無機材料合成與制備課程教學改革與討論

陳龍

摘要：《無機材料合成與制備》課程作為材料科學與工程專業的一門專業基礎課，具有內容更新快、涉及面廣和實踐性強等特點。本文在總結過去教學經驗的基礎上，通過研究當前一些較為新穎的教學形式和教學效果，嘗試從教學內容、教學模式和教學方法等方面對無機材料合成與制備課程進行改革和探索。在課程教學改革的過程中，它旨在增加課程的互動性、趣味性以及知識性，以調動學生自主學習的積極性，提高學生的科研興趣和專業素質。

關鍵詞：無機材料合成與制備；教學內容；教學模式

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）11-0080-02

《無機材料合成與制備》是為材料科學與工程專業本科生開設的專業基礎必修課，課程內容涵蓋無機合成的基本問題及最新研究動態，以及近年來發展迅速、應用前景廣闊的幾類無機材料，如無機薄膜材料、先進陶瓷材料、非晶材料等合成化學基礎和應用等諸多方面。因為《無機材料合成與制備》涉及很多無機材料的合成方法，課程內容非常繁多，且比較瑣碎，章與章之間沒有明顯的聯系，關聯性不是特別強。有些合成機理比較抽象，比如微波合成、等離子體合成等，學生學習和掌握起來就會存在一定的難度，學習興趣不是很高，課堂教學效果比較差。因此，筆者結合課程特點，通過和課題組其他教師的課前課后交流，根據親自講授和聆聽其他教師講授《無機材料合成與制備》課程的教學經驗和體會，就如何充分調動學生的學習積極性、主動性和參與性，創造以教師為課堂主導、學生為主體的課堂氛圍，培養和鍛煉學生的學習能力、知識組織能力、科學思維能力和科研創新能力等。本文嘗試對《無機材料合成與制備》課程進行總結，并從以下幾個方面提出幾點建議。

一、教學內容

1.課程現狀。課程內容是整個課程的教學核心和關鍵，是影響學生學習和掌握課程的關鍵因素。我校選擇的教材是徐如人院士編著的、高等教育出版社出版的《無機合成與制備化學》（第二版），課程總學時為48學時。這就需要結合最新的材料前沿進展以及學校和學生的實際情況，對課程內容進行選擇和更新。所選教材《無機合成與制備化學》為上、下兩冊，共24章內容：上冊介紹了很多無機材料的合成方法，如高溫合成、高壓合成、水熱合成等；下冊著重介紹了七種重要的無機材料，如多孔材料、納米材料、陶瓷材料等。由于課時有限，根據最新材料前沿進展，加上整個課題組教師的研究方向，著重以上冊特種條件下無機合成反應為主，并在無機合成的基礎上，著重介紹了多孔、陶瓷、納米、非晶四種材料。

另外，筆者建議，在所用主教材為核心的基礎上，再指定2—3本參考教材，供感興趣的學生私下翻閱。而且，通過多本教材的閱讀和了解，能夠更好地精心組織和選擇教學內容。

2.課程講授。該課程重點以無機合成反應為主，主要介紹各個無機材料的合成與制備方法，如氣相沉積、光化學合成等。這些內容是該門課程的核心內容，也是這門課程的重點和難點，彼此之間缺乏聯系和規律，使得該課程的知識點繁雜而零散。因此，教師在授課時，應以無機材料合成的科學性和理論性為開端，對無機材料合成過程中的具體實驗技術、合成方法、生產設備、反應原理、影響因素、應用前景等方面進行詳細介紹，根據不同合成方法完善和充實相關內容，用先理論再實踐這一條主線，對每一章的合成方法采取相應的講授方法，容易使學生形成系統、完整的知識脈絡。而且，根據不同無機材料和不同的合成制備方法，筆者認為在授課時應將具體材料與合成制備方法結合起來，要求教師做到教材的融會貫通。比如在介紹陶瓷材料的時候，關于它的合成與制備，就可以引導學生聯想到之前學過的有哪些合成制備方法可以制備陶瓷材料，如高溫合成、水熱合成、氣相沉積等。在講授具體某一種合成方法時，也可用后面要介紹的無機材料作為具體事例講解，這樣更加具體且易懂。講授時，將內容相近和有關聯的知識點整合，做到主次分明、詳略得當。

另外，在介紹無機合成制備方法應用前景這部分的內容時，最好以最近幾年的科研動態和目前學院課題組相關教師的科研課題研究為具體事例，簡單直觀，便于學生理解。比如介紹微波合成時，可以介紹多孔炭材料的微波水熱法制備，該工作發表在Nature、Science等主流期刊上。或者在介紹水熱法和溶劑熱法合成制備無機材料時，可以引入某教師指導的學生團隊參加“挑戰杯”大學生課外學術作品競賽得獎的一些事例加以闡述和講解。這樣更加便于學生理解和直觀感受，也讓他們了解到一些最新材料前沿進展。對于應用性比較強的合成制備方法，可以通過一些視頻進行介紹和引入。如講授化學氣相沉積時，可以放一些關于薄膜制造公司制造單晶硅、砷化鎵等薄膜材料的視頻和宣傳片，讓學生直觀感受和了解具體無機合成制備方法的應用及相關產業。只是在對課堂基礎內容和前沿內容的時間分配上給予注意，以基礎知識為主，前沿信息為輔，實現前沿信息對基礎知識的補充和拓展，才便于學生形成完整的知識系統脈絡，擴大學生的專業視野。

二、教學模式

由于《無機材料合成與制備》這門課是一門實踐性非常強的課程，一味地照本宣科念書本，很容易讓學生反感。因此，嘗試多維度、多角度的開放式教學，建立一種師生之間、學生之間以及學生自身的多向反饋結構至關重要。

1.教學工具。首先，在教學工具上，將傳統的板書與多媒體教學、翻轉課堂、微課、慕課等時下流行的教學模式相結合，以提高學生的學習興趣和積極性。多媒體課件最好做到生動、簡單、全面，這樣容易吸引學生的關注度。另外，就是在多媒體課件中可以穿插一些和課程有關的動畫視頻。如在高溫合成反應中，關于反應機理這部分，就可以用PPT做成動畫形式，將氧化鎂和氧化鋁高溫下如何生成鎂鋁尖晶石進行分解和演示。對于一些復雜問題和理論性較強的知識點，可以通過多媒體方式盡可能生動簡單地表達出來，使學生便于理解和掌握。近年來，隨著技術的發展，教育模式不再是過去傳統單一的教學模式，而是逐漸發展衍生出一系列新穎的教學模式，如翻轉課堂、微課、慕課。這就使得課堂上可以使用一些先進的互聯網技術如雨課堂進行現場學生簽到點名、課堂作業布置、課后同學交流討論等比較前沿的教育模式，讓學生耳目一新，激發他們的學習興趣，提高學習的積極性和主動性。

2.教學實踐。《無機材料合成與制備》課程是一門實踐性非常強的課程，除了加強傳統的課上講授外，最好是將其與相關實驗課程或課題組教師的科研課題相結合，培養學生的實驗動手能力，讓學生將所學的理論知識和實驗相結合，便于更加全面地了解和掌握具體無機材料的合成方法和合成原理。另外，我們開設了無機材料專業實驗課，里面涉及一些《無機材料合成與制備》課程所講授的一些無機材料合成制備方法，如水熱法合成氧化鋅納米材料、溶膠凝膠法合成氧化鈦納米材料等。學生3—5人一組，通過《無機材料合成與制備》課程學習，設計實驗方案，在方案正確的前提下，再進行具體的反應合成和制備，最后表征，完成實驗報告。通過讓學生設計實驗方案，選擇所需實驗藥品、反應條件和實驗設備，使他們真正掌握無機材料合成制備方法的反應原理和操作。這樣學生會對相關知識點的理解思考更為具體、牢靠和深入。除了相關的實驗課程，教師也可以主動讓學生參加一些研究課題，如大學生創新創業訓練計劃、大學生技術研發計劃、挑戰杯等。通過這些研究課題，更加培養學生嚴謹的科學思維和創新能力。

通過對教學內容的選擇和優化，對教學模式的幾點改革建議和探索，《無機材料合成與制備》課程更加注重培養學生的學習能力、知識組織能力、科學思維能力和科研創新能力，擴大學生視野，使他們能全面、深入地掌握無機材料合成制備的基礎理論知識和實驗設計操作技巧。在今后的教學工作中，我們會不斷探索和實踐，敢于創新，總結經驗教訓，使《無機材料合成與制備》課程的教學內容和教學模式得以更快的提高和加強，更好地培養理論和實踐并重的教育科研人才。

參考文獻：

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