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一些樹木的分泌物常會形成樹脂,不過琥珀卻是樹脂的化石,蟲膠雖然也被看成樹脂,但卻是紫膠蟲分泌在樹上的沉積物。由蟲膠制成的蟲膠漆,最初只用作木材的防腐劑,但隨著電機的發明又成為最早使用的絕緣漆。然而進入20世紀后,天然產物已無法滿足電氣化的需要,促使人們不得不尋找新的廉價代用品。
早在1872年德國化學家拜耳(A.Bayer)首先發現苯酚與甲醛在酸性條件下加熱時能迅速結成紅褐色硬塊或粘稠物,但因它們無法用經典方法純化而停止實驗。20世紀以后,苯酚已經能從煤焦油中大量獲得,甲醛也作為防腐劑大量生產,因此二者的反應產物更加引人關注,希望開發出有用的產品,盡管先后有許多人為之花費了巨大勞動,但都沒有達到預期結果。1904年,貝克蘭和他的助手也開展這項研究,最初目的只是希望能制成代替天然樹脂的絕緣漆,經過三年的艱苦努力,終于在1907年的夏天,不僅制出了絕緣漆,而且還制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite,它就是人們熟知的“電木”、“膠木”或酚醛樹脂。
Bakelite一經問世,很快廠商發現,它不但可以制造多種電絕緣品,而且還能制日用品,愛迪生(T.Edison)用于制造唱片,不久又在廣告中宣稱:已經用Bakelite制出上千種產品,于是一時間把貝克蘭的發明譽為20世紀的“煉金術”。
以煤焦油為原粒的酚醛樹脂,在1940年以前一直居各種合成樹脂產量之首,每年達20多萬噸,但此后隨著石油化工的發展,聚合型的合成樹脂如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的產量也不斷擴大,隨著眾多年產這類產品10萬噸以上大型廠的建立,它們已成當今產量最多的四類合成樹脂。合成樹脂再加上添加劑,通過各種成型方法即得到塑料制品,到今天塑料的品種有幾十種,世界年產量在1.2億噸左右,我國也在500萬噸以上,它們已經成為生產、生活及國防建設的基礎材料。
二、從天然纖維到合成纖維
人類使用棉、毛、絲、麻等天然纖維的歷史已經有幾千年,但由于全球人口的不斷增加和對紡織品質量的更高要求,從19世紀起,人們就為尋求新的紡織品原料而努力。
1846年制成硝化纖維;1857年制成銅氨纖維;1865年制成醋酸纖維;1891年制成粘膠纖維。由于粘膠纖維的原料是來源豐富的木材漿粕、棉短絨及棉紗下腳料等,再加上制成的纖維性能好,以至它的產量到20世紀50年代已經超過羊毛。
盡管上述幾種稱為“纖維素纖維”或“人造纖維”的出現是繼紡織機械發明之后的又一次紡織革命,但它仍意味著人只是用化學方法,對天然植物纖維的再加工,而通過化學方法,制取全合成的、性能更為優異的紡織纖維階段,才迎來了第三次紡織革命。
1928年32歲的美國化學家卡羅塞斯(W.H.Carothers)博士從大學崗位上應聘到杜邦公司,負責對不久前才興起的高分子化學的基礎研究,他們研究了多種脂肪族二元酸與二醇或二元胺的縮合反應,由于保證了反應物料的嚴格配比,從而獲得分子量很高的縮聚物,但大多數產物的熔點偏低、不耐水,雖然有的可以抽絲,但不適于用做紡織纖維。反復不斷地失敗使卡羅塞斯在精神上受到很大打擊,以至身上經常攜帶著一小瓶準備自殺的氰化鉀。一直到工作6年后的1934年,終于在合成的數百種產品中,找到有希望成為優良紡織纖維的聚酰胺-66,尼龍(Nylon)是它在投產時公司使用的商品名。
杜邦公司為了使它工業化,動員了230多名各方面專家,花費2200萬美元,到1939年始正式投產。這一成功不僅是合成纖維的第一次重大突破,也是高分子科學的重要進展。
尼龍投產后,杜邦公司馬上宣布他們生產了比蜘蛛絲還細,比鋼還結實的全新有機纖維。盡管當時第二次世界大戰已經開始,仍然引起各方面關注。用它織成的女絲襪,銷售第一天就賣出400萬雙,報紙上還報道了當時許多銷售店曾引起“尼龍騷動”的場面,可惜的是卡羅塞斯本人卻沒有看到這種情況。41歲的他,雖然知道尼龍的研究已經取得突破性進展,但卻總感到心力交瘁地被失敗所纏繞,終于在1937年服毒自殺,留下深深的遺憾。
1938年德國研制出聚酰胺-6,即聚己內酰胺;1941年英國制出了聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維,商品名Dacron、“的確涼”、或滌綸;1939年德國人又研制出聚丙烯腈纖維,但到1949年才在美國投產,商品名Orlon,我國稱腈綸,此又出現多種新型合成纖維,滿足了多種需要,但從應用范圍和技術成熟等方面看,仍以上述幾種為主,其產量約占總量的90%。
三、從天然橡膠到合成橡膠
自然界中雖然含有橡膠的植物很多,但能大量采膠的主要是生長在熱帶雨區的巴西橡膠樹。從樹中流出的膠乳,經過凝膠等工藝制成的生橡膠,最初只用于制造一些防水織物、手套、水壺等,但它受溫度的影響很大,熱時變粘,冷時變硬、變脆,因而用途很少。
1839年美國一家小型橡膠廠的廠主古德易(Goodyear)經過反復摸索,發現生橡膠與硫黃混合加熱后能成為一種彈性好、不發粘的彈性體,這一發現推進了橡膠工業迅速發展。在這之前,橡膠的年產量只有388噸,但到1937年已增加到100萬噸,即100年間增加了2000倍,這在天然物質利用史上是十分罕見的,尤其是1920年以后,由于汽車工業興起,進一步擴大需求,以致世界各國開始把天然橡膠作為軍用戰略物資加以控制,這就迫使美、德等汽車大國,但卻是天然橡膠的窮國開展合成橡膠的研究,這種研究是以制造與天然橡膠相同物質為目的開始的,因為人們已知它是由多個異戊二烯分子通過順式加成形成的聚合體。
1914年爆發第一次世界大戰,德國由于受到海上封鎖,開展了強制性的合成橡膠研制和生產,終于實現了以電石為原料合成甲基橡膠的工作,到終戰的1918年,共生產出2350噸。
戰后,由于暫時性天然橡膠過剩,使合成橡膠的生產也告中止,但其研究工作仍在進行。先后研制成聚硫橡膠(1931年投產)、氯丁橡膠(1932年)、丁苯橡膠(1934年)、丁腈橡膠(1937年)等。
第二次世界大戰期間,尤其是日本偷襲珍珠港、占領東南亞后,美國開始擴大合成橡膠生產,并納入國防計劃,1942年產量達84.5萬噸,其中丁苯橡膠為70.5萬噸。1950年以后,由于出現了齊格勒納塔催化劑,在這種催化劑的作用下,生產出三種新型的定向聚合橡膠,其中的順丁橡膠,由于它的優異性能,到20世紀80年代產量已上升到僅次于丁苯橡膠的第二位。此后又有熱塑性橡膠、粉末橡膠和液體橡膠等問世,進一步滿足了尖端科技發展的需要。
回顧過去,展望未來,在新世紀里新技術將更加迅猛發展,與此同時,作為技術革命物質基礎的,以合成高分子為代表的新材料的研制和開發,也將越來越起著重要作用。
關鍵詞
半導體材料;多晶硅;單晶硅;砷化鎵;氮化鎵
1前言
半導體材料是指電阻率在107Ωcm10-3Ωcm,界于金屬和絕緣體之間的材料。半導體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎材料[1],支撐著通信、計算機、信息家電與網絡技術等電子信息產業的發展。電子信息產業規模最大的是美國和日本,其2002年的銷售收入分別為3189億美元和2320億美元[2]。近幾年來,我國電子信息產品以舉世矚目的速度發展,2002年銷售收入以1.4億人民幣居全球第3位,比上年增長20,產業規模是1997年的2.5倍,居國內各工業部門首位[3]。半導體材料及應用已成為衡量一個國家經濟發展、科技進步和國防實力的重要標志。
半導體材料的種類繁多,按化學組成分為元素半導體、化合物半導體和固溶體半導體;按組成元素分為一元、二元、三元、多元等;按晶態可分為多晶、單晶和非晶;按應用方式可分為體材料和薄膜材料。大部分半導體材料單晶制片后直接用于制造半導體材料,這些稱為“體材料”;相對應的“薄膜材料”是在半導體材料或其它材料的襯底上生長的,具有顯著減少“體材料”難以解決的固熔體偏析問題、提高純度和晶體完整性、生長異質結,能用于制造三維電路等優點。許多新型半導體器件是在薄膜上制成的,制備薄膜的技術也在不斷發展。薄膜材料有同質外延薄膜、異質外延薄膜、超晶格薄膜、非晶薄膜等。
在半導體產業的發展中,一般將硅、鍺稱為第一代半導體材料;將砷化鎵、磷化銦、磷化鎵、砷化銦、砷化鋁及其合金等稱為第二代半導體材料;而將寬禁帶eg2.3ev的氮化鎵、碳化硅、硒化鋅和金剛石等稱為第三代半導體材料[4]。上述材料是目前主要應用的半導體材料,三代半導體材料代表品種分別為硅、砷化鎵和氮化鎵。本文沿用此分類進行介紹。
2主要半導體材料性質及應用
材料的物理性質是產品應用的基礎,表1列出了主要半導體材料的物理性質及應用情況[5]。表中禁帶寬度決定發射光的波長,禁帶寬度越大發射光波長越短藍光發射;禁帶寬度越小發射光波長越長。其它參數數值越高,半導體性能越好。電子遷移速率決定半導體低壓條件下的高頻工作性能,飽和速率決定半導體高壓條件下的高頻工作性能。
硅材料具有儲量豐富、價格低廉、熱性能與機械性能優良、易于生長大尺寸高純度晶體等優點,處在成熟的發展階段。目前,硅材料仍是電子信息產業最主要的基礎材料,95以上的半導體器件和99以上的集成電路ic是用硅材料制作的。在21世紀,可以預見它的主導和核心地位仍不會動搖。但是硅材料的物理性質限制了其在光電子和高頻高功率器件上的應用。
砷化鎵材料的電子遷移率是硅的6倍多,其器件具有硅器件所不具有的高頻、高速和光電性能,并可在同一芯片同時處理光電信號,被公認是新一代的通信用材料。隨著高速信息產業的蓬勃發展,砷化鎵成為繼硅之后發展最快、應用最廣、產量最大的半導體材料。同時,其在軍事電子系統中的應用日益廣泛,并占據不可取代的重要地位。
gan材料的禁帶寬度為硅材料的3倍多,其器件在大功率、高溫、高頻、高速和光電子應用方面具有遠比硅器件和砷化鎵器件更為優良的特性,可制成藍綠光、紫外光的發光器件和探測器件。近年來取得了很大進展,并開始進入市場。與制造技術非常成熟和制造成本相對較低的硅半導體材料相比,第三代半導體材料目前面臨的最主要挑戰是發展適合gan薄膜生長的低成本襯底材料和大尺寸的gan體單晶生長工藝。
主要半導體材料的用途如表2所示??梢灶A見以硅材料為主體、gaas半導體材料及新一代寬禁帶半導體材料共同發展將成為集成電路及半導體器件產業發展的主流。
3半導體材料的產業現狀
3.1半導體硅材料
3.1.1多晶硅
多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原料,主要生產方法為改良西門子法。目前全世界每年消耗約18000t25000t半導體級多晶硅。2001年全球多晶硅產能為23900t,生產高度集中于美、日、德3國。美國先進硅公司和哈姆洛克公司產能均達6000t/a,德國瓦克化學公司和日本德山曹達公司產能超過3000t/a,日本三菱高純硅公司、美國memc公司和三菱多晶硅公司產能超過1000t/a,絕大多數世界市場由上述7家公司占有。2000年全球多晶硅需求為22000t,達到峰值,隨后全球半導體市場滑坡;2001年多晶硅實際產量為17900t,為產能的75左右。全球多晶硅市場供大于求,隨著半導體市場的恢復和太陽能用多晶硅的增長,多晶硅供需將逐步平衡。
我國多晶硅嚴重短缺。我國多晶硅工業起步于50年代,60年代實現工業化生產。由于技術水平低、生產規模太小、環境污染嚴重、生產成本高,目前只剩下峨嵋半導體材料廠和洛陽單晶硅廠2個廠家生產多晶硅。2001年生產量為80t[7],僅占世界產量的0.4,與當今信息產業的高速發展和多晶硅的市場需求急劇增加極不協調。我國這種多晶硅供不應求的局面還將持續下去。據專家預測,2005年國內多晶硅年需求量約為756t,2010年為1302t。
峨嵋半導體材料廠和洛陽單晶硅廠1999年多晶硅生產能力分別為60t/a和20t/a。峨嵋半導體材料廠1998年建成的100t/a規模的多晶硅工業性生產示范線,提高了各項經濟技術指標,使我國擁有了多晶硅生產的自主知識產權。該廠正在積極進行1000t/a多晶硅項目建設的前期工作。洛陽單晶硅廠擬將多晶硅產量擴建至300t/a,目前處在可行性研究階段。
3.1.2單晶硅
生產單晶硅的工藝主要采用直拉法cz、磁場直拉法mcz、區熔法fz以及雙坩鍋拉晶法。硅晶片屬于資金密集型和技術密集型行業,在國際市場上產業相對成熟,市場進入平穩發展期,生產集中在少數幾家大公司,小型公司已經很難插手其中。
目前國際市場單晶硅產量排名前5位的公司分別是日本信越化學公司、德瓦克化學公司、日本住友金屬公司、美國memc公司和日本三菱材料公司。這5家公司2000年硅晶片的銷售總額為51.47億元,占全球銷售額的70.9,其中的3家日本公司占據了市場份額的46.1,表明日本在全球硅晶片行業中占據了主導地位[8]。
集成電路高集成度、微型化和低成本的要求對半導體單晶材料的電阻率均勻性、金屬雜質含量、微缺陷、晶片平整度、表面潔凈度等提出了更加苛刻的要求詳見文獻[8],晶片大尺寸和高質量成為必然趨勢。目前全球主流硅晶片已由直徑8英寸逐漸過渡到12英寸晶片,研制水平達到16英寸。
我國單晶硅技術及產業與國外差距很大,主要產品為6英寸以下,8英寸少量生產,12英寸開始研制。隨著半導體分立元件和硅光電池用低檔和廉價硅材料需求的增加,我國單晶硅產量逐年增加。據統計,2001年我國半導體硅材料的銷售額達9.06億元,年均增長26.4。單晶硅產量為584t,拋光片產量5183萬平方英寸,主要規格為3英寸6英寸,6英寸正片已供應集成電路企業,8英寸主要用作陪片。單晶硅出口比重大,出口額為4648萬美元,占總銷售額的42.6,較2000年增長了5.3[7]。目前,國外8英寸ic生產線正向我國戰略性移動,我國新建和在建的f8英寸ic生產線有近10條之多,對大直徑高質量的硅晶片需求十分強勁,而國內供給明顯不足,基本依賴進口,我國硅晶片的技術差距和結構不合理可見一斑。在現有形勢和優勢面前發展我國的硅單晶和ic技術面臨著巨大的機遇和挑戰。
我國硅晶片生產企業主要有北京有研硅股、浙大海納公司、洛陽單晶硅廠、上海晶華電子、浙江硅峰電子公司和河北寧晉單晶硅基地等。有研硅股在大直徑硅單晶的研制方面一直居國內領先地位,先后研制出我國第一根6英寸、8英寸和12英寸硅單晶,單晶硅在國內市場占有率為40。2000年建成國內第一條可滿足0.25μm線寬集成電路要求的8英寸硅單晶拋光片生產線;在北京市林河工業開發區建設了區熔硅單晶生產基地,一期工程計劃投資1.8億元,年產25t區熔硅和40t重摻砷硅單晶,計劃2003年6月底完工;同時承擔了投資達1.25億元的863項目重中之重課題“12英寸硅單晶拋光片的研制”。浙大海納主要從事單晶硅、半導體器件的開發、制造及自動化控制系統和儀器儀表開發,近幾年實現了高成長性的高速發展。
3.2砷化鎵材料
用于大量生產砷化鎵晶體的方法是傳統的lec法液封直拉法和hb法水平舟生產法。國外開發了兼具以上2種方法優點的vgf法垂直梯度凝固法、vb法垂直布里支曼法和vcz法蒸氣壓控制直拉法,成功制備出4英寸6英寸大直徑gaas單晶。各種方法比較詳見表3。
移動電話用電子器件和光電器件市場快速增長的要求,使全球砷化鎵晶片市場以30的年增長率迅速形成數十億美元的大市場,預計未來20年砷化鎵市場都具有高增長性。日本是最大的生產國和輸出國,占世界市場的7080;美國在1999年成功地建成了3條6英寸砷化鎵生產線,在砷化鎵生產技術上領先一步。日本住友電工是世界最大的砷化鎵生產和銷售商,年產gaas單晶30t。美國axt公司是世界最大的vgf
gaas材料生產商[8]。世界gaas單晶主要生產商情況見表4。國際上砷化鎵市場需求以4英寸單晶材料為主,而6英寸單晶材料產量和市場需求快速增加,已占據35以上的市場份額。研制和小批量生產水平達到8英寸。
我國gaas材料單晶以2英寸3英寸為主,
4英寸處在產業化前期,研制水平達6英寸。目前4英寸以上晶片及集成電路gaas晶片主要依賴進口。砷化鎵生產主要原材料為砷和鎵。雖然我國是砷和鎵的資源大國,但僅能生產品位較低的砷、鎵材料6n以下純度,主要用于生產光電子器件。集成電路用砷化鎵材料的砷和鎵原料要求達7n,基本靠進口解決。
國內gaas材料主要生產單位為中科鎵英、有研硅股、信息產業部46所、55所等。主要競爭對手來自國外。中科鎵英2001年起計劃投入近2億資金進行砷化鎵材料的產業化,初期計劃規模為4英寸6英寸砷化鎵單晶晶片5萬片8萬片,4英寸6英寸分子束外延砷化鎵基材料2萬片3萬片,目前該項目仍在建設期。目前國內砷化鎵材料主要由有研硅股供應,2002年銷售gaas晶片8萬片。我國在努力縮小gaas技術水平和生產規模的同時,應重視具有獨立知識產權的技術和產品開發,發展我國的砷化鎵產業。
3.3氮化鎵材料
gan半導體材料的商業應用研究始于1970年,其在高頻和高溫條件下能夠激發藍光的特性一開始就吸引了半導體開發人員的極大興趣。但gan的生長技術和器件制造工藝直到近幾年才取得了商業應用的實質進步和突破。由于gan半導體器件在光電子器件和光子器件領域廣闊的應用前景,其廣泛應用預示著光電信息乃至光子信息時代的來臨。
2000年9月美國kyma公司利用aln作襯底,開發出2英寸和4英寸gan新工藝;2001年1月美國nitronex公司在4英寸硅襯底上制造gan基晶體管獲得成功;2001年8月臺灣powdec公司宣布將規模生產4英寸gan外延晶片。gan基器件和產品開發方興未艾。目前進入藍光激光器開發的公司包括飛利浦、索尼、日立、施樂和惠普等。包括飛利浦、通用等光照及汽車行業的跨國公司正積極開發白光照明和汽車用gan基led發光二極管產品。涉足gan基電子器件開發最為活躍的企業包括cree、rfmicrodevice以及nitronex等公司。
目前,日本、美國等國家紛紛進行應用于照明gan基白光led的產業開發,計劃于2015年-2020年取代白熾燈和日光燈,引起新的照明革命。據美國市場調研公司strstegiesunlimited分析數據,2001年世界gan器件市場接近7億美元,還處于發展初期。該公司預測即使最保守發展,2009年世界gan器件市場將達到48億美元的銷售額。
因gan材料尚處于產業初期,我國與世界先進水平差距相對較小。深圳方大集團在國家“超級863計劃”項目支持下,2001年與中科院半導體等單位合作,首期投資8千萬元進行gan基藍光led產業化工作,率先在我國實現氮化鎵基材料產業化并成功投放市場。方大公司已批量生產出高性能gan芯片,用于封裝成藍、綠、紫、白光led,成為我國第一家具有規?;芯?、開發和生產氮化鎵基半導體系列產品、并擁有自主知識產權的企業。中科院半導體所自主開發的gan激光器2英寸外延片生產設備,打破了國外關鍵設備部件的封鎖。我國應對大尺寸gan生長技術、器件及設備繼續研究,爭取在gan等第三代半導體產業中占據一定市場份額和地位。
4結語
不可否認,微電子時代將逐步過渡到光電子時代,最終發展到光子時代。預計到2010年或2014年,硅材料的技術和產業發展將走向極限,第二代和第三代半導體技術和產業將成為研究和發展的重點。我國政府決策部門、半導體科研單位和企業在現有的技術、市場和發展趨勢面前應把握歷史機遇,迎接挑戰。
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中圖分類號:G642 文獻標識碼: A 文章編號:1672-1578(2012)04-0055-02
“高分子材料學”是我校材料科學與工程專業(表面工程方向)的一門專業課程。表面工程學生的就業領域主要為材料涂裝、防腐等,學生需要熟悉各種工程材料(金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等)的基本性質、制備工藝以及表面處理方面的知識?!案叻肿硬牧蠈W”主要介紹高分子材料的制備、性能、成型、改性及應用等方面的知識。
“高分子材料學”這門課共32學時,所選教材為化學工業出版社出版的《高分子材料基礎》。主要內容包括四部分:高分子材料的合成及制備、高分子材料的結構與性能、常見的高分子材料及其成型加工方法、高分子材料的改性及應用。該教材[1]濃縮了高分子材料與工程專業的四門專業主干課共192學時的內容,即高分子化學(48學時)、高分子物理(64學時)、高分子材料成型工藝(48學時)、聚合物改性原理及方法(32學時)。
1 “高分子材料學”講授過程中面臨的問題
“高分子材料學”課程的講授具有較大難度,主要表現在以下方面:
該課程涵蓋了高分子材料與工程專業學生的專業主干課內容,要深入講解這些內容,需要近200學時,而針對表面工程學生開設的“高分子材料學”僅僅只有32學時,時間緊,內容多,如何合理安排各部分內容占的比重是授課教師面臨的首要問題。
“高分子材料學”相關內容的學習,需要學生具備一定的化學基礎及力學基礎,而對表面工程的學生而言,因專業側重不同,化學課程及機械基礎課開設門類不如高分子材料與工程專業齊全,導致表面工程的學生在學習“高分子材料學”時,對教材內容的理解及掌握有一定難度。這對授課教師備課也提出了更高的要求,如何在有限的學時中適時補充相關背景知識幫助學生理解,是授課教師需要思考的另一問題。
“高分子材料學”雖為表面工程學生的專業課之一,但從歷年就業情況看,表面工程學生就業以金屬材料加工行業居多,而從事高分子材料加工行業的很少。故必然存在學生對該課程重視程度不夠,學習積極性不高的問題,因此授課教師也需要在教學模式上進行探索創新,充分調動學生學習的積極性,引導學生主動參與到教學過程中來。
2 “高分子材料學”課程教學模式探索
2.1梳理重點,側重剖析基本概念
“高分子材料學”學時有限,內容繁多,因此需要授課教師在備課時梳理出各章節的重要知識點和基本概念, 注意各部分內容的銜接,并找出線索將各章散落的知識點貫穿起來。
比如,在介紹高分子材料合成及制備時,著重講授加聚反應及縮聚反應的基本步驟,對比這兩種聚合反應的特點及反應產物特性,便于學生掌握常見高分子材料的合成反應類型,了解制備方法對材料性能的影響??紤]到表面工程學生的學科基礎及專業側重,對反應速率的計算等知識點不做要求。
再如,課程內容第二部分介紹高分子材料的結構與性能,這部分內容為承上啟下的重點章節,高分子材料的結構及性能特點在其合成過程中奠定基礎,并將在成型過程及改性中得以體現和完善。這部分內容體現了高分子材料與其他材料的本質區別,涉及的基本知識點很多,而且多為表面工程學生不熟悉的內容。因此,同樣需要通過對比,突出高分子與低分子的結構與性能差異,側重高分子溫度——形變關系,結晶過程及晶體結構等重要知識點的講解。
2.2因材施教,適時補充背景知識
“高分子材料學”中很多知識點的理解離不開有機化學、物理化學等基礎課程的支撐,而表面工程方向的學生并未開設相關課程。為此,需要教師在講授過程中適時補充背景知識。
例如,在講授高分子合成反應類型對材料性能的影響時,可簡要介紹常見化學基團的特點并聯想對應的高分子材料的性能特點及成型要點。以聚碳酸酯(PC)為例,這種材料采用縮聚反應制備,分子結構中含有酯基,酯基在一定條件下容易水解,因此可聯想到PC材料在成型時的高溫條件下應避免水分的存在,防止水解反應發生導致材料性能劣化。
此外,為彌補學生基礎知識的不足,講授時還可結合日常生活中的實例進行對照說明。在講授高分子結晶時,可聯想泡面模型以及珍珠形成等實例;講授高分子材料降解及添加劑功效時,可結合塑料制品長期暴曬變色發脆、塑料拖鞋逐漸由軟變硬等學生熟知的生活常識進行分析。
2.3結合專業,調動學生學習積極性
“高分子材料學”為考查科目,且表面工程的學生就業以金屬材料加工行業居多,學生誤認為這門課程與自己的專業及將來就業銜接不緊,從而對“高分子材料學”課程重視不夠,故學習積極性也不高。為此,授課教師應有意識的引導學生思考,并采用靈活的考核方式調動學生的積極性。
筆者在講授此門課程時,并未采用課堂考試的形式進行考核,而是給學生布置了“高分子材料與表面工程”為主題的課程論文撰寫任務,并讓學生制作出相關的PPT將自己的論文進行口頭陳述,最后根據其論文撰寫情況、PPT制作情況及陳述情況給出該門課程的成績[2]。課程論文的完成情況直接跟成績掛鉤,能有效調動學生的積極性及對課程的重視;課程論文的撰寫需要大量專業文獻為基礎,學生在撰寫論文的過程中能自覺關注及閱讀相關專業文獻,有利于拓寬其專業視野;制作PPT的過程是對課程論文內容的凝練,有利于學生理清思路掌握重點;口頭陳述環節能有效杜絕學生互相抄襲論文,教師也能通過學生的口頭陳述情況,觀察學生對該門課程基礎知識的掌握程度。
學生通過獨立搜集資料撰寫論文制作PPT并口頭陳述等環節的訓練,既能讓他們發現“高分子材料學”這門課程與所學專業的緊密聯系,也鍛煉了他們的資料搜集能力及口頭表達能力,為將來畢業答辯及就業面試打下基礎。
3 結語
高分子材料是非常重要的工程材料,對于表面工程的學生而言,應該熟悉并掌握這類工程材料的特性?!案叻肿硬牧蠈W”雖然不是表面工程方向的專業主干課,但涵蓋了高分子材料相關的大量專業基礎知識,也是面向表面工程學生開設的唯一一門有關高分子材料的課程。授課教師應該積極進行教學模式的探索,激發學生的學習興趣,讓學生在有限的學時中掌握相關基礎知識。
參考文獻:
[論文摘要]高分子材料專業英語中專業詞匯較多、專業知識較強、中西文化差異大。本文在分析了科技英語特點的基礎上,詳細討論了高分子材料專業英語的教學方法,提出了從擴大學生詞匯量、分析句式結構、提高閱讀理解和寫作能力以及運用多種教學方法和手段等方面來提高學生高分子材料專業英語水平,使高分子材料專業大學生盡快適應社會需求。
高分子材料專業英語是一門以英語為工具的高分子材料專業課程,教學內容以高分子材料工程專業知識為主,以學術英語為輔,目的在于幫助高分子材料專業學生使用英語,直接學習和接觸國外相關專業信息。這不僅要求順利閱讀、聽懂英語,同時還要求以英語為工具獲取專業信息。本文結合教學實踐簡述了科技英語的特點,以求在專業英語學習過程中準確理解原文,能夠用目的語忠實而通順地再現原文內容。
一、高分子材料專業英語特點
高分子材料專業英語的文體與修辭手段與文藝小說、新聞報道等迥然不同,具有以下特點:嚴謹周密,概念準確,邏輯性強,行文簡練,重點突出,句式嚴整,少有變化。在閱讀或翻譯時要注意其行文特點和寫作規律,以便更好理解高分子材料專業英語文章。其特點突出表現在以下幾個方面:
(一)廣泛使用被動語態
專業英語文章側重敘事推理,強調客觀準確。第一、二人稱使用過多,會造成主觀噫斷的印象。因此盡量使用第三人稱敘述,采用被動語態,例如:When a low-molar-mass by-product is formed, the adjective ‘condensative’ is recommended to give the term condensative chain polymerization[1]。(建議推薦,縮合連鎖聚合)
(二)重要信息前置
專業英語表達方式往往和中文句式顛倒,常用前置性陳述,即在句中將主要信息盡量前置,通過主語傳遞主要信息。例如“……are charged into a 500 ml reaction kettle equipped with a mechanical stirrer and a reflux condenser”(向帶有機械攪拌器和回流冷凝器的500 ml 反應釜內加入……)。
(三)動詞的名詞化
大量使用名詞化結構(Nominalization)是專業英語的特點之一。因為專業英語文體要求行文簡潔、表達客觀、內容確切、信息量大、強調存在的事實,而非某一行為。專業英語中名詞化句子可作主語、賓語、介詞賓語、表語、賓語補足語、定語、同位語和狀語等,換言之,除了不能擔任謂語外,可以用作句子其它一切成分。例如:Such solutions can often be concentrated by freeze drying. This is done by bringing the surface of the solution in close contact with a cold condenser and applying high vacuum to the entire apparatus so that…… (冷凍干燥)[2]。
二、高分子材料專業英語教學實踐
高分子材料專業英語課程為大學第三或第四學年課程,學生已經學習了大學英語課程和高分子物理、高分子化學和高分子材料工程等專業基礎課程,筆者重點關注了以下幾方面教學實踐活動:
(一)擴大詞匯量
英語單詞的數量雖然龐大,但構成單詞的元素———詞根、前綴、后綴的數量卻是有限的[3]。這就要求在英語單詞的學習中,通過掌握詞根、前綴與后綴來學習新的詞匯。在高分子材料專業英語中,常見的詞根主要包括各種元素等,如hydro (氫), chlor (氯),amino (氨基),carbo (碳),oxy(氧),fibro (纖維),kineto (運動)。常見的前綴主要包括各種基團、基團的數目、地位等的表示,如poly-(聚,多),deca-(十或癸),non (a)-(九或壬),mono-(單、一),macro-(大的、宏觀),micro- (微的,小的),per-(高,過,全),ethyl-(乙基),phenyl-(苯基),benzyl-(芐基),aryl-(芳基),alkyl-(烷基),metyoxy-(甲氧基),iso-(異,等,同),ert-(叔),ortho-(鄰,正,原),ultra-(超、極端),super-(過度、過多),co-(共同),ant (i)-(反,抗)。常見的后綴主要包括各類聚合物的表示等,如-ene(烯烴的后綴),-ylene(亞基),-ide(化合物的后綴),-ate(鹽或酯基的后綴),-ester(酯),-ether(醚),-form(仿),-glycol(二醇),-one(酮),-nitrile(腈),-sulfone(砜),-wise(方式)。
polytetrafluorethylene(聚四氟乙烯)可以拆分成poly(聚) 、tetra(四)、fluor(o)(氟)、ethyl(乙基)和ene(烯)幾部分,分開理解則容易記憶。hydrogen peroxide(過氧化氫)中hydrogen表示“氫”元素,per表示“過、高”,oxide表示“氧化物”。
(二)分析句式結構
對于課文,應突出重點,講究長句的翻譯技巧[4]。系統地闡述和分析翻譯的基本知識、理論和技巧,使學生中掌握翻譯的技巧,有利于學生翻譯水平的提高。當學生碰到具體的問題時,就能夠從語法現象、專業內容、修辭等方面靈活處理。如看到一個長句,先不要急于逐字逐句去看這個句子,先找出這個句子的主干,即主語、謂語(或系動詞)、賓語(或表語),然后再看其余的修飾成分(也許是幾個修飾詞,也可能是一個完整的句子),分析它們與中心詞之間的關系,然后根據中文表達習慣在主干中加入這些修飾成分。這樣的翻譯技巧和步驟適合任何的長句翻譯。
(三)補充學習方法與技巧,引導學生進行歸納總結
高分子材料專業英語教材的課文專業詞匯量大,復雜句子多,如果死記硬背,學生會感到吃力也會沒有興趣繼續學習。因此,在教學的過程中要補充學習專業英語的方法。對于高分子材料詞匯規律性而言,如詞頭poly-是多和聚的意思;詞尾-ane 是指烷烴,-ene一般是指烯烴,-one 酮等;一些基團如methyl(甲基),ethyl(乙基),propyl(丙基)都是以-yl 結尾。那么在遇到生詞polypropylene(聚丙烯)時,學生就可通過掌握的規律輕松記住單詞,做到舉一反三,達到事半功倍的效果。
(四)組織課堂討論,注重給學生提供鍛煉的機會
在教學實踐中,為了給學生鍛煉的機會,教師要善于“讓位”,把講臺讓給學生。例如,在學期的開始就將學生進行合理的分組,以每個小組為單位,提前布置課堂總體學習內容,讓大家課下做一定準備,上課時臨時抽查小組中的成員走上講臺給其他學生講解指定段落,在學生講解的過程中,教師也是聽眾;講解完畢后,小組中的其他成員和其他小組的學生均可補充;教師做總結,對遺漏、錯誤的地方進行補充。一個學期結束,盡量使每位學生都至少有一次上臺講的機會。這樣,一方面可以調動學生發現和解決問題的積極性, 減輕學生對教師的依賴,更重要的一個方面,給學生一個在公眾場合表達自己的鍛煉機會。采取這樣的方式后,學生普遍反應良好,特別是對于不敢在公眾場合說話的同學,認為經過這樣的參與,自己不僅學到了知識,而且也鍛煉了人際交往能力,為以后的應聘求職奠定了良好的基礎。
三、總結
總之,在高分子材料專業英語的教學中,應充分發揮學生的積極主動性,盡可能地多引導學生做規律性的總結,熟悉句法技巧,并在考核方式上有所側重,這樣才有可能使專業英語的教學更加有吸引力,取得良好的教學效果。
[參考文獻]
[1]揣成智.高分子材料工程專業英語[M].北京:中國輕工業出版社,1999 :18.
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)05-0225-02
一、引言
隨著科學技術和經濟環境的變化,高校畢業生的就業形勢呈現日益復雜的趨勢。社會對人才的技能、經驗、實踐能力以及綜合素質提出了越來越高的要求[1-2]。高分子材料以其突飛猛進的發展態勢和廣闊的應用前景成為了21世紀最具生命力的新型產業。眾多與高分子材料相關的行業發展迅猛,社會對兼具創新和實踐能力的高分子材料專業的人才需求量越來越大,這無疑為畢業生提供了極好的就業前景[3]。如何提高大學生的就業能力,以更好地服務社會成為擺在高等院校人才培養方面的重要課題。
高分子材料是一門應用性和實踐性極強的專業,其實踐教學在一定程度上決定了人才培養的質量和水平。實驗教學是重要的實踐教學環節,它是提高高分子材料專業大學生操作能力、溝通能力、協作能力和綜合素質的最重要最直接的手段。因此,高校高分子材料專業要通過建立科學的專業實驗教學體系,積極探索實驗教學改革,以全面提高大學生的就業能力。
本文立足于我校的高分子材料專業,基于就業能力提升這一核心,提出了幾點關于高分子材料專業實驗教學改革的建議。
二、實驗教學現狀分析
實驗教學環節是學生獲取專業知識的重要手段,對學生實踐與創新能力的培養起到舉足輕重的作用[4]。然而,傳統的實驗教學驗證性實驗居多,注重培養學生的實驗操作技能,而忽視了學生的自主性、創造性思維的培養。一般,高分子專業實驗教學體系由三大塊構成即材料合成實驗、材料成型加工實驗和材料性能測試實驗。三塊實驗內容各自獨立展開,相互之間沒有聯系,缺乏知識點之間的串聯及各部分間的邏輯性和系統性,不利于學生從整體上掌握知識。由于經費不足、缺乏激勵機制等種種原因,大部分本科生僅限于實驗課和做畢業論文時進行實驗研究,缺少實驗訓練的機會,對廣泛提升本科生的就業能力所起的作用也非常有限。因此,如何利用實驗教學中心平臺,建立合理的面對本科生的開放機制,是實驗教學體系改革的重要內容。
三、實驗教學改革舉措
針對以上實驗教學中出現的問題,我們提出了幾點改革措施,以期能夠促進大學生就業及提高大學生就業質量。
1.構建系統化實驗教學體系。為了改善實驗教學效果,需要加強高分子材料專業的實驗教學體系的系統性。將高分子化學實驗、高分子物理實驗以及高分子成型加工實驗等多門課程有機組合起來,利用不同課程間實驗項目的關聯性,形成多條跨越不同課程的實驗項目鏈,構建出環環相扣、高度系統化的高分子專業實驗教學體系。
例如,聚苯乙烯塑料的制備實驗,它可以涵蓋三個緊密相連的實驗項目。利用高分子化學知識,從苯乙烯單體的懸浮聚合實驗開始,獲得聚苯乙烯粉體;再利用高分子物理知識,經由GPC凝膠滲透色譜分析所合成的聚苯乙烯的分子量及分子量分布,以確定聚苯乙烯的基本性能;再利用高分子成型加工實驗,將聚苯乙烯粉體制成高分子塑料樣條,對其拉伸、沖擊等性能進行測試。將以上三個實驗安排在同一個學期,按順序依次開展實驗,能夠加強知識的連貫性,便于學生從整體上理解和掌握高分子材料的專業知識,從而提高學生的專業能力、學習能力和實踐能力,為促進就業打下堅實的基礎。
2.開展多層次實驗教學。積極推行實驗課程改革,開展多層次實驗教學,降低驗證性實驗的比例,開設綜合性實驗,增設設計性實驗,可以提升大學生的專業能力和培養創造性思維能力,從而使學生在就業競爭中展現出良好技能。
單一的驗證性實驗,缺乏對學生綜合能力的訓練。為了將高分子材料的專業知識有機地串聯起來、靈活運用,需要開設一定比例的綜合性實驗。例如,開設“聚苯胺的制備和導電性測試”這一綜合性實驗。學生不僅能理解聚合物的結構,還能掌握聚苯胺的合成方法及性能測試方法。通過這一實驗,能夠把聚合物的“結構”與“性能”兩大方面很好地結合起來,即加深了對相關知識的理解,又提高了學生綜合運用知識的能力。
單一的驗證性實驗,只要求學生掌握簡單操作,沒有充分發揮學生的主觀能動性。增加設計性實驗,以學生為主、教師指導為輔,給學生發揮潛能提供更大的空間,為提高學生的就業能力奠定扎實的基礎。例如,“海藻酸鈉溶液的流變性研究”就是一個很好的設計性實驗。根據實驗任務,學生自己查閱相關文獻、設計實驗方案并付諸實施。這個過程要求學生動手、動腦、交流、協作,切實得到科學研究的一般邏輯過程訓練。設計性實驗既提高了學生的主觀積極性,又增強了學生分析問題和解決問題的能力。
3.依托科研項目拓展實驗教學。我校的高分子材料專業本科生除了實驗課和做畢業論文之外,很少從事科研實驗。只有極少數同學因為參與大學生創新項目或學科競賽而進行實驗研究。從普遍提高本科生的實踐能力角度來看還遠遠不夠,需要學校方面加大對大學生創新項目的支持力度,為更多的學生提供科研實驗的機會。
另外,為了提高本科生的科研能力,設立導師專項基金,由導師的課題經費中撥出一部分用于本科生實驗。導師重點選拔一些興趣高、素質好的學生,在大二提前進入實驗室學習,參與科研項目,這個措施對提高本科生創新能力和科研能力很有效,有些本科生在本科階段已經發表了科研論文,有些本科生畢業后就直接進入導師實驗室做碩士論文。不過,對于本專業興趣不高的學生起不到太大作用。
4.建立長效激勵機制。為了調動大學生主動進行創新實驗的積極性,需要建立長效激勵機制。對于創新型實驗完成優秀者、完成自主創新項目者、發表科研論文或專利者等取得創新成果的學生給以增加學分的獎勵,同時在保研、評獎學金等方面作為重要參考。這一舉措可以大大增加大學生參加創新實踐活動的機會,提升大學生就業競爭力。
5.完善實驗成績評定辦法。受儀器設備條件的限制,學生單人操作的條件不具備,一般采取分組實驗的形式,如何保證每個學生都能得到實驗操作訓練,需要完善實驗成績評定辦法。實驗報告是實驗教學的一個重要環節。透過實驗報告可以反應出學生對實驗項目的理解和掌握情況。但是,單單依據實驗報告評定成績并不合理。通過課前提問考察學生的預習情況,觀察實驗過程中學生的操作能力、協作能力,并做好記錄,以此作為評定實驗成績的重要依據,更能激發學生參與實驗的興趣,提高學生做實驗的主動性。通過完善實驗成績評定辦法,可以被迫式加強大學生參與實驗的力度,從而提高大學生的實踐能力。
四、小結
面對就業市場對高分子材料專業人才提出的越來越高的要求,進行實驗教學改革提升本科生的就業能力具有重要的現實意義。本文提出從實驗教學體系系統化、開展多層次實驗、依托科研項目拓展實驗、建立長效激勵機制和完成成績評定辦法五個方面進行實驗教學改革的建議,以期有效提升本專業大學生的就業能力。
參考文獻:
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通常情況下,兩種不同的物質表面接觸的時候就會形成電荷的遷移。在理論上來說,靜電是普遍存在的,我們通過高分子材料一般都具有電絕緣性,所以會在摩擦后易產生帶電現象。這種靜電輕則吸附灰,重則引起火災等重大事故。所以,怎樣消除積聚在高聚物表面的靜電,以及防止高聚物表面產生靜電作用,已成為當今高分子材料研究領域的一個熱門課題。
一、防靜電技術的現狀
目前靜電技術是有很多種的,像我們平時用的塑料以及刷墻時用的涂料都是加入了導電的粉末,還有像石墨以及炭黑和和其他每一種金屬粉末以及易于離子化的很多種無機鹽類等這些是都可以防靜電。有機靜電劑主要是包括季鐵鹽類等。一般常用的有機抗靜電劑是表面活性劑,我們可以把它加到塑料內部之后在擴散到它的表面里,還可以用到塑料的表面上。表面活性分子中有親水的部分還有親油的部分。親水的那部分就留在塑料的表面上,就在表面形成導電層,因此形成了防靜電的表面層。
二、高分子抗靜電的方法概述
高聚物本身對電荷泄放的性質決定了高聚物表面聚集的電荷量,它主要泄放方式為表面傳導、本體傳導以及向周圍的空氣中輻射,在這三者中以表面傳導為主要途徑。這是因為表面電導率一般大于體積電導率,所以高聚物表面的靜電主要受組成它的高聚物表面電導所支配。因此,通過提高高聚物表面電導率或體積電導率使高聚物材料迅速放電可防止靜電的積聚??轨o電劑是一類添加在樹脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除靜電產生的化學添加劑,添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導率的有效方法,而提高高聚物體積電導率可采用添加導電填料、添加抗靜電劑或與其它導電分子共混技術等。
三、添加導電填料
這樣的方法一般的是每種不同的無機導電填料摻入高分子材料基體中去,目前此方法中所使用的無機導電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。
四、與結構型導電高分子材料共混
導電高分子材料中的高分子是由許多小的重復出現的結構單元組成,當在材料兩端加上一定的電壓,材料中就有電流通過,即具有導體的性質,凡同時具備上述兩項性質的材料稱為導電高分子材料。與金屬導體不同,它屬于分子導電物質。根本上講,此類導電高分子材料本身就可以作為抗靜電材料,但由于這類高分子一般分子剛性大、不溶不熔、易氧化和穩定性差,無法直接單獨應用,一般作導電填料與其它高分子基體進行共混,制成抗靜電復合型材料,這類抗靜電高分子復合材料具有較好的相容性,效果更好更持久。
五、添加抗靜電劑法
永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質量大的親水性高聚物,它們與基體樹脂有較好的相容性,因而效果穩定、持久、性能較好。它們在基體高分子中的分散程度和分散狀態對基體樹脂抗靜電性能有顯著影響。親水性聚合物在特殊相溶劑存在下,經較低的剪切力拉伸作用后,在基體高分子表面呈微細的筋狀,即層狀分散結構,而中心部分呈球狀分布,這種“蕊殼”結構中的親水性聚合物的層狀分散狀態能有效地降低共混物表面電阻,并且具有永久性抗靜電性能。
六、我國高分子材料抗靜電技術的發展狀況
我國許多科研機構和生產企業已陸續開發出一些品種,以非離子表面活性劑為主,目前常用的品種有,大連輕工研究院開發的硬化棉籽單甘醇、烷基苯氧基丙烷磺酸鈉、烷基二苯醚磺酸鉀,上海助劑廠開發目前多家企業生產的抗靜電劑十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽,另外該廠生產的抗靜電劑硫酸二甲酯與乙醇胺的絡合物、抗靜電劑磷酸酯與乙醇胺的縮合物,北京化工研究院開發的三組份或二組份硬脂酸單甘酯復合物、陽離子與非離子表面活性劑復合物。從抗靜電劑發展來看,高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產品,尤其是在精密的電子電氣領域,目前國內多家科研機構利用聚合物合金化技術開發出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進展。
七、結語
我國的合成材料抗靜電劑的行業發展的前景較好的,我們針對國內的研究以及生產都應該根據現在的需求來調整自己的產業。應該加大新品種開發的力度。近幾年來國外在不斷的開發高性能的抗靜電材料。在我國科研院所應根據我國合成材料制品要求,開發出多種高性能、環保無毒的抗靜電品種,并不斷強化應用技術研究,以滿足國內需求。導電機理無論是外涂型還是內加型,高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要有以下幾種:抗靜電劑的親水基增加制品表面的吸濕性,吸收空氣中的水分子,形成海一島型水性的導電膜。離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度,從而增加導電性。介電常數大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。增加制品的表面平滑性,降低其表面的摩擦系數??偟膩砜唇档椭破返谋砻骐娮瑁黾訉щ娦院图涌祆o電電荷的漏泄,減少摩擦電荷的產生。
參考文獻
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中圖分類號:G640 文獻標識碼:A 文章編號:1002-4107(2015)10-0066-02
隨著科技的不斷進步,各國都在不斷創新和研發新的材料,而每一種新材料的使用,都能夠引起一次技術上的重大變革,而這種變革可能是世界性的。現代人類社會的“三大支柱”領域分別為材料、能源和信息。正是在這種背景下,高分子材料與工程專業在短短的二十年時間內發展迅速。1998年,教育部調整了高等學校本科專業目錄,將與高分子材料相關的工科類專業統一為高分子材料與工程專業。教育部出臺的專業建設指導精神明確指出,要重點發展高分子材料產業[1]。
東北林業大學高分子材料與工程專業,始建于2000年10月,專業的建立基于東北林業大學木材科學與技術學科在天然高分子材料的加工與利用等條件成熟的基礎上,由我國木材膠黏劑領域知名專家顧繼友教授組織創辦。在十幾年的不斷實踐探索中,建立了具有自己特色的人才培養模式,并依托東北林業大學的發展平臺,明確培養目標,凸顯了林業院校的特色和優勢,培養了一大批兼具知識、能力和實踐動手能力的高素質人才。
一、依托院校優勢,打造品牌專業
東北林業大學創建于1952年,是國家“211工程”和“優勢學科創建平臺”項目重點院校。學校是以林科為發展優勢,以林業工程為辦學特色的綜合性大學。高分子材料與工程專業在建立之初就顯示出專業的優勢,它是在天然高分子開發利用、生物質復合材料、高聚物合成、合成樹脂膠黏劑的開發等領域都較成熟完備的基礎上發展起來的,具有厚基礎的專業優勢。專業發展迅速,于2003年獲批建立“生物材料工程”博士點學科,2006年該學科被評為黑龍江省重點學科,2010年進入“985”優勢學科平臺建設行列,目前是東北林業大學的重點專業。專業涵蓋了膠黏劑、生物質復合材料、天然與合成高分子材料和生物質功能材料四個具有學科優勢和特色的方向。其中膠黏劑是本專業的主要特色,尤其是木質基材料用膠黏劑的研究、開發和推廣方面處于世界先進、國內領先的行列;專業的另一個特色是生物質復合材料的研究,尤其是在木塑復合材料、木質素、蛋白質、淀粉等生物質材料的開發利用方面具有較大優勢。
高分子材料與工程專業為黑龍江省重點專業,教學理念先進,師資力量雄厚,具有豐富的教學管理經驗,本專業有三門課程“膠黏劑與涂料”、“生物質材料”和“材料科學與工程基礎”入選東北林業大學重點課程建設項目。東北林業大學作為林業院校的領跑者,有著林業院校的優勢。為此,東北林業大學高分子材料與工程專業在人才培養模式的制定上以林業院校優勢為依托,支撐學科“生物材料工程”在科研方面以天然高分子為核心,以生物質復合材料、膠黏劑、天然與合成高分子材料以及生物質功能材料四個特色研究方向為重點。與之相適應的專業人才培養模式既注重高分子材料與工程專業的基礎,更體現林業院校相關專業的優勢特色。在近十幾年的人才培養過程中,專業也在不斷的調整修訂人才培養方案,既重基礎,又寬口徑,注重素質和能力培養,突出林業院校品牌專業的特色和優勢。
二、特色化人才培養模式的構建
人才培養模式作為高等院校人才培養活動的實踐規范和基本樣式,是高等院校對本科人才培養目標、培養過程、培養途徑以及培養方法等要素的綜合概括。隨著目前人才市場化程度的日益高漲,如何造就適應社會需要的應用創新型人才是亟待解決的難題[2]。不同的學校、專業應根據人才需求、本身專業特色以及學校優勢等方面探索一條適合自己的人才培養模式,并且要經過一定的實踐檢驗,千萬不能照搬照抄、生搬硬套。
在人才培養目標的定位上,我們總結了一些地方院校人才培養的偏差,積極探索出“強化基礎、因材施教、分類培養”的指導思想,考慮到學生的基礎水平,發展方向、內在潛質,按照發展方向和個人選擇的不同對學生進行分類,大致分為就業、繼續深造、出國深造等幾種類型,以此為前提在課程設置、實踐動手能力、畢業論文和設計、教師培養等方面進行適當的改革,使培養出的學生知識結構廣泛,基礎扎實,動手能力強,能在聚合物合成、膠黏劑、生物質復合材料等領域從事生產、開發研究、管理的工程技術人才,探索出一種具有特色的人才培養模式。
三、特色化人才培養的具體措施
(一)規范培養過程,提升教育實力
學科之間的相互影響與滲透逐漸成為發展趨勢,通過各學科之間的彼此滲透,相互關聯成更大的、完整的學科體系[3]。這就要求現代大學教育要有更廣博的知識背景,更敏捷的思維創新能力及開闊的學科視野。只有在大學科平臺上和開放的學習氛圍中采用靈活創新的教育模式,才能完成創新人才培養的目標要求[4]。
為滿足國家林業科技的戰略需求、學校建設高水平特色大學的要求以及社會對不同人才的需求,東北林業大學重點突出“林產”特色,構建相關的學科課程體系。本著厚基礎、寬專業的主導思想,構建學科基礎課;結合專業方向的特色,構建專業基礎課和特色課程;同時完善交叉學科的滲透,構建開放性的選修課程,學生可自由選修,實現資源共享。學校和學科帶頭人廣泛聽取學生意見,制定了一系列切實可行的專業管理制度,加快重點專業建設步伐;加強教師隊伍建設,構建專業教師團隊;聘請國內外專家教授、學者定期在學院及學校范圍內進行專題講座;鼓勵學生進行創新思維訓練,以專業教師牽頭,鼓勵學生自主開發,大膽創新,認真觀察;創建具有自己學科發展特色的高分子材料與工程創新實驗室,建立以專業教師牽頭,本科生為主體的創新訓練團隊,在保證驗證性和設計性實驗教學的基礎上,增加本科生專業技能綜合訓練;從大一新生開始實行“導師制”,提倡因人施教,對學生進行啟發式教育,鼓勵學生開展批判式學習,用與時俱進的思想運用知識,用發散的思維研究知識[5]。
(二)產學研相結合
“產學研結合”是東北林業大學高分子材料與工程專業培養創新型人才的重要途徑?!爱a學結合”是指學生的畢業設計和畢業論文來自于生產實際,學生通過走進工廠、校企合作單位幫助解決生產實際問題。一方面鍛煉了學生實際解決問題的能力,培養了獨立解決問題的意識,凡事不再依賴教師、依賴課本,是完全意義上的實踐;學生通過實習較早地熟悉了工作崗位,積累了工作經驗,對待就業問題不再盲目,縮短了學生適應工作崗位的時間。另一方面,工廠在實際生產中也遇到各種各樣的問題,新鮮血液的注入也為企業解決了遇到的實際問題,節約了用人成本,并在經濟效益方面有所收獲?!把袑W結合”是學生的畢業論文或畢業設計選題大部分來源于指導教師的研究課題,導師的課題研究具有前瞻性及實踐性,學生通過參與導師課題,導師指導學生更直接、更具體,鍛煉了學生的科研能力,對于繼續深造或是出國留學的學生來說鍛煉了他們的創新思維能力和科學素養。結合科研實踐培養專業人才是專業建設大力提倡的,專業教師積極以科研帶動教學,以教學促進科研,學生積極參與教師課題研究工作對學生未來的發展大有裨益。
(三)突出專業實踐特色建設
高分子材料與工程專業的特色是培養學生的實踐能力和較強的創新意識,實踐能力的培養不僅僅在課堂和實驗室,高質量、充分的專業實踐是人才培養必不可少的重要環節。在實踐教學中,學生可以到企業現場觀摩,根據企業現有的生產條件將理論和生產結合,學生將學習的書本知識融會貫通到實踐中,同時在理論的指導下,學生撰寫實習報告反饋實習內容。學校非常重視實踐教學,出臺了一系列的制度方案,健全實習質量保障體系。為此,專業積極拓展實踐基地,依據指導教師的特長進行分工指導,邀請具有培訓經驗的一線工程技術人員進行現場講解和模擬。學生的整個實踐環節與畢業論文和設計緊密結合,實踐過程為論文的撰寫提供第一手資料,也鍛煉了學生解決實際問題的能力??傊?,不斷探索高等學校專業與社會實踐有機結合的長效機制,建立健全校外實踐基地,是學生磨煉意志、增長才干、理論與實踐相結合的重要載體。
無論是林業院校還是各類地方高校,都在努力地積極探索高分子材料與工程專業特色化人才培養的模式,東北林業大學在特色化人才培養方面也在不斷實踐中,既結合了傳統的專業優勢,又不斷挖掘新思路、新方法、新觀念,這是知識經濟時代對人才培養的需要,也是林業院校人才培養的需求。
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中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)24-0219-02
《高分子材料》是材料科學與工程學科的重要組成部分,是材料專業類學生的一門重要課程。但對于非高分子專業的學生,一般只有這一門高分子專業課,且學時有限。為使學生掌握廣泛的基礎知識、扎實的專業知識,該課程要將《高分子物理》、《高分子化學》、《高分子材料加工》等課程內容融為一體,并加強與其他材料科學的相互貫通。筆者在幾年的教學實踐中不斷探索,對這門課的教學內容、教學方法和教學效果評價體系等方面進行了總結。
一、明晰教學目標、突出教學重點、合理安排教學內容
通過《高分子材料》的教學,需要學生掌握“高分子材料科學基礎”、“高分子化學”、“高分子物理”、“高分子成型加工”、“通用高分子材料”等理論知識。在有限的學時條件下,要使對于高分子完全陌生的學生理解并掌握這些基本概念與原理,授課內容的選擇是非常重要的。在內容選取上,我們的原則是既要讓學生掌握相關的理論知識,又要有所側重,并注重課程與先修課程的聯系和課程前后內容的銜接等。高分子材料的制備、結構、加工及性能之間存在著一系列的有機聯系,我們講述的內容既要有獨立性又應注意前后的關聯性。首先,結合以前所學知識,讓學生掌握高分子材料科學的基礎知識。其次,高分子化學部分,我們著重講解聚合反應機理。高分子的合成按機理主要分為逐步聚合與連鎖聚合。連鎖聚合中,以自由基聚合研究得最為透徹,我們分別結合反應過程的熱力學和動力學,分析自由基聚合各個階段的特點。至于離子聚合和定向聚合等內容,給定思考題安排學生課后學習。對于學生自學有疑問的地方,教師可以在答疑時給予指導。逐步聚合中,又可分為線形縮聚和體型縮聚,我們一般只講述線形縮聚部分,體型縮聚安排為課后學習內容。高分子物理部分,我們集中講述高聚物的結構與性能間的關系。通過掌握高分子材料的合成原理和方法,了解高分子材料結構與性能之間的關系,從而逐步形成較為完整的高分子材料科學知識體系。為了培養實用性、創新型人才,我們在教學中還及時更新教學內容,將新知識、新理論和新技術充實到教學內容中,為學生提供符合時代需要的教學內容。
二、積極探索教學方法,提高課堂教學效果
在《高分子材料》的幾年教授過程中,為提高課堂教學效果,筆者一直不斷探索,總結了一系列教學方法。
1.表格教學法?!陡叻肿硬牧稀返恼n程中,有很多教學內容可以通過對比進行講解,比如聚合物的聚合機理中的連鎖聚合和逐步聚合、自由基聚合的各種實施方法等。筆者在實踐中,發現表格教學法是個很有效的教學方法。該方法運用比較,比傳統直述法更清晰,利于學生掌握相關知識的區別和聯系,從而更好地接受知識,并對各知識點有更深刻的理解。比如在講述高分子材料的合成方法時,可以先用表格列出本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合和溶液聚合四種實施方法,再在第一列列出配方、聚合場所、聚合機理、生產特征、產品特性、生產實例等與各實施方法對應的屬性,然后一邊講解,一邊將各屬性填充,讓學生接受知識點的同時也學習各屬性的異同,從而加強對相關內容的理解和接受,也更利于學生記住相關內容。
2.示例教學法。示例教學法可以引發學生的學習動機,幫助學生理解抽象的事物和概念,發展學生的求知欲望。學生剛開始學習高分子材料,對有關知識和內容了解不多,專業術語比較陌生,但是日常生活中都接觸過多種性能各異的高分子材料制品,對高分子材料性能的差異性有一定的感性認識。在講課時可以引入這些實際的材料,既能提高學生的學習興趣,也有利于更好地理解所學知識。比如在講述高聚物粘彈性這部分內容時,高聚物區別于其他材料的最大特點是其粘彈性,由于高聚物分子運動的松弛時間正好我們能用肉眼觀察到,所以才表現出這些現象。
3.啟發教學法。《高分子材料》的教學中有不少抽象的概念、邏輯推理的演繹過程。老師在課堂上一味講授專業知識和術語,學生學習熱情不高。通過一邊講解,一邊結合學科知識適當提出問題的啟發式教學方式,能提高學生的學習興趣和積極性,并能把一部分走神的學生拉回來。如講到高分子結構時,先提出一個問題:“為什么橡膠和塑料的力學性能有這么大的差異?”給予學生適當時間思考后,再具體講解高分子材料的結構,讓學生帶著問題聽課,不但啟迪了學生的思維,也使他們對所學內容有了更深刻的理解。
4.互動教學法。為了培養能解決實際問題的高素質人才,《高分子材料》的教學中,不應讓學生死記硬背和生搬硬套,而應結合實際問題讓學生思考,激發學生的發散思維。如講到橡膠性能時,請同學們思考“如何提高橡膠的耐熱溫度”,再提示學生利用所學的高分子物理部分知識,從優化橡膠的結構入手,發動學生積極討論,啟迪思維,培養運用基礎理論知識分析實際問題的能力。這種討論式的教學方法,既活躍了學習氣氛,啟發學生思考問題,又可使學生對知識更好理解和掌握。在講述高分子材料的合成時,經常通過合成反應式來表示合成過程和機理。我們一方面在課件編寫中注意到讓所有的反應方程式都不是一下顯示出來,而是模仿板書一步一步顯示,讓學生有充分思考、接受的時間;另一方面,部分反應方程式讓學生自己來寫,旁邊同學互相檢查。通過這種方式,使學生更加熟悉并能深刻理解反應過程,其他同學的檢查也能讓同學發現自己意識不到的細節上容易出錯的地方,了解出錯的原因,補充沒有掌握的知識點。
三、改革考核方式,提高學生綜合素質
《高分子材料》的教學評價不但要考查學生基本理論知識的掌握情況,也要考查學生的再學習和獨立思考解決問題的能力。為此,我們改變單一的一份試卷定成績這種缺乏準確性和全面性的考試制度,將成績的考核納入每個教學環節中,為每個學生制訂具體考核表,跟蹤學生學習進展,使學生在學習中能隨時了解自己的學習情況,督促自己不斷學習、不斷提高。其中考試方面根據課程的要求建立了《高分子材料試題庫》,逐年對試題庫的內容進行改進和更新,每年從試題庫中抽取試題組成A、B兩份試卷,嚴格考試要求和評分標準;另一方面,讓學生選擇一種新型高分子材料,查閱相關文獻資料,描述它的合成、制備、結構、性能及應用前景,并撰寫小論文;同時,增加學生課堂討論、實驗、作業等平時成績的評分標準和比例。通過改革考核和評價體系,激勵了學生的學習熱情,鍛煉了學生的實際能力,有利于培養高素質人才。
通過《高分子材料學》教學的探索和實踐,初步探索了課程的教學思路和方法。在今后的教學中,我們還將不斷總結經驗,進一步完善教學過程中的各個環節,培養出既掌握專業知識,又具備分析問題、解決問題能力的能適應以后工作和科研需要的高素質人才。
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“通識教育”(general education)是高等教育的組成部分,是一種盡可能綜合的(comprehensive)教育,是所有大學生都應接受的非專業性教育,在學生接受特殊的、專業知識之前對知識的總體狀況有個綜合性的了解。[1,2]1999年李曼麗等人在《清華大學教育研究》中提到:“通識教育目的是培養積極參與社會生活的、有社會責任感的、全面發展的社會的人和國家的公民?!盵2]為了推進以“課程建設與改革”為核心的本科人才培養模式改革,蘇州大學從2014年起正式啟動通識教育課程改革計劃,課程建設基本要求為:適合所有學生學習的非專業課程;注重學科交叉和學科前沿;提倡教學形式和教學方法多樣化;注重經典原著閱讀;建設有地域特色和本校特色的通識教育課程。通識選修課程包括五大模塊:文學與藝術、歷史與哲學、社會科學、數學與自然科學、科技與發展。通過跨學科的體系設計,讓學生廣泛涉獵不同的學科領域,拓寬知識視野,培養學生跨領域、多角度思考問題能力、批判性思維能力和包容性理解能力。2014年學校通識教育課程的申報數量達93門,經過專家組兩輪評審,隸屬于科技與發展模塊的《生活中的高分子材料》課程成為立項建設中的一門通識選修課程,并于2015―2016學年開始對全校學生開放選修。
在認真開展本課程的項目建設工作過程中,筆者在課程教學內容設計和教學方法選擇方面做了一些探索與嘗試,在幾輪教學實踐中對教與學之間存在的問題進行了思考和改進,希望能夠與相關老師一起交流教學經驗,共同探討如何尋找合適的教學模式來開設全校性工程技術類通識選修課。
一、《生活中的高分子材料》課程的體系建設
1.課程的建設目標?!渡钪械母叻肿硬牧稀氛n程是面向于全校所有學生學習的非專業課程,建設目標是普及生活高分子材料常識、推廣不同專業的學生去了解我們生活中不可缺少的高分子材料;科學認知高分子材料性能特點、合理健康使用各種高分子材料;從而提出新問題和新思想,推動我們國家高分子材料產業鏈的進一步發展。
2.教學內容及課時安排。從與我們生活密切相關的“衣”“食”“住”“行”四個方面出發,給學生介紹典型的高分子材料組成、特性及使用注意事項。主要安排如下:
第一章 緒論(2課時)。介紹高分子材料的基本概念、新型高分子材料及其研究進展。
第二章 “衣用”高分子材料(8課時)。介紹紡織行業纖維材料(天然纖維和合成纖維高分子材料),了解一些服飾用涂層高分子材料和皮革高分子材料。
第三章 “食品”相關高分子材料(8課時)。介紹食品行業用塑料(塑料薄膜、塑料瓶、塑料餐具)高分子材料,了解天然高分子(淀粉、膳食纖維、蛋白質)和合成高分子(食品添加劑)等食用高分子材料。
第四章 “家裝”高分子材料(10課時)。介紹塑料家具(熱塑性塑料、熱固性塑料),了解涂料(墻飾涂料、木器漆、家電粉末涂料)和粘合劑。
第五章 “戶外運動”相關高分子材料(8課時)。介紹橡膠(天然橡膠、合成橡膠)和橡膠制品(輪胎、籃球、運動鞋),了解高分子基復合材料(運動自行車、復合材料賽車)。
3.多元成績評價體系的建立。開設《生活中的高分子材料》這門課程是希望通過學習來加深學生對周圍高分子材料的了解,知道其利弊及正確使用方法,讓高分子材料更好、更安全地為己所用;激發學生對高分子材料世界進一步探索的激情,創造高分子材料與人的和諧環境。對學生一學期學習的考核不是一張試卷來決定,而是建立多元成績評價體系。在充分考慮不同專業學生的個性的基礎上,鼓勵學生從不同角度去認識高分子材料,教學成績的最終評價體現出全面性和激勵性。指標包括課堂表現(20%)、平時作業(40%)和期末小論文(40%)三大方面。(1)學生對這門課程的學習態度會明顯地體現在課堂表現中。(2)針對“衣食住行”中可能碰到的高分子材料設定一些開放性作業,讓學生自主選擇有興趣的高分子材料去學習,找其優缺點、使用注意事項及這類高分子材料的發展史,然后分組討論匯報,其余同學和老師一起給予評分作為平時作業的成績。(3)在課堂知識的基礎上,期末讓每一個同學對某一大類高分子材料進行綜述,引用實例,從不同的專業角度去分析其利弊和發展潛力,寫出自己對材料改進的需求和建議方案,按照科技小文的格式編排、撰寫和打印。
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A文章編號:1003-2851(2011)08-0-03
雙語教學是指將母語外的另一種外國語言直接應用于非語言類課程教學,并使學生同步獲取外語與學科知識的一種教學模式[1]。在世界科技水平迅猛發展的今天,教育的國際化趨勢越來越明顯,因此,為了讓學生獲得更多的知識,了解國際上前沿的科學發展資訊,提高專業技能,更好地把我們的研究成果推向世界,教育部多次發文鼓勵雙語教學的開展。
2001年教育部在《關于加強高等學校本科教學工作,提高教學質量的若干意見》中提出高校應積極推動以英語等外語進行的教學模式,明確要求各高等院校在3年內開設5%-10%的雙語教學課程[2]。
2007年教育部了《關于啟動2007年雙語教學示范課程建設項目的通知》(教高司函[2007]137號),提出從2007年至2010年,共支持建設500門雙語教學示范課程[3]。雙語教學示范課程建設項目的建設內容不僅包括雙語師資的培訓與培養、聘請國外教師和專家來華講學,還包括雙語教材的引進、雙語教學方法的改革與實踐、優秀雙語教學課件的制作、雙語教學經驗的總結等等,其資助經費為每門課程10萬元。清華大學的《生物化學》、北京大學的《應用分析》、華中科技大學的《組織學與胚胎學》、武漢理工大學的《船舶輔機》等等高質量的雙語教學示范課程將國際先進的教學理念和教學方法與中國高等教育實際相結合,為探索適合中國大學生英語和專業知識水平的雙語課程教學積累了經驗,對提高我國高校的雙語教學質量起到了積極的推動作用。
高分子材料是由相對分子質量較高的化合物構成的材料,如:蛋白質、淀粉、纖維素、塑料、橡膠等等,它與金屬材料、無機非金屬材料等同是科學技術發展、經濟建設中的重要材料。為了培養能適應經濟社會發展需要、具有國際視野的創新型高分子材料技術人才,武漢理工大學材料學院特開設了《聚合物形態與結構》等高分子材料類雙語課程,從高分子物理和高分子化學兩個方面向學生介紹了聚合物,取得了一定的成果和經驗。
本文從專業雙語課程與專業英語的關系、教材的選擇、中英文混合講授和互動式教學等方面介紹了《聚合物形態與結構》雙語課程教學實踐中的體會和認識。
一、專業雙語課程與專業英語
英語教學是貫穿整個大學本科的。通常,專業英語課程的教學是安排在學生完成了基礎英語課程和部分專業基礎課程學習之后的,屬于英語教學的范疇。而隨后進行的專業雙語課程教學是屬于專業教學的范疇[4]。開設高分子材料類專業英語課程的目的是為了讓學生了解本專業的專業詞匯,培養學生閱讀專業技術英語文獻與撰寫科技英語論文的能力,其重難點在于大量的專業術語、名詞性詞組、合成新詞以及復雜的被動語態長句。高分子材料類雙語課程是將英語作為一種獲取高分子學科專業知識的工具來進行的專業學科的教學,其主要教學目的不是英語,而是專業知識的學習。
因此,專業英語課程是實現專業雙語課程教學的鋪墊和基石,專業的雙語教學是專業英語教學的延續和提高。
二、教材的選擇
教材的選擇對于能否達到預期的教學目的,讓學生充分地掌握課程的精髓是至關重要的。原版英文教材有利于學生了解和掌握先進的思維方式和研究動態,但是由于中西方文化的差異,在教材的編排上,原版的英文教材和經典的中文教材有很大區別。原版英文教材通常采用演繹的方法安排教學內容,提出問題,引起讀者的關注和興趣,然后再通過對問題的解答來講述專業知識[5]。而通常國內的中文教材是采用歸納的方法安排教學內容的,邏輯性強,條理清晰,學生容易理解。
因此在教學實踐中,我們采用了以原版英文教材為主,輔以經典的國內中文教材,使教學內容即符合教學大綱的深度和廣度,又能讓學生汲取外文教材中的精華。J.M.G.Cowie著的《Polymers:Chemistry & Physics of modern materials》一書共有17個章節,從高分子鏈構造、構型與構象,凝聚態結構,逐步聚合,自由基聚合,離子聚合等方面對聚合物的形態、結構和性能進行了詳細的介紹,內容深入淺出,結構安排合理,論述層次分明,圖表簡明清晰,是一本經典的高分子材料學科類教材,因此我們選擇該書作為《聚合物形態與結構》課程的英文教材。
同時,我們還選用了Joel R.Fried 著的《Polymer science and technology》和George Ordian 編著的《Principle of polymerization》作為英文參考書。中文參考書我們選取了在知識的基礎性、系統性上編輯得很好的國內高分子學科經典教材:由化學工業出版社出版,潘祖仁主編的《高分子化學》和由復旦大學出版社出版,何曼君等著的《高分子物理》。
但是由于教材出版周期較長,國內外最新的研究成果并不能及時地出現在教材上,因此,為了讓學生掌握最新的聚合物方面的研究成果,我們在授課過程中插入了近兩年權威期刊上如《Nature Materials》、《Advanced Materials》、《Journal of the American Chemical Society》、《Macromolecules》上相關文獻的內容,緊跟高分子學科發展前沿,結合教材上的基礎知識,講授文章的知識點和創新點,以達到加深對基礎知識的理解和提高對理論知識的應用能力的目的,讓學生不僅學會從課本中獲取知識,還會主動地從網上獲取更多更新的專業資訊,養成主動學習的習慣。
三、中英文混合講授
中文和英文在授課過程中的比例一直是雙語教學中的一個難點[6]?!毒酆衔镄螒B與結構》雙語課程教學的首要目的是讓學生掌握聚合物的分子結構、形態以及物理、化學性能,為開發和設計新型高分子材料打下基礎。由于學生對于很多專業英語術語感到生疏,因此,如果教師從課件到板書再到講述全部采用英文,學生在課堂上的注意力將很容易不自覺地集中到對這些生僻單詞的理解上,從而本末倒置,忽略了對專業理論知識的深入學習,降低了學習專業知識的效率。同時,如果漢語過多地出現在教學過程中,那么學生將很難脫離母語環境,達不到培養學生用英文思考問題、解決問題的目的。為了解決這個難題,我們在教學實踐中采用了以下方法:
(一)在首次授課時復習專業英語課程中的一些基礎知識,介紹一些在高分子學科專業英語中常用的單位、常數、詞綴、詞根以及高聚物的名稱。例如:通過對macro-+molecule(分子)macromolecule(高分子),poly-+ethylene(乙烯)polyethylene(聚乙烯),hydro-(水)+-philic(親……的)hydro philic(親水的),nucleo-(核)+-phile(親……)nucleophile(親核試劑)等詞匯的學習來復習詞法。
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(二)在每次課臨近結束時把下節課最重要的專業詞匯用課件展示出來,讓學生提前預習。例如,在講述《逐步聚合》這一章內容之前先將step-growth polymerization(逐步聚合),polycondensation(縮聚),functional group(官能團),functionality(官能度)等重要單詞列出,授課時加以強調,并進一步地解釋逐步聚合的反應機理。這樣不僅能讓學生在授課時不受到生僻單詞的影響,還能讓學生在課前對講課內容有初步了解的基礎上掌握授課的重點,加深印象。
(三)充分利用多媒體教學工具,將圖、表、視頻資料和文字相結合,用英文和中文雙語講解最重要和最難理解的詞匯、物質的結構和知識要點。如圖1所示,在講授自由基聚合鏈引發反應的時候,采取圖文并茂的方式,用直觀、生動的教學方式來激發學生的興趣,幫助學生加深理解授課內容。
(四)在利用現代多媒體技術講課的同時,適量的傳統板書可以避免學生的聽覺和視覺疲勞,還能有效地調節課堂節奏,因此我們不能忽略傳統板書在專業雙語課程教學中的作用。通常,學生在學習公式推理較多的章節時容易覺得枯燥、注意力不集中,如果只用多媒體課件將整個推導過程展現給學生,學生將很難及時跟上教師的分析和推導過程。因此,在講授高聚物的分子量、高分子溶液的熱力學性質等章節時,不妨采用英文的傳統板書來進行公式的推導和演算,再加以中文強調重要步驟的講授方式來吸引學生的注意力,提高教學效果。
四、互動式教學
學生是課堂的主體,合理地調動學生學習的積極性和主動性,讓學生和教師一起營造活躍、和諧的課堂氣氛能使教學效果事半功倍。傳統的教師提問學生回答的方式簡單易行,適時地提出“Why?”,“What is……”,“How to……”和“What do you think?”等問句,鼓勵學生用英文回答,不僅可以起到提醒學生主動思考的作用,還能讓教師及時地了解學生掌握知識的情況,并據此調節課程的進度。
讓學生以組為單位進行主題演講和撰寫小論文是國外高校在本科生教育中很普遍的一種教學方式。在《聚合物形態與結構》雙語課程的教學中,我們將2-3個學生分為一組,讓他們在給定的范圍內自己選擇論述主題,擬定小論文的題目,撰寫論文。論文的內容很廣泛,論文的格式要求和正式出版的文獻一樣,由摘要、背景介紹、論述、結論和參考文獻等幾個基本部分組成。教師在課程結束后留出一部分時間,把講臺讓給學生,讓他們像老師一樣站在講臺上,利用多媒體課件和板書來講述自己的論文。演講完成后,教師或其他學生可以就自己感興趣的問題進行提問。論文和演講完成的情況將作為平時成績最重要的依據,而平時成績占期末總成績的30%。論文的合作撰寫點燃了學生主動學習的熱情,提高了他們的科技論文寫作能力,培養了他們的合作精神。主題演講的開展為學生提供了一個展示自己的舞臺,培養了學生的英語表達能力。另外,演講的主題囊括了從聚合物發展歷史,聚合新方法到聚合物的最新研究成果在工業上的應用等等方面,拓寬了學生的知識面,而論文和演講相結合的方式也為本科生大四畢業論文的撰寫和畢業答辯打下了良好的基礎。
另外,email、qq群以及教學博客也是增進師生間互動的重要工具[7]。這些新穎的交流方式很容易被學生接受,為師生間課后交流(特別是羞于當面問問題的學生)提供了便利,讓教師能隨時了解學生在學習中的困難和對該課程的意見與建議,及時地調整教案和教學方式。
五、結束語
專業課的雙語教學在高等教育中的比重越來越大,它在培養學生創新性[8],提高學生科學素養等方面起著不容忽視的作用。但是我國雙語教學還處于初級階段,我們的經驗和認識還比較不足,希望能開展更多的校際交流和國際交流活動,讓雙語教學水平能在較短時間內取得較大的進步。
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分形理論與耗散結構理論、混沌理論被認為是70年代科學上的三大發現。1967年曼德布羅特(B.B.Mandelbort)在美國權威的《科學》雜志上發表了題為《英國的海岸線有多長?》的著名論文。指出海岸線在形貌上是自相似的,也就是局部形態和整體形態的相似。實際上,具有自相似性的形態廣泛存在于自然界及社會生活中,曼德布羅特把這些部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形(fractal)。并在此基礎上,形成了研究分形性質及其應用的科學,也就是現在的分形理論(fractaltheory),自相似原則和迭代生成原則是分形理論的重要原則。
由于分形理論研究的特殊性,以及他在自然界應用的廣泛性,目前分形理論已迅速成為描述、處理自然界和工程中非平衡和非線性作用后的不規則圖形的強有力工具。自分形理論發展以來,國內外對分形理論在各方面的應用進行了大量的理論和實踐,材料學中也一樣,分型理論目前已滲透到了材料學的各個領域,尤其是高分子材料,下面就分形理論在高分子材料學中的應用做一淺議。
一、分形維數的測定方法
根據研究對象的不同,大致可以分為以下五類:改變觀測尺度求維數;根據觀測度關系求維數;根據相關函數求維數;根據分布函數求維數;根據頻譜求維數,分形在材料科學中應用時,一般應用的測定分維方法是:盒維數法、碼尺法和小島法。
二、分形理論在高分子結構中的研究
(一)高分子鏈結構中的分形
由于高分子尺寸隨鏈結構象而不斷變化,對這類問題的處理屬于統計數學中的“無規飛行”。但若從分形的角度來看,則高分子具有明顯的分形特征并可以跟蹤監測。對高分子中普遍存在的自回避行走也是如此,只是表現出不同的分形行為。又因為這類問題與臨界現象很相似,故我們亦能采用重整化群等有力工具。并且分數維的另一獨特功能是可靈敏地反映單個高分子的單個構象[4]。
(二)高分子溶液中的分形
由于高分子溶液中的大分子鏈使得其和普通液體在很多方面存在差異性,如普通液體所不具備的流變行為、應力傳輸等。在實際研究中。分形結構主要存在于高分子溶液中的凝膠化反應中,高分子溶液的凝膠化反應主要是指聚合物的凝膠化過程,是一種臨界現象,是介于晶態與非晶態之間的一種半凝聚態,這個過程中高分子鏈之間會形成的網絡結構,該結構是一類形狀無規、無序且不規整的錯綜復雜的體系。但該體系是可以用分形的方法研究的凝膠化反應,在亞微觀水平上存在自相似性。例如左榘等研究的苯乙烯一二乙烯的凝膠化反應。
(三)固體高分子中的分形
對于高分子材料,當固體高分子材料斷裂時,不同力學性質的材料將形成不同的斷面形貌,而斷面形貌一般為不規則形態,是一種近似的或統計意義的分形結構,可用分形理論進行分析表征,從而根據斷面的形狀定量評價材料的力學性能。而微孔材料中由于分布著大量微小的孔洞,這些微孔具有不規則的微觀結構,使得微孔材料無論在總體還是在局部都呈現出較復雜的形態,無法用傳統的幾何學理論進行描述,但可用分形幾何理論對微孔形態的復雜程度作量化的表征[5]。