材料制备及合成实验方法在高校材料类专业中教学应用研究

代 凯，王中辽，吕佳丽，耿 磊，朱光平

(淮北师范大学 物理与电子信息学院，淮北 安徽 235000)

·教学研究·

材料制备及合成实验方法在高校材料类专业中教学应用研究

代 凯，王中辽，吕佳丽，耿 磊，朱光平

(淮北师范大学 物理与电子信息学院，淮北 安徽 235000)

以高校材料类专业实验环境污染原因及影响因素为分析和探究对象，充分开展绿色材料制备和合成方法技术路线的实验教学新模式。在相关课程中引入材料合成的绿色化知识，让学生充分了解目前材料的绿色制备及合成方法和发展趋势，并根据材料制备及合成方法实验课程的特点，结合整个教学中的反馈对实验方法进行改进。

材料制备及合成；绿色化；教学研究；改革

任何技术的发展与革新都离不开材料的创新。[1,2]新材料的制备和使用使得产品日益更新换代。在人们享受高新技术发展的同时，材料的制备和合成尤其有机化工材料的合成造成了世界各国环境的极大污染和能源的极大损耗。雾霾、蓝藻爆发、赤潮等环境恶化现象的不断爆发，使得各国政府和人民对国民经济能否可持续发展及其所涉及的环境、能源、生态、经济等方面的问题愈来愈关注。[3,4]材料合成方法是一门以实验为基础的学科，实验动手能力是理工科相关专业工作者的必备本领。因此，“实验”教学环节在整个材料学教育教学过程中占有特殊的地位，对于学生的知识、能力、思维和素质的协调发展起着至关重要的作用。因此，材料合成方法实验教学不仅是培养材料物理类专业创新人才的重要实践教学环节，同时也是培养近材料类专业(化学、生物、环境、化工等专业)学生实验技能、提高研究创新实践能力的重要实践教学环节，[5]并达到培养新世纪创新型人才的要求，提高大学生们的思维能力、创新能力和社会适应能力的目的。

1 绿色材料制备及合成概念的把握

绿色材料制备及合成方法是指利用材料合成的原理采用对环境无毒的或者低毒的原材料和催化剂，重视材料制备及合成工艺中每个步骤，最大程度地实现无污染或者少污染的反应过程。绿色材料制备及合成的人才培养最根本目的是从零排放和零污染的观点来改革现有工业中材料制备及合成的技术方法。[5,6]采用适量无污染的原料来降低可能出现的污染状况，加以使用催化剂和载体达到高效和重复利用，通过选择具有高转化率，对绿色化的反应过程进行材料指标合成，尽量减少可能出现的衍生化步骤，避免使用可能带来环境污染的有机溶剂等，从根本上消除可能出现环境污染的环节。因此，绿色材料制备及合成方法作为一门以高校理工科材料类专业必备的学科，是相关专业本科生及研究生掌握设备操作技能、灵活运用材料制备及合成知识的重要渠道，并为将来从事相关环保产业夯实基础。因此，只有绿色材料制备及合成方法才能从源头上消除污染物进入人们所在的环境，达到保护生态环境，这才是高等教育培养理工科材料类专业人才的目的。

2 绿色材料制备及合成实验过程实施

由于材料制备及合成实验数次较多，所使用的原料大多数来自不可再生资源，尽管每次的原料使用量不是很大，但每年总的药品使用量将非常可观。如何从源头上减少可能出现的浪费和污染是绿色材料制备及合成实验过程实施的关键因素。因此，实验之前要先做好实验的准备，查阅资料弄明白实验原理和需要用到的药品和设备。实验过程中要保证药品称量的精确性。实验过程中数据的测量、记录都要准确，因为误差的缘故需要多次试验，实验过程中防止出事故不能擅自离开实验台。做化学实验之前不能忘记清洗仪器，实验过程中不能忘记贴标签。实验结束还要及时处理实验数据，及时检查实验出错地方，及时修改。每次材料制备及合成时，要将材料合成中的副产物及时回收并尽可能再次利用，建立起有效资源合理循环，不仅可以提高原料的利用率，而且还减少废弃物对环境可能造成的污染。比如采用水热法合成ZnO材料时，以氯化锌和氢氧化钠作为原料，反应生成物除了ZnO之外还有氯化钠副产物。因此可以将氯化钠提取出来再次利用。又如实验制备次甲基蓝指示剂，如果实验结束后将它废弃，既造成资源浪费，也不符合绿色环保的理念。如果将制得的亚甲基蓝回收保存，用作后续光催化实验中模拟有机污染物的降解，这样不仅提高原料的利用率，还做到了对环境零污染。另外，在做到提高教学质量的同时，采用微型材料制备及合成实验方式，即采用微克计量来合成材料。这样，就能够在有限资源使用条件下，让更多的学生自己动手操作。由于这种方法对操作者的要求进一步提高，这样就在学生的培养过程中，进一步传播绿色环保的概念，培养学生对绿色材料制备及合成实验的思考能力，端正了学生的科研态度。

3 绿色材料制备及合成实验过程改革

大量的研究表明，材料类专业本科生及研究生对材料基础知识的把握能力和学以致用能力与用人单位的要求有显著差距。通过课堂与用人单位协作观察发现学生对材料绿色合成及制备方法中的实验教学环节认识不够，无法做到利用材料专业角度指导实验，也就无法做到满足用人单位材料创新性的开发；同时众多学生认为本科实验教学过程中偏重基础理论验证型实验，难以调动学生求知的欲望、创新的积极性和科研探索的愿望。甚至通过社会调研反馈的结果中研究表明:某些高新技术企业所使用的材料合成及测试仪器设备比多数高校教学使用的设备更具先进性和可操作性，造成应届本科毕业生的科学素养和实际应用能力无法达到用人单位的满意度，导致众多工科类毕业生无法顺利就业。究其原因，主要是传统的本科实验教学过程中存在以下缺点:1)实验教学内容长年累月不变，无法达到当今科技发展要求；2)教学模式、教学手段和教学方法单一；3)兼具教学和科研师资匾乏等。针对上述问题，教师可以通过基于高校学科建设平台，将材料制备及合成与当代大型精密仪器测试相结合，提高实验的严谨性、趣味性，改革与创新传统的实验教学内容与教学模式。这样老师在教学的同时还可以进行科学研究，并能够提高材料类专业学生专业的实验技能、科学素养和创新意识。以淮北师范大学为例，该校拥有高倍透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、磁控溅射、荧光光谱仪、电化学工作站等大型科研设备，通过将合成的材料与大型设备相结合来培养学生科学探索兴趣，提高材料类本科生专业素养，有利于驱动人才培养模式的根本转变，深化教学改革。并可以以材料类本科实验教学改革为着眼点，促进材料制备及合成等相关课程的教学大纲、教学思路、教学模式、教学理念及教学方法的改革，更好地达到教学效果与教学目标的统一性，全面提升教学水平与教学档次，培养高科学素养和创新型人才。在此基础上，其相关成功的经验还可以向其它的理工科学科(如:物理、电子、计算机、生物、环境、化学、化工等)全面推广。

4 重视反馈和改进

如今，教条化的理念规章越来越多。不可否认其在实际的工作上取得一些积极的效果，但有些时候对整个工作的实施和完成帮助不大甚至会起阻碍作用。随着绿色材料制备及合成实验过程的概念深化，过程的改革和落实一定要从实际出发，实事求是，因地制宜，一定要根据实际情况灵活地处理而不能教条化。绿色材料制备及合成实验过程的概念深化，过程改革和落实的各个环节都要注意多方面搜集信息，多交流探讨，确保及时接收积极反馈，进一步修改和完善各个环节。确保整个体系与客观实际相吻合，确保整个体系能顺利有效的完成。在整个绿色材料制备及合成实验的过程中，不仅要对材料制备和合成实验的“绿色化”落实好，而且也要注重学生们在实验收获上的反馈。不仅要把材料制备及合成的实验结果处理好，同时也要以人为本使整个教学环节更具人性化，更加富有朝气与活力。绿色材料制备及合成实验过程的教学是一项长期的，重要的任务，一定要做好教学实验的管理与实际情况相统一，一定要做好教学过程的实施和人性化的管理相一致。在不断的反馈和改进中，使整个绿色材料制备及合成实验过程的教学积极健康的发展。

5 总结

绿色材料制备及合成方法，在创新性合成新型功能材料的同时，减轻环境的污染。这就需要高校教师以绿色的当代科学思维对传统传授知识方式进行更新,要对传统的材料合成与制备方法进行创新性的改革,寻找节能、绿色、环保的新型材料合成与制备方法。对于高校而言，要将具有高科技含量的材料合成与制备方法适时引入学生的实验教学过程中,结合现代常出现的雾霾、蓝藻、赤潮、有机有害污染物对环境的影响，让学生从思想根本上充分认识绿色材料制备及合成方法的重要性，才能够将创新性和绿色化观念植根于日常学习和探索中，为我国可持续发展培养合格的环保主义建设者。

[1] 田恬.材料基因组工程：推动材料创新的引擎[J].科技导报,2015(10):3.

[2] 陈祎淼.化工新材料创新实力待提升[J].化工管理,2013(23): 49-50．

[3] 胡立琼,曾敏,雷鸣,等.含铁材料对污染水稻土中砷的稳定化效果[J].环境工程学报,2014(4): 1599-1604．

[4] 章智明,黄占斌,单瑞娟,等.环境材料对铅、镉污染土壤玉米生长和重金属累积的影响[J].河北农业大学学报,2013(3): 20-24．

[5] 代凯,朱光平,刘忠良,等.材料合成方法实验教学改革探讨[J].淮北师范大学学报(自然科学版),2013(34): 94-96．

[6] 董恩来,张伟,马晋文,等.新能源材料与器件教改探讨[J].人力资源管理,2015(6): 275-275．

责任编辑：力 草

Research on the Teaching Application of Material Preparation and Synthesis Experiment Method

DAI Kai, WANG Zhongliao, LV Jiali, GENG Lei, ZHU Guangping

A new mode of experimental teaching of green preparation and synthesis technology is put forward by systematically analyzing and exploring the causes of environmental pollution of materials specialty in university. In relevant course, the introduction of knowledge about greening of material synthesis can help students fully understand the present method and trend of green preparation and synthesis. According to the characteristics of the course of material preparation and synthesis experiment, we pay attention to the feedback and make improvement in the whole teaching.

material preparation and synthesis; green; teaching research; reform

2017-01-17

本文系淮北师范大学质量工程项目“《材料合成方法》课程教学新模式”(编号：jy15129)研究成果。

代凯(1980—)，男，安徽淮北人，教授，博士，研究方向：环境纳米材料的制备及应用。

G642.0

A

1671-8275(2017)02-0065-03