材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探索與思考

劉慧慧

(華東理工大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院 上海 200237)

材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探索與思考

劉慧慧

(華東理工大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院 上海 200237)

根據(jù)華東理工大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)課程的特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和辦學(xué)條件，創(chuàng)建了材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，探討了建設(shè)過程中的一些探索和實(shí)踐體會(huì)。同時(shí)，還提出了有待改進(jìn)的地方并給出了具體措施。旨在通過上述實(shí)踐和改革，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，不斷提高教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)；實(shí)踐；改革；探索

材料化學(xué)是一門研究材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的科學(xué)。它既是材料科學(xué)的一個(gè)重要分支，也是材料科學(xué)的核心內(nèi)容，同時(shí)又是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)組成部分。因此，材料化學(xué)具有明顯的交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科和應(yīng)用型學(xué)科的性質(zhì)[1]。在這樣一門應(yīng)用型理學(xué)專業(yè)里，材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)顯得尤其重要。建立科學(xué)的材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，對于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力、實(shí)踐操作能力、組織協(xié)調(diào)能力以及培養(yǎng)創(chuàng)新型的全面發(fā)展的綜合性優(yōu)秀人才具有非常重要的作用[2]。

為了向社會(huì)輸送應(yīng)用型人才，華東理工大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院開設(shè)了材料化學(xué)專業(yè)，并開設(shè)了一系列材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)。通過向相關(guān)院校學(xué)習(xí)，并結(jié)合我校自身的優(yōu)勢，進(jìn)行了合理的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作，在實(shí)踐中逐步完善，已經(jīng)取得了一些良好的開端。下面是我校在材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)建設(shè)中的一些體會(huì)[3]。

1 實(shí)驗(yàn)課程體系的完善

1.1 優(yōu)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[4]

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上緊跟材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)科前沿，體現(xiàn)材料化學(xué)的發(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。其中，介孔材料實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要涉及物相結(jié)構(gòu)的測定、比表面積的測定等；高分子材料主要涉及自由基聚合、乳液聚合等；納米金屬氧化物主要集中于程序升溫還原性能和催化性能等。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更著重視于材料的合成方法和表征測試手段。例如，用軟模板法合成了介孔材料、水熱合成法制備了金屬氧化物納米材料，用預(yù)乳化種子聚合法成了壓敏膠黏劑，并用X-射線衍射、比表面與孔隙度分析儀、凝膠色譜、程序升溫還原、微電泳儀等表征手段表征各種材料的性質(zhì)。

1.2 科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合

科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合包括兩個(gè)方面的工作。(1)所有實(shí)驗(yàn)老師都是從各科研課題組邀請過來的，其中教授5名，副教授3名，博士3名。他們都是在相關(guān)領(lǐng)域有很多年研究背景的專業(yè)人才，由他們給學(xué)生授課，能更多地展開實(shí)驗(yàn)講義之外的知識。例如：研究背景，研究現(xiàn)狀，發(fā)展前景，工業(yè)應(yīng)用等，更能體現(xiàn)開設(shè)該實(shí)驗(yàn)的意義；(2)由于經(jīng)費(fèi)有限，實(shí)驗(yàn)室成立之，無力購買X-射線衍射儀(XRD1)、ASAP2020比表面與孔隙度分析儀(BET1)、程序升溫還原儀(TPR)、原子力顯微鏡等大型貴重儀器、只得尋求相關(guān)課題組的幫助。在學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，在工業(yè)催化所的大力協(xié)助下，我們借用了國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室—工業(yè)催化所的大型儀器開展實(shí)驗(yàn)。這樣，不僅能保證本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行，而且還能使學(xué)生切身感受科研氛圍，提升對科研的興趣。

1.3 分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

因?yàn)楸碚鲗?shí)驗(yàn)涉及大型儀器，諸如X-射線衍射(XRD)、ASAP2020比表面與孔隙度分析儀(BET)、程序升溫還原儀(TPR)等數(shù)量有限，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)不能保證每名學(xué)生都能上機(jī)操作。而對于表征實(shí)驗(yàn)來說，如果學(xué)生不能親自動(dòng)手操作，猶如紙上談兵，只能理解一些實(shí)驗(yàn)原理的皮毛。為此我們分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。以XRD、BET、TPR實(shí)驗(yàn)為例，我們把一個(gè)教學(xué)班分成ABC三個(gè)小組。第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)A小組的學(xué)生去做XRD實(shí)驗(yàn)，B小組的學(xué)生進(jìn)行BET實(shí)驗(yàn)，C小組的學(xué)生進(jìn)行TPR實(shí)驗(yàn)，這樣每組的學(xué)生人數(shù)少了，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)每名學(xué)生都能保證至少有一次上機(jī)操作的時(shí)間。第二次實(shí)驗(yàn)時(shí)，B小組的學(xué)生進(jìn)行XRD實(shí)驗(yàn)，C小組的學(xué)生做BET實(shí)驗(yàn)，A小組的學(xué)生進(jìn)行TPR實(shí)驗(yàn)，以此類推。這樣就能保證此每名學(xué)生都能在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)上機(jī)操作儀器。這樣安排教師的工作量是原來的三倍(以往每個(gè)實(shí)驗(yàn)針對每個(gè)教學(xué)班只上一次課)，在沒有的更好的解決方法以前，為了保證學(xué)生能最大程度的接受實(shí)驗(yàn)所傳授的知識，我們的實(shí)驗(yàn)老師都表示愿意克服困難。

1.4 改進(jìn)考核制度

在材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們讓學(xué)生詳細(xì)記錄實(shí)驗(yàn)過程的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，得到老師簽字認(rèn)可后，回去處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，之后把數(shù)據(jù)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告一并上交，這樣老師不僅可以核實(shí)學(xué)生用的是否是真實(shí)數(shù)據(jù)，還可以詳細(xì)了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作步驟和現(xiàn)象，以便綜合評價(jià)給分。另外，有些現(xiàn)象和結(jié)果比較明顯的實(shí)驗(yàn)，老師采取當(dāng)場打分的措施，稍后再綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告確定最終的分?jǐn)?shù)。這樣的考核方式有效地提高了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性。

2 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

2.1 改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式[1]

可以改變實(shí)驗(yàn)課程“由教師講，學(xué)生聽、做”的單向進(jìn)行的教學(xué)方式為“教師主導(dǎo)和學(xué)生主體”的雙作用，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生真正成為教學(xué)過程中的主體。具體措施如下 ：(1)改教師講解實(shí)驗(yàn)為抽選學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)。在每次實(shí)驗(yàn)前一周，就對學(xué)生提出要求，并在實(shí)驗(yàn)時(shí)任意指定1～2名學(xué)生講解自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理、步驟、成敗關(guān)鍵和理由，然后再由教師補(bǔ)充、完善。(2)改教師演示實(shí)驗(yàn)為抽選學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)。就學(xué)生容易出錯(cuò)的實(shí)驗(yàn)操作和一些儀器使用不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，在做相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)任意抽選幾名學(xué)生進(jìn)行演示操作，讓其他學(xué)生觀察并評價(jià)。(3)改教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)為抽選實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?qiáng)的學(xué)生協(xié)助教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。(4)改教師實(shí)驗(yàn)課后小結(jié)為抽選學(xué)生實(shí)驗(yàn)課后小結(jié)。 教師有目的地指定2～4名學(xué)生分別對本實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行小結(jié)，推動(dòng)學(xué)生合作式學(xué)習(xí)，最后教師做點(diǎn)評。

2.2 改固定方法實(shí)驗(yàn)為多種方法對比實(shí)驗(yàn)

通常實(shí)驗(yàn)教材中只提供給學(xué)生一種實(shí)驗(yàn)方法或是一種方案，以“壓敏膠黏劑的合成及性能測試”為例，講義中只提供一種實(shí)驗(yàn)方案，我們鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案做對比。具體方法如下：在合成壓敏膠的實(shí)驗(yàn)過程中，將學(xué)生分成一組2～3名，每組學(xué)生的所取原料的量和種類都有所不同。這樣我們可以得到一系列不同配方的壓敏膠粘劑。在后續(xù)的性能測試中，重點(diǎn)考察不同軟硬單體比例、乳化劑種類及用量以及加料順序溫度攪拌速度等方面對性能的影響。最后，請學(xué)生根據(jù)自己的需求結(jié)合以上結(jié)論設(shè)計(jì)出最優(yōu)配方。

這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，不僅內(nèi)容多，耗時(shí)長，而且數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，僅僅依靠課堂上的時(shí)間是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，要求學(xué)生花費(fèi)一定的課余時(shí)間來完成實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理及結(jié)論總結(jié)，大大鍛煉了學(xué)生分析問題解決問題的能力。

3 結(jié)束語

經(jīng)過材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，我院材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室從無到有，在實(shí)驗(yàn)體系、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、科研與教學(xué)結(jié)合等方面都進(jìn)行了有益的嘗試，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。當(dāng)然，作為一個(gè)新建實(shí)驗(yàn)室，需要改革和完善的地方還有很多。今后，材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室將不斷探索、補(bǔ)充、改進(jìn)，繼續(xù)加強(qiáng)強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理、研究與創(chuàng)新，力爭將實(shí)驗(yàn)室建設(shè)成為一個(gè)實(shí)驗(yàn)體系創(chuàng)新、學(xué)生積極參與、科學(xué)規(guī)范的理科應(yīng)用型人才培養(yǎng)的平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室還將不斷加強(qiáng)與本校各科研實(shí)驗(yàn)室及兄弟院校的交流與合作， 為材料化學(xué)專業(yè)人才的培養(yǎng)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)[5]。

[1] 王秀華,劉莉,闕榮輝.材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].科技信息，2010(20)：47.

[2] 田俐,申少華,劉清泉，等.材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)與科研課題結(jié)合的教育模式[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011，9(6)：131-133.

[3] 李理,何文娣,王紅霞.材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].中國科技博覽，2010(33)，323.

[4] 葛金龍.材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2011，8(10)：134-135.

[5] 劉捷.淺談材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)在理科應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的作用[J].廣州化工，2012，40(10)，203-204.

Exploration and Thinking on the Construction of Materials Chemistry Specialty Experimental

LIU Huihui

(School of Chemistry and Molecular Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)

According to the characteristics of the course of Materials Chemistry specialty in our college, laboratory of materials chemistry was constructed on the basis of teaching experience and teaching conditions, some explorations and practical experiences were discussed in the process of construction. Also, the parts that should be improved and detailed measures are given. The purpose is to improve the innovation and practice ability of students, to improve the quality of teaching and personnel training through the practice and reform.

materials chemistry specialty experimental; practice; reform; exploration

2014-03-07；修改日期: 2014-04-28

華東理工大學(xué)校內(nèi)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)基金資助項(xiàng)目(WK1214054)。

劉慧慧(1982-)，女，工程師，碩士。主要從事：材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室管理。

G482

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.060