化学与材料论文范文

2022-05-13

要写好一篇逻辑清晰的论文,离不开文献资料的查阅,小编为大家找来了《化学与材料论文范文(精选3篇)》,仅供参考,大家一起来看看吧。摘要:结合材料物理专业的专业特色及材料物理化学课程的特点与定位,以及社会发展及高等工程教育对材料物理专业人才培养的要求,对材料物理化学课程进行了教学内容及教学方法的改革,取得了良好效果。

第一篇:化学与材料论文范文

材料物理与化学专业基础化学实验教学方法的探索

摘要:以大学本科材料物理与化学专业的基础化学实验教学为研究对象,结合近几年的教学经验,简要分析目前学生在实验课程中存在的普遍问题。重点研究非化学专业学生化学实验教学中采用的教学方式,简要探讨提高教学质量,增加学习效率的方法,旨在通过学习兴趣与实验技能的改进与完善,进一步提高基础化学实验的教学质量。

关键词:大学;基础化学实验;教学方法

基础化学实验教学是化学课程的重要环节,是材料物理与化学专业学生的一门必修实验课。在本学院的课程安排中,基础化学实验是本科二年级学生在系统学习基础化学知识后开设的首门化学实验课。通过此课程的学习,使学生加强对化学基础理论知识的理解与运用,训练学生的操作技能、培养学生的学习兴趣和严谨的科研作风。然而,通过仅有的一门实验课来全面掌握化学实验的各方面知识具有很大的难度。普遍存在的问题是:在不能保证学生学习兴趣的前提下无法达到预期的教学效果。因此,借助对教学策略以及教学方式的合理优化,提高基础化学实验的时效性具有重要的研究意义。本文作者结合近几年来在基础化学实验教学中的经验,分析实验课程教学过程中存在的问题及学科现状,探索提高基础化学实验教学效率的新方法与新策略。

一、材料物理与化学专业基础化学实验课现状分析

1.学生学习兴趣不浓,投入精力不足。化学是一门实验科学,化学基础理论与规律都源于化学实验的总结,离开了实验也就谈不上化学。然而,化学相关课程在材料物理与化学专业中所有必修课程中占有的学时比例较低。对大部分学生而言,在有限的学时里很难对化学实验课产生浓厚的学习兴趣。即使部分学生在高中阶段对化学学科产生了浓厚的学习兴趣,目前开设的几门化学实验课无法满足他们对化学相关知识的学习,久而久之学习兴趣也逐渐降低。与其他专业课程一样,学习兴趣是掌握相关基础知识和理论的前提,是提高学习效率的重要方法之一。因此,提高基础化学实验时效性首先要解决的问题是提高学生的学习兴趣。

2.具体实验内容与基础理论知识联系性较差,无法运用基础理论解决实验中遇到的问题。基础化学实验是化学理论的实际应用与具体体现,每一个化学实验都有完整的化学理论或者化学反应机理相匹配。基础化学实验的设计思路就是通过一系列实验操作和实验结果的整理与分析,验证基础化学理论中的某一知识点。一般来说,学生应该熟练掌握化学理论基础知识,并能用学到的化学基础知识去解释实验现象和对实验结果做出预判。然而,在实验过程中发现很多学生没有很好地掌握理论知识,对实验中每一个步骤操作的目的性半知半解,只能按照实验讲义机械地完成实验。基础化学实验的目的之一是让学生通过观察实验现象,直接获取大量的化学事实,加深对基本理论和概念的理解,并进一步用于指导实验。如果能够将学习到的化学基础知识运用到具体的化学实验操作中,对提高基础化学实验的时效性具有重要的意义。

3.实验操作规范性差,导致实验结果与理论数据偏差较大。实验操作的规范性是基础化学实验顺利完成的前提,不规范的操作会造成实验结果的偏差,甚至可能无法保证实验顺利进行。在具体的实验过程中,有些学生因为对实验仪器的使用不熟练,使得他们在具体的实验过程中,操作不规范,实验结果偏差很大。以“溶液的配制与酸碱滴定”为例,由于移取液体的体积偏差较大,导致最后多次滴定数据均不能在误差允许范围内,实验结果误差很大。基础化学实验的目的之一是让学生通过严格的实验操作训练,较规范地掌握基本操作技术,正确使用各类仪器,培养独立操作能力。而在实际的实验教学过程中发现,目前学生在实验规范性操作方面还有待进一步提高。

二、探索教学新方法,提高基础化学实验时效性

为了能够实现基础化学实验的学习目的,需要针对上述问题,调整教学方法。本文作者结合近几年在基础化学实验教学中积累的经验,探索几种提高教学时效性的方法。

1.探索应用实例式教学方法,提高学生对基础化学实验的学习兴趣。应用实例式教学方法是指在实验课中,添加一些与日常生活相关的实例,提高学生的学习兴趣。学生兴趣低,一方面是其对实验课程熟悉程度不够,只能机械地按照实验步骤完成实验;另一方面是对实验的具体内容不感兴趣,无法调动学习热情。针对这一问题,可以在具体的实验教学中,添加一些能够引起学生兴趣的内容,或者适当地将具体的实验内容与日常生活中的某些现象联系,提高学生对实验的关注度,进而提高实验课程的时效性。例如,汽车雨刷器使用的玻璃水采用添加醇类分子降低凝固点的方法,使得玻璃水在冬天-40℃以上都可以使用。通过日常生活中的应用实例,再加上从理论方面进一步的介绍相关内容,会在很大程度上提高基础化学实验教学的时效性。

2.探索讨论式教学方法,加强对基础化学实验与基础化学知识的联系。讨论式教学是指在基础化学实验课程中,针对某一具体的实验操作、实验现象或者相关基础理论知识,教师与学生共同开展深入的研究与讨论。学生在这一过程中可对已学过的化学基础知识进行梳理,同时又可以提升对化学实验的理解。尽管讨论式教学方法在基础化学实验中得到了教师的普遍采用,但是目前仍旧以教师讲授为主,只有少数学生参与,而大部分学生没有参与到讨论过程中。在实际教学过程中,教师可以就某一实验现象设问,引导学生多发言、多讨论,尽可能让所有学生都参与到讨论中。让学生主动地回顾学过的相关知识点,分析目前实验课程中涉及到的理论知识来得到相应的结论。

3.探索拓展式教学方法,进一步提升学生的综合实验能力水平。拓展式教学方法是指在现有的基础化学实验基础上,通过引导、协助学生拓展知识水平,设计综合性更强的实验,展示与提升学生的综合实验能力。拓展式教学方法,对于基础较差的学生来说,提供了一次补充、复习和巩固基础化学知识的机会;为基础好、能力强的学生提供一次展示能力、提升实验水平的机会。通过设计性实验,使学生能自行查找资料、设计方案,动手实验、观察现象、获取数据,分析问题、解决问题,提高学生的综合素质和独立工作的能力。在拓展式教学方法中,学生设计的实验,可以是基础化学实验中某个实验的延伸,也可以是基于化学基础知识中的某个理论、公式,设计相关实验验证或者证实该理论。

4.监督学生规范实验操作,养成严谨的操作习惯。基础化学实验涉及许多操作技能,每一步操作的严格性、准确性直接影响最后的实验结果。在复杂、多步骤的实验过程中也可以培养学生认真对待实验以及未来科学研究的学术态度,因此,培养学生的实验操作习惯与传授相关化学基础知识同样重要,甚至比理论知识学习更重要。以“常压过滤和减压过滤”为例,要求学生必须按照规定操作完成实验。否则,会出现透滤等不正确的实验现象。基础化学实验的教学目的就是要培养学生实事求是的科学态度、勤奋好学的思想品质、一丝不苟的工作作风、条理整洁的实验习惯、相互协作的团队精神、勇于开拓的创新意识,为今后的科研工作奠定堅实的基础。

从教育教学体系的发展角度上说,基础化学实验课程是化学理论课的延续。要求学生既要掌握一定的基础化学知识,又要能够采用规范的实验操作完成实验。合适的教学方法对于实现教学大纲的目的,具有重要的意义。本文通过总结分析近年来基础化学实验教学中普遍存在的问题,从多个角度探讨教学方法的改进与优化,旨在提升基础化学实验教学的时效性。总而言之,本文对基础化学教学的分析与总结,希望能够为今后化学相关专业实验教学提供一定的参考与帮助。

参考文献:

[1]张国艳,朱万春.物理化学基础教学实验室的管理与建设[J].实验技术与管理,2017,34(4):235.

[2]邓鹏飞,罗由萍,吴水星.大类培养下普通化学实验教学改革初探[J].广东化工,2017,44(5):193.

[3]汪大海,付强.材料物理与化学专业综合性实验教学改革初探[J].实验室研究与探索,2011,30(1):103.

[4]黎红梅,刘静,王险峰.大一基础化学实验教学实践与总结[J].大学化学,2011,25(5):39.

作者:张海燕  张雷

第二篇:材料物理专业材料物理化学课程的定位与教学改革

摘要:结合材料物理专业的专业特色及材料物理化学课程的特点与定位,以及社会发展及高等工程教育对材料物理专业人才培养的要求,对材料物理化学课程进行了教学内容及教学方法的改革,取得了良好效果。

关键词:材料物理专业;材料物理化学;教学改革

一、材料物理专业的特色

材料物理专业是“研究各种材料特别是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律,为各种高新技术材料发展提供科学依据的应用基础学科,是理工融合的学科”[1,2]。材料物理是物理学与材料科学的一个交叉学科,主要通过各种物理技术和效应,实现材料的合成、制备、加工与应用。主要研究范围包括材料的合成、结构、性质与应用;新型材料的设计以及材料的计算机模拟等[3]。材料物理将理科的知识传授与工科的工程能力培养相结合,使传统材料工艺学与以现代物理学为基础的材料科学相融合,具有“亦工亦理,理工相融”的特点。

二、材料物理化学在材料物理专业中的作用和地位

材料物理化学是贵州大学材料物理专业本科生的学位必修课程,这门课程是从物理化学的角度研究材料科学与工程的基础理论问题,从基础的具有共性的原理及方法来论述各种材料的组成与结构、制备与合成、性能与应用的相互关系。该门课程的教学目的在于提高学生的专业知识水平,培养学生科学的思维方式和独立的创新能力,以及综合运用基础理论来解决实际问题的能力。材料物理化学是材料物理专业非常重要的专业基础课,它以高等数学、大学化学、大学物理等理论基础课程为基础。高等数学是学习物理化学的重要手段和工具,物理化学只有通过数学语言的表达才能成其为真正的科学。认识到大学物理和物理化学中热力学内容的衔接,了解大学物理中原子结构知识的介绍,协调好与大学化学中原子结构部分内容的关系,突出重点,避免重复,讲清难点,是材料物理化学教学中值得注意和认真对待的问题[4]。材料物理化学同时也是材料物理专业的后续专业课程(材料腐蚀与防护等)的基础课程。材料腐蚀与防护课程中的金属与合金的高温氧化的热力学部分,就要运用材料物理化学中诸多热力学基本知识,如△G-T平衡图和克拉佩龙方程等。材料物理化学如同一座桥梁,将材料物理专业的前期基础课与后续专业课联接起来,以完善专业知识的系统与连贯性。同时,材料物理化学作为一门重要的专业基础课,是许多高等院校研究生入学考试的必考科目。材料物理化学与材料科学与工程各专业相关的生产生活联系紧密。新材料的设计、合成以及产物性能的提高与可控自由基聚合反应中所用的新型催化剂和引发剂息息相关。在材料表面改性过程中,界面效应是起理论指导作用的。电化学在材料领域应用广泛,例如:熔盐电解法制取金属铝、多种稀土金属及其合金,金属在使用过程中的腐蚀及防护等,新型的化学传感器、燃料电池、锂离子电池的研究和生成都要用到电化学理论。而对于发展迅速的前沿材料纳米材料,如何制备具有规定尺寸和组成的纳米颗粒、测量其性质、了解它们的特殊性质与颗粒尺寸的关系等很大程度上依赖于科学测量手段和化学化工技术,这也离不开材料物理化学基本原理的指导。

三、材料物理化学的教学难点

根据在以往的教学过程中的观察与经验,材料物理化学是一门老师难教、学生难学的课程。这首先是因为材料物理化学课程与数学物理联系密切、抽象概念多、数理推导多、公式繁杂等特点。许多学生见到大段连篇的公式推导就会产生畏难心理,丧失学好该课程的信心,然后就逐渐厌学甚至放弃学习。再加上该门课程对于材料物理专业的学生来说,课时相对较少,要在有限的学时中掌握较多的内容,使得以往的教学出现点到为止,认识学习不够深入的现象[5]。该门课程的授课对象是大学二年级上学期的学生,处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期,求知欲强,精力充沛。面对这样的学生,如何有效地利用他们的求知欲,激发起学习该课程的兴趣,并针对他们的缺点,制定行之有效的方法及对策,使其通过该门课程的学习,培养起运用物理化学的方法进行科学研究和解决实际问题的能力,是值得我们教学工作者值得思考并认真对待的问题。

四、材料物理化学的教学改革

针对上述问题,为提高材料物理化学的教学质量,激发学生的学习兴趣,培养学生能力,我们对材料物理化学课程教学进行了多方面的改革。

1.教学内容上的改革。(1)教学内容与材料物理专业特色相结合。针对材料物理专业“亦工亦理,理工相融”的特点,材料物理化学的教学思想与内容安排也要做到理工相融。既要把重点放在物理化学的基础理论、基础知识、基础技能的教育上,比如要对基本概念有比较深的理解,对重要公式能够熟练掌握,对课程作业有严格的要求等,以加强学生对理论知识的认识和理解[6]。同时,教师也要认识到工程教育是材料物理专业学生培养中不可缺少的重要组成部分,要彻底改变传统物理化学教学模式下工程教育处于从属地位的状况。我们既要强调物理化学学科的理论性和科学性,又要从工程需求的实际出发进行考虑,不能重科学轻技术、重理论轻实践,不能从理论到理论,而应注重相关结论的物理意义、适用范围,注重科学理论与工程问题的结合。(2)教学内容与科研实践相结合。材料物理化学课程应积极倡导科研与教学资源共享,以科研促进教学,适时地将最前沿的科研成果渗透到教材、教学和实验中。将科研课题和教学相结合,实现科研对教学的带动作用。如能实现教学和科研的互动,这将为本科生完成毕业论文,继续读研深造奠定坚实的基础,并能大大提高学生分析问题解决问题的能力、实验操作能力以及计算机软件的使用能力。同时将教学与教师的科研实践相结合,还有利于调动学生学习和进行实验操作的积极性及兴趣,启发学生的思维,激发其探索精神。例如,可将材料物理系教师的科研课题“稀土氧化物纳米颗粒的制备”与相关化学热力学和界面现象的知识相结合来进行教学,将教师课题“激光熔覆制备生物陶瓷材料”与相关的热力学知识相结合,如反应吉布斯自由能的计算及其作为反应判据的应用,等等。还可以鼓励感兴趣的学生参与到教师的科研实验中来,学以致用,加强知识点理解的同时,拓宽视野,锻炼科研及动手能力。

2.教学方法上的改革。(1)传统与先进教学手段相结合。传统的教学手段板书由于其单调、枯燥的特点已不能完全适应目前的教学要求,而多媒体辅助教学手段是图、文、像、色集于一体的现代化教学手段,它的应用使原本量大、抽象、复杂、枯燥无味的理论知识,通过形象、生动、直观的形式表现出来,调动了学生的积极性和学习兴趣,便于学生对知识的理解和掌握。同时,也为教师节省了大量板书绘图的时间,加快了授课进度也增大了教学信息量[7]。比如相平衡与界面现象这两章,利用多媒体手段能将各种相图、亚稳状态及润湿现象能内容形象直观地表现出来,配上动画效果,更便于学生的认识与理解。但是在整个教学过程当中,多媒体也不是放之四海而皆准的教学手段,在一些公式的推导演示以及课后习题的讲解过程中,配以一定的板书,将会起到解释充分、循循善诱的教学效果,使学生有充足的时间理解消化相关重点及难点。总之,不同形式的教学方法、教学手段须依据教学内容、学生能力、教学需求等灵活应用,才可较好处理有限的理论学时与教学内容多、传授知识与培养能力、主体与主导之间的关系,有效地提高学生学习兴趣、自学能力、综合素质,取得良好的教学效果。(2)教师指导与学生自主学习相结合。传统的材料物理化学的教学模式是填鸭式教学,老师讲,学生听,老师主动教,学生被动学,这样的教学模式使学生的主观能动性得不到体现和发挥,因而造成事倍功半的教学效果。师者,传道、授业、解惑也。教师除了完成传道授业的任务外,也要试图将学生的学习潜能激发出来,对此,我们采用了以下方法:①在教学中采用重点难点教师讲授、简单章节学生自主学习的方法。学生自主学习之后,采用课堂提问的方式以检验学生自主学习的学习成果。前面我们讲到学习材料物理化学的大二学生,具有较强的学习兴趣和能力,我们采用自主学习的方法将其能力激发出来,使学生的学习变被动为主动,从而收到事半功倍的教学效果。②采用模拟教学方式,进行角色互换,促使学生主动学习的同时,培养体恤他人、尊重他人的人文品质。对于某些难度较低易于理解的章节,比如新相生成与亚稳状态,可以让学生提前准备,然后走上讲台,与教师互换角色,完成自主学习的同时,更亲身体会教师备课、授课的整个过程,从中体会不易,进而达到互换立场、尊重他人劳动成果的品质培养效果。③课堂练习和作业讲解时,可采用分组讨论的形式,以培养合作交流、互助学习的精神。在教学过程中除了教书,我们更注重育人。学生完成学业进入社会以后必将经历团队合作的过程,我们通过分组讨论和学习的形式,将教学与育人相结合,以培养学生适应社会所必需的互助与合作交流能力。(3)短期教学与长期辅导相结合。贵州大学材料物理专业的材料物理化学的教学只有80个学时,大二上的一个学期就能完成相关内容的教学。但该门课程是一些学校材料类专业考研的必考科目,为了帮助学生在完成必修的学分之后还能更深入地学习该门课程,我们还为已经完成该门课程学习的学生提供长期的辅导,给学生提供答疑解惑的帮助,以助其完成进一步的深造和学习。

随着高等教育改革的不断改革和深化,社会对新时代大学生的需求,以及材料科学与技术的发展带来的知识信息量的快速膨胀,要求学生具备更加牢固的知识基础,更加灵活地运用知识的能力。在材料物理化学课程的教学改革过程中,我们体会到,只有不断地思考与改革,总结出一套顺应社会和学科发展的教学方法,才能提高教学质量,培养学生的综合能力,提高学生的逻辑推理能力以及分析问题和解决问题的能力,增强学生的创新精神和实践精神,从而适应新世纪科技进步与科学发展的需要。

参考文献:

[1]朱晓勇,等.构建工科院校特色的材料物理专业课程体系[J].合肥工业大学学报:社会科学版,2011,(2).

[2]刘宏玉,王媛媛.材料物理专业的特色方向研究[J].新课程研究,2011,(10):12-14.

[3]熊礼威,汪建华,王传新,等.新形势下材料物理专业教学改革探讨[J].课程教育研究,2013,(6):170-171.

[4]傅敏,等.物理化学在基础化学课程体系中的龙头作用[J].重庆工商大学学报:自然科学版,2004,6(21):633-635.

[5]朱晓东.材料专业物理化学教学改革探索[J].教育与教学研究,2011,25(12):90-92.

基金项目:贵州大学教育教学改革研究项目(校教发【2013】58号)

作者简介:欧梅桂(1977-),女,教授,博士。

作者:欧梅桂 杨春林

第三篇:材料化学创新实验教学实践与探索

摘 要:分析总结西北大学材料化学创新实验课的教学实践经验,探索教学方法以加强学生对该创新实验课程的认识与理解,旨在提升学生的学习积极性、创新意识和综合能力。

关键词:创新实验;材料化学;综合能力

0 引言

材料化学与材料物理、材料工程一起构成材料科学的三块基石[1]。材料化学作为一门将材料科学与化学相结合的新兴学科,主要研究材料的制备、加工和性能等方面的化学问题。相较于化学的其他学科分支,材料化学专业具有更明确的应用性质,是20世纪80年代新兴的本科专业[2],内容包含金属材料、无机非金属材料、高聚物材料等。化学是一门理论与实验相结合的课程,同样材料化学课程的建设也离不开相关实验的支撑。近年来,西北大学化学与材料科学学院实验教学示范中心通过对大四本科生开设创新实验课,培养学生对材料化学学科发展前沿的认识与了解,开阔学生的视野,增强学生的实验创新能力,对大四材化专业学生进行更深层次的专业实验培养与教学实践。

目前其材料化学创新实验室已具备基本的材料合成基础设施,配备合成室、准备室、仪器室、高温室,占地200多平方米,拥有多型号马弗炉、球磨机、德国IKA电磁搅拌器、德国赛多利斯分析天平等用于材料合成的仪器,同时国家级化学实验教学示范中心拥有布鲁克D8型XRD粉末衍射仪、S3500型激光粒度仪、台式扫描电镜等测试仪器,为材料化学创新研究提供实验良好的实验合成制备及测试条件。在开课5年多的时间里,材料化学实验课程不断地完善与提高,目前已经涵盖染料太阳能电池、PTC陶瓷材料、MOF多孔材料、纳米材料、高分子材料等的合成制备与性能测试实验,为培养多方面发展的学生提供了良好的实验教学条件,本文对材料化学创新研究实验的开设过程与经验进行简单总结,并就其实验课程教学实践与探索谈一点心得体会。

1 材化创新实验课程准备

1.1 选材新颖,跟随热点,不断发展,拓展学生视野

材料化学创新实验课,重点旨在突出创新,所编辑实验内容,皆为教师的研究课题演变而来,即每个实验都由一个研究课题及其结果进行梳理、编写,取材新颖,联系实际与热点,向学生充分展示材料化学的应用性与发展前景。例如,所开设的染料敏化太阳电池的制作与转化效率测试实验,其内容联系现在研究热点的太阳能电池,让学生了解光电转化机理的同时,学习掌握TiO2纳晶多孔膜的制备技术以及其在太阳能电池研究上的重要意义。通过实验巩固基础理论与操作的同时,也可拓展学生的知识面,消除学生对本专业学习的茫然性,为学生即将进入继续深造或工作提供新的思路与见解。

与传统的基础实验不同,创新实验课是一门不断创新发展的实验课程,作为材料化学专业的实验支撑内容,实验的编写紧贴其前沿发展方向,故材化实验课程是个动态的实验课,它在充实原有实验的基础上,不断地更新、发展新的实验内容。自开课之初发展至今,创新实验课已经由4个实验内容发展、更新至7个完整实验,涵盖无机材料、高分子材料与纳米材料的合成与性能测试等内容。材化创新实验的开设,在夯实学生的基础性操作的同时,培训学生压片、离心、煅烧等更专业化的实验操作,实验内容的发展与完善,为学生提供了解和学习材料化学研究前沿知识的机会,拓展学生视野,将动手与动脑有力结合,提升学生综合创新能力。

1.2 提前讲解,形成框架,相互结合,调动学习积极性

化学专业的大四学生,在经历基础、综合性的实验培训基础上,对化学实验的学习有了更高层次的要求与理解,针对这些特点,在开课之初,利用两个星期,4个学时的时间,先将材料化学前沿、热点进行讲解, 材料化学前沿性与应用性相结合的特点,能够及时抓住学生的注意力,充分调动学生学习该课程的积极性。

随后在介绍实验背景的前提下,将实验设计理念、实验设计的合成内容以及所合成材料的测试进行简单讲解,从而形成一个整体的实验框架,着重强调整个实验过程的系统性,形成提出问题、分析问题、解决问题的一个科研探索过程,来培养学生进行科研工作的基本素养。负责该创新课程的教师为教材编辑老师,熟悉实验来源且立于教学与科研工作一线,能够结合相关化学知识与前沿研究内容进行讲解,为材料化学创新实验课教学实践提供良好的师资保障。如微波辅助水热合成微孔配位聚合物MOF-5实验,在讲解时将配位化学、晶体化学、功能材料等内容与近年来研究热点的微波合成方法相结合,进一步巩固所学理论知识的基础上,为学生讲授新研究成果,大大提高学生的学习兴趣,提高学生综合学习能力。

2 材化创新实验课程实践

2.1 灵活安排,合理分割,掌握节奏,提高实验效率

实验内容衍生自教师的科研课题,具有时间长,连续性高,仪器专业性强等特点。考虑到学生课程的时间分散性,在实验课开始之初,针对实验内容进行有效的归类与分割,同时教师在实验过程中控制好学生的操作进程,掌握实验的节奏,提高实验效率。具体采用以下方式:

①根据实验个数和每周开课时间将学生有效分组,每天安排7组实验操作,进行大循环实验过程[3];

②将两个具有相关性的实验进行交叉串联,如将BaTiO3纳米粉的溶胶-凝胶法制备表征与PTC陶瓷材料的制备与测试两项实验相糅合,确保在两周时间内,同时完成两项实验内容;

③将实验过程中的操作等候时间充分利用,如干燥配合物MOF-5等待测试的空隙,可安排进行反相乳液聚合法制备聚丙烯酰胺絮凝剂实验的合成部分;

④对于需要20多学时的创新研究型实验,将实验过程合理分割,如染料敏化太阳电池制作过程中,指导、督促学生抓紧时间,第一次实验时紧凑完成TiO2多孔膜电极的制备后浸泡入染料溶液中,再一次实验时制备纳米铂黑对电极、组装电池,最后进行电池组装和性能测试。

相比于内容固定、时间长短不一的基础实验课程,创新实验这种灵活多变的安排方式,能够最大限度为学生提供了解学习实验的机会,使得整个创新型实验课程内容更系统、紧凑,提高学生学习效率和时间紧迫感,为学生的进修奠定基础。

2.2 小组开课,加强互动,解析仪器,开拓专业视角

由于仪器偏于专业化,而且配套数量有限,为保证教学质量,材化创新实验开设时,每个实验以2-3人为一个小组。这样在每个实验进行时,保障学生与老师能进行面对面的探讨与交流,这种小班式的开课过程,避免出现不分主次、重复讲解消磨学生过多的实验热情的情况[4]。

创新实验注重培养学生的思辨与综合能力,实验过程中教师鼓励学生自行思考实验所出现的现象与问题,克服传统的实验教学过程中存在的学生只动手不动脑、千篇一律、不敢提问等弊端。待完成材料的合成,先介绍专业性仪器的性能与用途,再进行合成样品的解析。如通过激光粒度仪测量所合成微米和纳米粉体粒径的分布情况;通过对合成材料进行X射线衍射,分析其衍射图谱,核实材料的成分、材料内部的结构;通过扫描电镜测量对所合成材料的形貌-性能相关性进行研究等。通过专业仪器测试,学生学习鉴定、测试、分析新合成材料的方法。材化创新实验教学不仅仅局限于实验操作,更注重学生科研素质的培养,为学生开拓更高的专业性视角,以培养学生进行功能材料的设计、制备性能测试等方面的创新意识与能力。

2.3 虚实结合,注重启发,鼓励思考,培养综合能力

在实验开课过程中,我们发现仍存在程度不一、相对薄弱的现实问题:

①少部分学生在学习、动手实验过程中存在学习目标不清、学习缺乏自主性[5];

②大四学生面临人生岔口时,偶尔出现的学习浮躁性、盲目性等。

面对这些现实性问题,我们在教学过程中尝试进行以下改进:

①结合虚拟仿真实验的建设,借助虚拟仿真软件与设施,进行实验讲解与模拟预习,尤其针对学生现下条件无法完成的虚拟化实验进行介绍,利用专业化而且学生普遍接受的学习软件,达到随时随地可通过电脑甚至手机即可了解和学习该实验课程的目的,以增强学生学习积极性;

②注重启发学生,尤其是遇到不同的实验现象时,循序渐进地对学生进行引导,以寻求解决办法,活跃课堂气氛的同时,给学生提供更多的自主与发挥的空间,若学生提出自己解决问题的方法时,还可安排进行分组对照实验,以提高学生分析、创新的综合能力;

③设置多样化的成绩评定方式,不拘泥于单纯考勤、实验操作、实验报告等评定项目,增加讨论对照实验、实验改进等方面的成绩奖励,对学生能力进行肯定以加强学生的参与感与责任心,提高学生对于该实验课的重视程度,提升学生的综合能力。

3 材化创新实验课程成果

3.1 拓展学生专业实验知识层面,理论联系实际,激发学生学习的兴趣

本创新实验从立题到实验整个过程,将材化课程研究前沿和生活实践相紧密结合,更加强化实验课程的专业性,专业仪器解析功能与培训,开拓学生专业性视角,增强学生对材化知识的运用实践,使学生体验学而致用的实验过程,从而大大激发学生的学习兴趣;

3.2 启发实验创新思维,强化学生实验操作技能,提升学生综合素质

本创新实验课程,除基本实验操作外,增加研究型实验操作,启发学生进行创新性思维,鼓励学生探索、解析实验现象,强调动手与动脑的真正结合,巩固基础实验技能,学习运用更专业性实验操作技能和实验测试解析手段,提高学生整体综合素质;

3.3 巩固相关专业知识,拓宽学生科研思路,提高学生科研素养

本创新实验课联系功能材料、配位化学、结构化学等几门基础专业课,巩固专业知识的同时,为学生进行科学研究做铺垫,包括选题、实验、测试、应用等过程,符合高年级学生追求独立实验的需求,培养学生独立科研能力。

4 结束语

材料化学创新实验是化学专业学生一门重要的实验课程,特别对于材料化学专业的学生而言,这是一门专业支撑性的实验课程。对这门新兴的实验课程,由于没有更多的经验可以借鉴,我们的开课过程也是摸索与完善该实验课的过程。在经历了5年多的学习、努力与总结,该实验课取得了很好的教学效果,对学生综合、创造能力的提升有显著的成效。特别是对于考研和寻求工作的大四化学专业的学生,材化创新实验课程所提供的前沿、热点性实验内容,开阔学生眼界,拓展学生的知识层面,向学生展示材料化学研究的系统性、应用性,对学生今后的学习和工作具有良好启发和能力提升作用。以上是笔者在材化创新实验课程教学中的一些教学经验总结,在今后的工作中还需要不断总结、探索,才能提升自身专业与教学素质,辅助教师将创新实验课程建设更好,以全面提升学生的综合学习能力和专业素养,为培养高素质的创新型人才打造坚实的基础。

参 考 文 献

[1] 杨兴钰.材料化学导论.武汉:湖北科学技术出版社,2003.

[2] 曾人杰.大学化学,1998,13(4):1-5.

[3] 刘斌,杨建辉.大学化学,2015,30(3):51-55.

[4] 张荣兰,杨维兴,王骊丽,等.大学化学,2016,31(3):23-27.

[5] 司开林.教育探索,2013,12:16-18.

作者:任智卉 刘斌

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