课程改革思路 《磁性材料及测量》课程改革思路和课程体系的探索
时间：2019-01-02 03:17:42 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要: 《磁性材料及测量》为材料科学与工程专业重要课程,在磁性材料与测量相关人才培养中处于重要的地位。为适应新时期高等教育的发展,本文提出了该课程改革的思路:将磁性材料的性能与测量有机结合起来,突破以某一类磁性材料为主线的教材编写体系,突出磁性材料结构与性能上的共性;传统材料和新材料并重;加强磁性材料结构与相关学科、课程和模块的联系,强调实例在课程学习过程中的作用;增加趣味性阅读材料和自学内容。基于该思路,作者根据磁性材料与性能测试的特点,制定出《磁性材料及测量》的课程体系。
关键词: 《磁性材料及测量》改革思路课程体系
一
材料是人类赖以生存的物质基础和科学技术发展的核心与先导。磁性材料作为现代高科技产业的重要基础功能材料,广泛用于信息通讯、交通运输、医疗、航天航空和国防工业等各个领域,是科技创新和国际竞争最为激烈的新材料领域之一,在国民经济中占据重要的战略地位,其产业的发展规模和技术水平已经成为衡量一个国家和地区经济发展、科技进步和综合实力的重要标志。从磁性材料产业发展的历史来看,全球磁性材料的生产主要集中在日本、欧美、韩国和中国。相对世界发达国家而言,我国的磁性材料产业起步较晚,但经过四十多年的建设,特别是改革开放以来,国内的磁性材料市场逐渐成熟,发展速度令人瞩目。预计到2020年,中国市场需要永磁铁氧体50万吨,软磁铁氧体20万吨,钕铁硼磁体7万吨,非晶软磁合金10万吨,约占全球市场的60%、40%、60%和30%。由此可见磁性材料已成为我国国民经济一大重要的支撑产业。而且其产量以每年20%的速率持续增长,说明我国磁性材料应用和发展潜力巨大。但是,随着磁性材料产业的迅猛发展,我国作为全球磁性材料的生产中心,却无自主的磁检测标准体系。我国要从磁性材料大国向磁性材料强国转变,必须建立自己的标准化体系,完善磁性材料检测手段和制定认可的行业标准,加强自身在国际上检测权威性。
相对于磁性材料庞大的产业规模,我国在这方面的专业人才严重缺乏。我国高校很多专业没有开设磁性材料相关的课程,或仅仅作为一门学科选修课。在磁性材料产业最大的浙江省,也仅有浙江大学和中国计量学院开设本科生磁性材料课程。浙江省内也只有中国计量学院开设《磁性材料及测量》课程。
磁性材料种类繁多,性能差异巨大,既有传统的软硬磁材料,包括:稀土永磁材料、永磁铁氧体、软磁铁氧体和硅钢片等,又有各种具有特殊性能的新型磁性材料,包括:磁致伸缩材料、磁记录材料和磁性液体等。国内目前系统介绍磁学原理的教材较多,而具体介绍磁性材料的教材要少得多,2000年以后国内出版的系统介绍磁性材料的教材仅有清华大学出版社的《磁性材料》与浙江大学出版社的《磁学基础与磁性材料》。而设计磁性材料检测方面的教材更是少之又少,仅有电子工业出版社的《磁性测量原理》和《磁性测量》,机械工业出版社的《磁测量基础》和《动态磁性测量》等几本,而且这些教材都是上世纪八九十年代出版,距今年代久远,涉及磁性测试的方法很多已经淘汰,现今出现的一些磁性材料测量新技术却没有提到,已不能很好地反映当今磁性材料测试的最近研究成果。另一方面,进入二十一世纪,随着高等教育由精英教育迈向大众教育进入普及教育的发展阶段,各专业教学必须适合新时代的具体情况。从培养目标上,在本科教育阶段专业性学习逐步由专、深演变为浅、广为特点的培养模式,而在研究生阶段再进行深入的专业学习和培养,大学阶段更注重整体素质的提高和知识面的拓宽。从生源角度考虑,由于大学扩招,大多数人能进入大学学习,然而并非每个大学生都具备了比较深厚的专业基础,尤其是材料科学与工程专业,对物理学和化学有较高的要求。《磁性材料及测量》课程就是建立在晶体学、材料科学基础、材料物理性能等课程的基础上,因此高等教育必须适应这种变化,选择内容较为浅显的教材,同时也应提供足够的自习内容给学有兴趣的同学。
基于以上两点考虑,目前的《无机材料工艺学》课本并不能满足这种需求。因此,为了解决《无机材料工艺学》课程教学存在的教材问题,笔者结合高校教学的自身需求和特点,开展了具有广泛适应性教材的编写,目前已完成《磁测量基础》的初稿,并已在本科生与研究生教学中进行试用,待内容和体系成熟后再出版发行。该课程的讲义在编排上打破了传统的方式,介绍磁场的产生与测量、材料磁性、铁磁材料在磁场中的技术磁化,并在此基础上详细介绍磁性材料测试原理与技术,加入了一些新型磁性材料的检测原理和技术,反映出新型磁性材料的发展动向,有利于整个磁性材料产业发展形势的现实基础。
二
笔者根据自身在《磁性材料及测量》课程的学习和从教过程中的经验,结合国内同行提出的观点,提出以下思路与设想。
1.该课程必须打破以某一类磁性材料(永磁、软磁、磁记录及磁致伸缩材料等)纵向工艺过程为主线的工艺学教材编写体系,突出磁性材料性能、生产和制备的共性,讲述各类磁性材料的结构特点及其对性能的影响,由此使学生进一步掌握各种典型磁性材料的特点、性能和应用场合。
2.传统材料和新材料并重。在重点论述传统磁性材料及测量的基础上,将新型磁性材料的新原理、新技术寓于传统材料中,进一步阐述磁性材料的磁学共性,同时将传统磁性材料和新型磁性材料之间的性能差异的理念融入课程中,达到神形合一,并适当增加当代重要磁性材料新工艺、新技术的发展。
3.加强磁性材料工艺与相关学科、课程和模块的联系,强调实例在课程学习过程中的作用。除了有关基本内容外,强调通过最新科技前沿与信息(如磁单极子假说、智能磁性液体、磁记录等)之间的交融,脱离枯燥乏味的原理,赋予更多的实例和图示,尤其是生活中所熟悉的能激发学生兴趣的实例,提高利用基本原理解决实际问题的能力,注重与材料科学与工程其它模块和课程之间的联系,达到举一反三,融会贯通,灵活应用知识,将带给学生更多想象和创新思维。
4.增加趣味性阅读材料和自学内容。兴趣是最好的老师,无论做什么事情,只有你爱好它,对它有兴趣,才会全身心去做好。针对目前的大学生,采用传统的填鸭式教育,忽视学生的兴趣,效果往往很不理想,因此有必要适当根据学生的爱好,选取趣味性的材料让他们阅读,并给予学生必要的内容进行自学,激发他们的求知欲望和学习兴趣,让他们成为学习知识的主体,真正提高学生的综合素质。
三
基于以上思路,根据磁性材料及测量的特点,笔者制订了《磁性材料及测量》的课程体系,各部分内容如下。
1.磁测量的基本概念。介绍基本磁性材料及测量的课程中所涉及的一些基本磁学量、磁学原理、单位制及磁测量的基本方法。
2.磁场的产生与测量。阐述磁路的设计和计算方法,介绍产生磁场的常用方法:线圈、电磁铁和永久磁铁,以及新型的超导磁场和脉冲磁场等,阐明进行磁场测量的方法:磁力法、电磁感应法、磁饱和法、电磁效应法、磁共振法、超导效应法及磁光效应法等。
3.物质的磁性。介绍物质磁性的起源:由轨道电子和电子自旋产生的原子磁矩。根据原子磁矩不同的组合方式,物质磁性又可分为:抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。分别阐述各种磁性的特点、相应的材料体系与应用。
4.磁性材料本征磁学量的测量。叙述磁性材料本征磁学量的测量,本征磁性参数包括饱和磁化强度、居里温度、磁各向异性常数、磁致伸缩系数等。这些参数与技术参数的区别在于,它们仅与材料的化学成分和晶体结构有关,几乎与晶粒的大小、取向及应力分布等结构因素无关。测量这些参数,在理论上是研究自发磁化有关课题的实验基础,在实践上,是研究与磁性材料的成分和晶体结构转变有关问题的手段。
5.磁性材料静态磁特性的测量。介绍直流稳恒磁场下磁性材料的静态磁化过程和静态磁特性的测量技术。直流磁特性测量是磁性测量的重要部分,能提供只与材料物理状态有关的磁特性。直流磁测量技术实质上是在直流磁场下对材料磁化曲线和磁滞回线的测量,通过它们进而确定材料的静态技术特性参数。静态技术特性参数只能反映材料的技术性能。常用的直流磁测量方法是:冲击法、磁强计法、电动法和感应法等。
6.磁性材料动态磁特性的测量。讨论金属及铁氧体软磁材料在交变磁场下的磁化特性,以及在交变磁场下磁特性的测量原理和测量方法。交变磁场的频率范围为50―500MHz。在这种宽的频率范围内进行磁测量是非常困难的,不仅要正确地选择测量方法和测量仪器,而且要设法排除许多引起测量误差的因素。
7.磁结构。观察磁性材料的磁结构。在材料学中,结构决定性能。因此研究磁性材料的磁结构也就非常重要。磁结构主要指原子或离子磁矩的空间取向和分布。其包含的内容很广,研究方法也大多是一些近代的物理实验技术,如中子衍射、磁光效应、核磁共振和穆斯堡尔谱等。
通过上述教学安排,教师能获得较好的教学效果。
参考文献:
[1]严密,彭晓领.磁学基础与磁性材料[M].杭州:浙江大学出版社,2006.
[2]田明波.磁性材料[M].北京:清华大学出版社,2001.
[3]李大明.磁场的测量[M].北京:机械工业出版社,1987
[4]周文生.磁性测量原理[M].北京:电子工业出版社,1988.
[5]张宝裕,刘恒基.磁场的产生[M].北京:机械工业出版社,1987.
[6]周世昌.磁性测量[M].北京:电子工业出版社,1987.
[7]陈笃行.磁测量基础[M].北京:机械工业出版社,1985.
[8]梅文余.动态磁性测量[M].北京:机械工业出版社,1982.
