作者：劉捷 單位：鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

開發(fā)具有特色的材料化學(xué)實驗體系，提高實驗教學(xué)的整體水平，加強學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生在實際工作中的應(yīng)用能力具有重要的促進作用。通過對教學(xué)大綱的討論和指導(dǎo)教師對實驗過程的嘗試，梳理實驗項目的教學(xué)理念和思路，確立了涵蓋無機、有機、高分子、復(fù)合等各領(lǐng)域的不同實驗項目和單元。并引入具有創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容，如在“原位聚合法制備纖維增強聚合物復(fù)合材料”實驗中，分別引入碳納米管和劍麻纖維作為纖維增強相，在使學(xué)生掌握原位聚合的概念和基本操作的基礎(chǔ)上，也了解了當(dāng)前研究熱點的碳納米管和天然材料在復(fù)合材料制備過程中的應(yīng)用方法，對培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才具有不可或缺的推動作用。本實驗在單元設(shè)置上主要包括基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗與設(shè)計性實驗。

(1)基礎(chǔ)性實驗對基礎(chǔ)理論知識、現(xiàn)象和結(jié)論的驗證與實踐所組織的實驗項目。主要目的是掌握相關(guān)的基礎(chǔ)操作如重結(jié)晶、蒸餾等，熟悉基本儀器設(shè)備的使用方法和操作，同時掌握課堂教學(xué)中重要的理論知識。設(shè)計思考題使學(xué)生在實驗后動腦對實驗過程中的問題和相關(guān)的原理性問題進行回顧，充分認識實驗背后的基礎(chǔ)知識和問題。如基礎(chǔ)性實驗“配合物三草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀的合成”，通過該實驗，學(xué)生不僅了解了三草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀制備方法，而且復(fù)習(xí)了抽濾、容量分析等基本操作方法，并可以在條件和時間滿足的情況下，驗證配合物的光化學(xué)性質(zhì)，激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣。

(2)綜合性實驗對較為復(fù)雜的實驗體系和對象進行的綜合性實驗，一般學(xué)生可以自主選擇實驗試劑用量、轉(zhuǎn)速、溫度等完成實驗。主要目的是讓學(xué)生綜合所學(xué)的基礎(chǔ)知識，實現(xiàn)一定的實驗?zāi)繕?biāo)。在實驗講義上，體現(xiàn)在某些方案和設(shè)計具有“可調(diào)性”，提高學(xué)生對知識的應(yīng)用能力和實踐能力，以及對學(xué)生團隊合作能力的培養(yǎng)。如綜合性實驗“單分散二氧化硅微球的合成與組裝”，在學(xué)生驗證經(jīng)典Stober方法制備單分散二氧化硅微球的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自主選擇醇水比例、單體用量、溫度等實驗條件，制備不同規(guī)格的二氧化硅微球，并采用沉降法對各自制備的微球進行自組裝。指導(dǎo)教師同時準(zhǔn)備一系列自組裝的單分散微球與學(xué)生進行對比和講解，結(jié)合SEM、TEM照片使學(xué)生進一步認識自組裝的基本原理和方法，為綜合性設(shè)計實驗奠定基礎(chǔ)。

(3)設(shè)計性實驗設(shè)計性實驗是重點考核學(xué)生實驗設(shè)計能力的特殊實驗，具有部分實驗考試的性質(zhì)。主要目的是讓學(xué)生在基礎(chǔ)和綜合性實驗的基礎(chǔ)上，具有查閱相關(guān)文獻資料并獨立自主設(shè)計實驗方案的能力，是材料化學(xué)實驗建設(shè)與創(chuàng)新的重要組成部分。首先給各實驗小組(每組2～3人)確定不同的課題，如:“聚丙烯酸酯/納米SiO2有機－無機復(fù)合壓敏膠乳液的制備”、“溶膠凝膠模板法制備氧化錫納米纖維”、“低聚殼聚糖稀土鈰(Ⅲ)配合物的合成”等。要求每個小組成員合作共同設(shè)計出完整的實驗內(nèi)容，包括實驗原理、實驗步驟和方案以及可能遇到的問題，然后每小組向?qū)嶒炛笇?dǎo)教師匯報實驗方案，詳細介紹實驗方案的設(shè)計思路和基本原理。最后根據(jù)實驗設(shè)計情況和實際條件，安排在教學(xué)或科研實驗室進行相關(guān)實驗的實施。在此過程中，可與各科研實驗室緊密配合，采納各教研室的意見，為學(xué)生在四年級本科畢業(yè)論文設(shè)計打下堅實的基礎(chǔ)。

結(jié)合教學(xué)與科研，鼓勵學(xué)生參與科研

參與科研項目對培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才具有積極作用。將學(xué)科建設(shè)與實驗教學(xué)建設(shè)相結(jié)合，實驗教學(xué)內(nèi)容與科研項目和成果相結(jié)合［4－5］。鼓勵學(xué)生參與各科研課題組的實驗項目，對有創(chuàng)新能力和較強自學(xué)能力的學(xué)生因材施教。我校近年來一直實施大學(xué)生創(chuàng)新實驗項目，以學(xué)生為主導(dǎo)開展創(chuàng)新性、研究性實驗，取得了很好的效果。在材料化學(xué)實驗建設(shè)過程中，圍繞相關(guān)的課題組和創(chuàng)新性實驗項目，強化相關(guān)實驗技能和研究能力的培養(yǎng)，實驗平臺為創(chuàng)新性實驗學(xué)生開放，拓展學(xué)生進行科研和創(chuàng)新的空間。我校材料化學(xué)學(xué)生入校成績優(yōu)秀，絕大多數(shù)學(xué)生綜合素質(zhì)好，學(xué)習(xí)能力強，但實踐和動手能力由于機會較少而相對偏弱。如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和動手激情，強化動手能力是我們需要解決的問題。通過本實驗基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計性實驗三個層次的實驗教學(xué)體系的建設(shè)與實施，為學(xué)生提供科研平臺和發(fā)揮創(chuàng)新能力的場所，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和研究興趣。在每個實驗過程中，指導(dǎo)教師盡可能結(jié)合實驗基礎(chǔ)知識和科研成果，向?qū)W生介紹科研的方法和經(jīng)驗，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識與素養(yǎng)，使學(xué)生在面臨以后的科研與工作時具有足夠的理論和實踐知識，少走彎路，有利于理科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

增加討論環(huán)節(jié)，建設(shè)為理科應(yīng)用型人才培養(yǎng)服務(wù)的教學(xué)模式

理科學(xué)生對理論知識掌握較為扎實，增強其理論聯(lián)系實際的能力是亟待解決的問題，也是培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才的必經(jīng)之路。在材料化學(xué)實驗教學(xué)過程中，學(xué)生完成實驗預(yù)習(xí)之后，指導(dǎo)教師除進行實驗前的安全性教育、實驗原理講解、步驟和注意事項說明等傳統(tǒng)教學(xué)模式，還應(yīng)根據(jù)實驗項目增加討論環(huán)節(jié)。討論環(huán)節(jié)可在實驗完成后或?qū)嶒炛校c學(xué)生就思考題和所制備產(chǎn)物的表征方法、表征結(jié)果進行討論，這要求指導(dǎo)教師充分準(zhǔn)備每個實驗，預(yù)先對產(chǎn)物進行物理和化學(xué)表征，將結(jié)果在討論過程中向?qū)W生進行展示和講解，可以極大地增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理論聯(lián)系實際的能力。同時，準(zhǔn)備一些實例，如納米二氧化硅在一些領(lǐng)域的用途、纖維增強復(fù)合材料提高力學(xué)性能的情況等，使學(xué)生在材料化學(xué)實驗過程中雖然由于時間因素?zé)o法參與完成所制備產(chǎn)物的物理和化學(xué)表征，但能夠通過觀察和對比分析，對各門課程之間的聯(lián)系和實際應(yīng)用有更為深入的了解。改變教學(xué)模式的目的是在學(xué)生動手的同時學(xué)會動腦，因此在討論過程中不僅要討論上述理論問題，還要就實驗中遇到的各類操作問題進行分析，使學(xué)生從原理上了解為什么，而不是僅僅知道怎么做。如有同學(xué)曾在三頸瓶側(cè)口所接的冷凝管上口自行加裝空心磨口塞，這種情況就要與學(xué)生討論，為什么不能加磨口塞，在三頸瓶內(nèi)形成密閉體系會有何危險。對于這類涉及安全問題的操作，必須重點強調(diào)其潛在的危險性。另外有學(xué)生在攪拌過程中攪拌棒葉片經(jīng)常不打開，在討論環(huán)節(jié)就要分析其對聚合等實驗的影響，并請學(xué)生試驗如何能快速有效的打開攪拌棒葉片，提高其實際動手能力。