材料學專業(yè)材料科學基礎教學改革初探
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【摘要】 文章從分析材料學專業(yè)材料科學基礎教學中存在的問題,結(jié)合筆者對材料科學基礎教學的經(jīng)驗,闡述了高等院校材料學專業(yè)材料科學基礎改革的必要性,并對教學內(nèi)容、教學方法等方面的改革進行了探討。
【關(guān)鍵詞】 材料學;材料科學基礎;教學改革
材料是人類生存和發(fā)展的基礎?？v觀人類利用材料的歷史,可以清楚地看到,每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用,都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平,給社會生產(chǎn)力和人類生活帶來巨大的變化,把人類物質(zhì)文明和精神文明向前推進一步?？梢哉f沒有半導體材料的開發(fā)和工業(yè)生產(chǎn),便不可能有目前的計算機技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)革命;沒有現(xiàn)代的高溫高強度結(jié)構(gòu)材料,便沒有今天的宇航科技;沒有低損耗的光導纖維,便不會出現(xiàn)光纖維的長距離傳輸,也無當前的光通信可言。高等院校深刻感受到材料對社會影響的方方面面,深刻認識到現(xiàn)代社會對材料學方面人才的需求。
我國各大高校紛紛設立了材料學院,并建立健全了材料學方面各類培養(yǎng)課程。材料科學基礎是材料學專業(yè)學生必修的專業(yè)基礎課。通過材料科學基礎課程的學習, 可使學生掌握材料科學基礎領(lǐng)域的基本理論知識和實驗操作技能,以利于學生學習材料學專業(yè)的后續(xù)課程。[1-6]本論文通過分析材料學專業(yè)材料科學基礎課程教學中存在的問題,闡明了材料學專業(yè)進行材料科學基礎教學改革的必要性,并結(jié)合本人講授材料科學基礎過程中的體會,初步探討了如何提高材料科學基礎的教學效果,并對教學內(nèi)容,教學方法等方面的改革進行了探討。
1.材料學專業(yè)材料科學基礎教學改革的必要性
隨著現(xiàn)代社會對材料學人才的大量需求,材料學專業(yè)已逐步成為全國各大高校重要的組成部分,但由于專業(yè)的性質(zhì),材料學專業(yè)也是高校中最難學習的專業(yè)之一。要成為一個材料學專業(yè)合格的本科畢業(yè)生,既要具備化學方面的基礎,又要物理方面的基礎,還要掌握材料化學,材料物理等材料專業(yè)的知識。但由于學生大學學習的時間是有限的,這就造成材料學專業(yè)課程設置時,存在“課時緊,任務重” 的問題。以材料科學基礎為例,材料學專業(yè)材料科學基礎授課時間一般不少于120學時,而縱觀全國各大高校材料學專業(yè),材料科學基礎通常為54學時,個別為72學時,且大多沒有實驗。這并不意味著材料學專業(yè)對材料科學基礎的要求低,而是由于材料學專業(yè)課程多、學時緊等原因?qū)е碌臒o奈之舉。材料科學基礎學時少造成學生對材料科學基礎的知識掌握膚淺,很難真正體會材料科學基礎的本質(zhì),同時也影響了后續(xù)材料學專業(yè)課的學習。另外,不設材料科學基礎實驗,學生的動手能力得不到鍛煉,在進行后續(xù)課程時沒有任何基礎,從而影響了其它材料學專業(yè)實驗的順利進行?？傊?材料學專業(yè)材料科學基礎教學存在的諸多弊端已嚴重地影響了材料學專業(yè)學生的正常學習,因此,材料學專業(yè)材料科學基礎教學改革勢在必行。
2.材料科學基礎的課程內(nèi)容和特點
材料科學基礎是一門古老又新興的課程,它是一門理論性強,內(nèi)容豐富,掌握起來有相當難度的課程。同時,它也是一門重視實驗,能夠培養(yǎng)學生動手能力的課程。具體來講,材料科學基礎主要內(nèi)容分為三大模塊:第一模塊為晶體結(jié)構(gòu)和缺陷,包括各種晶體的空間結(jié)構(gòu)、可能出現(xiàn)的各種缺陷及缺陷的表示法。本模塊內(nèi)容約占總學時的25%～35%;第二模塊為原子及分子運動、材料的變形和再結(jié)晶,本模塊內(nèi)容約占總學時的45%～55%;第三模塊為單元及多元相圖,包括晶體的凝固和相圖的關(guān)系、相圖的分析等,本模塊內(nèi)容約占總學時的15%～25%。分析各模塊的主要內(nèi)容,可以提煉出材料科學基礎主要包括晶體的結(jié)構(gòu)及表示方法。[7-9]
3.材料學專業(yè)材料科學基礎課程改革研究
3.1 教學內(nèi)容改革
根據(jù)材料科學基礎的主要內(nèi)容和課程特點,結(jié)合材料學專業(yè)對材料科學基礎的要求,我們對材料科學基礎教學內(nèi)容主要進行了如下改革:“精簡內(nèi)容,把握重點,強調(diào)相關(guān)。”材料科學基礎經(jīng)過上百年的發(fā)展,內(nèi)容已經(jīng)相當豐富,而且還在不斷更新。如此龐大的內(nèi)容僅僅通過短短的54學時或者72學時來順利完成全部教學內(nèi)容幾乎是不可能的,因此,精簡教學內(nèi)容是材料科學基礎教學必須進行的環(huán)節(jié)。針對材\料學專業(yè)的特點和材料學專業(yè)對材料科學基礎的要求,并考慮到材料學專業(yè)材料科學基礎沒有實驗的實際情況,我們對這三大模塊進行了以下改革:首先,精簡第三模塊的內(nèi)容,使其僅占總學時的5%,同時在第三模塊中加入15%的實驗內(nèi)容,從而使學生掌握基本的實驗操作;其次,把握第一模塊的內(nèi)容,第一模塊為材料科學基礎基礎知識和基本理論,是材料科學基礎學習的重點,這部分的學習可以使學生初步了解材料科學基礎的本質(zhì),同時在第一模塊增加材料科學基礎的X衍射、透射電鏡等基本的表征手段的學習,這部分內(nèi)容達到總學時的40%;最后,強調(diào)第二模塊中與材料學專業(yè)相關(guān)的材料科學基礎內(nèi)容, 占總學時的40%。第二模塊的內(nèi)容非常繁多,我們通過學習原子和分子的運動規(guī)律、材料的形變及再結(jié)晶規(guī)律,使學生能熟練掌握與材料學專業(yè)有關(guān)的材料科學基礎知識,為后續(xù)材料學專業(yè)學習打下基礎。
3.2 教學方法改革
材料科學基礎是一門看似簡單,但掌握起來卻有相當難度的課程。在教學過程中必須盡快讓學生掌握材料科學基礎的學習方式,跟上上課節(jié)奏,學生才能有效地掌握這門課程。這就要求在教學過程中必須改革傳統(tǒng)的灌輸式教學方法。在教學實踐中通過借鑒前人的經(jīng)驗和總結(jié)自己的教學過程中的教訓,在教學方法上主要做了以下改革:(1)通過現(xiàn)實的例子,引發(fā)學生學習材料科學基礎的興趣。針對材料是科技的基礎這特點,通過材料的突破實現(xiàn)國家的科技發(fā)展的例子,增加學生學習材料科學基礎的興趣。同時,介紹材料科學基礎與材料學專業(yè)其他課程的關(guān)系,使學生了解材料科學基礎對其專業(yè)學習的重要性,引起學生對材料科學基礎學習的高度重視。比如講到晶體結(jié)構(gòu)和由于摻雜引起的缺陷內(nèi)容時,可以介紹當前高科技領(lǐng)域的發(fā)展基本都是通過摻雜引起材料能帶發(fā)生變化的特點,激勵同學們努力學習好這門大部分高科技所需要的基礎知識,為將來祖國的發(fā)展作出自己的貢獻;同時介紹材料學專業(yè)方面的所有專業(yè)課或多或少的與這們課有關(guān)聯(lián)的特點,使學生了解材料科學基礎對其專業(yè)學習的重要性。(2)以晶體結(jié)構(gòu)為主線,引導學生深刻理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的原理。為了讓學生更好地掌握晶體的結(jié)構(gòu)缺陷和性質(zhì)的關(guān)系,如必須使學生真正理解什么是位錯運動,實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯是什么樣子。(3)通過課本目錄,幫助學生學會總結(jié),比較,歸納。材料科學基礎內(nèi)容瑣碎繁多,在學習過程中,必須及時總結(jié),比較和歸納,才能將材料科學基礎的內(nèi)容形成整體,不致前面學的很快就忘記,影響后面內(nèi)容的學習。在教學過程中,針對學生在長期學習過程中不看目錄的缺點,我們強調(diào)了目錄的作用。比如學習完一章后引導學生根據(jù)目錄回憶本章主要內(nèi)容,象本章包括幾節(jié),每節(jié)主要講了什么主要內(nèi)容,其中重點是什么等。然后引導學生比較這一章與前面幾章的聯(lián)系和區(qū)別。最后,分析學過的內(nèi)容,總結(jié)和歸納出要掌握的主要內(nèi)容。(4)逐步引導,培養(yǎng)學生自學。大學教學的一個很重要的任務就是教會學生自學,學生在學習材料科學基礎的過程中對于晶體的結(jié)構(gòu)和三元相圖,掌握起來具有較大難度,需要老師講解,但對于原子結(jié)構(gòu)和鍵合相對簡單,可以通過在老師引導下,學生自學的方式掌握。這既節(jié)約了學習時間,又有效地鍛煉了學生的自學能力。(5)通過做凝固和晶體結(jié)構(gòu)分析實驗使學生對書本上學的凝固原理和晶體結(jié)構(gòu)缺陷有更深入的了解,如讓同學門把鐵碳合金熔化后澆注在砂型腔里鑄造成鋼錠,研究是凝固原理對其結(jié)構(gòu)的影響,然后把凝固后的鋼錠用XRD(X射線衍射),研究其晶體結(jié)構(gòu)和晶體缺陷,同時把鋼錠磨平后在顯微鏡下研究其晶相,找出成分中的馬氏體等晶相組織,與書上的相圖對比,加深對書本上知識的理解。
3.3 考試方式改革
課程成績的考核是課程的重要內(nèi)容,考核方式對教學效果有很大的指導作用。針對材料科學基礎的特點和主要內(nèi)容,我們將材料科學基礎的考試方式分為三塊,一是傳統(tǒng)的閉卷考試,占總成績的60%,二是平時成績,主要是作業(yè)完成情況和每章主要內(nèi)容總結(jié)等,占20%,三是實驗情況,在學生的實際操作中,考察學生的動手能力,以及通過實驗考察學生對課本內(nèi)容的理解能力占20%。其中在閉卷考試中,我們強調(diào)了課本的基本知識,同時,有相當數(shù)量的綜合題主要考察學生對所學的內(nèi)容的綜合應用情況,而概念題則考察學生對材料科學基礎結(jié)構(gòu)和本質(zhì)的理解情況。
4.結(jié)論
通過以上教學改革探索,激發(fā)了學生學習材料科學基礎的興趣,加深了學生對材料科學基礎這門課的理解,為后續(xù)的材料學專業(yè)的課程學習打下了堅實的基礎。?
參考文獻?
1 張莉芹.“材料科學基礎”多媒體教學淺析[J].中國冶金教育,2008,5:58-59.?
2 張建新. 《材料科學基礎》本科教學的改革與實踐[J].科技信息,2009,21:114-115.?
3 王小槐,張照軍.《材料科學基礎 綜合設計型實驗教學的探索[J].實驗室研究與探索,2004,23(1):62-64.?
4 杜雙明.材料科學基礎課程教學質(zhì)量保障系統(tǒng)[J]. 技術(shù)與創(chuàng)新管理,2008,29(6):649-651.?
5 付猛,沈榕.論材料科學基礎課程建設的基本原則[J].時代教育,2008,10:44-45.?
6 王章忠, 張祖鳳, 巴志新. 應用型本科《材料科學基礎>>課程建設與改革[J]. 南京工程學院學報(社會科學版),2005,5(2):65-66?
7 胡賡祥,蔡珣.材料科學基礎[M].上海:上海交通大學出版社,2002.?
8 陶杰,姚正軍,薛烽.材料科學基礎[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.?
9 齊義輝,韓萍. “材料科學基礎”課程的教學改革與實踐 [J].遼寧工學院學報,2007,19(2):138-139.
【關(guān)鍵詞】 材料學;材料科學基礎;教學改革
材料是人類生存和發(fā)展的基礎?？v觀人類利用材料的歷史,可以清楚地看到,每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和利用,都會把人類支配和改造自然的能力提高到一個新的水平,給社會生產(chǎn)力和人類生活帶來巨大的變化,把人類物質(zhì)文明和精神文明向前推進一步?？梢哉f沒有半導體材料的開發(fā)和工業(yè)生產(chǎn),便不可能有目前的計算機技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)革命;沒有現(xiàn)代的高溫高強度結(jié)構(gòu)材料,便沒有今天的宇航科技;沒有低損耗的光導纖維,便不會出現(xiàn)光纖維的長距離傳輸,也無當前的光通信可言。高等院校深刻感受到材料對社會影響的方方面面,深刻認識到現(xiàn)代社會對材料學方面人才的需求。
我國各大高校紛紛設立了材料學院,并建立健全了材料學方面各類培養(yǎng)課程。材料科學基礎是材料學專業(yè)學生必修的專業(yè)基礎課。通過材料科學基礎課程的學習, 可使學生掌握材料科學基礎領(lǐng)域的基本理論知識和實驗操作技能,以利于學生學習材料學專業(yè)的后續(xù)課程。[1-6]本論文通過分析材料學專業(yè)材料科學基礎課程教學中存在的問題,闡明了材料學專業(yè)進行材料科學基礎教學改革的必要性,并結(jié)合本人講授材料科學基礎過程中的體會,初步探討了如何提高材料科學基礎的教學效果,并對教學內(nèi)容,教學方法等方面的改革進行了探討。
1.材料學專業(yè)材料科學基礎教學改革的必要性
隨著現(xiàn)代社會對材料學人才的大量需求,材料學專業(yè)已逐步成為全國各大高校重要的組成部分,但由于專業(yè)的性質(zhì),材料學專業(yè)也是高校中最難學習的專業(yè)之一。要成為一個材料學專業(yè)合格的本科畢業(yè)生,既要具備化學方面的基礎,又要物理方面的基礎,還要掌握材料化學,材料物理等材料專業(yè)的知識。但由于學生大學學習的時間是有限的,這就造成材料學專業(yè)課程設置時,存在“課時緊,任務重” 的問題。以材料科學基礎為例,材料學專業(yè)材料科學基礎授課時間一般不少于120學時,而縱觀全國各大高校材料學專業(yè),材料科學基礎通常為54學時,個別為72學時,且大多沒有實驗。這并不意味著材料學專業(yè)對材料科學基礎的要求低,而是由于材料學專業(yè)課程多、學時緊等原因?qū)е碌臒o奈之舉。材料科學基礎學時少造成學生對材料科學基礎的知識掌握膚淺,很難真正體會材料科學基礎的本質(zhì),同時也影響了后續(xù)材料學專業(yè)課的學習。另外,不設材料科學基礎實驗,學生的動手能力得不到鍛煉,在進行后續(xù)課程時沒有任何基礎,從而影響了其它材料學專業(yè)實驗的順利進行?？傊?材料學專業(yè)材料科學基礎教學存在的諸多弊端已嚴重地影響了材料學專業(yè)學生的正常學習,因此,材料學專業(yè)材料科學基礎教學改革勢在必行。
2.材料科學基礎的課程內(nèi)容和特點
材料科學基礎是一門古老又新興的課程,它是一門理論性強,內(nèi)容豐富,掌握起來有相當難度的課程。同時,它也是一門重視實驗,能夠培養(yǎng)學生動手能力的課程。具體來講,材料科學基礎主要內(nèi)容分為三大模塊:第一模塊為晶體結(jié)構(gòu)和缺陷,包括各種晶體的空間結(jié)構(gòu)、可能出現(xiàn)的各種缺陷及缺陷的表示法。本模塊內(nèi)容約占總學時的25%～35%;第二模塊為原子及分子運動、材料的變形和再結(jié)晶,本模塊內(nèi)容約占總學時的45%～55%;第三模塊為單元及多元相圖,包括晶體的凝固和相圖的關(guān)系、相圖的分析等,本模塊內(nèi)容約占總學時的15%～25%。分析各模塊的主要內(nèi)容,可以提煉出材料科學基礎主要包括晶體的結(jié)構(gòu)及表示方法。[7-9]
3.材料學專業(yè)材料科學基礎課程改革研究
3.1 教學內(nèi)容改革
根據(jù)材料科學基礎的主要內(nèi)容和課程特點,結(jié)合材料學專業(yè)對材料科學基礎的要求,我們對材料科學基礎教學內(nèi)容主要進行了如下改革:“精簡內(nèi)容,把握重點,強調(diào)相關(guān)。”材料科學基礎經(jīng)過上百年的發(fā)展,內(nèi)容已經(jīng)相當豐富,而且還在不斷更新。如此龐大的內(nèi)容僅僅通過短短的54學時或者72學時來順利完成全部教學內(nèi)容幾乎是不可能的,因此,精簡教學內(nèi)容是材料科學基礎教學必須進行的環(huán)節(jié)。針對材\料學專業(yè)的特點和材料學專業(yè)對材料科學基礎的要求,并考慮到材料學專業(yè)材料科學基礎沒有實驗的實際情況,我們對這三大模塊進行了以下改革:首先,精簡第三模塊的內(nèi)容,使其僅占總學時的5%,同時在第三模塊中加入15%的實驗內(nèi)容,從而使學生掌握基本的實驗操作;其次,把握第一模塊的內(nèi)容,第一模塊為材料科學基礎基礎知識和基本理論,是材料科學基礎學習的重點,這部分的學習可以使學生初步了解材料科學基礎的本質(zhì),同時在第一模塊增加材料科學基礎的X衍射、透射電鏡等基本的表征手段的學習,這部分內(nèi)容達到總學時的40%;最后,強調(diào)第二模塊中與材料學專業(yè)相關(guān)的材料科學基礎內(nèi)容, 占總學時的40%。第二模塊的內(nèi)容非常繁多,我們通過學習原子和分子的運動規(guī)律、材料的形變及再結(jié)晶規(guī)律,使學生能熟練掌握與材料學專業(yè)有關(guān)的材料科學基礎知識,為后續(xù)材料學專業(yè)學習打下基礎。
3.2 教學方法改革
材料科學基礎是一門看似簡單,但掌握起來卻有相當難度的課程。在教學過程中必須盡快讓學生掌握材料科學基礎的學習方式,跟上上課節(jié)奏,學生才能有效地掌握這門課程。這就要求在教學過程中必須改革傳統(tǒng)的灌輸式教學方法。在教學實踐中通過借鑒前人的經(jīng)驗和總結(jié)自己的教學過程中的教訓,在教學方法上主要做了以下改革:(1)通過現(xiàn)實的例子,引發(fā)學生學習材料科學基礎的興趣。針對材料是科技的基礎這特點,通過材料的突破實現(xiàn)國家的科技發(fā)展的例子,增加學生學習材料科學基礎的興趣。同時,介紹材料科學基礎與材料學專業(yè)其他課程的關(guān)系,使學生了解材料科學基礎對其專業(yè)學習的重要性,引起學生對材料科學基礎學習的高度重視。比如講到晶體結(jié)構(gòu)和由于摻雜引起的缺陷內(nèi)容時,可以介紹當前高科技領(lǐng)域的發(fā)展基本都是通過摻雜引起材料能帶發(fā)生變化的特點,激勵同學們努力學習好這門大部分高科技所需要的基礎知識,為將來祖國的發(fā)展作出自己的貢獻;同時介紹材料學專業(yè)方面的所有專業(yè)課或多或少的與這們課有關(guān)聯(lián)的特點,使學生了解材料科學基礎對其專業(yè)學習的重要性。(2)以晶體結(jié)構(gòu)為主線,引導學生深刻理解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的原理。為了讓學生更好地掌握晶體的結(jié)構(gòu)缺陷和性質(zhì)的關(guān)系,如必須使學生真正理解什么是位錯運動,實際晶體結(jié)構(gòu)中的位錯是什么樣子。(3)通過課本目錄,幫助學生學會總結(jié),比較,歸納。材料科學基礎內(nèi)容瑣碎繁多,在學習過程中,必須及時總結(jié),比較和歸納,才能將材料科學基礎的內(nèi)容形成整體,不致前面學的很快就忘記,影響后面內(nèi)容的學習。在教學過程中,針對學生在長期學習過程中不看目錄的缺點,我們強調(diào)了目錄的作用。比如學習完一章后引導學生根據(jù)目錄回憶本章主要內(nèi)容,象本章包括幾節(jié),每節(jié)主要講了什么主要內(nèi)容,其中重點是什么等。然后引導學生比較這一章與前面幾章的聯(lián)系和區(qū)別。最后,分析學過的內(nèi)容,總結(jié)和歸納出要掌握的主要內(nèi)容。(4)逐步引導,培養(yǎng)學生自學。大學教學的一個很重要的任務就是教會學生自學,學生在學習材料科學基礎的過程中對于晶體的結(jié)構(gòu)和三元相圖,掌握起來具有較大難度,需要老師講解,但對于原子結(jié)構(gòu)和鍵合相對簡單,可以通過在老師引導下,學生自學的方式掌握。這既節(jié)約了學習時間,又有效地鍛煉了學生的自學能力。(5)通過做凝固和晶體結(jié)構(gòu)分析實驗使學生對書本上學的凝固原理和晶體結(jié)構(gòu)缺陷有更深入的了解,如讓同學門把鐵碳合金熔化后澆注在砂型腔里鑄造成鋼錠,研究是凝固原理對其結(jié)構(gòu)的影響,然后把凝固后的鋼錠用XRD(X射線衍射),研究其晶體結(jié)構(gòu)和晶體缺陷,同時把鋼錠磨平后在顯微鏡下研究其晶相,找出成分中的馬氏體等晶相組織,與書上的相圖對比,加深對書本上知識的理解。
3.3 考試方式改革
課程成績的考核是課程的重要內(nèi)容,考核方式對教學效果有很大的指導作用。針對材料科學基礎的特點和主要內(nèi)容,我們將材料科學基礎的考試方式分為三塊,一是傳統(tǒng)的閉卷考試,占總成績的60%,二是平時成績,主要是作業(yè)完成情況和每章主要內(nèi)容總結(jié)等,占20%,三是實驗情況,在學生的實際操作中,考察學生的動手能力,以及通過實驗考察學生對課本內(nèi)容的理解能力占20%。其中在閉卷考試中,我們強調(diào)了課本的基本知識,同時,有相當數(shù)量的綜合題主要考察學生對所學的內(nèi)容的綜合應用情況,而概念題則考察學生對材料科學基礎結(jié)構(gòu)和本質(zhì)的理解情況。
4.結(jié)論
通過以上教學改革探索,激發(fā)了學生學習材料科學基礎的興趣,加深了學生對材料科學基礎這門課的理解,為后續(xù)的材料學專業(yè)的課程學習打下了堅實的基礎。?
參考文獻?
1 張莉芹.“材料科學基礎”多媒體教學淺析[J].中國冶金教育,2008,5:58-59.?
2 張建新. 《材料科學基礎》本科教學的改革與實踐[J].科技信息,2009,21:114-115.?
3 王小槐,張照軍.《材料科學基礎 綜合設計型實驗教學的探索[J].實驗室研究與探索,2004,23(1):62-64.?
4 杜雙明.材料科學基礎課程教學質(zhì)量保障系統(tǒng)[J]. 技術(shù)與創(chuàng)新管理,2008,29(6):649-651.?
5 付猛,沈榕.論材料科學基礎課程建設的基本原則[J].時代教育,2008,10:44-45.?
6 王章忠, 張祖鳳, 巴志新. 應用型本科《材料科學基礎>>課程建設與改革[J]. 南京工程學院學報(社會科學版),2005,5(2):65-66?
7 胡賡祥,蔡珣.材料科學基礎[M].上海:上海交通大學出版社,2002.?
8 陶杰,姚正軍,薛烽.材料科學基礎[M].北京:化學工業(yè)出版社,2006.?
9 齊義輝,韓萍. “材料科學基礎”課程的教學改革與實踐 [J].遼寧工學院學報,2007,19(2):138-139.