材料化学课程教学改革的探索

杨晓伟,黄 兵,赵志远,孙玉珍,左玉香

(盐城师范学院 化学与环境工程学院，江苏 盐城 224005)

《材料化学》是为适应现代科学发展和化学发展的需要而生的一门课程，作为一门交叉性和前沿性的学科，它包含了材料的结构、材料的制备、材料化学热力学等材料学的基本知识，覆盖了金属材料、无机非金属材料、高分子材料和高性能复合材料的相关基本知识和应用，综合了无机化学、有机化学、晶体学、生物学、物理化学等学科，具有明显的学科综合性和学科跨域性的特点[1-2]。该课程是一门理论性和实践性都较强的课程，课程是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学，从组成材料的原子结构出发，涉及到材料固有的物理、化学特性，进而通过结构-性能的关系，合成制备高质量、高性能材料，以降低生产成本，提高经济效益，进而实现材料的最终目标-应用。在课程的教学过程中，如果仍采用传统的教学模式，已不能向学生完美地呈现理论与实验的全过程，使教学与科研脱节，不利于学生独立思考能力、实践能力和科研思维的培养，致使课程效果欠佳，不利于培养学生的学习兴趣和广泛的视野，学习的积极性也受到影响[3-4]。

1 课程结构与教学内容的优化

《材料化学》课程作为材料化学专业的必修课程，包含了48个课时的理论教学和16个课时的实验教学，共计64个课时。作为一门新兴学科，《材料化学》是新材料研究与开发工作的基础，也是化学、材料科学与技术交叉发展的必然要求。在教学内容选取上，材料化学课程教学主要以“夯实基础、侧重应用、提高素质”为目标，根据材料化学课程的特征，结合本身专业要求，我们选取化学工业出版社出版，曾兆华、杨建文[5]编著的《材料化学》，教学内容主要为材料的结构、性能、制备和应用。此外，还介绍了光子材料、电子与微电子材料、生物医用材料、高性能复合材料、纳米材料等新型材料的性能及应用。适当地引入一些经典理论：晶体理论、能带理论、金属结构近似模型等，介绍一些迷人神奇的材料，如坚不可摧的碳材料、充满创造力的塑料、不可思议的发泡材料、不屈不挠的金属材料等，增加了课堂教学的趣味性，同时引入诸多世界上前沿性的创新成果。此外，作为拓展知识，增加材料的表征，以X射线光电子能谱、X射线粉末衍射谱、红外光谱、扫描电子显微镜、激光粒度仪等为代表，通过标准熟知材料的结构和性能之间的内在关系，介绍在材料组成、晶体结构、尺寸大小、形貌及性能等方面一部分常规测试仪器的基本测试原理及其应用。

2 教学模式的探索

作为一门理论性较强的课程，传统的材料化学课堂教学模式已不能顺应时代的潮流，不仅要在教学内容上改革，更要从教学方法、教学手段等方面进行改革，以达到培养创新型全面性人才的目标。教学模式的改变，除教师要在教学中发挥积极引导作用之外，还要不断启发学生，通过互动研究讨论，分组课题、实践锻炼等相互结合，培养学生自主思考能力和自主创新意识。

我们选用的曾兆华、杨建文编著的《材料化学》教材，前五章主要涉及绪论、材料的结构、性能、热力学基础、制备等基本知识，理论知识概念偏多，知识体系繁多复杂，对于基础知识部分仍然以教师讲授法为主；在教材的后五章，主要对各类高性能新型材料进行应用介绍，及其作为拓展知识的神奇材料及材料表征等内容，可以将学生分若干课题组，每一部分内容选取一人作为课题负责人，课题负责人分配具体方向给小组成员，通过查阅大量相关文献及阅读中英文最新进展，做出一个详尽的研究报告，以PPT、视频等形式进行汇报验收结题。在汇报过程中记录好每位课题组成员的讲述情况、回答问题情况、讨论发言情况等，及时对学生的疑惑困惑给出答疑，教师针对研究报告中涉及的知识点以及研究进展等给出总结性陈述，在教师的指导和每个课题组成员的相互配合协作下，每位同学都较好的完成了这项任务。

此外，在课堂教学模式上，引入“微课”[6-7]这种新兴教学手段，材料化学的学习是在分子和原子层次上，研究材料的结构、性能和应用的学科，在课堂讲授过程中，有相当一部分学生对晶体结构、晶体缺陷、三元相图等内容理解起来有难度，传统的讲授模式枯燥缺乏新意，而利用微课演示动画，三维重构软件等从微观结构化抽象为具体，化虚为实，教学内容变得浅显易懂，使学生便于快速的理解和吸收，从而达到更好的课堂教学效果。同时其优点还体现在学习不受时间和地点的限制，学生可以随时通过微课及时查缺补漏，可以提高学生的整体水平，使学生的学习兴趣更加饱满和积极。

3 实验教学的探索

材料化学实验是材料化学专业课教学活动的重要组成部分，不但让学生掌握娴熟的操作技术还培养学生的综合能力、实验素养能力和创新思维，加深对理论知识的理解，实验课堂的丰富有趣对教学也有一定的促进作用。

材料化学实验一般开设在大学三年级，在此之前，学生已经系统地学习了基础化学实验的基本操作，掌握了基本的实验技能，但是基础化学实验的教学往往使学生缺乏对实验的思考及总结，学生对实验的自主设计自主动手能力欠缺，因此在强化、巩固基础实验操作的前提下，材料化学实验应更加注重学生的综合实验能力，拓展专业实验内容，例如我们开展可材料的合成制备实验：沉淀法制备纳米钛酸钡材料、水热法制备微孔材料、锂离子电池正极材料钴酸锂的制备、荧光材料的制备、甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合、多孔聚苯醚材料的改性和制备等无机有机材料制备实验；材料的性能测试实验：材料的比表面积测定、材料的显微结构观察、材料导电性能测定、高聚物的热重分析等，通过一系列实验的设计和操作，使学生深刻理解材料结构与性能的关系，对理论知识加以深化和创新，提高了学生对材料合成的基本认识，增强了其探索实验的兴趣。

在实验课堂上，培养学生的自主设计实验能力，课堂上的师生形成互动模式，能够充分发挥学生主观能动性，在日常的教学中，慢慢培养学生的发现问题、解决问题的能力。同时基于老师的科研方向，引入一些开放性、创新性实验。实验以研究小组为单位(人数限定不超过8人)，在确定课题研究范围内，学生通过查阅文献设计实验方案，教师在听后给予一定的点评以及修改建议，学生独立完成实验并对材料的性能进行测试表征，为将来的毕业实验和日后继续研究深造打下基础。

4 结语

以上是本人对材料化学教学改革的一些探索，针对我校课程特点，选择合适的教材，在教材基本教学的基础上，拓展一些创新性的研究成果，以多媒体微课教学和实践教学结合实验教学等多样化教学方法为辅助手段，学生在深刻学习理论知识的同时，也增强实验设计能力、操作能力的培养，学生通过学习能发现问题、思考问题和解决问题，提高学生创新创业精神和水平，为更好的满足企业、研究所对所需人才的基本要求奠定坚实的基础。