《無機材料合成》課程教學改革的探討

安冬敏 周青軍 仝曉強

摘要：作為材料化學專業的一門專業必修課，《無機材料合成》課程作用非常重要。但此課程內容多而散、涉及面廣，且實踐性強，存在一定的教學難度。本人在總結過去教學經驗的基礎上，通過認真研究當前的教學形式、教學效果及學生的反饋情況，嘗試從知識內容設計、理論與實踐的結合性及考核方式等方面進行改革，旨在調動學生的學習積極性和主動性，提高課堂教學質量和學生的學習效率。其中一部分改革措施的實施，取得了一定成果。

關鍵詞：無機材料合成；教學方法；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）19-0078-03

《無機材料合成》作為大學本科材料化學專業的一門主干課程[1]，在整個專業教學中非常重要，能夠起到承上啟下的作用。其主要講授經典合成方法、軟化學合成方法和特殊合成方法及薄膜材料、陶瓷與耐火材料、晶體和非晶材料、功能信息和新能源材料等典型無機材料的制備，課程內容非常多而散，涉及化學、材料學和物理學等多門學科的知識。其基本任務是學生通過系統的學習無機材料的一系列制備方法、原理、特點及生產設備，掌握相關的基本理論和實踐方法，為以后的實際應用和科研深造提供必要的知識儲備[2]。通過對以往幾屆教過學生的調查和交流，學生普遍認為這門課程內容非常繁多、知識瑣碎、概念抽象、內容關聯性不強，難以理解掌握，因此學習興趣不高，導致課堂教學效果差。

筆者根據近幾年講授《無機材料合成》課程的教學經驗和體會，再結合這門學科的特點，本文就如何充分調動學生的學習積極性、主動性和參與性，創造以教師為課堂引導、以學生為主體的課堂氛圍，提高課堂教學效率，以及如何培養他們的知識組織能力、科學思維能力和創新精神，嘗試對《無機材料合成》課程進行總結，就以下幾個方面提出一些建議。

一、基礎知識整合設計，提高教學效率

《無機材料合成》是一門綜合性很強的課程，涵蓋的內容非常多。就其合成方法而言，涉及沉淀法、高溫、低溫、高壓、水熱溶劑熱、模板法、溶膠—凝膠法、氣相沉積法、光、電、微波、自蔓延、超聲、外延生長、濺射法、真空蒸鍍等眾多領域的技術，而且很多都是學生前所未聞的；就其合成對象而言，包括納米材料、分子篩、單晶和多晶材料、非晶材料、陶瓷材料、非整比化合物、絡合物、功能信息材料和新能源材料等多種類型無機材料的合成。不同的無機材料，合成的機理、方法、特點及其生產設備都不同，彼此之間缺乏聯系和規律，使得課程的知識點多而零散，課程知識量非常大，難度也相應增加，如果單純按照教材按部就班地講解，很難想象學生究竟能記住多少合成方法、合成原理及適用條件，也容易導致學生產生畏懼和厭學情緒[3]。因此授課過程中，對教材上的基礎知識部分要求教師做到融會貫通，把內容相近或有關聯的知識進行整合，講授時做到主次分明、詳略得當、求同存異、對比講解。例如在高壓合成部分，按照內部高壓的產生及作用機理，高壓的產生過程往往伴隨著高溫的產生，而水熱和溶劑熱正是利用水和其他溶劑在高溫高壓下的特殊狀態進行材料的合成方法，因此我們把這兩部分內容聯系起來講解，通過對高壓的產生和作用機理的了解，不難理解為什么采用水熱溶劑熱法可以制備一些特殊形貌或特殊性能的材料。再如，講到氣相沉積法時，了解完氣相沉積定義、分類及其合成機理后，對這種制備方法有了基本的認識，而氣相沉積技術是制備薄膜材料最常用的方法，因此在氣相沉積基礎知識講解之后，后續內容可以講授其在制備薄膜材料中的具體應用，了解采用這種方法制備的薄膜材料的物理和化學特性等。這樣的知識整合可以將教材中幾個不同的章節聯系起來，使原本彼此孤立的概念、理論或知識點形成了完整的知識鏈，便于學生把握整體內容，有助于他們用較少的時間和精力學習更多的知識，能夠有效提高教學效率和學生的學習效率。此外，對于一些生澀的抽象概念，我們要善于發現并總結其與社會生活中具體事物之間的關聯性，盡量做到抽象問題具體化、生活化。如在介紹溶膠—凝膠的概念時，課本上給出的概念十分抽象，專業詞語非常難懂，如果我們在介紹其定義前，先列舉一些生活中的實例，如果凍為典型的凝膠結構，云彩和霧霾為典型的氣溶膠，介紹這些物質或現象的形成過程，學生就不難理解課本上給出的定義了。

二、課程內容以經典為基礎，前沿為補充

當前科技發展突飛猛進，而科技發展的核心就是材料的發展和創新，而材料的開發又離不開合成技術的創新和應用，因此現在合成技術的內涵已經不再局限于昔日傳統的經典合成方法，已經被大大擴充了。而教科書所介紹的一般都是比較成熟的方法和理論，它的更新速度遠遠跟不上科技的日新月異，往往存在滯后期。因此教師在講課時，不僅要傳授經典內容，還要及時引入新概念和知識，引領學生了解現代科學技術的新方向，以便與現代材料研究接軌。例如講到鋰離子電池電極材料時，鋰離子電池正極材料的研發經歷了過渡金屬硫化物、過渡金屬氧化物、金屬氧化物鋰到現在的磷酸鐵鋰材料，對于這幾種材料，教材上只給出了固相合成法和水熱法兩種經典合成方法。為了提高鋰離子電池的比容量、使用壽命和熱穩定性，對鋰離子電池電極材料的研究一直是現在科研工作者的研究熱點。通過查閱相關文獻可知，一些新的合成技術已經開始應用于這些新材料的研究，比如微波法、共沉淀法、溶膠凝膠法、靜電紡絲法等。通過文獻補充知識，不僅擴充了無機材料的合成技術，也擴展了一些合成方法在具體的前沿材料制備中的應用，教學效果可以實現事半功倍。但是，現在學生學習的目的性很強，他們普遍認為教材上的內容才是需要掌握的，教材以外的內容反正也不會考試，不需要認真學習，這就要求教師引入新興事物的時候要有選擇性，把握好度，以防適得其反、過猶不及。而基礎教育與科學研究確實又有所區別，因此授課不能過分追求新穎，在信息爆炸的時代更應去蕪存菁。《無機材料合成》是本科生的專業基礎課程，我們要以基本概念和理論為本源、以研究前沿為擴展的思路指導教學，只有牢固掌握基礎知識，學生才能對前沿、新穎的內容有理性和清晰的理解。在教授《無機材料合成》時，筆者嘗試以教材上經典的內容為主線、前沿信息為補充，實現對經典知識的創新，便于學生形成完整系統的知識脈絡，既可以讓學生及時快捷地了解本學科的前沿問題及發展方向，擴大學生的專業視野，同時也在一定程度上培養著學生的思維創新能力。

三、內容上的理論和實踐相結合

無機材料合成與制備是一門實踐性非常強的專業基礎課，除了課堂上的理論教學外，還必須注重實踐教學，將理論課程與實驗實踐緊密結合。當教師在課堂上講授一種新的合成方法時，學生只能從書面上理解這種合成方法的原理和它的特點及優勢，專業術語比較枯燥乏味，有的還晦澀難懂，學生真正消化吸收課堂內容比較困難。而實踐是檢驗真理的唯一標準，如果老師適時引入相關的實驗部分，提出我們的實驗制備目標，開啟啟發式教育，讓學生以課堂理論為依托，通過設計實驗方案，使學生真正參與到合成方法的實際應用上來，一方面提高了學生的學習熱情，加深其對課堂理論的理解；另一方面，學生有了前兩年的基礎實驗訓練，再結合現有材料合成方法的理論基礎，學生對于一種材料的合成制備過程就有了幾種實施方案的提出，通過實際的實驗操作，對各種方案的優劣有了更深入的理解，做到了真正的學以致用，也為后續畢業設計的順利開展奠定了基礎，此外學生的動手能力也得到了提高，調動了學生的學習積極性。然而由于本校本科實驗器材和實驗課時有限，課本上所講解的合成方法多數并不能在實驗課上得到實踐，因此要求授課老師廣開思路，通過鼓勵學生積極申報校開放性實驗項目，為學生創造更多的實驗機會，同時鼓勵學生通過對校級科技立項、國家大學生創新創業等項目的申報，獲取學校的資金支持開展實踐學習。筆者近幾年已經指導學生完成了幾項大學生創新創業項目，并取得了一些研究成果，相繼發表SCI學術論文2篇[4，5]。學生也普遍反映通過這些項目的實踐，強化了理論基礎，提高了實踐能力和邏輯思維能力。此外，還可以讓學生利用課余時間參與到教師的科研項目中來，老師的言傳身教，不僅能夠規范學生的實驗操作能力，對培養學生嚴謹的科學思維、創新能力也有潛移默化的影響作用。由于我校以往課程設置問題，無機材料的理論課程和實驗課程在不同學期開課，一學期單純的理論課程講授會讓學生感到非常枯燥無趣，因此上課的積極性也不高，而等到實驗課程開課時，理論知識已經遺忘，對于實驗的順利開展也很不利，因此筆者認為理論課程和實驗課程最好交叉進行。

四、多樣化的考核方式

檢測學生對所學內容掌握程度最直接的手段就是考核制度。由于《無機材料合成》是一門實踐性非常強的課程，使用常規的學習評價方法并不能真實反映學生的學習水平和學習態度。為了充分發揮考核在教學中的激勵、評價和反饋作用，調動學生學習的自主性和積極性，更為全面客觀地反映學生的真實學習水平，本課程開始嘗試建立多樣化的課程考核模式。課程考核主要包括以下兩個方面。一是平時成績，主要包括出勤、提問、課堂報告以及作業情況。通過考察上課出勤情況了解學生的學習態度問題，而提問和作業情況能夠反映學生對課堂內容的熟悉及掌握程度，課堂報告部分為3～5名學生自由組合為一小組，對課堂所講授的感興趣的無機材料進行文獻調研，通過對大量文獻的總結，了解這種材料的性質特征、發展史及所應用的領域，并對其合成方法及生產設備進行總結比較，分析各種制備方法的優劣，在課堂以報告形式進行匯報，主要考察學生的文獻查閱能力、歸納能力、分析問題和解決問題的能力。由于這部分成績評定主觀性較大，要求授課老師盡量做到客觀公正。二是閉卷考試，主要檢查學生對課堂基本概念和基本理論的掌握程度，此外還要有一些開放性考察題目，比如嘗試讓學生利用課本上所學的不同合成方法，來合成一種常用常見的無機材料，解決一些理論與實際相結合的提高性題目以及學科交叉性的綜合性題目，考察學生靈活運用所學知識的能力。

五、教學實踐中存在的問題

無機材料的發展日新月異，且內容涉及多個研究領域，因此對授課人員的要求很高，除了牢固掌握現有的理論基礎，還要及時了解無機材料的發展前沿，掌握相關新材料的發展動態，這就要求教師不斷提高自身專業知識水平，廣泛了解材料研究前沿進展情況，篩選精華，及時更新自己的知識儲備，致使教師備課壓力很大，在授課時很難做到面面俱到。

六、結論

本文是針對《無機材料合成》課程，筆者在教學內容、教學方式、理論與實踐的結合性和考核方式等方面的初步改革探索而取得的成果。然而，專業教學改革和課程建設是一項科學性強、影響面廣、意義非常重大的系統工程，我們只有堅持不斷探索、勇于實踐、敢于創新，并及時總結經驗教訓，練就一身過硬本領，才能使教學質量不斷提高。

參考文獻：

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