材料合成方法实验教学改革探讨

代 凯，朱光平，刘忠良，刘亲壮，张永兴

（淮北师范大学 物理与电子信息学院，安徽 淮北 235000）

材料合成方法实验教学改革探讨

代 凯，朱光平，刘忠良，刘亲壮，张永兴

（淮北师范大学 物理与电子信息学院，安徽 淮北 235000）

文章根据材料物理专业实验教学改革的目标，讨论相关《材料合成方法》实验课程教改中的一些热点问题及教改实践.为解决目前材料合成实验教学中存在的一些问题，文章从实验教学内容、实验内容体系、实验管理模式及考核方式4个方面提出教学改革措施，成功地克服传统材料合成教学和实验模式的诸多弊端，极大地提高教学效果.

材料合成方法；教学改革；材料物理

自上世纪90年代，我国经历了新一轮经济高速增长期.在这个增长期过程中，作为国民经济基础产业的新材料得到进一步加速发展，相应的材料类专业人才资源与我国材料产业结构需求尚不匹配，因此国民经济发展的现阶段对本科材料类专业人才培养提出了更高的要求［1］.《材料合成方法》课程与实验是材料类专业尤其是材料物理专业教学的重点部分，需充分运用物理、化学背景知识和先进分析、测试技术手段，有针对性地训练材料物理专业本科生理解不同材料的特性，通过自主设计新结构材料合成实验，熟练掌握各种大型精密仪器对材料特性进行测试，培养学生分析及解决问题的能力［2-3］.当今社会是一个高度学科交叉知识创新型社会，对能够适应当前创新型人才培养提出新的要求.以往在《材料合成方法》课程与实验教学过程中，教材多年重复使用，且以老师照本宣科传授的“被动型”培养模式，已经不能满足当前经济社会对高新技术材料发展的需求，我们需要的是以“创新型综合能力”培养为主的人才培养模式.根据多年教学工作经验和材料物理专业实际情况，对现有的《材料合成方法》实验课教学内容和教学方法进行多项改革尝试.

1 教学目标结构体系改革

《材料合成方法》课程与实验的改革必须以培养材料物理专业本科生解决问题的能力为原则，要注重发挥传统材料物理实验作用的同时，又要与时俱进，不断更新具有新结构、新功能材料的合成实验方法，能够充分体现现代科研的严谨性，熟练掌握大型现代测试、分析设备操作，能够让材料物理专业本科生毕业之后直接进入相关工作岗位.

1.1 以科研带动实验教学

在学科建设及省级重点实验室的建设下，目前拥有高倍透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、原子力显微镜、比表面积测试仪、红外光谱、紫外-可见光谱、差热分析仪、电化学工作站等一大批精密仪器设备，这就为材料物理专业的材料合成方法实验及分析测试打下坚实的基础.本研究小组根据“以已获资助项目为导向，面向国际前沿科学研究，培养本科生相关科研能力、达到提高本科生综合素质的目的”为指导思想，通过合理设置教学和实验内容，并对实验内容和实验要求分别进行不同的量化处理.比如氧化锌是一种优异的半导体材料，应用十分广泛，但是其不同形貌对其性能影响非常巨大，因此我们研究表面活性剂对氧化锌材料结构的影响.如图1所示，可以发现在不同表面活性剂的作用下，氧化锌可以呈现出针状、花形、球状、哑铃状等，通过学生自己动手设计、操作实验，使学生认识到自己所学的材料基础知识在实际生产中的应用，并对所合成材料进行光催化性能的检测，这样使学生能够充分了解自己的目的是什么，如何进行实验设计并处理可能遇到的问题，熟练掌握各种仪器和设备的操作使用方法.

图1 不同表面活性剂对ZnO形貌结构的影响

1.2 引进微格网络教学方法

当前材料物理专业学生人数较多，加上各任教教师地方方言的影响，传统授课经常导致学生不理解，教学演示需要重复多次，也容易对学生造成误导.随着信息技术的普遍推广，采用微格网络的教学模式已经进入材料物理专业教学课堂.在多媒体的有效辅助下，可将《材料合成方法》实验内容进行预演，然后将重点和难点部分进行慢动作回放，在预演的实验过程中将注意事项的重点讲解可加深对实验目的和结论的理解，能够充分掌握实验中重要步骤，为下一步实际实验操作做好充分的准备，又可以减少原材料药品的消耗，节约大量的人力和物力.另外，在实验结束后，考虑到目前的材料物理专业本科生已具备一定的计算机基础知识，学生可以把实验数据进行Origin或者Matlab直接处理，并可根据相关实验参数判断实验结果，还可以帮助教师有效管理课堂，有利于教师总结经验，更好地培养学生.

2 实验内容体系改革

在现有的条件基础上，通过科研课题机制的引入，能够增加设计性实验内容，培养学生的创新能力.具体流程为：采取导师机制，将各导师的科研课题方向告知学生，材料物理类学生能够根据自身情况合理搭配组成相关科研兴趣团队，然后通过查阅相关中英文文献资料，了解课题的研究方法和研究目标，独立自主地设计实验方案.经与导师探讨并完成实验计划的可行性分析后，购买相关实验药品并统计所用到的实验设备和场所，接下来各科研兴趣团队按照各自分工和团队合作完成全部实验步骤，详细记录实验数据并按格式撰写相关课题总结和毕业论文，由学生提出答辩申请，最后由答辩委员会小组组织答辩.通过上述系列的科研课题研究机制可培养出具有坚实的材料科学实验技能和基础理论知识的本科生，并与当代社会高新技术材料的需求相统一［4］.例如通过采用水热法合成纳米氧化锌，高温固相法制备纳米氧化锆、稀土材料等有实际用途的实验，结合现有大型精密仪器设备的使用分析产物的结构、纯度，使学生具有对实验进行操作和对实验结果进行分析和讨论的能力.

3 导师负责制教学方式改革

由于材料合成实验需要涉及样品的称量、搅拌、合成、清洗、干燥、结构和性能测试等，需要使用的仪器设备较多，导致《材料合成方法》实验课与《材料科学基础》理论课难以紧密结合，在实验过程中有多个步骤，不同的步骤需要使用多套仪器和设备，再加上材料物理专业的学生多而老师少，一名导师往往需要指导很多名学生，很难对每一个同学的每次实验细节都进行充分的指导.在教学过程中导师往往感觉难以使学生对实验过程和结果充分把握.根据这种情况，我们要求学生实验前必须精确安排好自己的实验计划，包括原料的配置，搅拌的时间和温度，如何进行合成，如何进行清洗，最后如何进行测试和分析.为让本科生有着严谨的科研训练，要求学生在实验过程中必须随时将数据记录在数据记录本中，一旦实验完毕，由老师在实验数据签字后，方能进行数据处理.通过这种方式让学生在实验中成为一个规划者和实践者.通过这种培养模式，使材料物理专业本科生们能够充分发挥主观能动性，通过认真阅读大量参考文献并与自身实验相结合以助于培养学生的观察力和科研探索能力［5］.例如在环境微纳米技术实验室，利用光催化技术来降解水中有机污染物，学生需要掌握光催化反应原理基础理论知识，在材料合成和测试的过程中，学生就能明确材料的种类、尺寸对光催化剂光催化性能的影响，且通过自己设计材料和性能检测，大大提高学生的科研热情，使其创造性和实验动手能力也有所提高.

4 成绩考核模式改革

成绩考核是材料合成方法课程和实验的评价标准.通过成绩考核，能够督促材料物理专业本科生们全面地掌握必要的材料合成理论基础、实际操作能力和对实验数据处理的方法，能够提高本科生处理可能遇到问题的能力，另外成绩考核也有利于检查师生之间的教学效果，及时发现在实验教学过程中存在的各种影响因素［6］，达到提高《材料合成方法》实验教学质量的目的.因此我们将成绩考核分为两个主要部分：平时成绩和答辩成绩.平时成绩占60%，包括文献阅读情况、实验规划情况、实验过程和讨论、实验原始数据的记录、处理及结论；答辩成绩占40%，包括对课程的理解，实验的意义，实验结果与讨论.通过这种培养方式促进材料物理类专业本科生调整实验心态，能动地处理好每个实验细节.近年来，通过本研究小组不断地探索与改进，《材料合成方法》课程与实验教学得到材料物理专业师生们的良好评价，具体表现在以下3个方面：

（1）学生文献阅读能力普遍提高，提高学生对科学探索性实验的积极性、主动性；

（2）学生的团队合作精神普遍得到提高，由于在实验过程中，需要积极地发挥主观能动性去发现问题并与导师及其他同学合作解决问题来完成科研课题，因此受到系统的科学研究方法训练；

（3）通过一系列的训练，不仅加深材料物理专业本科生对材料类专业理论知识的理解和掌握，而且培养本科生们的科研兴趣和脚踏实地的工作态度.

《材料合成方法》课程教学改革是一项长期而艰巨的任务，本研究小组将在前期教学改革经验的基础上，不断探索.我们相信，材料物理专业一定会培养出更多的符合我国社会和经济发展需求的高质量专业性人才，为我国材料领域的快速发展做出自己的贡献.

［1］刘广君，马泉山，魏杰.材料类专业创新型实践教学体系的构建与探索［J］.实验技术与管理，2011，28（7）：160-163.

［2］任乃林.改革高师化学实验教学体系，培养创新人才［J］.广州化工，2012，40（5）：163-164.

［3］王章忠，皮锦红，巴志新.材料科学与工程专业应用型人才培养的思考［J］.南京工程学院学报：社会科学版，2007，7（1）：37-40.

［4］刘宝存.大学理念的传统与变革［M］.北京：教育科学出版社，2004.

［5］马庆国.“管理科学与工程”的学科定位与人才培养［J］.高等教育研究，2005，26（12）：69-78.

［6］文峰，曹阳，郝万军.材料专业人才培养机制的改革与创新［J］.广东化工，2012，39（5）：230-231.

Exploration of the Teaching Reform of Material Synthetic Method

DAI Kai，ZHU Guang-ping，LIU Zhong-liang，LIU Qin-zhuang，ZHANG Yong-xing
（School of Physics and Electronic Information，Huaibei Normal University，235000，Huaibei，Anhui，China）

Based on aims of experimental teaching reforms on material physics of Huaibei normal university，this paper discusses some hot issues on experimental course reforms of material synthetic method and the im⁃plementation of teaching reforms.In order to solve the problems in the current material synthetic experimen⁃tal teaching，the teaching reform methods on experimental teaching contents，experimental systems，experimen⁃tal managerial modes and examination methods of material preparation are put forward，which not only get rid of the disadvantages of experimental teaching modes，but also improve teaching effect.

material synthetic method；teaching reform；material physics

G 642.0

C

2095-0691（2013）04-0094-03

2013-03-21

安徽省教育厅重点项目（KJ2012A250）；淮北师范大学教研项目（700404）

代 凯（1980- ），男，安徽淮北人，副教授，博士，从事环境纳米材料的制备及应用方面的研究.