《無機(jī)固體材料化學(xué)》課程教學(xué)方法研究
——以“固體材料的結(jié)構(gòu)分析與性質(zhì)表征”為例

史曉媛

（東北師范大學(xué) 多酸與網(wǎng)格材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長(zhǎng)春 130024）

“立德樹人”是教育強(qiáng)國(guó)最核心的課題。習(xí)近平總書記指出，“以立德樹人為根本任務(wù)，以為黨育人、為國(guó)育才為根本目標(biāo)，以服務(wù)中華民族偉大復(fù)興為重要使命”。為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，教育部提出“新工科”建設(shè)，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國(guó)模式、中國(guó)經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)。化學(xué)是重要的基礎(chǔ)科學(xué)，在化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)體系中，開設(shè)《無機(jī)固體材料化學(xué)》課程是課程改革的一部分，對(duì)培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞膽?yīng)用型創(chuàng)新人才具有重要意義。

1 《無機(jī)固體材料化學(xué)》課程的特點(diǎn)

《無機(jī)固體材料化學(xué)》是材料專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是課程體系中應(yīng)用性和前瞻性較強(qiáng)的課程。其先修課程是大學(xué)物理、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)課。具有以下四個(gè)特點(diǎn)。

1）《無機(jī)固體材料化學(xué)》是無機(jī)化學(xué)中必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，涉及了材料分類、合成與制備方法、X射線晶體學(xué)基礎(chǔ)、固體材料分析測(cè)試方法和固體材料物理性質(zhì)。學(xué)習(xí)這些固體材料知識(shí)，需要以物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)和分析化學(xué)的知識(shí)為基礎(chǔ)，可以說是鞏固前期知識(shí)、學(xué)習(xí)新知識(shí)的重要課程。

2）固體材料化學(xué)同時(shí)屬于材料學(xué)科課程體系的入門課。在第一章緒論中，課程介紹了材料的發(fā)展史、分類及應(yīng)用，使學(xué)生對(duì)材料有了初步認(rèn)識(shí)，并逐漸體會(huì)化學(xué)和材料學(xué)科的區(qū)別與聯(lián)系。例如：學(xué)生們前期的化學(xué)課程講的是合成，而材料相關(guān)課程涉及的是制備，這就實(shí)現(xiàn)了從合成到制備全過程的學(xué)習(xí)，并為之后的實(shí)踐課程打下基礎(chǔ)。

3）《無機(jī)固體材料化學(xué)》是一門理論和實(shí)踐結(jié)合緊密的課程。例如第二章X 射線晶體學(xué)基礎(chǔ)，從晶體的宏觀對(duì)稱性、微觀對(duì)稱性到X 射線與晶體相互作用的布拉格方程，為第三章材料分析測(cè)試方法中的X 射線衍射和電子衍射表征方法的學(xué)習(xí)打下了理論基礎(chǔ)，有利于學(xué)生分析實(shí)際的測(cè)試數(shù)據(jù)并得到材料性質(zhì)等結(jié)論。本課程涉及的由化學(xué)合成到材料制備、從微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性質(zhì)的科學(xué)思想，是將實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化成實(shí)際應(yīng)用的過程，也是科技成果推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的重要路徑。

4）與前沿科學(xué)研究聯(lián)系緊密。例如第三章材料分析測(cè)試方法中涉及的同步輻射、中子衍射、理論模擬、球差電鏡、掃描隧道電子顯微鏡等方法，都是科研領(lǐng)域最高端、最前沿的先進(jìn)表征技術(shù)。通過對(duì)這些儀器原理的理論學(xué)習(xí)和進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作和分析，可以建立起本科生與前沿科研的聯(lián)系，激發(fā)興趣，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才大有裨益。

2 對(duì)化學(xué)專業(yè)學(xué)生開課的必要性

2.1 從理論知識(shí)到實(shí)際應(yīng)用的過渡課程

現(xiàn)在學(xué)科發(fā)展面臨的一大問題就是本科生理論知識(shí)學(xué)習(xí)與應(yīng)用能力培養(yǎng)的脫節(jié)。面向化學(xué)專業(yè)的學(xué)生開設(shè)《無機(jī)固體材料化學(xué)》這門課程，就是在理科背景課程體系中建立起的理論與應(yīng)用的橋梁。結(jié)合多種教學(xué)形式和教學(xué)手段，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，操作儀器、制備材料、匯報(bào)演講，這些對(duì)應(yīng)用能力的培養(yǎng)非常有幫助。

2.2 為將來從事科學(xué)研究打下基礎(chǔ)

對(duì)于化學(xué)專業(yè)本科生，繼續(xù)進(jìn)行學(xué)術(shù)深造的人數(shù)比例很高。這門課可以說是他們從書本知識(shí)走進(jìn)科學(xué)研究的第一門課。合理設(shè)計(jì)課程目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段，能夠幫助他們走好科研入門的第一段路。首先讓學(xué)生建立起材料的結(jié)構(gòu)影響性質(zhì)、性質(zhì)決定用途的研究思路，反過來根據(jù)用途思考性質(zhì)特點(diǎn)，并有目的地設(shè)計(jì)、制備與改性材料。同時(shí)，讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)理論知識(shí)和進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐，具備合成制備材料并對(duì)材料進(jìn)行表征分析的能力。培養(yǎng)學(xué)生的這種能力，是將化學(xué)合成的粉末制備成薄膜或塊體等材料，更進(jìn)一步地推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用的科技發(fā)展思路。

2.3 加強(qiáng)學(xué)科交叉的意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

《無機(jī)固體材料化學(xué)》課程屬于工學(xué)性質(zhì)，一級(jí)學(xué)科是材料，二級(jí)學(xué)科是材料化學(xué)。而授課對(duì)象是理學(xué)背景的化學(xué)專業(yè)學(xué)生。這種一級(jí)學(xué)科間的交叉，可以促進(jìn)理工融合，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉的意識(shí)，符合人才發(fā)展和科技發(fā)展的趨勢(shì)。

3 對(duì)課程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)

3.1 教學(xué)深度適中

根據(jù)化學(xué)專業(yè)學(xué)生的數(shù)理基礎(chǔ)制定教學(xué)目標(biāo)。化學(xué)專業(yè)學(xué)生的高等數(shù)學(xué)和數(shù)理方法的基礎(chǔ)較為薄弱，所以要合理制定教學(xué)目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用和基本物理意義，不需要過多的公式推導(dǎo)。例如第三章的X 射線晶體學(xué)基礎(chǔ)涉及的倒易點(diǎn)陣及厄瓦爾德球的概念，不需要如固體物理課程中的數(shù)理推導(dǎo)，只進(jìn)行倒易概念的簡(jiǎn)單定義即可，而把重點(diǎn)放在倒易點(diǎn)陣、厄瓦爾德球與單晶、多晶的衍射圖案的聯(lián)系上即可。通過這部分的理論學(xué)習(xí)，使學(xué)生能在后續(xù)的電子衍射實(shí)踐分析中通過衍射圖案判斷測(cè)試樣品的晶型。

3.2 進(jìn)行全面的教學(xué)

《無機(jī)固體材料化學(xué)》的教學(xué)不僅考慮知識(shí)能力達(dá)到的程度，還要滲透思想品德的教育和非智力因素的培養(yǎng)，努力使學(xué)生在知識(shí)、能力、思想和心理等方面都得到全面協(xié)調(diào)的發(fā)展。例如在材料分析測(cè)試方法的實(shí)踐課程中，需要學(xué)生自行組隊(duì)、選擇感興趣的幾種測(cè)試方法、聯(lián)系主管測(cè)試儀器的老師約好時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐，這期間涉及的與不同老師交流、向研究生學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐討教等過程，培養(yǎng)了學(xué)生的溝通和協(xié)調(diào)能力、鍛煉了學(xué)生自學(xué)和獲取相關(guān)資料的能力。在完成這部分實(shí)踐期間，難免會(huì)遇到儀器機(jī)時(shí)緊張無法即刻完成測(cè)試、分析軟件安裝和使用的難題等，這些實(shí)際困難能鍛煉學(xué)生抗壓和克服困難的能力，增強(qiáng)他們適應(yīng)社會(huì)需要和今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)及研究的能力。

3.3 教師應(yīng)加強(qiáng)對(duì)課程的理解，合理安排教學(xué)內(nèi)容

要把握整體知識(shí)構(gòu)架，分析每一節(jié)課在整個(gè)知識(shí)體系中的作用和地位，聯(lián)系前期所學(xué)化學(xué)課程中的鋪墊知識(shí)、找到和后續(xù)知識(shí)的連接點(diǎn)，不僅使學(xué)生掌握具體知識(shí)點(diǎn)，還強(qiáng)調(diào)如何進(jìn)行序列化信息編碼，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維。同時(shí)，教師應(yīng)把握教學(xué)內(nèi)容中主要的、本質(zhì)的東西，突出重點(diǎn)，在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)教學(xué)信息的多維性。學(xué)生通過自學(xué)能夠完全掌握的內(nèi)容少講或不講；對(duì)通過略加點(diǎn)撥學(xué)生就能理解的，一帶而過即可；對(duì)一些尚未被學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)所接納，且有一定難度的，講深講透；對(duì)需要前后知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通的，提醒學(xué)生及時(shí)復(fù)習(xí)，注意內(nèi)在聯(lián)系。

3.4 引入最前沿科技成果

激發(fā)學(xué)生學(xué)科興趣，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。這門課涉及的材料物理性質(zhì)、分析測(cè)試方法的相關(guān)章節(jié)，能與前沿科學(xué)新成果有機(jī)結(jié)合，通過這門課的教學(xué)，對(duì)化學(xué)、材料科學(xué)的學(xué)科背景、發(fā)展現(xiàn)狀、最新成果加以介紹，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)科的興趣、培養(yǎng)學(xué)科交叉意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和思維。

3.5 教學(xué)形式多樣化

結(jié)合課堂教師講解、學(xué)生分組自講、課后進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐、利用軟件分析數(shù)據(jù)完成作業(yè)、進(jìn)行隨堂測(cè)試等多種形式相結(jié)合，增加教學(xué)手段豐富度、提升學(xué)生興趣、培養(yǎng)自學(xué)能力、提高參與度。全方位提高教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)造性。

4 無機(jī)固體材料化學(xué)的幾種教法應(yīng)用

4.1 角色變換法

以學(xué)生為主體，增加學(xué)生的主動(dòng)性和主導(dǎo)權(quán)，提升學(xué)習(xí)興趣和積極性?；诨瘜W(xué)知識(shí)，讓學(xué)生對(duì)以前知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，夯實(shí)基礎(chǔ)，并且融會(huì)貫通，加以應(yīng)用。如：在晶體的宏觀對(duì)稱性的知識(shí)講授過程中，應(yīng)與分子對(duì)稱性相對(duì)應(yīng)，進(jìn)行類比學(xué)習(xí)。這部分稍加點(diǎn)撥學(xué)生即可掌握，故可由學(xué)生主講，教師總結(jié)的方式進(jìn)行。

4.2 實(shí)習(xí)體驗(yàn)法

一味進(jìn)行理論知識(shí)學(xué)習(xí)，很難掌握好《無機(jī)固體材料化學(xué)》這門課程。必須學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)習(xí)體驗(yàn)。例如：在材料分析檢測(cè)方法這一部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，將學(xué)生按分析儀器分組，通過預(yù)習(xí)工作原理、進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室具體操作、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論、總結(jié)匯報(bào)這一系列步驟，充分掌握課程內(nèi)容。在上機(jī)操作的過程中，會(huì)更加深刻理解儀器工作原理、測(cè)試內(nèi)容和操作方法。同時(shí)也能提升學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作和解決實(shí)際問題的能力。

4.3 目標(biāo)明示法

這門課程的內(nèi)容多、復(fù)雜，尤其是材料分析測(cè)試方法和材料物理性質(zhì)部分，對(duì)于數(shù)理基礎(chǔ)薄弱的化學(xué)專業(yè)學(xué)生來說難度大，所以可以使用目標(biāo)明示法。例如，在每一部分的課件中，首先列出重點(diǎn)和難點(diǎn)，上課過程中不斷提及，一部分結(jié)束后及時(shí)總結(jié)，甚至可以在每一頁(yè)課件中都列出重難點(diǎn)和知識(shí)脈絡(luò)，提醒學(xué)生先按知識(shí)脈絡(luò)搞懂重難點(diǎn)，再一點(diǎn)點(diǎn)掌握全部知識(shí)。這樣會(huì)在學(xué)生的理解起到幫助作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

《無機(jī)固體材料化學(xué)》是化學(xué)專業(yè)的一門重要課程，對(duì)學(xué)生的無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、材料科學(xué)等課程的基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備有一定要求。這門課程的設(shè)置彌補(bǔ)了化學(xué)專業(yè)本科生在化學(xué)和材料學(xué)科交叉地帶的知識(shí)空白，從理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能兩方面著手，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉、關(guān)注科研前沿動(dòng)態(tài)的思維和創(chuàng)新能力，對(duì)培養(yǎng)適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的新型人才意義重大。本文總結(jié)了無機(jī)固體材料化學(xué)的課程特點(diǎn)，包括需要扎實(shí)的化學(xué)學(xué)科理論知識(shí)儲(chǔ)備、并利用理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)際操作，同時(shí)這門課程內(nèi)容涉及學(xué)科交叉和前沿科研成果，對(duì)開闊學(xué)生眼界、培養(yǎng)科研興趣具有重要作用。本文還提出了課程對(duì)教師的要求，要進(jìn)行深度適中的教學(xué)，根據(jù)學(xué)生數(shù)理基礎(chǔ)制定教學(xué)目標(biāo)和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。以“固體材料的結(jié)構(gòu)分析與性質(zhì)表征”這部分內(nèi)容為例，提出了適合于化學(xué)專業(yè)本科生的課程設(shè)計(jì)，即將理論學(xué)習(xí)和進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室實(shí)際操作相結(jié)合，給本科生提供平臺(tái)，讓學(xué)生提前了解、體驗(yàn)研究生的學(xué)習(xí)方式，完成從基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)到上機(jī)操作得到數(shù)據(jù)、到應(yīng)用軟件完成分析數(shù)據(jù)和得到結(jié)論。還要將教學(xué)思政滲透到課程中，培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)忍不拔、追求卓越、團(tuán)結(jié)協(xié)作和解決實(shí)際問題的能力。根據(jù)學(xué)生的理解程度安排課堂時(shí)間，充分發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，利用好有限的課時(shí)達(dá)到最好的教學(xué)效果。在內(nèi)容安排上，緊跟最新、最前沿科研動(dòng)態(tài)，并以各種形式的教學(xué)，激發(fā)學(xué)生科研熱情、培養(yǎng)動(dòng)手能力、加強(qiáng)學(xué)科融合的意識(shí)。充分利用好角色變換法、實(shí)習(xí)體味法、目標(biāo)明示法等教法，讓學(xué)生真正成為課堂的主人、培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)讓學(xué)生具備利用一切資源進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力?！稛o機(jī)固體材料化學(xué)》課程是化學(xué)一流學(xué)科建設(shè)的重要部分，對(duì)化學(xué)專業(yè)建設(shè)的整體性、協(xié)同性和特色性的提高，以及提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和水平起到了顯著作用。