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出版者:福建厦门大学

作者:胡志刚 编

出品人:

页数:362

译者:

出版时间:2010-9

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787561529133

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 微格教学
• 教学方法
• 教育技术
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• STEM教育
• 实验教学
• 教师发展

《现代材料科学导论》 图书简介 一、本书概述与定位 《现代材料科学导论》是一本面向材料学、化学、物理学以及相关工程领域本科生和初级研究人员的权威性教材。本书旨在为读者建立起一个全面、系统且深入的现代材料科学知识框架，重点关注材料的微观结构、性能之间的内在联系，以及材料的设计与制备的前沿技术。本书的编写严格遵循学科发展脉络，从最基本的原子结构和晶体学原理出发，逐步深入到高分子、陶瓷、金属以及复合材料的特有范畴，最终探讨材料在能源、环境和生物医学等新兴领域的应用。 本书的定位不仅仅是知识的传递，更是思维方式的培养。我们力求引导读者理解“材料是人类文明进步的基石”这一核心理念，培养其运用跨学科知识解决复杂工程问题的能力。全书内容覆盖面广而不失深度，理论阐述严谨，并辅以大量来自工业实践和前沿研究的实例，确保知识的时效性与实用性。 二、核心章节结构与内容详解 全书共分为五大部分，二十个章节，结构清晰，层层递进： 第一部分：材料科学基础 (The Fundamentals of Materials Science) 这部分是构建整个知识体系的基石。 1. 材料的原子结构与化学键合： 详细探讨了原子尺度上的电子排布、周期性规律，以及离子键、共价键、金属键和范德华力等不同键合类型的形成机制及其对宏观性质的决定性影响。特别阐述了量子力学在解释键合强度和空间取向上的作用。 2. 晶体结构与缺陷工程： 深入解析了晶体学的基本概念，包括晶格、晶胞、密堆积结构（如面心立方、体心立方、六方最密堆积）。重点剖析了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）的形成、运动规律及其对材料力学性能（如塑性、硬度）的控制作用。这是理解材料变形机制的关键。 3. 非晶态结构与短程有序： 区别于晶体结构，本章探讨了玻璃态、聚合物网络等非晶材料的结构特征，引入了弛豫时间和玻璃化转变温度（Tg）的概念，为后续高分子材料的讨论打下基础。 第二部分：材料的热力学与动力学 (Thermodynamics and Kinetics of Materials) 本部分聚焦于材料相变过程的驱动力和速率。 4. 材料的热力学基础： 涵盖了吉布斯自由能、相图构建原理，如单组元和二元相图的解读（杠杆原理、冷却曲线分析）。着重分析了合金固溶、析出等相变的驱动力。 5. 扩散现象与相变动力学： 详细阐述了Fick定律在材料体系中的应用，讨论了扩散的机制（间隙扩散、替换扩散）和影响因素（温度、晶体缺陷）。对形核与长大理论进行了深入介绍，为理解热处理过程提供了理论支撑。 第三部分：结构导向的性能控制 (Structure-Property Relationship) 这是本书的核心，连接微观结构与宏观性能的桥梁。 6. 金属材料的塑性与断裂力学： 详述了位错在剪切和滑移过程中的行为，解释了加工硬化、回复和再结晶等热机械过程。引入了经典的断裂力学概念（如应力强度因子、韧性），并探讨了疲劳和蠕变的长寿命预测模型。 7. 陶瓷材料的特性与结构控制： 聚焦于陶瓷材料的高硬度、高熔点和低导电性，分析了离子键和共价键在其中起的作用。详细讨论了陶瓷的烧结过程、晶界结构对电学和力学性能的影响，以及玻璃-陶瓷材料的特殊性。 8. 高分子材料的结构与粘弹性： 区别于传统的无机材料，本章强调了高分子链的构象、缠结和分子量分布对玻璃化转变、熔点和力学响应的影响。引入了粘弹性本构方程和蠕变恢复的分析方法。 9. 复合材料的设计原理： 介绍了纤维增强、颗粒增强和层状复合材料的力学性能预测模型（如混合律）。重点讨论了界面（Interphase）在传递载荷和决定整体性能中的关键作用。 第四部分：功能材料的特性与应用 (Functional Materials) 本部分转向对现代高新技术至关重要的功能性材料。 10. 电学与磁学材料： 阐述了导体、半导体和绝缘体的能带理论，并深入探讨了掺杂对半导体导电性的影响。在磁学方面，区分了顺磁、抗磁、铁磁和反铁磁性，并详细分析了磁畴结构、磁滞回线和磁记录技术。 11. 光学材料与光电子学： 讨论了材料对光的吸收、散射和透射机制，涉及折射率、色散和非线性光学效应。重点介绍了发光二极管（LED）和激光材料中的能级跃迁。 12. 能源材料前沿： 涵盖了电池中的电极材料（锂离子电池正负极材料的结构要求）、燃料电池催化剂的载体材料，以及光伏效应在太阳能电池中的应用机理。 第五部分：材料的制备、表征与加工 (Processing and Characterization) 强调了理论指导下的材料工程实践。 13. 材料的制备技术： 涵盖了从基础的熔炼、铸造，到粉末冶金、薄膜沉积（如PVD, CVD）等先进的制备工艺。强调不同制备路径对最终材料微观结构的影响。 14. 结构表征技术： 详细介绍了现代材料分析的关键工具，包括X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于微观形貌和晶体学分析，以及能谱分析（EDS/EELS）用于元素成分鉴定。 15. 表面工程与材料改性： 讨论了涂层技术、热处理、离子注入等手段如何实现材料表面的强化、耐腐蚀或功能化。 三、本书的特色与优势 1. 跨学科的综合性： 本书深度融合了热力学、动力学、固态物理、化学键合理论，构建了一个完整的材料科学知识体系，而非孤立地介绍各类材料。 2. 强调结构-性能-加工的三角关系： 全书始终贯穿着一个核心思想：材料的最终性能（Property）取决于其微观结构（Structure），而结构又受制于加工和制备过程（Processing）。 3. 丰富的案例分析： 章节后配有“工业应用聚焦”栏目，引入了航空航天用镍基高温合金、生物相容性植入材料、新型半导体异质结等实例，使理论知识更贴近实际工程挑战。 4. 严谨的数学推导与清晰的图示： 必要的公式推导清晰完整，同时辅以大量高质量的示意图、相图和显微照片，以增强读者的直观理解和空间想象能力。 总结： 《现代材料科学导论》旨在成为材料科学领域学习者的坚实起点和深入研究的可靠参考。它不仅教会读者“是什么”，更重要的是解释了“为什么”以及“如何控制”，为培养下一代材料工程师和科学家提供了必要的理论基础和工程视野。

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从一个资深教育研究者的角度来看待这本书，我发现它在理论基础的扎实性上做得非常出色。它并没有回避教育心理学和认知负荷理论的深度探讨，而是将其巧妙地融入到教学策略的构建中。这本书的价值在于，它成功地搭建了“理论”与“一线实践”之间的高速公路，避免了许多教育著作中常见的“两张皮”现象。尤其是在评价体系的设计上，书中给出的建议非常具有前瞻性，强调形成性评价在微格教学循环中的核心地位，反对那种僵硬的、终结性的分数考核。它鼓励教师成为学习过程的“诊断师”，而不是简单的“裁判员”。这种视角上的转变，对于提升整体教学质量具有深远的意义。我认为，这本书的出版，标志着国内化学教育领域在精细化教学探索上的一个重要里程碑。

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这本书的阅读体验非常流畅，文笔老练，逻辑清晰，让人忍不住一口气读完。它对于如何处理课堂中的“意外情况”也着墨不少，这一点非常贴合实际。化学课堂上总会有预料之外的学生反应或实验失误，这本书没有回避这些“不完美”，反而提供了成熟的应对策略，让老师们在压力下也能保持教学的有效性。特别是关于如何利用技术手段（比如录像回放和同行互评）来解构和优化自己的教学行为，这部分的介绍既具体又具有操作性。它不仅仅是教你如何教化学，更是在塑造一种积极、反思性的教师职业态度。看完这本书，我最大的感受是，教学不再是一个经验的简单重复，而是一门可以通过科学方法不断精进的、精密的艺术。它为我打开了一扇窗，让我看到了化学教学的无限可能性。

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最近读到一本关于【化学微格教学】的书，真的让我对教学方法有了全新的认识。这本书的叙述方式非常生动，不像传统教材那样枯燥乏味，而是充满了对教学实践的深入思考。作者似乎非常擅长将复杂的化学概念拆解成一个个易于理解的小单元，这种“微格”的理念贯穿始终。我特别欣赏它在案例分析上的深度。书中提供了大量的真实课堂情景，然后详细剖析了在这些场景下，如何运用微格教学法来引导学生思考和解决问题。这对我来说非常有启发性，尤其是对于那些在传统课堂中感到吃力的学生群体，这种精细化的教学设计简直是福音。它不仅仅是告诉你“该怎么做”，更重要的是告诉你“为什么这样做有效”，从背后的认知科学原理到具体的课堂操作，都做了详尽的阐述。读完后，我感觉自己像是完成了一次高强度的教学技能训练营，收获满满。

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说实话，一开始我对“微格”这个词还有些疑虑，觉得会不会把教学切得太碎，反而失去了整体性和连贯性。然而，这本书彻底打消了我的顾虑。作者通过精心编排的教学序列，展示了如何将这些“微小”的教学片段有机地串联起来，形成一个完整且富有逻辑的学习链条。我特别喜欢它对课堂互动的分析。书中用了大量的篇幅来解析教师提问的艺术——如何用一个恰到好处的问题，激发学生的深层思考，并确保反馈的及时性和有效性。书中提供的那些“脚本”和“反思日志”模板，对于初入职场的年轻教师来说，简直是救命稻草。它提供了一个可复制、可迭代的改进模型，让教学的改进不再是凭感觉，而是基于证据和结构化的反思。阅读过程中，我仿佛能听到作者在耳边低语，耐心指导我如何雕琢每一个教学瞬间。

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这本书给我的感觉是，它不是那种只会空谈理论的教学指南，而是脚踏实地的“工具箱”。它清晰地描绘了一种结构化的教学框架，让老师们能够系统地规划每一节课的教学活动。我印象最深的是关于“概念建构”那一章，作者提出了一种非常巧妙的路径，引导学生从日常经验过渡到抽象的化学模型。这种循序渐进的设计，极大地减少了学生在面对新知识时的认知负荷。而且，书中对不同知识点的处理方式也展现出极大的灵活性，并非一成不变的套路。比如，对于化学平衡这种复杂概念，它提供的教学片段设计就比处理酸碱滴定要精细得多，充分体现了因材施教的原则。我甚至忍不住在自己的备课中尝试应用书中的一些小技巧，效果立竿见影，学生们的参与度明显提高了，那些曾经被认为是“难点”的部分，现在看来也变得触手可及了。

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