生命科學導論論文范文

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關鍵詞：非生物類專業；生命科學導論；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）17-0073-02

聯合國教科文組織21世紀教育委員會報告強調教育必須是完整的教育，只有完整的教育才能培養更多具有完善知識結構、滿足科學創新、符合社會發展需要的高素質人才[1]。生命科學教育是素質教育的重要方面，2005年教育部高校生物科學與工程教學指導委員會制定了非生物學類專業生物學基礎課程教學基本要求，建議非生物類專業學生生物學普及教育的核心課程為《生命科學導論》課程[2]。但是，生命科學的研究內容涉及面寬，對教與學都是一種挑戰，如何在教學組織、教學體系優化和教學過程綜合化等方面開展《生命科學導論》課程教學是目前教育領域內面臨的主要難點。因此，作者對非生物類專業學生生命科學素質教育進行了一定的探索與研究，結合幾年來對非生物類專業學生進行《生命科學導論》講授的體會和感受，談幾點認識。

一、開設《生命科學導論》課程的重要性

《生命科學導論》是面向高校非生物類專業學生的一門綜合性教育課程，旨在促進大學生不斷提高對現代生命科技的認識，激起對生命科學熱點問題的興趣，加深對科學交叉、滲透、融合的理解，激發探索和創造激情，樹立正確的自然觀、世界觀和價值觀，增強社會責任感和社會適應能力。隨著生命科學的發展，《生命科學導論》課程開設是非生物類專業人才培養的重要內容，逐步改變著高校基礎教學的結構體系。2002年國家教育部專門發文件積極促進非生物學專業本科生生物教學的實施，要求具有“國家生命科學與技術人才培養基地”的高校必須面對全校非生物學專業本科生開設《生命科學導論》課程，以培養交叉學科的研究人才，促進學生將專業知識與生命科學知識結合，產生新思路，開拓新領域，也為了提高本科生的綜合素質，增強學生的健康與環保意識[3，4]。所以，對非生物類專業學生開設《生命科學導論》課程具有積極的意義。

目前，全國很多院校對非生物類專業學生開設了《生命科學導論》課程相關的生物學素質教育課程[3，5-7]，課程性質多樣化，在教學計劃實施中充分體現了非生物類專業教學的特色。我校結合實際情況也對非生物類專業學生開設了《生命科學導論》課程，制訂了具體的教學要求，使學生掌握生命科學與技術的基本常識、了解該學科的主要領域和進展，培養學生具備基本的生命科學素養。

二、教學內容的改革

鑒于非生物類專業學生的基礎層次參差不齊，不同專業的學生對生物學知識的需求也不盡相同[4，8，9]，我們對教學內容進行了精選、整合，針對不同專業的學生設計了不同的教學內容。面向文科學生時，采用講座形式組織教學內容，主要以生命科學的熱點問題和發展方向為主，結合介紹基礎知識，使學生獲得必要的現代生命科學基礎知識，了解現代生命科學的新發展及其與人文科學交叉的趨勢，幫助學生樹立正確的現代生命科學觀，參與社會發展的決策。面向理工科學生時，教學內容側重學科交叉意識的培養，采用系統講授、部分自學的教學方式，以生命科學系統知識為主線，同時介紹生命科學領域內的最新進展，使學生理解、認識一些生命現象和過程，啟迪學生的跨學科創新思維。

另外，學生對部分教學內容缺乏興趣，如分類、形態、結構等生物學專業知識，因此提倡一些“開放性”內容由學生自學，激發學生思考與自學。同時，在教學過程中也應加強教學實踐環節，如組織學生參觀生物標本館、生物園地等基地，以開拓學生視野，加深學生對理論知識的理解。

三、立體化教材的建設

根據多年的教學實踐及其他高校相關方面的經驗，編寫了適合非生物類專業學生的教材《現代生命科學導論》。主要包括生命的物質基礎、生命的新陳代謝、細胞與細胞工程、生物體內的信號和傳遞、人體的防御系統、遺傳及其分子基礎、豐富多彩的生命世界、生物與環境、生物技術的發展與倫理問題等內容，從不同角度對生命科學進行全面、系統的介紹，體現了知識的系統性和科學性。

本教材具有以下特點：（1）考慮到非生物學類專業學生的生物學基礎較淺，內容編排由淺入深，力求形象生動、通俗易懂，可啟發學生思維，開闊思路。（2）從適合非生物專業文、理工類學生的教學理念與教學目標出發，選擇以生命基本特征為主線，以生命活動的重要方面為主題，綜合性地介紹生命本質，同時以生命科學的熱點理論、應用和問題為切入點，采取專題綜述、論證、探究等多種形式，在不同層次上啟發學生自主探索的興趣和開展深入思考。（3）在各章節內容后附上思考練習題，便于學生鞏固知識，加深理解。

四、多元化的考試方式

考試是測評學生掌握知識能力的必要手段之一，好的考試方式不僅能夠客觀全面地評價學生，且有助于提高教學效果。因此，我們增加了過程評價和發展性評價等多元化學生成績評定方法，以利于促使學生注重自身整體能力和綜合素質的培養提高[2]。通常采用平時考核（如專題演講報告、課堂討論和考勤等）、撰寫課程論文和期末理論考試相結合的方式，不但評價了學生參與教學活動的態度、完成作業的質量，又考查了學生對知識的了解和掌握程度，同時多元化的考試方式也增加了學生的學習興趣，減輕了學生的思想壓力，且避免了少數學生平時不學習，通過考前突擊準備獲得較高分數，導致課程成績不合理的情況發生[10]。

總之，為了提高非生物類專業學生的生命科學素質，在非生物類專業開設《生命科學導論》課程是新時期高等教育發展的需要，是歷史的必然。我們在改革、優化教學內容、教學方式等基礎上，建立了本校非生物類專業《生命科學導論》課程的教學體系，以期完善學生的知識結構、培養科學的思維能力，使學生發現學科間的交叉點，為今后的跨學科學習、研究奠定基礎，從而促進科學研究更好、更快的發展。

參考文獻：

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[9]段紅英，丁笑生.高校非生物類專業開設生物學課程的現狀及主要問題[J].教育教學論壇，2012，（45）：121-122.

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進展突出表現在：（1）一大批生物基因組測序，2003年完成的人類基因組計劃之后，其他4000多種生物的基因組作圖和測序也陸續完成。形成了結構基因組學、功能基因組學、比較基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、表型組學和代謝組學、RNA組學等新興領域。（2）生物信息學迅速發展。（3）發育生物學研究不斷深入。發育生物學一直是生命科學中的前沿學科之一。（4）干細胞研究的快速發展。干細胞具有在體外大量增殖和分化為多種細胞的潛能，目前干細胞的定向分化、自我更新的可塑性等是重要的基礎研究。（5）小分子RNA的發現和對其功能研究是近10年來分子生物學領域最突出的熱點之一。（6）從研究神經網絡的結構和神經信息處理機制入手。（7）全球變化、生物多樣性和生態系統可持續發展成為宏觀生物學研究的熱點和前沿問題之一。（8）生命科學基礎研究已成為農業科技創新的源頭動力，動植物育種進入一個嶄新的時期。（9）生物科學與其他學科的交叉和滲透更加廣泛與深入。

高校生命科學課程改革發展趨勢

（一）課程、教材內容的更新和現代化

1.課程、教材內容的更新和現代化

課程改革的實質是課程的現代化。我們要根據現代生命科學發展趨勢、前沿、熱點，實現生命科學課程、教材內容與結構的更新和現代化，不斷容納生命科學的前沿與新興領域，更加側重前沿，更加側重基礎，尤其是學科發展的前沿以及對學科的發展具有重要作用的領域。新的前沿領域或新的學科生長點，要堅持反映現代、融入前沿的原則，課程內容更新、更現代化主要是通過教材更新來實現的，所以我們要把編制新教材（或外文原版）放在核心位置，創新現代化的課程、教材新內容和新體系。北京大學生命科學院完成編寫了高水平的《生物化學》《分子生物學》《細胞生物學》《遺傳學》《植物生理學》《動物生物學》《植物生物學》等教材，其中《生物化學》《細胞生物學》《植物生理學》當時被列入國家教委生物學科重點教材，另編寫有國家級生物學教材3種，規劃編寫45本教材。清華大學將培養學生影響最大、最重要的課程納入精品課建設計劃，2005年就已立項建設精品課共105項。

2.課程內容國際化

積極開展國際合作與交流。在生命科學的前沿、新興領域、生物多樣性以及生態學與國際組織開展農業科學合作研究[1]。清華大學為使教學內容與國際先進水平接軌，教學內容處于國際先進水平，早在2000年以前，生物化學課程選定A.L.Leeehnig的Principle－ofBiochemistry作為基本教材，這門課程的教材與課堂板書全部采用英文。其他的幾門必修骨干課和部分選修課也采用了國際上最新的教材作為參考書并隨時更新。清華大學大四開設高水平的選修課10門：生物工程導論、基因分子生物學、膜生物學、分子酶學、神經生物學、分子免疫學、發育生物學等。以下是北京大學生命科學學院大三、大四現在開設的課程，體現了課程的專業性和現代化。

大三：生物化學（下），生物化學實驗，基礎分子生物學，基礎分子生物學實驗，微生物學，微生物學實驗，普通生態學，細胞生物學，細胞生物學實驗，遺傳學，遺傳學實驗，免疫學，文獻強化閱讀與學術報告。大四：生物技術制藥基礎，現代生物技術導論，生物學綜合實驗。還開設選修課為：生理學實驗，免疫學，文獻強化閱讀與學術報告，生物技術制藥基礎，現代生物技術導論。

（二）基礎科學知識居重要地位

基礎科學的知識在科學和技術的發展中起著很重要的作用。我國“863”計劃的八個領域，大都是從基礎科學實驗室里發展起來的，上世紀50年代初的遺傳密碼研究出來了，分子生物學研究出來了，遺傳工程研究出來了，這些都是在原子、分子的結構研究得比較清楚的基礎上，掌握了規律。我們必須加強基礎、素質教育。使學生掌握具有普遍意義的科學思維方法，提高他們的綜合素質。北京大學始終把加強基礎課程建設作為教學改革的重點，把學科體系中處于基礎地位的重要專業必修課定為主干基礎課。課程改革要加強增大基礎課的比例和教育。各高校主要采取大一、大二加強基礎科學知識的教育：開設公共必修基礎課、理科必修基礎課、專業必修基礎課。

（1）早在九五期間，北京大學生命科學學院開設了8門專業基礎課：生物化學、分子生物學、細胞生物學、遺傳學、植物生物學、動物生物學、植物生理學、基礎分子生物學。并確立了15門核心課程，要求學生用兩年時間完成這些課程的學習。（2）清華大學生命科學學院則是在低段開設專業基礎必修骨干課程7門：普通生物學、生物化學、細胞生物學、微生物學、分子生物學、生理學、生物物理學。開設基地班重點建設課程：生物化學、生物化學實驗。（3）經十多年的發展、改革與創新，北京大學生命科學學院的課程在大一、大二更加強化了課程的基礎性。大一開設：高等數學（一、二），普通化學，普通化學實驗，植物生物學，植物生物學實驗，物理學（一），分析化學，分析化學實驗，動物生物學，動物生物學實驗，生物學野外實習。大二開設：物理學（二），有機化學，有機化學實驗，物理化學，物理化學實驗，計算概論及上機，算法與數據結構及上機，普通物理實驗，生物化學（上），生理學，生理學實驗，生物統計學。

（三）課程、教材綜合交叉

科學發展一方面不斷分化和更加專門化，分支學科層出不窮，又高度交叉綜合，以高度綜合為主的整體化趨勢。許多高科技的研究開發，需要多方面的綜合知識才能突破而出成果。

1.學科之間交叉融合和滲透

前沿科技領域呈現群體突破的態勢，導致新學科誕生。生命科學多學科交叉的研究、多學科的交叉與融合，新的交叉、邊緣學科的興起和發展。這些科學往往代表了生命科學研究的前沿和熱點。

2.多種方法、思維研究

自然科學學科間的交叉滲透促進了生命科學的發展，生命的現象與規律是多維的、復雜的，僅靠現有的生命科學的知識與方法來開展研究，很難系統地、全面地、準確地揭示真正的生命本質。因此，未來生命科學要將手段、技術和方法的創新納入重要的領域，予以優先發展，大力提倡學科交叉，用其他學科的理論思考生命活動的規律，鼓勵發展原創性方法和技術。主要涉及的學科如認知科學、心理學、生物力學、組織工程學等。要注意不同學科的思想、方法的碰撞與融合。

3.課程和教材交叉融合和滲透

我們必須根據生命科學綜合交叉化趨勢，創新交叉綜合的科學知識、課程和教材，不僅在學科內、還要在學科間構建相互交叉融合、相互聯系滲透、綜合的課程。如北京大學生命科學學院，原來設置的植物學，由植物分類、形態、生理、生態的知識聯系起來，綜合重新編制改為植物生物學；同樣動物學也改動物生物學；北京大學生命科學學院“生物基地班”將生物化學中信息及調控部分放入分子生物學，將內容擴展后開設了基礎分子生物學。

（四）課程、教材、教學計劃多元化

各高校生命科學院可根據自己的具體情況科學的、靈活的設置課程。1.必修計劃大一、大二開設公共必修基礎課、理科必修基礎課、專業必修基礎課。例如：北京大學生命科學院現在本科四年開設的課程：（1）基礎課大一、大二開設公共必修基礎課，理科必修基礎課和專業必修基礎課。

大一：高等數學（一、二），普通化學，普通化學實驗，植物生物學，植物生物學實驗，物理學（一），分析化學，分析化學實驗，動物生物學，動物生物學實驗，生物學野外實習。

大二：物理學（二），有機化學，有機化學實驗，物理化學，物理化學實驗，計算概論及上機，算法與數據結構及上機，普通物理實驗，生物化學（上），生理學，生理學實驗，生物統計學。（2）專業課大三、大四開設必修專業課。

大三：生物化學（下），生物化學實驗，基礎分子生物學，基礎分子生物學實驗，微生物學，微生物學實驗，普通生態學，細胞生物學，細胞生物學實驗，遺傳學，遺傳學實驗，免疫學，文獻強化閱讀與學術報告。大四：生物技術制藥基礎，現代生物技術導論，生物學綜合實驗。2.選修計劃低段開設通識選修課。

北京大學對必修課作了一定的壓縮。增大選修課的比例。許多高校突破專業選修課的范圍，開設跨學科、跨年級、跨系別的選修課程。大三普遍增大專業任選修課的比例。大四還開設選修課：生理學實驗，免疫學，文獻強化閱讀與學術報告，生物技術制藥基礎，現代生物技術導論。3.特色優勢計劃教材多樣化、教學方法多樣化、教學模式多樣化等。

（五）課程、教材知識應用性

進入知識經濟時代，必修課和選修課的教學中，尤其是選修課中我們要滲入高科技的教育和研究。

（六）課程、教材個性化

北京大學實行靈活的自由選課制度和轉系、轉專業制度。謀求學力水準、速度的個別化，尤其電腦、網絡的運用，學分制及教學計劃的多樣化，加大選修課比重，增大了課程的靈活化、彈性化，發展、培養學生的自學能力，發展個性。還有科學與人文整合的趨勢，課程設置在價值體系上的整體融合趨勢。

確立課程、教學內容和結構編制原則、教學培養模式

理科本科學制四年，要著力加強素質教育。許多大學本科教育修訂了新的教學計劃，要堅持培養知識面寬，基礎扎實，能力強，素質高的專門人才的專業口徑要進一步拓寬，專業目錄中的專業種數要進一步精簡。

（1）北京大學提出了“加強基礎，淡化專業，因材施教，分流培養”的16字教學改革方針。專業基礎和通識教育并重。要按科學性原則、高校生命科學課程發展趨勢及生命科學、科學技術發展趨勢改革，科學創新高校現代生命科學課程。即要按專業基礎和通識教育并重；課程、教材要融入、體現先進的內容和結構，現代教學方法、教材的可讀性，即反應現代，融入前沿的課程現代化原則；“綜合交叉”的知識結構即綜合化原則；課程多樣化原則；應用化原則；增加選修課比例，增大課程的靈活性、彈性化原則；“因材施教，分流培養”

即個性化原則；還要求課程設置在價值體系上的整體融合；科學與人文的結合；重視思想性；實踐性，加強動手能力、科研能力的能力培養原則。我們本科階段的課程、教材、教師要注意在系統和重點的基礎上劃分授課范圍，減少重疊內容，特別就課程間教學內容的重復問題和銜接問題。

（2）教學模式多樣化。本科教育，要確立“課堂教學、學術活動、科學實驗”為主體的教學模式，融課堂教學、實踐教學、科學研究為一體，把義務教育與素質教育相結合，知識傳授與能力培養相融合。

教學模式多樣化：有條件的學校，學生進校就定向，確定直讀碩士、直讀博士人選；實行聯合培養，跨學校、中國科學院、外國大學交流培養等辦學制度

。北京大學全面推行雙學位和輔修制度，還設立“暑期學校”（小學期）

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引言

課堂交互反饋系統是一種用于課堂教學過程中的教學互動技術工具，在課堂的互動教學環節中，教師可以通過該系統拋出問題，學生可以通過該系統進行互動投票，參與討論，投票結果可以實時。教師根據系統給出的反饋數據結果，能及時了解學生的學習情況，進而更好地組織課堂教學。

筆者以上海交通大學生命科學學院開設的本科生通識教育核心課程“生命科學導論”的課堂教學實踐為例，對課堂交互反饋系統這一教學技術工具在課堂教學應用過程中的一些方法和經驗進行探討、總結和展望。

基于課堂交互反饋系統的教學實踐

1.大班教學帶來的問題

大班教?W是高校常見的授課形式，上海交通大學從2009年9月開始開設本科生通識教育核心課程，此舉成為實施通識教育的重要舉措，該課程也是大班教學比較集中的課程。筆者以“生命科學導論”這門受廣大學生喜愛的本科生通識教育核心課程為例，對2014―2015和2015―2016兩個年度“生命科學導論”課程的學生選課和個人信息數據進行數據采集，并發現該課程具有以下特點。

（1）班級規模大

從選課人數來看，選課的班級人數最高值達到205人，平均人數也達到70～80人左右，教室空間較大，這就造成教師在上課過程中與學生的緊密交流受到人數和空間環境的阻礙。

（2）學生異質性，組成結構分散

筆者對2015―2016春季學期的一個173名學生的班級進行了數據統計，結果顯示選課學生來自17個院系，學生的年級結構橫跨了四個年級。這種情況就會造成班級的學生互不相識，師生間和生生間的互動也因而受阻。

（3）由此帶來的教學困擾和難題

一是教師無法即時掌握學生的學習效果。在大班教學中，學生無法和教師進行一對一的互動，也無法將課堂學習過程中的學習效果和疑惑即時反饋給教師，師生間的信息交流和反饋沒有形成雙向反饋機制。

二是教師無法即時調整教學內容和進度。由于學生所在的年級、認知結構和先修知識水平的差異，教師在授課過程中很難把握學生對重難點的掌握情況，不知道授課進度安排是否合理，而且也無法即時地調整教學內容和進度，并采取相應的教學策略。

三是課堂互動的人數有限。在大班教學中，面對上百人的課堂，教師一方面要活躍課堂氣氛，帶動學生進行深入的思考，一方面又要與學生交流互動，然而班級人數較多，時間有限，要讓每位學生都能積極參與互動是不現實的。

筆者提出的課堂交互反饋系統則能夠解決教師在教學中遇到的實際問題，并通過教學技術工具的運用輔助教師解決教學難題。

2.基于課堂交互反饋系統的教學實踐過程

課堂交互反饋系統在“生命科學導論”課程中的應用實施過程主要分為以下幾個環節。

（1）課堂導入環節，激發學生學習興趣

在課堂導入環節應用課堂交互反饋系統主要是為了激發學生的學習興趣，引發其對后續課程內容的思考和問題的帶入，這是進行課堂學習的預熱環節。

例如，在講解“生物大分子”一節時，教師首先利用課堂交互反饋系統向學生提出兩個問題：“哪類食物更有營養？”“以下哪類食物你最喜歡？”實時統計的反饋數據表明，多數學生認為肉類更有營養，而且多數學生也更偏愛肉類和甜食。接著，引導學生探討肉類、甜食等主要成分是什么，什么是營養，為什么多數人偏愛肉類和甜食，進而拉近學生與蛋白質、核酸、脂類、多糖等生物學概念的距離，從而激發了學生深入了解這四大類生物大分子結構及其主要生物學功能的興趣。

（2）課堂重難點內容即時檢測，教學策略調整

在講授重難點知識時，教師拋出互動問題，通過投票的方式及時了解學生對知識的掌握程度。如果某個知識點大部分學生已經掌握，則可以開始進行下一步講授；如果學生的投票比較分散，各持己見，教師則要針對該問題調整教學方法和策略，對該知識點進行講解并進行新一輪的投票，診斷教學效果。

對于教學中的難點內容，除了在講解相關知識點后，利用課堂交互反饋系統對學生掌握及理解的情況進行實時調查外，教師還可以在講解前或初步講解后，拋出1～2個學生容易理解錯誤的問題，讓持不同觀點的學生展開討論，這樣不僅可以幫助學生更加準確、深入地理解相關難點內容，而且還能鍛煉學生表達、思辨以及邏輯推理等方面的能力，從而收獲更好的教學效果。

例如，在講授“與卵子發育”一節時，教師不要先介紹和卵子的模式發育過程，可以先拋出如圖1所示的問題。統計學生的反饋，可以發現多數學生將高齡孕婦胎兒染色體數畸形幾率高歸因于污染、體質等。接著，引導學生展開討論，了解為什么環境污染等原因并非主要原因。這時，教師再介紹減數分裂從男子青春期后開始，但初級卵母細胞早在胚胎期就開始了減數分裂，并停滯十幾年到四十余年，然后引導學生討論卵子特殊的發育方式與胎兒染色體數異常之間的關系，最終達成共識。這樣，學生不僅掌握了卵子、發育的相關知識，更能鍛煉溝通交流以及邏輯思維能力。

（3）有針對性的分組，組織有效課堂討論

通過課堂互動反饋的數據，教師可以更科學、有效地將學生進行同質或者異質分組，便于合理地開展課堂討論。

例如，在講授“新興生物技術及其倫理”一課時，教師介紹完“人工輔助生殖技術（俗稱試管嬰兒技術）”后，可以組織學生分組討論試管嬰兒技術相關的代孕問題。接著，教師介紹發生在其他國家的一些濫用試管嬰兒技術的負面案例，并組織學生討論“我國嚴格禁止代孕的利與弊”，這時，教師就可以利用課堂交互反饋系統，根據學生的觀點進行分組，引導學生從倫理、法律、親情以及社會接受度等方面展開辯論。這樣同組的學生均持相同觀點，使得兩組學生辯論起來非常真實，氣氛也更熱烈，并能夠收到良好的教學效果。

（4）課堂小測驗，教學效果及時診斷

課堂交互反饋系統可以幫助教師及時了解學生掌握知識的情況，從而及時調整教學進度與難度，確保學生能夠掌握新知識。

例如，在講解“生物大分子”一課時，“手性”與“手性分子”是學生容易產生錯誤理解的知識點。因此，教師可以在介紹完相關概念后拋出測驗題，通過課堂交互反饋系統就可以了解有多少學生掌握了“手性”的概念。接著，教師可以根據具體的掌握情況，相應地調整教學進程，如更換講授方法或讓答對的學生講解自己是如何分析和理解的。

（5）問卷調查，改進教學方法

教師可以通過問卷調查了解在互動課堂授課還需要改進的地方，并通過改進教學方法、教學技術逐漸磨礪出一節好課，最終形成正向的反饋機制，教學相長。

3.基于課堂交互反饋系統教學實踐的反饋

（1）來自學生的反饋

筆者對學生使用課堂交互反饋系統的滿意度進行了問卷調查，共收集341份問卷，得到如圖2所示的數據。

從問卷調查的滿意度來看，75.48%的學生贊成對活躍課堂氣氛很有幫助，78.66%的學生贊成師生間的互動程度有所提高，71.98%的學生贊成回答問題的積極性有所提高，69.75%的學生贊成在課堂上進行思考的時間增多，71.33%的學生贊成對學習內容的掌握程度有所提高。對于使用課堂反饋系統進行教學，學生的滿意度達到50%以上，有些學生將投票終端稱之為課堂神器。

（2）來自教師的反饋

筆者通過問卷和訪談獲取了教師使用課堂交互反饋系統的滿意度的數據。從數據可以得出，教師認為交互反饋系統在上課時最有幫助的功能是活躍課堂氣氛、教學效果診斷，教師認為課堂反饋系統中采集的互動數據能夠帶來的教學輔助有課程簽到出勤率統計、納入平時成績管理、學習情況診斷和反饋、課程題庫建設與使用、錯題集集錦等多項功能（如圖3）。90%的教師表示他們在后續學期還想繼續使用互動工具進行教學。

教學實踐的總結和經驗

課程交互反饋系統為大班教學所存在的問題給予了技術的支持，筆者通過長期的實踐，取得了良好的教學效果。下面，筆者總結了利用教學技術工具輔助教學的一些實施經驗。

1.熟練地掌握教學技術工具是成功實施技術融合教學的基礎

教師能夠熟練操作交互反饋系統是技術能否真正融合課堂的基礎保證，教師在運用互動工具之前必須經過認真的培訓以及演練，只有完全熟練使用后才能進入課堂使用，否則在課堂中會出現因教師對教學工具操作不當而中斷教學進程的問題。[1-3]

2.技術工具要自然地融入教師的教學過程

技術工具本身是從師生的真實教學需求出發而產生的，成功地運用技術工具并不意味著教師一定要馬上摒棄其固有的教學形式和方法。在技術工具服務于教師教學伊始，不妨將更多的精力放在如何在原有模式下運用得更好上，而不是一味地追求徹底改變。當能夠熟練地將技術運用于原有教學時，教師就會產生新的期待和需求，這時再去嘗試更好的、新型的教學方法。

3.課堂互動反饋系統需要高質量的題庫進行互動

在以問題為驅動的互動課堂教學中，提問質量的好壞直接影響教學活動開展，且學生喜歡回答具有挑戰性的提問。因此，建立高質量的問題庫是應用互動反饋系統進行課堂教學的重要環節。

4.互動教學不僅是技術創新更是教學模式的創新

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關鍵詞：智能科學技術導論；導向作用；教學策略

智能科學與技術是形成于生命科學、控制科學、信息科學、計算機技術以及通信技術等學科與技術交叉基礎上的新興專業與研究方向[1]，旨在培養具有腦與認知科學、智能科學、信息科學、現代科學方法學的基本理論知識，掌握計算機、智能系統、信息網絡、信息處理的基本技能，綜合運用所學知識與技能去分析和解決實際問題，具有較強的自學能力和創新能力的高級復合型人才[2]。智能科學與技術本科專業從2004年設立至今，全國只有17所大學開辦該本科專業，目前一級學科和二級學科還沒有完全建立，培養方案的理論體系和實驗體系還有待進一步探索和完善[3-4]。在該專業的課程體系中，智能科學技術導論作為一門專業的基礎課程，針對的是學生實際需要，科學、系統地解答了學生各種專業問題[2]，可以幫助學生對本專業有一個整體認識，對智能科學領域有初步的了解，以發揮其對專業及專業基礎課學習的良好導向作用。研究和探討如何講授該門課程具有重要的現實意義。

1智能科學技術導論教學現狀

1.1具體表現

對專業認識較少是不少新生入學時找不到學習方向和目標的一個重要原因。在進入高等學校學習之前，絕大部分學生并不知道“智能科學與技術”指的是什么，涉及哪些知識，應用在哪些領域，影響有多大，他們只是憑專業名稱、簡單的介紹對該專業有個初步、直觀的了解，而在進校后一般都是學習基礎課程(如英語、線性代數、電路理論等)，到大二甚至大三才開始進行專業課的學習。學生在此之前由于不了解專業方向的學習和研究內容，很難想象他們在專業基礎課學習上會有濃厚的興趣，更不談學習主動性的提升。智能科學技術導論在低年級開設，目的是讓學生逐步認識、了解該專業的概況，達到激發學生學習專業課程、參與科學研究的興趣，幫助他們對大學學習和生活進行規劃和定位。然而，這一門課程并沒有起到其應有的作用，具體表現如下。

1) 導論學習與專業學習存在斷層。智能科學與技術的專業課程一般安排在大三、大四，而導論一般安排在大一學期，此時，由于知識結構和認知能力的缺失，新生難以將過深的學科形態、專業教學抽象成整體概念，對導論所涉及知識的掌握程度有限，在開始接觸大量專業課時，他們已基本忘記了這一門入學時開設的從整體上介紹本專業的課程。

2) 學生專業學習的積極性不高。筆者在對高年級學生講授專業課的過程中發現，很多學生對本應在大一就具備的專業思想、所涉及的智能科學技術領域的宏觀知識、正確的學習方法等缺乏足夠的認識，甚至是處于完全陌生的狀態，因此對相關專業課的學習毫無興趣，一味地認為進入該專業學習是自己的不幸，轉而要求換專業甚至退學。

3) 繼續從事本專業領域的研究或工作的興趣低。根據調查發現，很多本專業的學生對畢業去向不持樂觀態度，部分打算繼續深造的學生考慮的是其他專業，而要進入社會的畢業生則表示找到專業對口的工作很難，他們大部分認為這是從一開始就沒有對大學學習和生活做好規劃和定位所導致。

1.2相關因素

通過與其他教師的交流以及與學生的座談，筆者發現智能科學技術導論這門課程沒有起到其應有作用的原因主要在于以下幾個方面。

1) 教學內容缺乏針對性。智能科學與技術匯集多種邊緣學科與技術，諸如信號與信息處理、信息論與信息通信、模式識別、圖像處理、柔性決策與系統科學等內容，因此，課程所涉及的研究領域及內容十分豐富、教學知識結構較為龐大，涵蓋范圍廣，課堂內容龐雜，熱點分支多，知識點相對獨立，聯系不夠緊密。正因為如此，在短短的課時教學中，教師的課堂講述往往寬泛化，缺乏針對性。

2) 授課對象缺乏相關知識。在實際教學活動中，由于智能科學技術導論課程一般開設在入學之初，學生不僅缺乏相關基礎知識，而且處于高中到大學的過渡期，他們的學習認知行為、學習方法、學習要求和學習內容的組織形式難以適應教師所授內容。如果課程內容涉及的專業知識過多，學生學習起來就費勁；如果偏重理論，教學會顯得過于枯燥；如果過于注重工藝的講解，又會給學生造成輕視專業基礎知識的傾向[5]。如此種種，導致教師在講課過程中處于兩難境地，而學生則難以建立系統、完整的知識體系，在有限的時間里所能掌握、吸收并內化的智能科學基礎知識很少，從而不利于今后專業課的深入學習。

3) 教學方式落后。目前，講授智能科學技術導論這一課程采取的教學方式更多是傳統的教學方式――課堂教學，而其課程特點是知識面廣而不深。因此，傳統教學方式的缺陷更為凸顯出來，學生知識結構的延伸無法完成，對后續專業課教學產生不利影響。

2教學策略的提出

2.1課程的全程化

作為一門基礎專業課，智能科學技術導論應以學生在專業領域的發展為主線，貫穿本科四年的學習中，根據不同年級學生的特點，有針對性地開課或開設學習指導性講座，如大一階段應以初步認識、了解專業本身，建立對本專業的信心，激發對專業的興趣為目的而設置課程內容；大二階段則為提高對專業的認識、鞏固專業信心、學習專業方法、制定專業目標的階段；大三階段則是深入掌握專業學習方法、系統學習專業知識的階段；大四階段則是走向職場、實踐運用專業知識的階段。通過這4個階段的遞進關系，最終促進學生螺旋化地構建專業知識。

2.2教學方式的革新

把科學研究引入教學過程，使教學活動具有科研性，這是大學教學過程突出的特點[6]，因此，授課內容不應完全局限于教材，而應融入教師的科研、工程項目、實踐經驗以及學科知識。開設智能科學技術導論課程的目的是讓學生初步從整體上接觸專業基本知識，通過列舉專業知識在實際生產中的應用以及專業基礎知識在今后學習、科研工作中的重要性，為專業學習提供一個良好的導向。為此，除了傳統的課堂教學外，還可考慮采取講座方式提供相關信息、講授相關知識。如選擇智能科學與技術專業不同研究方向的老師，就其所研究領域的知識、學科發展最新概況、智能科學前沿技術及最新科技成果、專業學習方法、實驗室在研項目等進行系列專題講座，這樣的講座一方面更加具有針對性，另一方面能夠充分發揮不同研究方向老師的優勢。在此基礎上進行講解和討論，學生可以從不同來源、不同角度了解該專業的內容、研究方法、前沿技術及發展方向，從而引導他們在智能科學與技術專業這條道路上穩步前行。

2.3調整與優化教學內容

作為一門“入門”課程，智能科學技術導論的講授切忌涉及太多的理論，這會使學生失去學習的信心；同時，也不允許對課程內容進行重復性的講授，這會使學生失去學習興趣。鑒于此，在教學內容的組織上要做到內容難度適中，選擇適合學生接受能力且對后續專業課學習有幫助的內容來授課。此外，智能科學是一個不斷發展的學科，其技術成果、研究動向更新快，教師應及時介紹智能科學技術領域的最新科技成果，引導學生關注本專業的知識應用，拉近學生與智能科學技術之間的距離，使他們及時掌握本學科領域發展的最新動態，擴大知識面，為今后專業課的學習以及就業做鋪墊。

2.4運用靈活的考核方式

一般專業課的學習效果比較顯著，只要努力，課程結束后，學生一般也就掌握并內化了相關的專業知識。和這些一般的專業課程不同，智能科學技術導論課程的學習效果只能在后續專業學習中逐步體現，也正是由于該課程的教學內容、教學目的和教學要求等方面所具有的特殊性，其學習效果僅僅通過傳統的測試很難檢驗出來，同時也容易束縛學生的思維，不利于其應有作用的發揮，因此，可考慮多樣化的考核方式，如提交通過思考和查閱資料等手段完成的小論文、根據實驗報告中的實驗步驟寫實驗體會、要求學生推薦他認為本專業最新科技成果或參考書等。

2.5積極開展實驗課

智能科學技術導論是一門從宏觀上介紹智能科學領域相關內容的專業基礎課，其重要任務是介紹專業教學安排和專業學習方法，并沒有深入具體地介紹某一知識點。由于導論課程的特殊性，實驗的開設可以參觀性、演示性、模擬性為主，如組織新生參觀學校組織的電子設計競賽的作品，在參觀過程中，從專業的角度為新生講解各參賽作品的設計意義和原理。

此外，智能科學與技術覆蓋面很廣，工程性與實踐性很強，現有市場上已存在涉及很大一部分相關知識的技術成果，因此，可進行反求工程式的實驗課。如本院實驗室擁有的機器人涉及到機械、計算機軟硬件、人工智能、智能系統集成等眾多先進技術，學生從中可逐漸認識、理解、學習掌握智能科學知識，這種反求工程式的實驗課不僅可以提高學生對學習本專業知識的興趣，也為后續專業學習奠定了基礎。

2.6培養高素質的師資隊伍

智能科學技術導論作為智能科學與技術專業學生的入門課程，對授課教師提出了很高的素質、能力要求。授課教師應具有深厚的基礎理論知識、寬廣的專業知識、豐富的科研與工程實踐經歷、高水平的教學能力以及大學生思想教育的經驗[7]。

3結語

智能科學技術導論這一課程對穩定學生初期迷茫的專業思想動態、激發學生濃厚的參與意識和興趣、提高學生學習后續專業課程的熱情和解決實際問題的能力等有重大影響。在沒有現成經驗可借鑒的情況下，只有不斷地實踐總結，才能發揮其作為智能科學與技術專業“敲門磚”的作用。

參考文獻：

[1] 范軍芳,蘇中.“智能科學與技術”專業自動控制理論課程教學研究[J]. 理工高教研究,2010,29(3):138-140.

[2] 周延泉,張博.“智能科學技術導論”課程教學模式新思考[J]. 計算機教育,2009(11):78-80.

[3] 王萬森,鐘義信,韓力群,等. 我國智能科學技術教育的現狀與思考[J]. 計算機教育,2009(11):10-14.

[4] 鐘義信. 設置“智能科學與技術”博士學位一級學科:必要性、可行性、緊迫性[J]. 計算機教育,2009(11):5-9.

[5] 劉光明,于斐,周雅,等. 大學低年級課程中開設專業導論課的探索[J]. 高教論壇,2007(1):37-39.

[6] 陳崢瀅,黃圣生. 論大學教學的探究性與師生關系的定位[J]. 現代大學教育,2004(3):105-107.

[7] 彭熙偉,廖曉鐘,鄒凌.“自動化專業導論”課的教學實踐與探索[J]. 中國電力教育,2011(1): 74-75.

Discussion on Teaching Strategy of Introduction to Intelligence Science and Technology

LIU Zhenbing, DANG Xuanju

(School of Electronic Engineering and Automation, Guilin University of Electronic Technology, Guilin 541004, China)

篇5

一、撰寫畢業論文的意義畢業論文寫作是高校教學的重要實踐環節。從一般意義來講畢業論文是檢驗學生的學習成果，培養學生初步的研究能力，促進學生學以致用，提高學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力。從現代遠程開放教育來講，法學本科開放教育試點，其目的是探索多種方式培養法學專門人才的路子。實踐環節進行的好壞，直接關系到對試點項目的評價和遠程開放教育的未來。

二、畢業論文寫作的基本要求1、目的要求畢業論文是帶有學術研究性的理論分析文章。撰寫畢業論文可以培養學生綜合運用所學專業知識和技能解決復雜問題的能力，并且使學生受到科學研究工作的初步訓練。學生要在實事求是、深入實際的基礎上，運用所學知識，在教師指導下，獨立寫出具有一定質量的論文。文章觀點明確，材料詳實，結構嚴謹，層次清楚，語言通順，格式規范。2、內容要求畢業論文的體裁應具有學術性。畢業論文包括目錄、提綱、論文摘要、正文、引用的參考資料，其中正文是論文的主體，它包括緒論、本論、結論三大部分。畢業論文的內容容量與所給予的時間和學分相適應，字數不得少于6000字，專科畢業生不得少于4000字。必須在規定時間內完成。3、選題要求(1)、畢業論文的選題限于法學專業的范圍內，一般以本科階段所學課程內容為主要選題方向。(2)、要緊密結合法學研究動態和我國立法、司法、執法實際。(3)、選題避免過大。(4)、選題避免過度集中，要有新意，要結合專業，學生自選兩個題目，交指導教師平衡后，確定其中一個為你的論文題目。選題時要注明以哪門課程（法）為主。(5)、學生在專科階段所寫的畢業論文不可直接或變相作為本科的畢業論文來使用。三、成績評定辦法與步驟畢業論文的成績分為優秀、良好、中、及格、不及格五個等級。該文章由diyifanWEN.COM(第一§范┆文網)整理；

指導教師根據學生的寫作態度和論文的質量，提出建議成績，學生經過答辯，由答辯小組根據指導教師的建議及答辯質量，寫出答辯評語，經答辯委員會審核，確定最后成績。畢業論文不及格者，可于當年補做一次。四、組織機構：學校設畢業論文工作委員會，下設指導組和答辯組，成員分別由學校領導、教師和校外專家擔任（名單見附件一）。論文答辯設若干小組，每組由三名教師組成，設答辯主持人一人。答辯小組根據論文研究方向設立，本人的指導教師不擔任該答辯小組成員。五、指導教師、答辯教師的工作職責：指導教師的工作職責：1、指導學生選題和收集資料，指導論文寫作方法，介紹參考

開題報告參考：

《基于合作的高中數學名師工作室建設的行動研究》開題報告

一、課題提出的背景

2013年12月，作為加強教師隊伍建設的一項重要舉措，嘉峪關市教育局成立了何軍海名師工作室。在制定工作室建設方案時，我們提出的工作室定位是三個基于：一是基于研究的普通高中新課程數學學科教學改革與學科建設；二是基于發展的高中青年數學教師的業務培訓與能力培養；三是基于合作的名師工作室行動實踐和團隊建設，并以此申報甘肅省首批隴原名師工作室。2014年12月，省教育廳正式掛牌成立了“隴原名師何軍海高中數學工作室”，同時恰逢甘肅省教育廳《隴原名師助力貧困縣區優秀青年教師成長計劃》的實施，通過遴選，又有幸在通渭縣掛牌成立了“隴原名師何軍海高中數學（通渭）工作室”。在制定《隴原名師工作室建設方案和工作規劃》《隴原名師工作室助力通渭縣優秀高中青年數學教師成長計劃》《隴原名師（二級）工作室工作規則》等一系列方案與規則的同時，通過積極開展活動進行探索和研究，并取得了一些成果。我們也認識到成立隴原名師工作室在我省尚屬首次，而建立二級工作室也無先例，工作室全體成員感受到巨大的壓力和挑戰，更重要的是我們也看到了機遇：起步階段是艱難的，但行動研究也許更會獲得成就感。因此，我們在《工作室建設方案》中第三個基于的基礎上，提出課題《基于合作的高中數學名師工作室建設的行動研究》。

二、課題核心概念的界定，國內外研究現狀，選題意義及研究價值

界定課題《基于合作的高中數學名師雙向工作室建設的行動研究》的核心概念，我們重點關注到“雙向”“工作室建設”“行動研究”和“基于合作”等幾個關鍵詞。所謂雙向，就是一級和二級工作室建設同步研究；因為工作室成立伊始，各方面都還停留在建設層面，加之我省名師工作室起步較晚，成熟和優秀的經驗不多，所以工作室建設至關重要，至少還不敢談發展；所謂行動研究，就是在缺乏相應的理論指導的前提下，積極進行適合我們工作室特點的探索與實踐，在具體的活動中獲得研究成果；而基于合作則是突出工作室建設中的團隊特征，這種特征在雙向工作室運行過程中尤為凸顯。首都師范大學教授、博士生導師王尚志老師給我們工作室題字：“勤思考，多鉆研，講協作，促發展。”從中不難看出團隊合作的重要性。

      

我們注意到，作為加強教師隊伍建設，特別是青年教師培養的重要平臺，近幾年全國各地名師工作室的成立如雨后春筍，特別是南方教育發達地區名師工作室的運行，已經有了相對成熟的機制，在操作層面也確實取得了豐碩的成果。但將名師工作室建設與發展作為一項系統的科研課題進行理論研究和實踐探索者為數不多，況且發達地區的操作環境未必適應我省的實際，這也許就是目前的研究現狀；而甘肅省在2014年底才正式啟動首批隴原名師工作室，同時實施隴原名師助力貧困縣區優秀青年教師成長計劃。如何在我省的教育環境下做好名師工作室的建設，如何發揮隴原名師二級工作室的作用，助力貧困縣區優秀青年教師成長，這應該是一個全新的課題。而對這一課題的行動研究，不僅可以探索一條適合我省教育實際的名師工作室建設之路，同時在一定程度上會促進雙向工作室的合理運行。所產生的研究成果既是工作室建設所需要的實踐推動和理論沉淀，也是為一級工作室所在地區教師隊伍建設和二級工作室所在貧困縣區優秀青年教師成長貢獻力量，這也許就是選題的意義和研究價值所在。

三、本課題的研究目標、研究內容、研究假設和擬創新點

課題研究的主要目標是：通過對隴原名師何軍海高中數學工作室及其通渭縣二級工作室的各項行動研究，探索適合本地區實際的名師工作室有效運行模式，跟蹤名師工作室在搭建青年教師成長平臺中的影子，尋找高中數學名師工作室建設和高中數學學科建設之間的有效對接點，從而在首席名師與名師團隊之間、在名師與學員團隊之間、在一級和二級工作室團隊之間形成合作新常態，最終實現兩級工作室的高效運轉。           

課題研究的主要內容是：雙向工作室工作規則的合理性行動研究；雙向工作室課程結構和內容的可操作性行動研究；雙向工作室網絡研修平臺的有效性行動研究；雙向工作室工作跟崗研修的常態化行動研究；雙向工作室導師專業能力提升的學習型行動研究；雙向工作室學員評價與考核的激勵性行動研究等等。

課題研究的擬創新點是：通過課題研究，努力實現一級工作室建設對于二級工作室建設的行動輻射到成果輻射的跨越，形成一套隴原特色的雙向工作室運行模式和建設經驗，為我省今后全面推開《隴原名師助力貧困縣區優秀青年教師成長計劃》提供借鑒。

四、本課題的研究思路、研究方法、技術路線和實施步驟

課題研究的整體思路：緊密結合兩級工作室三年工作規劃和年度工作路線圖，根據各階段工作的重點，將具體的行動研究以小課題的形式滲透到各個環節中，不妨稱為“單元行動研究”，最后將單元行動研究的成果加以整合，形成總體研究報告。

課題研究方法是：采用“整體行動研究”“單元行動研究”和“網絡模擬研究”相結合的方法。突出合作交流，強化整體提升，適當降低起點，預期提高落點。真正體現基于合作的名師工作室建設行動研究的內涵。

課題研究的技術路線是：以雙向工作室的學術行為和培訓行動為自變量，以工作室團隊成員的專業發展為因變量，整體推進雙向工作室建設和工作室所在地區的高中數學學科建設。不僅關注實際過程的行動體驗，更重要的是完成相應的理論生成。

課題研究的實施步驟主要分為三個階段：

第一階段（2015年4月—2015年12月）按照工作室制定的2015年工作路線圖，3月底已完成了通渭二級工作室的掛牌和首次現場研修活動；4月底將全面完成兩級工作室網路研修平臺的建設，導師團隊與學員通過工作室的課程資源進行學習交流和網絡研修，一定會對高中數學教學產生新的認識，甚至對于本學校高中數學學科建設產生積極的思考，在課題組成員的引領下，工作室教師把這些感悟撰寫成論文，在2015年12月完成課題研究第一階段的成果，即“名師工作室推動高中數學學科建設成果集（系列論文）”，由課題組成員甄榮、盧會玉負責。

第二階段（2016年1月—2016年12月）經歷了2015年各項前期工作的準備完善和實踐探索，2016年應該是工作室建設的關鍵之年，兩地教育主管部門對雙向工作室的考核也轉入正常。這一階段將是行動研究的黃金時期，除了繼續在青年教師培養和推動學科建設方面做出成果之外，由分管一級工作室的嘉峪關市教研室副主任、課題組成員陳愛農和分管二級工作室的通渭縣教研室主任、課題組成員王紹龍負責，提交一份高質量的“基于行動研究的雙向工作室建設總結報告”，作為課題研究第二階段的成果。

第三階段（2017年1月—2017年4月）課題進入結題階段，首先是由前兩個階段性成果的負責人最后統稿整理，完成《名師工作室推動高中數學學科建設成果集（系列論文）》和《基于行動研究的雙向工作室建設成果報告（總結報告）》兩項成果的最后審定。然后課題負責人全面分析課題組兩年來在名師工作室建設的行動研究中取得的成果與出現的不足、獲得的經驗和留下的遺憾、可借鑒的做法及需要改進的地方作出全面的分析和評估，寫出一份高質量的《基于合作的高中數學名師雙向工作室建設的行動研究》實驗報告，提交課題組全體成員通過后，形成總的課題研究報告，整理上報，接受2017年度甘肅省教育科學規劃辦公室鑒定。

參考文獻：

陳燕.上海市中學生命科學名師工作室活動的調查研究[D].華東師范大學，2010.

注：本文為甘肅省教育科學“十二五”規劃重點課題（GS[2015]GHBZ039）成果。

編輯董慧紅

篇6

1科研素養是基礎醫學專業學生能力培養的核心

基礎醫學是現代醫學的基石，基礎醫學的專業人才立足于醫學，以科研為手段，運用科學方法，解決醫學問題，推動醫學進步。復旦大學基礎醫學專業的培養目標中明確指出該專業將培養學生具有寬厚的科學基礎和扎實的醫學基礎理論，并且富有創新思維，是具有基礎醫學教學潛質和科學研究實踐能力，具備開展醫學教學和科學研究獨立工作能力的高級醫學人才。由此可見，科研素養是基礎醫學專業學生能力培養的核心。科研素養以科學知識為基礎，科研能力為架構，科學精神和創新意識為內涵，科研道德為保障。培養學生的科研素養是專業的需求，也是本科教育的重要內容，只有學生個體具備良好的科研素養，才能適應基礎醫學領域不斷的變革與突破，甚至成為推動學科發展的棟梁之材。

2科研素養是基礎醫學專業學生的主觀訴求

2015年1月，復旦大學基礎醫學院在2014級基礎醫學專業新生中開展關于本科生科研基礎的問卷調查，并選取與該專業相同學制，一年級合并授課的法醫學專業進行比照。調查提示基礎醫學專業學生對科研素養的培養有更強烈的主觀訴求。

2．1基礎醫學專業學生對于學位有更高的要求，而科研能力正是醫學研究生培養的核心

根據入學后第一學期末在2014級大一新生中的調查，關于個人的學位規劃，基礎醫學專業的學生中僅有3%選擇學士，有16%的學生選擇碩士，高達53%的學生選擇博士，另有28%的學生尚未能做出決定，但就此問題尚未考慮的學生數為零。而在法醫學專業中，選擇學位規劃為學士、碩士或博士的同為17%，38%的學生未能做出決定，另有11%的學生尚未考慮此問題。相比可見，基礎醫學專業的學生自入學之初就在學位上有很高要求，明確希望進入研究生階段學習的近70%。

2．2基礎醫學專業學生對科研的熱情是培養科研

素養最有效的動力與保障在調查中，基礎醫學專業有53%的學生已經參與過各類科研講座，而同期法醫學專業學生僅有39%的參與率。同時，不論哪個專業的學生聽講座后都表示有所收獲，選擇沒有收獲或其他選項者為零。SCI論文是國際公認的進行科學統計與科學評價的主要檢索工具。在調查中，53%的基礎醫學專業學生表示對此有所了解，在法醫學專業中，該比率為33%。此外，兩個專業的學生對于各類本科生科創項目的知曉率都為94%。

2．3基礎醫學專業學生良好的科研理解能力是提升科研素養的前提

本次調查的對象都是大一新生，并且第一學期的課程設置除通識教育外，其余課程集中在高數、物理和化學，并無專業的文獻檢索與閱讀課程。但在嘗試過閱讀SCI科研論文的學生中有55%的學生表示能部分理解文章內容。對于閱讀中文科研論文，75%的基礎醫學專業學生表示有過經歷，其中高達88%的學生表示能部分甚至基本理解文獻內容。

3科研素養培養方案因對象因階段而異

科研素養的培養不可能一蹴而就。隨著學生入學后專業知識的不斷積累，根據年級不同，學生特點和能力不同，培養方案在不同階段也有不同的目標和內容。

3．1自入學伊始，敞開科研大門，感受學術熏陶

依托復旦大學豐富的學術資源，每學年都有來自各領域的專家、教授來校開展多種學術活動，而調查也證實在入學的第一個學期，基礎醫學專業有半數學生參加了各種講座。尤其各國院士和學術大師，其講座除涵蓋專業領域知識外，更注重科研思維的培養和構建。這些成功者的經驗分享對于初學者而言雖未必能體味其中的深刻，但在開拓視野，接觸世界頂尖學術成果同時潛移默化的熏陶卻必然影響著這些選擇基礎醫學為專業，以成為醫學教學與科學研究雙重人才為培養目標的學生，有助于學生形成與之相適應的科研思維方式。

3．2從低年級開始，設置相關課程，展開系統培養

第一學年開設現代生物科學導論，使學生直面科學最前沿，在科研與學生個體間建起橋梁;第二學年開設醫學生綜合素養、醫學文獻檢索與利用等課程，系統教授科研實踐所需的思維方式和基本技能;第三、四學年開設醫學科研思維訓練與科研實踐系列課程，使學生在已有一定專業知識的基礎上，理論聯系實際，認識并理解做好科研既需要有扎實的知識、活躍的思維、樂觀的態度，也離不開辛苦的實踐，枯燥的重復和嚴謹的探索。此外，復旦大學在一年級新生中全面推進的通識教育和本科生培養中的書院模式都更利于培養學生具有開闊的視野、獨立的思考和豐富的想象力，而這些也都是科研素養的重要內涵。通過課程的系統培養與課堂內外的各種熏陶，基礎醫學專業的學生在本科階段早期即可樹立起科研意識，形成良好的科研習慣，為日后獲得較高的科研成就打下扎實的基礎。

3．3二年級起，配備科研導師，體驗課題實施過程

基礎醫學專業學生入校以后，復旦大學基礎醫學院即根據學生不同階段，配備各類導師。自二年級起，學院按每三名學生為一小組，配備一位科研導師，組織學生開展多種學術活動，包括有主題的文獻檢索、閱讀和匯報;通過組會活動，介紹學術進展，組織學生開展學術討論;指導學生參與科研導師所在的課題組活動，與研究生一起，學習實驗設計，嘗試實驗操作，分析實驗結果，體驗課題實施過程。科研導師本身都是具有博士學位，負責各級科研項目的教授、副教授、研究員、副研究員或高年資講師，而所在的課題組往往是國家重點學科、重點實驗室的組成部分。學院還制定了《導師組活動記錄手冊》，使導師組活動規范化，也利于反饋和評估。通過嚴格的導師組活動，幫助學生熟悉并學會科研論文的查閱，培養學生的科研思維方式，使學生了解基本的科研項目運行模式，自然而然地參與科研項目的多個環節。同時，學生間自發的交流又便于其了解不同領域、不同課題組的運行，一方面避免了日后選擇科研方向時的茫然或沖動，另一方面，學科交叉也是當今科學前沿發展的方向。

3．4水到渠成，設立科創項目，實踐所學所想

大學生的科創能力是衡量學生綜合素質的重要標準，國內各高校、學院對此都格外重視。以復旦大學基礎醫學專業學生為例，其可申報的科創項目就有復旦大學設立的君正、望道和曦源項目以及基礎醫學院設立的正誼學者等本科生科創活動。這些項目鼓勵學生獨立申報課題，申請參加同一項目的學生可來自不同院系。為保證教師有足夠時間對學生進行科研指導，學校或學院都明確一位教師一次只能擔任一個項目的指導。項目由學生在導師的指導下自報課題，通過競標獲得立項資格和獲取科研經費。經費直接撥入學生賬號，由學生全權支配使用。此外，學院在課題實施過程中組織中期考核，課題結束時進行匯報，并由專家進行評估，這些也是項目能提高學生科研相關能力的關鍵環節。通過項目設立和實施全過程中有的放矢的指導，幫助學生在課題實施中發現問題、面對問題、解決問題，通過實踐不斷培養科研能力，提升科研素養。以學生為主導的科創項目的創立和實施極大地激發了學生的科研熱情，而項目實施過程更提供了學生從提出假設、爭取課題到實施、匯報、小結的各方面實踐機會，使學生的科研素養在實踐中大幅度加強和提升。

4展望

篇7

關鍵詞：環境科學專業 教學體系 改革 發展模式

我國的環境科學本科高等教育起步于20世紀70年代后期，80年代得到穩步發展。在專業設置方面，也經歷了與國外早期環境科學專業多以原有學科為基礎相似的階段。環境科學專業多脫胎于傳統專業，如給排水工程、化學工程、工業分析、水文地質、植物保護、土壤農化，等等。在辦學中受母專業及師資的影響，課程結構、教學內容甚至培養規格和教學基本要求，在校際之間都有不少差別。尤其是新設點的環境科學專業大多辦學條件較差，實驗教學環節薄弱，造成培養的人才質量不高、專業方向狹隘、就業渠道不暢等問題。因此，在我國目前的新形勢要求下，大學教育模式改革要向辦學形式多樣化和專業設置多樣化方向發展，對于環境科學本科專業的教育而言，如何使其對人才的培養由精英型走向大眾型，這是一個迫在眉睫急需解決的問題。

一、環境科學專業特點及現狀

1.環境科學專業特點

環境科學通過學科間的交叉滲透和幾十年在實踐中的發展，已從各相關傳統學科中獨立出來，形成了新的學科體系，其特點主要表現在：

（1）綜合性強。對環境問題的系統研究，要運用地學、生物學、化學、物理學、醫學、工程學、數學以及社會學、經濟學、法學等多種科學知識，因此，環境科學是一門綜合性極強的學科。

（2）研究領域廣。環境科學研究人類社會經濟活動引起的環境污染和生態破壞，以及環境系統在人類活動影響下的變化規律。內容涵蓋自然科學、社會科學及技術科學諸多方面；研究的空間尺度從宏觀的宇宙環境到微觀粒子，時間跨度從萬年到皮秒計。

（3）分支學科多。在現階段，環境科學主要是運用自然科學和社會科學的有關學科的理論、技術和方法來研究環境問題，形成自身的理論和方法體系，建立與有關學科相互滲透、交叉的許多分支學科。屬于自然科學方面的有環境地學、環境生物學、環境化學、環境物理、環境醫學、環境工程學等；屬于社會科學方面的有環境管理學、環境經濟學、環境法學等。

（4）研究的科學整體化。環境中的各種變化是多種因素的綜合，研究和解決環境問題時，必須在科學整體化過程中，全面考慮，實行跨部門、跨學科的合作，充分運用各種學科知識，對人類活動引起的環境變化、對人類的影響，及其控制途徑進行系統的綜合研究。

2.環境科學專業現狀

針對日益嚴重的環境污染和資源短缺問題，導致了對環境科學人才的很大需求，這種需求直接表現在對該專業人才的需求市場上，產生了比較廣闊的就業前景，并影響高等環境教育的培養規模和范圍。盡管我國各地區由于經濟、文化的差異，導致環境科學專業在各地區的布點數量不同，但環境科學專業幾乎覆蓋了全國（圖1）。從環境科學專業在各類型大學的布點數來看（圖2），綜合性大學最高，為54；次之是師范類大學，為30。

二、國內外環境科學專業教學體系對比

從專業結構看，國外發達國家大多專業方向豐富，專業設置呈現多元化發展的趨勢；在我國，過去環境科學專業受母學科制約，專業方向劃分過細。目前我國的環境專業本科生教育正在向寬口徑、適應面廣等方向發展，以改變過去那種在本科就開始培養“專業人才”，以至分配面窄，很難適應實際工作的狀況。

從辦學要求看，無論在國內和國外，其辦學導向都是與社會需求盡量取得一致。在培養目標上，各國普遍強調要對學生能夠進行全面的文化素質培養，在“知識”“能力”和“做人”三方面做到有機統一和結合；在國外，比較重視“知識”和“能力”的培養；我國對本科生的培養目標多年以來強調培養“專家”和“專門人才”，著眼于畢業后的職業，要求畢業后能“專業對口”。因此，培養學生只重深度，不重廣度，近年來雖已逐步擴大培養口徑，但還不夠。在由計劃經濟向市場經濟轉變的過程中，這種缺陷已經暴露出來，表現最突出的是畢業生工作適應面窄，適應能力差。致使畢業生就業困難。

在課程體系和學分制實施方面，國外設置的課程類別大致與我國相同，全部課程包括公共基礎必修課、專業必修課和選修課。國外實施學分制與我國一個明顯的不同點是，國外學生在選修上的自由度非常大。專業課數量眾多、涉及面廣，在指定選修課和必修課中也設置若干門課程讓學生自由選擇，甚至允許在校內其他系或學院選修其他領域的課程；在我國，學分制中規定的必修課學分多而選修課學分少，而且在選修課中，也只有本系開設的選修課程或一些全校性的選修課可供選擇，而這些選修課少到若漏選一門則可能學分不夠，使學生在近乎完全同一的模式中學習，這就造成了培養出的人才知識結構單一，難以應付實際工作中的各種問題。正是由于這個原因，導致國外不嚴格限制學習時間，學生只要修滿學分即可畢業，而我國依然實行四年制本科教育。

三、環境科學專業教學改革發展方向

環境科學的獨特性決定了高校環境類專業所需基礎課內容廣，專業課門類多。然而，學生在校時間有限，如何在課程設置充分體現以培養“綜合型”人才為目標，制訂出較為合理的教學計劃，至關重要。

1.拓寬基礎，文理滲透

環境問題不僅僅是自然科學和技術工程范圍內的問題，而且是一個社會經濟問題。在解決具體的環境問題時，往往需要綜合考慮環境、資源、技術、經濟、市場等多方面的因素。因而，課程設置時應考慮多滲入經濟、人文及行為科學的內容，加強文理滲透，提高人文修養，尤其是必須進行經濟、管理、政策、法律等方面的教育。歐美發達國家高校環境類專業的課程設置無統一模式，但其共同的特點是具有寬厚的基礎，幾乎數理化、天文、地質、生物及社會科學等方面的內容都設有必修課或選修課。基礎課主要集中在數學、化學、力學、經濟、人文及行為科學等方面。美國佛羅里達大學環境類專業其文科課程約占總學分的13%，體現了文理滲透、加強素質教育的意圖。美國杜克大學環境學院還開設職業寫作、職業技能等多門職業素質教育課程。Brown大學環境科學中心執委會成員的職責之一就是指導學生根據各自的特點和愛好制訂有效的和多樣化的專修課程計劃，使所選課程密切相關，并以一體化的論文為終點。這些做法都值得借鑒。

2.發揮特長，辦出特色

我國目前辦環境類專業的院校不少。各高等院校應發揮各自特長，辦出自身特色，不應強求統一模式。要注重專業課程的補充更新，通過開新課或在原有的課程中補充若干新章節來更新充實教學內容，使之能及時敏銳地反映學科的新進展以及當前環境決策和舉措中的新觀點和新動向，盡可能使學生能跟上時代的發展。

3.多設選修課，擴大選課自由度

目前，我國高校選修課程占總學時比例小，可供學生選擇的范圍非常有限。這樣的教學計劃必然導致同校同專業的學生所學課程都相似，極大地制約了學生的個性發展與能力培養。國外高校這方面做得較好，如德國Stuttgrat大學選修課約占總學時的30%。英國的一些大學為解決因師資不足造成選修課缺乏現象，甚至可跨校、跨國選修課程。這些做法值得我們參考與借鑒。此外，可讓學生自己選擇畢業論文的研究方向與內容，并讓他們在高年級階段圍繞該研究方向與內容選修相關的專業課。這樣同一學校同一專業畢業的學生，所學的專業課可能差別較大，以避免知識結構單一。

4.加強實踐性教學環節

由于環境科學具有很強的實踐性，培養學生從事科研和工程設計與實踐的能力顯得特別重要，因而不可忽視實踐性教學環節，包括實驗室工作、項目設計、野外實習等形式。對于實踐性強的課程，講課時間應少于實踐課時間，精講多練。通過實踐性教學環節可以讓學生了解環境科學專業的性質，加強培養學生的實際工作技能、實驗能力、科研和工程設計能力，同時掌握科技論文寫作方法，參與學術交流。讓學生在大學階段多參與一定的科研工作或參與完成實際工程，對提高就業率也是一個行之有效的途徑。

四、環境科學專業教學模式探討

1.環境科學專業課程模塊和內容體系

我國環境科學專業的課程模塊大致如圖3所示。

環境科學專業的知識結構和體系應體現強化專業基礎，拓寬專業方向，重視專業技能的改革的基本原則。其基本思路就是：

第一，把環境科學的課程體系作為一個系統，按照課程體系的知識結構層次和認識規律的要求，確定各門課程的地位和作用，組織、選擇和合理安排課程的教學內容 及相應的教學要求。

第二，按知識體系的功能與作用將課程體系分為理論基礎、技術基礎、工程原理基礎和專業基礎以及專業課五個基本模塊，各模塊所設基本課程見圖4所示。這樣的課程結構能更好的反映不同層次的課程所能提供的知識內容，更能反映社會發展對人才質量的要求。

在具體辦學當中，各大學依據自己的辦學特色和對學生的不同要求對于專業課程的安排各有不同。如綜合性大學的課程設置比較全面，涉及到了化學、環境管理學、環境工程學、環境倫理學、環境生態學等各個方面；工業類大學則側重工業的特點，開設了一些偏重于環境工程方面的課程，如哈爾濱工業大學將大氣污染控制工程、水污染控制工程、固體廢物處理與資源化、環境影響評價與環境規劃等作為其主干課程；地礦類大學將其專業課偏重于地質學方面的內容，如中國地質大學開設了水文地質學基礎、環境地學等地質類的課程；師范類大學側重環境管理和生態學方面的培養，主要開設了環境規劃與管理，環境生理學、植被生態學、城市生態學、污染生態學等作為其主要專業課程；林業類大學主要開設了環境與資源保護法學、水土保持學、生態學等偏重于資源和水土保持方面的課程而體現出其專業特色；化工類大學主要開設了有機分析、現代生命科學導論、分子生物學、化工工藝學等偏重于生物和化學類的課程作為其基礎課程，體現出其在化學工程和生物工程方面良好的專業基礎；農業類大學則十分重視土壤、資源和生態方面的課程，主要有土壤學、植物營養學、土壤地理與調查、土壤-植物-環境分析、養分資源管理、資源環境信息技術、普通生態學，農業生態學等課程。

2.環境科學專業實踐性教學環節改革

目前，環境科學專業實踐教學環節還仍然比較薄弱，還不能完全與課堂教學內容相適應，不能滿足學生動手能力和創造能力培養的需要。因此，為培養合格的環境保護人才，全面提高環境科學專業學生的科學素質，加強環境科學實踐性教學以提升教學質量和教學效果則顯得尤為必要。

針對環境科學專業的性質和培養目標提出環境科學專業實踐教學環節應包括認識性環境實習、環境專業課程設計、生產實習和畢業論文等四個環節。

（1）認識性環境實習。主要包括：①一定區域內自然環境、人文環境的現狀，如森林、灌木、草原的天然分帶性，草原生態環境現狀，干旱戈壁、沙漠環境現狀，城市環境特征及現狀；②環境演化及其環境效應，如河流源區的森林涵養水源效應，沙漠綠洲的形成演化及其環境效應；③生態環境問題和環境污染問題，如干旱內陸河流域的水環境問題，戈壁、沙漠生態環境及問題，礦山環境問題，城市環境問題等；④環境保護措施和污染防治技術，如生態環境保護措施，土地荒漠化及沙漠治理技術，“三廢”污染防治技術等。

（2）環境專業課程設計。環境專業所開設的專業課程都是實踐性很強學科知識，這就決定了所有專業課程的教學都應包含有實踐教學的內容。例如，《環境監測與評價》必須要有各種監測儀器使用操作的實踐教學內容，也包括對取得的數據進行環境質量評價的過程；《水污染控制原理與技術》課程應有污水凈化機理的實驗和污水處理工藝流程等實踐教學內容；《大氣污染控制原理與技術》課程應安排大氣顆粒污染物物理性能檢測、大氣污染物凈化等試驗和安排去火電廠參觀煙氣除塵裝置；《固體廢物處理處置及資源化》課程實踐教學內容主要包括固廢的收集、轉運、分類貯存，壓實、破碎、分選、固化，發酵堆肥，熱解、焚燒，填埋處置及資源化利用等技術過程。

（3）生產實習的內容。環境科學專業生產實習的內容既包括專業課程設置所涵蓋的內容，也包括教科書中還沒有反映的相關內容。主要有環境現象和環境問題調查分析方法，環境質量監測技術，環境影響評價方法，污染控制原理和治理技術方法，環境地質災害預測評價，環境政策、法律和環境管理等。環境生產實習要求學生親自參與環境保護實踐工作，如參與區域生態環境現狀調查分析，對大氣、水、土壤污染狀況進行監測，參加一項建設項目的環境影響評價工作等。

（4）畢業論文的內容。畢業論文實行導師制，即由一名本專業講師以上職稱的老師或校外相關技術人員擔任導師，指導3～5名學生進行畢業論文的寫作。內容可涉及環境科學相關專業所有知識點。

五、結語

我國各類院校在辦環境科學專業時，應發揮自己的特長，辦出自身特色。環境科學本科專業應在堅持“統一性”的基礎上，注意發展“特殊性”，突出“個性”。統一性，就是要在培養規格和基本要求上做到一致，特殊性就是要根據本學校相關學科優勢和自身條件以及畢業生服務行業、部門和區域的要求，使培養的人才在某一領域或某些方面具有特色或優勢。也就是要注重培養方向的目的性、專業課程模塊設置的合理性及其與實踐教學環節的協調性。另外，要根據社會經濟發展及行業變化的需求，適當補充或更新專業課，通過開新課或在原有的課程中補充若干新章節來更新充實教學內容，使之能及時敏銳地反映學科的新進展以及當前環境決策和舉措中的新觀點和新動向，盡可能使學生能跟上時代的發展，滿足就業的需求。只有這樣，環境科學專業才有活力，才能真正為社會所認可。

參考文獻：

[1]李順興，鄧南圣.環境科學本科專業人才培養模式探討[J].漳州師范學院學報（自然科學版），2002，15（4）：92-96.

[2]陳偉琪，張珞平.關于高校環境類專業本科教學的思考[J].福建環境，2003，20（2）：11-13.

篇8

關鍵詞：語義Web；語義網；本體工程；課程建設；教學方法

高速發展的萬維網（World Wide Web，簡稱WWW）已成為人類歷史上影響最深遠、最廣泛的信息傳播媒介，同時也推動著下一代萬維網技術的發展。語義Web是下一代萬維網的一個重要發展方向。隨著資源描述框架（RDF）、Web本體語言（OWL）、RDF數據查詢語言（SPARQL）等一批技術規范被萬維網聯盟（W3C）確立為推薦標準，語義Web已為萬維網上的知識表示、推理、交換和復用奠定了技術基礎。

針對語義Web這個新興的科學領域，北京大學、浙江大學、上海交通大學、南京大學、華中科技大學等國內多所高校都先后開設了相關課程，也有華人學者在國內不定期舉辦暑期培訓班。大家都在摸索如何建設課程，才能提高辦學質量，突出課程特色。

1.國內外相關課程調研

通過調研國內外相關課程發現，國外一些知名大學比較早地開設了語義Web課程，例如美國斯坦福大學、英國曼徹斯特大學、荷蘭阿姆斯特丹自由大學以及蘇格蘭愛丁堡大學等。國內一些高校也相繼開設了語義Web課程。下面介紹部分國內高校的開課情況。

1）北京大學張銘教授“語義網與數字圖書館”。

課程首先介紹語義Web基礎知識，包括元數據、本體和語義Web基礎語言。然后結合數字圖書館領域具體應用，闡述數字圖書館信息組織和信息檢索效率、知識管理和基于語義的內容檢索、引文分析和互聯、信息存儲與檢索系統的技術和應用等內容。

2）浙江大學李勁松教授“生物醫學語義技術”。

將語義Web技術和醫學領域結合，介紹語義技術、生物醫學語義技術、元數據語言、本體與邏輯、Web本體語言OWL、生物醫學元數據與本體、關聯生命數據集、生物醫學語義檢索技術、基于語義的醫療信息技術、語義技術與生命科學研究、中醫本體學探索、醫學語義技術深層應用與展望等內容。

3）上海交通大學俞勇教授“語義Web的原理與應用”。

介紹了本體、本體數據的存儲、推理和查詢、語義標注和本體學習、語義Web的前沿研究課題等內容。值得一提的是，該課程被評為2006年度“教育部-IBM精品課程”。

4）華中科技大學盧正鼎教授“語義網與本體論”。

課程設置了多個學術專題，并邀請多位教授聯合授課。主要內容包括：元數據、RDF和RDFS、本體、描述邏輯、本體語言、基于本體的方法和應用等。

5）荷蘭阿姆斯特丹自由大學黃智生教授“語義萬維網的邏輯基礎”。

黃智生教授分別于2009年和2011年在東南大學和武漢科技大學開設暑期培訓班。課程側重介紹語義Web的基礎理論，包括：現代邏輯和描述邏輯導論、描述邏輯與知識表示、語義Web與邏輯、本體推理與管理、語義技術與應用開發等內容。

另外，中國傳媒大學、中國石油大學、北京師范大學、天津大學、西北工業大學、湖南大學、華南理工大學、江蘇科技大學等高校也開設了有關語義Web的課程。英國杜倫大學宋煒教授、美國匹茲堡大學毛明博士等也曾在國內舉辦過語義Web暑期班。一些學校開設的知識工程課程也涉及語義Web部分內容。

從教學內容和授課對象兩個維度對上述國內課程進行歸納比較，結果見表1。

2.課程建設

筆者結合多年語義Web方面的研究經驗和成果，初步提出本課程的定位和建設目標，給出課程在教材選擇和教學內容安排方面的參考意見。

2.1課程定位與建設目標

語義Web課程屬于學科交叉課程，涉及計算機、數字圖書館、生物醫學等多個領域；同時授課對象也較為廣泛，包括研究生和高年級本科生，甚至從事萬維網領域的專業技術人員。我們定位語義Web課程可以作為計算機相關專業研究生的一門專業選修課程，目標在于讓學生通過該課程的學習，了解和熟悉語義Web領域的關鍵問題、基本原理、方法技術及典型應用，掌握萬維網上的知識表示、本體構建和語義Web數據管理等內容，熟悉和學會使用常見的語義Web和本體開發工具。此外，通過教學過程，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的科學創新精神。在學習本課程之前，建議學生最好已經選修過離散數學、JAVA程序設計和數據庫系統等先修課程。

2.2教材選擇

據調查，國內語義Web課程主要采用《語義網簡明教程》（宋煒、張銘）和《A Semantic Web Primer》（Grigoris Antoniou、Frank van Harmelen）兩本參考教材。前者在北京大學、華中科技大學以及宋煒暑期班中選作主要教材，而后者在中國傳媒大學、中國石油大學、西北工業大學等高校相關課程中選用。另外，《A Semantic Web Primer》，（第1版）已由中國科技大學陳小平教授翻譯為中文版《語義網基礎教程》。其他的參考書還包括：Bemers-Lee等著、張磊等譯的《萬維科學的研究框架》，Hitzler等著、俞勇等譯的《語義Web技術基礎》和東南大學高志強教授等著的《語義Web原理及應用》。相比較而言，《A Semantic Web Primer》最新第3版的內容較新、難度適中，建議選作課程教材。

需要注意的是，由于語義Web領域正處于高速發展時期，現有圖書、特別是中文圖書的內容相對陳舊，不能及時涵蓋本領域的最新研究進展。因此，建議在授課過程中選取國際語義Web會議（ISWC）、國際萬維網（WWW）會議等高水平學術會議中的部分研究論文，作為對課程內容的補充。

2.3教學內容

根據課程定位和建設目標，我們設計了9章教學內容和4次課程實驗，共計36學時。具體教學內容以及學時分配見表2。

模塊1：作為課程的導引，概述萬維網、語義Web以及本體工程的發展歷史、研究內容、主要特點等。

模塊2：要求掌握萬維網上知識表示的方法和語言，包括XML、RDF和OWL等。

模塊3：要求掌握本體的構建方法，熟悉一些常用本體，掌握RDF數據的存儲模型和查詢語言SPARQL，熟悉語義Web本體的邏輯基礎（主要是描述邏輯）的相關知識。

模塊4：要求了解本體搜索與呈現的方法和技術，了解基于本體的知識管理的內容和特點，包括本體一致性檢測、本體匹配、本體學習、語義Web圖結構分析、基于語義的面向服務的體系結構以及萬維科學等內容。

模塊5：總結課程，展望語義Web的發展方向和研究課題。

模塊6：通過設計課程實驗，要求學會使用本體構建工具Protege、本體操縱軟件Jena和RDF數據查詢處理器Jena ARQ。

模塊7：這部分是一個教學互動環節，通過閱讀和討論一個W3C推薦規范，例如Web本體語言OWL 2，讓學生學習閱讀技術規范的基本技能。

從教學內容的重難點出發，模塊2和模塊3是語義Web課程重點闡述部分，其中第7章“邏輯與推理”也是難點部分。在實驗教學環節中，由于大部分學生初次接觸語義Web開發，所以需要一定的入門時間和練習次數，建議通過一些示例來幫助學生快速掌握。

3.教學方法

南京大學今年面向研究生和高年級本科生開設了語義Web選修課程。結合教學情況，我們認為教學過程中需要關注以下幾個方面：首先要做到基本理論和動手實踐并重。研究生教育的主要目標是培養學生的科研和工程能力，因此教學模式應注重理論與實踐結合；其次在授課過程中要注意抽象概念與具體應用互補，以例子的形式促進學生對概念的理解；最后是開展研究性教學。研究生課程通常具有前沿性，無論是基礎理論還是工程應用，都在不斷地發展和變化過程中，這就要求學生具有研究能力，通過不斷地實踐和學習，掌握最新動態和技能。同時，教學內容也應不斷更新和變化，教學特點和教學手段也要作相應改變，以適應語義Web技術的發展。

3.1理論與實踐結合

理論來源于實踐，正確的理論需要通過實踐來檢驗。書本上的許多知識是前人根據各種實踐總結的經驗，想將書本上的理論知識為己所用，就需要充分理解并親自實踐掌握。另一方面，實踐也是為了更及時、更全面的發現教學過程中的問題和不足。

我們在課程建設中非常重視實踐環節，對于課程要求掌握的內容，設計并安排上機實驗。例如在學習完知識表示和本體構建后，安排學生使用美國斯坦福大學研發的Protege工具為自己熟悉的某個領域構建本體。課程實驗不但讓學生更充分地理解和鞏固書本上的知識，在上機過程中也可以發現書本上發現不了的問題，例如，一個小小的“>”符號缺失就可能導致構建的本體不能被正確解析。并且學生之間遇到問題時可以相互探討，這也有助于培養學生發現問題、解決問題的能力。實驗效果反饋也是我們關注的內容，根據學生的實驗報告和上機時的情況進行概括總結，針對性地加強輔導并適當調整教學方法。

3.2抽象概念與具體應用互補

本體起源于哲學領域，許多知識概念都是抽象的。而且由于學生掌握知識有限，有時不能完全正確理解幾句“簡單”文字背后所包含的重要概念。所以這就要求教學過程中化抽象為具體，在講解理論基礎時與實際應用相結合，以鮮活的例子幫助學生理解。例如，在講述描述邏輯的復雜性內容時，復雜性是個很抽象、難以理解的概念，但是通過對不同復雜性的本體子語言的推理時間演示，從實際出發，從感性認識上升到理性認識，幫助學生掌握理論知識。同時，通過介紹具體語義Web應用系統也有助于提高學生積極性。例如，我們在課程中介紹了Google的、Facebook的open graph、蘋果公司的Sift軟件中本體的應用，極大地調動了學生的興趣，產生了較好的教學效果。

3.3開展研究性教學

研究生教學的一個特點在于：要求學生能夠積極主動地自主學習、發現問題、解決問題。而且研究生作為未來的教育科創主力軍，必須具備較高的科研創新素質和主觀能動性。因此，我們在課程教學中注重對學生的自我探究和實踐應用能力的培養。

語義Web是一門應用性很強的課程。各種應用俱不相同，課堂上很難面面俱到。我們的做法是“授之以漁”，不僅簡單傳授書本知識，更重要的是培養學生的學習方法和思維方式，教師只是起到一個“拋磚引玉”的效果。例如，我們在教學過程中引入規范閱讀與討論，這在計算機專業的其他課程中不多見。但是，學生在未來研究和工作中，不可避免地需要閱讀技術規范。因此，通過設置該教學互動環節，讓學生學習如何閱讀技術規范，為今后的研究工作打下基礎。

3.4語義Wob實驗教學

在語義Web課程內容中，本體的構建和應用是核心內容。所以在課程教學中，我們穿插安排了多次課程實驗，對重點知識進行鞏固。

實驗1：要求學生選擇一個較為熟悉的領域，使用Protege工具為這個領域構建一個使用OWL語言描述的本體，并使用Protege觀察該本體，使學生把本體這個抽象概念與具體知識聯系起來。

實驗2：要求學生使用Jena軟件包解析、操縱實驗1中構建的本體，嘗試比較進行RDFS推理前和推理后解析結果的異同，讓學生掌握使用JAVA程序語言操縱本體的技術。

實驗3：要求學生基于JenaARQ軟件包，撰寫SPARQL語句來查詢實驗2中的本體，加深對本體數據查詢和操縱的理解。

另外，作為提高內容，還可以有針對性地設計推理引擎使用實驗，可以考慮選用Pellet推理引擎作為實驗軟件。課程考核環節要求學生以小組為單位，設計并實現一個基于本體的語義Web應用原型系統。

篇9

關鍵詞:梯度功能材料，復合材料，研究進展

Abstract :This paper introduces the concept ，types，capability，preparation methods of functionally graded materials. Based upon analysis of the present application situations and prospect of this kind of materials some problems existed are presented. The current status of the research of FGM are discussed and an anticipation of its future development is also present.

Key words :FGM；composite；the Advance

0 引言

信息、能源、材料是現代科學技術和社會發展的三大支柱。現代高科技的競爭在很大程度上依賴于材料科學的發展。對材料，特別是對高性能材料的認識水平、掌握和應用能力，直接體現國家的科學技術水平和經濟實力，也是一個國家綜合國力和社會文明進步速度的標志。因此，新材料的開發與研究是材料科學發展的先導，是21世紀高科技領域的基石。

近年來，材料科學獲得了突飛猛進的發展[1]。究其原因，一方面是各個學科的交叉滲透引入了新理論、新方法及新的實驗技術;另一方面是實際應用的迫切需要對材料提出了新的要求。而FGM即是為解決實際生產應用問題而產生的一種新型復合材料，這種材料對新一代航天飛行器突破“小型化”，“輕質化”，“高性能化”和“多功能化”具有舉足輕重的作用[2]，并且它也可廣泛用于其它領域，所以它是近年來在材料科學中涌現出的研究熱點之一。

1 FGM概念的提出

當代航天飛機等高新技術的發展，對材料性能的要求越來越苛刻。例如：當航天飛機往返大氣層，飛行速度超過25個馬赫數，其表面溫度高達2000℃。而其燃燒室內燃燒氣體溫度可超過2000℃，燃燒室的熱流量大于5MW/m2， 其空氣入口的前端熱通量達5MW/m2.對于如此大的熱量必須采取冷卻措施，一般將用作燃料的液氫作為強制冷卻的冷卻劑，此時燃燒室內外要承受高達1000K以上的溫差，傳統的單相均勻材料已無能為力[1]。若采用多相復合材料，如金屬基陶瓷涂層材料，由于各相的熱脹系數和熱應力的差別較大，很容易在相界處出現涂層剝落[3]或龜裂[1]現象，其關鍵在于基底和涂層間存在有一個物理性能突變的界面。為解決此類極端條件下常規耐熱材料的不足，日本學者新野正之、平井敏雄和渡邊龍三人于1987年首次提出了梯度功能材料的概念[1]，即以連續變化的組分梯度來代替突變界面，消除物理性能的突變，使熱應力降至最小[3]。

隨著研究的不斷深入，梯度功能材料的概念也得到了發展。目前梯度功能材料(FGM)是指以計算機輔助材料設計為基礎，采用先進復合技術，使構成材料的要素（組成、結構）沿厚度方向有一側向另一側成連續變化，從而使材料的性質和功能呈梯度變化的新型材料[4]。

2 FGM的特性和分類

2.1 FGM的特殊性能

由于FGM的材料組分是在一定的空間方向上連續變化的特點如圖2，因此它能有效地克服傳統復合材料的不足[5]。正如Erdogan在其論文[6]中指出的與傳統復合材料相比FGM有如下優勢:

1)將FGM用作界面層來連接不相容的兩種材料，可以大大地提高粘結強度;

2)將FGM用作涂層和界面層可以減小殘余應力和熱應力;

3)將FGM用作涂層和界面層可以消除連接材料中界面交叉點以及應力自由端點的應力奇異性;

4)用FGM代替傳統的均勻材料涂層，既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅動力。

2.2 FGM的分類

根據不同的分類標準FGM有多種分類方式。根據材料的組合方式，FGM分為金屬/陶瓷，陶瓷/陶瓷，陶瓷/塑料等多種組合方式的材料[1]；根據其組成變化FGM分為梯度功能整體型（組成從一側到另一側呈梯度漸變的結構材料），梯度功能涂敷型（在基體材料上形成組成漸變的涂層），梯度功能連接型（連接兩個基體間的界面層呈梯度變化）[1]；根據不同的梯度性質變化分為密度FGM，成分FGM，光學FGM，精細FGM等[4]；根據不同的應用領域有可分為耐熱FGM，生物、化學工程FGM，電子工程FGM等[7]。

3 FGM的應用

FGM最初是從航天領域發展起來的。隨著FGM 研究的不斷深入，人們發現利用組分、結構、性能梯度的變化，可制備出具有聲、光、電、磁等特性的FGM，并可望應用于許多領域。

功　能

應　用　領　域 材　料　組　合

緩和熱應

力功能及

結合功能

航天飛機的超耐熱材料

陶瓷引擎

耐磨耗損性機械部件

耐熱性機械部件

耐蝕性機械部件

加工工具

運動用具:建材 陶瓷　金屬

陶瓷　金屬

塑料　金屬

異種金屬

異種陶瓷

金剛石　金屬

碳纖維　金屬　塑料

核功能

原子爐構造材料

核融合爐內壁材料

放射性遮避材料 輕元素　高強度材料

耐熱材料　遮避材料

耐熱材料　遮避材料

生物相溶性

及醫學功能

人工牙齒牙根

人工骨

人工關節

人工內臟器官:人工血管

補助感覺器官

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4 FGM的研究

FGM研究內容包括材料設計、材料制備和材料性能評價。

4. 1 　FGM設計

FGM設計是一個逆向設計過程[7]。

首先確定材料的最終結構和應用條件，然后從FGM設計數據庫中選擇滿足使用條件的材料組合、過渡組份的性能及微觀結構，以及制備和評價方法，最后基于上述結構和材料組合選擇，根據假定的組成成份分布函數，計算出體系的溫度分布和熱應力分布。如果調整假定的組成成份分布函數，就有可能計算出FGM體系中最佳的溫度分布和熱應力分布，此時的組成分布函數即最佳設計參數。

FGM設計主要構成要素有三:

1)確定結構形狀，熱—力學邊界條件和成分分布函數;

2)確定各種物性數據和復合材料熱物性參數模型;

3)采用適當的數學—力學計算方法，包括有限元方法計算FGM的應力分布，采用通用的和自行開發的軟件進行計算機輔助設計。

FGM設計的特點是與材料的制備工藝緊密結合，借助于計算機輔助設計系統，得出最優的設計方案。

4. 2　FGM的制備

FGM制備研究的主要目標是通過合適的手段，實現FGM組成成份、微觀結構能夠按設計分布，從而實現FGM的設計性能。可分為粉末致密法:如粉末冶金法(PM) ，自蔓延高溫合成法(SHS) ;涂層法:如等離子噴涂法，激光熔覆法，電沉積法，氣相沉積包含物理氣相沉積(PVD) 和化學相沉積(CVD) ;形變與馬氏體相變[10、14]。

4. 2. 1 　粉末冶金法(PM)

PM法是先將原料粉末按設計的梯度成分成形，然后燒結。通過控制和調節原料粉末的粒度分布和燒結收縮的均勻性，可獲得熱應力緩和的FGM。粉末冶金法可靠性高，適用于制造形狀比較簡單的FGM部件，但工藝比較復雜，制備的FGM有一定的孔隙率，尺寸受模具限制[7]。常用的燒結法有常壓燒結、熱壓燒結、熱等靜壓燒結及反應燒結等。這種工藝比較適合制備大體積的材料。PM法具有設備簡單、易于操作和成本低等優點，但要對保溫溫度、保溫時間和冷卻速度進行嚴格控制。國內外利用粉末冶金方法已制備出的FGM有:MgC/ Ni 、ZrO2/ W、Al2O3/ ZrO2 [8]、Al2O3-W-Ni-Cr、WC-Co、WC-Ni等[7] 。

4. 2. 2 自蔓延燃燒高溫合成法(Self-propagating High-temperature Synthesis 簡稱SHS或Combustion Synthesis)

SHS 法是前蘇聯科學家Merzhanov 等在1967 年研究Ti和B的燃燒反應時，發現的一種合成材料的新技術。其原理是利用外部能量加熱局部粉體引燃化學反應，此后化學反應在自身放熱的支持下，自動持續地蔓延下去， 利用反應熱將粉末燒結成材，最后合成新的化合物。其反應示意圖如圖6所示[16]：

SHS 法具有產物純度高、效率高、成本低、工藝相對簡單的特點。并且適合制造大尺寸和形狀復雜的FGM。但SHS法僅適合存在高放熱反應的材料體系，金屬與陶瓷的發熱量差異大，燒結程度不同，較難控制，因而影響材料的致密度，孔隙率較大，機械強度較低。目前利用SHS 法己制備出Al/ TiB2 ， Cu/ TiB2 、Ni/ TiC[8] 、Nb-N、Ti-Al等系功能梯度材料[7、11]。

4. 2. 3 噴涂法

噴涂法主要是指等離子體噴涂工藝，適用于形狀復雜的材料和部件的制備。通常，將金屬和陶瓷的原料粉末分別通過不同的管道輸送到等離子噴槍內，并在熔化的狀態下將它噴鍍在基體的表面上形成梯度功能材料涂層。可以通過計算機程序控制粉料的輸送速度和流量來得到設計所要求的梯度分布函數。這種工藝已經被廣泛地用來制備耐熱合金發動機葉片的熱障涂層上，其成分是部分穩定氧化鋯(PSZ)陶瓷和NiCrAlY合金[9]。

4. 2. 3. 1 等離子噴涂法(PS)

PS 法的原理是等離子氣體被電子加熱離解成電子和離子的平衡混合物，形成等離子體，其溫度高達1 500 K，同時處于高度壓縮狀態，所具有的能量極大。等離子體通過噴嘴時急劇膨脹形成亞音速或超音速的等離子流，速度可高達1. 5 km/ s。原料粉末送至等離子射流中，粉末顆粒被加熱熔化，有時還會與等離子體發生復雜的冶金化學反應，隨后被霧化成細小的熔滴，噴射在基底上，快速冷卻固結，形成沉積層。噴涂過程中改變陶瓷與金屬的送粉比例，調節等離子射流的溫度及流速，即可調整成分與組織，獲得梯度涂層[8、11]。該法的優點是可以方便的控制粉末成分的組成，沉積效率高，無需燒結，不受基體面積大小的限制，比較容易得到大面積的塊材[10]，但梯度涂層與基體間的結合強度不高，并存在涂層組織不均勻，空洞疏松，表面粗糙等缺陷。采用此法己制備出TiB2-Ni、TiC-Ni、TiB2-Cu、Ti-Al[7] 、NiCrAl/MgO -ZrO2、NiCrAl/Al2O3/ZrO2、NiCrAlY/ZrO2[10]系功能梯度材料

4.2.3.2　激光熔覆法

激光熔覆法是將預先設計好組分配比的混合粉末A放置在基底B上，然后以高功率的激光入射至A并使之熔化，便會產生用B合金化的A薄涂層，并焊接到B基底表面上，形成第一包覆層。改變注入粉末的組成配比，在上述覆層熔覆的同時注入，在垂直覆層方向上形成組分的變化。重復以上過程，就可以獲得任意多層的FGM。用Ti-A1合金熔覆Ti用顆粒陶瓷增強劑熔覆金屬獲得了梯度多層結構。梯度的變化可以通過控制初始涂層A的數量和厚度，以及熔區的深度來獲得，熔區的深度本身由激光的功率和移動速度來控制。該工藝可以顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱及電氣特性和生物活性等性能，但由于激光溫度過高，涂層表面有時會出現裂紋或孔洞，并且陶瓷顆粒與金屬往往發生化學反應[10]。采用此法可制備Ti - Al 、WC -Ni 、Al - SiC 系梯度功能材料[7 ] 。

4.2.3.3 熱噴射沉積[10]

與等離子噴涂有些相關的一種工藝是熱噴涂。用這種工藝把先前熔化的金屬射流霧化，并噴涂到基底上凝固，因此，建立起一層快速凝固的材料。通過將增強粒子注射到金屬流束中，這種工藝已被推廣到制造復合材料中。陶瓷增強顆粒，典型的如SiC或Al2O3，一般保持固態，混入金屬液滴而被涂覆在基底，形成近致密的復合材料。在噴涂沉積過程中，通過連續地改變增強顆粒的饋送速率，熱噴涂沉積已被推廣產生梯度6061鋁合金/SiC復合材料。可以使用熱等靜壓工序以消除梯度復合材料中的孔隙。

4.2.3.4 電沉積法

電沉積法是一種低溫下制備FGM的化學方法。該法利用電鍍的原理，將所選材料的懸浮液置于兩電極間的外場中，通過注入另一相的懸浮液使之混合，并通過控制鍍液流速、電流密度或粒子濃度，在電場作用下電荷的懸浮顆粒在電極上沉積下來，最后得到FGM膜或材料[8]。所用的基體材料可以是金屬、塑料、陶瓷或玻璃，涂層的主要材料為TiO2-Ni， Cu-Ni ，SiC-Cu，Cu-Al2O3等。此法可以在固體基體材料的表面獲得金屬、合金或陶瓷的沉積層，以改變固體材料的表面特性，提高材料表面的耐磨損性、耐腐蝕性或使材料表面具有特殊的電磁功能、光學功能、熱物理性能，該工藝由于對鍍層材料的物理力學性能破壞小、設備簡單、操作方便、成型壓力和溫度低，精度易控制，生產成本低廉等顯著優點而備受材料研究者的關注。但該法只適合于制造薄箔型功能梯度材料。[8、10]

4.2.3.5 氣相沉積法

氣相沉積是利用具有活性的氣態物質在基體表面成膜的技術。通過控制彌散相濃度，在厚度方向上實現組分的梯度化，適合于制備薄膜型及平板型FGM[8]。該法可以制備大尺寸的功能梯度材料，但合成速度低，一般不能制備出大厚度的梯度膜，與基體結合強度低、設備比較復雜。采用此法己制備出Si-C、Ti-C、Cr-CrN、Si-C-TiC、Ti-TiN、Ti-TiC、Cr-CrN系功能梯度材料。氣相沉積按機理的不同分為物理氣相沉積(PVD) 和化學氣相沉積(CVD) 兩類。

化學氣相沉積法(CVD)是將兩相氣相均質源輸送到反應器中進行均勻混合，在熱基板上發生化學反應并使反映產物沉積在基板上。通過控制反應氣體的壓力、組成及反應溫度，精確地控制材料的組成、結構和形態，并能使其組成、結構和形態從一種組分到另一種組分連續變化，可得到按設計要求的FGM。另外，該法無須燒結即可制備出致密而性能優異的FGM，因而受到人們的重視。主要使用的材料是C-C、C-SiC、Ti-C等系[8、10]。CVD的制備過程包括：氣相反應物的形成；氣相反應物傳輸到沉積區域；固體產物從氣相中沉積與襯底[12]。

物理氣相沉積法(PVD)是通過加熱固相源物質，使其蒸發為氣相，然后沉積于基材上，形成約100μm 厚度的致密薄膜。加熱金屬的方法有電阻加熱、電子束轟擊、離子濺射等。PVD 法的特點是沉積溫度低，對基體熱影響小，但沉積速度慢。日本科技廳金屬材料研究所用該法制備出Ti/ TiN、Ti/ TiC、Cr/ CrN 系的FGM [7~8、10~11]

4. 2. 4 形變與馬氏體相變[8]

通過伴隨的應變變化，馬氏體相變能在所選擇的材料中提供一個附加的被稱作“相變塑性”的變形機制。借助這種機制在恒溫下形成的馬氏體量隨材料中的應力和變形量的增加而增加。因此，在合適的溫度范圍內，可以通過施加應變(或等價應力) 梯度，在這種材料中產生應力誘發馬氏體體積分數梯度。這一方法在順磁奧氏體18 -8 不銹鋼(Fe -18% ，Cr -8 %Ni) 試樣內部獲得了鐵磁馬氏體α體積分數的連續變化。這種工藝雖然明顯局限于一定的材料范圍，但能提供一個簡單的方法，可以一步生產含有飽和磁化強度連續變化的材料，這種材料對于位置測量裝置的制造有潛在的應用前景。

4. 3 FGM的特性評價

功能梯度材料的特征評價是為了進一步優化成分設計，為成分設計數據庫提供實驗數據，目前已開發出局部熱應力試驗評價、熱屏蔽性能評價和熱性能測定、機械強度測定等四個方面。這些評價技術還停留在功能梯度材料物性值試驗測定等基礎性的工作上[7]。目前，對熱壓力緩和型的FGM主要就其隔熱性能、熱疲勞功能、耐熱沖擊特性、熱壓力緩和性能以及機械性能進行評價[8]。目前，日本、美國正致力于建立統一的標準特征評價體系[7~8]。

5 FGM的研究發展方向

5.1 存在的問題

作為一種新型功能材料，梯度功能材料范圍廣泛，性能特殊，用途各異。尚存在一些問題需要進一步的研究和解決，主要表現在以下一些方面[5、13]:

1）梯度材料設計的數據庫（包括材料體系、物性參數、材料制備和性能評價等）還需要補充、收集、歸納、整理和完善；

2）尚需要進一步研究和探索統一的、準確的材料物理性質模型，揭示出梯度材料物理性能與成分分布，微觀結構以及制備條件的定量關系，為準確、可靠地預測梯度材料物理性能奠定基礎；

3）隨著梯度材料除熱應力緩和以外用途的日益增加，必須研究更多的物性模型和設計體系，為梯度材料在多方面研究和應用開辟道路；

4）尚需完善連續介質理論、量子（離散）理論、滲流理論及微觀結構模型，并借助計算機模擬對材料性能進行理論預測，尤其需要研究材料的晶面（或界面）。

5)已制備的梯度功能材料樣品的體積小、結構簡單，還不具有較多的實用價值;

6)成本高。

5.2 FGM制備技術總的研究趨勢[13、15、19-20]

1）開發的低成本、自動化程度高、操作簡便的制備技術；

2）開發大尺寸和復雜形狀的FGM制備技術；

3）開發更精確控制梯度組成的制備技術（高性能材料復合技術）；

4）深入研究各種先進的制備工藝機理，特別是其中的光、電、磁特性。

5.3 對FGM的性能評價進行研究[2、13]

有必要從以下5個方面進行研究：

1）熱穩定性，即在溫度梯度下成分分布隨 時間變化關系問題；

2）熱絕緣性能；

3）熱疲勞、熱沖擊和抗震性；

4）抗極端環境變化能力；

5）其他性能評價，如熱電性能、壓電性能、光學性能和磁學性能等

6 結束語

FGM 的出現標志著現代材料的設計思想進入了高性能新型材料的開發階段[8]。FGM的研究和開發應用已成為當前材料科學的前沿課題。目前正在向多學科交叉，多產業結合，國際化合作的方向發展。

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