《无机固体材料化学》课程教学方法研究——以“固体材料的结构分析与性质表征”为例

史晓媛

（东北师范大学 多酸与网格材料化学教育部重点实验室，吉林长春 130024）

“立德树人”是教育强国最核心的课题。习近平总书记指出，“以立德树人为根本任务，以为党育人、为国育才为根本目标，以服务中华民族伟大复兴为重要使命”。为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，教育部提出“新工科”建设，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力高等教育强国建设。化学是重要的基础科学，在化学专业培养体系中，开设《无机固体材料化学》课程是课程改革的一部分，对培养德才兼备的应用型创新人才具有重要意义。

1 《无机固体材料化学》课程的特点

《无机固体材料化学》是材料专业的一门重要专业基础课，也是课程体系中应用性和前瞻性较强的课程。其先修课程是大学物理、无机化学、物理化学、分析化学等基础课。具有以下四个特点。

1）《无机固体材料化学》是无机化学中必不可少的教学环节，涉及了材料分类、合成与制备方法、X射线晶体学基础、固体材料分析测试方法和固体材料物理性质。学习这些固体材料知识，需要以物理化学、无机化学和分析化学的知识为基础，可以说是巩固前期知识、学习新知识的重要课程。

2）固体材料化学同时属于材料学科课程体系的入门课。在第一章绪论中，课程介绍了材料的发展史、分类及应用，使学生对材料有了初步认识，并逐渐体会化学和材料学科的区别与联系。例如：学生们前期的化学课程讲的是合成，而材料相关课程涉及的是制备，这就实现了从合成到制备全过程的学习，并为之后的实践课程打下基础。

3）《无机固体材料化学》是一门理论和实践结合紧密的课程。例如第二章X 射线晶体学基础，从晶体的宏观对称性、微观对称性到X 射线与晶体相互作用的布拉格方程，为第三章材料分析测试方法中的X 射线衍射和电子衍射表征方法的学习打下了理论基础，有利于学生分析实际的测试数据并得到材料性质等结论。本课程涉及的由化学合成到材料制备、从微观结构到宏观性质的科学思想，是将实验室成果转化成实际应用的过程，也是科技成果推动社会发展的重要路径。

4）与前沿科学研究联系紧密。例如第三章材料分析测试方法中涉及的同步辐射、中子衍射、理论模拟、球差电镜、扫描隧道电子显微镜等方法，都是科研领域最高端、最前沿的先进表征技术。通过对这些仪器原理的理论学习和进入实验室实际操作和分析，可以建立起本科生与前沿科研的联系，激发兴趣，对培养创新型人才大有裨益。

2 对化学专业学生开课的必要性

2.1 从理论知识到实际应用的过渡课程

现在学科发展面临的一大问题就是本科生理论知识学习与应用能力培养的脱节。面向化学专业的学生开设《无机固体材料化学》这门课程，就是在理科背景课程体系中建立起的理论与应用的桥梁。结合多种教学形式和教学手段，让学生走进实验室，操作仪器、制备材料、汇报演讲，这些对应用能力的培养非常有帮助。

2.2 为将来从事科学研究打下基础

对于化学专业本科生，继续进行学术深造的人数比例很高。这门课可以说是他们从书本知识走进科学研究的第一门课。合理设计课程目标、教学内容和教学手段，能够帮助他们走好科研入门的第一段路。首先让学生建立起材料的结构影响性质、性质决定用途的研究思路，反过来根据用途思考性质特点，并有目的地设计、制备与改性材料。同时，让学生通过学习理论知识和进入实验室实践，具备合成制备材料并对材料进行表征分析的能力。培养学生的这种能力，是将化学合成的粉末制备成薄膜或块体等材料，更进一步地推进实验室成果转化应用的科技发展思路。

2.3 加强学科交叉的意识，培养创新型人才

《无机固体材料化学》课程属于工学性质，一级学科是材料，二级学科是材料化学。而授课对象是理学背景的化学专业学生。这种一级学科间的交叉，可以促进理工融合，培养学生学科交叉的意识，符合人才发展和科技发展的趋势。

3 对课程设计的认识

3.1 教学深度适中

根据化学专业学生的数理基础制定教学目标。化学专业学生的高等数学和数理方法的基础较为薄弱，所以要合理制定教学目标，强调应用和基本物理意义，不需要过多的公式推导。例如第三章的X 射线晶体学基础涉及的倒易点阵及厄瓦尔德球的概念，不需要如固体物理课程中的数理推导，只进行倒易概念的简单定义即可，而把重点放在倒易点阵、厄瓦尔德球与单晶、多晶的衍射图案的联系上即可。通过这部分的理论学习，使学生能在后续的电子衍射实践分析中通过衍射图案判断测试样品的晶型。

3.2 进行全面的教学

《无机固体材料化学》的教学不仅考虑知识能力达到的程度，还要渗透思想品德的教育和非智力因素的培养，努力使学生在知识、能力、思想和心理等方面都得到全面协调的发展。例如在材料分析测试方法的实践课程中，需要学生自行组队、选择感兴趣的几种测试方法、联系主管测试仪器的老师约好时间进行实践，这期间涉及的与不同老师交流、向研究生学长学姐讨教等过程，培养了学生的沟通和协调能力、锻炼了学生自学和获取相关资料的能力。在完成这部分实践期间，难免会遇到仪器机时紧张无法即刻完成测试、分析软件安装和使用的难题等，这些实际困难能锻炼学生抗压和克服困难的能力，增强他们适应社会需要和今后进一步学习及研究的能力。

3.3 教师应加强对课程的理解，合理安排教学内容

要把握整体知识构架，分析每一节课在整个知识体系中的作用和地位，联系前期所学化学课程中的铺垫知识、找到和后续知识的连接点，不仅使学生掌握具体知识点，还强调如何进行序列化信息编码，进而培养学生逻辑思维。同时，教师应把握教学内容中主要的、本质的东西，突出重点，在有限的课堂教学时间内实现教学信息的多维性。学生通过自学能够完全掌握的内容少讲或不讲；对通过略加点拨学生就能理解的，一带而过即可；对一些尚未被学生认知结构所接纳，且有一定难度的，讲深讲透；对需要前后知识进行融会贯通的，提醒学生及时复习，注意内在联系。

3.4 引入最前沿科技成果

激发学生学科兴趣，为培养创新型人才奠定基础。这门课涉及的材料物理性质、分析测试方法的相关章节，能与前沿科学新成果有机结合，通过这门课的教学，对化学、材料科学的学科背景、发展现状、最新成果加以介绍，激发学生对学科的兴趣、培养学科交叉意识、培养创新意识和思维。

3.5 教学形式多样化

结合课堂教师讲解、学生分组自讲、课后进入科研实验室实践、利用软件分析数据完成作业、进行随堂测试等多种形式相结合，增加教学手段丰富度、提升学生兴趣、培养自学能力、提高参与度。全方位提高教学质量，激发学生学习的主动性、创造性。

4 无机固体材料化学的几种教法应用

4.1 角色变换法

以学生为主体，增加学生的主动性和主导权，提升学习兴趣和积极性。基于化学知识，让学生对以前知识进行复习，夯实基础，并且融会贯通，加以应用。如：在晶体的宏观对称性的知识讲授过程中，应与分子对称性相对应，进行类比学习。这部分稍加点拨学生即可掌握，故可由学生主讲，教师总结的方式进行。

4.2 实习体验法

一味进行理论知识学习，很难掌握好《无机固体材料化学》这门课程。必须学生进入科研实验室实习体验。例如：在材料分析检测方法这一部分内容的学习过程中，将学生按分析仪器分组，通过预习工作原理、进入实验室具体操作、分析数据、得出结论、总结汇报这一系列步骤，充分掌握课程内容。在上机操作的过程中，会更加深刻理解仪器工作原理、测试内容和操作方法。同时也能提升学习兴趣、培养团队合作和解决实际问题的能力。

4.3 目标明示法

这门课程的内容多、复杂，尤其是材料分析测试方法和材料物理性质部分，对于数理基础薄弱的化学专业学生来说难度大，所以可以使用目标明示法。例如，在每一部分的课件中，首先列出重点和难点，上课过程中不断提及，一部分结束后及时总结，甚至可以在每一页课件中都列出重难点和知识脉络，提醒学生先按知识脉络搞懂重难点，再一点点掌握全部知识。这样会在学生的理解起到帮助作用。

5 结束语

《无机固体材料化学》是化学专业的一门重要课程，对学生的无机化学、物理化学、材料科学等课程的基础知识储备有一定要求。这门课程的设置弥补了化学专业本科生在化学和材料学科交叉地带的知识空白，从理论知识和实验技能两方面着手，培养学生学科交叉、关注科研前沿动态的思维和创新能力，对培养适应学科发展的新型人才意义重大。本文总结了无机固体材料化学的课程特点，包括需要扎实的化学学科理论知识储备、并利用理论知识进行实际操作，同时这门课程内容涉及学科交叉和前沿科研成果，对开阔学生眼界、培养科研兴趣具有重要作用。本文还提出了课程对教师的要求，要进行深度适中的教学，根据学生数理基础制定教学目标和调整教学内容。以“固体材料的结构分析与性质表征”这部分内容为例，提出了适合于化学专业本科生的课程设计，即将理论学习和进入科研实验室实际操作相结合，给本科生提供平台，让学生提前了解、体验研究生的学习方式，完成从基础知识学习到上机操作得到数据、到应用软件完成分析数据和得到结论。还要将教学思政渗透到课程中，培养学生坚忍不拔、追求卓越、团结协作和解决实际问题的能力。根据学生的理解程度安排课堂时间，充分发挥学生自主学习的优势，利用好有限的课时达到最好的教学效果。在内容安排上，紧跟最新、最前沿科研动态，并以各种形式的教学，激发学生科研热情、培养动手能力、加强学科融合的意识。充分利用好角色变换法、实习体味法、目标明示法等教法，让学生真正成为课堂的主人、培养解决实际问题的能力，同时让学生具备利用一切资源进行学习的能力。《无机固体材料化学》课程是化学一流学科建设的重要部分，对化学专业建设的整体性、协同性和特色性的提高，以及提升人才培养质量和水平起到了显著作用。