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材料化学教学范文1
材料化学是一个理工结合、学科交叉的新兴学科，在信息、能源、环境、航天等前沿科学领域起到越来越重要的作用。目前, 许多高校设置了材料化学专业实验, 我们根据我校办学经验和实际条件,并结合苏州经济社会发展对人才的需求，建立了与之相适应的培养目标及专业实验内容。为了让学生了解先进的材料合成与制备方法，掌握高技术材料性能的最佳测试技术，具体设置了材料合成与加工和材料性能测试相结合的专业实验教学大纲[1-2]。本文结合我们的教学实践过程，谈一下材料化学专业实验教学过程中的一些做法和体会。
重视实验室建设，保证教学质量。实验室建设主要包括两个方面，硬件条件和软件条件。具体的说，硬件条件包括实验室基础设施建设，实验仪器和大型设备的购置等等；软件条件包括实验教学大纲制定优化，教师队伍思想道德素质，教育教学能力等方面的建设。具备优良的实验室硬件条件和优秀的教师队伍是保证教学质量的必要条件。
1．实验室硬件条件建设
必要的基础设施和优良的实验条件，是顺利开展实验课程，保障实验室安全的先决条件。我校材料化学专业的实验室面积达到500 m2，实验室分为材料合成实验室和材料性能测试实验室两部分，主要承担了材料化学专业的专业实验和本科毕业论文等教学任务。
随着现代化仪器技术的高速发展化学论文，培养掌握现代化测试技术的人才是社会发展的迫切需要。为此，我校花大力气引进了一大批与材料化学专业有关的先进测试仪器，并为材料化学专业开设了现代分析与测试实验课程，主要目的是引导学生全面熟悉和系统掌握测试材料的常规科研方法，包括红外光谱、紫外分光光度计、荧光分光光度计、热分析仪、比表面仪、纳米粒度仪、电化学分析仪等仪器多种测试方法的介绍和使用，这些仪器偏向于基础化学性质研究，它有助于学生掌握材料的各项微观性能。
同时，我们还开设了用于研究材料电学、硬度、力学等性质测试的实验。实验仪器包含了纳米Zeta电位测试仪、体积电阻测试仪、简支梁试验机、布氏硬度计、电热平板硫化机、单螺杆挤出机、桌型老化试验机、氧指数仪等大型仪器。学生在学校里熟悉了这些仪器的操作和使用以后，我们还会积极联系一些相关的单位，引导学生到企业进行相关的实习操作，使学生能够将学到的理论知识和具体实际相结合。
2．实验室软件条件建设
软件条件建设的主要摘要对教学内容深入了解，合理组织编排，采用合适的教育教学手段，与同学多做交流，不断总结教学过程中发现的优缺点，找到最佳的传授知识手段。
2.1 紧跟专业方向特色，制定实验教学大纲
材料化学专业实验从大三开始开设，此时学生以及通过前两年的基础实验课程的学习掌握了实验的基本操作技术，更容易接受一些较为专业，相对复杂的实验项目，同时也要紧跟材料化学专业的专业方向特色，这就成了我们在制定实验教学大纲时的宗旨。
我校的材料化学的专业实验分为高分子与无机两个方向论文格式。我们根据理论课与实验课相衔接的原则，通过开设一些与高分子物理，高分子化学，无机功能材料等课程相关的典型高分子和无机材料合成实验、性能表征及加工修饰实验，加大对学生动手能力的培养力度，使他们对高分子材料研究领域有更深一步的体会，对高分子材料制备工艺、组成、结构与性能之间的相互关系及其规律有更加明确和深刻的认识。
2.2 精心选择实验，合理编排顺序
我校根据材料化学的专业背景和培养目标，对材料化学高分子方向的实验总共安排8个实验，其中6个为必修实验，2个选修实验从教学大纲中的14个实验中根据实验需要选取。8个实验中有材料的合成实验，也有材料性能加工测试实验化学论文，安排实验顺序时我们依据连贯性的原则，尽量使两个甚至三个实验能够串联起来，形成一条链，例如，我们通过“聚乙烯醇缩甲醛(PVF)胶黏剂的制备及性能测定”这个综合性实验，学生可以掌握聚乙烯醇与甲醛在酸性条件下发生缩合反应的基本原理，以及缩合反应的具体实验技术，最后收集到的产物我们可以作为下一个实验“GPC法测定聚合物分子量及分子量分布”的一个辅助测试原材料，学生可以进一步了解凝胶渗透色谱的基本原理，掌握GPC法测定聚合物分子量及分子量分布的实验技术及数据处理。这样的实验安排有利于将各自独立的单个实验有效的串联起来，增加实验的综合性，更加有利于学生以后从事科学研究思路的培养，提高学生分析、解决问题的能力。
2.3严格考核制度，提高学习效果
只有严格要求学生，规范考核制度，才能有效的提高学生的学习效果和学习积极性。我们的教学与考核方式采取实验预习报告、实验操作技能和实验报告综合评价的办法，即实验前，试验中，试验后这样一个办法。实验总成绩采用百分制记分，预习报告占总成绩的30 %，实验操作技能考核占总成绩的30 %，实验报告占总成绩的40 %。只有严格要求学生写实验预习报告，他们才会去查阅本实验相关的文献资料，对实验机理、实验步骤有相当程度的熟悉和了解，尤其对于一些设计性实验，会对实验的设计方案有更多更好的想法与思路，同时也增加了学生做实验的乐趣性。在实验的进行过程中，老师对实验的过程进行指导和监督，对学生提问，考核学生对实验的认识与理解程度，并予以打分。最后，实验报告综合反映了学生对实验的理解，数据处理等的完成情况化学论文，也是评价学生学习效果的一个重要因素。
2.4 加强师资队伍建设，提高教师素质
具备一只优秀的教师队伍是保障本科教学质量的基础和前提。我校材料化学专业实验指导教师和实验专职教师共计5人，其中教授2人，博士3人，硕士2人，已经形成了一支年龄、学历结构较为合理的实验教学队伍。实验专职教师实行坐班制，负责实验室相关仪器的日常管理和养护工作，根据实验教学大纲安排实验教学进程表。我们严格要求实验教师认真备课，每个实验项目开始前都要做预实验，对实验中可能出现的各种现象和各种注意点都记录下来，对于一些实际的样品，测出准确的数据，做到心中有数。实验教师在实验指导过程中要充分调动学生的积极性,激发学生的潜能。激发学生的潜能可以有很多方法,比如说改进实验方法,改变原料配比,改变模具形状,改变测量方式等等,都是很好的尝试[3]。教师的业务水平直接影响到实际的教学效果，所以教师在平时的教学过程中要注重积累，努力提高自身各方面素质。
3. 结语
通过材料化学专业实验的教学实践与探索，我们认识到只有努力加强实验室各方面条件的建设，在教学过程中不断培养学生的兴趣和分析、解决问题的能力，挖掘学生潜能，使学生的综合素质得到提高，从而发挥最佳的教学效果。
参考文献
[1]王秀华,刘莉,阙荣辉.材料化学专业实验教学中学生创新能力的培养.科技信息[J], 2010, 20: 443
[2]陈桂华,闫瑞强.材料化学专业实验教学研究.洛阳师范学院学报[J], 2009, 28(2): 150-151
[3]付一政,李迎春,刘亚清等.高分子材料与工程综合实验教学探索与实践[J ]. 太原科技, 2008 , (3) : 90-91
材料化学教学范文2
关键词 材料专业 分析化学 创新教学
中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdks.2015.04.045
On Materials Analytical Chemistry Curriculum Innovative Teaching
HE Xiulan， ZHENG Wei， QI Shuyan， WANG Jihua
（Materials Science and Engineering， Harbin University of Science and Technology， Harbin， Heilongjiang 150040）
Abstract Aim at existing problem of analytical chemistry course of materials major， the transformation of education of analytical chemistry course is carried through optimizing teaching content， reforming teaching method and establishing experiment specifically on the basis of course content and subject characteristic. The student's interest is increased and teaching quality is improved with organic bonding course content and subject characteristic， and helpful reference and consult are provided for transformation of education of analytical chemistry course of materials major.
Key words Materials major; Analytical chemistry; creative teaching
分析化学是化学的一个重要分支，主要是鉴定物质化学组成、测定组分含量、确定物质的结构及存在形态。①分析化学是哈尔滨理工大学材料类专业的一门重要的专业基础课程，主要讲述定性与定量分析、误差与分析数据处理及各种滴定分析等内容。材料学专业是研究材料的组成与结构、工艺及使用性能之间相互关系的学科，发展前景广阔。②③分析化学是材料专业目前开设的课程体系中不可缺少的学科基础课程之一，对学生专业知识的学习起着承前启后的作用，与学生的毕业设计、生产实习及就业等方面都有重要联系。因此该课程的学习对培养人才的思维模式及知识体系的构建起着重要的作用。④目前，我校材料类专业分析化学课程还存在着一定的问题。
1 分析化学课程目前存在的问题
（1）教学内容与人才培养需要脱节。目前分析化学的教学内容与不同专业人才的培养需求不适应。比如我校材料专业中有机高分子专业与无机非金属专业，两个专业分析化学课程的理论教学内容与开设的实验基本相同，未能与各自的专业特点有机结合，学生“学”“用”明显脱节，导致学生缺乏科学思维分析实际问题。
（2）实验缺乏针对性。分析化学的实验教学是整个课程教学中的重要环节，理论教学的大部分知识点及相关原理，在实验内容中会有所体现。但目前所开设的分析化学实验均是以完成教学为目的，未针对不同的专业特点开设不同实验，学生做实验积极性差，学生只是机械性地完成实验，未认真思考实验原理，甚至连实验报告也不认真总结，只是完成这个学习任务而已。因此，目前开设的分析化学实验对提高理论教学效果不明显，学生学以致用的能力也未能有所提高。
（3）教学方法枯燥。分析化学课程的基础原理与基本理论较多，化学反应繁多，各类滴定曲线及滴定原理复杂，在授课过程中，与相关的材料专业知识很难融合。按传统的授课方式，过分强调授课教师的主导作用，在课程的讲解过程中会使学生感觉课程内容枯燥乏味，束缚学生的思维，导致学生缺乏学习的主动性及趣味性，不但学生学习效果差、效率低，也降低了教师授课的积极性。
（4）评价方法单一。目前我校分析化学课程的考核基本上还是采用期末闭卷考试来评定学生学习效果，通过一张期末测试卷很难全面、公正、真实地反映学生的学习状况。部分学生在临考前突击背笔记、做练习题，即可侥幸过关，不利于培养学生良好的学风。
为激发材料专业学生学习分析化学课程的学习兴趣，提高该课程教学效果，培养学生发现问题、分析问题及解决问题能力，提高学生的动手能力及创新能力，针对分析化学课程教学中存在的问题以及专业特点，对该课程进行了创新性教学改革。
2 分析化学课程创新教学
2.1 根据专业特点优化教学内容
对于不同专业，分析化学的教学内容、教学大纲及教学计划学时的安排应有所不同。首先，针对同层次、不同专业的学生，应先统一界定基本的理论教学内容（此部分占整体知识点的70%左右），这部分内容要求所有学生必须掌握，以保证该门课程的基本原理、基本知识点的教学要求，也方便日后考核。其次，根据不同专业特点，教师可对部分教学内容实行自主性教学（占整体知识点的30%左右），结合各专业的特点界定教学侧重点，精细安排教学内容，使学生在掌握基本原理与知识点的基础上，能拓宽专业知识面，激发学生学习兴趣。
例如，第二章误差、可疑值的处理这部分内容涉及计算，公式多且繁杂，单纯依靠讲解例题授课，学生会感觉枯燥。在授课过程中，可将相关专业知识引入。例如，学生将来做毕业设计及技能训练等时，均会遇到数据处理，某些实验中不可避免地会出现可疑数据。如在测量试样的抗弯强度时，需要5～6个试样进行测定并取平均值，某些存在缺陷的陶瓷样品获得较低的抗弯强度，此时可以利用分析化学的四倍法与Q值法进行可疑数据的处理，培养学生对实验结果处理的能力，又提前了解部分专业知识，提高学生学习的兴趣。我校材料专业分析化学课程均在大学一年级开设，很多学生对自己的专业方向了解很少，在此阶段学生的思维模式、学习态度及今后的职业规划是非常重要的，因此在给这些学生授课时，结合分析化学课程内容及专业特点，给学生更多的专业指导是非常必要的。
2.2 有针对性地开设实验
分析化学的基本原理与知识点可通过实验来验证和巩固，在有限的学时内，不能将所有的分析化学实验都开设。为提高学生专业素质培养效果，在分析化学教学改革中，根据专业特点，对开设的实验进行了大胆改革。根据现有实验室条件，有针对性地将所有的实验项目与专业特点结合起来，尽可能地让所开设的实验与专业有联系，提高学生动手能力、培养创新精神。
例如，吸光光度法这一章的分光光度计相关实验对于无机非金属专业是十分重要的，可以利用分光光度计测量无机非金属光催化材料的吸光度。通过开设此类实验，使学生掌握分光光度计的基本原理及使用方法，为学生将来做毕业设计奠定良好的理论与实践基础。配位滴定法涉及高分子专业的知识点较多，因此相关的实验高分子专业一定要开设。通过有针对性地开设实验，将分析化学知识与专业实践有机结合，在丰富学生专业知识的同时，提高学生的实验动手技能，培养学生的创新能力，使学生对专业知识产生兴趣，也提高了分析化学理论的授课效果。另外，在实验过程中，注重培养学生实验数据的处理能力，比如在绘制标准曲线时，可教会学生利用Origin或Excel软件进行曲线的线性拟合，提高学生微机应用能力及分析数据的准确性，有利于学生综合素质的提高。
2.3 课堂教学方法革新
课堂教学方法创新不但可以提高教学效果，也有利于创新型人才的培养。分析化学教学方法的改革主要包括如下三方面：首先，分析化学基本理论与原理在实际工业中的应用比较广泛，因此在授课过程中，教师可以结合自身的专业特长，与生产实际相结合。⑤比如，提出无机非金属专业学生分析陶瓷粉体质量检测的问题，并列出解决方案，这里应用了沉淀滴定、氧化还原滴定等分析化学原理，采用学生分组讨论形式，提高学生解决问题能力，活跃课堂气氛，增加师生课堂互动，激发学生学习兴趣，调动学生学习主动性与积极性。其次，制作分析化学课程课件，采用现代化教学手段，制作出分析化学课程的课件，利用多媒体进行该课程理论教学，通过图片、动画、音频等丰富课程内容。通过多媒体上课，不但可以加大传授知识的信息量，开拓学生的视野，还有利于教师及时更新授课内容，方便教师授课。
2.4 建立灵活多样的综合考评体系
分析化学课程的考查主要是通过期末考试闭卷方式进行考核（占总成绩的60%）。另外，由于该课程的基本原理与知识点均可通过实验来加深学生印象，因此该课程的实验尤为重要，实验成绩根据实验动手能力、实验报告等进行考核（占总成绩的20%）。另外，平时成绩由任课老师给出（占总成绩的20%），这部分成绩主要包括出勤、作业、课堂讨论三个方面，尤其是课堂讨论部分，主要根据是学生查阅资料整理资料，在课堂上分组讨论，理解知识，在讨论中培养团队精神、思考能力及综合表达能力。通过以上几方面的综合成绩，建立公平、合理的综合考评体系。
3 结语
分析化学是非化学专业学生必修的一门重要基础理论课程，是学生后续课程的基础，学生掌握其基本原理与内容，提高发现问题、分析问题及解决问题的能力，对其综合素质的培养具有非常重要的意义。针对目前对材料类专业人才素质的要求，哈尔滨理工大学材料学科在分析目前的教学状况及专业特点的前提下，对传统的分析化学课程进行了创新性教学改革，注重专业知识与化学知识的有机结合，不仅使学生掌握了基本的分析化学基础内容，而且使学生对本专业产生浓厚的兴趣，为高等院校材料类专业分析化学课程教学改革进行了有益探索，并提供了一定的参考及借鉴。
基金项目：哈尔滨理工大学教育教学研究项目（项目编号：C201300018）
注释
① 黄昊文.分析化学课程教学改革与实践探析[J].当代教育理论与实践，2011（3）：42-44.
② 顾佳丽，马占玲.在分析化学实验中发挥学生的主体作用[J].中国电力教育，2011（213）：147-148.
③ 赵明，白丽明，张文治.“Seminar”教学模式在本科化学教学中的应用[J].教育探索，2014（1）：56-57.
材料化学教学范文3
[关键词]材料化学；机械设计基础；教学方法；教学内容
1机械设计基础课程特点以及教学过程中遇到的问题
1.1机械设计基础课程特点。机械设计基础课程是以一般尺寸通用零件的设计为核心的基础设计性课程，是一门理论性、实践性很强的技术基础课程。与材料化学专业其他课程相比，该课程具有明显不同的特点。该课程知识面广，具有“关系多”、“要求多”、“门类多”、“公式(符号)多”和“图表多”等特点[1]。“关系多”指该课程与多门先修课程关系密切。在课程的学习中需要用到高等数学、机械制图、材料成型基础、理论力学等多个先修课程的内容来解决通用化的机械零部件的设计问题。然而，由于专业培养目标的特殊性，该课程的部分先修课程，如高等数学、理论力学等，同该课程安排在同一学期进行讲授学习，这就造成课程和知识体系之间不能很好的衔接。“要求多”需要学生在设计过程中从零件的强度、刚度、寿命、工艺、经济性和安全性等诸多方面统筹考虑。“门类多”则是指不同的零部件具有不同的特点，其设计方法也不尽相同。此外，“公式多”是指计算多，有解析式、半解析式、经验的、半经验的及定义式，不同公式具有不同的应用范围。“符号多”、“图表多”则要求学生在学习过程中充分认识符号物理意义以及图表的正确识别和应用。由于材料化学专业学生在以往的知识构架中没有相关的概念，学生学习基本符号、公式和相关设计计算的难度较大。此外，针对于抽象的机械构型和物理运动方式，构思并分析其结构和运动过程也相对较为复杂，因此该课程的学习具有较大的难度[2]。1.2教学过程中遇到的问题。以往的机械设计课程教学过程中，老师多以讲授和讨论的方式进行教学，忽略了材料化学专业的知识体系与其他专业知识架构之间的差异和学生的个体差异。学生的基本读图能力、零件的精度要求、理论力学中的材料应力、应变、刚度、强度等多方面基础均较为薄弱。采用板书、多媒体课件和简单的实物教具等途径很难直观地将抽象的物理概念、机械构型和运动过程展现给学生，进而很难在课堂上引发学生共鸣，导致教学效果较差。比如在齿轮传动章节，直齿轮的啮合传动相对简单，传动过程较为容易理解；但是斜齿轮和锥齿轮的传动过程则相对复杂，理解起来较为困难。在这一部分的课程学习过程中能够明显感觉到学生学习状态的差异。相对于文字或公式较多的多媒体课件，包含flash动画、视频影像的课件内容则能够激发学生学习兴趣，在一定程度上增加学生对于复杂运动过程的理解。对于零部件的设计计算、强度校核等问题，学生学习仍然较为吃力。比如V带传动设计、螺纹连接设计和强度校核等内容，不仅要求学生从多个角度分析设计问题，同时计算过程复杂，一般需要用到多个公式并查询数个参数图表。这就导致学生在零件的设计计算和强度校核的教学过程中往往不知所云，丧失学习兴趣，难以达到人才培养大纲既定的教学目标。重新组织教学内容，设计合理的教学方法和教学过程对于提升学生的学习兴趣和学习效果显得至关重要。
2教学内容的再组织和教学方法的探索
2.1教学内容的再组织。材料化学专业机械设计课程的教学目的在于培养材料化学专业学生工程知识能力的和创新素养，其专业目标在于培养应用型的技术型人才。因此，在课程教学过程中没有必要进行复杂的理论推导过程，只需要让学生明白如何使用公式以及公式的适用范围和情况即可。比如，在滑动轴承章节中涉及到的“流体动力理论基本方程”和“油膜承载机理”的推导过程。这一推导计算过程中涉及到流体力学、微积分等知识，超出学生的已有知识范围。因此在教学过程中该内容可以酌情略去，保留液体动压油膜形成的必要条件。即只需要让学生明白液体动力轴承正常工作的必要条件。学生学完后能够运用这一基本原理进行相对应的工况分析。经过教学内容的重新组织，不仅能够让学生感受到学有所用，学以致用，还能够增强学生学习的信心、获得感和成就感。基于以上分析和考虑，在满足人才培养目标的基础上，将教材中内容进行适当缩减显得十分必要[3]。在综合考量学生学习能力和课时安排的基础上，摒弃以往的“填鸭式”教学。以学生的接受能力为出发点，在保证知识体系完备的情况下，进行教学内容的再组织。轻理论分析，重应用实践，力求讲授内容少而精，深入浅出，对于提升教学效果具有重要作用。2.2教学方法探索。目前，多数机械设计课程的讲授仍然采用传统的教学方式，即以教师为教学活动的主体。这一教学方法存在诸多缺点。比如，“满堂灌”式教学过程缺乏互动，学生被动接受知识，学生在课堂中的参与度较低，课堂氛围较差。不仅如此，教师也很难把握学生的学习情况，也就不能适时调整教学内容和教学进度。如果这些问题得不到解决，机械设计课程很难取得良好的教学效果。确保学生在教学过程中的主体地位、采用线上线下混合教学模式以及安排合理的课程设计对于提升教学效果具有重要作用。(1)强调学生主体，增加课堂互动。学生始终是教学的对象和主体，学生的有效参与是课堂良好教学效果的保证。如何增加学生的课堂参与度，将学生置于课堂的主体地位值得教师在教学过程中不断探索和调整。随着教学改革的深入，诸如案例教学法、问题教学法等教学方法不断涌现，结合课程特点和章节内容特点，尝试适用的教学方法能够增加师生互动，提升学习效果[4-5]。比如在学习滚动轴承的组合设计一节时，教师先对一个典型的轴系固定形式进行讲授，抛砖引玉，然后组织学生分组讨论，并分析给出其他组合设计中轴系时如何实现固定的，最后则由学生完成其他组合设计内容的讲解[6]。这一过程不仅能够活跃课堂气氛，增加师生互动，防止学生在课堂上“置身事外”。同时以学生为主体地位的课堂，显著增加了学生在课堂的参与度，提高学生在课堂上的学习效率。(2)线上线下混合教学模式的应用。针对于课程内容多，课时安排少的基本情况，采用线上线下混合教学模式，充分调动学生在课外时间的学习积极性。借助河南城建学院“学在城建”网络教育平台，教师课外在教学平台上传学习资料，供学生课外时间学习。部分简单知识通过这一线上平台后，作为学生预习或自学的内容。课后，通过平台上传相关习题测验，进行教学效果把控。此外，教师在平台教师端口还可以掌握学生在课下的学习行为，而且能够对学生课下学习情况进行综合评判。将这一评判结果与课程的平时成绩进行挂钩，进而带动学生课下参与的积极性。此外，还可以依据平台反馈结果适时调整后续课堂的教学内容。(3)重视课程设计。课程设计作为机械设计基础课程教学重要的一个环节，其目的在于培养学生运用基础知识进行综合设计的能力[7]。基于专业培养目标适当调整课程设计内容，并将其与其他专业课程进行关联，不仅有助于机械设计课程的融会贯通，也有利于学生加深对其他专业课程的理解。此外，新颖的设计题目能够避免学生从网络上直接下载课程设计结果。比如，电极材料涂布机减速器的设计，这一课程设计完成的先决条件在于学生了充分解电极材料涂布机的基本工作原理和电极材料涂布的工艺参数，在此基础上进行相关设计参数的收集。通过参与这一课程设计，不仅能够加深其对新能源材料相关内容知识的掌握程度，又能够满足机械设计课程的综合能力培养，进而达到既定的教学目标。
材料化学教学范文4
[关键词]材料；有机化学；分子模拟；创新；教学改革
1前言
材料有机化学作为化学学科的基础课程，其主要研究化学材料的结构与性能。相较于其它课程，材料有机化学的理论性强、知识点多、化合物结构抽象、化学反应机理复杂。在传统的教学中教师往往采用实物模型展示的方式，然而现今材料化学中的化合物种类繁多，现有的简单模型已经不能满足日常教学的需要，因此在教学过程中学生很难理解部分复杂结构的化合物及其反应机理。如何将材料化学中的结构形象化、具体化是提高该课程效率的关键。随着计算机的飞速发展，计算化学作为一门新兴学科在生物、医药、化工等领域发挥越来越重要的作用[1-2]。传统的物理、化学研究方法面临着周期长、设备复杂、资金不足等问题，而模拟计算从量子力学角度进行材料结构与性能研究，被认为是揭示微观机理与加速宏观研究的有效手段。当前，模拟计算已经大规模的应用在科学研究中。在众多模拟软件中，Materialstudio(MS)具有友好化的Wiondows操作界面，可以将微观结构立体化，使得原本抽象的结构具有可操作性，同时它能够解决很多宏观上难以触及的问题，诸如：分子轨道、偶极矩、分子间作用力、热力学性质、结构稳定性和化学反应过程机理等。将MS应用在材料有机化学的教学中，可以将课本理论与实体化的反应历程结合，提高学生的理解力，形成长效记忆。下面笔者将从材料有机化学的教学现状、模拟软件介绍以及模拟计算用于材料有机化学教学中的实例展开详述。
2材料有机化学的教学现状及存在的问题
材料有机化学课程的服务面大，基本是生物、化学、化工、医药等专业的必修课程之一，对本科生后续课程学习乃至科研工作都起着关键作用。然而对于多数学生而言，该课程通常被认为是一门可怕的、挂科率高的课程，部分原因是知识点分散且抽象化。现阶段，板书和幻灯片教学是众多高校及科研院所的主要教学模式，缺少革新。正如国际化学联盟化学教育委员会前主席所感慨的那样[3]：“我们的许多教科书和教学方法都停留在过去的30~50年里，没有太大的改变。”然而抽象的书本教学使得学生在学习、理解该课程上出现了困难。学生难从本质上理解材料化学涉及的微观结构、分子间作用力、反应机理，从而觉得有机化学是一门枯燥乏味的理论课程。在研究材料有机化学教学现状中，渥太华大学化学教授艾莉森·弗林发现学生很不擅长对长链有机物进行命名，同时多数学生在思考反应机理时，很随意的将电子从一个分子分配给另一个分子，而不考虑这些分子之间化学键的限制。弗林教授归其原因是学生不能将材料分子的空间结构绘制出来，从而无法理解成键规则。总结而言，现阶段的有机学习教学中主要存在以下问题：(1)单靠阅读书本，学生很难构思出三维立体的分子结构；(2)抽线的理论知识使得学生无法从本质上理解反应机理，从而加剧对有机化学课程的厌学情绪。值得一提的是，特别是进入冠状病毒病大流行的特殊时期，晦涩抽象的材料化学在远程教学中面对着更大的挑战。
3分子模拟及模拟软件简介
尽管如此，新挑战也预示了新契机。现今随着计算化学的飞速发展，分子模拟被认为是一种提高学生学习化学知识兴趣的有效手段。诸如：Gaussian、Vasp、CP2K、Materialstudio等，这类模拟软件均基于一系列的半经验公式，包含密度泛函以及从头算方法等，被广泛的应用于材料有机化学中的微观结构解析以及反应机理探究，其在数字教学中或将发挥巨大作用。渥太华大学弗林教授他们借助可视化的OrgChem101模拟计算程序帮助学生了解化学语言和符号，并掌握长链有机物的命名及成键规则。此外，新加坡国立大学的化学教育者最近开发了一种方法，将化学模拟软件融入实验教学，改进了当地的教学策略。在国内，安徽医科大学提出将Gaussian模拟软件用于波谱分析的教学，利用模拟光谱有效区分出手性对映异构体[4]。此外，重庆文理学院采用化学模拟软件辅助反应机理的教学也取得很好成果[5]。然而如何融合模拟计算更形象的呈现材料有机化学中的抽象模型，相关报道较少，亟需我们进行深入的研究探讨。笔者自高校工作以来一直从事材料有机化学的教学科研工作，对材料化学课程的现状以及突破点有一定的理解，因此提出以模拟软件辅助材料有机化学的教学模式。BIOVIAMS拥有一套完整的建模和模拟环境[6]，包括：量子力学、分子力学、分子动力学、介观动力学等，旨在让材料科学和化学领域的研究人员预测和理解材料的原子和分子结构性质及其表现出的宏观性能。众多科研人员正在利用MS软件设计开发各种类型材料，包括催化剂、聚合物、复合材料、金属、合金、制药、电池等。本文笔者将阐述自己在材料有机化学教学中，采用理论模拟辅助教学的一些实例，包括发展三维立体教学，通过MS这一可视化模拟软件，在线搭建三维长链分子及其空间构型，更直观的获取材料分子的结构信息；为化学反应提供可视化的动态过程，让学生对反应历程、过程机理有本质性的理解。实践证明，将模拟软件融入材料化学的教学中，充分调动了学生的学习激情，提高了学生对基础知识的深入理解。
4软件模拟在材料有机教学中的应用实例
4.1分子三维结构的在线搭建及其空间结构分析
在材料有机化学课程中，分子结构、同分异构体以及立体异构体等是一个重要概论。初次接触的学生往往会由于缺乏空间想象力，而无法在脑海中操纵、旋转复杂这些结构。利用MS中Visualize模块可以绘制分子的微观结构以提升学生对空间想象力的培养。图1可视化的有机分子及其空间结构Fig.1Visualizedorganicmoleculesandtheirspatialstructure如图1a中，我们可以看到不同杂化方式的碳原子，并且能够从三维角度观测它们的空间构型。再如，判断同分异构体的构象是教学中的一个重难点。我们知道同分异构体是由于分子中单键的旋转而产生了相同原子而不同排列形式的构象，同分异构体间的化学性质截然不同。如图在1b-c中，如何判断1,2-二氯代丁烷两种同分异构体的内内消旋性？MS模拟软件可以轻松解决该教学问题。首先通过在MS绘制出1,2-二氯代丁烷的两种空间构象，可以清楚看到图1c中的对称性是由不对称性的碳原子引起，因此具有内消旋性，即为(2R，3S)1,2-二氯代丁烷。以上仅仅是简单分子的绘制，MS的功能强大在于它特别适用于复杂分子的绘制，如碳纳米管、C60、石墨烯等，如图1d。MS可以自定义的绘制任何有机物质，该软件的工具栏提供了多种杂化方式的碳键，方便在教学中随意的切换。利用该套绘制分子空间结构的功能，学生能够从不同角度观察分子的空间结构及成键方式，从而轻松解决材料化学中涉及键长、键角、轨道、电荷分布以及原子共平面等问题。通过在线搭建不同空间构型的有机化学分子，学生甚至可以远程亲手操控、旋转、增减该结构，加深对杂化理论以及同分异构的理解，极大增强对材料有机化学学习的兴趣。
4.2模拟计算分子间作用力
分子间作用力是指作用于原子和它相邻粒子之间的引力或斥力。分子间力相对于分子内力来说是很微弱的，主要包括氢键、配位键、范德华力、共价键、色散力等。深入理解分子间作用力对于材料有机化学学习非常重要。这里笔者将以氢键为例，阐述模拟计算在识别氢键中的有效作用。氢键指的是一个氢原子与一个电负性高的元素(通常是氮、氧或氟)以共价键的形式结合，键能介于成键作用和非键作用之间，常被描述为偶极-偶极键的一种极端形式。实际中，氢键的形成需要满足一定距离和角度要求。如何判断是否有氢键形成以及氢键形成的数量是判断材料稳定性的一个关键。在模拟计算中，通常根据以下两个标准进行氢键形成的判断(图2a)：(1)施体(指与氢原子成健的原子)与受体(指与氢原子形成氢键的原子)之间的距离小于等于0.35nm；(2)氢原子-施体-受体之间的夹角小于等于30度。为进一步在课堂上使氢键可视化，我们创建了水分子(图2b)，可以看到几何优化后的水分子氢氧键长为0.96Å，键角约为104.5度。而后构建1.0kg/m3的水盒子，能量最小化后计算出氢键分布。图2b中氢键用蓝色虚线表示，可以清楚看到中间水分子形成了3个氢键，进一步计算显示，水相中每个水分子约可形成3.5个氢键，跟文献报道一致。同时该模拟计算也给出了体系内的范德华及静电作用能分别为27.5kcal/mol，-150.9kcal/mol。MS为体系分子间作用提供了可视化的分析方法，在教学过程中，通过该套算法搭建分子间微观作用力与材料宏观性能之间的匹配性关系，将材料有机化学教学提升至一个新的高度。
4.3催化反应过渡态计算
过渡态理论认为化学反应中原子排列位置的变化是连续的，从反应物到生成物中间存在一个中间体，即过渡态，该中间体与反应物的能量差为反应活化能(图3a)。催化剂的加入能有效降低该活化能，使得化学反应更易进行。为了更直观的描述催化反应过程，笔者常用MS中的量化计算辅助课程讲解，使得原本抽象的催化反应历程具有可视化效果。甘油催化裂解是笔者在教学课堂中常举得一个例子。众所周知，甘油蒸汽在没有催化剂的情况下十分稳定，解离能很大，但是在Co催化作用下，其裂解活化能得以有效降低。为了探讨甘油蒸汽在Co0和Co2+界面处的转化过程，采用量子力学模拟计算甘油催化裂解。如图3b，计算过程中，由于能量最小化的驱使下，甘油分子最终停留在Co0和Co2+界面处，此时体系最稳定。随后根据公式计算出甘油四步裂解过程中的能垒数值，并绘制过程阶梯图，如图3c。根据该阶梯图，我们能清晰的看到甘油分子在界面处的裂解催化所需的能垒最低，即表明此反应最容易发生。材料化学教学中通过该实列的操作展示，学生可以更直观的看到化学反应是如何一步一步进行的，并且了解每一步都需要克服反应能垒，加深对催化反应及过渡态理论的理解。反应步骤一：CH2OHCHOHCH2OH→CH2OHCHOHCHO*+H2反应步骤二：CH2OHCHOHCHO*→CH2OHCH2OH+CO*反应步骤三：CH2OHCH2OH→CH3CHO*+H2O反应步骤四：CH3CHO*→CH4+CO*
5结束语
材料化学教学范文5
由于传统行业的不景气和校际竞争的加剧，调整专业方向，改革人才培养体系，建设应用技术型高校成为地方院校努力的方向[1]。近年来北部湾地区的发展对人才的培养提出了更高层次、更为迫切的要求。把握我校向应用技术型大学转变的良好契机，结合北部湾发展对人才需求的特点，探索创新型实践人才培养的途径，对于促进学校教育更好地与市场需求对接，完善教学体系、深化教学改革具有重要的参考意义。
1 材料化学学科的实践性和深化改革的重要性
材料化学是由材料科学和化学交叉形成的一个新兴学科领域，涉及材料制备、加工、性能等诸多方面，既有传统学科的基础性，也有新兴学科的工程实践性，在未来的科学研究领域、经济领域都将发挥至关重要的作用[2-3]。
玉林师范学院是北部湾地区较早升级的一所地方性高校，自2006年起就将创办非师范专业作为建设有地方特色的多科性大学的一个重要目标。经过近十年不断的摸索，我院材料化学专业建设从学科核心课程设计、课程体系、实践教学环节等多方面入手，引入了“平台+模块”的教学模式，逐步建立了相对完善的课程体系和人才培养模式。但随着经济社会的不断向前发展，从学生能力培养现状及用人单位反馈的信息来看，现有的教学体系已逐渐不能满足社会发展的需求，对现有教学体系特别是实践教学体系的改革已成为一项迫在眉睫的重要任务。研究探索材料化学专业教育体系的新途径、新思路，不仅有助于改进和完善现有的材料化学教学体系，还将为我校其他非师范专业的培育和建设提供经验参考。
2 现有材料化学实践教学体系中有待改进之处
从我院材料化学专业实践体系的建设来看，存在以下几个方面的突出问题：（1）实践性课程教学安排相对偏少；（2）部分课程实验内容变相重叠，题材陈旧，与生产过程脱钩；（3）教学手段和教学效果评价体系有待改进；（4）实践基地布局不合理；（5）师资队伍结构不合理。这些突出问题的存在，严重制约了我院材料化学专业的特色化发展，不利于学生科学创新思维，以及应用能力的培养，为此，通过多次的教学研讨，材料化学专业教学团队提出了相应的应对措施和整改方案，并先后付诸实施。
3 材料化学实践教学体系建设应对策略与实践
3.1 精选教学内容、强化实验系列教材建设
在材料化学专业的实践课程建设过程中，我们针对材料化学专业学生的培养，除开设《无机化学实验》《有机化学实验》、《物理化学实验》《分析化学实验》等课程外，还先后开设了《材料化学实验》《高分子化学实验》《高分子加工实验》《无机功能材料实验》等课程。虽然从开课的数量上讲基本上能满足学生动手能力的培养，但从实验内容的角度来看，存在一些亟待解决的问题，例如《材料化学实验》和《无机功能材料实验》教学内容存在部分重叠，单纯的《分析化学实验》已无法满足材料分析的要求，如何促进基础实验与专业实验的延续性和融合性，成为我们关注的一个重要内容。经过调研与研讨，材料化学专业教学团队针对这些问题提出了以下几条措施：（1）精选基础实验教学内容，明确实验课程的侧重点。例如《无机化学实验》与《材料化学实验》《无机功能材料实验》三门实验课程在内容上避免重复，无机化学实验强化无机化学基本原理与现象，材料化学实验则以无机材料制备与加工、改性方法为主，功能材料化学实验则突出材料结构对功能的影响，体现教学内容的延续性和层次性；（2）调整课时比重，适当减少基础实验课时，增加专业实验课时；（3）以立项的方式开展教材建设，通过给予适当的经费支持、举办教研活动等方式，鼓励教师以自编讲义为基础，建设规范化的、有地方特色的实验教材。近两年来，材料化学教学团队先后组织人员编写了《硅酸盐工业分析》、《高分子化学合成实验》等具有地方性特色的专业教材，所选题材大部分是以本地产业为背景。
3.2 加强校内专业实验室建设、充分挖掘外部实践基地条件，充实实验教学体系
在实验室建设方面，我们借鉴基础化学实验室建设过程中形成的形成完备的实验制度和教学体系，结合教师科研课题的需要，先后购置了红外光谱仪、紫外光谱仪、荧光光谱仪、粉末衍射仪、单晶衍射仪、扫描电子显微镜、材料显微镜、气体吸附仪、热分析仪等科研设备，具备了基本的材料制备、结构分析、性能研究所需的设备。在此基础上，我们针对有机材料方面实验相对薄弱的环节，购置了密炼机、流化床、螺杆挤出机等高分子材料加工设备，开辟了中试规模的高分子材料实验基地，弥补有机材料加工方面的不足，从建设经费、科研立项方面对高分子以及有机无机复合材料方向倾斜，促进无机材料、有机材料和复合材料方向的协调发展，在保证设备正常运行的前提下，充分挖掘已有实验设备功能，让学生在教学实践活动、毕业论文等环节中掌握相关设备的原理和使用方法、提高分析和解决问题的能力，体验生产过程。
除加强专业实验室建设外，我校积极挖掘本地资源，推动校外实训基地建设、先后在海螺水泥、三环陶瓷、银亿矿冶等相关企业开辟实训基地，建立了稳定的人才培养关系。通过利用这些校外单位的工作平台，借助其行业资源，开展工业实践教育，让学生通过见习、生产实习等方式参与到工业生产过程。结合学生就业，积极推动学生的驻厂实践，协调理论学习、实践教学和生产实践的关系，培养良好的合作关系。
3.3 完善考核体系建设，促进学生多样化发展
如何评价实践教学效果，考核学生能力，近年来一直备受关注。建一个多样化的、重视课程差异、尊重学生个性的竞争型考核方式成为我们教学改革的一个重要任务。我们参照师范生技能考核体系的相关指标，在三年级的专业课学习阶段，设置了应用型材料化学专业人才实践能力考核体系，从内容上融入了课题选题、综合设计、实践操作、实训报告、口头表达等几大模块，结合二级学院“大学生创业大赛”的开展进行考核评价，给出相应的评定结果，并给予适当的精神奖励。从近两年的实践效果来看，学生对于科研体系的价值认识有了一定程度的提高，参与各项竞赛、自主创业的热情都得到了很大的激发。另外，我们将校外实习单位的考核纳入到实践教学考核体系，针对校外实习单位缺乏约束，不容易考核的特点，增加了实习生自评和小组考评。当然考核并非我们教学的目的，只要能够达到教学目的，可以采用多样化的手段和形式，建立考核体系的目的主要还是促进学生自我提升，为后期的教学改革提供相应的参考指标[4]。
3.4 刚柔相济，加强“双师型”师资队伍建设
近几来，结合我校师资队伍建设的需要，我院结合专业发展定位，在材料化学专业人才梯队建设方面努力做到刚柔相济：（1）加强“内培外引”，提高教师队伍学历层次。一方面积极动员青年教师攻读材料科学方向的学位；另一方面加大力度从校外引进有企业实践经历的有机材料、复合材料方面的博士（后）。（2）尽可能挖掘实训基地人力资源。从企业“柔性”引进工程师加入我们的实践教学团队。我院先后从广西三环陶瓷、玉林市陶瓷检测国家重点实验室聘请了具有较高专业素质的工程师兼职参与我校的实践教学。（3）注重高校科研力量与地方产业的融合，加强“双师型”人才队伍的培养力度。通过积极推进部分教师以“科技特派员”等身份分别进入本地企业开展合作研究，促进产业研的直接对接。经过几年的努力，我院教师联合企业申报的省级科技攻关项目在数量和质量上都有了大幅的提高。这些做法对于完善师资队伍结构，拓展校外科研平台，促进产学研的有效融合起到了良好的推动作用。
材料化学教学范文6
关键词：物理化学课程 教学方法 职业教育
物理化学是冶金、材料各专业的一门基础课程，物理化学学习的差与好影响到接下来专业理论课程的学习。作为一门必修课，相比其他高职高专中有机化学等化学课程，物理化学具有概念的抽象性、逻辑性强，规律的前后相关性强，学习过程中应用其他学科的知识面广，计算公式繁多等特点。因此，学习者要想掌握好物理化学这门课程，不仅要具有良好的基础化学知识，还必须具有一定的高等数学和普通物理学的基础。物理化学课程作为材料专业与冶金专业学生学习的一门必修课、一门理论课、一门专业基础课，教师怎样教好、学生如何学好这门枯燥难学的课程，都存在困难。本文从物理化学课程教学的自身特点和逐步培养学生学习兴趣方面入手，对这门主要的基础课的教学方法进行一些粗浅的探讨。
一、适当减少理论深度，加强应用
物理化学这门课理论性、系统性很强，内容较多而抽象，公式又多，每个公式有其特定的使用条件和范围，所以学生接受起来感到有一定的困难，特别对于高职高专层次的学生，数学、物理和化学基础比较薄弱，学起物理化学来倍感吃力，听课很辛苦、作业很难做。这就对老师的课堂教学提出了更高的要求，作为教师应该因材施教，充分考虑到授课对象是基础比较差的学生，对物理化学理论的获得不应以大而多为目标，而是以够用、能懂为标准，并且能满足各专业学生学习专业课的需要，就可以了。对于大量的物理化学公式，推导过程复杂并且涉及到大量的高等数学的知识，要让学生都记住和掌握是不可能的，也是没有必要的。其实数学推导过程只是获得结果的一种手段，不是目的，所以对于一般公式及其推导过程，要求理解就可以不要求掌握，对于特别重要的公式要掌握其使用条件和物理意义并且要牢记。物理化学理论性很强并且概念规律偏于抽象，授课过程中要适当加以淡化，并且多联系一些简单易懂的实例。如在热力学第一定律和热力学第二定律的讲解中，遇到具体的计算时，重点关注化学反应过程的能量改变、反应的方向与限度以及反应的速率，而淡化对抽象物理的讲述，方便学生理解和接受。
二、根据不同专业需要，侧重不同教学内容
物理化学这门课程内容的覆盖程度广、综合度高，它包括了热力学、化学动力学、表面化学、溶液等知识内容。在实际的讲授过程中，不同专业对同一课程有不同的要求。对于物理化学这门课程，不同的专业不能用同样的讲课方法讲述同样的内容。根据不同的专业的教学大纲要求，对教学内容进行删减取舍。作为物理化学核心内容的热力学第一定律和热力学第二定律，是每个学习物理化学的学生必须学习的内容，可以不考虑是否与专业理论密切相关。而对于化学动力学应用部分，则可以根据实际教学情况，根据不同专业自身教学大纲和学时安排的要求，有选择、有侧重地讲述。如材料成型与控制技术专业在热力学应用部分要加大学时，重点讲授。化学平衡、表面化学应是材料工程技术专业的重点内容，在该专业的湿法冶金中经常用到化学平衡原理、表面活性物质等概念。而化学反应速率应是冶金专业有色方向的重点内容，多项反应、扩散等内容出现在铝电解的课程中，溶液应是冶金黑色方向专业的重点内容，而胶体化学、电化学和冶金技术专业相关很少，基本不用作为教学内容。应该特别指出的是，物理化学删减教学内容不是删减一些该讲的内容，要综合考虑教学大纲和整门课程体系的完整性，抓关键抓主要。
三、教学中恰当安排随堂加强直观教学
实验教学在物理化学课程的教学中占有十分重要的地位，它与物理化学课程紧密配合，通过实验教学，学生不仅可以巩固和加深对物理化学原理的理解，提高学生对物理化学知识灵活应用的创新能力，还培养了观察和分析问题的能力，加强学生动手能力，培养严肃认真、实事求是的科学态度和作风。例如，在讲解多相平衡反应这一章节时，我们让学生先做碳酸钙热分解的测定实验，这是一个典型的多项平衡反应。在学生有了对多项反应感性认识的基础上讲授这部分内容。像这样的做法还有很多，如实验室用蒸馏水洗涤容器为什么要少量多次和分配定律相联系，分离操作中的陈化原理和开尔文公式相联系等。
总之，恰当地将教学内容与实验操作联系起来，遵循“实验操作中的问题――引入讲授新内容――给出答案”，可以培养学生的科学思维能力与解决问题能力，提高学习物理化学的积极性。
四、列举实际生活实例，提高学生学习兴趣
物理化学知识其实存在于我们生活中的方方面面，只要稍加留意，就会在衣食住行中找到和物理化学有关的现象。因此在组织教学内容时，特别注意恰当地将教学内容和生活中学生遇到的实例结合起来，使学生认识到理论学习可以帮助解决实际问题，以此激发学生对物理化学这门课程浓厚的学习兴趣。将复杂的规律、原理、方法通过用熟悉、生动、简单的生活实例进行讲解，使学生容易接受，并且逐步培养兴趣。如考古工作中怎样根据动力学原理估算尸体的埋葬时间？根据一级反应的动力学方程，由于古尸上裹的碎布片中放射性元素碳14的衰变是一级反应，利用衰变半衰期及其活性可以计算出来。其他如陶瓷制品表面的结晶釉会产生富丽堂皇、光彩夺目的效果；打湿了的化纤衣服比全棉衣服易干，等等，这些奇妙的现象激起学生的兴趣后，就能促使他们去学习，当学生最终恍然大悟时，会深感学以致用的无限乐趣，从而投入到积极主动的思维之中，激发浓厚的学习兴趣，保证课堂教学效果。
五、贯穿人文教育，培养科学文化素养
物理化学中涉及的科学家很多，如盖斯、范托夫、克劳休斯、能斯特、范德华、阿伦尼乌斯、吉布斯等。他们发现建立的物理化学定理的方法不同，个人成长、成功经历也不同，在讲课过程中根据内容让学生去查阅科学家的生平、传记，了解他们成长的经历，写出小论文，有助于科学文化素质的养成。同时，在讲课过程中还可穿插一些科学家的小故事，把科学家观念的创新和科学思维的动人情节引入课堂教学，启发学生的创新激情，充分调动学生学习的积极性。比如发现了溶液中的化学动力学法则的荷兰科学家范托夫是第一位诺贝尔化学奖获得者，其他科学家像阿伦尼乌斯等等也曾获得过诺贝尔奖，通过在课堂中穿插这样的科学小故事，逐步培养学生的科学素养。同时，还可以讲讲我国物理化学的发展及作出贡献的中国物理化学科学家，培养学生们的爱国热情。
因此，物理化学的教学不应仅仅是向学生传授综合了数学化学的理论知识，培养其实验操作能力，更应是一种课程文化、科学文化的熏陶。
物理化学课程是一门基础理论性和实践性都较强的课程，对其他相关学科的专业课基础理论产生一定作用和影响。它在冶金与材料各专业教学中具有重要的基础地位。通过对教材选择、内容取舍、深浅把握、教学应用等方面多做思考研究，以取得更加良好的教学效果。
参考文献：
[1]王桂英.物理化学课程教学方法探讨.湖南冶金职业技术学院学报，2004（12）
[2]何红岩，马晶军，藏晓欢，李卫宁，任希霞，高等农林院校《物理化学》课程教学改革刍议.河北农业大学学报（农林教育版），2006（12）
[3]蔡邦宏.物理化学教学的几点体会.科教平台，2006（1）
