从材料化学课程看科研、生产与教学的关系

2010-08-15文桂林陈永红

滁州学院学报 2010年5期

关键词：化学材料专业

文桂林，陈永红，鲍霞

（淮南师范学院化学与化工系，安徽淮南232001）

从材料化学课程看科研、生产与教学的关系

文桂林，陈永红，鲍霞

（淮南师范学院化学与化工系，安徽淮南232001）

材料化学是系统研究材料的制备、组成、结构和性能的科学，是化学类专业的重要课程，其兼具了理论和实际应用的特点。随着科技的发展和高校招生规模的扩大，传统的课堂教学存在大量的问题。深入分析材料化学课程的特点，并结合教学经验，理清科研、生产和教学的关系，找出应对措施，提高材料化学课程的教学质量，对新材料的研发和传统材料的生产具有积极作用。

材料化学；教学；科研；生产

材料化学是系统研究材料的制备、组成、结构和性能的科学，是作为基础学科的化学更直接地介入到材料科学中的一个具体体现，它同时也是推进材料科学和化学发展的重要内容，在当今高科技的发展中起着基础和先导的作用，它的发展已成为影响一个国家经济和科学技术水平的重要因素之一［1－3］。因此，材料化学是材料化学专业学生的重要基础课程，也是其他化学专业学生的重要选修课程。课程的开设有利于学生掌握新材料发展的前景，可为学生毕业后从事新材料的研发工作奠定理论基础，并为提高大学生的科技素质、实现综合型人才的培养提供必要的条件［4］。材料化学课程作为该专业的主干课程，其受关注的程度和重要性更是明显提高。

材料化学课程既新颖同时又具有传统特色，既具有专业性但是也有广阔的发展方向、与相关专业的界线越来越模糊。当前，材料化学课程的主讲内容一般包括对以下几类材料的分析和理论总结，如：晶态材料和非晶态材料；金属材料；无机非金属材料；高分子材料；纳米材料和新型功能材料等［1］。面对如此复杂多样的课程内容，传统的教学方法以课堂传授知识为主要目的，往往采取填鸭式教学方法，利用黑板板书、教师讲解的教学手段进行授课，并辅以理论考试的评价方式，结果是教学效果不甚理想［5］。这种教学方法忽略了材料化学的课程特色：在理论性的基础上，课程内容与传统工业生产相结合，并容纳了材料领域的最新进展。材料化学课程的这种前瞻性以及实际应用性，决定了教学方法的多样性；同时，正确的课程教学也应该为科研和生产提供技术储备和高素质的人才。为了促进材料化学的教学工作，结合自身的教学经验以及淮南师范学院的情况，在这里谈一些自己在教学和科研工作中所积累的体会和认识，以图理清材料化学课程中的产学研三者的关系。

1 材料化学课程内容的设置

在本世纪初，我国单独设置材料化学专业的高等院校仅有二十几所，其来源大致分为三个方面：部分由无机化学或高分子材料专业演变而来；部分是由非金属材料专业演变而来；还有一部分是由电子、金属材料、物理、硅酸盐、化学等各专业中多个研究方向混合发展而来［6］。近年来，材料化学专业得到了迅速的发展，各高校和研究所相继开设材料化学专业，目前国内已有90余所高校建立了材料化学专业，还有许多高校正在积极准备申办［7］。相应地，师资类研究生也受到各高校和研究所的热捧。大量高校开设材料化学课程，有一定共性：偏重于化学课程的基础性，如在基础部分着重于阐述化学键与分子结构→晶体化学→相图理论；在新材料部分的教学中存在大量的概念定义和原理规律，晦涩难懂。另一方面，各高校也各有特色和偏重，突出优势，如：四川大学偏重于高分子材料方面；中南大学突出金属材料；浙江大学偏于无机非金属材料方面等等。

总体来说，材料化学课程的理论教学内容包含如下一些方面［1，8］：（1）基本理论知识，如固体化学与价键理论，晶体学理论与晶体缺陷，相图与相变理论，X射线衍射学等；（2）各种材料的基本特性介绍，如晶体特征的结构基础，金属特性与金属键，离子晶体，分子间作用力，高分子材料的结构特点和性能，纳米科技及纳米材料应用进展等；（3）新材料和传统材料的展示，如晶态和非晶态材料包括非整比化合物材料、液晶材料、玻璃和陶瓷，金属材料含有金属单质材料、合金结构、金属材料，无机非金属材料包括超分子化合物材料、硅酸盐，高分子材料含有塑料、橡胶、纤维、复合材料、医用高分子材料、导电高分子材料、高吸水性高分子材料，纳米材料，以及新型功能材料：光学功能材料，半导体材料、超导材料、热电、压电、和铁电材料、功能转换材料等。各高校虽然各有偏重，但基本都涵盖了以上这些方面。同时，在教学用时上，也有不同的对策，如有些高校精简为36学时，有些高校为72学时，而淮南师范学院教学规划为54课时，并侧重于“玻璃陶瓷”和“水泥混凝土”两个方向课程模块［9］。

针对材料化学课程具有实验课程的特色，合理开设相关实验课程有利于理论与实践的结合。根据课程特点，可以开设两大体系的实验课程：材料制备与合成实验和材料结构与性能实验。如台州学院，其材料制备与合成实验包括无机非金属材料、高分子材料、复合材料三大材料；材料结构与性能表征实验对无机非金属材料主要涉及到物相结构的测定、光催化性能、致密度、粒度与比表面积、电阻－温度特性、导热性能、热膨胀性能等；对高分子材料及其聚合物基的复合材料主要有拉伸性能、硬度、抗冲击强度测试等力学性能测试与电阻与介电常数等电学性能测试［10］。淮南师范学院也开设了极具材料化学课程特色的实验教学，如“溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛粉体”、“低温自蔓延燃烧法合成纳米氧化铈粉体”、“粉体粒度分布的测定”、“块体材料体积密度、气孔率、吸水率的测定”、“粉体比表面积的测定”、“材料折射率的测定”、“粉体真密度的测定”、“NanoTiO2修饰电极的制备”、“粉体造粒、干压成型工艺”、“材料表面硬度的测定”、“粉体流延成型工艺”、“热膨胀系数测定”等，这些实验课程，也大致从属于材料的制备和表征两个方面。

2 材料化学课程教学与科研的关系

材料化学专业是一个全新的专业，作为主干课程的材料化学也应该是一门新课程。考虑到高等教育的全球性和前瞻性，有必要在课程教学中穿插一定程度的双语教学，才更能适应社会发展的需要［11］。双语教学集中于科技领域，也有利于学生较早接触国外的先进学术思想，培养一定的科研精神，了解学术动态。如（一）有意识地向学生灌输专业词汇的构词方法，比如甲、乙、丙、丁等数字的词汇前缀表达方法 metha－、etha－、propa－、buta－，烷烃、烯烃、炔烃等词后缀的表达方式－ane、－ene、－yne。由于专业词汇的词根重复频率较高，通过构词法的学习，学生能在较短时间内掌握基本的专业词汇。（二）材料的身影在实际生活中无处不在，英语也如影随形，如课本中对英语词汇的借鉴：涤纶、特氟隆、派瑞克斯玻璃等，实际产品说明书对英语的部分依赖：PE、PP等，通过教学提高学生的观察能力和英语实用能力，为今后的科研工作储备必要的英语基础。（三）到了教学中后期，学生已经积累了一定量的专业英语词汇，针对材料化学课程的特点，指导学生阅读一些初步的专业文献，如美国化学会的Chemistryof Material、NanoLetters，英国皇家化学会的Journalof MaterialChemistry、ChemicalCommunications等，用英语表述专业知识、解析专业词汇，只在重点和难点的教学时辅以中文解释。从而让学生较早地认识文献工作的重要，掌握阅读技巧，同时，对文献的把握也能激发学生对材料化学课程的兴趣，让学生的兴趣集中于书本而又超出书本。针对材料化学课程中大量涉及新型材料的介绍，如：非整比化合物材料、液晶材料、功能陶瓷、超分子化合物、复合材料、高吸水性高分子材料、纳米材料、以及新型功能材料，要求授课教师有较高的科研技能和一定的学术背景，否则容易照本宣科，更甚者教师都不能理解以至于一知半解。课程不仅要求对这些材料有定性的认识，同时也要有一定程度的了解，如，在超分子化学模块中，包含了分子识别、超分子自组装、晶体工程和拓扑学等；在纳米材料中，又涵盖了纳米粉体、纳米薄膜、碳纳米管等新领域。作者的研究方向源于这两个模块，对这两个方面的基础知识和科研进展有一定的理解，可以在教学中适度展开，阐述理论意义、领域动态和科研热点。同时，也可具体到该领域的国内外各高校和研究所，以至于各实验室，让学生了解新材料的动向和知名课题组。考虑到授课对象是大三下学期的学生，有些学生则要继续深造，对各个领域的详解有利于较早培养他们的兴趣，不再只是跟风考研而不明白报考志愿的意义。另一方面，针对材料化学课程的广泛性，配备教师时可以不拘泥于一人，而是组成教师团队，特别是在讲解各类材料时，利用各位教师的学有所长，有针对性的讲解更有效果。

开设材料化学课程的实验教学时，也应该考虑到未来科研的发展，以及学生继续深造的需要。有针对性的开设具有启发性的实验，同时利用先进仪器开设材料表征方面的仪器分析实验。以淮南师范学院为例，上面列举的一些教学实验中，大多数是对科研工作有启蒙意义的实验。在大型仪器方面，学院已有X射线衍射仪、傅立叶红外光谱仪、紫外光谱仪、荧光光谱仪、质谱仪、扫描电子显微镜、元素分析仪、激光粒度仪、比表面测定仪及热分析仪等在正常运行并能接受测试工作，目前已经订购高分辨率的冷场发射电子显微镜，对于材料工作者来说，这些仪器已经能够基本满足科研工作的需要，让学生接触这些仪器，也就等同于提前进入实验室工作，对科研工作有了切身体会和实际选择，同时也对课程的理论知识有了现实认识。另一方面，积极支持学有余力的学生在教师的科研工作中从事一定的独立工作，真正担负一定的任务，完成一些科研工作的分解步骤，有条件的可以指导学生积极申报和承担科研项目。如淮南师范学院设立了“支持百名优秀学生课外科技实践创新活动基金”项目，并从资金上进行了积极的扶助和支持。

3 材料化学课程教学与生产的关系

材料化学课程不仅涉及到大量的新型材料，而且对传统材料进行了罗列和分析，如玻璃、陶瓷、钢铁、各种合金材料、碳素材料、塑料、橡胶、纤维等，这些材料已经形成大批量的工业产品，并成为关系国计民生的重要材料。课堂教学上对这部分知识的认识往往晦涩难懂、脱离实际，如果教学能和实际生产相结合，课前指导学生进行社会调查，到相关企业参加生产实习、了解工艺流程，对照理论教学，应该能起到事半功倍的作用。同时，学校可以建立实训中心，或者利用社会资源，由企业来投资兴建实验室，提供实验仪器和设备，模拟企业的生产条件和工作坏境，训练学生的动手能力和社会适应能力。如，淮南师范学院在2009年6月召开了第五次教学工作会议，针对应用型本科学校的办学定位，明确提出了“宽口径、实基础、强技能、能创新”的人才培养规格和新一轮人才培养方案的修订原则。之后，学校积极转变办学思路，不再局限于围墙里面办学，开展了大量的实际工作，一方面，积极联系学生进行社会实习，让学生真正成为企业一员，练就熟练技能；另一方面，花巨资建立实训中心，让学生不出门就能了解企业；同时，利用实验室条件开展简单的工业试验，如烧制陶瓷制品、进行塑料制品的加工等。因此，学生在毕业之前，基本都能熟悉1－2个行业生产的实际操作，做到理论联系实际，考虑到有些学生毕业后要进入企业参加工作，这样可以保证学生在就业方面具有较强的竞争力。

反过来，在实际生产中能从感官上了解传统材料的工艺，继而辅以课堂教学中的基本原理，能使对传统材料的认识更为深刻，对工业生产有良好的指导意义，熟悉国家的工业布局和个人从业方向，毕业找工作也不至于盲目；同时也利于文字知识的理解，提高学生学习的兴趣，具备理论联系实际的能力，从而举一反三，激发学生研究新型材料的兴趣和攻克科技难题的决心，因而对毕业后打算继续深造的同学也有很好的作用。

总之，在目前素质教育越来越受到重视的情况下，在国家提出新建本科院校建立应用型本科学校的指导下，针对材料化学课程的特点，材料化学要积极适应社会的发展，打破单一地课堂教－学的桎梏，开展实践教学，与科研结合，联系实际生产，走产学研相结合的道路，为学生毕业后从事新材料的研发工作奠定理论基础，同时，为社会输送具有娴熟技能和综合型素质的人才。

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