无机材料制备与合成实验教学思考

陈宁 刘树信 何登良 李松

摘 要：介绍了“无机材料制备与合成实验” 实践教学的课程设计思路、内容选择原则和教学改革方式，讨论了具体教学过程中的内容调整和教学方法。在整个教学过程中重视学生思维和科研素质的训练，培养学生实践动手、分析解决问题以及科学创新等综合能力，取得了一定效果。

关键词：无机材料；制备与合成；实验教学

无机材料制备与合成实验是应用化学专业必修的专业课程。本课程的功能是培养学生在完成基础化学实验，掌握化学实验基本理论和操作的基础上，进一步提高学生专业能力和综合技能。

一、课程性质、定位

课程是为应用化学专业本科生开设的专业实验课，在学习材料科学基础、无机材料制备与合成、现代分析测試方法等课后，通过无机材料制备实验，使学生了解并掌握一般无机材料合成手段及材料表征、性能检测方法，培养实际发现问题、解决问题的能力，巩固和综合应用所学理论知识，学会无机材料制备与合成实验设计和方案制定的思路。

二、课程设计思路

开设无机材料制备与合成实验的宗旨是使学生受到材料科学技术、精细化工、工业分析及检测等知识与技术特长的综合锻炼[ 1 ]，因此课程综合无机材料合成与表征的主要知识，包括：化学沉淀法、均相沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法、微乳液法、室温固相法、高温固相法等常用的无机材料制备方法，以及XRD、SEM、IR等表征方法与技术。其次作为本科教学，应兼顾合成方法与学科发展相适应，安排实验时结合领域内最新研究成果，选择具有先进性与代表性的实验对象，同时尽量涵盖可能的无机材料领域，从而避免倾向于某类材料而造成学生厚此薄彼的思想[ 2 ]。另外实验课程应配套理论课程，采用研究型教学、启发式教学模式，将理论教学与实验有机结合，加强与督促学生的课后自学。

三、课程内容选择原则

根据市场调研，应化专业学生走上实际工作岗位，能迅速熟悉、了解所在单位材料制备和加工工艺，并能根据生产所需，选取恰当方法对材料化学结构及理化性能进行表征测试，甚至运用理论知识对工艺进行调整和改进，从而指导生产实践，是社会提出的要求。因此，实验教学应以职业需要为基，以培养技能为主，采取灵活的教学方式，强调职业性、应用性、实践性。

1）首先对教材内容进行优化整合，无机材料制备与合成教材种类繁多，但多依据自己学校实验教学条件编写[ 3 ]，不适合本校实际情况。故结合本校具体情况，自主编写实验指导教材。结合理论课，了解学生前置课程安排，从中挑选典型的制备方法。并根据材料科学基础、无机材料制备与合成等理论课程的教学进度，安排实验顺序。

2）在课程内容的选择上，本着实际工业、企业所需，综合制备实验与表征实验。如，在二氧化钛微晶的低温制备实验中，除采用低温制备法获得二氧化钛粉体外，还需对粉体物相结构进行判断，是否合成了二氧化钛粉体？合成的二氧化钛粉体是何种晶型结构？另外对粉体进行热处理及相变分析，测定不同温度下产物的物相结构和形貌特点，最终确定相变温度点。这样将几部分分析数据有机结合起来，形成了一个完整的体系。既方便学生理解记忆，又能锻炼了学生科学的实验思维。

四、教学方法与手段

（一）充分激发学生兴趣、调动思考的主动性

采用以结果、现象来反推引导的方式：例如，硬脂酸改性碳酸钙实验，为说明改性目的和作用，将未改性的碳酸钙和已改性的碳酸钙粉体分别倒入水中，让学生观察改性前后的差异，学生很快发现未经改性的碳酸钙迅速沉入水底，而改性碳酸钙则浮于水面，即使搅动也难将其沉淀。这一现象立即调动了学生的好奇心，开始主动思考产生此现象的原理和改性技术。

又如片状氧化铝的制备，部分学生不能理解片状结构的性能和优点，故将自制粉体在实验课上直观展示。学生将少许粉体在手指间揉捏，迅速发现原本白色的粉体在指尖形成鳞片状光泽的反光层，普通氧化铝粉体则无此现象。这种以结果引导的方式再次将学生兴趣调动起来，纷纷表示要实验出反光性更强的片状氧化铝。

（二）提供实验条件的选择性，允许尝试性失败

1）实验前只讲授基本原理、关键的反应方程式、注意事项等内容。前置理论课已涉及的知识，将变为诱导性的提问和补充。实验具体用量、工艺顺序等则由学生根据原理自主选择。如直接沉淀法制备碳酸钙，部分同学选择沉淀剂与被沉淀物不同的加入顺序探讨，另外一部分则选择不同的反应温度、滴加速度、时间进行探讨。

2）在同一实验中让学生根据不同条件进行分组实验。如多孔陶瓷制备实验，原理性讲述造孔剂后，学生发散性使用不同的造孔剂，在具体的实验中提供发泡剂、泡沫颗粒、碳粉供大家选择，部分同学选择发泡剂、而另一部分同学选择泡沫颗粒、碳粉。又如晶体形貌控制实验，不同控制剂用量对形貌产生显著影响，按照不同的控制剂用量分组实验，便于最后的分析比较，控制剂对形貌的作用将更直观、明了。由于制备合成实验反应时间较长，在学生准备完成后，将等待合成结果的过程利用起来，对实验进行分析研究，为调动积极性，组织同学对实验结果进行分析和猜测，加入理论分析过程，引导学生自主思考。

3）对表征结果进行归纳，根据分组进行讨论，分析影响效果。对于不合理的实验结果，分析其失败原因，从而锻炼学生分析问题、解决问题的能力。

总之，以应用型人才培养为目标，以实验整合优化为基础，创新实验内容与手段改革，建立灵活多变的课堂教学方法，通过结合企业需求、教师科研挖掘实验内容，拓展应用和创新实验，改变教学方法等途径，在整个教学过程中充分重视学生思维和科研素质的训练，才能培养出具备实践动手、分析解决问题以及科学创新等综合能力的专门人才。

参考文献：

[1] 奉若涛，宋彩霞.基于综合实验设计与实践的材料化学本科生应用能力培养探索[J].化工高等教育，2016，2.

[2] 杨珊.材料化学实验教学思考[J].价值工程，2011.

[3] 周宏.材料制备与合成实验教学改革初步探索[J] 教育教学论坛，2014，8.

基金项目：

绵阳师范学院校级教学改革研究项目（MNU-JY1667）

作者简介：

陈宁，绵陽师范学院化学与化学工程学院教师。