“材料合成与表征”课程教学改革探索

郝爱泽

(新疆大学化学学院，应用化学研究所，省部共建碳基能源资源化学与利用国家重点实验室，先进功能材料自治区重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830046)

“材料合成与表征”是我校为无机化学、物理化学专业研究生开设的一门专业基础课程。本课程主要选用徐如人老师主编的《无机合成与制备化学》与朱永法老师主编的《材料分析化学》两本教材作为参考教材[1,2]。主要包含两部分内容，第一部分是对材料的基础知识及合成方法的介绍，包括材料的结构及性能、纳米材料、低热固相合成反应、水热与溶剂热合成等；第二部分是对材料的表征技术的介绍，包括X-射线粉末衍射技术、电子显微镜技术、红外技术等。通过本课程的学习，使学生掌握材料合成与表征的基本方法与原理，培养学生良好的专业基础能力、科研素养、创新意识及创新思考问题、分析问题、解决问题的综合能力，为其日后进行科学研究及从事研发工作打下坚实的基础。笔者根据多年的教学实践发现存在一定的学生被动接受知识、学习热情不高以及教学效果未达到预期目标等问题[3]。如何最大限度的激发学生学习的主观能动性？如何提升教学效果？如何构建特色的教学体制？上述问题也是各类课程建设及改革中所面临的主要难点。本文以我校“材料合成与表征”课程教学改革为例，在课程体系建设的几个重要环节中做了一些创新的设计、尝试、探索及实践，取得了满意的教学效果，具体的改革措施如下。

1 探索多元化教学平台，提升教学效果

笔者对传统的教学模式进行思考总结后发现，传统的教学平台过于单一，教学形式固定化，互动环节单一化，教学情况(即课前预习情况与课堂听讲情况)不能得到有效反馈等[4,5]。因此，为了更加高效的督促学生自主预习，调动学生学习的主观能动性，了解学生上课时的学习状态和听课效果，笔者选用长江雨课堂作为教学辅助平台。课前笔者通过长江雨课堂将上课课件提前推送，并设置作业截止时间，系统会自动统计学生的预习情况，从而实现课前预习情况的反馈。课中笔者改变传统“满堂灌”的教学方式，采用“教师讲解-师生探讨-学生自我钻研”三步一体的教学方式，根据教学重点加入了测试环节，通过长江雨课堂推送测试，全面掌握班级中每位学生的听课情况及学习效果。课后注重教学效果反馈及评价，通过投稿、微信、QQ等方式收集学生的问题及建议，及时与学生交流探讨，不断改进教学方式，优化教学策略，有效提升了教学效果。

2 精简教学内容，科教融合

我校开设的“材料合成与表征”课程为32学时，考虑到教材内容较为枯燥难懂，笔者针对授课对象化学专业基础、科研特色以及创新能力培养等目标对教学内容进行了精简、调整与更新[6]，以期做到“教研融合，科研育人”。

本课程的教学内容主要涉及对材料合成制备方法与相关表征技术两部分的相关介绍，旨在帮助学生掌握材料的组成、制备方法、结构、性能与其应用之间的联系。在设计材料的基础知识及合成方法的教学内容时，因其内容以理论知识为主，故在讲授相关理论知识时，形成融理论基础、科研成果为一体的教学机制，主要结合我院的科研特色进行相关知识点的实例讲解。以“纳米材料”的课程内容为例，将相关理论知识与我院特色碳材料(纳米碳纤维、碳纳米管、纳米碳球等)、光化学材料(半导体光催化材料、有机光致变色材料等)、电化学材料(锂离子电池材料、超级电容器材料、太阳能电池材料、电催化材料)等纳米材料的研究进行有效衔接，图文并茂，教学内容丰富，有效帮助学生牢固理解掌握相关理论知识。此外，针对“低热固相合成反应”课程内容中较难理解的知识点，通过结合本院贾殿赠教授团队在“低热固相合成法”制备表征低维纳米材料、煤基碳材料等方向的特色科研成果来进行实例讲授，这种方式不仅有效的激发了学生学习的热情，而且有助于学生更好地理解掌握该合成方法在相关材料制备表征研究方面的应用。

此外，在讲授材料表征技术时，笔者首先对材料的元素成分、化学价键、结构、形貌、表面与界面以及性能研究等方面进行了知识点的梳理、分析及讲授。其次，对材料的不同表征技术的原理、特点及应用等方面进行了重点讲授，同时对不同表征技术相关知识点进行了归纳整理与对比，有效地帮助学生更好地区分掌握有关材料表征技术方面的基础理论知识。最后，在科教融合方面，将学院优秀的特色科研成果引入课堂，结合材料表征技术的相关结果进行细致地分析讲解，同时要求学生结合自己的科研方向进行思考，课下查找相关文献，完成相关表佂技术应用实例作业，进一步掌握材料表佂技术的知识点。同时结合2017年的“冷冻电镜”和2019年的“锂离子电池领域”等诺贝尔化学奖科学前沿对课程内容进行深入拓展探讨，以锂离子电池合成制备方法及表征手段为例对本课程的教学内容进行归纳总结，同时对近年来的其他科研热点，如石墨炔的合成、非晶态材料转变为高性能的光催化材料分解水制氢、尖晶石氧化物可控制备与电化学应用、二维超薄材料(研究催化活性位点的理想模型体系)等内容进行分析探讨，加深学生对课程内容的理解与掌握，拓宽学生化学专业视野，提升学生的创新意识。另外，在讲述仪器原理构造及如何使用方面，有效结合本校理化中心相应的仪器进行相关图片讲解，与”现代仪器分析实验”课程结合，带领学生进入实验室实地参观测试平台、观摩相应表征仪器的实验研究以及由教师指导进行上机操作并自主分析处理数据，从而全方位地培养了学生的科研实践能力、自主学习能力及分析解决问题能力。

3 调整考核方式，建立多元评价体系

考核是实施素质教育和反馈教学效果的重要环节。一个科学有效的评价体系，对于实现课程目标、激发学生学习的主动性和积极性具有重要的现实意义[7,8]。传统“30%平时成绩+70%期末成绩”的考核方式，不能充分调动学生主动学习的积极性，容易出现期末突击复习的情况[9-11]。针对上述问题，笔者将本门课程的考核方式调整为“10%考勤+30%平时成绩+20%大专题考核作业成绩+40%期末成绩”，其中平时成绩包括课前预习、课堂提问、课堂测试、课堂发言及课后作业等内容。大专题考核作业是由学生结合自身的科研方向查找一篇高水平的SCI文献，针对文献中材料制备所采用的合成方法、表征测试及性能分析整合为PPT学术报告，从而帮助学生进一步加深巩固所学内容。笔者将期末试题的题型调整为以填空题、简答题及开放性论述题为主的主观题。通过期末综合分析学生各项成绩的数据来看，这种考核方式有效地发挥了考核对于学生学习的激励引导作用，激发了学生在学习过程中的主动性和积极性，培养了学生表征技术理论应用能力与创新思维能力，提升了教学质量。

4 结语

本文针对“材料合成与表征”课程进行了教学改革的创新设计与实践，探索了多元化的教学平台。“教师讲解-师生探讨-学生自我钻研”三步一体的教学方式极大调动了学生学习的积极性。精简教学内容，科教融合，加深了学生对课程内容的理解与掌握，拓宽了学生化学专业视野，提升了学生创新思维，培养了学生科研创新能力。优化考核方式，建立多元评价体系，培养了学生良好的专业基础能力和创新思维能力，为日后成为具有创新型、研究型及应用型的高层次人才奠定了良好的基础。这些改革措施有效地提升了教学效果，为日后其他相关课程的建设和改革提供了重要的参考借鉴意义。