作者：劉捷 單位：鄭州大學材料科學與工程學院

開發具有特色的材料化學實驗體系，提高實驗教學的整體水平，加強學生對基礎知識的掌握和創新能力的培養，對理論聯系實際、培養學生在實際工作中的應用能力具有重要的促進作用。通過對教學大綱的討論和指導教師對實驗過程的嘗試，梳理實驗項目的教學理念和思路，確立了涵蓋無機、有機、高分子、復合等各領域的不同實驗項目和單元。并引入具有創新性的實驗內容，如在“原位聚合法制備纖維增強聚合物復合材料”實驗中，分別引入碳納米管和劍麻纖維作為纖維增強相，在使學生掌握原位聚合的概念和基本操作的基礎上，也了解了當前研究熱點的碳納米管和天然材料在復合材料制備過程中的應用方法，對培養理科應用型人才具有不可或缺的推動作用。本實驗在單元設置上主要包括基礎性實驗、綜合性實驗與設計性實驗。

(1)基礎性實驗對基礎理論知識、現象和結論的驗證與實踐所組織的實驗項目。主要目的是掌握相關的基礎操作如重結晶、蒸餾等，熟悉基本儀器設備的使用方法和操作，同時掌握課堂教學中重要的理論知識。設計思考題使學生在實驗后動腦對實驗過程中的問題和相關的原理性問題進行回顧，充分認識實驗背后的基礎知識和問題。如基礎性實驗“配合物三草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀的合成”，通過該實驗，學生不僅了解了三草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀制備方法，而且復習了抽濾、容量分析等基本操作方法，并可以在條件和時間滿足的情況下，驗證配合物的光化學性質，激發學生對實驗的興趣。

(2)綜合性實驗對較為復雜的實驗體系和對象進行的綜合性實驗，一般學生可以自主選擇實驗試劑用量、轉速、溫度等完成實驗。主要目的是讓學生綜合所學的基礎知識，實現一定的實驗目標。在實驗講義上，體現在某些方案和設計具有“可調性”，提高學生對知識的應用能力和實踐能力，以及對學生團隊合作能力的培養。如綜合性實驗“單分散二氧化硅微球的合成與組裝”，在學生驗證經典Stober方法制備單分散二氧化硅微球的基礎上，讓學生自主選擇醇水比例、單體用量、溫度等實驗條件，制備不同規格的二氧化硅微球，并采用沉降法對各自制備的微球進行自組裝。指導教師同時準備一系列自組裝的單分散微球與學生進行對比和講解，結合SEM、TEM照片使學生進一步認識自組裝的基本原理和方法，為綜合性設計實驗奠定基礎。

(3)設計性實驗設計性實驗是重點考核學生實驗設計能力的特殊實驗，具有部分實驗考試的性質。主要目的是讓學生在基礎和綜合性實驗的基礎上，具有查閱相關文獻資料并獨立自主設計實驗方案的能力，是材料化學實驗建設與創新的重要組成部分。首先給各實驗小組(每組2～3人)確定不同的課題，如:“聚丙烯酸酯/納米SiO2有機－無機復合壓敏膠乳液的制備”、“溶膠凝膠模板法制備氧化錫納米纖維”、“低聚殼聚糖稀土鈰(Ⅲ)配合物的合成”等。要求每個小組成員合作共同設計出完整的實驗內容，包括實驗原理、實驗步驟和方案以及可能遇到的問題，然后每小組向實驗指導教師匯報實驗方案，詳細介紹實驗方案的設計思路和基本原理。最后根據實驗設計情況和實際條件，安排在教學或科研實驗室進行相關實驗的實施。在此過程中，可與各科研實驗室緊密配合，采納各教研室的意見，為學生在四年級本科畢業論文設計打下堅實的基礎。

結合教學與科研，鼓勵學生參與科研

參與科研項目對培養理科應用型人才具有積極作用。將學科建設與實驗教學建設相結合，實驗教學內容與科研項目和成果相結合［4－5］。鼓勵學生參與各科研課題組的實驗項目，對有創新能力和較強自學能力的學生因材施教。我校近年來一直實施大學生創新實驗項目，以學生為主導開展創新性、研究性實驗，取得了很好的效果。在材料化學實驗建設過程中，圍繞相關的課題組和創新性實驗項目，強化相關實驗技能和研究能力的培養，實驗平臺為創新性實驗學生開放，拓展學生進行科研和創新的空間。我校材料化學學生入校成績優秀，絕大多數學生綜合素質好，學習能力強，但實踐和動手能力由于機會較少而相對偏弱。如何激發學生的創新意識和動手激情，強化動手能力是我們需要解決的問題。通過本實驗基礎性、綜合性和設計性實驗三個層次的實驗教學體系的建設與實施，為學生提供科研平臺和發揮創新能力的場所，滿足學生的學習需求和研究興趣。在每個實驗過程中，指導教師盡可能結合實驗基礎知識和科研成果，向學生介紹科研的方法和經驗，培養學生的科研意識與素養，使學生在面臨以后的科研與工作時具有足夠的理論和實踐知識，少走彎路，有利于理科應用型人才的培養。

增加討論環節，建設為理科應用型人才培養服務的教學模式

理科學生對理論知識掌握較為扎實，增強其理論聯系實際的能力是亟待解決的問題，也是培養理科應用型人才的必經之路。在材料化學實驗教學過程中，學生完成實驗預習之后，指導教師除進行實驗前的安全性教育、實驗原理講解、步驟和注意事項說明等傳統教學模式，還應根據實驗項目增加討論環節。討論環節可在實驗完成后或實驗中，與學生就思考題和所制備產物的表征方法、表征結果進行討論，這要求指導教師充分準備每個實驗，預先對產物進行物理和化學表征，將結果在討論過程中向學生進行展示和講解，可以極大地增強學生的學習興趣和理論聯系實際的能力。同時，準備一些實例，如納米二氧化硅在一些領域的用途、纖維增強復合材料提高力學性能的情況等，使學生在材料化學實驗過程中雖然由于時間因素無法參與完成所制備產物的物理和化學表征，但能夠通過觀察和對比分析，對各門課程之間的聯系和實際應用有更為深入的了解。改變教學模式的目的是在學生動手的同時學會動腦，因此在討論過程中不僅要討論上述理論問題，還要就實驗中遇到的各類操作問題進行分析，使學生從原理上了解為什么，而不是僅僅知道怎么做。如有同學曾在三頸瓶側口所接的冷凝管上口自行加裝空心磨口塞，這種情況就要與學生討論，為什么不能加磨口塞，在三頸瓶內形成密閉體系會有何危險。對于這類涉及安全問題的操作，必須重點強調其潛在的危險性。另外有學生在攪拌過程中攪拌棒葉片經常不打開，在討論環節就要分析其對聚合等實驗的影響，并請學生試驗如何能快速有效的打開攪拌棒葉片，提高其實際動手能力。