。”可以说，高校教材建设是高校教学工作的基本建设工程。相比高校课堂教学而言，教材在影响学生成长中具有独特的优势，一部优秀的教材可以使所有阅读这部教材的学生都可以不受时空限制同样精彩地徜徉于学科知识的海洋。毫无疑问，在今天这个多元化社会里，那些受传统教学理念所影响的高校教材将无法适应新形势下外部和内部环境变化给大学提出的人才培养要求，迫切需要更新理念、改革创新。

二、研究型教学理念与高校教材创新

现代教学理念提倡，知识的生成不是单纯个人的事件，而是通过彼此之间心灵的交互作用建构的，人是在社会文化情境中接受其影响，通过与他人的交互作用来建构自己的见解与知识，这种社会建构主义兼容了“反映”与“建构”两种机制。研究型教学是一种以现代教育教学理论为基础，以教学和研究相结合为基本原则，以提高学生综合素质和自主创新学习能力为宗旨，以培养学生的问题意识、探究意识、创新精神和实践能力为重点的教学活动过程。研究型教学中“教”的特点是:教师注重对学生的开放指导、过程教学和合作参与;“学”的特点是:学生的学习具有自主性、可选性和复合性。研究型教学与“社会建构主义”为核心的现代教学理念具有高度的契合性，是现代教学理念的集中体现。首先，二者的价值取向完全相同，都强调学生自我思考、探究和发现事物，而不是消极地“接受”知识，鼓励学生自主学习和个性发展，以培养学生的创新精神和实践能力为目的，表现出多元化价值取向。其次，二者强调的教学主客体关系也完全一致，都提倡应突出学生在整个教学活动中的主体地位，强化教师在学生学习活动中的指导作用，师生共同参与，以问题为中心通过探索、讨论等教学方法实施教和学的过程。“教材对教育理念的渗透发挥着重要作用，它已成为促进或阻碍教学模式转变的活跃而关键的要素”。研究型教学理念下的教材是基于全新的教学理念，求得学生人格健全发展的社会建构主义教材，它聚焦了社会文化和智慧的发展，为学生的智力发展、学术发展和终身学习奠基，它会让更多的学生因为它的存在而爱上这门学科，走向最宽广的科学研究的路。无疑，研究型教学理念的融入是高校教材建设创新的必然路径选择。

三、基于研究型教学理念的高校教材建设探索

《教育部关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》(教高［2011］5号)中关于教材建设的方针和目标中里提到:“教材建设要锤炼精品，改革创新。鼓励编写及时反映人才培养模式和教学改革最新趋势的教材。”近年来，北京科技大学本科教学改革的导向，逐步从传统教学模式转变为对研究型教学模式的引导和激励。2007年，张欣欣校长在全校本科教学工作会议上做了“研究和探索研究型教学模式，培养创新人才”的主题发言，正式拉开了研究型教学改革的序幕。近几年，学校大力提倡和推进教师开展研究型教学，目前共立项建设147门研究型教学示范课，涵盖全校13个学院的主干学科、基础学科、优势学科和前沿学科，形成了开展教学方法改革的良好氛围。“教材是反映教学内容和课程体系的重要标志，教学内容和课程体系改革的最终成果必须落实到教材的编写上。创造性人才培养要求教材与教育教学改革同步”。基于此，学校对于精品教材建设的导向，更加注重将研究型教学课程改革与基于研究型教学理念的教材建设相结合，鼓励编写研究型教材。在研究型教学改革酝酿之初，许多教师主动把研究型教材的建设也列入课程建设规划。

(一)树立“教师即教材”的教学理念

北京科技大学首届部级教学名师奖获得者余永宁教授，从教半个世纪以来从未间断本科教学改革，从20世纪60年代的“现场教学”、70年代的“结合课题教学”到新世纪开展“研究型教学”改革，都凝聚了他与时俱进的大学教学理念，余教授提倡将教学理念融入到教材建设中。余永宁教授所在的材料学部级教学团队牢固树立“教师即教材”的理念，该团队包括了3名国家、北京市教学名师，多名材料学专业资深教授，共同打造了系列研究型教材，“十二五”期间，共有5部教材获得北京市精品教材和国家“十二五”规划教材。余教授在讲授材料专业基础课程———金属学原理时，结合时代对学生的要求，注重把数理化、力学及材料学等多方面的知识融入教学和教材编写中，源于他本人精深的科学研究和凝练、精湛的教学技艺，编写出国家重点教材《金属学原理》。近几年，古稀之年的余教授结合研究型教学最新理念，追踪科学研究的最新进展和国家对创新型人才的要求，以注重全面培养学生综合能力为宗旨修订再版了《金属学原理》，该教材被同行专家誉为“我国迄今为止内容最丰富、系统和深入的金属学原理教材”。近年来，随着材料研究与应用领域的交叉渗透加剧，材料功能也由单一化向多元化发展;另外，虽然根据无机非种类的不同和性能要求的不同，各种无机非的生产方法有较大差异，但从整个无机非的生产过程来讲，其制备过程又有着很多共性。近年来，同样由余教授领衔主编的《材料科学基础》融入研究型教学理念进行修订再版，教材注重材料科学与工程专业宽口径培养的特点，编写内容涵盖金属、无机非金属及高分子材料等，同时兼顾结构材料与功能材料，结合学科前沿最新进展，从基础层面上对各类材料进行综合与融合。北京科技大学材料学院周张健教授主编《无机非金属材料工艺学》教材打破传统的课程体系界限，突出无机非共性的工艺技术和原理，加强学生的基础知识，并向“宽”和“深”两个维度发展，使学生全面系统地掌握无机非的工艺原理和过程的共性与个性问题，理解工艺因素对无机非产品性能与结构的影响，并能从技术与经济的角度分析各类无机非金属材料生产中出现的问题，提出改进生产的方案。可见，高校教师不只是教材的执行和传递者，更是教材的开发者、建设者，教师摒弃了“以教材为本”和“教教材”的旧观念，确立“以人为本”和“用教材教”的新理念，通过创造性地建设教材，培养智能型和复合型人才。

(二)提倡“教材”变“学材”的思路

教育哲学家阿弗烈•诺夫•怀特海(AlfredNorthwhitehead)认为，教育是一种充满生机、富有朝气和活力的节奏性跃动，这是一个发现的过程，一个逐渐习惯于奇特想法的过程，想出问题并寻找答案的过程，设计新体验的过程，注意新的探险活动会引起什么结果的过程［8］。随着新时期知识更新速度的加快和知识面的迅速拓宽，高校教材的任务不再仅仅是给学生多少知识，更为重要的是教会学生解决问题的方法。《教育部关于“十二五”普通高等教育本科教材建设的若干意见》(教高［2011］5号)里明确要求:“要注重教材内容在传授知识的同时，传授获取知识和创造知识的方法”，因而，研究型教学理念下的教材必须树立将“教材”转变为“学材”的思路。北京科技大学具有浓厚行业特色的实习教材也探索融入研究型教学理念，以《热能与动力工程专业实习教程》为例，该教材编写内容取材于具有世界一流的先进生产技术、生产流程以及最先进管理经验的代表性集团公司，基于研究型教学理念，教材引入了学生自主学习的模式。在实习前，引导学生利用该教程进行预习，教材中有意识地设置问题情境，并让学生试着提出问题，回答教材中提出的问题，带着预习时思考的问题与猜想进入现场实习，使学生运用自身拥有的最基本的知识、经验、技术去提出问题和解决问题;学生进入企业实习现场，通过切身的实践实习，感受并与现场人员的交流，在他们面前展示事物不同的侧面，让学生利用已有的知识储备和联想能力去探究、寻找各种可能的答案，深入思考并验证猜想;离开实习现场后，学生利用教程进行复习、总结，提升实习效果。教材在编写中融入培养学生正确的思考方法、学习方法和应用知识解决问题的方法和紧跟时代、不断获取本学科新知识的能力，适应了新时期社会对创造性人才的需要。为培养学生探究能力和发散型思维能力，教材精心制作了配套的光盘，充分利用多媒体技术优势，对现场难以看到的场景进行动画演示，并对实习内容(如不同工艺流程)进行对比分析，加深学生的理解与体会;本教材还具有弹性学习、分流培养、宽口径、重实践的教学特点，很好地解决了高等学校实习存在的问题，这在当前工科院校工程类实习教程中迈出了重要一步，符合当前卓越工程师建设工程对学生提出的新要求，受到同行好评，被评为北京市精品教材，并入选第二批“十二五”普通高等教育本科部级规划教材。

(三)体现知识的“生成性”逻辑

研究型教学理念下的教材更能体现出知识的“生成性”逻辑。我校北京市教学名师杨炳儒教授结合自己多年的教学经验，带领教材编写团队与国内多所高校的一线教师进行充分讨论，创造性地提出国内颇具特色的认知结构教学论(简称KM教学论)，在开展离散数学课程研究型教学的探索与实践中，将研究型教学的基本内涵与KM教学法相结合编写出《离散数学》。教材体现了“知识逻辑结构核心论”的教学思想、“双图融合”的教学机制、“教学回路”的教学模式、“立体塔式结构”的教学内容、“三段论式”的教学方法，突破了传统的将离散数学视为“拼盘结构”的理念，吸纳结构主义理论，形成“结构关联”的新理念;在该教材中，数理逻辑和集合论作为两块基石，其上的代数结构、序结构、拓扑结构和混合结构生长出许多数学分支，同时各分支间交叉融合形成了庞大的离散数学乃至全部数学的理论体系;教材演绎铺展的路径如下:全书概述—篇引论(树形类化图)—章粗概图—章应用概图—按节展开(核心知识点、嵌入思维形式注记图、每节小结)—章习题类化(常见题典型解析)—章知识逻辑结构图—扩展阅读—习题—篇知识逻辑结构图。该教材在模式与体例上与学生的认知规律完全吻合，具有很强的启发性，获得2013年度北京市精品教材称号，入选第二批“十二五”普通高等教育本科部级规划教材。

(四)展现“集体学习的文化”

受传统教学理念的影响，一些高校教材倾向于预设凝固的知识、教学内容和整齐划一的标准答案。教育家约翰•杜威(DeweyJohn)犀利地指出:“他们惯用‘非此即彼’的公式来阐述他们的信念，认为在两个极端之间没有种种调和的可能性。当他们被迫承认极端的主张行不通的时候，他们仍然认为他们的理论完全正确……”事实上，尽管在学习中外部信息有共同的来源，但由于每个人的经验、基础、已有认知结构的差异(以及内部自治信息的差异)，加工的方式和结果也就不尽相同，知识具有一定的个体性和主观性。为了解决这个问题，研究型教学理念下的高校课堂教学不再被预先设计、安排、框定与规制，教材内容也不再是不可辩驳的权威，教材编写者的职责与使命不再是将所谓的“正确性”知识有序、工业化地“组装”在一起，作为一种僵化、恒久不变的学习材料传递与灌输给学生。北京科技大学北京市教学名师张群教授主编的“十一五”部级精品教材、“十二五”首批部级规划教材《生产与运作管理》(第3版)，强化生产与运作战略，教材中系统呈现了现代生产运作管理新概念和新方法，分析和讨论了各类典型生产运作管理系统的计划与最优控制问题，为深入研究新型生产运作管理系统提供新的思想和理论分析工具。该教材参阅了国外大量相关文献资料，注重呈现国外关于生产与运营管理研究的各种理论思想和学术观点，也充分展示中国传统文化中的管理思想。结合作者的生产管理实践体会，列举了许多典型的案例并进行了详尽的分析与研究。教材综合反映不同的学术见解，学生能从中接纳和批判多元见解，还能够接触到知识的不同侧面，思维。教材注重将相同的知识以不相同的方式呈现，不仅发挥了从信息的检索分析导向新知的“创造”功能，还具有从不同的目的与视角对知识进行灵活处置的“支撑”功能。该教材从第一版开始已经印刷20次、累计印刷10万余册，目前被国内许多知名高校采用，教材所具有的相互切磋的“集体学习的文化”是它之所以一版再版、历久弥新的重要原因。

(五)前瞻学科前沿知识

研究型教学理念下的高校教材编写不仅要注重前瞻新兴学科知识，紧跟科学技术的发展前沿，避免新学科不断出现、教材建设相对滞后的现象，还要以敏锐的目光关注全球学术前沿动态，时刻注意高校教材内容的先进性。北京科技大学作为国家批准的首批物联网专业和教育部特色专业建设的办学单位，在教材建设上，课程教学团队在全国范围内率先进行了积极的探索。物联网特色专业负责人王志良教授紧跟时展的步伐，及时将最新最快的知识反映在教材里，领衔主编了《物联网工程概论》教材，全面介绍了物联网相关的标签技术、传感器技术、无线传感器网络技术、智能技术以及时下热门的云计算技术，完成了物联网节点在信息获取和数据传输上的基础构建，为物联网信息的海量存储和处理以及智能的服务模式提供了解决方案，同时系统地分析了有别于普通网络安全的基于物联网安全的身份识别技术、密钥管理技术等，具有很强的前瞻性。本教材还系统地阐述了物联网研究的理论基础:控制论、信息论、人工情感与人工心理理论以及CPS理论，探讨了物联网的异构性和学科交叉特点，提出了新的科学问题。通过四届学生的教学实践，受到同行和学生的一致好评，同时被全国近百所高校物联网工程及其相关专业选为教材或教学参考书，已经进行了4次印刷，受到使用院校欢迎和业内专家的好评。适合创造性人才培养的教材应根据科技进步和社会发展的最新成果不断地充实和更新教学内容”。我校“十一五”“十二五”首批部级规划教材《地质学》(第四版)，作者精心编写了地质学基础知识、矿床学、水文地质学、矿产勘查学和矿山地质学，对各学科相关的基本概念、基础理论和研究方法等进行了系统的阐述;再版时(目前正编写第五版)教材特别注重对近年来地质学，特别是矿产资源勘查领域的进展进行更新和补充。与此同步，编写团队还制作了融合多年来从事科研工作的成果和经验的内容新颖、手段先进的电子课件，包含了大量的野外露头、手标本、显微镜下图片和地质模型动画，在实际教学中已起到了很好的效果。教材不仅得到采矿工程、矿物资源工程等相关专业本科生的青睐，地质、矿业类专业研究生也受益匪浅，更成为已经毕业从事矿业工作的在职人员随时指点迷津的“宝典”。一部好的教材，其中的内容总能紧跟社会发展步伐，不断给予读者启示，也许当年阅读这部教材的学生已经成长为业界的精英，但其中的内容依然可以帮助他站在时代前沿，这也是《地质学》这部教材从第一版问世至今20多年依然带给读者巨大影响的关键。

四、结语

由于学校扎实推进研究型教材建设，“十二五”期间，由我校教师主编的教材获得“北京市精品教材”共21部，入选率较之同类高校高30多百分点;2014年，在第二批“十二五”普通高等教育本科部级规划教材的评选中，我校入选率为80%，高出全国平均入选率(39%)40多百分点;由于一大批教师参与研究型教学课程改革和研究型教材建设，给我校本科教学工作注入了生机和活力，教学效果明显改善，学生的综合素质和创新能力明显提高，特别是在以下两个方面:

(一)学生提出问题、分析问题、解决问题

的意识有所加强由于一批研究型教材植入了教师开展研究型教学的新设计思路，体现了有利于学生进行研究性学习的新知识脉络，营造了各种有利于激发学生渴望探求知识的环境，许多学生反映，他们结合对教材知识点的思考后在教师的启发下提高了解决问题的能力。近三年，一些体现学生自己分析和解决问题的创新成果显著增加，例如软件设计、网站开发、专利设计、制作实物模型等许多项目获奖年增长率为20%左右。

(二)学生参与学科前沿的科研能力普遍提高

第9篇：物理研究性学习材料范文

摘 要：文章以安徽农业大学为例，分析高等农林院校新建材料科学与工程专业的特色，即在于以农林生物质材料为主要教研对象，因具有循环再生及环境友好等特征，成为21世纪热点发展领域，在时代需求、发展方向与专业依托等方面富有特色，并结合其专业创建过程中的师资队伍建设、专业性教材建设、实践教学与创新创业等问题，提出采取夯实学科基础、加大人才引进力度、加强专业基础建设、优化实践教学体系、开展创新创业教学等措施，提高学生的综合素质和能力，以实现人才培养目标。

关键词：高等农林院校；材料科学与工程；特色；路径

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2017）05-0030-03

材料是国民经济建设的物质基础。材料科学是21世纪的支柱学科和技术先导，是众多学科发展的坚强后盾，材料在某些领域已成为制约我国关键技术的瓶颈。随着经济快速发展和国际竞争的加剧，高新材料的地位日益凸显，社会对材料科学与工程专业技术人才的需求越来越高。

材料科学与工程专业是一门主要涉及物理、化学、计算科学、工程学和材料学的综合叉学科，其内涵极为丰富，涵盖金属材料、冶金、无机非金属材料、高分子材料、材料物理和材料化学等二级学科，是研究材料的组成与结构、合成与制备、性质及使用性能、测试与表征等四个基本要素及其相互关系与制约规律的一门科学[1-2]。

目前，我国大部分院校开设有材料类及其相关专业，根据院校自身发展特点，大致分为两种类型：一类存在于理工院校，与冶金、机械、金属、非金属和高分子材料交叉融合，侧重于从实际应用领域来探求新材料的制备、性能评价与使用；另一类存在于综合性大学，由物理学和化学孕育并分化形成材料物理与材料化学，侧重于基础研究方向[3-4]。由此可见，基于不同起点和研究重点，这两类材料学科研究方向在发展中自我完善又相互靠近，形成了基础研究与应用研究逐步融合发展的方向。

一、新建材料科学与工程专业的特色

（一）时代需求方面

随着时代的发展，材料科学与工程研究方向正从传统领域向新型生物质功能材料拓展，农林生物质材料主要以木本、禾本和藤本植物及其加工剩余物和废弃物为原材料，通过物理、化学和生物等高科技手段，加工成性能优异、环境友好、附加值高的新型材料[5]。2010年教育部明确提出要大力发展互联网、绿色经济、低碳经济、环保技术、生物医药等关系到未来环境和人类生活的重要战略性新兴产业，要加大战略性新兴产业人才培养力度，支持和鼓励有条件的高等学校申报与战略性新兴产业相关的专业，其中新材料产业中的新型生物质功能材料就是优先申报的领域[6]。目前，高等农林院校每年向社会输送此类人才最多400人，远远不能满足国家未来战略性新兴产业发展对人才之需求，在此背景下，安徽农业大学成功申报了材料科学与工程专业。

（二）发展方向

所谓专业特色是指学校根据所具备的优势条件，经过长期的办学实践逐步积淀形成，具有优于其他学校的、独特的、稳定的、鲜明的个性特点并为社会所承认的专业风格[7]。高等农林类院校在农业和林业等方面积累了深厚的研究基础。

随着我国经济的快速发展，能源等资源供给存在巨大缺口，已成为可持续发展的瓶颈。目前，世界上每年主要以石油为原料生产约1.57亿吨的高分子聚合物，同时产生8000多万吨的塑料废弃物，从理论上讲，聚烯烃塑料在环境中自然降解需要200年甚至100万年的时间，大量的废弃塑料积累在环境中，给环境修复带来了巨大的压力和破坏，而且石化资源是有限的。可再生、可循环利用、无污染的植物资源在自然界中储量丰富，发展潜力大，加快生物质资源的培育、研究和利用，发展农林生物质材料产业，对缓解资源与环境压力意义重大，符合可持续发展和循环经济的理念，将成为不可逆转的历史潮流[8]。我国生物质资源品种及产量位居世界前列，年均生产量约21亿吨，其中仅农业秸秆年产量就达7亿吨，目前只有约5000万吨得到初级利用，发展潜力很大[9-10]。农林生物质材料作为材料科学与工程专业的研究对象，其发展前景具有不可替代的优势，专业性人才的培养势必能够推动生物质材料研究的步伐，满足社会对人才的需求。

（三）专业依托

全国大约有7所高等农林院校在木材科学与工程本科专业基础上，以新型生物质功能材料为方向新建材料科学与工程专业，借助木材科学与工程专业的传统优势，短期内提升材料科学与工程专业发展的水平和质量。安徽农业大学是一所具有80多年办学历史、学术积淀深厚的省属重点高等农林院校，长期以来，与林业生物质材料相关的林业工程、农业工程、纺织工程等学科得到了飞速发展，在木材功能材料、纤维功能、农作物秸秆改性材料等方面已取得了一系列的研究成果，具有较好的学术积淀和较强的师资队伍。安徽农业大学以木材科学与工程实验室、林产化学与工程实验室、高分子材料与工程实验室、纺织材料实验室等为基础，整合现有资源，进行优化组合，创建了材料科学与工程专业，培养生物质材料与工程专业人才，满足了国家和安徽省新型战略产业发展之需要。

二、新建材料科学与工程专业面临的挑战

新建材料科学与工程专业面临的机遇与挑战并存。如何抓住机遇迎接挑战，需要认真剖析建设过程中的诸多“障碍”，才能将挑战转化成机遇。

（一）师资队伍建设

新专业师资队伍存在的问题主要集中在教师资源少，专业教师年轻化，教学科研成果缺乏积淀上，因此如何在短期内建立起职称结构、学历层次、年g梯度合理的师资队伍，是新专业建设亟待解决的关键问题。

（二）专业教材建设

以生物质材料为发展方向的高等农林院校新建材料专业，由于办学时间短，针对生物质材料的系列教材缺乏，目前选择的或是理工院校，或是综合大学同类专业的教材，或是农林院校相近专业的教材，因此针对性、系统性不强，生物质材料特色不明显，教师和学生都不甚满意。

（三）实践教学

实践教学作为人才能力培养的核心，在“双创型”、“复合型”人才培养过程中起到十分重要的作用。新专业在建立之初，通常存在实验室建设不完善，实习基地建设不规范，实习点较少，创新实践活动缺乏新颖性等问题。如何建立“网络化”、“系统化”的实践教学模式是创新型人才培养的关键。

（四）创新创业教育

大学生就业形势严峻，缓解就业压力的一条重要途径是走创新创业之路，学校有责任培养他们的创新创业意识和能力。我们都知道要o学生一杯水，教师得有一桶水的道理，因此，创新创业教育的质量和效果，首先取决于学校及教师自身创新创业的水平，这就为学校和教师提出了新的更高要求。显然，对于新建专业，教师的精力更多尚在适应课堂教学的努力中，自身创业经验缺乏，教师和学生创新创业水平亟待同步提升。

三、新建材料科学与工程专业的发展路径

在新建材料科学与工程专业的过程中，为了弥补发展中的不足，解决发展瓶颈，提升专业发展层次，针对材料科学与工程专业知识特点，进行教学体系改革，调整专业知识结构，变革教学方式，不断优化专业基础建设，解决建设过程中出现的问题。

（一）夯实学科基础，拓宽专业口径

农林院校材料专业虽然以农林生物质材料为主要方向和特色，但课程的设置要充分考虑材料学科的共性基础，考虑多学科的交叉融合，使得培养的学生既有学科特色，又有广泛的社会适应性，如安徽农业大学开设了理论力学、材料力学、高分子化学与物理、物理化学、高分子材料学、生物质资源材料学、复合材料学、材料装备学和胶合材料学等基础课程，学生毕业后的就业或深造可在高分子材料、以植物资源为基础的生物质材料及复合材料等领域，为学生今后的发展奠定坚实的基础和宽广的空间。

（二）加大人才引进力度，建设结构合理的教师队伍

师资队伍的水平是办学质量的根本。新建专业的教师紧缺，是亟待解决的最重要的工作之一。虽然有校内传统相关专业部分教师能够承担新专业的教学，但仅仅是一种应急措施，教师知识构成的局限性、师资整体结构的系统性，都远不能满足新专业建设和发展的需求，因此师资队伍的建设刻不容缓，必须要加大人才引进的力度，采用灵活多变的政策广纳人才，包括从师资队伍充沛的老牌兄弟院校、科研院所等，通过人才合理流动，实现教师资源的优化配置。同时要加强对新进青年教师的培养，激励他们参与国际、国内访学交流和社会实践，促进师资队伍快速成长。如安徽农业大学在人事引进制度上采用“一人一议”政策，最近从国外著名大学引进1位材料专业的30岁博士后，并破格聘他为教授。

（三）加强基础条件建设，全面服务新专业的发展

在新专业建设之初，教材、实验室、实习基地等基础条件都很不足，对这些基础条件必须同步建设，才能在短期内适应新专业教学所需。

1.教材建设。教材是学生课堂前后预习和温故知新的物质条件，必须跟进，但新建专业教材的配套性总是不尽如人意，虽然现在教材版本繁多，表面上选择余地很大，但不可否认，粗制滥造现象也不罕见，因此对现有教材的选取必须高度重视，要充分发扬民主精神，集思广益，将真正优秀的、适合的教材甄别出来。同时加强教材编写力度，对尚不成熟的脚本，先作为讲义印发给学生，经过一届学生的试用，在修改完善后正式出版，逐步建立起一套针对性强的教材体系。

2.实验室建设。实验室建设是新专业建设中资金投入最大的部分，涉及实验用房的建设、实验仪器设备的购置及实验教师的培养等诸多方面，牵涉面广，需要学校多部门的磋商协调。往往基础课实验条件建设容易实现，因为基础课实验内容的刚性强，建设思想易统一；而专业课实验室建设弹性大，投入多，易受到挤压或拖延，但专业课实验室恰恰是体现专业特征的地方，是学生创新训练的主要场所，也是教师科研的主要依托，因此在实验室建设中，对建设目标的充分论证、建设过程的细致规划，是专业实验室建设得到学校理解支持的关键。如安徽农业大学在材料科学与工程新专业实验设备购置方面，近三年投入300多万元。

3.实习基地建设。实践教学离不开实习基地，离不开相关行业的企事业单位。让这些企事业单位乐于接收学生的实习，必须从实习安全、产学研合作、人才输送与就业等多方面为企业着想。学院动员所有领导和教师主动出击、多方联系，在诚信的基础上，解除企业对学生实习的顾虑。如安徽农业大学在竹材的基础研究方面具有较多成果，积极探讨竹材深加工的应用方向，因此与安徽龙华竹业有限公司达成了合作共识，建立了良好的校企合作实践教学基地。

（四）优化实践教学体系，提升学生的实践能力

实践教学是确保学生理论联系实际、学以致用的重要环节，这也是工科专业的一个重要特征，材料科学与工程专业更是如此[9-11]。如安徽农业大学为了学生将来更快地适应工作需要，成为社会需要的精英人才，在专业课设置中几乎都有配套实验，根据教学内容，加强理论与实践的结合，为了突出实验教学的全过程化，通过开设综合性、设计性实验，进一步提高学生的创新能力。

（五）开展创新创业教学，提升学生的创新能力

校内的创新创业教育需要鼓励和氛围，通过宣传大学生创业先进典型，培养学生创新创业的意识、信心和勇气；通过创新创业讲座和科研活动，形成以项目和社团为组织的“创新创业教育”实践群体，如安徽农业大学每年开展“创客”大赛，每个班级组成若干团队参赛，让学生在参赛过程中得到锻炼和提高。另外每年都有部级、省级和学校创新基金项目，鼓励二年级以上的学生组团申报，到大四时，基本上每位学生都是创新基金项目的参与者。

此外，创新创业需要走出校园、走进社会，从专业的角度去发现问题、需求和不足，寻找专业的创新点，进而发现创业的切入点，提升创业的竞争力。要求学生走进社会，首先教师要密切与社会的联系，如安徽农业大学对新建专业给予一定经费上的投入，支持教师通过参加学术会议、加入行业协会等途径，开拓社会资源，为学生搭建创新创业训练的桥梁和平台。

四、结语

材料科学与工程专业已呈现出与多学科相互渗透、交叉综合的发展趋势，以生物质资源为材料主体是高等农林院校材料科学与工程专业的特色，顺应了当今社会经济对高素质人才需求。它在新建过程中出现了一系列的问题，这些问题要在实践中予以解决，最终目的是为了办好新专业，引领新专业走入正轨，迈向一个较高的发展平台。因此，我们要探索出一条适合我国国情的、具有国际化与工程背景、富有创新创业精神和实践能力的高素质材料类人才培养的路子，提高我国材料工业水平并使之具有可持续发展能力，使我国尽快从一个材料大国走向材料强国。

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收稿日期：2016-08-29