應(yīng)用化學(xué)專業(yè)《無機(jī)材料學(xué)》課程教學(xué)改革初探

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院，河南鄭州 450002)

應(yīng)用化學(xué)專業(yè)是培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，具備化學(xué)化工的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識及實驗技能，能在化學(xué)化工、材料、食品等技術(shù)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等工作，富有創(chuàng)新精神的應(yīng)用型高級專門人才。鄭州輕工業(yè)學(xué)院的應(yīng)用化學(xué)專業(yè)是我院設(shè)置的第一個理工交叉的理學(xué)本科專業(yè)，具有鮮明的輕工特色。

《無機(jī)材料學(xué)》是我校應(yīng)用化學(xué)專業(yè)繼《材料科學(xué)基礎(chǔ)》之后又一有關(guān)材料方面的主干專業(yè)課程，是在本科學(xué)生即將畢業(yè)的大四上學(xué)期開設(shè)的。無機(jī)材料學(xué)是一門多學(xué)科相互交叉的新興科學(xué)，主要研究無機(jī)非金屬材料的成分和制備工藝、組織結(jié)構(gòu)、材料性能和使用性能四個要素以及它們之間的關(guān)系。無機(jī)新材料是科學(xué)技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展支柱，在微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、傳感技術(shù)、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域占有十分重要甚至核心的地位。本課程主要研究陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料的制備工藝原理。通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生獲得無機(jī)材料工程專業(yè)高等工程技術(shù)人才所必須掌握的無機(jī)材料學(xué)制品的工藝原理和工藝過程等知識，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決生產(chǎn)實際問題的能力，進(jìn)行新材料、新工藝研究開發(fā)的初步能力。在學(xué)生即將踏入工作崗位或進(jìn)一步深造期間及時開設(shè)的這門課程起著承上啟下的引導(dǎo)作用。因此，對本課程的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究及改進(jìn)顯得尤為重要。

1 課程開設(shè)時期影響課程學(xué)習(xí)的不利因素

本課程是必須在學(xué)習(xí)了材料科學(xué)基礎(chǔ)有關(guān)晶體理論等基礎(chǔ)上而開設(shè)的，而在大一和大二階段又在學(xué)習(xí)四大化學(xué)等基礎(chǔ)課程，有關(guān)材料的基礎(chǔ)課程如《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《合成化學(xué)》等只能在大三學(xué)年開設(shè)，所以更專業(yè)的課程如無機(jī)材料學(xué)只有安排到大四上學(xué)期，這一時期學(xué)生處于高年級以及考驗、考公務(wù)員、找工作等特定時期，出現(xiàn)了一些影響該課程學(xué)習(xí)的消極因素。我們通過長期的觀察和總結(jié)發(fā)現(xiàn)，影響學(xué)生課堂積極性的主要因素有:①學(xué)生對自己以后工作或?qū)W習(xí)的規(guī)劃和期望。學(xué)生根據(jù)對自己未來的職業(yè)或?qū)W習(xí)的定位，表現(xiàn)出對教學(xué)內(nèi)容甚至是不同課程的態(tài)度不同。②學(xué)生對課程不同內(nèi)容的認(rèn)識。一部分學(xué)生對材料的制備及應(yīng)用表現(xiàn)出較大的學(xué)習(xí)興趣，但對與之相關(guān)的材料的結(jié)構(gòu)及理論知識不感興趣。這些同學(xué)對材料結(jié)構(gòu)與應(yīng)用相關(guān)性認(rèn)識不足是一個重要原因。③學(xué)生的理論功底。部分學(xué)生在材料科學(xué)基礎(chǔ)、物理化學(xué)等基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)上功底不深，而本課程的理論知識必須建立在這些必備的理論基礎(chǔ)之上。因此部分同學(xué)在理論部分的學(xué)習(xí)上比較吃力，久而久之容易掉隊甚至放棄。④學(xué)生所處的學(xué)習(xí)階段。學(xué)生基本完成了物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程以后，他們的專業(yè)基礎(chǔ)能力較強，應(yīng)該適合進(jìn)行進(jìn)一步的專業(yè)知識拓展和深入的教學(xué)。但當(dāng)學(xué)生忙于考研、考公務(wù)員、找工作時，他們中就會有較多的人不想多費精力來進(jìn)行課程學(xué)習(xí)。針對上述這些因素，我們從以下幾個方面進(jìn)行了教學(xué)改革和實踐。

2 更新教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生人文素質(zhì)

隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料科學(xué)呈現(xiàn)出多樣化基礎(chǔ)上的一體化。即材料科學(xué)既要進(jìn)行新材料合成與制備方面的研究，又要進(jìn)行材料的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的研究，還要把材料的起源、應(yīng)用和分析深入到材料科學(xué)的文化特點及歷史變遷層面上進(jìn)行研究。在研究的過程中，應(yīng)該特別重視材料在制備過程中的重現(xiàn)性、材料品質(zhì)的一致性、人與自然的和諧性、資源與環(huán)境的可持續(xù)性等非常重要的實際問題。長期以來，我國工科大學(xué)教育存在著文化熏陶過弱，忽視人文精神和人文素質(zhì)教育的問題，從而導(dǎo)致理工科大學(xué)生的思想品德、人格修養(yǎng)、理想追求、情操情趣等方面未能得到應(yīng)有的提高。材料類專業(yè)教育同樣存在重視科學(xué)知識的傳授和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，而忽視人文知識的傳授和人文素養(yǎng)培養(yǎng)的現(xiàn)象，結(jié)果使學(xué)生的知識深度與廣度未能得到有機(jī)的結(jié)合，造成知識結(jié)構(gòu)偏窄和綜合能力欠缺。在更深的層次上說，影響大學(xué)生人格意志、思維性格等心理素質(zhì)的健全與發(fā)展，影響他們?nèi)穗H關(guān)系中平等互尊及合作意識的養(yǎng)成，進(jìn)而影響人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

因此，必須更新教學(xué)理念，加強學(xué)生人文素質(zhì)教育。課堂教育是人文素質(zhì)教育的主渠道。因此，加強人文素質(zhì)教育，必須將人文素質(zhì)教育和無機(jī)材料學(xué)的教學(xué)實踐結(jié)合起來，緊緊抓住課程知識傳授這一教學(xué)環(huán)節(jié)，使人文素質(zhì)教育落實在課堂上，體現(xiàn)于課堂教學(xué)方法和手段的改革過程中。如在講解緒論課程內(nèi)容時，通過演示大量的文物圖片和文史資料，使學(xué)生深刻認(rèn)識到，材料是社會文明進(jìn)步的標(biāo)志。在講授玻璃的過程中，通過我國古代玻璃成分與古埃及以及地中海地區(qū)出土的玻璃的成分不同的實例分析，讓學(xué)生知道我國古代玻璃制品也是“中國制造”的，從而知道我們祖國也是最早發(fā)明玻璃的國家之一。在講解陶瓷一章時，通過ppt文件，先讓同學(xué)們欣賞了精美的陶瓷制品和拍賣出驚人價格的陶瓷文物之后，再介紹我國宋朝時期哥窯、定窯、鈞窯、官窯、汝窯出土的產(chǎn)品特征，聯(lián)想到利用我們的專業(yè)知識如何進(jìn)行陶瓷文物鑒定，同學(xué)們都表現(xiàn)出了濃厚的興趣。通過鋰離子電池極片成型的介紹，讓同學(xué)們能更好的理解流延成型的原理以及所加各種成分的作用，整個過程理解自然，不需記憶，又與實際生活密切聯(lián)系。這種在教學(xué)過程中把人文知識與科技文化相互滲透、融合的方法，有利于激發(fā)學(xué)生的民族自尊心和自豪感，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義精神，樹立獻(xiàn)身科學(xué)的理想。在理論教學(xué)過程中注重理論聯(lián)系實際，努力通過教學(xué)實踐，增強人文素質(zhì)教育的主動性和自主性。

3 改革方法，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力

無機(jī)材料學(xué)課程只安排了30學(xué)時講授時間，講授學(xué)時相對較少。在這較少的學(xué)時里，要想獲得較好的學(xué)習(xí)效果，只有讓學(xué)生留下較深刻印象的教學(xué)方式才是最好的解決辦法。通過多年的摸索，一改以往基礎(chǔ)課多講理論，再穿插實例進(jìn)行講解的教學(xué)模式，而是采用直接引入實例和問題，讓學(xué)生思考，再回頭講解在這過程中所涉及的一些理論及利用相關(guān)的理論來解決相關(guān)的問題。例如，我們在講解玻璃線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)關(guān)系的時候，先例舉了某單位的玻璃建筑所發(fā)生的倒塌事故及其所造成的危害，圖文并茂的血腥場面讓人記憶深刻，這時再講玻璃的膨脹和收縮，以及線膨脹和體膨脹的關(guān)系，并且還涉及到前期無缺陷玻璃態(tài)物質(zhì)各向同性的理論和后面章節(jié)涉及到的玻璃缺陷等內(nèi)容也都一并自然講解了，讓學(xué)生在理智思考實例基礎(chǔ)上，主動分析原因，輕松掌握理論。我們還把與課程相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研活動課題拿到課堂上讓同學(xué)們思考，并作為課后習(xí)題作業(yè)形式督促學(xué)生查資料，寫自己的解決方案。學(xué)生做完這些作業(yè)，查閱資料能力和解決問題的能力都得到了顯著提高，而不是為了簡單的上交作業(yè)而做作業(yè)甚至抄作業(yè)。這一過程改革進(jìn)一步強化了學(xué)生理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)。

4 強化訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生手腦并用綜合能力

現(xiàn)代教育重視學(xué)生能力的培養(yǎng)，即注重培養(yǎng)學(xué)生獲取知識、運用知識、創(chuàng)新知識的能力，其中培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力是基礎(chǔ)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力是核心。在《無機(jī)材料學(xué)》教學(xué)中，要培養(yǎng)學(xué)生獲取知識、應(yīng)用知識的能力，就要強化學(xué)生應(yīng)用自己掌握的知識分析和解決實際問題能力的訓(xùn)練。學(xué)生設(shè)計性綜合實驗是培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題能力訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)。無機(jī)材料學(xué)綜合實驗不同于以前的驗證性實驗，而是設(shè)計性很強的實驗。涉及實驗設(shè)計的科學(xué)性、知識性、應(yīng)用性、前沿性的統(tǒng)一與協(xié)調(diào)，培養(yǎng)學(xué)生按照新材料合成的基本理論來設(shè)計材料合成工藝，合理地解決實際材料生產(chǎn)工藝要素與最終產(chǎn)物的關(guān)系。例如，設(shè)計不同方法合成納米氧化錫及其氣敏性能實驗過程中，有多種實驗方法，并且每種方法中影響因素如pH值、溫度、攪拌轉(zhuǎn)速等都對產(chǎn)品影響很大。有些同學(xué)采用微波方法制備產(chǎn)物，在酸化防止水解一步理解不深，循序原來驗證性實驗思維，導(dǎo)致實驗重復(fù)六次均未成功的結(jié)果，最終在老師的啟發(fā)下，又改進(jìn)實驗參數(shù)才得以實驗成功。這些都說明，通過這些啟發(fā)性的設(shè)計性實驗的開展有利于學(xué)生知識的鞏固、智能的發(fā)展、能力的培養(yǎng)和提高。從而達(dá)到手腦并用、分析問題、解決問題的綜合能力不斷提高的目的。

5 教學(xué)效果

經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，從后續(xù)課程的反饋意見來看，大部分同學(xué)都能較好的完成本課程的學(xué)習(xí)任務(wù)，也極大了拓展了他們的知識面和興趣。部分同學(xué)因此而堅定了自己考取與材料相關(guān)專業(yè)研究生的決心，也有部分同學(xué)更加明確了自己未來的職業(yè)興趣，很快與相關(guān)材料企業(yè)簽訂了就業(yè)協(xié)議。也有部分往屆畢業(yè)的學(xué)生很快在相關(guān)材料專業(yè)領(lǐng)域(如超硬磨料SiC行業(yè))嶄露頭角，作出了突出的成績。這些都說明:教學(xué)模式的改革對培養(yǎng)厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)的高素質(zhì)與創(chuàng)新型的專業(yè)人才起到了積極的推動作用。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展尤其是新材料、新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對老師和學(xué)生都提出了與時俱進(jìn)的新要求，我們的辦學(xué)模式也必將隨著新材料的發(fā)展及其對專業(yè)人才的需要而不斷發(fā)展和完善。本文僅對無機(jī)材料學(xué)教學(xué)過程的幾個方面進(jìn)行探索性思考和實踐，希望能夠得到無機(jī)材料學(xué)相關(guān)領(lǐng)域教育工作者的共同關(guān)注并提出寶貴的建設(shè)性意見。

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