表面化学技术引入“大学化学”教学改革初探

王吕阳，胡俊青，哈恩娜，柏 青，苏静韵

（深圳技术大学 a.新材料与新能源学院；b.健康与环境工程学院，广东 深圳 518118）

近年来，随着科学的发展，各学科知识更加多元化，化学与众多学科进行前沿交叉，形成了新的研究领域。“大学化学”作为本科教学必修基础课程，要适应相关专业的特点与要求，在教学内容及教学方法等方面与时俱进，进行改革，在传授基础化学知识的同时，要更加注重相关专业内容的教学［1］。“大学化学”本科教学创新体系的建立和实践，是实现培养高水平、国际化、应用型复合人才的重要内容。本科层次的化学教学，既需要教授化学基础知识和培养实验技能，更需要培养拥有科研素质和综合能力的创新型人才［2-3］。

目前传统“大学化学”课程教学存在一些问题，包括如下几点：（1）教学手段单一，教学模式固定。大学化学作为基础学科的一门分支学科，目前教学手段主要是以教师讲授为主，结合板书辅助教学。在这种传统的教学模式下，教师是课堂教学的主体，学生在教学过程中始终处于被动接受状态，对课程内容吃不透学不深，阻碍了学生思维的发展，也不利于学生创新能力的培养。（2）《大学化学》教材、实验以知识传授为主，无法与应用型本科教育接轨。目前“大学化学”本科教学内容依赖于课程教材，其中大部分都是基础知识，也涉及较多的原理和公式，内容上忽略了学科发展的前沿信息；缺乏与网络平台的沟通、互动，难以获得相关的新理论、新方法、新技术；实验内容与普通高校非化学类专业无较大差别，未针对应用型本科开设实验。因此，“重知识，轻实验”的教学导向也是制约应用型本科院校“大学化学”教学效果的重要因素。（3）缺乏创新型的指导体系和多维测评方法。目前应用型本科高校教师的研究方向与产业结合紧密，但“大学化学”教学以基础知识为主。二者的矛盾，也是目前应用型本科教育创新能力培养的最大难点。因此，提高创新能力，加强学生对学术研究和工业生产的重视程度，是教学改革的重要方向。传统的考核方式很难将创新力的多样性和多维性等特点充分体现出来，也不利于满足培养人才的内在需求,因而无法促进学生在科研和实际应用中的成长和进步。笔者结合在深圳技术大学这所理工类应用型高等学校中开展“大学化学”课堂教学和课内课外实践的相关经历，对如何在应用型本科高校开展“大学化学”教学改革，提出一些个人看法与思考。

一、教学模式改革

在“大学化学”的教学过程特别是课堂教学中，需要丰富教学手段，将多媒体教学有效地运用到实际的教学过程中，最大限度把准备的教学内容讲解出来，让学生吸收消化，多媒体的运用可以增强和学生的互动，让不同程度的学生都能够跟上教学的进度。比如通信多媒体的运用还可以增加课后师生之间的互动，由传统的以教师为主体转变为以学生为主体的新模式。在教学过程中引进国际先进的“问题引导式”“互动引导型”和雨课堂等教学方法，训练学生的科研思维和解决实际问题的能力。为了提升学生动手能力和实验操作规范性，结合实验教学的设备条件，可以与实验老师一同制作系列实验和仪器操作视频，上线“表面化学实验小助手”微信公众号。通过前往多家深圳知名公司，洽谈校企合作并了解企业相关技术痛点和产业前沿课题，在课堂讲授时，融入企业的最新资讯和表面化学相关前沿进展。同时，可以邀请知名专家为学生带来表面化学的科普讲座。这种模式还可以进一步拓展到中小学兴趣教育中，通过名师进中学等方式，带同学走进表面与界面现象的科学世界。通过将实际问题抽象化，采用设问—求证的方式，引导学生从实际出发，反向思考理论基础，激发学生对于化学学习的兴趣和动机，进而针对性地将理论知识升华，将重点突出。让学生真实地感受到学习的知识并不是书本上枯燥的文字，而是生活中随处可见的事例。

二、教学内容改革

在教学内容改革的过程中，要注重将学科范围扩大，尤其注重与高新科技结合在一起，满足社会不断发展的需要。尤其是表面化学技术领域涵盖的范围广，授课教师可根据学科发展方向和自身的科研方向个性化选择补充学科相关的教学内容和安排相关的实验课程。将实验课程根据内容进行分类，让学生根据自己的专业进行选择和自主性学习。参照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》的有关要求,结合深圳技术大学的生源特点与培养特色，撰写教案、教学大纲和PPT，结合光源与照明、新能源科学与工程、微电子、材料科学与工程、生物医学工程等不同专业的特点，在课程教学上补充表面化学内容，特别是纳米材料的表面化学，例如纳米粒子的表面改性机理、表面改性剂、表面改性方法和应用等相关研究。引入表面化学改性的光催化材料的合成、表征与实际应用、如具有高效产氢性能的二氧化钛制备与应用、半导体纳米材料的太阳燃料转化性能、纳米医用生物材料的表面改性研究等。

笔者的主要研究方向为有机化学反应在无机物表界面化学中的应用。研究内容包含以下两个方面：（1）金属氧化物/硫化物半导体的表面缺陷构筑及其光催化性能研究。通过人工构造晶体表面缺陷，引入氧空位和降价金属中心，提高了半导体表面载流子浓度、空间电子空穴分离能力，进而提高了催化活性。（2）金属氧化物/硫化物中金属元素的提取和分离。通过引入自由电子溶液和低温共熔体溶液两个体系，在绿色环保的宗旨下，进行金属元素的回收提取。在本科生“大学化学”的课堂讲授和课内实践中，笔者将表面化学科研的前沿进展融入其中，并将学生所学的表面化学的相关知识应用到解决实际生产问题中，完成从传统教学模式到产学研协同的高校创新型人才培养模式的转变。

三、实验课程形式和实验实训中心改革

高校教学资源的受众是本科生，而科研资源的受众则主要为科研人员和研究生，教学与科研资源相对独立的现象比较普遍，资源配置过程缺少协同机制。教学资源通过教研融合方式，可有效节约教师队伍发展成本和投入，有利于高校和教师的持续发展，提高高校知名度，真正实现学以致用的教学效果。“大学化学”实验是以培养基本操作技能，提高学生分析问题、解决问题能力为目的的实践性教学环节。传统的“大学化学”实验是教师讲解实验内容和操作步骤，学生完全按照教授的方法进行重复性操作，这种教学方式不能满足应用型本科院校培养学生的自主学习能力和创新探究能力的教学需求。所以要在增加实验课程的同时加强教学与科研实验室共建，让学生有机会接触到表面化学技术领域的相关精密大型试验设备和测试仪器。按照高校理论教育和企业实践并重的原则，大力开展校企合作、联合培养和实践基地等多元化的产学研相结合的新模式。

目前已经在实验课程中增设了“表面改性方法与测量”拓展性实验，使学生学会运用表面亲疏水理论和简单的表面改性方法，掌握接触角测量仪的使用，加深对“亲水—亲水”和“疏水—疏水”相互作用的理解，增强对在化工生产、电子器件领域中有实际意义的表面改性方法的感性认识。实验的过程中让学生了解和掌握：什么是表面活性剂；表面活性剂有哪些大类；为什么表面活性剂可以改变溶液的表面张力；什么样的基底可以进行表面改性；如果基底清洗不彻底，基底表面的灰尘或污渍对基底的接触角数据有什么影响；为什么；氧等离子清洗和聚乙二烯溶液处理的玻璃基片表面张力的改变有什么不同；举例说明自然界中存在的表面疏水和清水的物体，论述表面亲水/疏水的材料，在日常中可以有哪些应用，将课堂上的理论与实践有机地串联到一起。

四、改革课程考查方式，进行多维测评

全新的教学模式，需要对应全新的评价方式，为学生取得成果的评价提供便利性。为实现创新性人才培养的教育体系的构建目标，高校需要对现有的评价方式进行改革，从传统的过于注重考试，借助分数，以此来对学生掌握知识和创新能力进行评价，改革为结合考试成绩、创新能力及实践发展等要素的多元化评价体系。通过多维的考核方式来检验学生对表面化学的掌握和运用，比如进行形成性测验，针对不同的教学单元内容而设计测试内容；在教学过程中进行测验，不定期的评定方便调控教学，考核方式可以选择大作业、实验、平时作业、课堂讨论、小组学习、小论文等。

结语

通过将表面化学引入“大学化学”教学内容中，有利于学生在学习中获得最大的学术科研和技术应用感受，学生能够结合课堂上教师的讲授和引导，提高本课程学习的积极性和学习效率，并能够根据自身的情况，把学习表面化学的科研和技术方法推广到其他专业课程中，从而培养出综合素质高的应用型复合人才。在本学科领域之中，打造创新、参与学科领域内的学术研究等方面的教师团队，教师首先要对学科发展的前沿动向进行充分了解，在将知识传递给学生的同时，将团队效应充分发挥出来，从而确保团队教师创新教学能力的稳步提升，最终实现科研和教学的相互促进。经济的发展离不开科技的进步，科学技术的发展速度与科技成果的转化水平将成为经济发展的主要动力。因此，将高校科技成果转化到企业生产中去，有助于把有实用价值的成果转化为实际的生产力，从而提高高校毕业生的就业深度及科研方向的选择广度。