無機材料制備與合成實驗教學思考

陳寧 劉樹信 何登良 李松

摘 要：介紹了“無機材料制備與合成實驗” 實踐教學的課程設計思路、內容選擇原則和教學改革方式，討論了具體教學過程中的內容調整和教學方法。在整個教學過程中重視學生思維和科研素質的訓練，培養學生實踐動手、分析解決問題以及科學創新等綜合能力，取得了一定效果。

關鍵詞：無機材料；制備與合成；實驗教學

無機材料制備與合成實驗是應用化學專業必修的專業課程。本課程的功能是培養學生在完成基礎化學實驗，掌握化學實驗基本理論和操作的基礎上，進一步提高學生專業能力和綜合技能。

一、課程性質、定位

課程是為應用化學專業本科生開設的專業實驗課，在學習材料科學基礎、無機材料制備與合成、現代分析測試方法等課后，通過無機材料制備實驗，使學生了解并掌握一般無機材料合成手段及材料表征、性能檢測方法，培養實際發現問題、解決問題的能力，鞏固和綜合應用所學理論知識，學會無機材料制備與合成實驗設計和方案制定的思路。

二、課程設計思路

開設無機材料制備與合成實驗的宗旨是使學生受到材料科學技術、精細化工、工業分析及檢測等知識與技術特長的綜合鍛煉[ 1 ]，因此課程綜合無機材料合成與表征的主要知識，包括：化學沉淀法、均相沉淀法、水熱法、溶膠-凝膠法、噴霧干燥法、微乳液法、室溫固相法、高溫固相法等常用的無機材料制備方法，以及XRD、SEM、IR等表征方法與技術。其次作為本科教學，應兼顧合成方法與學科發展相適應，安排實驗時結合領域內最新研究成果，選擇具有先進性與代表性的實驗對象，同時盡量涵蓋可能的無機材料領域，從而避免傾向于某類材料而造成學生厚此薄彼的思想[ 2 ]。另外實驗課程應配套理論課程，采用研究型教學、啟發式教學模式，將理論教學與實驗有機結合，加強與督促學生的課后自學。

三、課程內容選擇原則

根據市場調研，應化專業學生走上實際工作崗位，能迅速熟悉、了解所在單位材料制備和加工工藝，并能根據生產所需，選取恰當方法對材料化學結構及理化性能進行表征測試，甚至運用理論知識對工藝進行調整和改進，從而指導生產實踐，是社會提出的要求。因此，實驗教學應以職業需要為基，以培養技能為主，采取靈活的教學方式，強調職業性、應用性、實踐性。

1）首先對教材內容進行優化整合，無機材料制備與合成教材種類繁多，但多依據自己學校實驗教學條件編寫[ 3 ]，不適合本校實際情況。故結合本校具體情況，自主編寫實驗指導教材。結合理論課，了解學生前置課程安排，從中挑選典型的制備方法。并根據材料科學基礎、無機材料制備與合成等理論課程的教學進度，安排實驗順序。

2）在課程內容的選擇上，本著實際工業、企業所需，綜合制備實驗與表征實驗。如，在二氧化鈦微晶的低溫制備實驗中，除采用低溫制備法獲得二氧化鈦粉體外，還需對粉體物相結構進行判斷，是否合成了二氧化鈦粉體？合成的二氧化鈦粉體是何種晶型結構？另外對粉體進行熱處理及相變分析，測定不同溫度下產物的物相結構和形貌特點，最終確定相變溫度點。這樣將幾部分分析數據有機結合起來，形成了一個完整的體系。既方便學生理解記憶，又能鍛煉了學生科學的實驗思維。

四、教學方法與手段

（一）充分激發學生興趣、調動思考的主動性

采用以結果、現象來反推引導的方式：例如，硬脂酸改性碳酸鈣實驗，為說明改性目的和作用，將未改性的碳酸鈣和已改性的碳酸鈣粉體分別倒入水中，讓學生觀察改性前后的差異，學生很快發現未經改性的碳酸鈣迅速沉入水底，而改性碳酸鈣則浮于水面，即使攪動也難將其沉淀。這一現象立即調動了學生的好奇心，開始主動思考產生此現象的原理和改性技術。

又如片狀氧化鋁的制備，部分學生不能理解片狀結構的性能和優點，故將自制粉體在實驗課上直觀展示。學生將少許粉體在手指間揉捏，迅速發現原本白色的粉體在指尖形成鱗片狀光澤的反光層，普通氧化鋁粉體則無此現象。這種以結果引導的方式再次將學生興趣調動起來，紛紛表示要實驗出反光性更強的片狀氧化鋁。

（二）提供實驗條件的選擇性，允許嘗試性失敗

1）實驗前只講授基本原理、關鍵的反應方程式、注意事項等內容。前置理論課已涉及的知識，將變為誘導性的提問和補充。實驗具體用量、工藝順序等則由學生根據原理自主選擇。如直接沉淀法制備碳酸鈣，部分同學選擇沉淀劑與被沉淀物不同的加入順序探討，另外一部分則選擇不同的反應溫度、滴加速度、時間進行探討。

2）在同一實驗中讓學生根據不同條件進行分組實驗。如多孔陶瓷制備實驗，原理性講述造孔劑后，學生發散性使用不同的造孔劑，在具體的實驗中提供發泡劑、泡沫顆粒、碳粉供大家選擇，部分同學選擇發泡劑、而另一部分同學選擇泡沫顆粒、碳粉。又如晶體形貌控制實驗，不同控制劑用量對形貌產生顯著影響，按照不同的控制劑用量分組實驗，便于最后的分析比較，控制劑對形貌的作用將更直觀、明了。由于制備合成實驗反應時間較長，在學生準備完成后，將等待合成結果的過程利用起來，對實驗進行分析研究，為調動積極性，組織同學對實驗結果進行分析和猜測，加入理論分析過程，引導學生自主思考。

3）對表征結果進行歸納，根據分組進行討論，分析影響效果。對于不合理的實驗結果，分析其失敗原因，從而鍛煉學生分析問題、解決問題的能力。

總之，以應用型人才培養為目標，以實驗整合優化為基礎，創新實驗內容與手段改革，建立靈活多變的課堂教學方法，通過結合企業需求、教師科研挖掘實驗內容，拓展應用和創新實驗，改變教學方法等途徑，在整個教學過程中充分重視學生思維和科研素質的訓練，才能培養出具備實踐動手、分析解決問題以及科學創新等綜合能力的專門人才。

參考文獻：

[1] 奉若濤，宋彩霞.基于綜合實驗設計與實踐的材料化學本科生應用能力培養探索[J].化工高等教育，2016，2.

[2] 楊珊.材料化學實驗教學思考[J].價值工程，2011.

[3] 周宏.材料制備與合成實驗教學改革初步探索[J] 教育教學論壇，2014，8.

基金項目：

綿陽師范學院校級教學改革研究項目（MNU-JY1667）

作者簡介：

陳寧，綿陽師范學院化學與化學工程學院教師。