表面化學技術引入“大學化學”教學改革初探

王呂陽，胡俊青，哈恩娜，柏 青，蘇靜韻

（深圳技術大學 a.新材料與新能源學院；b.健康與環境工程學院，廣東 深圳 518118）

近年來，隨著科學的發展，各學科知識更加多元化，化學與眾多學科進行前沿交叉，形成了新的研究領域。“大學化學”作為本科教學必修基礎課程，要適應相關專業的特點與要求，在教學內容及教學方法等方面與時俱進，進行改革，在傳授基礎化學知識的同時，要更加注重相關專業內容的教學［1］。“大學化學”本科教學創新體系的建立和實踐，是實現培養高水平、國際化、應用型復合人才的重要內容。本科層次的化學教學，既需要教授化學基礎知識和培養實驗技能，更需要培養擁有科研素質和綜合能力的創新型人才［2-3］。

目前傳統“大學化學”課程教學存在一些問題，包括如下幾點：（1）教學手段單一，教學模式固定。大學化學作為基礎學科的一門分支學科，目前教學手段主要是以教師講授為主，結合板書輔助教學。在這種傳統的教學模式下，教師是課堂教學的主體，學生在教學過程中始終處于被動接受狀態，對課程內容吃不透學不深，阻礙了學生思維的發展，也不利于學生創新能力的培養。（2）《大學化學》教材、實驗以知識傳授為主，無法與應用型本科教育接軌。目前“大學化學”本科教學內容依賴于課程教材，其中大部分都是基礎知識，也涉及較多的原理和公式，內容上忽略了學科發展的前沿信息；缺乏與網絡平臺的溝通、互動，難以獲得相關的新理論、新方法、新技術；實驗內容與普通高校非化學類專業無較大差別，未針對應用型本科開設實驗。因此，“重知識，輕實驗”的教學導向也是制約應用型本科院校“大學化學”教學效果的重要因素。（3）缺乏創新型的指導體系和多維測評方法。目前應用型本科高校教師的研究方向與產業結合緊密，但“大學化學”教學以基礎知識為主。二者的矛盾，也是目前應用型本科教育創新能力培養的最大難點。因此，提高創新能力，加強學生對學術研究和工業生產的重視程度，是教學改革的重要方向。傳統的考核方式很難將創新力的多樣性和多維性等特點充分體現出來，也不利于滿足培養人才的內在需求,因而無法促進學生在科研和實際應用中的成長和進步。筆者結合在深圳技術大學這所理工類應用型高等學校中開展“大學化學”課堂教學和課內課外實踐的相關經歷，對如何在應用型本科高校開展“大學化學”教學改革，提出一些個人看法與思考。

一、教學模式改革

在“大學化學”的教學過程特別是課堂教學中，需要豐富教學手段，將多媒體教學有效地運用到實際的教學過程中，最大限度把準備的教學內容講解出來，讓學生吸收消化，多媒體的運用可以增強和學生的互動，讓不同程度的學生都能夠跟上教學的進度。比如通信多媒體的運用還可以增加課后師生之間的互動，由傳統的以教師為主體轉變為以學生為主體的新模式。在教學過程中引進國際先進的“問題引導式”“互動引導型”和雨課堂等教學方法，訓練學生的科研思維和解決實際問題的能力。為了提升學生動手能力和實驗操作規范性，結合實驗教學的設備條件，可以與實驗老師一同制作系列實驗和儀器操作視頻，上線“表面化學實驗小助手”微信公眾號。通過前往多家深圳知名公司，洽談校企合作并了解企業相關技術痛點和產業前沿課題，在課堂講授時，融入企業的最新資訊和表面化學相關前沿進展。同時，可以邀請知名專家為學生帶來表面化學的科普講座。這種模式還可以進一步拓展到中小學興趣教育中，通過名師進中學等方式，帶同學走進表面與界面現象的科學世界。通過將實際問題抽象化，采用設問—求證的方式，引導學生從實際出發，反向思考理論基礎，激發學生對于化學學習的興趣和動機，進而針對性地將理論知識升華，將重點突出。讓學生真實地感受到學習的知識并不是書本上枯燥的文字，而是生活中隨處可見的事例。

二、教學內容改革

在教學內容改革的過程中，要注重將學科范圍擴大，尤其注重與高新科技結合在一起，滿足社會不斷發展的需要。尤其是表面化學技術領域涵蓋的范圍廣，授課教師可根據學科發展方向和自身的科研方向個性化選擇補充學科相關的教學內容和安排相關的實驗課程。將實驗課程根據內容進行分類，讓學生根據自己的專業進行選擇和自主性學習。參照《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》的有關要求,結合深圳技術大學的生源特點與培養特色，撰寫教案、教學大綱和PPT，結合光源與照明、新能源科學與工程、微電子、材料科學與工程、生物醫學工程等不同專業的特點，在課程教學上補充表面化學內容，特別是納米材料的表面化學，例如納米粒子的表面改性機理、表面改性劑、表面改性方法和應用等相關研究。引入表面化學改性的光催化材料的合成、表征與實際應用、如具有高效產氫性能的二氧化鈦制備與應用、半導體納米材料的太陽燃料轉化性能、納米醫用生物材料的表面改性研究等。

筆者的主要研究方向為有機化學反應在無機物表界面化學中的應用。研究內容包含以下兩個方面：（1）金屬氧化物/硫化物半導體的表面缺陷構筑及其光催化性能研究。通過人工構造晶體表面缺陷，引入氧空位和降價金屬中心，提高了半導體表面載流子濃度、空間電子空穴分離能力，進而提高了催化活性。（2）金屬氧化物/硫化物中金屬元素的提取和分離。通過引入自由電子溶液和低溫共熔體溶液兩個體系，在綠色環保的宗旨下，進行金屬元素的回收提取。在本科生“大學化學”的課堂講授和課內實踐中，筆者將表面化學科研的前沿進展融入其中，并將學生所學的表面化學的相關知識應用到解決實際生產問題中，完成從傳統教學模式到產學研協同的高校創新型人才培養模式的轉變。

三、實驗課程形式和實驗實訓中心改革

高校教學資源的受眾是本科生，而科研資源的受眾則主要為科研人員和研究生，教學與科研資源相對獨立的現象比較普遍，資源配置過程缺少協同機制。教學資源通過教研融合方式，可有效節約教師隊伍發展成本和投入，有利于高校和教師的持續發展，提高高校知名度，真正實現學以致用的教學效果。“大學化學”實驗是以培養基本操作技能，提高學生分析問題、解決問題能力為目的的實踐性教學環節。傳統的“大學化學”實驗是教師講解實驗內容和操作步驟，學生完全按照教授的方法進行重復性操作，這種教學方式不能滿足應用型本科院校培養學生的自主學習能力和創新探究能力的教學需求。所以要在增加實驗課程的同時加強教學與科研實驗室共建，讓學生有機會接觸到表面化學技術領域的相關精密大型試驗設備和測試儀器。按照高校理論教育和企業實踐并重的原則，大力開展校企合作、聯合培養和實踐基地等多元化的產學研相結合的新模式。

目前已經在實驗課程中增設了“表面改性方法與測量”拓展性實驗，使學生學會運用表面親疏水理論和簡單的表面改性方法，掌握接觸角測量儀的使用，加深對“親水—親水”和“疏水—疏水”相互作用的理解，增強對在化工生產、電子器件領域中有實際意義的表面改性方法的感性認識。實驗的過程中讓學生了解和掌握：什么是表面活性劑；表面活性劑有哪些大類；為什么表面活性劑可以改變溶液的表面張力；什么樣的基底可以進行表面改性；如果基底清洗不徹底，基底表面的灰塵或污漬對基底的接觸角數據有什么影響；為什么；氧等離子清洗和聚乙二烯溶液處理的玻璃基片表面張力的改變有什么不同；舉例說明自然界中存在的表面疏水和清水的物體，論述表面親水/疏水的材料，在日常中可以有哪些應用，將課堂上的理論與實踐有機地串聯到一起。

四、改革課程考查方式，進行多維測評

全新的教學模式，需要對應全新的評價方式，為學生取得成果的評價提供便利性。為實現創新性人才培養的教育體系的構建目標，高校需要對現有的評價方式進行改革，從傳統的過于注重考試，借助分數，以此來對學生掌握知識和創新能力進行評價，改革為結合考試成績、創新能力及實踐發展等要素的多元化評價體系。通過多維的考核方式來檢驗學生對表面化學的掌握和運用，比如進行形成性測驗，針對不同的教學單元內容而設計測試內容；在教學過程中進行測驗，不定期的評定方便調控教學，考核方式可以選擇大作業、實驗、平時作業、課堂討論、小組學習、小論文等。

結語

通過將表面化學引入“大學化學”教學內容中，有利于學生在學習中獲得最大的學術科研和技術應用感受，學生能夠結合課堂上教師的講授和引導，提高本課程學習的積極性和學習效率，并能夠根據自身的情況，把學習表面化學的科研和技術方法推廣到其他專業課程中，從而培養出綜合素質高的應用型復合人才。在本學科領域之中，打造創新、參與學科領域內的學術研究等方面的教師團隊，教師首先要對學科發展的前沿動向進行充分了解，在將知識傳遞給學生的同時，將團隊效應充分發揮出來，從而確保團隊教師創新教學能力的穩步提升，最終實現科研和教學的相互促進。經濟的發展離不開科技的進步，科學技術的發展速度與科技成果的轉化水平將成為經濟發展的主要動力。因此，將高校科技成果轉化到企業生產中去，有助于把有實用價值的成果轉化為實際的生產力，從而提高高校畢業生的就業深度及科研方向的選擇廣度。