材料學專業(yè)分析化學教學改革探討*

陳欽慧，鄭 瑛

(福建師范大學材料科學與工程學院，福建 福州 350007)

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材料學專業(yè)分析化學教學改革探討*

陳欽慧，鄭 瑛

(福建師范大學材料科學與工程學院，福建 福州 350007)

針對材料學專業(yè)分析化學教學現(xiàn)狀及其存在的問題，就課程安排、教學內(nèi)容、教學方法以及實驗教學等方面進行一系列的改革，緊緊圍繞側重于高分子基的材料學專業(yè)特點，探索適合專業(yè)特點的分析化學課程教學。將“化學分析”和“儀器分析”分成兩個時間段講授，建立復雜環(huán)境下材料結構剖析的案例庫，組織學生自學和討論，增加樣品預處理的相關內(nèi)容。多年的實踐證明，教學改革獲得了較好的效果。

材料學；分析化學；教學改革

分析化學是研究物質(zhì)的化學組成、結構及其測定方法的一門學科[1-2]，是高等院?；瘜W、化工、材料、醫(yī)藥、食品、環(huán)境等專業(yè)的一門基礎課程[3]，它主要解決物質(zhì)“有什么”、“有多少”、“啥結構”三個問題。人們利用分析化學相關知識，制定分析方法，獲得物質(zhì)的化學組成和結構信息，為生產(chǎn)和科研提供支撐，也作為決策和解決問題的依據(jù)。因此，分析化學是化學研究中最基礎、最根本的一門學科，它也是材料學專業(yè)的一門基礎學科。近年來，我們在課程安排、教學內(nèi)容、教學方法手段以及實驗教學等進行一系列的改革，以適應材料學工科專業(yè)的應用需求。

1 分析化學教學現(xiàn)狀與存在的問題

分析化學包括“化學分析”和“儀器分析”兩部分。目前，這門課程主要安排在一年級，此時，學生主要接受的是通識教育和專業(yè)基礎教育，不能將分析化學的有關知識尤其是儀器分析方面的知識與專業(yè)需求聯(lián)系起來。其次，化學分析以四大滴定為主，酸堿、絡合、氧化還原、沉淀四種滴定方式均要在溶劑中進行，而高分子基材料一般都難以溶解，因此，樣品的采集和前處理比滴定分析更為復雜多變。第三，受學時數(shù)緊張的限制，傳統(tǒng)教學以教師講授為主，缺少師生的雙向互動，學生不易融入教學活動中。第四，我校的分析化學實驗安排在化工學院進行，無論是化學分析還是儀器分析方面的實驗，大多是在溶劑中進行分析測定，而難溶的高分子基材料如果按傳統(tǒng)方式進行教學，難以引導學生將現(xiàn)代分析手段應用到材料學專業(yè)中。

2 材料學分析化學教學改革舉措

2.1 依照課程模塊設置，合理安排開課時間

將“化學分析”和“儀器分析”兩部分內(nèi)容分別安排在一下和三上兩個時間段進行教學。化學分析和無機化學兩門基礎課程有許多重復的教學內(nèi)容，例如，溶液的平衡理論，這樣安排可以縮減相同或相近的內(nèi)容，減少課程間重復的知識。三上學生已經(jīng)接受了《高分子化學》和《高分子物理》等專業(yè)課程的教育，能理解高分子材料由結構單元組成分子鏈、再交聯(lián)成體型結構、并在空間進行排列和堆砌形成超分子結構的特點，及其難溶、不易導電的特征。此時，講授儀器分析就可以針對各種儀器對于樣品的要求，引導學生尋找合適的手段解決高分子物質(zhì)的組成、含量和結構分析，針對現(xiàn)代分析儀器在高分子材料中的具體應用進行有針對性的講解。例如，利用高分子材料可熔可燃的特點，選擇熱重-紅外聯(lián)用、熱裂解-氣相-質(zhì)譜聯(lián)用等方法測試其化學結構，就能做到揚長避短，減少樣品繁瑣的前處理。通過這樣的教學學生掌握了探索從高分子宏觀物質(zhì)到微觀世界的手段，從而增強學習的興趣。

2.2 結合材料學專業(yè)特點，優(yōu)化課程教學內(nèi)容

結合材料學專業(yè)特點，調(diào)整分析化學有關內(nèi)容，將四大滴定聯(lián)系起來講授，即突出它們的各自應用，又體現(xiàn)四大滴定平衡原理和滴定方法的共性；即有對比性，又能保證課程內(nèi)容的系統(tǒng)性。這可以解決分析化學學時緊張的問題，還能抽出時間講授樣品的采集和預處理等方面的相關內(nèi)容。教學中深入詳細地講解各種與高分子材料滴定測試相關的案例，如聚丙烯接枝馬來酸酐中酸酐含量的測定，使學生不僅更深刻理解滴定分析的方法和理論，還能讓學生掌握分析測試前樣品的采集與預處理方面的理論和技術，將抽象的內(nèi)容具體化，與專業(yè)銜接，與生活貼近，激發(fā)學生的學習興趣。非化學專業(yè)分析化學學時數(shù)均較少，為此，在講授過程中刪除材料學專業(yè)很少應用的知識(如化學定性分析)、與其它學科重復的知識(如氧化還原反應基礎知識)及過時的理論知識，增加與材料學緊密相關的知識(如熱分析)，并做到與傳統(tǒng)教學內(nèi)容相融合，使學生能將理論與材料學專業(yè)相聯(lián)系，不僅僅獲取經(jīng)典的理論知識，還可以從材料學的角度理解物質(zhì)的組成、含量和結構分析的方法，領會其在日常工作生活和科學研究中的應用。

2.3 改革教學方法和手段，提高課堂教學效果

課堂教學效果的評價，不僅要考查學生對所學知識掌握的真實程度，更重要的是全面評價學生靈活運用知識的能力、實際分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)[4]。為此，我們調(diào)整課堂教學安排和教學方法，采取教師講授、學生自學、課堂討論等相結合，將分析化學基礎知識與材料學專業(yè)相結合，使學生領會理論知識在專業(yè)學習中的應用。以例題、習題的方式體現(xiàn)材料學專業(yè)對分析化學的相關要求，通過對分析化學傳統(tǒng)理論進行拓展，將各種分析手段應用于材料學專業(yè)，在不增加學生學習時數(shù)的基礎上，增強學生查閱資料，自主學習的能力。此外，我們還建立了復雜環(huán)境下材料結構剖析的案例庫。學生分成小組，通過查閱資料，應用所學的分析化學的基礎知識設計解決方案。組織小型討論會引導學生進行材料分析探索，引導學生綜合考慮酸度、配位反應、氧化還原反應、沉淀反應等對于材料結構剖析的影響。組織學生根據(jù)自己選擇的材料進行結構剖析，撰寫分析報告并進行討論，培養(yǎng)學生綜合運用分析化學基礎知識和材料學專業(yè)知識的能力以及靈活應對分析環(huán)境的能力。將乏味枯燥的分析化學理論講授與千變?nèi)f化的材料結構剖析聯(lián)系起來，建立一套適合工科專業(yè)基礎教程的分析化學教案。建成利用分析化學進行材料結構剖析的

案例庫，采用學生講、教師聽的“反轉(zhuǎn)課堂”模式，激發(fā)學生的學習興趣和自主學習的熱情，使學生更好地學習與掌握分析化學基本知識和基本原理，并運用相關基礎知識在本專業(yè)中進行“舉一反三”的學習、工作和科研創(chuàng)新活動。培養(yǎng)學生在將來學習、工作和科研活動中的創(chuàng)新精神和探索能力，培養(yǎng)與時俱進、高綜合素質(zhì)的工科專業(yè)技術人才。

2.4 緊密聯(lián)系學生專業(yè)，改革實驗教學

高分子材料大多難以溶解、難以分散、難以提純，傳統(tǒng)實驗教材中純物質(zhì)的分析測定方法在材料學專業(yè)中難以直接應用。在實驗教學中，我們根據(jù)高分子材料的特性，重點讓學生實踐固態(tài)物質(zhì)或復雜體系樣品的分析測定方法。以紅外分光光度分析(IR)實驗為例，IR分析最常用的方法是溴化鉀壓片法，但是高分子材料基本上不能分散到溴化鉀中，這種方法在學生將來的生產(chǎn)和科研實踐中使用率很低。為此，我們將實驗教學的重心轉(zhuǎn)移到漫反射方法和薄膜法。其次，高分子材料各組分分離提純十分困難，我們在實驗教學過程中會教育學生靈活運用所學知識，雖然教科書上IR分析要求待測組分是純物質(zhì)，但現(xiàn)代計算機強大的計算功能為IR軟件提供了差減法，那么就可以利用差減法從復雜的高分子材料樣品中剝離出待測組分的紅外譜圖。這樣的實驗教學可以讓學生領會現(xiàn)代分析儀器在材料生產(chǎn)和研究中的強大功能，從而調(diào)動學生學習分析化學課程的熱情。

3 結 論

分析化學教學改革提高了材料學專業(yè)學生的學習效果。調(diào)整開課時間、優(yōu)化課程教學內(nèi)容、改革教學方法與手段、改革實驗教學等能激發(fā)學生學習分析化學的興趣和熱情，也能調(diào)動他們學習的主動性和積極性。分析化學是隨著科學技術的發(fā)展而發(fā)展的，其發(fā)展過程融合了不同專業(yè)的需求，因此，結合各專業(yè)的特點進行分析化學教學改革是一個不斷探索的過程。在今后的教學過程中，我們將進一步豐富高分子材料剖析案例庫，更新教育觀念，改進教學方法，提高教學水平，為材料學專業(yè)分析化學教學提供新方法，甚或為工科專業(yè)分析化學教學提供借鑒。

[1] 武漢大學.分析化學.5版[M].北京:高等教育出版社,2006:1.

[2] 華東理工大學,四川大學.分析化學.6版[M].北京:高等教育出版社,2009:1.

[3] 曹麗偉.非化學專業(yè)《分析化學》課程教學改革探討[J].廣州化工,2014,42(12):243-244.

[4] 劉斌.輕化工程專業(yè)分析化學教學改革探討[J].廣州化工,2012,40(11):226-227,241.

Discussion on Reform of Analytical Chemistry Teaching for Materials Science Majors*

CHENQin-hui,ZHENGYing

(College of Material Science and Engineering, Fujian Normal University, Fujian Fuzhou 350007, China)

Against the current situation and the problems of Analytical Chemistry teaching for Materials Science majors, based on the properties of polymer materials, a series of reform measures about course arrangement, course contents, teaching methods and experiment teaching were proposed.A useful project fitting the feature of materials science majors was carried out, for example, the teaching of chemical analysis and instrumental analysis in different time, the establishment of case based on material structure analysis in complex environment, the interaction between teachers and students, the increase of the content of sample pretreatment.The practice showed that the teaching reform achieved good results.

materials; Analytical Chemistry; teaching reform

福建師范大學教學改革研究項目資助(No: I201502021)。

G642.0

A

1001-9677(2016)019-0186-02