作者：劉捷 單位：鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

開發(fā)具有特色的材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整體水平，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際工作中的應(yīng)用能力具有重要的促進(jìn)作用。通過對(duì)教學(xué)大綱的討論和指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的嘗試，梳理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)理念和思路，確立了涵蓋無機(jī)、有機(jī)、高分子、復(fù)合等各領(lǐng)域的不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和單元。并引入具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，如在“原位聚合法制備纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料”實(shí)驗(yàn)中，分別引入碳納米管和劍麻纖維作為纖維增強(qiáng)相，在使學(xué)生掌握原位聚合的概念和基本操作的基礎(chǔ)上，也了解了當(dāng)前研究熱點(diǎn)的碳納米管和天然材料在復(fù)合材料制備過程中的應(yīng)用方法，對(duì)培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才具有不可或缺的推動(dòng)作用。本實(shí)驗(yàn)在單元設(shè)置上主要包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

(1)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)、現(xiàn)象和結(jié)論的驗(yàn)證與實(shí)踐所組織的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。主要目的是掌握相關(guān)的基礎(chǔ)操作如重結(jié)晶、蒸餾等，熟悉基本儀器設(shè)備的使用方法和操作，同時(shí)掌握課堂教學(xué)中重要的理論知識(shí)。設(shè)計(jì)思考題使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后動(dòng)腦對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的問題和相關(guān)的原理性問題進(jìn)行回顧，充分認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)背后的基礎(chǔ)知識(shí)和問題。如基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)“配合物三草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀的合成”，通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅了解了三草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀制備方法，而且復(fù)習(xí)了抽濾、容量分析等基本操作方法，并可以在條件和時(shí)間滿足的情況下，驗(yàn)證配合物的光化學(xué)性質(zhì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。

(2)綜合性實(shí)驗(yàn)對(duì)較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)體系和對(duì)象進(jìn)行的綜合性實(shí)驗(yàn)，一般學(xué)生可以自主選擇實(shí)驗(yàn)試劑用量、轉(zhuǎn)速、溫度等完成實(shí)驗(yàn)。主要目的是讓學(xué)生綜合所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，實(shí)現(xiàn)一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。在實(shí)驗(yàn)講義上，體現(xiàn)在某些方案和設(shè)計(jì)具有“可調(diào)性”，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，以及對(duì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)。如綜合性實(shí)驗(yàn)“單分散二氧化硅微球的合成與組裝”，在學(xué)生驗(yàn)證經(jīng)典Stober方法制備單分散二氧化硅微球的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生自主選擇醇水比例、單體用量、溫度等實(shí)驗(yàn)條件，制備不同規(guī)格的二氧化硅微球，并采用沉降法對(duì)各自制備的微球進(jìn)行自組裝。指導(dǎo)教師同時(shí)準(zhǔn)備一系列自組裝的單分散微球與學(xué)生進(jìn)行對(duì)比和講解，結(jié)合SEM、TEM照片使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自組裝的基本原理和方法，為綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

(3)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是重點(diǎn)考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的特殊實(shí)驗(yàn)，具有部分實(shí)驗(yàn)考試的性質(zhì)。主要目的是讓學(xué)生在基礎(chǔ)和綜合性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，具有查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料并獨(dú)立自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力，是材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)與創(chuàng)新的重要組成部分。首先給各實(shí)驗(yàn)小組(每組2～3人)確定不同的課題，如:“聚丙烯酸酯/納米SiO2有機(jī)－無機(jī)復(fù)合壓敏膠乳液的制備”、“溶膠凝膠模板法制備氧化錫納米纖維”、“低聚殼聚糖稀土鈰(Ⅲ)配合物的合成”等。要求每個(gè)小組成員合作共同設(shè)計(jì)出完整的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和方案以及可能遇到的問題，然后每小組向?qū)嶒?yàn)指導(dǎo)教師匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案，詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)思路和基本原理。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)情況和實(shí)際條件，安排在教學(xué)或科研實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。在此過程中，可與各科研實(shí)驗(yàn)室緊密配合，采納各教研室的意見，為學(xué)生在四年級(jí)本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

結(jié)合教學(xué)與科研，鼓勵(lì)學(xué)生參與科研

參與科研項(xiàng)目對(duì)培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才具有積極作用。將學(xué)科建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與科研項(xiàng)目和成果相結(jié)合［4－5］。鼓勵(lì)學(xué)生參與各科研課題組的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)有創(chuàng)新能力和較強(qiáng)自學(xué)能力的學(xué)生因材施教。我校近年來一直實(shí)施大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以學(xué)生為主導(dǎo)開展創(chuàng)新性、研究性實(shí)驗(yàn)，取得了很好的效果。在材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程中，圍繞相關(guān)的課題組和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，強(qiáng)化相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能和研究能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)學(xué)生開放，拓展學(xué)生進(jìn)行科研和創(chuàng)新的空間。我校材料化學(xué)學(xué)生入校成績優(yōu)秀，絕大多數(shù)學(xué)生綜合素質(zhì)好，學(xué)習(xí)能力強(qiáng)，但實(shí)踐和動(dòng)手能力由于機(jī)會(huì)較少而相對(duì)偏弱。如何激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手激情，強(qiáng)化動(dòng)手能力是我們需要解決的問題。通過本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)性、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的建設(shè)與實(shí)施，為學(xué)生提供科研平臺(tái)和發(fā)揮創(chuàng)新能力的場(chǎng)所，滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和研究興趣。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，指導(dǎo)教師盡可能結(jié)合實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)和科研成果，向?qū)W生介紹科研的方法和經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)與素養(yǎng)，使學(xué)生在面臨以后的科研與工作時(shí)具有足夠的理論和實(shí)踐知識(shí)，少走彎路，有利于理科應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

增加討論環(huán)節(jié)，建設(shè)為理科應(yīng)用型人才培養(yǎng)服務(wù)的教學(xué)模式

理科學(xué)生對(duì)理論知識(shí)掌握較為扎實(shí)，增強(qiáng)其理論聯(lián)系實(shí)際的能力是亟待解決的問題，也是培養(yǎng)理科應(yīng)用型人才的必經(jīng)之路。在材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)之后，指導(dǎo)教師除進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的安全性教育、實(shí)驗(yàn)原理講解、步驟和注意事項(xiàng)說明等傳統(tǒng)教學(xué)模式，還應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目增加討論環(huán)節(jié)。討論環(huán)節(jié)可在實(shí)驗(yàn)完成后或?qū)嶒?yàn)中，與學(xué)生就思考題和所制備產(chǎn)物的表征方法、表征結(jié)果進(jìn)行討論，這要求指導(dǎo)教師充分準(zhǔn)備每個(gè)實(shí)驗(yàn)，預(yù)先對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行物理和化學(xué)表征，將結(jié)果在討論過程中向?qū)W生進(jìn)行展示和講解，可以極大地增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。同時(shí)，準(zhǔn)備一些實(shí)例，如納米二氧化硅在一些領(lǐng)域的用途、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料提高力學(xué)性能的情況等，使學(xué)生在材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中雖然由于時(shí)間因素?zé)o法參與完成所制備產(chǎn)物的物理和化學(xué)表征，但能夠通過觀察和對(duì)比分析，對(duì)各門課程之間的聯(lián)系和實(shí)際應(yīng)用有更為深入的了解。改變教學(xué)模式的目的是在學(xué)生動(dòng)手的同時(shí)學(xué)會(huì)動(dòng)腦，因此在討論過程中不僅要討論上述理論問題，還要就實(shí)驗(yàn)中遇到的各類操作問題進(jìn)行分析，使學(xué)生從原理上了解為什么，而不是僅僅知道怎么做。如有同學(xué)曾在三頸瓶側(cè)口所接的冷凝管上口自行加裝空心磨口塞，這種情況就要與學(xué)生討論，為什么不能加磨口塞，在三頸瓶內(nèi)形成密閉體系會(huì)有何危險(xiǎn)。對(duì)于這類涉及安全問題的操作，必須重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)其潛在的危險(xiǎn)性。另外有學(xué)生在攪拌過程中攪拌棒葉片經(jīng)常不打開，在討論環(huán)節(jié)就要分析其對(duì)聚合等實(shí)驗(yàn)的影響，并請(qǐng)學(xué)生試驗(yàn)如何能快速有效的打開攪拌棒葉片，提高其實(shí)際動(dòng)手能力。