化學(xué)類專業(yè)《材料化學(xué)》課程教學(xué)的改革探索

肖元化 ， 周 軍 ， 韓莉鋒 ， 張愛勤

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院 ， 河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ， 河南 鄭州 450002)

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化學(xué)類專業(yè)《材料化學(xué)》課程教學(xué)的改革探索

肖元化 ， 周 軍 ， 韓莉鋒 ， 張愛勤

(鄭州輕工業(yè)學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院 ， 河南省表界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ， 河南 鄭州 450002)

《材料化學(xué)》課程是我校為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門專業(yè)課，在應(yīng)用化學(xué)本科專業(yè)中開設(shè)這門課程不僅有助于學(xué)生了解現(xiàn)代化學(xué)對(duì)于新材料發(fā)展的重要影響，而且有助于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。分析探討了《材料化學(xué)》課程改革的原因，提出相應(yīng)的改革措施：通過(guò)優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、理論與實(shí)踐結(jié)合，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。

材料化學(xué) ； 課程改革 ； 創(chuàng)新型人才

0 前言

《材料化學(xué)》是應(yīng)現(xiàn)代材料發(fā)展而生的一門新興課程，它既是材料學(xué)的主要組成部分，又是化學(xué)學(xué)科的重要分支，具有明顯的學(xué)科交叉特點(diǎn)；它覆蓋金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料、納米材料、新型復(fù)合材料及智能材料等領(lǐng)域，綜合了無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、晶體化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科，具有明顯的學(xué)科綜合、學(xué)科跨越的特點(diǎn)[1]。應(yīng)用化學(xué)專業(yè)是一門研究范圍廣、多學(xué)科相融的科學(xué)，它利用化學(xué)的基本原理和方法對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中遇到的化學(xué)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)研究以達(dá)到材料應(yīng)用的目的。在應(yīng)用化學(xué)本科專業(yè)中開設(shè)《材料化學(xué)》課程是新材料研究與開發(fā)工作的基礎(chǔ)，也是化學(xué)、材料科學(xué)與技術(shù)交叉發(fā)展的必然要求[2]。目前，新材料企業(yè)不斷涌現(xiàn)、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整都需要大量的創(chuàng)新型人才，《材料化學(xué)》課程改革迫在眉睫。

《材料化學(xué)》課程從分子尺度到宏觀尺度分析材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，涉及材料的發(fā)現(xiàn)、合成、應(yīng)用過(guò)程中涉及的化學(xué)問(wèn)題，指導(dǎo)合成具有優(yōu)異性能的新材料，并在新材料的應(yīng)用中發(fā)揮著重要指導(dǎo)作用。在應(yīng)用化學(xué)本科專業(yè)中開設(shè)《材料化學(xué)》課程不僅有助于學(xué)生了解現(xiàn)代化學(xué)對(duì)于新材料發(fā)展的重要影響，而且有助于實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教育目標(biāo)[3]。為順應(yīng)新時(shí)代對(duì)創(chuàng)新人才的需求，《材料化學(xué)》課程的設(shè)置和教學(xué)效果的改革迫在眉睫。

總結(jié)了作者在《材料化學(xué)》課程教學(xué)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)，分析探討了《材料化學(xué)》課程改革原因，提出了優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、理論與實(shí)踐結(jié)合的三種改革措施，以達(dá)到培養(yǎng)符合時(shí)代需求的創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

1 課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

由于《材料化學(xué)》課程“內(nèi)容廣、知識(shí)新、更新快”的特點(diǎn)，因此，如何在有效的學(xué)時(shí)范圍內(nèi)讓學(xué)生盡可能多地了解、掌握相關(guān)領(lǐng)域的內(nèi)容，成為教學(xué)過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題[4]。為有效地解決這一問(wèn)題，我們采用課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化這一措施，從教材的選用入手，通過(guò)去粗取精的方式、與時(shí)俱進(jìn)的理念進(jìn)行《材料化學(xué)》課程改革。

1.1 選用優(yōu)秀教材

與傳統(tǒng)的四大基礎(chǔ)化學(xué)不同，材料化學(xué)是一門起步晚、發(fā)展快、綜合性強(qiáng)的新興學(xué)科，內(nèi)容更新快、缺乏經(jīng)典教材和參考書。盡管目前已出版與材料化學(xué)相關(guān)的教科書，但因編者的學(xué)科背景不同導(dǎo)致各教材內(nèi)容的側(cè)重點(diǎn)也不相同。因此，在教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置中我們強(qiáng)調(diào)知識(shí)的更新?；谶@一點(diǎn)，依據(jù)學(xué)校教材建設(shè)與管理規(guī)定，我們選用近三年出版的能反映學(xué)科前沿且被公認(rèn)水平較高的教材，如十五規(guī)劃教材、21世紀(jì)教材或者其他已獲國(guó)家、教育部、省級(jí)等獎(jiǎng)勵(lì)的教材。

1.2 去粗取精的調(diào)節(jié)課程結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的教學(xué)體系中化學(xué)類與材料類基礎(chǔ)課課時(shí)分配比例懸殊，各專業(yè)部分銜接性不好：化學(xué)類基礎(chǔ)課課時(shí)分配多，而材料類課程所占課時(shí)比例少，各章節(jié)之間知識(shí)的連貫性差。這就要求我們?cè)跇?gòu)建新的課程體系過(guò)程中，針對(duì)我校人才培養(yǎng)方針，強(qiáng)調(diào)以應(yīng)用為目的基礎(chǔ)理論教學(xué)，著重突出理論應(yīng)用與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此，在課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中我們有針對(duì)性地安排實(shí)踐環(huán)節(jié)，主動(dòng)與企業(yè)對(duì)接，到相關(guān)企業(yè)參加生產(chǎn)實(shí)習(xí)，了解各種材料的工藝流程，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何將掌握的理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，達(dá)到拓展學(xué)生知識(shí)面、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。

1.3 與時(shí)俱進(jìn)地豐富課程內(nèi)容

材料化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容主要有：材料的理論基礎(chǔ)、制備、結(jié)構(gòu)表征、性能應(yīng)用及具體材料中的化學(xué)問(wèn)題等幾個(gè)知識(shí)模塊[5]。我們?cè)诒ＷC完成基礎(chǔ)理論知識(shí)教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，會(huì)結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的最新研究動(dòng)態(tài)及時(shí)更新部分教學(xué)內(nèi)容，把最新的研究成果、技術(shù)發(fā)展介紹給學(xué)生，拓展學(xué)生的思維，為提高學(xué)生在就業(yè)與繼續(xù)深造過(guò)程中的創(chuàng)新能力奠定良好的基礎(chǔ)。

2 教學(xué)方法和手段的優(yōu)化

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中教師一味地灌輸知識(shí)而學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí)，這樣的教學(xué)模式不利于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。因此，《材料化學(xué)》課程教學(xué)改革不僅從教學(xué)內(nèi)容上改革，更要從教學(xué)方法、教學(xué)手段方面進(jìn)行改革，以達(dá)到培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。對(duì)教學(xué)手段進(jìn)行改革：我們?cè)诮虒W(xué)中積極發(fā)揮教師的引導(dǎo)作用，以學(xué)生為主體，通過(guò)啟發(fā)研究、互動(dòng)討論等教學(xué)方式，鼓勵(lì)學(xué)生自主主動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新意識(shí)[6]。

2.1 以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體

組織、指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)使學(xué)生積極主動(dòng)的參與教學(xué)；分組討論所了解的相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生感知材料化學(xué)領(lǐng)域的前沿科學(xué)知識(shí)；制作并講解課件，啟發(fā)學(xué)生對(duì)材料科學(xué)的興趣，擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)面。例如：新型結(jié)構(gòu)材料中對(duì)新型高溫材料、聚合物材料、復(fù)合材料等進(jìn)行講解，講解結(jié)束利用課余時(shí)間帶學(xué)生到相關(guān)的材料工廠進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)，豐富學(xué)生的知識(shí)面的同時(shí)將理論與實(shí)踐相結(jié)合；而智能材料部分，如形狀記憶材料、儲(chǔ)氫材料、隱身材料等，以小組為單位查閱資料并討論后制作幻燈片，各組選派一名代表在課堂上講解，通過(guò)這樣的方式提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。

2.2 教學(xué)手段的改進(jìn)

我們把傳統(tǒng)的板書與多媒體技術(shù)相結(jié)合，傳統(tǒng)板書的回歸使學(xué)生對(duì)材料化學(xué)領(lǐng)域理論知識(shí)的理解與印象更加深刻，而多媒體輔助教學(xué)則體現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)接受知識(shí)[7]。利用多媒體技術(shù)向?qū)W生介紹更多的新成果，如石墨烯材料在電學(xué)、光學(xué)、催化及生物等方面的應(yīng)用，這些知識(shí)的介紹，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，開闊了學(xué)生的視野，使學(xué)生積極主動(dòng)地參與到教學(xué)中，提高了教學(xué)效果；在材料化學(xué)的基礎(chǔ)理論教學(xué)部分、晶體學(xué)基礎(chǔ)理論、合金結(jié)構(gòu)、離子晶體與共價(jià)晶體等內(nèi)容時(shí)，借助多媒體技術(shù)，綜合運(yùn)用圖片、動(dòng)畫、文字等形式向?qū)W生提供豐富、形象的素材幫助學(xué)生了解知識(shí)點(diǎn)；傳統(tǒng)板書加深學(xué)生對(duì)各種理論公式的印象，二者合能夠有效地突破教學(xué)難點(diǎn)，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。

3 理論與實(shí)踐結(jié)合、培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

理論與實(shí)踐在教學(xué)中相輔相成、密不可分。其中，實(shí)踐教學(xué)是課堂教學(xué)的繼續(xù)和發(fā)展，是檢驗(yàn)教學(xué)效果的重要途徑，是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力，培養(yǎng)創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)人才不可缺少的重要環(huán)節(jié)。材料化學(xué)是材料科學(xué)的核心部分，具有學(xué)科交叉性明顯、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，其基本理論多且枯燥，為了強(qiáng)化課堂教學(xué)時(shí)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的領(lǐng)悟能力，堅(jiān)持理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)相并重的原則[8]。我們?cè)凇恫牧匣瘜W(xué)》課程的教學(xué)過(guò)程中盡量多地加入相關(guān)材料的應(yīng)用背景，通過(guò)到企業(yè)中參觀實(shí)習(xí)來(lái)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生用學(xué)過(guò)的理論知識(shí)分析、解決實(shí)際問(wèn)題；同時(shí)，我們?cè)O(shè)置創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)生的個(gè)人能力和時(shí)間安排，有選擇性的設(shè)置一些與教師科研相結(jié)合的課題供學(xué)生選作，使學(xué)生盡早地進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室接觸前沿的學(xué)科技術(shù)，拓展知識(shí)面，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才做好充分的準(zhǔn)備。老師指導(dǎo)，學(xué)生設(shè)計(jì)、操作、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)主動(dòng)參與、開放式的學(xué)習(xí)模式，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新意識(shí)。

4 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)材料不斷更新?lián)Q代，新材料不斷涌現(xiàn)，材料科學(xué)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺男枨笤絹?lái)越高，這就為《材料化學(xué)》課程的設(shè)置和教學(xué)效果提出了更高要求。如何順應(yīng)時(shí)代需求培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才是高等教育不斷探索和改革的方向。其中，課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)方法和手段的優(yōu)化、理論教學(xué)與實(shí)踐結(jié)合是《材料化學(xué)》課程改革的有效措施，是提高教學(xué)質(zhì)量培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。

[1] 李 奇,陳光巨,黃元河,等.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] 楊 琴,江元汝.應(yīng)用化學(xué)專業(yè)材料化學(xué)課程的教學(xué)改革初探[J].楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,9(4):78-80.

[3] 杜慶洋,徐會(huì)君,白佳海,等.《材料化學(xué)分析》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].廣東化工,2015,42(16):223-224.

[4] 鄒勇進(jìn).《材料化學(xué)》課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J].科技信息,2012(9):173.

[5] 曾兆華,楊建文.材料化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008:1-294.

[6] 侯新梅,胡曉軍,郭 敏,等.啟發(fā)式教學(xué)在材料化學(xué)課中的運(yùn)用初步探討[J].中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊,2011(23):60.

[7] 王 強(qiáng).多媒體教學(xué)在環(huán)境化學(xué)課程中的改革與實(shí)踐[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,33(6):178-181.

[8] 廖桂英,夏 華.大學(xué)化學(xué)課程的創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011(7):179.

多氟多通過(guò)國(guó)家工業(yè)強(qiáng)基工程項(xiàng)目驗(yàn)收

近日，在工業(yè)和信息化部組織的工業(yè)強(qiáng)基工程驗(yàn)收中，河南省多氟多化工股份有限公司承擔(dān)的高純晶體六氟磷酸鋰項(xiàng)目順利通過(guò)專家組驗(yàn)收，成為該省首個(gè)通過(guò)國(guó)家工業(yè)強(qiáng)基工程項(xiàng)目驗(yàn)收的企業(yè)。

六氟磷酸鋰是鋰離子電池核心材料之一，其產(chǎn)品質(zhì)量決定了鋰離子電池充放電性能、使用壽命和安全性。由于我國(guó)高純晶體六氟磷酸鋰研發(fā)一直未取得重大突破和實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，制造技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)封鎖，產(chǎn)品市場(chǎng)長(zhǎng)期被國(guó)外企業(yè)壟斷，嚴(yán)重制約了我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

經(jīng)過(guò)多年努力，多氟多化工股份有限公司突破了六氟磷酸鋰的關(guān)鍵制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)、大規(guī)模、低成本產(chǎn)業(yè)化，打破了國(guó)外長(zhǎng)期壟斷，完全替代了進(jìn)口。2013—2016年多氟多化工股份有限公司共投資5 730萬(wàn)元，新增1條年產(chǎn)1 000 t高純晶體六氟磷酸鋰生產(chǎn)線。通過(guò)升級(jí)設(shè)備、優(yōu)化工藝、提升質(zhì)量，制造工藝、技術(shù)指標(biāo)和產(chǎn)品質(zhì)量均達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，產(chǎn)品國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到35%、全球市場(chǎng)占有率達(dá)到20%，并返銷日本、出口韓國(guó)，成為全球和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有份額最大的企業(yè)，是全球主流電解液廠商秀博瑞殷(soulbrain)和鋰電池廠商LG、比亞迪的主要供應(yīng)商。

工業(yè)強(qiáng)基工程高純晶體六氟磷酸鋰項(xiàng)目的成功實(shí)施表明：一方面要進(jìn)一步加大對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造升級(jí)力度。該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)走精細(xì)化高端化、由原材料向新材料發(fā)展之路有著積極的示范作用;另一方面要進(jìn)一步加大重點(diǎn)領(lǐng)域工業(yè)強(qiáng)基推進(jìn)力度。該項(xiàng)目的實(shí)施，突破了關(guān)鍵制造技術(shù)，打破了國(guó)外長(zhǎng)期壟斷，使六氟磷酸鋰價(jià)格從之前的每噸80萬(wàn)～100萬(wàn)元降到了20萬(wàn)～40萬(wàn)元，推動(dòng)了我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展，對(duì)大力推廣新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重要意義。

2017-03-06

肖元化(1984-)，男，講師，研究方向?yàn)椴牧峡茖W(xué)，電話：15136274232，E-mail:yuanhua.xiao@163.com。

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