材料化学专业实验室建设的探索与思考

刘慧慧

(华东理工大学 化学与分子工程学院 上海 200237)

材料化学专业实验室建设的探索与思考

刘慧慧

(华东理工大学 化学与分子工程学院 上海 200237)

根据华东理工大学材料化学专业课程的特点，结合教学经验和办学条件，创建了材料化学专业实验室，探讨了建设过程中的一些探索和实践体会。同时，还提出了有待改进的地方并给出了具体措施。旨在通过上述实践和改革，提高学生的实践能力和创新能力，不断提高教学水平和人才培养质量。

材料化学专业实验；实践；改革；探索

材料化学是一门研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用的科学。它既是材料科学的一个重要分支，也是材料科学的核心内容，同时又是化学学科的一个组成部分。因此，材料化学具有明显的交叉学科、边缘学科和应用型学科的性质[1]。在这样一门应用型理学专业里，材料化学实验课的教学显得尤其重要。建立科学的材料化学实验教学体系，对于培养学生学习的兴趣，调动学生实验的积极性和主动性，提高学生发现问题与解决问题的能力、实践操作能力、组织协调能力以及培养创新型的全面发展的综合性优秀人才具有非常重要的作用[2]。

为了向社会输送应用型人才，华东理工大学化学与分子工程学院开设了材料化学专业，并开设了一系列材料化学专业实验。通过向相关院校学习，并结合我校自身的优势，进行了合理的实验室建设工作，在实践中逐步完善，已经取得了一些良好的开端。下面是我校在材料化学专业实验建设中的一些体会[3]。

1 实验课程体系的完善

1.1 优化专业实验内容[4]

在实验内容上紧跟材料化学专业的学科前沿，体现材料化学的发展趋势，包括材料制备与合成、材料性能检测、实验数据处理等。其中，介孔材料实验教学内容主要涉及物相结构的测定、比表面积的测定等；高分子材料主要涉及自由基聚合、乳液聚合等；纳米金属氧化物主要集中于程序升温还原性能和催化性能等。

实验教学内容更着重视于材料的合成方法和表征测试手段。例如，用软模板法合成了介孔材料、水热合成法制备了金属氧化物纳米材料，用预乳化种子聚合法成了压敏胶黏剂，并用X-射线衍射、比表面与孔隙度分析仪、凝胶色谱、程序升温还原、微电泳仪等表征手段表征各种材料的性质。

1.2 科研与教学的有机结合

科研与教学的有机结合包括两个方面的工作。(1)所有实验老师都是从各科研课题组邀请过来的，其中教授5名，副教授3名，博士3名。他们都是在相关领域有很多年研究背景的专业人才，由他们给学生授课，能更多地展开实验讲义之外的知识。例如：研究背景，研究现状，发展前景，工业应用等，更能体现开设该实验的意义；(2)由于经费有限，实验室成立之，无力购买X-射线衍射仪(XRD1)、ASAP2020比表面与孔隙度分析仪(BET1)、程序升温还原仪(TPR)、原子力显微镜等大型贵重仪器、只得寻求相关课题组的帮助。在学院领导的大力支持下，在工业催化所的大力协助下，我们借用了国家重点实验室—工业催化所的大型仪器开展实验。这样，不仅能保证本科实验教学的顺利进行，而且还能使学生切身感受科研氛围，提升对科研的兴趣。

1.3 分小组进行实验

因为表征实验涉及大型仪器，诸如X-射线衍射(XRD)、ASAP2020比表面与孔隙度分析仪(BET)、程序升温还原仪(TPR)等数量有限，在实验时间内不能保证每名学生都能上机操作。而对于表征实验来说，如果学生不能亲自动手操作，犹如纸上谈兵，只能理解一些实验原理的皮毛。为此我们分小组进行实验。以XRD、BET、TPR实验为例，我们把一个教学班分成ABC三个小组。第一次实验时A小组的学生去做XRD实验，B小组的学生进行BET实验，C小组的学生进行TPR实验，这样每组的学生人数少了，在实验时间内每名学生都能保证至少有一次上机操作的时间。第二次实验时，B小组的学生进行XRD实验，C小组的学生做BET实验，A小组的学生进行TPR实验，以此类推。这样就能保证此每名学生都能在有限的实验时间内上机操作仪器。这样安排教师的工作量是原来的三倍(以往每个实验针对每个教学班只上一次课)，在没有的更好的解决方法以前，为了保证学生能最大程度的接受实验所传授的知识，我们的实验老师都表示愿意克服困难。

1.4 改进考核制度

在材料化学专业实验教学中，我们让学生详细记录实验过程的现象和数据，得到老师签字认可后，回去处理实验数据，之后把数据记录和实验报告一并上交，这样老师不仅可以核实学生用的是否是真实数据，还可以详细了解学生的实验操作步骤和现象，以便综合评价给分。另外，有些现象和结果比较明显的实验，老师采取当场打分的措施，稍后再综合实验报告确定最终的分数。这样的考核方式有效地提高了学生做实验的积极性。

2 改革实验教学方法

2.1 改变传统的教学模式[1]

可以改变实验课程“由教师讲，学生听、做”的单向进行的教学方式为“教师主导和学生主体”的双作用，以激发学生学习兴趣，使学生真正成为教学过程中的主体。具体措施如下 ：(1)改教师讲解实验为抽选学生讲解实验。在每次实验前一周，就对学生提出要求，并在实验时任意指定1～2名学生讲解自己设计的实验原理、步骤、成败关键和理由，然后再由教师补充、完善。(2)改教师演示实验为抽选学生演示实验。就学生容易出错的实验操作和一些仪器使用不当的现象，在做相关实验时任意抽选几名学生进行演示操作，让其他学生观察并评价。(3)改教师指导实验为抽选实验能力强的学生协助教师指导实验。(4)改教师实验课后小结为抽选学生实验课后小结。 教师有目的地指定2～4名学生分别对本实验情况进行小结，推动学生合作式学习，最后教师做点评。

2.2 改固定方法实验为多种方法对比实验

通常实验教材中只提供给学生一种实验方法或是一种方案，以“压敏胶黏剂的合成及性能测试”为例，讲义中只提供一种实验方案，我们鼓励学生设计不同的实验方案做对比。具体方法如下：在合成压敏胶的实验过程中，将学生分成一组2～3名，每组学生的所取原料的量和种类都有所不同。这样我们可以得到一系列不同配方的压敏胶粘剂。在后续的性能测试中，重点考察不同软硬单体比例、乳化剂种类及用量以及加料顺序温度搅拌速度等方面对性能的影响。最后，请学生根据自己的需求结合以上结论设计出最优配方。

这样设计实验，不仅内容多，耗时长，而且数据处理复杂，仅仅依靠课堂上的时间是远远不够的，要求学生花费一定的课余时间来完成实验的数据处理及结论总结，大大锻炼了学生分析问题解决问题的能力。

3 结束语

经过材料化学实验室的建设，我院材料化学实验室从无到有，在实验体系、实验内容、科研与教学结合等方面都进行了有益的尝试，取得了一定的经验。当然，作为一个新建实验室，需要改革和完善的地方还有很多。今后，材料化学实验室将不断探索、补充、改进，继续加强强对实验教学的管理、研究与创新，力争将实验室建设成为一个实验体系创新、学生积极参与、科学规范的理科应用型人才培养的平台。实验室还将不断加强与本校各科研实验室及兄弟院校的交流与合作， 为材料化学专业人才的培养做出应有的贡献[5]。

[1] 王秀华,刘莉,阙荣辉.材料化学专业实验教学中学生创新能力的培养[J].科技信息，2010(20)：47.

[2] 田俐,申少华,刘清泉，等.材料化学实验与科研课题结合的教育模式[J].实验科学与技术，2011，9(6)：131-133.

[3] 李理,何文娣,王红霞.材料化学专业实验建设的探索与实践[J].中国科技博览，2010(33)，323.

[4] 葛金龙.材料化学专业实验教学实践[J].长江大学学报:自然科学版，2011，8(10)：134-135.

[5] 刘捷.浅谈材料化学实验在理科应用型人才培养中的作用[J].广州化工，2012，40(10)，203-204.

Exploration and Thinking on the Construction of Materials Chemistry Specialty Experimental

LIU Huihui

(School of Chemistry and Molecular Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China)

According to the characteristics of the course of Materials Chemistry specialty in our college, laboratory of materials chemistry was constructed on the basis of teaching experience and teaching conditions, some explorations and practical experiences were discussed in the process of construction. Also, the parts that should be improved and detailed measures are given. The purpose is to improve the innovation and practice ability of students, to improve the quality of teaching and personnel training through the practice and reform.

materials chemistry specialty experimental; practice; reform; exploration

2014-03-07；修改日期: 2014-04-28

华东理工大学校内基本科研业务费基金资助项目(WK1214054)。

刘慧慧(1982-)，女，工程师，硕士。主要从事：材料化学专业实验教学和实验室管理。

G482

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.060