关于纳米材料与技术课程教学的思考
摘要:纳米材料及其技术是纳米科技的核心和基础,在大学阶段开设纳米材料及其技术课程是培养材料科学类综合性、创新性人才的必然要求。本文从教学目的、课程体系结构、教学内容和教学方式等方面对纳米材料及其技术课程的教学进行了讨论,提出了现阶段纳米材料及其技术课程教学目的、教学内容应包括八个方面的主要内容。
关键词:纳米材料及其技术创新性人才课程教学教学内容 材料工程学科产学
1 课程教学的目的
2 课程体系结构与主要内容
纳米材料及其技术的研究对象内容广泛,在课程体系结构的设计与教学内容选择上,既要充分考虑材料专类专业课程建设的“宽口径,厚基础”的要求,还要考虑在有限的学时内完成从基础理论到制备技术、从测试研究方法到功能应用的教学任务。课程教学既要体现材料发展的规律性,又要突出纳米材料及其技术在纳米科技中的基础地位。目前,在我国的高等院校材料类专业教学计划中,纳米材料类课程一般是作为高年级专业主干课或专业选修课开设。纳米材料及其技术经过2 0年～3 0年的高速发展,在基本理论、实验技术等方面均取得了显著成绩。中外许多学者、专家对此进行了系统的归纳总结,出版了相关的专著。但针对大学纳米材料及其技术教学的教材还较少,有关大学本科阶段纳米材料及其技术的教学研究论文也很少。简单地将知识点进行组合是不够的,必须对这门课程的基础理论和纳米材料的专业知识进行有机整合,既要提高这门课程的深度,又不能过分狭窄,同时还要有意识地扩充课程的广度[4]。根据我们从事纳米材料及其技术课程教学的实践,我们认为要达到前面提出的纳米材料及其技术课程教学目的。课程的教学主要内容应包含有:在纳米材料基本物理理论中包括电子能级的不连续性、超微粒子的久保理论、纳米材料的六个基本效应;主要类型纳米材料(微粉、薄膜、块体)的制备技术,纳米粒子的尺寸评估方法,纳米材料结构与性能分析研究的主要方法与技术,纳米微粒、薄膜、块体的特性与应用。从教学内容的连贯性和内在的逻辑性方面考虑可以将教学内容分为八个部分。
2.1绪论
从纳米材料独特的性质与神奇功用入手引出纳米科技、纳米材料的概念,以纳米材料的发展历程为主线,介绍、纳米科技涵盖的学科、纳米材料及其技术在工农业应用与发展前景,纳米科技已取得重大成就、最后探讨我国纳米材料发展的优先领域和基本现状,激发同学们对纳米材料、纳米技术的好奇心和求知欲。
2.2纳米材料基本组成
单元的物理理论基础以及它们的物理、化学特性包括纳米材料基本单元的分类,纳米微粒的电子能级的不连续性、久保理论。纳米微粒的六大基本效应。纳米材料基本组成单元的光、电、磁、热、表面吸附、催化等特性。通过这一部分有关纳米材料物理基础的学习,使学生认识到纳米材料神奇的特性的本质依然是基本物理、化学规律的体现,纳米材料的特殊性可以通过微观物理学来认识,来研究。
2.3纳米微粒的尺寸评价方法与技术包括透射电镜分析法
,X射线衍射宽化法,比表面分析计算法、扫描探针显微镜分析法、激光粒度分析法等方法的原理和评价过程。这一部分的知识使学生掌握纳米材料粒子粒径测定的主要方法及其仪器,并掌握主要方法的优缺点和适用范围。同时也使同学们认识到纳米材料研究的困难性、高技术性特征。
2.4纳米材料的制备与表面改性技术
包括高能球磨法、气相蒸发法、溅射法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法,水热/溶剂热法,微乳液法、辐射合成法等纳米微粒制备技术原理;真空镀膜、溅射镀膜、溶胶-凝胶法、电化学镀、电泳沉积、L B膜等纳米薄膜制备技术和热压烧结等纳米块体成型技术;纳米微粒表面物理、化学改性技术。通过这一部分内容的学习,使学生掌握几类纳米材料的主要制备技术,为以后从事纳米材料的研发奠定必备的基础。
2.5纳米材料结构与性能研究的主要方法与技术
包括纳米固体界面结构模型,界面对纳米固体性能的影响;高分辨透射电镜、光谱分析、X射线晶体衍射、高精度扫描探针显微镜等方法在纳米材料结构与性能测定和表征中的应用。
