材料化学专业实验特色化的教学模式研究

王爱萍，朱志斌

(中国海洋大学 材料科学与工程研究院，山东 青岛 266100)

材料化学专业实验特色化的教学模式研究

王爱萍，朱志斌

(中国海洋大学 材料科学与工程研究院，山东 青岛 266100)

针对中国海洋大学海洋应用特色的材料基础研究的发展方向，整合材料化学专业实验，构建材料化学专业实验特色化的教学模式。文中从实验教学内容、实践性自主性实验教学方法体系、多元化多层次的实验指导、综合性应用型人才的考核方式等方面，对注重培养学生的自主创新意识、实验实践动手能力及科研能力、全面提高其专业技能和综合应用素质的特色化教学模式进行探讨和研究。

材料化学；专业实验；特色化；教学模式

材料科学是一门理工结合、学科交叉的学科，在信息、能源、环境、航天等前沿科学领域起着越来越重要的作用[1-2]。材料科学体系是一门实用性和实验性都很强的学科,实验教学的目的是验证理论、传授知识、培养能力、提高素质。实验教学与其他教学环节相比, 在培养能力和素质方面具有不可替代的作用,成为培养创新型人才的关键环节[3-4]。同时材料化学也是一门发展迅速、日新月异的学科，新理论、新技术、新方法不断出现，对材料化学专业的毕业生提出了更高的要求。

目前, 各高校设置材料化学专业实验在专业培养目标的要求下都有自己的发展方向[5-6]。中国海洋大学材料科学与工程研究院作为材料化学专业的培养院系， 确定以海洋应用特色的材料基础研究为发展方向，在学科建设的重要策略之一就是走特色化发展道路。近几年来，学院在材料化学这一传统专业上，对本科生人才培养方面进行了一些尝试和创新，尝试材料化学专业实验作为本科生参与研究性学习的平台实施这一特色化发展策略。本文就从整合实验内容、优化实验结构，将实际应用海洋技术引入材料化学本科专业实验教学环节,加强综合性应用型人才的考核方式等方面,对构建材料化学专业实验的特色教学模式进行探讨和研究。

1 整合实验教学体系，适应专业发展需要

教学中充分结合海洋用材料前沿科研方向，设计以学校海洋科技发展为依托，利用现行科研平台，整合相关仪器设备；以提高学生综合实验能力为出发点，以学科发展方向为主线，以知识结构为基础，分层次组织实验教学，让学生从材料化学专业的角度思考； 以小课题的形式培养材料学科本科生的科研能力，并结合蓝色经济社会发展对人才的需求，建立与之相适应的培养目标及专业实验内容，从而构建特色化材料化学专业实验的教学模式。

1.1 紧跟专业方向特色，精心选择实验

材料化学专业实验从大三开始开设，此时学生已经通过前两年的基础实验课程的学习，已掌握了实验的基本操作技术，更容易接受一些较为专业，相对复杂的实验项目。我院材料化学专业实验设计根据理论课与实验课相衔接的原则，将基础实验项目从理论课程中分离出来, 建立与理论教学体系相对独立且有机衔接的实验课程体系。将原来依附于理论课程的实验：纳米材料制备与加工实验、材料性能测试与评价实验、材料组织结构分析与表征实验3门实验课程，重新优化整合为具有海洋应用针对性的材料化学专业实验,建立综合性训练平台, 重点培养学生材料化学的科研实验手段、方法和技能。通过开设一些与无机功能材料等课程相关的典型纳米无机材料或是功能材料合成实验、性能表征及材料在海洋中应用技术实验，着力于学生动手能力、开放性思维的综合训练, 强化学生的工程意识和综合能力。让学生了解先进的材料合成与制备方法，掌握高技术材料性能以及材料在海洋应用中的最佳测试技术，加大对学生动手能力的培养力度，使他们对材料化学在海洋应用研究领域有更深一步的体会，对材料制备工艺、组成、结构与性能之间的相互关系及其规律有更加明确和深刻的认识。

1.2 精炼实验项目，合理实验编排顺序

根据我院材料化学的专业背景和培养目标，构建海洋应用特色专业实验12个，其中10个为必修实验，2个选修实验为灵活设计实验考核。12个必修实验中既有材料的合成实验、材料表征实验也有材料性能测试实验，特别设计材料在海洋应用环境中改性及性能测试实验。

安排实验顺序时，我们依据材料结构和形貌决定其性能的特点以及实验连贯性的原则，尽量使两个甚至三个实验能够串联起来，形成一条链。例如：“金属表面自组装钝化膜制备及腐蚀性能研究”这个综合实验，学生可以掌握无机纳米材料或是不同尺度(低维粒子或薄膜及大尺寸块体)材料制备技术，制备样品可用作材料物理性能表征实验原料，也可作为海洋测试技术“极化曲线测定”或是“钝化膜性能分析评价技术”实验的试样。这样的实验安排有利于将各自独立的单个实验有效地串联起来,充分考虑了材料制备及分析方法的统一性和连贯性。各个表征和性能实验通过一种共有材料有机地整合为一个综合性的分析实验，各实验间具有很强的逻辑性和互验性，增加实验的实用性和综合性，更加有利于学生科学研究思路的培养，提高学生分析、解决问题的能力。

1.3 优化实验结构，注重实验的实用性

传统的专业实验都是验证性实验，教学内容通常是基础技能培训以及经典实验项目。为了体现本院材料专业的特点和发展方向，在实验项目的设立上，我们遵循“立足于提高学生能力、服务于专业培养目标”这一理念，实验内容紧紧围绕本专业人才培养目标, 注重实验设计的创新性和实用性, 着重培养学生的观察能力、动手能力、结果分析能力、数据处理能力和撰写实验报告的能力；同时，将部分基础操作实验融入综合实验项目中。这样，即节省了有限的学时，又达到了训练学生基本实验技能的教学要求，提高了教学效果。

我们精挑细选地设计了具海洋应用特色的材料化学专业实验项目：自组装无机纳米材料在海洋环境中的制备及应用、溶胶凝胶法制备海洋用防污材料和防腐涂层与性能测试、耐腐型非金属海洋工程用结构材料制备技术及应用研究、利用学院自己制造的浪机模拟海浪对材料腐蚀性能评价等。

在这些紧扣材料在海洋应用特色的材料化学专业实验项目中，充分实现了材料经典理论与海洋技术进展相融合、课堂教学与老师的科研项目、海洋应用技术实际的结合，使学生对海洋特殊用防污涂料、防腐材料以及无机非金属功能材料合成制备、表征、改性、表面处理、化学结构对材料在海洋中应用性能的影响、环境保护等都有了充分的认识和理解，巩固了课堂知识，拓宽了学生视野、激发了学生的学习兴趣。同时将万能试验机、热分析仪、红外光谱仪、比表面仪、纳米粒度仪、X射线衍射仪、扫描电镜、电化学分析仪等先进设备的应用融入实验项目中去，学生在掌握基础知识的同时，也学习到了先进技术手段在材料表征与检测中的应用，起到事半功倍的作用。

2 改革教学方法，锻炼学生独立工作能力

传统的老师教学生做的实验教学模式中，学生始终处于被动接受的状态，甚至有些学生在实验做完后还不知道自己记录的数据是什么，这样的被动学习影响了教学的效果[7-12]。

在本实验体系中使用以目标为导向的教学方法，引导学生将理论和实践联系起来。以教师为主导，学生为主体的教学方法，不采用以前的教学方法[8-9]，让学生按照实验指导书依葫芦画瓢，而是仅仅向学生讲解基本原理和方法以及实验所要达成的目标。实验设计过程中充分考虑到学生积极性的调动以及学生潜能的激发，在教学过程中设计学生自主实验部分，学生所在小组可依据实验目标和所学的基本原理方法，经过查阅资料、独立思考、小组讨论形成具有可行实验方案，例如改进实验方法、改变原料配比、改变反应条件、改变测量方式等。然后，通过老师对方案进行指导、讨论、分析、改进形成可实施方案。在这样反复引导学习的过程中既保证了教学效果，也锻炼了学生查阅资料、独立分析解决问题的能力；同时，在海洋应用技术教学过程中将材料引入绿色化和微型化的概念，将这些元素贯穿在整个实验教学环节中，培养了学生环保意识。

3 实验思考题设计，贴切海洋工程应用

在实验过程中，加强应用科研成果指导实验教学，突出材料在海洋应用中的特色研究。巧妙安排实验内容，纠正学生重“结果”轻“操作”的不良习惯。鼓励学生对现有的实验内容提出改进方案，师生共同讨论思考题。在实验思考题的设置上，增加材料在海洋应用中实际工程出现的问题；利用实验原理去解释或解决材料在海洋环境应用问题；如何结合实际应用情况合理地设计材料等。整个实验流程使学生巩固专业基础理论知识，体验现代测试技术与方法，掌握专业试验技能，对工程技术问题进行综合实践，对技术创新以及科学技术原理进行了验证和体会。

4 完善成绩考核制度，提高教学质量

5 结束语

有针对性地构建具有海洋应用特色的材料化学专业实验教学模式，顺应专业发展方向，合理安排实验内容，改革教学方法，有利于本科专业实验与科研紧密结合，有利于先进设备和实用技术用于本科专业培养，有利于资源合理利用服务于培养高素质的材料专业应用人才。同时也激励学生主动去思考问题，激发学生学习专业基础知识的兴趣及探索、创新的科研热情，全面提高其专业技能和综合素质。

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Research on the Teaching Model of Materials Chemistry Experiment Characteristics

WANG Aiping, ZHU Zhibin

(Institute of Materials Science and Engineering, Ocean University of China， Qingdao 266100, China)

In view of development direction of our marine application materials basic research, characteristic materials chemistry experiment teaching mode is been built. This paper explored and studied characteristic materials chemistry teaching mode from four aspects, these are the experiment teaching content, practical and independent experiment teaching method system, diversified multi-level experiment guidance, comprehensive application ability appraisal way. This teaching mode aims to pay attention to cultivate students’ innovation consciousness, experimental ability and scientific research ability, improve their professional skills and the quality of the integrated application.

materials chemistry; professional experiment; characteristic; teaching model

2013-12-02；修改日期: 2014-02-12

中央高校基本科研业务(中国海洋大学)实验室研究基金资助项目(209201213037) 。

王爱萍(1977-)，女，博士，高级实验师，主要从事功能材料方面的教学和研究工作。

G642.423;O6-3；TQ016

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.035