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。安排調整實驗課使其和理論課能夠有機地結合，做到相互印證。鼓勵學生自主設計實驗工藝參數，由傳統的驗證性實驗變為探究性實驗。調動了學生的積極性，提高了學生的創新能力和科研能力。采用操作和答辯相結合的考核辦法，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的必修實驗課程。主要介紹一些材料的現代經典制備方法和特殊合成方法等。知識內容包含材料學、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容。筆者結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，但多依據自己學校教學條件編寫，不適合本校實際情況。從內容上來說，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。故結合本校具體情況，自主編寫了實驗指導書。結合上學期，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，對前驅體進行差熱熱重分析，確定其主要失水溫度區間。對產物進行比表面積分析，測定產物表面積大小。進行激光粒度分析，確定產物粒徑及分布。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.工藝參數確定。以往實驗操作之前，均有教師講授實驗目的、原理、內容、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、關鍵的反應方程式、注意事項等基本內容。由于之前理論課程已經涉及過該部分知識，教師由直接講授變為誘導性的提問和補充。而具體實驗工藝參數部分則由學生根據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果照成影響。

2.具體操作。有選擇性的讓同學根據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。筆者根據這一情況，組織同學在這段時間對實驗的可能結果進行分析和猜測，引導學生自主思考。

3.實驗結果討論。對于實驗產物除了計算產量、產率、觀察顏色、形態外，還要進行一系列表征。表征結果總結后，再根據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果，分析其可能原因。具體實驗內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，將各個分組結果匯總后，以小論文的形式上交。

三、考核評價方法的調整

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、公正的適當的考核辦法，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。傳統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、攪拌等基礎實驗內容。這些內容應該在基礎化學實驗中已經掌握，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度。相應的建立起一個統一的評分標準，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，安排統一時間閉卷考試。內容包括本實驗中涉及的實驗現象，原理闡述，注意事項，誤差分析，實驗結果討論等。這一環節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，學生以抽簽的形式決定其實驗題目，并在規定時間內完成操作。在學生操作過程中，老師根據實驗內容隨機提問一些相關問題，根據其回答情況給出答辯成績。在實驗結束后，老師根據學生操作的熟練程度，規范性等情況給出操作成績。這一環節反應了學生的實踐綜合能力。

經過幾年來的摸索，實驗教學改革已經初見成效。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、數據分析能力也起到了積極的鍛煉作用。部分學生反映對畢業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，內蒙古通遼市，研究生，助教，研究方向：有機化學、材料化學。