材料化学专业实验教学实践

葛金龙(蚌埠学院应用化学与环境工程系，安徽 蚌埠233000）

材料化学是由化学与材料科学理论共同支撑的交叉应用性学科，研究材料的合成制备理论、使用过程中涉及到的化学过程、材料性质的测量等，培养具有材料科学背景的化学学科人才[1]。材料化学专业实验是材料化学教学的重要环节之一，是培养学生实验实践能力的重要手段，也是实践教学的重要组成部分。专业实验没有固定的教学模式，主要包括确定实验方案、设计实验内容、检测材料性能，强调创新、连续、专业、实用的教学效果[2]。下面，笔者探讨了材料化学专业的实验教学实践❶蚌埠学院教育教学研究项目(JYLY1011）。。

1 优化专业实验内容

为培养应用型人才，蚌埠学院材料化学专业设置了72学时实验，在第6、7学期各开设36学时，此时学生通过基础实验课程的学习，掌握了基本的实验技术，能够接受相对复杂的实验项目。

1）实验内容紧跟材料化学专业的学科前沿 对于材料化学专业实验，要求实验内容紧跟材料化学专业的学科前沿，体现材料化学发展趋势，包括材料制备与合成、材料性能检测、实验数据处理等，涉及无机非金属材料、高分子材料、复合材料等[3]。对无机非金属材料专业实验教学内容主要涉及到物相结构的测定、粒度、比表面积、热失重-差热、热膨胀系数性能、光催化性能等；对高分子材料主要涉及乳液聚合、悬浮聚合等；对复合材料主要集中于材料的热学、光学、电学、磁学等性能。

2）着重材料的合成方法、表征测试手段专业 实验教学内容更着重于材料的合成方法、表征测试手段，实验中要求掌握红外、紫外、雾度仪、光泽度测定仪、热膨胀系数测定仪、差热分析、粒度测量、比表面积测定、电化学工作站、简支梁试验机、洛氏硬度计、金相显微镜等仪器的使用。

3）注重实验技术的先进性 实验内容上也更注重于实验技术的先进性，反映材料化学的研究前沿。开设的实验项目主要有：草酸根合铁酸钾(Ⅲ）的制备与表征；甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合；苯乙烯的悬浮聚合；苯乙烯丙烯酸丁酯乳液的聚合及其在滤纸上的应用；环境友好型水基防锈剂的研究；纳米钛酸锶钡粉体的制备及表征；水热法制备硫化锌纳米粒子及发光性能研究；TiO2／SiO2复合材料的制备与光催化研究；自蔓延燃烧合成NiFe2O4粉体材料等。

4）引入教师的最新科研项目和成果 在教学内容上，将教师的最新科研项目和成果引入实验内容中，使学生了解材料化学的前沿知识，学生开展其中的部分实验，实验过程中学生具有较强的学习兴趣和创新意识。比如 “环境友好型水基防锈剂的研究”为教师的科研项目，可以采用不同的实验方案制备产品，加入不同的成膜助剂应用于钢材的短期防锈，以盐雾试验机检测防锈性能，电化学工作站检测涂覆前后的开路电位、塔菲尔曲线，差热分析天平检测涂膜的热重-差热分析等。

2 改革实验教学方法

在材料化学专业实验教学中，坚持突出学生的主体地位，要求学生对实验内容作全面的把握，通过实验过程培养学生分析问题和解决问题的能力。每一个实验考查学生能力的侧重点都不同，实验过程会不可避免出现失败，需要学生多次反复的改进和完善，从理论到实践，再到理论直到解决问题[4]。

1）“TiO2／SiO2复合光催化剂的制备与光催化降解罗丹明B”综合性实验 “TiO2／SiO2复合光催化剂的制备与光催化降解罗丹明B”综合性实验，分为制备、表征、光催化降解3个部分。在制备TiO2／SiO2复合光催化剂阶段要求学生掌握溶胶-凝胶法制备TiO2／SiO2复合光催化剂的原理和陈化、干燥、灼烧等操作技术，特别是前躯体和金属醇盐的水解。实验过程中，将学生分成4～5人一个小组，每组所取的TiO2和SiO2的量不一样，这样就可以制备一系列不同物质量比值的TiO2／SiO2光催化剂，然后用差热分析天平测定不同光催化剂凝胶的热失重-差热。在表征过程中主要是考察不同TiO2／SiO2复合材料加入量、光催化时间、光催化pH值、光催化温度对罗丹明B降解率的影响，要做降解动力学、等温吸附热力学实验。要求掌握紫外可见分光光度计等仪器的使用，还要求学生将不同组的数据共享，并进行对比分析，并对降解动力学、热力学数据处理，找出吸附符合的吸附模型，写出实验报告，也可以选择其他目标降解物进行对比试验比如甲基橙、亚甲基蓝等。这个综合性实验内容多、时间长、数据处理复杂，仅仅依靠课堂上的时间远远不够，要求学生必须在课余时间到实验室完成实验，这样提高了学生积极性，同时也锻炼了学生分析问题、解决问题的能力。

2）“苯丙乳液的合成及应用”综合性实验 “苯丙乳液的合成及应用”综合性实验分为乳液苯丙乳液合成和应用2个方面。乳液合成要求掌握苯乙烯、丙烯酸丁酯单体的比例、乳化剂的种类及用量以及加料顺序、温度、搅拌速度等合成工艺，检测合成乳液的固含量、粒度、红外光谱等，并将乳液应用提高滤纸的耐水性、耐破度等，这样学生掌握了材料制备、材料检测到具体应用的全部过程，尤其是看到制备的材料能够解决实际问题，大大满足了学生的成就感，激发了实验兴趣。

这种以学生为主体的教学方法，使学生最大限度的熟悉实验过程，掌握每一个实验环节，发挥了学生的主观能动性，提高了实验积极性，取得了较好的实验效果[5]。

3 开放实验室

材料化学专业实验课堂上的实验教学学时远远不能满足要求，必须开放实验室，仅依靠实验教师的精力去管理是远远不够的。在实验开始对学生进行安全教育，并对仪器的使用进行培训，每个小组对实验室进行自我管理，同组同学自我监督，严格遵守实验室规程，保证实验室的安全和学生人身安全，而大型仪器的使用则采取由实验指导教师集中测试的方式。这样既解决了课时少、实验设备短缺，又解决了学生动手机会少的缺点[6]。开放实验室使学生有充裕的时间进行实验，学生也以很大的热情投入实验，保证了专业实验的完成。

4 改进考核方式

适当的考核方式有利于调动学生的积极性。以前的考核主要是以实验报告为依据，这样就有一部分同学不去认真做实验，甚至抄袭实验报告。在材料化学专业实验教学中，让学生把每一个实验过程中的现象和数据都翔实的记录下来，得到实验结果，然后把实验的结果或者最终实验样品保留下来，与实验报告一起上交作为考核指标，另外教师在实验过程中对学生的实验操作给予一定的评价一并计入考核指标中，这样就相当于对学生实验进行全程的监督。

在实验报告的撰写过程中教会学生使用Origin等化学软件，完成数据的处理。由于在实验过程中，每一组在同一个实验中考察的影响因素都不尽相同，把所有小组的数据综合起来，由其中一个小组的同学写成小论文的方式在下一个实验开始前进行简单的答辩，这样学生不仅知道自己实验结果，还了解了在其他影响因素下的实验结果，达到了事半功倍的效果。通过这样的考核方式不仅考察了学生的实验技能，使学生认真对待实验过程，也提高了学生对实验数据整理、归纳能力和论文写作能力，为毕业论文的撰写打下了基础。

5 结 语

对于新建地方本科院校而言，面临着实验仪器台套数偏少、大型检测仪器少、实验内容不全面、实验指导教师少等难处，材料化学专业实验的实验内容和实验方法都需要进一步的充实和完善，需要解决的问题还很多。材料化学专业实验对于学生的动手能力的提高和科学研究创新意识的培养具有重要的实际意义。通过专业实验，提高了学生对材料化学专业知识的理解，训练了学生的实验技能，调动了实验积极性和主动性，提高了学生分析问题、解决问题的和论文写作能力，取得了较好的教学效果。

[1]李奇，陈光巨，黄元河 ．理科化学专业 “材料化学”课程的建设与改革 [J]．理工高教研究，2006，25（5）：109-110．

[2]陈巧玲，汪效祖，武文良 ．深化教学改革促进材料化学课程建设 [J]．大学化学，2009，24（6）：23-25．

[3]罗春华，董秋静，廖荣宝，等 ．材料化学专业实验课程体系的探讨 [J]．宿州学院学报，2010，25（5）：121-123．

[4]陈桂华，闫瑞强 ．材料化学专业实验教学研究 [J]．洛阳师范学院学报，2009，28（4）：150-151．

[5]丁岩芝，卢肖永，管恩祥，等 ．加强专业实验教学，培养应用型人才 [J]．淮南师范学院学报，2009，11（5）：56-57．

[6]禹筱元，罗颖，董先明 ．材料化学专业人才培养模式的改革与实践 [J]．高教论坛，2010（1）：23-25．