材料化学专业无机化学教改

发布时间：2022-10-05 10:02 热度：

　　针对材料化学专业无机化学的教学特点，围绕着激发学生的学习热情和积极性，获得理论知识，并能运用这些知识去分析和解决问题的角度出发，从优化无机化学的知识逻辑，学以致用的教学观，自学能力的培养，教学方法的改进等方面对无机化学的教改进行了探索。

　　[关键词]材料化学；无机化学；教改探索

　　化学是一门不断发展变化的科学。材料科学聚焦于已经应用的或者有潜力进行实际应用的材料研究，主要从成分控制去优化材料性能或者制备出理想的形态和产品。材料科学包括工程、物理等方面的内容。材料化学不仅仅是材料科学的分支。材料研究者包括材料化学专业的学生，更热爱合成新的材料并测试其性能。新材料的出现将会促进相关工业领域巨大发展。结构、组成和性能的关系令人着迷。无机化学在材料化学的学习中具有重要的作用，元素周期表中的元素和在自然界中易于生成的化合物或者易于合成的化合物曾经是无机化学的主要研究对象。无机化学也可以分为金属有机化学、配位化学和固态化学的主要部分等分支。比如，掺杂Cr的Al2O3用于激光器，掺杂元素的Si半导体用于微电子，掺杂后的ZrO2用于固态燃料电池的固体电解质，BaTiO3是整个电容器工业的基础，以氧化铜材料为基础的超导体应用等。无机化学和材料科学的进展是无止境的。无机化学作为大学新生的基础课程，其内容可分为三个部分，基础原理、基础理论和元素部分。核心内容是基础理论，理论又是不停发展的，所以基础理论有其历史脉络。沿着发展的脉络，一些难点如量子理论对微观离子的计算和理解等会影响材料化学专业学生的理解和运用。如果死记硬背这些知识，比如惰性电子对效应、元素周期表的对角线关系、晶体场理论等，很容易让同学们丧失学习的兴趣。为此本文针对材料化学专业学生的无机化学教学进行了探索改革[1-2]。针对我校材料化学专业的学科特点及未来发展方向，及时对无机化学的知识逻辑、教学观及教学模式等不断进行改革;同时多次对教学大纲及教学计划进行修改，优化课程体系，尤其是针对相关度不大的不同章节采取不同的教学理念，并将理论知识与实际生活相联系，取得了较好的教学效果。我们在此过程中总结了一些经验，以供其他基础课的教学参考。

　　1针对材料化学专业的特点，优化无机化学的知识逻辑

　　无机化学的知识点繁杂并且很多理论只能解释部分现象。很多教材编写的知识没有来处，更没有实际的工业和生活用途，使得材料化学专业的学生在学习时深感痛苦。根据材料化学的特点，如合成-结构表征-物理性能-新材料的逻辑关系，对无机化学的知识进行有逻辑的讲解，同学们反应良好。比如讲解化合物的本征或者缺陷结构的时候，着重讲解这个维度的光学性能；在讲解晶胞的平均结构时，着重讲解晶体如何形成、生长；在讲解纳米结构时，着重讲解颜色、能带理论等；在讲解微观结构时，着重讲解金属或者陶瓷的微观作用力等。把复杂的理论知识用结构、尺度、性能联系在一起。无机理论和原理发展到一定的历史阶段，量子力学的计算反映在量子化学的发展上。学生在学习的时候，因为数学知识的缺乏，理解起来会有一些困难。我们把复杂的量子计算进行简单的模型化和公式化，既知道了性能的影响来源于何处，又加深了学生的学习兴趣。

　　2学以致用的核心教学观

　　学以致用是本科教学的核心重点。面向实际应用的知识学习才是考察教师教学能力和水平高低的关键。任何专业知识的学习需要在工业、生活方面找到它存在的或者潜在的应用，如同一个产品需要找到它的市场一样。没有市场的产品只能是无用的和可替代的。比如在学习碱金属和碱土金属的元素部分时，Li元素的提取是目前的研究热点。原因是因为随着锂离子电池的快速市场应用，尤其是电动汽车、储能市场、便携式电子产品和电动工具等的快速应用加大了对锂元素的巨大需求，锂将被作为战略资源进行开发。从我们常用的电动大巴、笔记本电脑、手机、电动工具等日常应用出发，引起同学们的兴趣，再去讲解关于锂元素的基础理论，并且应用讲解的基础理论，提取并分离锂元素。讲到锂元素的提取，Li/Mg元素的元素周期表对角线理论就会学到，因为我国盐湖提锂的难点之一就是含镁高。学生们在学习的过程中，理论和实际应用得到充分的理解和掌握。

　　3学习方法的改进

　　3.1自学能力的培养

　　无机化学的课程在有限的学时内是很难全面掌握的，大量的知识点使得老师在授课时只能讲解重点，学生的自学能力将是学生素质培养的关键之一。学生对材料化学专业无机化学自学能力的培养主要体现在无机化学知识点架构的搭建上。按照制备-表征-优化性能和测试-改进新材料的材料科学逻辑进行无机化学知识点的搭建和授课，让学生总览无机化学学习的特点，有的放矢。

　　3.2知识点短视频的应用

　　把复杂的知识点按照一定的逻辑进行分割，分割成学生们熟悉的数学、物理、化学等小知识点，再把各个知识点以短视频的形式应用到授课中来，可以到达到条例清晰、简单易接受的特点。这种方法也跟学生们常用的抖音、快手等APP类同，同学们乐于接受[3]。

　　3.3考核方法的改进

　　传统的考核方法以考试为主。我们可以对考试的内容进行改进，不再是考核知识的堆积，变更为重点考核知识的应用。在社会工作中，更多的需要同学们运用有限的时间和资源解决实际问题，无机化学的考核也模拟实际情况，运用学到的知识，寻找有用的知识，解决提出的问题。化学史、科学家介绍、相关学科间关系和科研素养，能活跃课堂教学气氛，激发学生的学习兴趣，让学生更加全面地了解学科发展历史和知识构架。通过人文精神在课堂教学中的渗透，启发学生思辨创新能力，以培养学生良好的科学素养。

　　参考文献

　　[1]宁小媚，占亮，周小松，等．将科研融入物理化学理论与实验教学[J]．山东化工，2019，48(18)：211-212．

　　[2]张业，周建敏，李和平．基于《物理化学》课程教学的大学生人文素质培养的探索与实践[J]．教育教学论坛，2015(22)：119-120．

　　[3]谭瑶．新工科背景下高校化工类专业课程思政建设初探——以《物理化学》教学为例[J]．广东化工，2020，47(6)：245-246．

　　[4]尚小红，赵振波，关爽．关于化学史在物理化学课程教学中所起作用的几点思考[J]．广州化工，2019，47(20)：178-179．

　　[5]刘俊吉，周亚平，李松林，等．物理化学(第六版)上册[M]．北京：高等教育出版社，2017．

　　[6]葛文君．关于高等学校科研促进教学的几点思考[J]．哈尔滨学院学报，2007(9)：1-3．

　　[7]饶日川，郭孝培，董雄辎．科研实践对物理化学教学的促进作用研究[J]．合肥师范学院学报，2017，35(3)：88-90．

　　作者：王连亮