材料化学课程教学改革和实践探讨

　　材料化学伴随着材料科学的发展而诞生和成长，它是材料科学的重要组成部分，又是化学学科的一个分支。材料化学是从分子水平到宏观尺度认识材料结构与性能的关系，从而有目的地设计材料的组成、结构和改善制备技术，以期获得具有优异性能的材料。《材料化学》课程是一门以材料科学与化学相结合的新兴课程，是综合了材料科学、无机化学、物理化学、有机化学、高分子化学、分析化学、结构化学等内容的一门课程，是材料化学专业的基础核心课程。十二五期间，大力开发新材料是国家重点支持发展的高新技术领域之一，这就对高校材料化学专业的本科教学提出了更高的要求。如何提高《材料化学》课程教学效果，培养具有良好材料化学知识的高素质专业人才尤为重要。
　　1 《材料化学》课程教学中存在的问题
　　材料化学是一门新兴交叉学科，该学科既涉及材料学科的知识，又涵盖化学学科的知识，因此内容覆盖面广、知识点多，现有的理论学时数较少，教学内容与学时数的矛盾突出，许多学生反映这门课程所涉及的许多内容较难掌握，一定程度上影响了学生的学习兴趣。另一方面，由于材料本身范围广泛(包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料、功能材料等)，各高校开设材料化学专业的背景和所依托的学科优势也各不相同，各个学校材料化学专业的培养模式和教学内容有很大差别。由于该学科发展时间较短，现有的《材料化学》课程参考资料偏少，且内容较单一，不适宜不同高校《材料化学》课程的教学。同时，由于材料化学学科发展迅速，各种新材料层出不穷，并在基本原理、制备技术、表征手段以及性能研究等方面取得了很大的进步，而《材料化学》课程教材的内容较老、更新较慢，以至于本学科的新技术、新成果的研究和进展不能及时充实到教材中。因此，《材料化学》课程教材的选用和教学内容的选取，需要具体结合各个学校材料化学专业自身的特点。
　　对于如何设置材料化学专业相关课程，并建立起相关课程之间内在、合理的联系，目前还有很多问题需要探索。比如材料化学专业先修课程《无机化学》、《物理化学》、《高分子化学》、《结构化学》及《材料科学基础》等课程，这些课程中的部分教学内容与《材料化学》课程的教学内容均有重复。因此，这就要求主讲教师转变教学观念，合理安排教学内容，既要强调基础知识和基本原理，又要突出重点和难点，同时要把《材料化学》课程知识点的精华讲透。
　　2 《材料化学》课程教学改革的主要内容
　　2.1 教学体系与内容改革
　　针对《材料化学》课程理论教学存在的问题，我们将教学内容进行调整、重组和更新，不断优化课程教学体系，更新完善教学内容。通过将教学内容与学科前沿相联系，把该学科的最新研究成果渗透到课堂教学，调动了学生的学习积极性，开拓了学生视野。比如，将 2010 年诺贝尔物理学奖成果石墨烯，1996年诺贝尔化学奖成果富勒烯 C60，以及新能源材料发展现状融入到《材料化学》课程教学中，这极大地拓宽了学生的知识面，充分调动了学生的学习兴趣。另一方面，将教学与科研相结合，介绍教师自身的科研成果或本专业教师课题组的一些研究成果及正在探索的一些科研项目，这不仅提高了教师自身的教学水平，丰富了教学内容，还营造了良好的学术氛围，促进了学生创新能力培养，全面提高了教学质量。同时，为了使学生产生学习《材料化学》课程的积极性和主观能动性，授课过程中不拘泥于教材内容的排序，注重对各知识点进行重组和精炼，在有限的学时分配中提高教学效率，改善教学效果。
　　2.2 教学方法与手段改革
　　《材料化学》课程的教学主要针对高年级本科生，他们经过2~3 年的大学生活与学习，已具备较强的实践动手能力和自学能力，因此在教学中，我们充分利用这一特点，改进传统课堂以教师为主、学生为辅的教学方法，积极实行启发式、互动式和参与式教学，有意识地采用设疑或质疑的方式，引导学生独立思考，分析讨论得出正确的结论，由接受知识转变为创造知识。另外在教学中，我们结合材料化学最前沿的科学研究领域，将学生分成若干小组，每个小组布置一个关于新材料研究进展的课题，指导学生利用图书馆和网络等资源搜索所需信息，并对该课题进行分析与评价，并要求学生以 PPT 的形式在课堂上讲授对该课题的一些认识和见解，这样大大调动了学生学习的主观能动性，拓宽了学生的知识面，培养了学生对科研的兴趣，也为他们今后走向社会或继续深造奠定了基础。
　　对于《材料化学》课程中涉及的晶体结构、晶体缺陷等比较抽象内容，由于学生理解起来比较困难，我们采用 Diamond、Materials Studio 等结晶化学软件向学生展示不同晶体的模型，使教学内容直观化，从而有效地促进学生的理解。针对材料制备的设备及工艺方法等内容，通过收集设备及工艺照片，利用 PPT 或Flash 软件制作工艺流程及原理，从而使学生能够较好地掌握相关知识点。
　　2.3 实验与理论教学相结合
　　《材料化学》课程是一门典型的基础理论和实践紧密结合为特征的课程。因此，我校开设了与《材料化学》理论课程相衔接的《材料化学综合实验》和《开放性专业实验》等实践教学环节，来巩固加深理论课程学习的基本知识和基本原理。《材料化学综合实验》旨在深化学生对材料化学专业基础知识的理解和应用，以及专业实验技能的培养。《开放性专业实验》注重激发学生的创新意识以及主动探究科学实验的精神，综合培养学生的自主学习能力、动手能力、查阅资料能力、分析问题和解决问题的能力。这种实验和理论教学相结合，学生不仅可以用专业知识指导实践，而且又在实践中更深刻的理解专业知识。
　　2.4 考核方式的改革与创新
　　《材料化学》课程的内容涉及面广，知识点多，实践性强，传统的纯知识记忆考试方式和终结考评形式在一定程度上制约了学生的创新思维，挫伤了学习的积极性，因此我们积极探索考试方法的改革。为了充分调动学生平时学习的积极性、主动性，增强学生自主学习和分析问题、解决问题的能力，我们增加了平时考核的比例。根据教师布置的相关内容，学生通过文献调研，撰写小论文、制作 PPT 并进行讲解，参与课堂讨论情况，课外作业、期末考试等多种方式相结合的方式，全面检测学生的学习效果，科学地评价学生的综合素质和创新能力。
　　3 总结
　　通过对《材料化学》课程的教学改革与实践研究，激发了学生对本课程学习的积极性，也提高了学生认识问题和解决问题的能力。当然，随着教学改革的不断深入，该课程的教学改革与实践研究会进一步加强，教学内容和方法也会日益完善。