材料化學專業(yè)實驗教學實踐

葛金龍(蚌埠學院應用化學與環(huán)境工程系，安徽 蚌埠233000）

材料化學是由化學與材料科學理論共同支撐的交叉應用性學科，研究材料的合成制備理論、使用過程中涉及到的化學過程、材料性質的測量等，培養(yǎng)具有材料科學背景的化學學科人才[1]。材料化學專業(yè)實驗是材料化學教學的重要環(huán)節(jié)之一，是培養(yǎng)學生實驗實踐能力的重要手段，也是實踐教學的重要組成部分。專業(yè)實驗沒有固定的教學模式，主要包括確定實驗方案、設計實驗內容、檢測材料性能，強調創(chuàng)新、連續(xù)、專業(yè)、實用的教學效果[2]。下面，筆者探討了材料化學專業(yè)的實驗教學實踐?蚌埠學院教育教學研究項目(JYLY1011）。。

1 優(yōu)化專業(yè)實驗內容

為培養(yǎng)應用型人才，蚌埠學院材料化學專業(yè)設置了72學時實驗，在第6、7學期各開設36學時，此時學生通過基礎實驗課程的學習，掌握了基本的實驗技術，能夠接受相對復雜的實驗項目。

1）實驗內容緊跟材料化學專業(yè)的學科前沿 對于材料化學專業(yè)實驗，要求實驗內容緊跟材料化學專業(yè)的學科前沿，體現材料化學發(fā)展趨勢，包括材料制備與合成、材料性能檢測、實驗數據處理等，涉及無機非金屬材料、高分子材料、復合材料等[3]。對無機非金屬材料專業(yè)實驗教學內容主要涉及到物相結構的測定、粒度、比表面積、熱失重-差熱、熱膨脹系數性能、光催化性能等；對高分子材料主要涉及乳液聚合、懸浮聚合等；對復合材料主要集中于材料的熱學、光學、電學、磁學等性能。

2）著重材料的合成方法、表征測試手段專業(yè) 實驗教學內容更著重于材料的合成方法、表征測試手段，實驗中要求掌握紅外、紫外、霧度儀、光澤度測定儀、熱膨脹系數測定儀、差熱分析、粒度測量、比表面積測定、電化學工作站、簡支梁試驗機、洛氏硬度計、金相顯微鏡等儀器的使用。

3）注重實驗技術的先進性 實驗內容上也更注重于實驗技術的先進性，反映材料化學的研究前沿。開設的實驗項目主要有：草酸根合鐵酸鉀(Ⅲ）的制備與表征；甲基丙烯酸甲酯懸浮聚合；苯乙烯的懸浮聚合；苯乙烯丙烯酸丁酯乳液的聚合及其在濾紙上的應用；環(huán)境友好型水基防銹劑的研究；納米鈦酸鍶鋇粉體的制備及表征；水熱法制備硫化鋅納米粒子及發(fā)光性能研究；TiO2／SiO2復合材料的制備與光催化研究；自蔓延燃燒合成NiFe2O4粉體材料等。

4）引入教師的最新科研項目和成果 在教學內容上，將教師的最新科研項目和成果引入實驗內容中，使學生了解材料化學的前沿知識，學生開展其中的部分實驗，實驗過程中學生具有較強的學習興趣和創(chuàng)新意識。比如 “環(huán)境友好型水基防銹劑的研究”為教師的科研項目，可以采用不同的實驗方案制備產品，加入不同的成膜助劑應用于鋼材的短期防銹，以鹽霧試驗機檢測防銹性能，電化學工作站檢測涂覆前后的開路電位、塔菲爾曲線，差熱分析天平檢測涂膜的熱重-差熱分析等。

2 改革實驗教學方法

在材料化學專業(yè)實驗教學中，堅持突出學生的主體地位，要求學生對實驗內容作全面的把握，通過實驗過程培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。每一個實驗考查學生能力的側重點都不同，實驗過程會不可避免出現失敗，需要學生多次反復的改進和完善，從理論到實踐，再到理論直到解決問題[4]。

1）“TiO2／SiO2復合光催化劑的制備與光催化降解羅丹明B”綜合性實驗 “TiO2／SiO2復合光催化劑的制備與光催化降解羅丹明B”綜合性實驗，分為制備、表征、光催化降解3個部分。在制備TiO2／SiO2復合光催化劑階段要求學生掌握溶膠-凝膠法制備TiO2／SiO2復合光催化劑的原理和陳化、干燥、灼燒等操作技術，特別是前軀體和金屬醇鹽的水解。實驗過程中，將學生分成4～5人一個小組，每組所取的TiO2和SiO2的量不一樣，這樣就可以制備一系列不同物質量比值的TiO2／SiO2光催化劑，然后用差熱分析天平測定不同光催化劑凝膠的熱失重-差熱。在表征過程中主要是考察不同TiO2／SiO2復合材料加入量、光催化時間、光催化pH值、光催化溫度對羅丹明B降解率的影響，要做降解動力學、等溫吸附熱力學實驗。要求掌握紫外可見分光光度計等儀器的使用，還要求學生將不同組的數據共享，并進行對比分析，并對降解動力學、熱力學數據處理，找出吸附符合的吸附模型，寫出實驗報告，也可以選擇其他目標降解物進行對比試驗比如甲基橙、亞甲基藍等。這個綜合性實驗內容多、時間長、數據處理復雜，僅僅依靠課堂上的時間遠遠不夠，要求學生必須在課余時間到實驗室完成實驗，這樣提高了學生積極性，同時也鍛煉了學生分析問題、解決問題的能力。

2）“苯丙乳液的合成及應用”綜合性實驗 “苯丙乳液的合成及應用”綜合性實驗分為乳液苯丙乳液合成和應用2個方面。乳液合成要求掌握苯乙烯、丙烯酸丁酯單體的比例、乳化劑的種類及用量以及加料順序、溫度、攪拌速度等合成工藝，檢測合成乳液的固含量、粒度、紅外光譜等，并將乳液應用提高濾紙的耐水性、耐破度等，這樣學生掌握了材料制備、材料檢測到具體應用的全部過程，尤其是看到制備的材料能夠解決實際問題，大大滿足了學生的成就感，激發(fā)了實驗興趣。

這種以學生為主體的教學方法，使學生最大限度的熟悉實驗過程，掌握每一個實驗環(huán)節(jié)，發(fā)揮了學生的主觀能動性，提高了實驗積極性，取得了較好的實驗效果[5]。

3 開放實驗室

材料化學專業(yè)實驗課堂上的實驗教學學時遠遠不能滿足要求，必須開放實驗室，僅依靠實驗教師的精力去管理是遠遠不夠的。在實驗開始對學生進行安全教育，并對儀器的使用進行培訓，每個小組對實驗室進行自我管理，同組同學自我監(jiān)督，嚴格遵守實驗室規(guī)程，保證實驗室的安全和學生人身安全，而大型儀器的使用則采取由實驗指導教師集中測試的方式。這樣既解決了課時少、實驗設備短缺，又解決了學生動手機會少的缺點[6]。開放實驗室使學生有充裕的時間進行實驗，學生也以很大的熱情投入實驗，保證了專業(yè)實驗的完成。

4 改進考核方式

適當的考核方式有利于調動學生的積極性。以前的考核主要是以實驗報告為依據，這樣就有一部分同學不去認真做實驗，甚至抄襲實驗報告。在材料化學專業(yè)實驗教學中，讓學生把每一個實驗過程中的現象和數據都翔實的記錄下來，得到實驗結果，然后把實驗的結果或者最終實驗樣品保留下來，與實驗報告一起上交作為考核指標，另外教師在實驗過程中對學生的實驗操作給予一定的評價一并計入考核指標中，這樣就相當于對學生實驗進行全程的監(jiān)督。

在實驗報告的撰寫過程中教會學生使用Origin等化學軟件，完成數據的處理。由于在實驗過程中，每一組在同一個實驗中考察的影響因素都不盡相同，把所有小組的數據綜合起來，由其中一個小組的同學寫成小論文的方式在下一個實驗開始前進行簡單的答辯，這樣學生不僅知道自己實驗結果，還了解了在其他影響因素下的實驗結果，達到了事半功倍的效果。通過這樣的考核方式不僅考察了學生的實驗技能，使學生認真對待實驗過程，也提高了學生對實驗數據整理、歸納能力和論文寫作能力，為畢業(yè)論文的撰寫打下了基礎。

5 結 語

對于新建地方本科院校而言，面臨著實驗儀器臺套數偏少、大型檢測儀器少、實驗內容不全面、實驗指導教師少等難處，材料化學專業(yè)實驗的實驗內容和實驗方法都需要進一步的充實和完善，需要解決的問題還很多。材料化學專業(yè)實驗對于學生的動手能力的提高和科學研究創(chuàng)新意識的培養(yǎng)具有重要的實際意義。通過專業(yè)實驗，提高了學生對材料化學專業(yè)知識的理解，訓練了學生的實驗技能，調動了實驗積極性和主動性，提高了學生分析問題、解決問題的和論文寫作能力，取得了較好的教學效果。

[1]李奇，陳光巨，黃元河 ．理科化學專業(yè) “材料化學”課程的建設與改革 [J]．理工高教研究，2006，25（5）：109-110．

[2]陳巧玲，汪效祖，武文良 ．深化教學改革促進材料化學課程建設 [J]．大學化學，2009，24（6）：23-25．

[3]羅春華，董秋靜，廖榮寶，等 ．材料化學專業(yè)實驗課程體系的探討 [J]．宿州學院學報，2010，25（5）：121-123．

[4]陳桂華，閆瑞強 ．材料化學專業(yè)實驗教學研究 [J]．洛陽師范學院學報，2009，28（4）：150-151．

[5]丁巖芝，盧肖永，管恩祥，等 ．加強專業(yè)實驗教學，培養(yǎng)應用型人才 [J]．淮南師范學院學報，2009，11（5）：56-57．

[6]禹筱元，羅穎，董先明 ．材料化學專業(yè)人才培養(yǎng)模式的改革與實踐 [J]．高教論壇，2010（1）：23-25．