材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

葛金龍(蚌埠學(xué)院應(yīng)用化學(xué)與環(huán)境工程系，安徽 蚌埠233000）

材料化學(xué)是由化學(xué)與材料科學(xué)理論共同支撐的交叉應(yīng)用性學(xué)科，研究材料的合成制備理論、使用過程中涉及到的化學(xué)過程、材料性質(zhì)的測量等，培養(yǎng)具有材料科學(xué)背景的化學(xué)學(xué)科人才[1]。材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)是材料化學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力的重要手段，也是實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分。專業(yè)實(shí)驗(yàn)沒有固定的教學(xué)模式，主要包括確定實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、檢測材料性能，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新、連續(xù)、專業(yè)、實(shí)用的教學(xué)效果[2]。下面，筆者探討了材料化學(xué)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐?蚌埠學(xué)院教育教學(xué)研究項(xiàng)目(JYLY1011）。。

1 優(yōu)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

為培養(yǎng)應(yīng)用型人才，蚌埠學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)設(shè)置了72學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)，在第6、7學(xué)期各開設(shè)36學(xué)時(shí)，此時(shí)學(xué)生通過基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，掌握了基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，能夠接受相對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊跟材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)科前沿 對于材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)，要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊跟材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)科前沿，體現(xiàn)材料化學(xué)發(fā)展趨勢，包括材料制備與合成、材料性能檢測、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等，涉及無機(jī)非金屬材料、高分子材料、復(fù)合材料等[3]。對無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要涉及到物相結(jié)構(gòu)的測定、粒度、比表面積、熱失重-差熱、熱膨脹系數(shù)性能、光催化性能等；對高分子材料主要涉及乳液聚合、懸浮聚合等；對復(fù)合材料主要集中于材料的熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)等性能。

2）著重材料的合成方法、表征測試手段專業(yè) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更著重于材料的合成方法、表征測試手段，實(shí)驗(yàn)中要求掌握紅外、紫外、霧度儀、光澤度測定儀、熱膨脹系數(shù)測定儀、差熱分析、粒度測量、比表面積測定、電化學(xué)工作站、簡支梁試驗(yàn)機(jī)、洛氏硬度計(jì)、金相顯微鏡等儀器的使用。

3）注重實(shí)驗(yàn)技術(shù)的先進(jìn)性 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上也更注重于實(shí)驗(yàn)技術(shù)的先進(jìn)性，反映材料化學(xué)的研究前沿。開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有：草酸根合鐵酸鉀(Ⅲ）的制備與表征；甲基丙烯酸甲酯懸浮聚合；苯乙烯的懸浮聚合；苯乙烯丙烯酸丁酯乳液的聚合及其在濾紙上的應(yīng)用；環(huán)境友好型水基防銹劑的研究；納米鈦酸鍶鋇粉體的制備及表征；水熱法制備硫化鋅納米粒子及發(fā)光性能研究；TiO2／SiO2復(fù)合材料的制備與光催化研究；自蔓延燃燒合成NiFe2O4粉體材料等。

4）引入教師的最新科研項(xiàng)目和成果 在教學(xué)內(nèi)容上，將教師的最新科研項(xiàng)目和成果引入實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中，使學(xué)生了解材料化學(xué)的前沿知識，學(xué)生開展其中的部分實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生具有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識。比如 “環(huán)境友好型水基防銹劑的研究”為教師的科研項(xiàng)目，可以采用不同的實(shí)驗(yàn)方案制備產(chǎn)品，加入不同的成膜助劑應(yīng)用于鋼材的短期防銹，以鹽霧試驗(yàn)機(jī)檢測防銹性能，電化學(xué)工作站檢測涂覆前后的開路電位、塔菲爾曲線，差熱分析天平檢測涂膜的熱重-差熱分析等。

2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

在材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，堅(jiān)持突出學(xué)生的主體地位，要求學(xué)生對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作全面的把握，通過實(shí)驗(yàn)過程培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。每一個(gè)實(shí)驗(yàn)考查學(xué)生能力的側(cè)重點(diǎn)都不同，實(shí)驗(yàn)過程會不可避免出現(xiàn)失敗，需要學(xué)生多次反復(fù)的改進(jìn)和完善，從理論到實(shí)踐，再到理論直到解決問題[4]。

1）“TiO2／SiO2復(fù)合光催化劑的制備與光催化降解羅丹明B”綜合性實(shí)驗(yàn) “TiO2／SiO2復(fù)合光催化劑的制備與光催化降解羅丹明B”綜合性實(shí)驗(yàn)，分為制備、表征、光催化降解3個(gè)部分。在制備TiO2／SiO2復(fù)合光催化劑階段要求學(xué)生掌握溶膠-凝膠法制備TiO2／SiO2復(fù)合光催化劑的原理和陳化、干燥、灼燒等操作技術(shù)，特別是前軀體和金屬醇鹽的水解。實(shí)驗(yàn)過程中，將學(xué)生分成4～5人一個(gè)小組，每組所取的TiO2和SiO2的量不一樣，這樣就可以制備一系列不同物質(zhì)量比值的TiO2／SiO2光催化劑，然后用差熱分析天平測定不同光催化劑凝膠的熱失重-差熱。在表征過程中主要是考察不同TiO2／SiO2復(fù)合材料加入量、光催化時(shí)間、光催化pH值、光催化溫度對羅丹明B降解率的影響，要做降解動(dòng)力學(xué)、等溫吸附熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)。要求掌握紫外可見分光光度計(jì)等儀器的使用，還要求學(xué)生將不同組的數(shù)據(jù)共享，并進(jìn)行對比分析，并對降解動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)數(shù)據(jù)處理，找出吸附符合的吸附模型，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，也可以選擇其他目標(biāo)降解物進(jìn)行對比試驗(yàn)比如甲基橙、亞甲基藍(lán)等。這個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多、時(shí)間長、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，僅僅依靠課堂上的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要求學(xué)生必須在課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，這樣提高了學(xué)生積極性，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

2）“苯丙乳液的合成及應(yīng)用”綜合性實(shí)驗(yàn) “苯丙乳液的合成及應(yīng)用”綜合性實(shí)驗(yàn)分為乳液苯丙乳液合成和應(yīng)用2個(gè)方面。乳液合成要求掌握苯乙烯、丙烯酸丁酯單體的比例、乳化劑的種類及用量以及加料順序、溫度、攪拌速度等合成工藝，檢測合成乳液的固含量、粒度、紅外光譜等，并將乳液應(yīng)用提高濾紙的耐水性、耐破度等，這樣學(xué)生掌握了材料制備、材料檢測到具體應(yīng)用的全部過程，尤其是看到制備的材料能夠解決實(shí)際問題，大大滿足了學(xué)生的成就感，激發(fā)了實(shí)驗(yàn)興趣。

這種以學(xué)生為主體的教學(xué)方法，使學(xué)生最大限度的熟悉實(shí)驗(yàn)過程，掌握每一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高了實(shí)驗(yàn)積極性，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果[5]。

3 開放實(shí)驗(yàn)室

材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課堂上的實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，必須開放實(shí)驗(yàn)室，僅依靠實(shí)驗(yàn)教師的精力去管理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在實(shí)驗(yàn)開始對學(xué)生進(jìn)行安全教育，并對儀器的使用進(jìn)行培訓(xùn)，每個(gè)小組對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自我管理，同組同學(xué)自我監(jiān)督，嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室規(guī)程，保證實(shí)驗(yàn)室的安全和學(xué)生人身安全，而大型儀器的使用則采取由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師集中測試的方式。這樣既解決了課時(shí)少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備短缺，又解決了學(xué)生動(dòng)手機(jī)會少的缺點(diǎn)[6]。開放實(shí)驗(yàn)室使學(xué)生有充裕的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也以很大的熱情投入實(shí)驗(yàn)，保證了專業(yè)實(shí)驗(yàn)的完成。

4 改進(jìn)考核方式

適當(dāng)?shù)目己朔绞接欣谡{(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。以前的考核主要是以實(shí)驗(yàn)報(bào)告為依據(jù)，這樣就有一部分同學(xué)不去認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，甚至抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生把每一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)都翔實(shí)的記錄下來，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后把實(shí)驗(yàn)的結(jié)果或者最終實(shí)驗(yàn)樣品保留下來，與實(shí)驗(yàn)報(bào)告一起上交作為考核指標(biāo)，另外教師在實(shí)驗(yàn)過程中對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作給予一定的評價(jià)一并計(jì)入考核指標(biāo)中，這樣就相當(dāng)于對學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行全程的監(jiān)督。

在實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫過程中教會學(xué)生使用Origin等化學(xué)軟件，完成數(shù)據(jù)的處理。由于在實(shí)驗(yàn)過程中，每一組在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)中考察的影響因素都不盡相同，把所有小組的數(shù)據(jù)綜合起來，由其中一個(gè)小組的同學(xué)寫成小論文的方式在下一個(gè)實(shí)驗(yàn)開始前進(jìn)行簡單的答辯，這樣學(xué)生不僅知道自己實(shí)驗(yàn)結(jié)果，還了解了在其他影響因素下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，達(dá)到了事半功倍的效果。通過這樣的考核方式不僅考察了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，使學(xué)生認(rèn)真對待實(shí)驗(yàn)過程，也提高了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理、歸納能力和論文寫作能力，為畢業(yè)論文的撰寫打下了基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

對于新建地方本科院校而言，面臨著實(shí)驗(yàn)儀器臺套數(shù)偏少、大型檢測儀器少、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不全面、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師少等難處，材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法都需要進(jìn)一步的充實(shí)和完善，需要解決的問題還很多。材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)對于學(xué)生的動(dòng)手能力的提高和科學(xué)研究創(chuàng)新意識的培養(yǎng)具有重要的實(shí)際意義。通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)，提高了學(xué)生對材料化學(xué)專業(yè)知識的理解，訓(xùn)練了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，調(diào)動(dòng)了實(shí)驗(yàn)積極性和主動(dòng)性，提高了學(xué)生分析問題、解決問題的和論文寫作能力，取得了較好的教學(xué)效果。

[1]李奇，陳光巨，黃元河 ．理科化學(xué)專業(yè) “材料化學(xué)”課程的建設(shè)與改革 [J]．理工高教研究，2006，25（5）：109-110．

[2]陳巧玲，汪效祖，武文良 ．深化教學(xué)改革促進(jìn)材料化學(xué)課程建設(shè) [J]．大學(xué)化學(xué)，2009，24（6）：23-25．

[3]羅春華，董秋靜，廖榮寶，等 ．材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系的探討 [J]．宿州學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，25（5）：121-123．

[4]陳桂華，閆瑞強(qiáng) ．材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究 [J]．洛陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，28（4）：150-151．

[5]丁巖芝，盧肖永，管恩祥，等 ．加強(qiáng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才 [J]．淮南師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，11（5）：56-57．

[6]禹筱元，羅穎，董先明 ．材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的改革與實(shí)踐 [J]．高教論壇，2010（1）：23-25．