下载文档原格式
2021年第6期广东化工第48卷总第440期 · 199 ·新能源科学与工程专业“材料科学基础”课程教学改革实践与创新谷肄静(贵州大学材料与冶金学院，贵州省冶金工程与过程节能重点实验室，贵州贵阳550025) [摘要]本文针对新能源科学与工程专业的《材料科学基础》这一门专业必修课，提出了一些在教学工作中的探索性的实施措施以及在教学改革中得到的一些实践总结。
由于新能源科学与工程专业是新兴专业，因此本文以加强学生实践能力为出发点，结合多种教学方法，以提高学生学习兴趣和提升学生专业素质为目的，着重讨论了新能源材料领域的教学模式的改革实践与创新。
[关键词]材料科学基础；教学实践；教学改革[中图分类号]G4 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)06-0199-01The Teaching Reformation and Innovation of Essentials of Materials Science and Engineering in New Energy Science and EngineeringGu Yijing(Guizhou Province Key Laboratory of Metallurgical Engineering and Process Energy Saving, College of Materials and Metallurgy, GuizhouUniversity, South Hua-Xi Street, Guiyang 550025, China)Abstract: This paper is focused on the essentials of materials science and engineering, which is one compulsory course of new energy science and engineering. It is mentioned that some exploring implementary strategies and practical summary during the teaching procedure. New energy science and engineering is a novel major, so this paper is concentrated on enhancing students’ practical abilities and combined with a multitude of teaching measures to elevate students’ learning attraction and academic qualities. It is vital to discuss the teaching reformation and innovation in the field of New Energy Science and Engineering.Keywords: essentials of materials science and engineering；teaching reformation；teaching innovation材料科学基础是新能源科学与工程专业的一门必修课程，是一门研究材料基本成分、微观结构、各种物理性能和化学性能及其应用的严密的基础科学，也是材料相关专业、新能源相关专业的理论基础课程。
材料专业实验教学研究现状与改革【摘要】现代教育的目的是培育创新精神，而实验教学在培养学生创新意识、创新精神等方面有不可替代的作用。
目前，高校实验教学存在实验教学体系还不完善、实验教学时间不能充分保证、实验室建设管理有待加强、实验教学教师队伍尚需建设等问题。
为此，应调整培养计划，加强实验室建设，加强实验教学教师队伍的培养，为国家培养高素质创新型的材料科学技术人才。
【关键词】实验教学创新型人才实验室建设【中图分类号】g420 【文献标识码】a 【文章编号】2095-3089（2013）06-0060-01两院院士师昌绪在2009年材料学科评述中指出“材料科技的进展是人类进步的强大引擎”。
进入21世纪，与其它学科一样，材料科学与工程学科也面临着前所未有的责任与挑战。
21世纪的教学应更加注重人才的创新能力、综合应用知识能力以及独立获取知识能力等综合素质的培养，而实验环节正是培养学生动手能力、创新能力、分析问题和解决实际问题能力的主要环节。
它不仅是对理论教学的验证、补充和拓展，而且是培养学生的创新能力、动手能力和解决实际问题能力的重要途径。
特别是对典型的以基础理论和工程实验紧密结合为特点的材料类专业而言，实验教学对培养具有良好的动手能力和创新能力的高素质创新型人才尤为重要。
一、材料专业实验教学的现状目前，实验教学在高等人才培养中的重要性已经逐渐受到人们的重视，但长期以来，在重视理论研究和理论教学的传统观念的影响下，许多高校专业实验教学改革和专业实验室建设仍然受到严重制约，主要表现在以下几个方面：1.培养计划中不能体现实验教学的重要性，实验教学时间不能充分保证传统的实验教学理念着重于巩固学生的理论课教学效果，演示以及验证理论课的基本知识，学生的动手操作及创新能力培养较弱。
材料类专业的大多实验是在相应的课程中划出少量的学时用于实验课程，如一门32个学时的的课程，实验课程一般只有4个学时，在这么短的时间里实验教学效果难以保证。
中国冶金教育２００９年第６期摘要：针对材料科学与工程专业院级平台课“材料科学基础”提出了教学改革方案，并进行了教学实践，注重培养学生的人文素质和创新思维，更新教学理念，改革教学方法、手段，把学科前沿知识与课程内容相结合，激发学生的学习兴趣，收到了较好效果。
关键词：材料科学基础；教学改革；教学方法基金项目：（1）佳木斯大学教学研究项目（课题编号：2009-15）；（2）黑龙江省新世纪高等教育教学改革工程项目（课题编号：2008-01）“材料科学基础”是材料科学与工程一级学科中重要的专业基础课程之一，该课程包括金属学、热处理原理、热处理工艺、金属材料等内容，其特点是课程内容枯燥、抽象，教学难点突出。
如何解决这些问题，提高教学效果，使教学内容不再是概念、原理和方法之间的简单结合，而是由知识传授、能力培养相互渗透形成的完整系统，“材料科学基础”必须加强基础、拓宽专业、加强实践训练，以此提高课程的教学质量，培养学生的综合素质。
一、培养学生的人文素质、创新思维和创新精神人文知识和人文素质的内涵与外延是十分广泛的，可以是哲学、地理、历史、艺术等，对于工科高等院校学生来说，人文素质教育的重点在何处，面对这一问题，我们展开了调研工作。
通过分析学生的精神现状，我们认为大学生素质教育的首要任务就是爱国主义和敬业精神教育，其次是在此基础上的创新教育。
爱国主义和敬业精神在学生行为中体现为责任感，这是促使学生奋发进取的原动力，有了这种原动力，学生才可以去求知、去探索。
创新思维和创新精神不仅仅体现在现阶段及以后所从事的工作中，而且应是一种融合于思维深处的自然性体现，只有实现这一目标，才能培养出复合型人才。
这就要求学生将科学创新与人文素质融会贯通。
课堂教学是人文素质教育的主渠道，加强人文素质教育应将人文素质教育与“材料科学基础”课程的教学实际结合起来，使人文素质教育落实在课堂上。
通过讲解，让学生站在一个更高的层次上，看待科学发展与人文及社会科学的紧密联系。
科技信息 ０本刊重稿ｏ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１０年第１期 材料专业普通化学教学改革探索 钟敏葛洪良徐时清 王疆瑛 张健卫国英 （中国计量学院材料科学与工程学院浙江杭州３１００１８）
【摘要】文章分析了目前中国计量学院工科普通化学教学中存在的问题，结合材料专业的特点，提出了普通化学的改革方案，包括教学内 容、教学模式和方法、实验教学三方面的具体措施，旨在培养高素质、全面发展的人才以适应２１世纪材料科学技术发展对人才的需求。 【关键词】普通化学；材料专业；教学改革
普通化学是中国计量学院工科非化学化工类专业的一门重要基 础课程，是环境、材料等专业的技术理论基础。其教学目标是通过化学 反应基本规律和物质结构的学习．使学生了解当代化学学科的基本理 论和框架．并能运用化学的理论观点和方法来处理环境污染、各类材 料的制备等问题＿ｌ】。然而目前我校工科普通化学的教学存在课时少，教 学内容繁多的矛盾，对化学课程的重视程度不够，表现在不断减少课 时，改考试课为考查课；其次在普通化学的授课过程中较少与工科专 业知识联系，导致学生产生学习普通化学没用的想法；再次，普通化学 教学形式单一，教学过程重理论轻应用，学生缺乏兴趣。针对上述存在 的问题，我们经过认真的研究和论证，并借鉴其他高校做法。提出一系 列的改革方案来增强课程吸引力，提高化学教学质量，培养学生的化 学素质。 １ 结合材料专业改革教学内容。突出工科特色 结合材料专业，在教学中实现化学与材料专业的对接，突出材料 特色，注意把理论知识与材料科学工程实际有机结合起来，分析透彻， 取舍适当，有所侧重。针对材料专业学生，可以重点介绍现代化学应用 于材料科学领域的知识，如纳米材料、微电子材料一高纯硅、新型金属 材料、先进陶瓷材料、新型玻璃材料、耐火材料、无机纤维材料、搪瓷、 复合材料、杂化材料等先进功能材料的化学合成、性能及应用。教学过 程中不必对纯化学理论（化学公式的具体推导过程和定量计算等内 容）进行过深过细讲解，只要使学生熟悉现代化学的基本原理和方法， 注重培养学生运用化学观点分析和解决材料工程技术中实际问题的 能力。教学内容由基础部分和应用讲座两部分内容组成，基础部分由 基本理论、基础知识及拓展内容三部分组成 组成了既有区别又紧密 相关的三个不同的层面。涵盖了当今普通化学中最主要的基本内容。 教学过程中既要注重化学基础知识，又要不断引进材料科学技术发展 新成果，关注学科与交叉学科的前沿、热点知识，构建先进的课程体 系，说明化学学科在材料科学研究领域中的重要地位和强大生命力， 从而培养材料专业的学生利用化学知识分析、解决问题的能力。如新 分子合成、超导、纳米、功能高分子材料的开发与应用等。 ２改革传统的教学模式与教学方法 在讲课时应尽量讲好课程的开头（绪论）和每章的开头（引言），讲 清来龙去脉，要讲清本课程和本章的全貌。在绪论部分介绍普通化学 的内容时，运用典型而生动的事例来激发学生的求知欲望，讲解化学 知识在日常生活中及材料领域中的应用，使学生意识到化学是一门非 常有用的学科。在讲每一章之前，提出新问题、新概念，明确要解决的 问题及教学目标，这样条理清晰，可以使学生学习起来处于主动地位。 在完成教学计划规定的普通化学的基础部分的教学后，可把“应 用讲座”部分作为教学计划规定以外的补充内容。在教师指导下，学生 结合所学的材料专业，自学普通化学中应用拓展部分（主要是材料、能 源、环境、生命等）中的某一个方面的内容。根据自学的内容（可以结合 课外查阅的资料）进行归纳总结，写成演讲稿并做成多媒体课件。然 后，由教师指定一定数量的学生上台做限定时间的演讲．其他同学参 与讨论，教师总结并补充其余部分的内容。学生通过这种课堂内外结 合的自学方式，在学习了相关专业知识的同时，不仅提高了自学的能 力和演讲能力，而且通过多媒体课件的制作，训练了创新能力。这种教 学形式课堂气氛活跃，讨论热烈，极大提高了课程的吸引力和学生学 习的积极性。 布鲁斯・乔伊斯在《思维教学模式》一书中说：“教会学生独立思 考，我们就给了他们自己教育自己的能力，使他们在课堂上敢于阐述 自己的观点。我们不能要求学生放弃一切活跃的思考，盲目地相信某 种结论 。基于这种观点，我们建立了“以学生探索问题的顺序为讲课 顺序．以自己对问题的分析和理解为讲课内容”的探索式讲课方法。具 体做法是：在讲授新理论的前一次课，根据学生的知识基础或已有的 经验，提出一系列问题作为预习内容。指导学生查阅参考书自学。例 如，在讲配位化合物及水溶液中的配位平衡之前，布置四个问题：“什 么叫配位化合物？配离子？中心离子？配位体？”于是，同学们在课前 就有计划、有目的、有具体内容、有程序地进行自学。待上课时，教师引 导、启发学生探索ＺｎＳ纳米微晶在三元嵌段共聚物上的原位络合合成 的机理 。学生因已经过充分的思考，课堂气氛非常活跃，很快就总结 出三元嵌段共聚物的极性配位基团与中心离子Ｚｎ 离子较强的离子 络合作用能够解释ＺｎＳ纳米微晶的原位合成，再经进一步引申、扩展、 归纳就得出ＺｎＳ纳米微晶原位络合生长的模型。这种教学方法增加了 学生的学习兴趣．从而调动了他们学习的主动性和积极性，启发了思 维，激发了他们的求知欲，同时，更有利于培养学生的自学能力和创新 能力。 老一辈的化学教育家戴安邦先生提出的化学教育思想：“全面的 化学教育既要传授化学知识与技术，更应训练科学方法与思维，还应 培养科学精神与品德”。［４１这对普通化学教学具有重要的指导意义。为 此，改变原来教师的单向向学生灌输知识的传统教学方法为教师讲、 学生问、学生思考、教师问、学生答、教师解释的双向教学。在教学过程 中我们采用启发式教学．这样可以再较短时间内引发学生对化学的兴 趣，取得更好的教学效果。例如，在讲授完链反应后，我们启发学生与 高分子材料制备的实例联系起来，鼓励学生用该理论解释高聚物自由 基聚合的机理 等。在讲完凝胶后，启发学生将理论与溶胶凝胶法 制 备纳米二氧化钛的实际相联系．让学生思考溶胶凝胶法制备纳米二氧 化钛的原理。 多媒体教学日益受到重视。它在扩大教学信息传输量，激发学生 的学习兴趣，有效提高教学效果等方面起到了积极作用，从而使教学 过程最为优化。我们以ＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔ为主体软件，配合Ｃｈｅｍｏｆｆｉｃｅ２０００ 绘图软件和Ｆｌａｓｈ软件，研制了普通化学教学主体课件，制作了胶体、 杂化轨道、电化学等Ｆｌａｓｈ动画小插件，在普通化学课堂使用中取得了 良好的教学效果。通过制作教学课件，使枯燥的教学内容以生动、灵活 的方式，形象地展现在学生面前。使用多媒体课件还可以将理论与实 验或具体问题相结合，如采用多媒体课件演示沉淀溶解平衡在水热法 制备纳米氧化物中的应用和电化学在腐蚀与防腐中的应用。由于授课 学生多．不可能组织学生到工厂参观、实习．因此我们将工厂的一些照 片展现给学生．使学生了解化学和生产实际是如何结合到一起的。针 对有些化学理论比较抽象，难以理解，如原子轨道的杂化、核外电子运 动等．学生在学习完理论知识后也很难形成感性知识。通过制作Ｆ１ａｓｈ 课件。将原子轨道的杂化过程以动画形式展示出来，同时给出杂化轨 道的三维立体镜头，使学生具备了理性知识后将理性知识上升到感性 知识。采用多媒体课件可以在课堂上演示部分毒性实验，弥补其在实 验室无法进行的缺陷。
材料科学与工程专业材料化学基础实验的改革与探索摘要：实践教学的质量直接关系着高等教育的水平。
围绕我校《材料科学与工程》专业的材料化学基础实验，我们进行了一些有益的改革和探索，系统分析了改革的必要性、内容、特点及效果。
这些改革紧密结合材料专业的特点，激发了学生的学习热情和积极性，最终取得了一定的成效。
关键词：材料科学与工程专业；材料化学基础实验；改革；探索中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2018）42-0127-02收稿日期：2018-03-16基金项目：国家自然科学基金项目资助（编号：51472082）作者简介：范长岭（1977-），男，河南封丘人，博士，高级实验师，研究方向：无机非金属材料。
实验教学是高等学校培养本科生操作技能的重要途径，但是从目前来看，实验教学得不到有效的重视，但未来恰巧需要的是具有良好操作技能、解决实际问题的专业人才。
为此，不少学者围绕实验教学开展了许多有益的探索[1-5]。
近年来，我校围绕《材料科学与工程》专业的材料化学基础实验也开展了一系列的改革和探索。
一、教学改革的必要性湖南大学材料学科的发展历史最远可以追溯到20世纪初开办的矿科、窑科和机械科，而材料科学与工程学院则成立于2000年底，具有“老学科、新学院”的特点。
学院现有材料科学与工程专业、材料成型与控制两个本科专业，其中材料科学与工程专业是国家级特色专业，而化学在材料专业中具有基础性的地位，这是因为材料的方方面面都与化学知识密不可分。
因此，不管是在过去几年的教学实践中，还是在学校最新的“2015版教学计划”中，材料化学基础都是进入大学阶段的一年级新生的必修课程，主要涉及无机化学、有机化学、物理化学和分析化学等四大化学课程。
与之相对应，学校化学化工学院针对全校开设了“基础操作化学实验”，该课程为化学、化工、生物、医学、材料等专业开设，主要实验项目有：天平的使用方法及称量、容器的校准、标准溶液的配制、滴定分析操作练习、酸碱滴定法测定混合碱中各组分的含量、熔点的测定、重结晶方法及其练习、蒸馏及沸点的测定等八个实验项目。
上述项目重点在于教会学生掌握基础操作知识，实验项目之间联系不强，是一个个独立的个体实验项目，对材料专业的针对性不强，不利于材料类专业学生的创新及综合能力的培养，且与我们材料专业培养目标的要求有一定差距。
二、教学改革的探索1.教学项目的改进。
在“2015版教学计划”中，我们围绕该实验课程进行了探索性的改革，以提高学生的专业认知度为出发点，以提高学生的实验操作技能为根本，围绕无机化学和分析化学这两门课程的有关知识点，突出无机材料中关键组成元素的含量测定，让学生更早接触专业，了解专业，激发学生的专业兴趣。
在实验中我们开设了如下八个项目：化学实验基本常识及安全守则、基本操作技能、标准溶液的配制及滴定分析、样品的制备、溶液配制及显色测定、多元素快速分析仪的使用、火焰光度法测定K 2O 和Na 2O 、经典分光光度法测定Fe 2O 3。
该门实践教学课程要求学生以深刻领会光度分析的原理，牢固掌握无机材料中常见成分的快速分析方法为中心。
材料化学基础实验课程的开设结合了材料科学与工程专业的实际，设立的实验项目不再是独立的、互相割裂的个体，而是形成了一个有机的整体，组成一个完整的实验系列，前后紧密联系，不可分割，具有较强的设计实验的特点。
2.教学过程的开展。
该门实验课程要求学生以深刻领会光度分析原理的方法为中心，在学生进入实验室动手实验之前，指导教师重点讲述化学实验的一些基本常识及安全守则，让他们对实验内容事先有一个感性认识，然后对学生初步讲解多元素快速分析仪的工作原理及使用方法，明确这门实践课程的中心任务，即测定某种无机材料组成元素的含量，并通过查询相关资料，最终鉴定出材料的类别。
然后围绕上述中心，让学生循序渐进地学习和掌握基础化学实验的一些基本操作技能，比如电子分析天平的正确使用及称量的不同方法，实验化学试剂的分类，常用玻璃器皿的清洗、干燥及使用方法。
接着学习掌握滴定分析的基本操作，在练习“酸碱滴定法”的基本操作过程范长岭*，李玉平，陈石林，何月德，尹斌，韩绍昌（湖南大学材料科学与工程学院，湖南长沙410082）【探索与实践】Reformation and Exploration on Materials Chemistry Basic Experiment for Materials Science and Engineering SpecialtyFAN Chang-ling *,LI Yu-ping,CHEN Shi-lin,HE Yue-de,YIN Bin,HAN Shao-chang (College of Materials Science and Engineering,Hunan University,Changsha ，Hunan 410082,China)Abstract :The standard of higher education is directly determined by the quality of practical teaching.Aiming at materials chemistry basic experiment for materials science and engineering specialty in our school,a series of reformation and exploration have been conducted.The necessity,content,characteristic and effect of the reformation is investigated systematically.These reformations contact tightly with the feature of materials specialty and activate the enthusiasm and activity of student.A lot effects are achieved in the end.Key words :materials science and engineering specialty;materials chemistry basic experiment;reformation;exploration中，学生重点掌握滴定管和移液管等容量仪器的使用方法以及熟悉甲基橙、酚酞等指示剂的使用和滴定终点的判断。
在上述基础上，学生进一步练习及掌握用于多元素分析的混合标准溶液的配制方法，学习无机材料的粉碎及用四分法制备均匀粉状样品，并掌握高温熔样的实验技能。
紧接着学习溶液的显色原理、重点掌握掩蔽剂的工作原理，并能根据不同的溶液离子，学会选择适宜的掩蔽剂以及掌握显色剂的显色方法和实验条件。
最后每个实验小组学生自主选择某种无机材料，学会熟练操作使用多元素快速分析仪测定各种元素含量，通过查询相关资料，鉴定出无机硅酸盐材料的类别。
最后，采用经典的分光光度法测定其中Fe 的国家标准方法。
三、教学改革的亮点1.强调实验的安全。
近年来，安全事故在各大学实验室常有发生，实验室安全显得十分重要。
该门课程的授课对象又是刚从高中走入大学校门的新生，这些新生的安全意识不强、安全知识不够。
因此，为了切实保证学生的身心健康，提高其安全意识，使其顺利完成实验教学任务，我们设计了一次实验室安全知识和安全防护的讲座，让学生在进行化学实验时的安全意识、安全知识、防护措施等有了质的提高，从而保证学生不受伤害，顺利完成学业。
2.评价方法的改革。
由于有些实验操作的过程较简单，仅仅通过提高学生的操作技能，无法准确评价学生的实验成绩，除了传统的考察学生的实验预习情况，统计学生在实验过程中的认真程度、实验报告的撰写外，我们还仔细考察了几个重要实验的实验结果与标准数据的差别，将实验结果的准确性引入学生成绩的评价中，这样就能更加全面地评价学生的实验成绩。
3.激发学生的兴趣。
原有的实验教学项目主要采用的是常见的烧杯、容量瓶、移液管等器材，这些传统的简单条件，很难激发新一代大学生的兴趣。
为此，在制定教学用仪器设备的过程中，我们利用学校专业综合改革的资金投入，购入在行业内广泛使用的多元素快速分析仪，可以一次性放置48个发色杯，测量8个样品的6种元素，不仅能手动加入各种掩蔽剂、样品溶液、显色剂，还能用仪器自动加入上述试剂，自动化程度很高。
各种移取液体的操作，除了让大家掌握吸量管、移液管等方法外，还购入一定数量的移液器（俗称移液枪），让大家开阔了视野，这就更加贴近现实，激发学生的兴趣，从而提高实验的热情和认真程度。
除了采用自动化程度高的多元素快速分析仪测定各种无机材料中的Si 、Al 、Fe 、Ti 、K 、Na 、Ca 、Mg 等常见元素的含量外，还购入新型的分光光度计，引入了国家标准中经典的分光光度法测定上述无机材料中的Fe 元素的含量，不仅让学生掌握经典的分光光度法的相关原理，还能体会技术革新、仪器设备进步带来的实验准确性的提高，分析测试速度的加快，从而更加有效地激励大家努力学好专业知识及做好实验的积极性。
4.课程的专业亮点。
“材料化学基础实验”实践课程强调以学生为中心，鼓励他们用课堂上获得的基础理论知识紧密联系本课程实践，自主学习，在预习实验讲义过程中能善于发现问题，并通过查阅相关文献资料去解决实验当中遇到的问题。
该课程引入科研思维，即鉴定无机材料的类型，引导学生学会科学地思考方法，同时将以往的重复实验改为与科研紧密结合的设计探索性实验，在实验教学中不断增加开放度，放手让学生积极思考，大胆尝试和探索。
这种由单一的、重复性的验证性实验向设计性、综合性、探索性实验转变，既有旧知识地再现，也有新知识的产生，训练了学生的科学研究素质，培养了学生的创新意识和创新能力，也提高了学生解决新问题的能力，以及后续独立开展新实验的科研能力。
四、教学改革的效果实施效果表明，该实验课程大大激发了学生对实验的兴趣，也提高了他们自主学习的能力。
学生普遍反映，通过本实践课程的学习，他们的理论知识联系实际的能力、实践动手能力以及发现问题、解决问题的能力得到了显著提高。
这为他们创新能力的提高打下了有利的基础。
参考文献：[1]卢声.非化学专业无机化学实验教学的思考和认识[J].辽宁教育行政学院学报,2008,25(2):88-90.[2]邓凌峰.材料化学专业基础实验教学的改革与探索[J].广东化工,2009,36(10):209-210,218.[3]陈召勇,朱华丽.浅析高校《无机材料化学实验》课程教学革新[J].中国科教创新导刊,2010,(2):44-46.[4]孙芹英,丁爱琴,吴缨.应用型本科院校《基础化学》实验教学改革探索[J].安徽农业科学,2010,38(25):14164-14165,14187.。
