材料化學實驗課程體系改革建設范文

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關鍵詞：實驗課程；材料化學教學內容；教學模式

化學作為一門實驗性科學，其主要任務是創造新物質、制備新材料。而上述任務的實現迫切需要高層次化學人才。在高層次化學人才的培養過程中，科學的教學課程體系的設置顯得十分重要，而實驗課程體系的建設是高層次人才培養的重中之重。實驗課程、實驗項目、實驗教學，關系高層次人才培養的成敗［1－3］。近年來，隨著高等學校教學體系改革和學科交叉融合，使得材料化學實驗作為獨立課程納入教學計劃。材料化學實驗是吉林大學化學學院材料化學專業的主要課程之一，開設在第4學年，是在完成化學基礎課的教學任務之后的高年級課程，是銜接本科生教學與研究生教學的橋梁。材料化學實驗包括材料的合成和對材料多種物理化學性質分析2個方面，教學內容非常豐富。由于材料化學實驗同時涉及化學和物理2個學科，使得材料化學實驗課程具有課程難度大、廣度寬、層次深的特點，學生容易產生厭學情緒。因此，如何提高任課教師的學術水平，改革材料化學實驗的教學體系，合理設置課程內容，緊跟材料化學前沿，提高學生學習興趣，完成教學任務，是值得每位材料化學實驗任課教師深思的問題［4－6］。

1改革目標與措施

1．1建立高效的教學管理制度

改革并完善教學管理制度，構筑以質量和貢獻為導向的評價機制：以完成教學工作量的質量和貢獻為判定標準的評價體系，建立并完善綜合評價機制和退出機制。在執行吉林大學相關管理制度的基礎上，根據材料化學實驗課的自身特點，學院制定系列措施和管理辦法，具體方案表現在以下幾個方面：（1）建立并完善材料化學實驗任課教師基本工作量要求，保證教學工作的有序建立以完成進行；（2）建立并完善綜合評價機制，以完成教學工作量的質量和貢獻為判定標準的評價體系，實行學生、督學和學院三級聯動教學評價機制；（3）優化資源配置，鼓勵競爭，建立退出機制，制定優秀教師獎勵政策，實行備課組制，鼓勵教學幫扶，全面提升教學管理水平，保障教學工作的高效進行。

1．2構建具有學科交叉特色的材料化學實驗課程體系

材料化學是一門充滿活力的新興學科，是通過化學、物理及生物等多學科不斷交叉、融合形成的，知識內容非常豐富，理論性強。在前期建設成果的基礎上，整合并優化材料化學專業實驗的結構設計，制定新的教學大綱，對教材進行多層次、多角度的立體化建設，不斷優化更新教學內容，充分體現材料化學專業實驗課的內涵，深化實踐性、創新性教學環節改革，建設新的實驗教學課程體系，增強對學生創新思想和創新能力的培養。調整不同類型材料化學實驗的比重，減少驗證性實驗，增加綜合設計實驗的比例，主要內容表現在以下幾個方面：

（1）材料化學專業實驗是為大四材料化學專業本科生開設的一門必修實驗課，其主要任務是使學生充分掌握典型材料合成的實驗原理、合成技術、實驗操作技能、材料的物理化學性質分析及所涉及的儀器的工作原理及相關分析結果的解析過程。在材料化學專業實驗進行的過程中，深化學生已學過的四大化學基礎知識，并為學生講授與其相關的物理理論，在此基礎上進一步提升創新思維和創新能力，使其養成良好的實驗習慣，為研究生階段的學習打下良好的基礎。

（2）依托無機合成與制備化學國家重點實驗室，整合材料化學專業實驗內容，在保持實驗數目不變的前提下，減少驗證性實驗的數目，增加跨越多學科的綜合性實驗，同時設立幾個創新性實驗。深入分析和總結材料化學專業實驗開課以來的建設成果與經驗。在此基礎上，優化實驗課程體系的結構，完善新的教學大綱，舉例說明如下：①依托無機合成與制備化學國家重點實驗室的X射線單晶衍射儀，開設2項關于晶體的合成及其結構分析的研究性實驗（Mn12單分子磁體的合成，金屬有機骨架材料MOF－5的合成與表征），在實驗過程中，借鑒以往的教學經驗，通過對實驗的講解，使學生不但能夠掌握Mn12單分子磁體的合成和金屬有機骨架材料MOF－5的合成，還可以充分復習到在無機化學中所學的關于Mn元素知識以及在物質結構課中所學到的空間群方面的知識。同時為了擴充學生的視野，在講解的過程中，還增加了關于抗磁性材料、鐵磁性材料、亞鐵磁材料及反鐵磁材料的分類及其物理本質方面的知識。此外，為了使學生深入了解晶體結構方面的知識，我們組織學生到吉林大學無機合成與制備化學國家重點實驗室，為其講解X射線單晶衍射儀的分析原理，現場為其演示晶體結構數據的收集過程，同時利用結構解析軟件現場演示并講解晶體結構的解析過程及多個結構示意圖，使學生對復雜的晶體結構有了更為深入的理解。②依托無機合成與制備化學國家重點實驗室的熒光光譜儀、紫外－可見光譜儀及光催化裝置，開設了2項研究性實驗：稀土發光材料的合成及其光譜性質研究，納米二氧化鈦光催化降解染料廢液。通過對實驗的講解，使學生不但能夠掌握氧化釔摻銪納米結構的合成，還可以使學生回憶在無機化學中所學的稀土元素知識，深入理解f電子的特點及上轉換材料和下轉化材料發光的物理本質。同時為了擴大學生的視野，在光譜分析過程中，為其深入講解稀土納米結構中電偶極躍遷、磁偶極躍遷的選擇定則及摻雜濃度變化對熒光強度影響的規律。通過納米二氧化鈦光催化降解染料廢液實驗，使學生不但掌握納米二氧化鈦的合成方法，還要充分理解二氧化鈦光降解染料的物理原理，同時為了擴充學生的視野，在實驗過程中，還為學生講述關于二氧化鈦研究方面的新進展，例如黑二氧化鈦的制備過程及其能帶結構變化的物理本質。③依托無機合成與制備化學國家重點實驗室的圓二色光譜儀及振動圓二色光譜儀，開設了三乙二胺合鈷配離子的旋光異構體的制備、離析及旋光度的測定的研究性實驗。通過這個實驗，不但使學生掌握三乙二胺合鈷配離子的合成，還使其了解圓二色光譜儀及振動圓二色光譜儀的工作原理。同時，為了進一步擴展其知識體系，我們還為其介紹手性等離子體方面的研究進展，使其了解等離子共振的物理原理及手性等離子體結構在光學、生物傳感及顯示等方面的應用。④依托無機合成與制備化學國家重點實驗室的SQUID－VSM磁性測量系統，開設了水溶性四氧化三鐵納米晶的制備及其表征的研究性實驗。四氧化三鐵納米晶是反尖晶石結構，屬于亞鐵磁材料。大多數文獻報道的四氧化三鐵納米晶都是疏水性，為使其變為水溶性，還要通過后續步驟。而我們開設的實驗只需一步即可得到水溶性四氧化三鐵納米晶。通過這個實驗，不但使學生掌握水溶性四氧化三鐵納米晶的合成，還使其了解SQUID－VSM磁性測量系統的工作原理。同時，為了進一步擴展其知識體系，我們還為其介紹海森堡交換原理及自發磁化的能帶模型。利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡深入分析四氧化三鐵納米晶的表面形貌和晶體結構內部信息。⑤依托無機合成與制備化學國家重點實驗室的聚焦離子束裝置，開設鋁膜表面圖案化設計創新性實驗。眾所周知，鋁納米結構在從紫外一直到近紅外都具有等離子共振響應。但是，由于鋁的化學活性較強，使得合成鋁納米結構一直是等離子共振研究領域的一大難點。聚焦離子束裝置可以有效解決這一難題，因此我們計劃在沉積一定厚度的鋁膜后，利用無機合成與制備化學國家重點實驗室的聚焦離子束裝置在其表面制備不同的圖案，詳細研究其等離子共振特性。

（3）廣泛開展調查研究，深入分析現有材料化學專業實驗課程體系、教學模式存在的優點和弊端，剖析問題的本質及根源，總結經驗，探索深化改革的方向，進一步提升教學質量。

1．3加強師資隊伍建設

高水平的人才培養離不開先進的師資隊伍。創造條件加強團隊建設，實行備課組制度，鼓勵以老帶新，通過教學改革的推進、不斷更新教學理念、鉆研特色教學方法。同時組織課程團隊成員定期研討、試講，并不斷完善教學方案。采取引進與培養相結合的原則，依托國家留學基金委的項目支持，一方面鼓勵年輕教師到國內外高水平的學術機構進修，同時吸引高水平教授主講材料化學實驗課程，提高教學團隊的整體水平。每位任課教師要達到通過深入理解教學內容，精心安排材料化學專業實驗的各章節。教師先全面講解每個實驗的背景、原理知識，之后安排學生自己設計實驗并動手獨立完成實驗。在此過程中任課教師不但要不斷糾正學生在實驗過程中所犯的錯誤，還要為其分析錯誤的原因，啟發思維，深入思考，激發學生的學習熱情，使其理解并掌握本領域最新研究成果及前沿理論與方法，營造良好學術氛圍［7－8］。

1．4培養學生的創新能力

材料化學實驗是培養化學專業人才的系統知識結構、獨立創新能力及較高專業素養的重要組成部分，也是材料化學其他課程的基礎。材料化學專業實驗在過去的9年間不斷優化教學內容，在總結材料化學實驗開課以來的經驗、成果的基礎上，通過鉆研新的教學方法，全面介紹代表性材料的合成，深化學生對材料多種物理性質（力、熱、光、電及磁）的分析能力，緊扣材料化學的發展前沿。依托無機合成與制備化學國家重點實驗室，設立幾個具有一定難度的創新性實驗課題。通過引入一些關于前沿熱點的創新性實驗內容，擴展學生的視野，增加多學科交叉及創新性實驗的設計，深化實驗教學課程體系的改革。在實施個性化培養的同時，全面提升學生的操作技能、儀器原理、合成技術及分析方法等水平。建立特色鮮明的實驗教學培養體系，使學生養成嚴謹的科學態度、良好的實驗習慣和科學品德素養，打破思維定式及思維慣性，積極開發創新性思維，全面提升學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。多年的教學經驗表明，材料化學專業實驗是本科教學與研究生教學的橋梁，為材料化學專業學生攻讀研究生奠定了良好的基礎。表1詳細給出了近5年吉林大學化學學院材料化學專業學生攻讀研究生的情況，這表明材料化學專業實驗能夠使材料化學專業的學生能夠迅速適應研究生的教學與科研，并激發其科研熱情。

2結束語

實驗教學是化學高等教育的重要環節，要遵循理論課程與實驗課程銜接的邏輯關系，合理調整二者間的橫向聯系及縱向關系。同時，學生通過實驗教學，在仔細觀察，認真思考，夯實基礎的同時，也培養了科研和創新能力。這個過程也養成了嚴謹的科學實驗態度和周密細致的科研思考能力［9－10］。在協同創新的大背景下，大力加強化學、物理、電子等學科的交叉融合，緊跟學科前沿。以培養材料化學高層次人才為目標，轉變教育理念，實現對學生因材施教，改革教材建設，對講義部分內容實時更新，緊跟學術前沿。加強教學師資隊伍建設，擴展任課教師的知識面，提升教師隊伍的教學

參考文獻

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作者：王宇顏 巖 李春光 孫福興 梁志強 王曉峰 施展 單位：吉林大學無機合成與制備化學國家重點實驗室