《無機材料理化性能檢測》實驗教學探討

葛金龍，王傳虎 （蚌埠學院應用化學與環境工程系，安徽蚌埠233030）

《無機材料理化性能檢測》是蚌埠學院無機非金屬材料專業開設的一門專業基礎課，內容涵蓋硅酸鹽材料的常規分析以及水泥、玻璃、陶瓷物理性能和化學性能分析，主要是培養學生對傳統無機非金屬材料的物理、化學性能的檢測與分析能力，提高專業實驗操作技能。

1 《無機材料理化性能檢測》實驗教學存在的問題

《無機材料理化性能檢測》原有的實驗內容主要包括水泥、玻璃、陶瓷的化學分析和物理性能檢測。實驗的內容存在重復性，如二氧化硅的檢測方法有氯化銨凝聚質量法、氟硅酸鉀容量法、質量法-分光光度法等3種，這3種在水泥、玻璃、陶瓷的原料檢測中都要用到，但要根據要求不同需要選擇不同的實驗方法；鐵的檢測方法主要有配位滴定法、鄰菲羅啉分光光度法、原子吸收分光光度法，水泥檢測中需要用到配位滴定法，玻璃和陶瓷檢測中常使用分光光度法。因此在水泥原料、玻璃原料、陶瓷原料的檢測中必須有針對性的選擇測定方法[1]。

在 《無機材料理化性能檢測》課程理論課課堂教學中描述的儀器設備結構、實驗操作步驟、實驗方法、實驗原理，內容枯燥乏味。由于內容的抽象性，造成學生理解困難，學生易于產生厭煩情緒，實驗教學效果不明顯。另外原有實驗內容大多為驗證性的實驗項目，設計性、綜合性實驗內容較少，學生實驗積極性不高。針對上述問題，需要對課程的實驗教學進行適當的改革?蚌埠學院教育教學研究項目 （JYLY1011）。。

2 構建實驗教學體系

根據 《無機材料理化性能檢測》實驗課程特點，實驗課程教學體系主要分為物理性能和化學性能2個部分。物理性能檢測包括水泥、玻璃、陶瓷的力學、熱學、電學、光學等性能。化學性能檢測包括水泥、玻璃、陶瓷等硅酸鹽原料、配料、坯料、熟料及制品的化學成分分析。在實驗過程中存在一些實驗，如粉體粒度、比表面積、白度、硬度、密度、空隙率、熱膨脹性、磁學性能、電學性能等，將這些驗證性實驗穿插于實驗環節中，需要學生完全掌握，這樣既節省了學時又開闊了學生的視野。而針對不同的檢測實驗內容需要開設不同的特性試驗。

2.1 關于水泥方面的實驗

水泥方面的化學性能分析主要涵蓋水泥生料化學成分分折、水泥熟料的煅燒、熟料化學成分分析，分析方法有配位滴定、分光光度法、原子吸收法等。物理性能分析包括水泥密度、容積密度、細度、需水性、凝結時間、強度等。采用的方法主要是篩析法測定細度、BET比表面積測定儀測定比表面積、激光粒度儀測定水泥顆粒的粒度分布，沸煮法、雷氏夾法測定水泥安定性，水泥膠砂流動度測定儀測定膠砂流動度[2]。這些特性實驗項目開設，使學生基本掌握了關于水泥方面的物理化學性能檢測方法。

2.2 關于玻璃方面的實驗

玻璃方面的化學性能分析主要包括玻璃原料分析，物理性能分析包括玻璃外觀質量、機械強度、硬度、彈性模量、密度、熱膨脹系數、熱穩定性、電學性質、化學穩定性、透光率等物理性能的測定；玻璃氣泡、夾雜物、線道、劃傷、光學變形、偏斜、彎曲、端面缺陷、點狀缺陷等外觀質量的測定。沉浮法、懸浮法測定玻璃密度，熱膨脹儀法測定玻璃熱膨脹系數，粉末法、大塊法測定玻璃化學穩定性。通過這些實驗可以鍛煉學生對玻璃理化性能檢測的理解能力。

2.3 關于陶瓷方面的實驗

1）陶瓷原料化學成分分析實驗 主要是常規元素含量的測定，粘土原料泥漿粘度及厚化度的測定，粘土或坯料可塑性的測定。

2）陶瓷坯料配方設計實驗 主要是配料計算，然后進行原料性能的測定如吸附水和可塑性、配料、泥漿性能的測定如相對粘度和厚化度、干燥性能的測定如干燥收縮和抗彎曲強度。

3）燒結制品性能實驗 主要包括燒結溫度及燒結溫度范圍的測定，坯體及燒結體吸水率、氣孔率、體積密度和線收縮率，陶瓷色度、光澤度、透光度的測定，顯微硬度的測定，抗壓、抗折強度測定，熱穩定性測定[3]。

4）釉料配方設計實驗 主要包括釉的高溫流動度及熔融溫度范圍的測定。

通過這些實驗可以鍛煉學生對陶瓷的配料計算、坯體制備、燒結工藝、施釉等工藝流程的理解能力，從而對陶瓷的生產過程具備較為完整的思路。在掌握實驗的方法的同時，了解和控制陶瓷生產工藝流程及參數。

3 開設綜合性實驗

教師將學生分為幾個小組，每個小組選出一個負責人，可以根據教師給出的題目進行設計性實驗，實驗課題體現趣味性、實用性、探索性和創新性[4]。也可以結合實驗室條件，由小組同學的興趣自己選擇和確定實驗題目、實驗技術路線，經指導教師論證后實施實驗。然后學生自己去查閱資料，確定實驗方法，準備實驗藥品和實驗儀器，分析實驗現象，得出實驗結論。這樣可以提高學生實驗的積極性、激發學習興趣，培養學生的科研創新能力。

例如陶瓷的制備及性能檢測綜合實驗，學生需要了解原料的化學成分，需要進行原料的球磨處理、練泥陳腐加工、成型、干燥、燒結、性能檢測等實驗內容。綜合實驗要求學生必須熟悉每個環節中涉及的實驗儀器的使用、實驗方法、檢測方法，這樣小組的同學需要分工協作完成，都需要參與到實驗的準備和工作中來[5]。在實驗過程中碰到問題需要討論、查閱資料解決，這樣大大強化了學生的實驗技能。除了陶瓷的綜合性實驗外，筆者還開設了水泥制備及性能檢測、玻璃熔制及性能檢測的綜合性實驗。

4 實驗內容與生產實際相結合

在實驗教學過程中注重將實驗內容和生產實際相結合，這樣，學生不再是無目的的、被動的、孤立的做實驗，而是為完成一個小項目來進行實驗，調動了學生學習的積極性[6]。如在水泥安定性實驗中，由于水泥都是安定性合格的產品，學生看不到安定性不合格的實驗現象，可以直接從水泥廠拿熟料讓學生進行安定性實驗，加深了學生對生產實際的了解。在做水泥的物理性能檢測時，要求每個學生必須認真獨立完成，確保掌握最基本的實驗技能，另外還可以依據水泥廠生產實際所采用的國標來要求學生進行實驗。在做玻璃原料分析的實驗中，讓學生直接分析安徽德力玻璃器皿有限公司的配合料，也采用公司檢測部門所采用的方法。在玻璃熔制實驗中，讓學生自己設計的配合料與生產實際的配合料對比，加深了學生的生產實際印象。實驗內容與生產實際相結合可使學生在就業中很快適應企業實際生產流程。

5 建立開放式實驗室

為了調動學生實驗的積極性，給學生提供足夠的學習時間，對部分實驗室進行了開放。首先讓學生了解實驗室安全知識，遵守實驗室安全制度，教會他們對實驗藥品的分類、配制、標定，讓學生自己去準備實驗試劑，這樣對學生進行了基本實驗能力的鍛煉，提高了實驗技能。對實驗相關設備的使用方法、注意事項進行嚴格培訓，由學生單獨操作實驗儀器，掌握測定方法和儀器使用方法[7-8]。如顆粒粒度、粘度、密度、白度、硬度、光澤度、介電常數、體積電阻率、抗折強度、抗壓強度、熱穩定性、化學穩定性等。開放式實驗室的建立可以讓學生在給定的時間內，自由調配時間，利用雙休日、晚上的課余時間進行實驗，提高了學生的學習積極性和實驗效果。

[1]董偉霞，包啟富，王艷香，等.新形勢下無機非金屬材料專業實驗教學研究初探[J].景德鎮高專學報，2010，25（2）：45-46.

[2]林堅欽，殷素紅，鄭潔如，等.水泥與混凝土工藝實驗教學改革探索[J].高等建筑教育，2010，19（2）：128-130.

[3]楊明波，楊惠，唐麗文，等.材料科學與工程專業實驗課程體系的改革[J].實驗技術與管理，2007，24（1）：8-10.

[4]吳任平，于巖，林春鶯，等.無機非金屬材料工程綜合實驗教學初探[J].實驗室研究與探索，2007，26（12）：98-100.

[5]劉新年，趙彥釗.綜合型實驗的教學方法與實踐[J].高校實驗室工作研究，2005，3：15-17.

[6]劉會，曹宏，石和彬.《無機非金屬材料工學》實驗教學體系初探[J].理工高教研究，2007，26（2）：84-86.

[7]石棋，王群，顧幸勇，等.《綜合設計性無機非金屬材料專業實驗》教學改革與實踐[J].景德鎮高專學報，2006，21（4）：50-51.

[8]李明玲，高華敏，方海燕.無機非金屬材料工程專業實驗教學改革探索[J].巢湖學院學報，2008，10（6）：161-162.