材料制備與合成實驗教學改革初步探索

摘要：從課程安排、教學方法和考核辦法等方面對本實驗進行改革探索。安排調(diào)整實驗課使其和理論課能夠有機地結(jié)合，做到相互印證。鼓勵學生自主設計實驗工藝參數(shù)，由傳統(tǒng)的驗證性實驗變?yōu)樘骄啃詫嶒?。調(diào)動了學生的積極性，提高了學生的創(chuàng)新能力和科研能力。采用操作和答辯相結(jié)合的考核辦法，既考查了學生的操作能力和對實驗的理解程度，又提高了學生語言表達能力。

關(guān)鍵詞：制備與合成；實驗教學；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）08-0048-02

材料制備與合成實驗課程是我校材料化學專業(yè)的必修實驗課程。主要介紹一些材料的現(xiàn)代經(jīng)典制備方法和特殊合成方法等。知識內(nèi)容包含材料學、物理學和化學等多門學科，比較難于理解和掌握。且普遍實驗時間較長，過程比較枯燥乏味。如何合理利用課堂時間，改善教學效果，提高學生學習興趣是教學工作者研究的主要內(nèi)容。筆者結(jié)合多年來的教學體會，就材料制備與合成實驗課程中幾個典型實驗的教學安排、教學方法和考核辦法等方面作了初步的改革探究。

一、課程安排改進

材料制備與合成教材雖然種類繁多，但多依據(jù)自己學校教學條件編寫，不適合本校實際情況。從內(nèi)容上來說，或是涉及的合成方法過于簡單或與其他學科有所重疊；或是對實驗儀器設備要求過高；又或是對前置理論課的要求較高。故結(jié)合本校具體情況，自主編寫了實驗指導書。結(jié)合上學期，了解學生的前置課程安排，具體挑選幾個典型的制備方法。并根據(jù)材料物理、材料化學、納米材料等理論課程的教學進度，悉心安排了實驗順序。如納米材料化學這門課程中介紹了幾種納米材料的合成方法，則我們在接下來的實驗課中就安排這幾種合成方法，使學生在實驗的同時能及時與之前學習的理論知識相互印證，加深理解。以往各個實驗之間在設計安排上并不緊湊，實驗制備合成實驗與性能測定實驗各自設計安排。筆者將兩門實驗交叉進行，如，在沉淀法制備納米氧化鋅實驗中，對前驅(qū)體進行差熱熱重分析，確定其主要失水溫度區(qū)間。對產(chǎn)物進行比表面積分析，測定產(chǎn)物表面積大小。進行激光粒度分析，確定產(chǎn)物粒徑及分布。而每項表征又是一個相對獨立的實驗。這樣將幾部分實驗有機的結(jié)合起來，形成了一個完整的體系。既方便學生理解記憶，又能讓學生了解到一整套完整的、科學的實驗方法。

二、教學方法改革

1.工藝參數(shù)確定。以往實驗操作之前，均有教師講授實驗目的、原理、內(nèi)容、注意事項等。具體工藝條件均已確定，學生按步驟操作即可。大部分同學沒有自主思考過程，只是按照教師講授的步驟機械化的完成。對于實驗原理理解不深，具體工藝條件掌握不熟練，教學效果不明顯。結(jié)合這一情況，筆者對幾個實驗做了嘗試性的改革，具體方法如下：在實驗開始前教師只講授實驗具體原理、關(guān)鍵的反應方程式、注意事項等基本內(nèi)容。由于之前理論課程已經(jīng)涉及過該部分知識，教師由直接講授變?yōu)檎T導性的提問和補充。而具體實驗工藝參數(shù)部分則由學生根據(jù)原理和反應方程式等條件自主設計完成。如在沉淀法制備納米氧化鋅實驗中，部分同學認為直接沉淀法比均勻沉淀法好。在沉淀劑選擇方面，部分認為應該用草酸，而另一部分認為應該用尿素。同學們一致認為水浴溫度、時間，煅燒方式、溫度等也會對實驗結(jié)果照成影響。

2.具體操作。有選擇性的讓同學根據(jù)不同的設計條件來進行分組實驗。如部分同學選擇直接沉淀法，而另一部分選擇均勻沉淀法。而其中的沉淀劑的選擇、用量，水浴溫度、時間的選擇，煅燒方式、溫度、時間的選擇等又可以細分很多組。教師安排具體實驗分組，確保各組實驗有一定的可比性，并去掉部分不合理工藝條件。由于制備合成實驗通常反應時間都比較長，在學生完成基礎準備后，大量的時間都用于等待。這段時間只有極少數(shù)同學能充分利用起來，對實驗進行進一步分析研究，大部分同學主動性和積極性不高。筆者根據(jù)這一情況，組織同學在這段時間對實驗的可能結(jié)果進行分析和猜測，引導學生自主思考。

3.實驗結(jié)果討論。對于實驗產(chǎn)物除了計算產(chǎn)量、產(chǎn)率、觀察顏色、形態(tài)外，還要進行一系列表征。表征結(jié)果總結(jié)后，再根據(jù)之前分組條件進行討論，分析出最佳設計方案。對于不太理想的實驗結(jié)果，分析其可能原因。具體實驗內(nèi)容等均記錄在實驗記錄本上，不要求每次都上交實驗報告。而是在一系列表征完成后，將各個分組結(jié)果匯總后，以小論文的形式上交。

三、考核評價方法的調(diào)整

實驗考核是實驗課程的重中之重，它是教師了解教學效果的有效途徑。要建立一套公平、公正的適當?shù)目己宿k法，既能反映學生對知識的掌握情況，同時又能了解學生的實驗操作能力和個人綜合素質(zhì)。傳統(tǒng)的實驗考試均以實驗操作考試為主，占總成績的60%，實驗報告占30%，平時成績占10%。而材料制備與合成實驗主要操作均是一些簡單的量取、研磨、攪拌等基礎實驗內(nèi)容。這些內(nèi)容應該在基礎化學實驗中已經(jīng)掌握，用于制備合成實驗的考核則顯得重復和過于簡單。鑒于此種情況，筆者將考核成績分為四個部分組成：平時成績占20%，操作成績占30%，理論成績占30%，答辯成績占20%。具體方法如下：平時成績的評定主要考核學生的出勤情況，實驗過程中的積極性、主動性，以及實驗報告的完成情況。主要反映學生的學習態(tài)度。相應的建立起一個統(tǒng)一的評分標準，確保不同教師評分不會有較大差異，盡量做到公平、公正。理論成績的考核即筆試部分，安排統(tǒng)一時間閉卷考試。內(nèi)容包括本實驗中涉及的實驗現(xiàn)象，原理闡述，注意事項，誤差分析，實驗結(jié)果討論等。這一環(huán)節(jié)可以直觀的反應出學生對這個部分知識的掌握情況。操作考試中，學生以抽簽的形式?jīng)Q定其實驗題目，并在規(guī)定時間內(nèi)完成操作。在學生操作過程中，老師根據(jù)實驗內(nèi)容隨機提問一些相關(guān)問題，根據(jù)其回答情況給出答辯成績。在實驗結(jié)束后，老師根據(jù)學生操作的熟練程度，規(guī)范性等情況給出操作成績。這一環(huán)節(jié)反應了學生的實踐綜合能力。

經(jīng)過幾年來的摸索，實驗教學改革已經(jīng)初見成效。學生學習積極性得到了提高，對研究對象的分析能力也得到了較大的提高。對學生的實驗設計能力、數(shù)據(jù)分析能力也起到了積極的鍛煉作用。部分學生反映對畢業(yè)論文設計甚至研究生實驗過程中均有較大的幫助。

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作者簡介：周宏（1980-），男，內(nèi)蒙古通遼市，研究生，助教，研究方向：有機化學、材料化學。