《無機材料合成》課程教學(xué)改革的探討

安冬敏 周青軍 仝曉強

摘要：作為材料化學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)必修課，《無機材料合成》課程作用非常重要。但此課程內(nèi)容多而散、涉及面廣，且實踐性強，存在一定的教學(xué)難度。本人在總結(jié)過去教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，通過認真研究當前的教學(xué)形式、教學(xué)效果及學(xué)生的反饋情況，嘗試從知識內(nèi)容設(shè)計、理論與實踐的結(jié)合性及考核方式等方面進行改革，旨在調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，提高課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。其中一部分改革措施的實施，取得了一定成果。

關(guān)鍵詞：無機材料合成；教學(xué)方法；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0078-03

《無機材料合成》作為大學(xué)本科材料化學(xué)專業(yè)的一門主干課程[1]，在整個專業(yè)教學(xué)中非常重要，能夠起到承上啟下的作用。其主要講授經(jīng)典合成方法、軟化學(xué)合成方法和特殊合成方法及薄膜材料、陶瓷與耐火材料、晶體和非晶材料、功能信息和新能源材料等典型無機材料的制備，課程內(nèi)容非常多而散，涉及化學(xué)、材料學(xué)和物理學(xué)等多門學(xué)科的知識。其基本任務(wù)是學(xué)生通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)無機材料的一系列制備方法、原理、特點及生產(chǎn)設(shè)備，掌握相關(guān)的基本理論和實踐方法，為以后的實際應(yīng)用和科研深造提供必要的知識儲備[2]。通過對以往幾屆教過學(xué)生的調(diào)查和交流，學(xué)生普遍認為這門課程內(nèi)容非常繁多、知識瑣碎、概念抽象、內(nèi)容關(guān)聯(lián)性不強，難以理解掌握，因此學(xué)習(xí)興趣不高，導(dǎo)致課堂教學(xué)效果差。

筆者根據(jù)近幾年講授《無機材料合成》課程的教學(xué)經(jīng)驗和體會，再結(jié)合這門學(xué)科的特點，本文就如何充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性和參與性，創(chuàng)造以教師為課堂引導(dǎo)、以學(xué)生為主體的課堂氛圍，提高課堂教學(xué)效率，以及如何培養(yǎng)他們的知識組織能力、科學(xué)思維能力和創(chuàng)新精神，嘗試對《無機材料合成》課程進行總結(jié)，就以下幾個方面提出一些建議。

一、基礎(chǔ)知識整合設(shè)計，提高教學(xué)效率

《無機材料合成》是一門綜合性很強的課程，涵蓋的內(nèi)容非常多。就其合成方法而言，涉及沉淀法、高溫、低溫、高壓、水熱溶劑熱、模板法、溶膠—凝膠法、氣相沉積法、光、電、微波、自蔓延、超聲、外延生長、濺射法、真空蒸鍍等眾多領(lǐng)域的技術(shù)，而且很多都是學(xué)生前所未聞的；就其合成對象而言，包括納米材料、分子篩、單晶和多晶材料、非晶材料、陶瓷材料、非整比化合物、絡(luò)合物、功能信息材料和新能源材料等多種類型無機材料的合成。不同的無機材料，合成的機理、方法、特點及其生產(chǎn)設(shè)備都不同，彼此之間缺乏聯(lián)系和規(guī)律，使得課程的知識點多而零散，課程知識量非常大，難度也相應(yīng)增加，如果單純按照教材按部就班地講解，很難想象學(xué)生究竟能記住多少合成方法、合成原理及適用條件，也容易導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生畏懼和厭學(xué)情緒[3]。因此授課過程中，對教材上的基礎(chǔ)知識部分要求教師做到融會貫通，把內(nèi)容相近或有關(guān)聯(lián)的知識進行整合，講授時做到主次分明、詳略得當、求同存異、對比講解。例如在高壓合成部分，按照內(nèi)部高壓的產(chǎn)生及作用機理，高壓的產(chǎn)生過程往往伴隨著高溫的產(chǎn)生，而水熱和溶劑熱正是利用水和其他溶劑在高溫高壓下的特殊狀態(tài)進行材料的合成方法，因此我們把這兩部分內(nèi)容聯(lián)系起來講解，通過對高壓的產(chǎn)生和作用機理的了解，不難理解為什么采用水熱溶劑熱法可以制備一些特殊形貌或特殊性能的材料。再如，講到氣相沉積法時，了解完氣相沉積定義、分類及其合成機理后，對這種制備方法有了基本的認識，而氣相沉積技術(shù)是制備薄膜材料最常用的方法，因此在氣相沉積基礎(chǔ)知識講解之后，后續(xù)內(nèi)容可以講授其在制備薄膜材料中的具體應(yīng)用，了解采用這種方法制備的薄膜材料的物理和化學(xué)特性等。這樣的知識整合可以將教材中幾個不同的章節(jié)聯(lián)系起來，使原本彼此孤立的概念、理論或知識點形成了完整的知識鏈，便于學(xué)生把握整體內(nèi)容，有助于他們用較少的時間和精力學(xué)習(xí)更多的知識，能夠有效提高教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。此外，對于一些生澀的抽象概念，我們要善于發(fā)現(xiàn)并總結(jié)其與社會生活中具體事物之間的關(guān)聯(lián)性，盡量做到抽象問題具體化、生活化。如在介紹溶膠—凝膠的概念時，課本上給出的概念十分抽象，專業(yè)詞語非常難懂，如果我們在介紹其定義前，先列舉一些生活中的實例，如果凍為典型的凝膠結(jié)構(gòu)，云彩和霧霾為典型的氣溶膠，介紹這些物質(zhì)或現(xiàn)象的形成過程，學(xué)生就不難理解課本上給出的定義了。

二、課程內(nèi)容以經(jīng)典為基礎(chǔ)，前沿為補充

當前科技發(fā)展突飛猛進，而科技發(fā)展的核心就是材料的發(fā)展和創(chuàng)新，而材料的開發(fā)又離不開合成技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，因此現(xiàn)在合成技術(shù)的內(nèi)涵已經(jīng)不再局限于昔日傳統(tǒng)的經(jīng)典合成方法，已經(jīng)被大大擴充了。而教科書所介紹的一般都是比較成熟的方法和理論，它的更新速度遠遠跟不上科技的日新月異，往往存在滯后期。因此教師在講課時，不僅要傳授經(jīng)典內(nèi)容，還要及時引入新概念和知識，引領(lǐng)學(xué)生了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新方向，以便與現(xiàn)代材料研究接軌。例如講到鋰離子電池電極材料時，鋰離子電池正極材料的研發(fā)經(jīng)歷了過渡金屬硫化物、過渡金屬氧化物、金屬氧化物鋰到現(xiàn)在的磷酸鐵鋰材料，對于這幾種材料，教材上只給出了固相合成法和水熱法兩種經(jīng)典合成方法。為了提高鋰離子電池的比容量、使用壽命和熱穩(wěn)定性，對鋰離子電池電極材料的研究一直是現(xiàn)在科研工作者的研究熱點。通過查閱相關(guān)文獻可知，一些新的合成技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于這些新材料的研究，比如微波法、共沉淀法、溶膠凝膠法、靜電紡絲法等。通過文獻補充知識，不僅擴充了無機材料的合成技術(shù)，也擴展了一些合成方法在具體的前沿材料制備中的應(yīng)用，教學(xué)效果可以實現(xiàn)事半功倍。但是，現(xiàn)在學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性很強，他們普遍認為教材上的內(nèi)容才是需要掌握的，教材以外的內(nèi)容反正也不會考試，不需要認真學(xué)習(xí)，這就要求教師引入新興事物的時候要有選擇性，把握好度，以防適得其反、過猶不及。而基礎(chǔ)教育與科學(xué)研究確實又有所區(qū)別，因此授課不能過分追求新穎，在信息爆炸的時代更應(yīng)去蕪存菁?！稛o機材料合成》是本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課程，我們要以基本概念和理論為本源、以研究前沿為擴展的思路指導(dǎo)教學(xué)，只有牢固掌握基礎(chǔ)知識，學(xué)生才能對前沿、新穎的內(nèi)容有理性和清晰的理解。在教授《無機材料合成》時，筆者嘗試以教材上經(jīng)典的內(nèi)容為主線、前沿信息為補充，實現(xiàn)對經(jīng)典知識的創(chuàng)新，便于學(xué)生形成完整系統(tǒng)的知識脈絡(luò)，既可以讓學(xué)生及時快捷地了解本學(xué)科的前沿問題及發(fā)展方向，擴大學(xué)生的專業(yè)視野，同時也在一定程度上培養(yǎng)著學(xué)生的思維創(chuàng)新能力。

三、內(nèi)容上的理論和實踐相結(jié)合

無機材料合成與制備是一門實踐性非常強的專業(yè)基礎(chǔ)課，除了課堂上的理論教學(xué)外，還必須注重實踐教學(xué)，將理論課程與實驗實踐緊密結(jié)合。當教師在課堂上講授一種新的合成方法時，學(xué)生只能從書面上理解這種合成方法的原理和它的特點及優(yōu)勢，專業(yè)術(shù)語比較枯燥乏味，有的還晦澀難懂，學(xué)生真正消化吸收課堂內(nèi)容比較困難。而實踐是檢驗真理的唯一標準，如果老師適時引入相關(guān)的實驗部分，提出我們的實驗制備目標，開啟啟發(fā)式教育，讓學(xué)生以課堂理論為依托，通過設(shè)計實驗方案，使學(xué)生真正參與到合成方法的實際應(yīng)用上來，一方面提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加深其對課堂理論的理解；另一方面，學(xué)生有了前兩年的基礎(chǔ)實驗訓(xùn)練，再結(jié)合現(xiàn)有材料合成方法的理論基礎(chǔ)，學(xué)生對于一種材料的合成制備過程就有了幾種實施方案的提出，通過實際的實驗操作，對各種方案的優(yōu)劣有了更深入的理解，做到了真正的學(xué)以致用，也為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計的順利開展奠定了基礎(chǔ)，此外學(xué)生的動手能力也得到了提高，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。然而由于本校本科實驗器材和實驗課時有限，課本上所講解的合成方法多數(shù)并不能在實驗課上得到實踐，因此要求授課老師廣開思路，通過鼓勵學(xué)生積極申報校開放性實驗項目，為學(xué)生創(chuàng)造更多的實驗機會，同時鼓勵學(xué)生通過對校級科技立項、國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等項目的申報，獲取學(xué)校的資金支持開展實踐學(xué)習(xí)。筆者近幾年已經(jīng)指導(dǎo)學(xué)生完成了幾項大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，并取得了一些研究成果，相繼發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文2篇[4，5]。學(xué)生也普遍反映通過這些項目的實踐，強化了理論基礎(chǔ)，提高了實踐能力和邏輯思維能力。此外，還可以讓學(xué)生利用課余時間參與到教師的科研項目中來，老師的言傳身教，不僅能夠規(guī)范學(xué)生的實驗操作能力，對培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)思維、創(chuàng)新能力也有潛移默化的影響作用。由于我校以往課程設(shè)置問題，無機材料的理論課程和實驗課程在不同學(xué)期開課，一學(xué)期單純的理論課程講授會讓學(xué)生感到非常枯燥無趣，因此上課的積極性也不高，而等到實驗課程開課時，理論知識已經(jīng)遺忘，對于實驗的順利開展也很不利，因此筆者認為理論課程和實驗課程最好交叉進行。

四、多樣化的考核方式

檢測學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容掌握程度最直接的手段就是考核制度。由于《無機材料合成》是一門實踐性非常強的課程，使用常規(guī)的學(xué)習(xí)評價方法并不能真實反映學(xué)生的學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)態(tài)度。為了充分發(fā)揮考核在教學(xué)中的激勵、評價和反饋作用，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和積極性，更為全面客觀地反映學(xué)生的真實學(xué)習(xí)水平，本課程開始嘗試建立多樣化的課程考核模式。課程考核主要包括以下兩個方面。一是平時成績，主要包括出勤、提問、課堂報告以及作業(yè)情況。通過考察上課出勤情況了解學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度問題，而提問和作業(yè)情況能夠反映學(xué)生對課堂內(nèi)容的熟悉及掌握程度，課堂報告部分為3～5名學(xué)生自由組合為一小組，對課堂所講授的感興趣的無機材料進行文獻調(diào)研，通過對大量文獻的總結(jié)，了解這種材料的性質(zhì)特征、發(fā)展史及所應(yīng)用的領(lǐng)域，并對其合成方法及生產(chǎn)設(shè)備進行總結(jié)比較，分析各種制備方法的優(yōu)劣，在課堂以報告形式進行匯報，主要考察學(xué)生的文獻查閱能力、歸納能力、分析問題和解決問題的能力。由于這部分成績評定主觀性較大，要求授課老師盡量做到客觀公正。二是閉卷考試，主要檢查學(xué)生對課堂基本概念和基本理論的掌握程度，此外還要有一些開放性考察題目，比如嘗試讓學(xué)生利用課本上所學(xué)的不同合成方法，來合成一種常用常見的無機材料，解決一些理論與實際相結(jié)合的提高性題目以及學(xué)科交叉性的綜合性題目，考察學(xué)生靈活運用所學(xué)知識的能力。

五、教學(xué)實踐中存在的問題

無機材料的發(fā)展日新月異，且內(nèi)容涉及多個研究領(lǐng)域，因此對授課人員的要求很高，除了牢固掌握現(xiàn)有的理論基礎(chǔ)，還要及時了解無機材料的發(fā)展前沿，掌握相關(guān)新材料的發(fā)展動態(tài)，這就要求教師不斷提高自身專業(yè)知識水平，廣泛了解材料研究前沿進展情況，篩選精華，及時更新自己的知識儲備，致使教師備課壓力很大，在授課時很難做到面面俱到。

六、結(jié)論

本文是針對《無機材料合成》課程，筆者在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、理論與實踐的結(jié)合性和考核方式等方面的初步改革探索而取得的成果。然而，專業(yè)教學(xué)改革和課程建設(shè)是一項科學(xué)性強、影響面廣、意義非常重大的系統(tǒng)工程，我們只有堅持不斷探索、勇于實踐、敢于創(chuàng)新，并及時總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，練就一身過硬本領(lǐng)，才能使教學(xué)質(zhì)量不斷提高。

參考文獻：

[1]劉海濤，楊酈，張樹軍，等.無機材料合成[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003：1-5.

[2]張克立，孫聚堂，袁良杰，等.無機合成化學(xué)[M].武昌：武漢大學(xué)出版社，2004：1-9.

[3]易奇志.創(chuàng)新課堂教學(xué)，讓學(xué)生快樂學(xué)習(xí)[J].廣西師范學(xué)院學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2007，（28）：112-115.

[4]Dongmin An，Ning Mao，Guozhi Deng，Yunling Zou，Yan Li，Tong Wei，Xiaoxue Lian. Ethanol gas-sensing characteristic of the Zn2SnO4 nanospheres[J].Ceramics International，2016，42：3535-3541.

[5]Dongmin An，Xiaoqiang Tong，Jincheng Liu，Qiong Wang，Qingjun Zhou，Juan Dong，Yan Li.Template-free hydrothermal synthesis of ZnO micro/nano-materials and their application in acetone sensing properties[J].Superlattices and Microstructures 2015，77：1-11.