材料化学实验室

材料化学实验室（精选12篇）

材料化学实验室 篇1

摘要：针对目前卓越工程师人才培养模式,以案例的形式分析了材料化学专业分析化学实验考试改革理念、方法、技巧和创新点,强调正确掌握定量分析仪器操作的重要性,全面、客观、合理考核学生实验操作,提高学生学习的积极性和主动性,推荐了一种分析化学实验考试的新模式。这将对提高分析化学实验教学质量,培养学生实践应用和创新思维,起到很好的效果。

关键词：分析化学实验,卓越工程师,考试改革,评价模式

教育部 “卓越工程师教育培养计划”( 以下简称 “卓越计划”) 是国家工程教育领域的一项重大改革项目,通过实施该计划,树立人才观念和主动服务国家、行业企业需求的观念,对人才培养模式进行改革和创新,培养较强创新能力、满足经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才[1]。地方院校是培养工程师的主力军,承担着培养工程师的重要责任,是未来工程师的摇篮[2]。玉林师范学院是一所新建的地方本科院校, 2006年招收第一届材料化学专业本科生[3]。本专业的培养目标是: 立足广西,面向桂东南、北部湾,掌握现代化学与材料学基础的基本理论和研究方法,具备新材料研究和技术开发能力,能在化学、材料科学与工程及其相关领域,从事新材料的设计、检测、研究、开发和管 理等工作 的高素质 复合型人 才[4]。分析化学实验是材料化学专业的一门重要的专业基础实验课,是实现卓越工程师教育培养计划中的重要课程。通过学习该课程,有助于学生理解分析化学基础理论,熟练掌握化学实验的方法和正确的基本操作技能,并可强化学生分析和解决问题的能力,养成严谨、踏实、认真、求是的工作作风。因此,开展分析化学实验课程考试改革有助于卓越工程师的教育培养。在开展卓越工程师培养模式之前,材料化学专业的分析化学实验课总课时为104学时,分两个学期教学,课程考试采用笔试 + 操作考试的方式,第一学期采用笔试的考核办法,第二学期进行1 ~ 2小时的操作考试。从2012级材料化学专业起采用卓越工程师培养模式,在总学时不变的情况下增加了专业课的学时,该课程的总学时缩减为36学时,一个学期完成。 这造成学生对该实验技能不重视,不能正确掌握各种实验操作要领,进而影响培养学生的科学研究能力。为了适应分析化学实验教学目的要求,必须对该课程的考核方式进行改革。合理的考核办法既能反映学生的水平,也是激励学生认真、创造性地完成实验教学内容的一个重要环节,可以达到以考促学、以考促教、全面提高实验教学质量[5]。由于实验技能考试比理论笔试需要更多的监考教师,实验室工作人员需要准备多种考试器材,同时,也很难做到公平、公正的评分,不利于普遍推广。为此,笔者根据材料化学专业分析化学实验的特点及以往的教学经验,改革并完善了考核办法,充实了考核内容,制定了较为具体的考核方案。采取以下方式来评价学生成绩: 实验考核总成绩 = 平时实验考核( 20% ) + 期末面试考核( 80% ) ,平时教学中狠抓基本操作技能训练,阶段性进行考核。通过实验报告、实验小测验、平时上课表现等方面进行平时实验考核, 期末面试考核主要内容描述如下:

1考试目的和目标

1.1考试目的

( 1) 了解学生通过本课程的学习,掌握分析化学实验的基本知识、基本操作技术和典型的分析测定方法,增强对 “量” 的概念的认识,提高学生分析问题、解决问题的能力。测试学生正确的分析化学实验技能,同时又考核学生实验智慧。

( 2) 通过测试,培养学生严紧的科学态度,尊重事实与实验结果,要善于发现新现象,巩固和加深对所学知识的理解, 为后续课程的学习打好基础,有利于将来就业以及进一步深造学习。

1.2考试目标

( 1) 电子分析天平的使用。

( 2) 定量分析实验的基本操作。

( 3) 容量瓶、移液管、滴定管的正确使用。

( 4) 实验基础知识和数据处理。

2考试方式

采用面试的形式,按照 “操作 + 回答问题”的方式进行, 学生完成一个操作后回答一个问题,老师视学生的操作和回答问题的程度进行评分。操作分4个评分点评分,每个评分点20分,回答问题20分,总分100分。

抽签方式: 制作操作题试签和思考题试签,由学生在面试前进行抽签,按抽得的操作题试签和问答题试签进行考试。

入场方式: 按照学号顺序,学生依次进场抽签,提前一个学生进行准备,可带计算器,不准带任何有关实验资料。

出题方式: 事先公布操作题和思考题,学生自己练习和准备。

考试时间: 在分析化学实验结束后进行,每人约15分钟。

3考试前的准备工作

3.1考试说明

( 1) 测试在指定的实验室内进行,由2 ~ 4位教师主考, 1人测试和面试1个学生并评分; 应试者首先在评分表上签名, 由监考教师确认,然后在主考教师的安排下进行实验,在教师完成评分后并示意离开时才能离开实验室。

( 2) 实验时要注意操作规范。

( 3) 实验结束时要清理仪器和桌面。

3.2测试题及评分标准

3.2.1操作题及评分标准(表1,共80分)

3.2.2思考题及评分标准

试题包含50多个问题,学生完成实验操作部分后进行随机抽取问题,并当场面对教师作出回答。如减量法称量是怎样操作的? 增量法称量是怎样操作的? 宜在何种情况下采用? 在重量法中,为什么试液与沉淀剂都需要预先稀释和加热? 为什么标准溶液装入滴定管之前要用该溶液润洗滴定管2 ~ 3次? 是否需要用标准溶液润洗锥形瓶? 洗涤锥形瓶后是否也需要烘干? 在滴定中,有时候要在被测溶液中加入一定量的辅助试剂或蒸馏水,这些辅助试剂不与被测物质和标准溶液反应,对滴定的准确性是否有影响? 采用双指示剂法测定混合碱,如何判断混合碱的组成? ( 1) V1= 0,V2> 0; ( 2) V1> 0,V2= 0; ( 3) V1> V2; ( 4) V1< V2; ( 5) V1= V2。滴定Pb2 +时要调节溶液p H为5 ~ 6,为什么加入六亚甲基四胺而不加入醋酸钠? 采用邻菲啰啉分光光度法测定微量铁,该法测得的为什么是水中亚铁和高铁的总量? 等等,共50多个问题。

学生回答问题评分 标准共20分: ( 1) 准确性共16分; ( 2) 语言简明扼要、清楚、流畅共2分; ( 3) 整体表现共2分; ( 4) 独特见解可加分,但不超过2分。注: 其他方法酌情给分或扣分,如有创新可加分,但加分不超过2分。总分不超过100分。

3.3实验考试前准备工作

( 1) 实验室工作人员事先准备好各试题所需仪器和试剂4 ~ 6组,并分别摆放到考试用的实验桌上,注意贴好标签,仪器要事先检查、试漏,不合格的要更换。

( 2) 考试用到的各种试剂要符合要求,监考教师提前到实验室做预备实验,保证试剂质量符合考试要求,观察好实验现象,为正确评价学生实验结果做准备。

( 3) 操作面试试签和思考题面试试签折叠后让学生随机抽取。

3.4强调学生进行考前练习

考试前要指导学生利用课余时间反复进行实验操作练习, 复习所学的理论知识,巩固和提升学生的实验技能和实验理论水平,达到考试的目的。

3.5考前教师培训内容

考试前所有的监考教师都要到实验室进行预备实验,检查各种仪器和试剂是否符合要求,统一操作规范要求和评分标准,合理设置考生考位,确保做到评分的公平、公正性。

4本实验考试改革中的创新点

与过去的实验考试相比较,改革后的实验考试具有以下创新之处[6]:

( 1) 将笔试 + 操作方法改为实验操作与口头答问题相结合的测试方法,既可测试学生的分析化学实验技能,又可考核学生实验智慧,更能突显分析化学实验课程的教学目的和要求。

( 2) 采用开放式测试方式,事先公布考试的实验内容,让学生考前能了解测试的相关内容,强化考前练习,实现以考促学的目的。

( 3) 该测试内容面广,涉及教学中的大部内容,符合考试大纲的要求,评分也更加公正。

( 4) 学生完成考试所需的时间相对缩短,监考教师人数减少。

5本实验考试改革中的不足

( 1) 用Na2C2O4标定KMn O4的滴定操作中需要加热至70 ~ 80 ℃ ,开始滴定时反应较慢,耗时较长,约需15 min才能完成,其他操作题耗时较短,可以10 min内完成,先完成的学生会对操作此题的学生造成一定的压力,影响考试质量。

( 2) 有些操作环节耗时较短,学生操作很快完成,如果监考教师同时监考几个学生时容易造成漏失,需要经验丰富的教师监考,减少评分误差。

6结论

分析化学是一门实践性很强的课程,分析化学实验的实践教学是培养高素质人才的一个重要环节[7]。在卓越工程师人才培养模式下,通过改革分析化学实验的考核办法,培养学生的综合素质和能力,提高学生的重视度,拓宽知识面,实现知识与能力、理论与实践相结合,全面提高分析化学实验课的教学质量[5]。经过我校两个年级的实践,材料化学2012、2013级的学生的综合能力明显提高,达到了服务北部湾经济区新型复合型人才培养需要的目标。尽管通过改革过去的考试方法得出现行的考核办法,但我们还会做到与时俱进,在今后的实践工作中进一步完善、补充,使之适应新形势发展。

材料化学实验室 篇2

摘 要：为了进一步提高学生的创新意识和主动学习的能力，各高校加强了开放式实验教学建设。该文针对材料化学实验室开放式教学过程中暴露出的一些安全隐患，围绕安全常识的培训和考核、化学品的归档和安全管理、常用仪器设备的维护及安全教育、紧急应变预案的制定和演练等四个方面开展工作，探讨了材料化学实验室安全建设的一点体会，为开放式实验教学的顺利开展保驾护航，为培养出更多具有自我学习、自我完善能力和创新能力强的科学研究后备人才提供支持。

关键词：开放实验教学 安全隐患 安全建设 材料化学实验室

近年来，为了进一步提高学生的创新意识和主动学习的能力，各高校加强了开放式实验教学建设。笔者以本校的《无机材料工学实验》课程为实践平台，通过设立综合型和研究型的自选实验项目，有利于增强学生发现问题和独立解决问题的能力[1]。然而，材料化学实验室开放式教学过程中也暴露了一些安全隐患，出现了一些新情况和新问题[2，3]。首先，材料化学实验室涉及材料合成所需的机械设备以及各类危险化学品。其中设备包括搅拌器、球磨机、高压反应釜、烘箱、马弗炉等;化学品包括具有腐蚀性的强酸强碱、易燃易爆的有机溶液、毒性较强的气体(如硫化氢)或重金属粉末等。其次，开放式教学以学生为主体，而部分学生安全意识不强，动手能力和专业基础较差，这对开放式实验教学的顺利开展提出了挑战。最后，实验室在开放过程中因实验项目与内容增多，仪器设备使用率高，而指导老师有限，发生安全和环保事故的可能性大大增加。因此，加强高校实验室，特别是开放式材料化学实验室的安全教育和指导显得尤为重要。

笔者于7月赴香港城市大学学习，期间对该校实验室的开放式教学以及实验室安全和环保工作有了深入的了解，从中也学到了先进的理念和做法。该文整理了笔者在材料化学实验室安全建设方面的一些见闻和体会，提出了开放式材料化学实验室安全管理的要点。即主要围绕安全常识的培训和考核、化学品的归档和安全管理、常用仪器设备的维护及安全教育、紧急应变预案的制定和演练等四个方面开展工作。

1、实验室安全常识

有鉴于材料化学实验室的特殊性，学生在进入实验室之前必须通过安全管理人员组织的安全及基本技能培训，在实验操作过程中严格遵守实验室安全制度。

1.1 良好的实验室习惯

态度决定一切，要得到可信的实验数据，必须树立科学严谨的态度，养成良好的实验室习惯。实验室人员应保持工作台及地面整洁及干爽，不可在实验室内饮食或玩耍，不可在实验室内奔跑。在离开实验室前，应脱下实验服并彻底清洁双手。进行实验操作时只提取所需份量的化学药品。在实验进行中，不可离去不顾，应及时清理泄漏。留夜工作前，必须取得部门/系主任的批准。

1.2 个人防护

身体是革命的本钱，个人防护要做好。实验室人员在实验操作过程中应佩戴手套及实验服以保护双手及身体，避免直接接触化学品及过热的表面;使用安全眼镜、护眼罩或面罩以防止受到溅起的.液体、碎片及强光伤害。女生应将长头发束好并藏于实验服内。使用隐形眼镜的同学必须佩戴护眼罩。

1.3 玻璃器皿的处理

实验室人员不可使用破损的玻璃器皿。当从胶塞拆离或插入胶管时，应佩带防割手套。小心灼热的玻璃容器，避免烫伤。了解各种玻璃器皿的用途，如：烧杯、烧瓶、锥形瓶、量筒、移液管等，选用合适用途的玻璃器皿进行操作。

1.4 电力设备的使用

实验室人员应使用备有地线的电器和插头。切勿使用转接头或适配器，以免电路负荷过重。拔出工具的电源插头时，必须拉动插头，切勿拉扯电线。定期检查导线和插头是否有任何损坏。如果电器被弄湿，手湿或站在湿的地面上，均不可操作电器。在使用易燃气体(如：氢气、乙炔等)的区域应使用防爆设备。不允许单独进行带电工作。当工作于带电的电子电路时，不能触及接地的金属物体。

2、化学品安全

2.1 化学品的安全使用

实验室人员应了解所用化学品的性质及潜在的危害。处理化学品时要遵从有关的预防措施及指示。进行化学反应的实验时，不可将盛有化学品的试管或瓶口指向自己或他人。留意不稳定的化学品，有些可以在适当条件下自燃或爆炸，如金属锂和钠在常温下与水接触后迅速燃烧。摆放大瓶化学品应不高于肩膀的高度。在实验室室内活动须提高警觉，提防其他人突然改变移动方向。假如手拿玻璃器皿或化学品，而又不小心跌倒，应尝试将手上的玻璃器皿或化学品抛到远处，离开自己及其他人。此外，实验室内所有容器必须盖好并标明成分、名称、配置日期、拥有人姓名及实验室房号，不可使用任何没有标明成分及名称的化学品。切忌用嗅觉来分辨化学品。

2.2 有害废料的处理

材料化学实验室每天都产生大量的化学废料，如随意的将这些化学废物倒入洗手盆或厕所，势必会造成环境污染，危害人体健康。根据国家环保总局15号文“关于加强实验室内污染环境监管的通知”，我国已将实验室的污染纳入环境监管范围[4]。根据实验室废弃物排放的特点和现状，对少量的有毒气体可通过通风橱经稀释后排至室外。而大量有毒气体必须经过处理如吸收或充分燃烧，然后才能排到室外。化学废液则需弃置于指定的容器，标明废物的种类和存放的时间，并填写有关记录。含有重金属离子(Cr、Ge、Cu、Mn)的废液必须经过处理达标后才能排放。不稳定化学品的报废应遵从操作指南，如废锂片可置于水中销毁，但如果投入速度过快，可能会应反应过于剧烈产生爆炸。玻璃碎片应弃置于指定垃圾桶内，以防割手。

3、材料化学实验室几种常用设备的使用

实验室人员应了解常用机械设备的危险性，掌握其操作方法，并对设备进行定期检查和维护。

3.1 离心机及行星式球磨机

遵守操作指示，该类设备必须牢固于其位置，确保其振动不致令物件倒塌。不得佩戴领带、手套及穿着宽松衣物。确保负载平均分布。锁上盖板，才能操作设备。当设备未完全停止前，切勿打开。

3.2 高压反应釜

只有受过训练的人才可操作高压反应釜。明白操作指示才可操作高压反应釜。在高压反应釜内温度和压力未冷却回复正常前，切勿打开。在打开高压反应釜时，应站在有铰链的一边，操作时需使用隔热手套。

3.3 压缩气罐

使用合适的减压阀，防止减压阀沾上油脂或润滑剂。气罐应保持直立，并要牢固系紧，防止翻倒。不可强行用力开启气罐阀门，尤其是当阀门被卡住时。用手推车来运送气罐前，必须先把气罐阀门关上及拆除减压阀。将气罐放置于远离火源的地方。处理及使用压缩气体时，必须戴上安全眼镜。

3.4 通风橱

所有涉及挥发性化学品的工序，应在通风橱内进行。各通风橱有其特定的用途，须根据实验的需要选择适当的通风橱。化学品要放在通风橱深处并尽量把玻璃柜拉下以便有效抽走烟雾。切勿将通风橱用作储物用途。尽可能使用最小量的化学品及较慢得反应速度进行实验，务求减低烟气的产生。

4、紧急应变措施

实验室应建立紧急应变预案，并定时演练，提高实验室人员的应变能力，降低灾害的损失。

4.1 火警

实验室人员遇到火警，保持镇定，同时高呼“火警”，向附近的人示警。立即撤离发生火警地点。敲破火警钟玻璃。关上所有自掩门、扇门及防烟门以防止火势及浓烟蔓延。按疏散程序离开大楼。

4.2 触电受伤

如有人触电受伤，切勿触摸触电者，并在第一时间切断电流(站立在木板、厚报纸或塑料垫上，并用不导电的木棍把触电者推离导电体)。如果曾受过有关训练并证实伤者的呼吸和心跳完全停止，立即进行心脏复苏法。及时与医院、校保安室等有关部门联系。

4.3 一般受伤急救处理

如果吸入有害气体(如：硫化氢或一氧化碳等)，应立即将伤员脱离染毒区域，搬至空气新鲜的地方，除去患者口鼻中的异物，解开衣服，同时注意保暖，有条件的话可进行输氧或人工呼吸。如化学品入眼，应立刻用大量清水冲洗眼睛，冲洗最少15分钟，然后根据酸碱两类不同物质再作如下处理：酸类灼烧用3%碳酸氢钠溶液淋洗;碱类灼烧用3%硼酸溶液淋洗，并再次用水冲洗。如被化学品灼伤，尽快将伤处置于水喉下冲洗最少15分钟。脱去染有化学物的衣服，然后按酸、碱两类不同物质作如下处理：酸类灼伤用饱和的碳酸氢钠溶液冲洗，碱类灼伤用醋酸溶液冲洗或3%硼酸溶液冲洗。最后用消毒纱布轻轻覆盖伤处，尽快送伤者去接受治疗。

5、结语

上述相辅相成的安全建设内容，都是针对开放式材料化学实验室所特有的安全隐患提出。通过普及安全常识，帮助实验室人员养成良好的科学习惯;通过加强专业教育，有助于实验室人员了解化学品潜在的危险性及防护方法;通过设备培训及紧急应变措施，能增强实验室人员的操作和应变能力。这些措施能够有效降低材料化学实验室事故的发生，是开放式实验教学顺利开展的有力保障，为培养出更多具有自我学习、自我完善能力和创新能力强的科学研究后备人才提供支持。

参考文献：

[1] 李灵均.《无机材料工学实验》开放式教学实践[J].科技创新导报，(24)： 134.

[2] 宋刘斌.论地方高校教学示范中心建设[J].实验科学与技术，(3)：116-118.

[3] 陈曙光.《无机材料工学实验》教学改革的探索[J].中国科教创新导报，(17)：18.

材料化学实验室 篇3

[摘 要]高分子化学实验是我校材料化学专业学生学习的一门重要的实验课程，该课程既能使学生进一步理解和掌握理论知识，又能培养学生的动手能力及科研素养。通过让学生参与实验的准备工作、实验设计等活动，对高分子化学实验教学进行改革，激发学生的学习兴趣，提高学生的基本实验能力。

[关键词]材料化学专业；高分子化学实验；教学改革

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）06-0146-02

《高分子化学》是有机化学的后续课程，但同时更是高分子材料科学的启蒙课程，是学生掌握高分子科学基本理论和分析、解决高分子材料加工过程中的问题的基础课程。考虑到我校材料化学专业的一个重要发展方向是高分子材料， 《高分子化学》被选为材料化学专业的核心课程。高分子化学是一门以聚合物合成实验为基础的课程，聚合物合成实验教学有别于一般有机化学实验，但又是以有机化学实验为基础，它是培育创业创新人才的一个重要环节，是材料化学专业联系生产实际的实用性教学。高分子化课程实验教学相比于理论课程教学更具趣味性、实践性、复杂性、研究创新性。高分子化学实验教学在整个高分子化学的教学活动中起着重要的推动作用。

高分子化学实验教学属于课程内教学，开设的实验课程内容中有一部分能够很好地体现高分子科学的发展成果，学生的实践与创新能力在某种程度上能得到锻炼。但是仍然存在相当一部分验证性、认知性的实验，而且实验教学环节依然偏重于理论，注重高分子材料实用性的实验不多，不利于学生学习有关高分子材料的制备与加工。在学生进行高分子化学实验过程中，学生一般是按照已有的实验过程进行实验。实验前教师对相关实验重点、难点、细节等方面进行集中讲解，学生只需按照教师提供的实验过程，即可顺利完成实验。如此实验教学，不但阻碍了学生发现问题的能力、分析与解决问题的能力以及创业创新意识的提高，还使学生对教师产生依赖，并且抑制了学生的独立思考及创新能力的挖掘。

我校材料化学专业具有工科特色，和高分子材料专业比，材料化学专业的高分子材料相关课程的课时相对较少，开设《高分子材料化学》（《高分子化学》）、《高分子物理》与《高分子材料加工工艺学》，总共课时不到140学时。如何在有限的时间内，使我校的材料化学专业的学生既能掌握高分子科学的理论基础知识与学科前沿，又可以激发学生学习高分子材料的兴趣，是一个非常值得探讨的问题。

一、分配学生参与教师的前期实验工作

前期实验工作是实验顺利进行的前提条件。相比基础课程中的无机、有机化学实验，高分子化学实验有更多的实验前期工作需要准备，包括检修与调试反应仪器装置、玻璃器皿的清洗、配制溶液（如提纯单体、引发剂）等。粘附在玻璃仪器上的聚合物难以清除，学生在清洗玻璃仪器等设备的过程中，既懂得实验的成功来之不易，又能初步掌握聚合物的溶解性质。如聚苯乙烯单体中一般要加入微量的对苯二酚等阻聚剂，以避免溶液在储存、运输的过程中发生聚合（变质）。所以为了使实验顺利进行，缩短反应时间，开始实验前，在教师的指导下学生采用减压蒸馏的方法对单体（加入阻聚剂）进行提纯。这样，学生既加深了对阻聚剂阻聚原理的理解，又掌握了减压蒸馏的操作方法。通过积极参与实验前的准备工作，学生懂得实验的成功不仅取决于实验过程，而且与实验前期工作密切相关，从而更加重视实验教学过程。更重要的是，通过参与教师实验前期工作的准备，加深了对课堂理论知识的理解，熟悉蒸馏、重结晶等提纯化学物质的方法。

二、设计能激发学生学习兴趣的实验

调动学生学习主动性的一个重要举措是激发学生的学习兴趣。要激发学生的学习兴趣，设计的实验最好是学生既熟悉又陌生的内容。如尼龙66的制备实验，尼龙绳、尼龙袜子等，生活中很常见，但是如何在实验中采用己二酰氯与己二胺的界面缩聚来制备学生却不清楚，这势必将大大提高学生主动参与实验的兴趣。而且实验装置相对简单，一个烧杯即可完成。当学生将有机相与水相混合后，在两相界面马上就能看到一层聚合物薄膜的生成，而且该层薄膜拉出之后，又立即生成新的聚合物薄膜，可以连续不断地拉出，形成纤维状物质。实验操作不复杂，成功率高，过程新颖，操作明了，学生学习的积极性高。

三、注重开设实用、应用型实验

高分子化学实验教学为学生的创业、创新意识的培养提供了良好的环境条件，尤其是一些能结合实际生活的应用型高分子材料的制备，能使学生体会到高分子化学实验的实用价值，有利于激发学生走向的创业、创新。如在“聚丙烯酸型高吸水性树脂的制备”实验中，高吸水性树脂可用于日常生活用品如尿不湿等，由于该产物的实用性强，一方面可以提高学生动手实验的积极性；另外一方面也使学生深刻认识到高分子材料是一个与人们的日常生产生活息息相关的学科方向。类似的高分子材料还有粘接剂、涂料等，这些实验的开出将会使学生对未来从事该行业的信心倍增。

四、适当设计综合型实验

教材内高分子化学实验大多数是认知和验证型实验，学生只需要按实验参考书的步骤操作基本就能完成。如此实验虽然可以使学生的动手能力得到一定程度的提高，却不能使学生的综合能力、分析和解决问题的能力、创新的能力等方面得到合适的锻炼。综合型实验是内容和步骤较为复杂的实验，其中包含多个的知识点和基本实验操作，需要结合多方面的理论知识和技能，才能够顺利完成。综合型实验既能够训练学生综合运用所学理论和实践的技能，又能培养和提高其发现问题、分析问题、解决问题的能力。在综合型实验训练过程中，学生主动思考，敢于提出问题、分析问题和解决问题，学生的科学思考和创新意识获得很大的提升。

五、开设研究型实验

学生经过综合型实验的基本训练后，实验理论知识和专业实验技能都有了一定程度的提高。为了使学生了解高分子科学学科前沿、激发学生创业创新的动机，教师允许学生采取自愿组合的方式组成若干个科研兴趣小组。通过查阅文献资料，小组讨论提出实验方案，并与指导老师讨论方案的可行性，最后开展实验。结束时，上交实验记录由指导教师批阅给出评价，并讨论实验的得失。整个过程中，要求学生提交文献综述、可行性方案、实验报告或科研论文，锻炼写作科研论文的能力。显然研究型实验需要教师付出更多的劳动，为学生创造一个独立完成、接近实际科学研究的环境。研究型实验有利于提升学生分析问题、解决问题、独立工作、团队精神及创业创新等方面的综合能力。

六、改革实验成绩的考核方式

一个好的实验成绩考核方式要能够反映学生在实验教学过程中各个环节的表现。仅凭一份实验报告来评定学生的成绩是远远不够的，学生在预习实验、搭建装置、清洗仪器设备、打扫卫生等方面的工作都将得不到很好的体现，缺乏客观性和公正性。因此，可以借鉴无机、有机化学实验的考核方式，将实验成绩的评定方式细化：平时实验成绩60分，包括书写预习10分、统一服装5分、装置搭建10分、规范操作10分、卫生情况5分和提交报告20分；期末实验操作考试40分（随机抽取）。将实验成绩的评定标准在开课前公布，使学生不得不复习巩固所有开设的实验，从而达到熟练掌握各项实验技能的教学目标。

七、结束语

高分子材料作为我校材料化学专业一个重要的培养方向，《高分子化学》成为材料化学专业的核心课程，直接影响《高分子物理》《高分子材料加工工艺学》等后续课程的学习。我校材料化学教研室已通过对高分子化学实验教学的改革，在激发学生学习高分子化学科学的兴趣，提高学生的实践技能、创新能力和创业意识等方面有所收获。2015年3月5日，全国人民代表大会第十二届第三次会议开幕，国务院总理李克强同志在作政府工作报告中提及 “大众创业、万众创新”。今后，我们将秉成这一新理念，继续深入研究与探索，使高分子化学教学不断适应社会发展的要求，为培育更多材料化学领域的优秀人才做不懈的努力。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 于淑娟.高分子化学教学改革的实践与探索[J].广西师范学院学报（自然科学版），2009（3）：123 -125.

[2] 顾景梅，邹玉红，马小隆等.改进实验教学发挥实验室在培养高素质人才中的作用[J].实验室科学，2009（2）：35 -37.

[3] 刘宁，李田，王小丹，等.《高分子化学实验》课程的教学探讨[J].高分子通报，2011（7）：110 -112.

材料化学实验室 篇4

国务院学位委员会于1998年修订研究生专业目录时，特别设立了材料物理和化学专业。材料物理和材料化学是材料科学的重要基础。现代材料科学的发展已经由过去的宏观研究和发展进入到微观分析和研究，用电子、原子、分子的尺度来研究改变物质的性质，发展新兴的材料。特别是当今以服务于高科技，现代工业和国防为主的现代材料或新材料的需求量越来越大，新材料的研制与开发速度也越来越快，因而涌现出的新概念、新理论、新技术、新方法、新工艺、新产品和新问题越来越需要材料学家和物理学家等共同努力来归纳、整理、总结及创新。由此产生的材料化学新专业无疑是多学科知识交叉、渗透的结果。它给现代材料的研究、开发和应用以及相关科学的发展带来了新的空间，为新材料的可持续发展提供完善而系统的理论指导和技术保障。因为材料化学专业是技能性、实践性极强的学科领域。如何通过材料化学各实验课程的改革，深化学生对课堂知识的理解，培养学生的科学思维方式和实践能力，从而提高学生创新能力和综合能力，是我们面临的一个重要问题。如何通过实验培养学生多层次、多方向的掌握材料物理性能与材料的制备、工艺和测试手段的关系。并且通过独立操作和控制实验进程，培养学生的研究精神和创造能力是我们材料化学专业需要迫切解决的问题。我们通过分层次实验教学，取得了良好的教学效果。

分层次实验教学法研究

通过分层次开设实验，培养学生的合理的思维方式和实践能力，从而提高学生研究精神和创造性能力。具体过程分为以下三个步骤：

1. 加强有关材料化学专业基础性实验

在材料化学专业本科生具有了初步的化学和物理实验能力的基础上，首先将材料化学专业实验课程从相关理论课程剥离，综合成材料化学专业专门的基础实验课程，集中训练学生的材料制备和材料性能检测技能，并以此为实验室的开发重点，使学生的实验基本技能得以巩固和提高。

2. 开展综合性实验并结合本专业开展远程网络虚拟实验教学

在材料化学专业本科生已经具有初步的材料制备和性能检测的实验技能基础上，第二步开设综合性实验并结合远程网络虚拟实验教学。综合性实验的开设是为了适应社会的发展和需求，在综合实验新体系中，要求开设的综合性实验尽可能反映材料、生命、环境、信息等学科的内容;了解和学习材料化学研究方法与现代实验技术在高新科技学科中的应用成为我们新的建设目标。因此，不仅要打破专业的界限，还要打破学科的界限，使综合性实验成为跨学科、多技能的综合训练。在我们材料化学专业开设的综合性实验中，与材料、信息相关的实验有新型能源材料的合成，SDC(固体氧化物燃料电池电解质材料)的合成和表征，压电陶瓷的制备和表征等等;与生物相关的实验是天然物或中草药物的提取及指纹图谱等。这样可以使学生掌握无机非金属材料的制备方法和相关性能测试方法，掌握天然生成物质的提取方法和结构确定的手段，从而有效地提高学生的专业知识并扩展了知识面。为今后学生进行主导型研究性实验奠定基础。

目前，网络建设日益完善，网络速度和宽带不再成为制约网络虚拟实验教学的瓶颈。计算机软、硬件的飞速发展无疑使得虚拟实验环境更加逼真、智能。当然，虚拟实验在培养学生的动手能力、培养学生的误差分析能力等方面还不可能取代传统的实物实验教学方式。但是开设远程网络虚拟实验教学可以使接受远程教育的学生获得与在校生一样的从感知到理解的过程。有利于培养学生网络学习的能力，为终身学习打下良好基础。对我们专业来说，因为是新开的专业，很多实验还缺乏必要的实验器材，很多综合性实验课程无法开出。但借助远程教育平台，可以与兄弟院校和我校其他院系的实验教学资源实现共享，从而使相关实验得以进行，实现了学生对相关实验的认知。

3. 开展学生主导型研究性实验的模式

学生主导型研究性实验是在综合性实验的基础上由学生自己选题、查阅文献和设计实验，在教师指导下完成研究性实验论文并进行论文答辩。该模式的主要目的是全方位地锻炼学生实验研究的能力，充分调动学生的主动性和积极性，激发他们从事材料科学研究的兴趣和热情，为其今后的毕业设计和将来从事科研工作打下良好的基础。同时这种新的实验模式也提高了实验室在学生学习中所占的地位，建立了进实验室学习的意识。设计性实验对开发学生智力和创新能力有着重要作用。但在具体实施时，对学生的培养要有一个由浅入深的过程，我们材料化学专业的主导型研究性实验采取在大学中后期开设，在学生已经完成材料化学基础性实验和综合性实验的基础上结合指导教师的课题或相关专业后开设(可参考材料化学实验教程中的设计性实验)。具体过程一般为以下几个步骤：(1)选题;(2)查阅文献收集资料;(3)研究方案。学生设计实验原理，方法和步骤，拟定实验所需药品、仪器，探讨实验时可能产生的现象和容易发生的失误以及安全等应注意的问题，最后独立设计实验方案。实验方案包括：实验题目、仪器、药品、操作步骤和实验表征仪器等。然后将审阅实验设计方案交给教师，教师在尊重学生创造精神的原则下选出几种最佳方法，同时纠正某些实验方案的错误指出某些实验方案的缺陷，再将设计方案反馈给学生，将教师选中的方案交由全班同学讨论、完善。然后采取论文答辩的方式检验实验效果。在整个形式上基本是本科生毕业设计的模型，通过这样的实验为学生的毕业设计和将来的进一步深造奠定基础。

最后，在整个分层次法实验教学中，我们的实验室采取的是开放式实验管理模式，在时间方面，我们安排了中午、晚上和双休日对学生开放，让学生对实验结果进行一些探索，对实验基本技能进行巩固和掌握。同时，有2～3周开展专门的实验时间。在人员配备方面，采用专业课教师和实验室教师结合的方式，使每个实验都有专业教师进行指导，以保证实验的顺利进行。

结语

材料化学实验室 篇5

开放课题管理条例

（2008年制订）

一、为了规范管理，明确责任与义务和经费使用范围，特制定本条例。

二、凡经审批通过的课题经费只能用于在本实验室内进行开放课题的研究工作。

三、课题研究成果，如在国内外期刊或在学术会议上发表研究论文，应将“南京

工业大学材料化学工程国家重点实验室 210009(State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China)”列为作者单位之一，并注明“南京工业大学材料化学工程国家重点实验室开放课题基金资助项目，supported by the State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering”，中文论文请向南京工业大学材料化学工程国家重点实验室报送期刊封面、目录页和论文正文的复印件，英文论文可传送期刊发给作者的reprint电子文档，以便备案；如申请专利，专利权归申请人单位所有，如有本实验室合作者，南京工业大学大学应同为专利权人。

四、获本实验室资助的研究课题在实验研究工作结束时，需向实验室递交《开放

课题结题报告》，进展良好者，经实验室学术委员会同意，可给予持续支持。

五、经费开支的范围限于如下用途：

1.在本实验室中工作期间所需要的试验材料费、测试费、专用小型仪器设

备购置费、学术资料费等。

2.以本实验室为第一署名单位的论文参加国内外学术会议的会议费(1人次)

和论文版面费。

3.开发课题负责人或课题参加者来实验室工作的差旅费、住宿费等。4.研究工作中用实验室资助经费购置、加工的仪器设备和装置归实验室所

有。

六、重点实验室可为来实验室工作的课题执行人提供实验条件。

七、课题负责人如果不按时开展研究计划，或者获资助的研究课题在实验中与研

材料化学实验室 篇6

【关键词】材料化学；实验教学；科研课题；教学改革

中国分类号：H191

在理工科专业中，材料化学专业属于应用型专业，其实验课教学极为重要。在目前的材料化学实验教学中，存在实验内容单一、实验设备欠缺、实验人员固定，学生的实验兴趣与主动性不足等问题。[1]而在现代科学技术高速发达的今天，不仅要求材料化学专业的学生掌握化学理论知识、材料基础知识，更要求学生具备仪器操作能力、实验能力、创新能力，需要学生具备创作性地将材料基础知识、化学理论知识转化为科学技术的能力。为培养符合社会需求的化学人才，与科研课题相结合的材料化学实验教学模式成为主要途径，这种实验教学模式有助于培养学生的实验激情、激发学生的科研潜能，培养高素质的应用型化学人才。

一、实验教学模式的可行性

在我国的一些高校中，与科研课题相结合的材料化学实验模式已逐步开展，这种实验教学模式在高校中的开展需要高校科研项目、学生实验条件、教师科研水平等的支持。而在目前的高校科研中，一些教育型高校的科研质量、所获的科研经费、教师水科研水平、实验条件等还不能大规模的开展科研实验教学。[2]因此，高校应根据学生的基础、学校的具体实验条件，安排适当的课题、学时，有计划、有步骤的开展与科研课题相结合的实验教学。此外，教育部对教学型高校的科研申报应大力支持，帮助高校开展一些省市级科研项目，提高学校的科研水平，使与科研相结合的材料化学实验教学模式的开展成为可能。

二、实验教学模式的实施

（一）、选择合理的科研实验内容、模式

首先，教师应根据学生的研究性学习的方法、特征，收集符合教学的相关资料，以此选择可供实验教学的科研课题。在此基础上，教师应依据具有明确针对性、体现科学性、具有一定创新性、适当难易度的標准进行课题选择，并对所实验的课题内容进行确定，对实验指导进行撰写修订。其次，在实验教学中，教师应根据学院的要求，对实验模式进行确定，可先进行小规模、短学时的课程。对于课时的安排，应综合考虑实验难易度、经费等因素，合理调整科研项目内容，使实验符合课程需求，符合学生需求，可对一个科研项目进行分解，合理调整，取其中的一个内容进行实验，也可将几个基础性的材料化学实验整合为一节实验课等。这样既可使学生在有限的课时内完成实验，也使学生接触到完整的材料化学知识、科研实验知识等。

（二）、教师的合理的指导

在与科研课题相结合的材料化学实验教学中，教师的指导极为关键，它是实验得以开展的基础，是学生实验学习、进行的依据。教师应有计划、有目的的组织学生进行交流、讨论，收集整理有用的实验材料、结果，为科研课题实验的开展提供依据。在学生实验的过程中，教师应及时、认真观察实验，对学生出现的问题进行及时指导，确保学生实验的可进行性，使学生能在规定的时间内完成实验，提高学生实验兴趣与热情。在实验完成后，教师应及时将实验结果、讨论写入实验报告，并安排学生课后完成实验报考，教师对学生的实验报考进行检查、评价，给予合理意见，更正实验问题等，加强学生对实验的认识，提高学生的实验能力。[3]

（三）、引导学生主动学习，积极合作

在传统的材料化学教学中，"灌输式"的教学模式使学生的学习主动性降低，不利于学生实验能力的培养。在与科研相结合的材料化学实验教学中，教师应改变教学模式，以"探究式"的教学方式进行教学，使课堂生动、活泼，激发学生的学习兴趣，实验热情，引导学生主动思考，提高学生的思考能力、动手能力。同时，教师应围绕科研课题，引导学生自主发现问题，并对学生进行分组，确保每小组独立完成任务，每小组的学生通过收集资料、分析信息，解决问题，不仅提高学生的动手能力、解决问题的能力，也培养了学生的合作意识、提高学生的合作能力，为以后的科研实验打下基础。

（四）、加强校外实习基地的建设

开展与科研课题相结合的材料化学实验教学，实验基地的建设尤为重要。高校充分利用多种渠道，加强与企业单位的合作联系，加强校外实验、实习基地的建设，以此增强学生的实验实习时间，提高学生的实践能力。一些高校可在一些化学材料相关企业实习基地，满足学生的实习需求，此外，学生应选择合适的科研项目，鼓励支持学生在所实习的基地进行科研实验，教师并定期的到实习基地，结合实习基地的实验条件、具体情况，给予学生科学的指导，确保科研课题的顺利完成。同时，教学可采用企业、学校双导师制联合的方式，学校、企业各派一名导师到实习基地指导。[4]由于学校、企业所排的导师的侧重点不同，对学生的指导也不同，可使学生的材料化学理论知识、实际实验能力都得到提高。

三、结束语

在高校的材料化学教学中，与科研课题相结合的材料化学实验教学模式的开展需要根据学校的实验条件、科研经费状况、师资水平等因素，合理科学地选择科研课题、实验内容、实验课时等，以此确保实验进行的可行性。在实验教学中，教师应选择合适的科研实验内容、模式，给予学生适度的实验指导等，使学生准确掌握实验知识，提高实验能力。同时，高校应加强对实验基地的建设，提高学校的科研实力，为社会培养更多更优秀的具有实践、创新能力的高素质化学人才。

参考文献

[1]田俐，刘胜利，申少华，肖秋国，曾云龙，刘俊成.教学与科研互动培养创新型应用人才--材料化学专业实验教学新模式探讨[J].当代教育理论与实践，2011，07：70-72

[2]田俐，申少华，刘清泉，张欣，张馨.材料化学实验与科研课题结合的教学模式[J].实验科学与技术，2011，06：131-133

[3]隋春红，王程，韩丽琴，董顺福.与科研课题结合的化学实验教学模式在教学型高校的实践和体会[J].中国校外教育，2012，25：41

材料化学实验室 篇7

近年来, 随着市场经济的逐步确立和对外交流的扩大, 我国高教体制发生了深刻的变化。在高等教育深化改革中, 培养学生的综合素质、实践能力和创新能力是一个根本性的指导思想[1]。材料化学是一门工科类的应用型学科, 其化学实验课的教学显得尤为重要。为此, 我们对材料化学专业综合实验进行了改革。

1 材料化学专业综合实验实施教学改革的原因分析

1.1 传统的材料化学专业实验教学的弊端

传统的材料化学专业实验教学模式只是让学生照着书做一遍实验, 只是重复原有的知识, 很少有真正的探索与创新。学生上过实验课后, 只会机械重复, 不具备真正的创新能力, 从而不能独立设计实验开展科研, 也很难解决新的实际问题, 这就给他们将来的工作或者进一步的研究学习造成很大困难[2]。这种旧的实验教学模式显然已经不适用于21世纪的材料化学专业综合性的应用型创新人才的培养。为适应现代社会发展的需要, 有必要改革旧的实验教学模式, 建立新型的复合型创新人才的培养模式[3]。

1.2 材料化学专业综合实验教学新模式的优势

教改后的材料化学专业综合实验, 引入科研思维, 引导他们学会科研思考, 同时将以往的重复性实验改为离科研比较近的探索性实验, 在实验教学中不断增加开放度, 放手让学生积极思考, 大胆尝试和探索。这种由单一的、重复性的验证性实验向设计性、综合性、探索性实验转变, 既有旧知识的再现, 也有新知识的产生, 训练了学生的科学研究素质, 培养了学生的创新意识和创新能力, 也提高了学生解决新问题的能力, 以及独立开展新实验的科研能力。实践证明:与科研课题相结合的材料化学专业综合实验教学新模式的建立, 对于培养学生学习和实验的激情, 调动学生的积极性和主动性, 提高学生实践操作能力、组织协调能力、解决问题能力以及培养创新型的全方位发展的综合性优秀人才具有非常重要的作用[4]。

2 材料化学专业综合实验教学新模式的内容

2.1 改革实验模式

随着实验课教学改革的不断深入, 沿用多年的实验课模式已不能适应新形势, 于是, 我们改变了以往专职专用的单一实验人员的构成模式, 组成了一支高学历、高职称、专业性强、教学和科研经验丰富的中青年教师队伍, 分管各实验室的现代大型贵重仪器设备, 并从事该课程相关部分的实验教学及实验的指导工作。如分管x射线粉末衍射仪的教师从事XRD实验的教学, 分管扫描电镜的教师负责SEM实验的教学等。这些改革为新课程教学体系和实验教学体系的正常运行提供了有力的保证。

2.2 增加师生交流

在实验教学活动中, 师生间的信息互馈是对实验教学活动的一种评价, 是实验教学活动中不可或缺的重要环节。实验结束时, 师生共同讨论思考题, 同时鼓励学生对现有的实验内容提出改进方案, 并积极采纳。巧妙安排, 纠正学生重“结果”轻“操作”的不良习惯。师生共同讨论还可以使学生看到自己实验结果的重要性, 激发学生的实验热情。

2.3 提供鼓励创新的环境和政策

科研素质是一个长期积累的过程, 不能仅仅依靠课堂或者实验教学。作为实验教学单位, 要创造一个良好的学术氛围, 来促进学生自觉从事科研活动, 培养创新能力, 提高自身素质。适当的鼓励会促使学生主动思考问题, 激发学生学习专业基础知识的兴趣及探索、创造的科研热情, 引导学生自觉走上提高科研素质的道路。比如对学生的创新活动、学生参加学术会议、学生发表论文、学生参与国家比赛等给予物质和精神上的鼓励, 并为其创造良好的环境, 给予理论上的帮助。

3 结语

以上对材料化学专业综合实验教改项目作了具体分析和总结。希望通过对综合实验的教育和改革, 使其符合现代教育、素质教育和创新教育的要求, 增加实验技术教学的实用性、多样性和先进性, 培养出知识—能力—素质三位一体的新型人才。

摘要：本文对材料化学专业综合实验教学改革进行初步探索, 对开展教学改革的原因及实验教学新模式进行了分析, 通过近几年的实践对综合化学实验改革的重要性有了更深层次的认识。

关键词：材料化学专业,综合实验,教学改革,实验教学模式

参考文献

[1]顾斌, 黄余改, 方夏.仪器分析实验教学改革探究[J].江西教育学院学报, 2011, 27 (2) :66-67.

[2]左国防, 李艳红.论设计性实验与学生问题解决能力的培养[J].天水师范学院学报, 2003, 5 (23) :80-81.

[3]陈步云, 李红, 李爱群, 等.构建实验教学大平台培养具有创新意识的人才[J].实验室研究与探索, 2010, 29 (8) :91-93.

材料化学实验室 篇8

一、研究性问题创设的原则

知识是前人经过若干年的实践经验总结并且经过科学工作者多次验证是正确的结果。当这些知识形成教材内容时,其知识性、科学性、逻辑性、规范性当然也是无数次的归纳、总结、推敲的结果。传统的灌入式、注入式教育模式就是按照教材的章节次序照本宣科、人云亦云。知识从教师到学生变成了单向流动。事实上,即使是书本上的知识,对于学生而言,也是新的或未知的知识领域。用恰当的思路引导学生由已知世界进入未知世界,当然是课程教学的第一艺术特色。

(一)引导性

创设问题的第一原则就是应该具有引导性,引导的目的是利用这些问题指引学生进行有目的、有规划、有条理、有针对性的预习、听课和复习。引导性问题可以更好地吸引学生, 让他们积极地参与到探究、发现等学习活动中来, 进而深入理解重要的内容和观点。引导性问题还可以把孤立、分散的教学活动联系起来, 有利于把学生引向深层次的理解[6]。培养学生自主学习能力、归纳总结能力、知识逻辑关系认知能力和知识应用创新能力。所提出的问题应该能够指导学生首先完成相关教材内容的阅读,从中找出知识的关键点、所能解决的问题、知识领域的逻辑关系、基本知识和原理的实际应用。

(二)涵盖性

任何研究都是从问题开始的,而问题的提出需要满足某种诉求。只有问题提出有效,能够吸引并指导学生达到“曲径通幽”,才是成功的问题设计。教材,通常是按照基本概念、基本知识和原理、概念和原理应用的层次关系来编写。因此,所创设的问题要能够涵盖基本概念、知识和原理。最重要的是所创设的问题应该体现一条知识主线,这条主线体现出章节知识的完整性。而对于实验课程,诸多问题是原理和方法的有机结合,同时也是探索未知领域的有效引导。教师所创设的问题不但能够涵盖实验中的内容,更重要的是涵盖学生进行创新研究所涉及的未知领域。此时的实验报告不再是传统意义上的照搬,而是一个研究报告,因而也就不再千篇一律。

(三)针对性

知识逻辑关系教学法,教师不是把现成知识与结果直接呈现给学生,而是有针对性地选择探究主题、设置问题,引导学生发挥主动性,让他们自主地分析、解决问题,并且激发学生不断探索未知知识领域的激情与动力[7]。教材的编写是有层次的,知识点是有逻辑关系的,而教材的层次与知识的逻辑并不是等同的。这就要求在学习、总结知识的基本概念、基本原理的前提下,更加深入地掌握知识的内在逻辑关系,形成学科知识的三维结构体系,知识才会在学生的头脑中变成生动的、有立体感的、有逻辑关系的内容。在实验过程中,学生才能通过自己的研究,把握相关领域内容的基本原理、研究方法、研究思路。

(四)逻辑性

实验课堂绝不是简单的重复。培养具有独立解决实际问题的工作能力和创新能力才是根本目标。知识领域逻辑表现的是知识体系内在规律的衔接[8]。所以,问题的创设要体现出知识体系的逻辑关系,方可使知识在学生的头脑中生动而又立体,形成根系发达、枝干粗壮、枝繁叶茂的知识树。

二、教师的作用

教师不总是学生的向导,同时也应该是学生的助手。教师在设计实验教学内容、教学组织形式的同时,对学生合作研究、探究式研究方式进行设计,让学生能够分工协作,集体探讨,共同解决一些疑难,发挥集体智慧,培养团队精神,使实验课堂更多地变成师生共同探究知识、协作开展学习的场所。体现我国著名高等教育学家潘懋元和李秉德强调的作为一名高等学校教师应该起到的“教学过程的主导、教育研究的主体和教学改革的主力”的相互联系、相互促进的三大作用[9,10]。

(一)发挥教师的主导作用

教学的本质在于通过师生互动,使受教者自我觉悟。取代教师绝对权威角色的是合作、民主的师生关系[11]。教师的主导作用体现在教师要凝练教学内容,科学设计问题,把握问题的深度和广度,构成完整的知识体系,所设计的问题要符合学生认知规律,具备合适的知识梯度,体现对学生能力的培养。教师必须具备转变观念的素质、发现问题的素质、创设情境的素质、引导发现的素质、研究实践素质和科学评价的素质[12]。在教师和学生的共同学习过程中,逐步探究知识主题,激发学生的学习意愿,让他们不断研究、实践, 最后发现问题的本质。当然,教师还要引导学生反思学习过程,根据反馈和自我评估的信息,更深入地挖掘知识理论及其逻辑关系的核心观念。实践课堂尤其如此。

(二)重视学生的主体作用

“鱼”与“渔”的关系论由来已久,教学方式的采用其目的都应是调动学生学习的主动性,激发学生的兴趣和好奇心,鼓励学生积极参与研究过程。参与性是大学教学的基本原则。教师以学生为主体,积极营造主动探究的氛围,激发学生实践的内在动机,启发他们的兴趣和对未知领域的好奇心,经过思维的整理加工、实践探索,成为自己的东西。在对知识的研究中有所发现,有所突破,有所建树,提出新的概念、范畴、体系、命题和观点,拓展了已有研究对象的范围,带动知识的认知达到新高度。

三、研究性教学的实践策略

材料化学是从化学的角度研究材料的组成、结构、性质、制备、表征、设计与应用的一门科学。它是在学科的生长和发展的相互交叉和相互渗透中,由基础学科化学直接介入材料科学而形成的新兴学科,它既是材料科学的一个重要分支,又是化学学科的一个组成部分,具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。目前在我国,开设材料化学专业的高等院校已超过百所,多数的985及211院校均设有材料化学及相关学科专业。随着材料科学和化学科学领域的不断进展,作为新兴学科的材料化学发展日新月异。从材料角度讲,材料化学涵盖功能材料所涉及的纳米材料、光学材料、磁性材料、电学材料、声学材料、陶瓷材料、半导体材料、高分子材料等多个学科领域。材料化学以培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术,具备材料化学相关基本知识和基本技能,能在材料科学与工程及其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料化学高级专门人才为目标。因而,材料化学专业实验课程应以材料化学专业主干课程材料科学基础、固体化学、材料化学、功能材料、材料制备技术、材料近代分析测试方法等为基础,实现具有基础性强、涉及面广泛、内容新颖、涉及科学研究最新前沿、综合性强、体现学生设计实验和在实验中锻炼培养科学研究能力等特点,并在基础知识和能力培养方面更加注重学生对物质微观结构和性能的解析认识,使学生在完成基础理论学习的前提下,材料的制备方法、性能分析测试手段等能力也得到培养和训练。在完成材料化学专业实验研究性教学工作方面,笔者与学生主要共同进行如下几方面的工作。以“介孔Zr O2的合成及四方晶相稳定性能”实验(参见《材料化学专业实验》教材,董国君主编,化学工业出版社,2013年)为例。

(一)实验准备

实验的准备阶段不是学生的简单预习,而是在学生预习的基础上,教师讲解Zr O2的晶相结构、X射线衍射(XRD)对体相晶相的表征以及拉曼(Raman)光谱对表面晶相的表征原理及结果、金属离子对四方相Zr O2结构的稳定作用、表面活性剂及表面活性剂助剂对介孔材料结构的调节作用以及实验方法。尤其要指出的是,要培养学生的创新能力和研究兴趣,此时问题的提出是高质量完成整个实验的关键所在和引导。实践过程中,针对本实验所提出的问题及其目的、开展研究工作内容见表1。

进行上述问题分析及指导,学生的实验活动及研究工作便成为有目的的、有内容的、体现学生思想的、且真正培养学生独立思考能力的过程。

(二)实验研究过程

既然我们已经获得了实验研究的目的和研究问题,实验便可在一定的、可设计的思路指导下,按照所设计的流程进行深入研究。学生的研究内容、实验方法、表征测试手段等是互不相同的,但总体上都是围绕着实验的目的和宗旨进行的。实验研究及内容总结的流程可用图1表示。

(三)创新研究

这里所说的创新研究是学生根据自己所设定的研究问题,拟定的研究方法、研究方案、研究步骤进行规范实验研究的过程。在这个过程中,学生自然会对介孔Zr O2的制备工艺、结构和性能的影响因素等逐一进行讨论,并且通过自己的实验获得最直观真实的实验结果。研究过程中,学生一定会发现大量书本上没有的、事先没有想到的新问题,同时学生也一定会不断修正自己的研究思路和研究方法,使研究工作趋于完善。同时,这样的研究是富有启发意义和建设性的,摆脱了传统的照方抓药模式,开阔了学生的视野,有助于他们创新思维和创新精神的培养。

(四)研究总结

研究总结不是简单的描述实验过程和结果,而是学生必须学会并掌握相当大量的数据解析和处理手段,并根据自己的研究结果,分析获得研究结果和结论。这个结果和结论是学生在一定的指导思想下独立设计并通过实验研究所完成的。因而,实验研究报告不再是简单的照搬照抄,而是真正论文性质的研究报告。在这个研究过程中,学生的感触一定是充实而富有成就感的。

采用研究性实验教学方法不但有效避免传统实验课程模式所带来的内容枯燥、照搬照抄、千篇一律、学无所得的弊端,而且具有知识条理清晰、启发和调动学生学习主动性、便于建立知识整体性和培养学生独立设计研究内容及创新能力的特点。

摘要：文章从大学开展研究性教学的意义与特点出发,基于材料化学专业实验课程知识体系的特点,从问题创设的原则与教师的作用两个难度,探讨了研究性教学的实施策略。

材料化学实验室 篇9

在超大规模集成电路(ULSI)制造中,化学机械抛光技术(Chemical Mechanical polishing,简称CMP)已成为半导体加工行业实现硅片全局平面化的实用技术和核心技术。随着超大规模集成电路的发展,硅片尺寸不断增大,其面型精度要求也越来越高,影响硅片面型精度的主要因素是硅片表面材料去除的非均匀性。CMP的最大问题之一是硅片材料去除非均匀性,它是集成电路对硅片表面平坦化需求的一个重要指标。材料去除非均匀性的大小,关系多层布线质量的好坏,只有彻底掌握硅片CMP过程中影响材料去除非均匀性的形成机制,才能更好地采取相应措施控制硅片表面材料去除的非均匀性,满足IC对硅片表面平坦化程度的需求。遗憾的是,目前CMP材料去除非均匀性(Nonuniformity)形成机理还没有弄清楚[1,2]。

目前,在硅片CMP材料去除非均匀性的研究方面,Hocheng等人[3]通过对硅片表面相对速度及其影响参数的分析,建立了以硅片与抛光垫相对速度为依据的材料去除非均匀性预测模型,并研究了单头抛光机运动变量对硅片CMP材料去除非均匀性的影响;Tso等人[4]通过对双面抛光机抛光头与抛光盘的运动关系研究,分析了磨粒在硬盘基片上的划痕分布非均匀性及其影响因素;Luo[5]也认为硅片表面上的速度分布非均匀性导致了硅片表面材料去除的非均匀性;V.H. Nguyen[6]等人也从硅片表面上的相对速度分布方面研究了材料去除率的非均匀性。根据大量的研究分析,在硅片CMP时,磨粒的机械作用是硅片表面材料去除的主要机械作用[7],磨粒在硅片表面的运动轨迹不仅最能反映出材料去除率多少,也能很好地反映出硅片表面材料去除非均匀性的高低[8]。因此,仅以硅片表面相对速度变化来建立的硅片内材料去除非均匀性模型不能反映硅片表面材料去除非均匀性的形成机理,尤其是在以磨粒起主要材料去除作用时更是如此。

硅片表面材料去除非均匀性有三种表示方法,一是硅片内材料去除非均匀性(With-In-Wafer Nonuniformity, WIWNU),二是芯片内材料去除非均匀性(With-In-Die Nonuniformity, WIDNU),三是片间材料去除非均匀性(Wafer To Wafer Nonuniformity, WTWNU),本文主要研究片内材料去除非均匀性,其研究结果可以扩展到芯片内材料去除非均匀性及片间材料去除非均匀性。

2 材料去除非均匀性实验

2.1 实验方法与实验条件

取直径为的单晶硅抛光片若干,在1000级的超净室进行CMP实验,抛光前、后分别检测硅片表面上各同一点的厚度,计算出抛光前后各点的厚度差,便可计算出材料去除率及材料去除非均匀性。经检测,抛光前单晶硅片表面的粗糙度Ra为0.35nm左右(在ZYGO 5022轮廓仪上检测)。实验用抛光机为美国CETR公司生产CP-4实验抛光机,抛光压力设置为3psi,抛光头摆动速度Vb=1.5mm/min,摆动范围Ac=6mm,e=59mm,抛光垫为Rodel IC1000/SubIV 平抛光垫,抛光液为Cabot公司生产的商用抛光液SS12,抛光液流量为100ml/min,实验用水为18.24MΩ的去离子水,每次抛光前采用金刚石修整器用去离子水对抛光垫进行修整15分钟,1000级的超净室温度控制在22℃,每个硅片抛光时间为20分钟,然后改变不同的转速进行实验。

2.2 检测、计算方法与检测设备

为了能反映硅片上尽可能多的信息,使测量更接近实际情况,采用了全点检测法对整个硅片进行逐点厚度扫描检测,提高检测精度。

实验所用的厚度检测设备为美国ADE公司生产的WaferCheck-7200型非接触式电容厚度测量设备。该厚度检测设备只能对单晶硅片的厚度进行高精度检测,其分辨率为0.01μm,能对整个硅片进行逐点厚度扫描检测,扫描间隔为5mm,的硅片检测点数为258个,的硅片检测点数为415个,该设备不仅可测量硅片表面每点的厚度,还可检测硅片表面的TTV、翘曲等,并输出三维的表面形貌图,图1为硅片表面258点笛卡儿坐标检测点布局,该图为本实验用编号为8号硅片抛光后的数据输出图,图2为8号硅片表面三维形貌图,从三维形貌图上可以看出硅片表面的形状。

3 实验结果与分析

3.1 WIWNU的实验结果

经过检测硅片CMP前后各点的厚度值,可计算出不同抛光速度下硅片表面上各点材料去除的厚度差,然后求出厚度差平均值与标准差,定义硅片表面材料去除非均匀性为硅片表面各点材料去除的标准差与硅片表面材料平均去除率之比[8],见式(1)。因此,按式(1)便可求出不同转速下硅片表面材料去除的片内非均匀性值。图3～图6为根据式(1)计算的实验结果。

undefined

式中σM为局部材料去除率的标准差,MRRavg为硅片表面材料的平均去除率。

3.2 实验结果分析

从图3的实验结果可以看出,硅片表面材料去除非均匀性初开始随着转速比的增加而减少,当转速比大于1时,其材料去除非均匀性随转速比的增加而减少很少;由图4可以看出,当转速比相等时,材料去除非均匀性随转速值的增加而略有减少;由图5 可以看出,当抛光盘转速不变时,初开始材料去除非均匀性随抛光头的转速减少而降低,当抛光头转速减少到转速比大于1以后,材料去除非均匀性随抛光头转速的减少而稍有减少;由图6可以看出,当抛光头转速不变时,在转速比小于1时,材料去除非均匀性随抛光盘的转速增加而减少,在转速比大于1时,材料去除非均匀性随抛光盘转速的增加而稍有变化。

4 结论

根据上述分析,硅片CMP时,表面材料去除非均匀性的大小与抛光盘与抛光头的转速比有着密切的关系。实验结果均可以看出,在转速比大于或等于1时,片内材料去除非均匀性较小,因此,在选择抛光机运动参数时,应尽量使抛光头与抛光盘的转向相同,且转速比选择大于或等于1,但由于抛光盘的尺寸及重量远大于抛光头的尺寸,实际的硅片CMP操作时不采用抛光盘的转速大于抛光头的转速,尤其是大直径硅片抛光机更是如此,因此,从材料去除非均匀性方面考虑,应尽可能地选择转速比等于1,这说明了为什么目前CMP实际操作中设置抛光垫与硅片转向相同转速相近的原因,同时也从另一个侧面揭示了CMP材料的去除机理。

参考文献

[1]苏建修,康仁科,郭东明.超大规模集成电路制造中硅片化学机械抛光技术分析[J].半导体技术,2003,28(10):27-32.

[2]J.X.Su,D.M.Guo,R.K.Kang,et al.Modeling and Analyz-ing on Nonuniformity of Material Removal in Chemical Mechan-ical Polishing of Silicon Wafer[J].Materials Science Forum,2004,471-472:26-31.

[3]H.Hocheng,H.Y.Tsai,M.S.Tsai.Effects of kinematic vari-ables on nonuniformity in chemical mechanical planarixation[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture,2000,40(11):1651-1669.

[4]Pei-Lum Tso,Yu-Yuan Wang,Ming-Jing Tsai.A study of carri-er motion on a dual-face CMP machine[J].Jiurnal of MaterialsProcessing Technology,2001,116(2-3):194-200.

[5]Jianfeng Luo.Integrated modeling of chemical mechanical pla-narization/polishing(CMP)for intergrated circuit fabrication:from particle scale to die and wafer scales,University of Cali-fornia,Berkeley.2003.

[6]V.H.Nguyen,H.van Kranenburg,P.vander Velden,et al.Impacts of process conductions on the uniformity of material re-moval rate in chemical mechanical polishing process[J].Pro-ceedings of the SAFE/IEEE workshop,2000,11:107-111.

[7]Yongwu Zhao,L.Chang.A micro-contact and wear model forchemical-mechanical polishing of silicon wafers[J].Wear,2002,252(3-4):220-226.

材料化学实验室 篇10

1 材料化学实验教学的现状

目前高校非常重视实践教学, 化学学科尽管专业不一样, 实验作为实践教学主要环节, 各有侧重点和重视程度。但在目前的情况下, 依然存在着一些问题: ① 材料化学实验课程内容比较分散, 不明确, 完全依赖于师资队伍。相对于基础化学实验课程, 材料化学实验不成熟, 内容新颖而繁琐, 综合性强, 学生负担过重, 容易失去学习的动力。虽然化学和材料与科学研究的紧密联系, 但如何将化学和材料前沿课题向学生介绍, 进一步激发学生学习材料化学的热情, 成为新时期应用性人才培养重点改革的目标; ② 传统的基础化学实验教学方式己不再适应社会和科学发展要求。随着科技发展, 社会对人才的知识和能力结构提出了新的要求。传统专业实验教学模式与高校人才培养目标极不相符, 严重影响专业实验课程在大学人才培养中作用的发挥; ③ 材料化学实验课程是我校应用化学专业专业基础课程, 学习这门课一定要注重理论与实验相结合, 调动学生的思维能力, 提高学生的实际操作技能。基础化学实验只是用实验来验证理论的正确性, 来加深学生对化学的认知, 而专业实验需要自主的寻找实验方法和实验途径, 发挥学生的主观能动性。

2 优化教学手段和重视教学过程

2. 1 合理分组

材料化学实验多是通过化学反应, 利用一些仪器制备所需要的目标材料, 然后考察目标材料的特殊性能, 将其应用于某一领域进行验证。这种实验耗时长、步骤多以及所用的仪器和试剂多, 并且需要进一步测试, 对于没有接触过科研的学生来讲知识量大、复杂; 因此在分组的时候, 每一小组人数不宜太多, 一般2 ~ 3 人就好, 使得每一个人都可以参与实验, 即可以减少学生因为复杂而产生退避的情绪, 又能避免有些学生没有仪器可以操作, 或有偷懒的行为。若对实验有问题, 小组与小组可以一起讨论解决。

2. 2 改进实验

材料化学实验毕作为化学相关专业的专业实验, 比如我校应用化学专业, 方向为材料化学, 其中好多实验不可避免会用到一些对人体有害的试剂, 对做实验的师生是不利健康的, 这时候最好采用一些毒性较小或者无毒物质来代替有毒有害物质, 在保护了师生健康的同时, 还可以使学生放心大胆地去操作实验; 还有一些实验试剂可用大家非常熟悉的试剂来代替, 可增加学生的实验兴趣。例如: Ti O2纳米粉体的制备与表征实验, 所用的教材中使用硫酸钛作为钛源, 但硫酸钛味道很大, 对师生健康非常不利。如果用以钛酸四丁酯Ti ( OEt) 4为Ti O2的前驱体, 乙醇C2H5OH为溶剂, 盐酸HCl为抑制剂制备Ti O2纳米晶, 可以起到同样的实验效果。所用的钛酸丁酯和乙醇的毒性较低, 对于保护师生的健康是非常有意义的。水热法制备Ti O2纳米晶则以钛酸四丁酯Ti ( OEt) 4为Ti O2的钛源, 十六烷基三甲基溴化铵 ( CATB) 为表面活性剂, 乙醇C2H5OH和水为溶剂来制备Ti O2水热反应的前驱体源, 然后进一步制备Ti O2纳米晶。

2. 3 做好预习, 完成预习报告

材料化学实验是不仅化学理论知识的验证, 同时也是材料学理论的延伸, 知识相互交叉, 做实验前的充分预习是非常有必要的。充分的预习包括了理解实验原理、了解所用仪器和试剂、明白实验的操作步骤、做到脑中有实验; 另外还要对实验相关的理论知识进行查阅、复习和巩固, 并能将三者进行有机的结合。例如: 一般的固相反应, 往往由扩散速度所控制。同时, 反应产物层阻碍扩散的进行。随着反应产物层的增加, 固相反应速度逐步减慢。在做实验之前, 要求学生对杨德尔扩散动力学的方程熟悉和理解:

式中: J ( G) ———杨德尔转化率函数

G———反应物的转化率

t———反应时间

Kj———杨德尔扩散速度常数

在实验过程中了解温度和时间的重要性和必要性。这样要求学生在充分预习的基础上, 完成自己的预习报告, 列出实验提纲, 实验前由老师检查。

2. 4 改变实验讲解方法

传统的实验讲解时由老师对实验原理、实验所用仪器和试剂、操作步骤及其数据处理、和实验结果的情况详细地描述。学生只是动手去实现而已, 学生的独立思考太少, 常会导致学生在有老师指导的时候能很好的实验, 学生自己却很难独立完成实验, 或者会出现这样那样的问题, 尤其会出现与实验结果相悖的产品或性能。所以, 对学生实验内容的讲解也应发挥学生的主观能动性, 使学生对实验有更深刻的理解, 创新性的思维去考虑问题。在这一环节, 老师不妨提出精心准备的问题, 由学生来回答, 老师来补充或者纠正来完成整个实验的讲解。这样做的前提是学生必须做充分的预习和查阅相类似文献, 否则不但不能发挥学生的主体作用, 还会挫伤学生的积极性, 浪费师生的宝贵时间。可在实验之前的一段时间就把实验的问题和类似文献来源交给学生, 由学生讨论或查阅资料来寻求答案。例如在Ti O2纳米粉体的制备与表征实验中, 可让学生回答下列问题: 纳米材料的定义和特征有哪些? 溶胶凝胶法制备纳米材料有什么特点? 水热法制备纳米材料有什么特点? 它们之间的优缺点是什么? 这些问题并不难, 让学生来回答, 就是让他们把这些内容在实验前变成自己理解的内容, 老师根据学生回答调整自己需要讲解的偏重。当然, 发挥学生的主体作用和科研思维, 并不是要学生完成所有的工作, 老师必须自己对实验有透彻的理解, 合理的安排, 才能使得老师的讲解和学生的回答以及理解完美的结合在一起。

2. 5 注重实验操作过程

在进行实验操作过程时, 教师应注意学生基本操作的规范, 有问题及时纠正, 因为有时实验操作的不规范会对结果造成一定影响, 甚至与实验现象相反。比如碳酸钙粉体表面改性表面改性研究, 偶联剂分子与无机材料的结合方式, 主要取决于无机材料的表面活性、改性处理温度以及硅烷类偶联剂水解液的p H值等。任何一步调节不好都会影响学生实验的积极性和实验结果的判断。学生若是出现不规范或者错误操作, 老师的纠正很重要, 并且要求让学生自己分析不规范操作的后果。若有学生忘记条件, 可让学生通过实验对比, 通过不同条件制备的实验结果进行对比, 更加透彻的理解实验步骤和规范化操作的必要性, 并养成规范操作的习惯。

2. 6 认真对待实验报告

完成实验报告是对实验过程的再梳理、总结和记录, 是对一个实验过程的提炼和升华。同时通过对实验报告的批改, 教师能够及时发现学生在实验过程中存在的问题, 从而更好的解决问题。一般的实验报告包括: 实验目的、实验原理、仪器和试剂、操作步骤、数据处理和结果讨论, 首先要求学生的报告应如实记录, 要对对实验现象提出创新意见的学生绝对肯定。同时实验数据有不同的处理方法, 可让学生分组用不同的方法来处理, 不同小组按不同方法来处理, 比较不同方法得到的结果, 通过分析来得到结果, 不要直接告诉学生不同方法的优缺点, 这样在不增加工作量的前提下, 可得到更多的结果, 还可避免学生相互抄袭。例如在硅烷类偶联剂对碳酸钙进行表面改性的改性实验中, 矿物粉体用硅烷偶联剂在不同条件下处理后, 如果偶联剂分子可以与矿物表面发生覆盖或吸附在矿物表面, 对矿物结构中各种基团的振动能级基本上不产生影响。如果发生化学键合, 则会产生新的能级, 并导致其红外光谱变化或形成新的吸收峰。只有当水解性基团与粘土矿物表面的活性羟基 ( 对石英粉体, 在水和空气作用下表面也易出现Si OH[硅醇基]、Si OSi[硅醚基]等官能团) 作用形成化学键, 才能产生较好的改性效果。因此, 用红外吸收光谱可以定性检测其偶联改性效果。实验的数据分析需要查阅课本或查找文献数据对比从而判断得到。

3 实验室资源合理利用和完善考核机制

我校作为师范类院校, 开设的非师范类专业应用化学专业时间短, 在课程建设和硬件建设与重点院校材料化学方向有一定差距, 因此对于专业实验教学, 实验室应让学生 “随时”都能够进入, 也就是说做到 “全天候”的开放。然而, 随着大量的新工艺、新技术、新材料应用和现代制造业的发展, 教学设备不齐全或已出现了老化的现象, 同时实验室资源也越来越贫乏, 在高校不断扩招的同时, 专业实验室已成为一个很大的难题, 从而对提高教学质量造成了很大的影响, 严重制约着实验教学的改革进程。应遵循循序渐进和便于实施的鼓励教学模式, 即可以为学生提供较大的个性发展空间, 也能逐渐引导学生形成自主解决能力。选做实验则具有一定的灵活性, 可让学生根据自身的实际情况来有针对性地做实验, 从而充分地调动他们的积极性, 强化他们的实践能力。然而, 虽然很多实验项目都受到传统实验教学的影响, 在实验教学中增强主观能动性有利于培养学生的创新能力。同时完善专业实验教学的考核机制, 因为实验考核能够有效地检查学生对相关技能的掌握情况, 而客观合理地评定学生的创新综合能力, 从而保证成绩的公平和真实, 会使学生参与实验教学的改革创新产生新想法, 同时也提升专业实验教学的质量。

4 注重基础与专业实验教学的联系

材料化学专业研究性实验是在学生系统地学完无机、有机、物化、仪器分析等课程基础上, 经过设计性实验课程锻炼以后开设的一门科研实践课程, 给学生提供一个开展科学研究入门的基本训练, 包括文献查阅、实验设计、实验操作、仪器使用、数据处理和论文撰写等环节。改变传统专业实验课程设置依附于理论课体系的横向模式, 超越单门课程的范围, 建立实验课程之间的系统联系, 在原有实验课程的基础上设立相对独立的纵向联系的课程, 形成纵横交叉的网状专业实验课课程体系, 实现专业实验课程之间的纵向联系和贯通; 通过改变按课程分配和管理实验室资源的旧模式, 统合实验资源, 实现实验教学以及学生创新科研活动中的平台式共享, 增加学生创新能力锻炼的机会; 改进专业实验课程的内容, 设计知识交叉的实验内容, 使实验教学内容体现科研实验的系统性和全面性加强专业实践环节的组织和指导, 让学生通过这个平台愿意参与到相关老师的项目中, 在教师的指导下承担实际科研项目的实验方案设计和操作, 使学生通过实战锻炼掌握应用创新的技能。

总之, 尽可能让学生通过自己的思考或实验操作熟练或认识更多的材料化学相关理论和实验知识, 以此提高学生的综合素质, 尤其提升学生的判断能力和解决新问题、发现新办法的创新能力, 并能将这种创新能力应用于社会服务和工作中。

摘要：针对学生在材料化学实验过程中出现的问题, 对改进教学内容, 优化教学手段, 强化教学过程, 激发学生兴趣, 发挥学生的主体作用, 进行了重点阐述。通过以上改进的教学手段既提高了实验教学效果, 又培养了学生自主创新的能力。

关键词：材料化学,实验教学,创新能力,培养

参考文献

[1]马利芬, 李德忠, 聂进.应用化学专业实验教学综合改革探索[J].大学化学, 2002, 17 (2) :24-26.

[2]周艳, 丁正学, 叶楚平, 等.优化应用化学实验, 提高人才培养质量[J].实验技术与管理, 2007, 24 (9) :128-130.

[3]曹剑瑜, 许娟, 陈智栋, 等.应用化学综合实验的教学改革与实践[J].广州化工, 2010, 38 (12) :256-257.

[4]李水清, 梅平, 罗跃.应用化学实验教学改革的探索与实践[J].教学与教育研究, 2009, 23 (12) :78-79.

[5]霍涌前, 陈小利, 王潇, 等.应用化学专业《材料化学实验》教学实践[J].广州化工, 2011, 39 (5) :163-164.

[6]刘献明, 傅玉琴, 吉保明.应用化学专业人才科技创新能力培养的探索[J].广州化工, 2012, 40 (24) :167-168.

[7]郭勇安, 黄冠, 赵树凯, 等.地方高校应用化学专业实验课程改革初探[J].实验室研究与探索, 2008, 27 (8) :98-100.

[8]郝志峰, 余林, 李永峰, 等.构建应用化学专业实验教学新体系的探索[J].广东化工, 2009, 36 (2) :101-104.

材料化学实验室 篇11

关键词：中等职业卫生学校 化学实验教学 探究性化学实验

中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）02（b）-0081-01

探究性实验是指将实验探究引入实验教学中，在未知实验结果情况下，通过教师引导，让学生围绕科学问题，提出假设；设计实验验证假设的一种实验教学方法。

探究性实验教学，应有以下五个基本特征[1]：围绕科学性问题进行学习；学习者关注科学性解释的证据；形成科学的解释；科学地评价解释；交流和讨论。

1 卫校探究性化学实验的设置

卫校现行的化学实验均为验证性的化学实验，探究性化学实验较少。在化学实验教学中将验证性化学实验在两方面加以改变，就可以转变成探究性化学实验：改变实验活动在整个教学中的次序，不要将化学实验安排在教学的最后。验证性实验主要用来验证课本上的化学知识，只重视实验结果，应改变成比较重视实验的探究过程的实验让学生加以探究。

2 卫校探究性化学实验的开展

2.1 通过探究性化学实验提高学生的实验探究能力

探究性化学实验强调通过悉心安排的学习活动，帮助学生在掌握化学知识、技能和培养客观的科学态度等各方面得到均衡发展。让学生能有效地掌握一些科学探究技能。这些技能主要括[2]：提出假设的能力；观察的能力；分析和解决问题的能力；准确量度的能力；正确、安全地操作仪器的能力；根据观实验结果和实验数据进行推论的能力。

2.2 通过探究性化学实验培养学生解决问题的能力

解决问题的能力就是学生面对问题的习惯和处理问题的能力，问题解决的能力也不是单独存在的，实际上关系到个人的推理、沟通、人际关系等能力。要培养学生问题解决的能力最有效的办法就是：让学生自主去解决问题[3]。

2.3 通过探究性化学实验培养学生的合作与交流的能力

在卫校探究性化学实验中，主要采取小组合作学习的方式来培养学生的交流与合作的能力。在教学实践中尝试采用以下一些方法[4]：引导学生在探究性实验的过程中，学习倾听同伴之间的想法；鼓励引导学生充分表达自己的想法和建议，增强学生的自信心；引导学生学会在相互讨论中，相互质疑；激发学生新的灵感，提出新的假设。

2.4 案例分析

案例：乙醇的分子结构[5]：

（1）实验目的与意图，对于医学生而言，乙醇是医学临床上常用的皮肤外用消毒剂—酒精的主要化学成分，因此，掌握乙醇的分子结构简式對医学院校学生意义深远。

（2）实验拟达到的目标。

①认知目标：掌握乙醇分子结构简式。

②能力目标：通过小组活动培养出细心观察实验的态度；培养学生细心观察实验和纪录的能力；学生练习如何观察归纳、讨论与发表结果。通过实验探究的活动，由实验结果，获得分析的论点。掌握科学探究的方法，并通过实做过程获得科学知识和技能。

（3）实验设计过程。

①探究的主题：乙醇的分子结构。

②提出假设。

经实验测出：乙醇分子由C，H，O三种元素组成，原子个数比为C∶H∶O=2∶6∶1，其元素化合价为：C为+4价；H为+1价；O为-2价。根据乙醇的分子式和C、H、O的化合价，可以写出乙醇可能的结构简式有两种：（Ⅰ）CH2—CH2—OH；（Ⅱ）CH3—O—CH3。请设计实验验证乙醇的分子结构简式为那一种。

③与探究主题相关的化学理论知识要点

醇是羟基（—OH）直接连在脂肪烃基、脂环烃基或芳香烃基侧链上的有机化合物。醇羟基的结构与水（H2O）相似，羟基中的氢原子不能解离，但易被碱金属钠、钾等取代。

④学生自主搜集资料设计化学实验

通过学生自主进行资料搜集与重组，各学习小组提出了自己的实验方案，教师在教室中与学生进行实验方案的交流和讨论发现：学生提出乙醇的结构简式应为（Ⅰ）型，因为这样乙醇才会与金属钠发生反应放出氢气；如果为（Ⅱ）型则不会与金属钠反应。

⑤实验药品与仪器。

实验药品：无水乙醇（分析纯）；金属钠。实验仪器与用品：试管；烧杯。

（4）学生实验探究过程。

①探究乙醇是否与金属钠反应，并放出氢气。

在一只大试管中加入2 ml无水乙醇，再放入1g新切下的用滤纸揩干煤油的金属钠，迅速用一配有导管的单孔塞塞住试管口，用排水法收集产生的气体，并做爆鸣气实验，证明产生的气体是氢气。②对实验现象的解释和结论。

通过观察实验现象，学生发现乙醇能够与金属钠发生反应，并产生氢气。CH2—CH2—OH+Na→CH2—CH2—ONa+H2说明乙醇的结构应为（Ⅰ）型。

3 对卫校开展探究性化学实验的思考

在卫校化学实验教学中开展探究性化学实验的重点主要在以下几个方面[6]：

（1）探究性化学实验的主题应“具体化”。

科学问题主要有两种：一种是物质现象的根源（原因）问题；另一种是“因果问题”，包括变因关系的探讨，研究的是现象产生的机制[7]。在中专教育的环境下，受限于学生认知发展的成熟度以及科学概念的准备度，所提出的“为什么”的问题往往不易学生理解，但这些问题却可以转化或演进成“是什么”的问题。使探究对象变的更为具体明确，有助于学生的执行。

（2）学生应根据真实的实验事实和数据来解释科学问题。

在课室进行的探究活动中，学生运用证据对科学现象进行解释，只有对化学实验现象正确的描述，才是化学实验事实。化学实验数据也应当是学生在化学实验过程中，记录的真实实验数据，只有根据真实的化学实验事实才能科学的解释实验现象，得出实验结论。

（3）学生通过与其它小组的讨论与交流，来重新评价自己的解释与结论。在课室中，学生可以公开发表本小组的实验结论，并接受其他同学提出疑问、指出结论中可能存在的错误，或者就相同的实验现象提出不同的解释[8]。

（4）探究性实验教学实现了从“教”为中心转到“学”为中心。

在探究性实验教学的课堂上，学生真正成为学习的主人。他们在课堂上通过小组内讨论和交流等，共同完成实验设计，共同进行实验操作，并与其他学习小组的同学进行交流和讨论。在这一过程中，每一位学生都能得到教师和全班同学的肯定，从而激发他们学习的兴趣，调动了其学习积极性。

参考文献

[1]彭蜀晋.探究教学论析[J].化学教育，2002（4）：43.

[2]彭蜀晋，陈耀亭，刘英.现代理科教育的进展与课题[M].重庆：重庆出版社，1990：202-213.

[3]徐骏.谈如何提高“合作学习”的有效性[J].中国教师，2007（44）：33.

[4]郑长龙.化学实验教学的新视野[M].北京：高等教育出版社，2003：126-127.

[5]熊言林.化学教学论实验[M].合肥：安徽大学出版社，2004：25.

[6]周继敏.中学化学探索性实验的设计研究[J].中学化学教学参考，2002：46.

[7]陈家麟.当代心理学[M].南京：江苏人民出版社，2003：56-57.

材料化学实验室 篇12

1 材料化学实验课程存在的问题

民办高校材料化学实验由于起步晚,发展不成熟,很多方面存在问题,可归纳为以下几点:

( 1) 教学大纲和人才培养目标不统一。民办院校的人才培养目标是应用型人才,现有的教学大纲内容过于简单,结构不合理,不能体现人才的培养方向。

( 2) 实验项目和专业联系不紧密,专业特色不突出。现有的实验绝大部分是验证性实验,项目单调,主要包括基本材料的制备,缺乏新材料的制备、成型和检测,也没有涉及材料的改性,而对材料的改性恰恰是材料化学实验很重要的一部分。因为只有通过改性,才能制备出性能更佳、用途更广的新材料。

( 3) 实验器材缺乏,尤其是缺少材料的加工成型实验器材。生产材料,除了制备材料,还要把材料加工成型,目前,只有制备材料的常用仪器,而加工材料的主要仪器几乎没有,学生因为没有接触这些仪器,毕业后很难适应工作岗位。

( 4) 实验场地不固定,空间太小。目前很多仪器分散在不同的实验室,给教学带来了很大不便,而且实验室太小,实验课上学生挤在一起,不利于教师的管理,也影响了学生的操作。

( 5) 缺乏双师型教师。现有的教师都是高校毕业后直接进入大学教书,没有在企业工作的经验,所以对很多材料加工和检测的仪器不了解,通常是现学现卖,影响教学质量。同时实验过程中仪器出现故障,教师由于没有经验,很难很好地维护仪器。

( 6) 教学方法和教学手段过于陈旧。主要以讲授和演示为主。不能很好地引导学生独立完成实验,不利于培养学生的逻辑思维和动手能力。

所以,材料化学实验课程需要进一步改革优化,根据人才培养方案制定科学合理的教学大纲,优化教学内容,扩大实验场地,建立、健全实验设施,尤其要增加材料加工的机械设备,调整和优化实验教学师资队伍,创新教学方法和教学手段。培养一批受现代企业青睐的优秀大学生。

2 材料化学实验教学改革思路

2. 1 明确人才培养目标,修订教学大纲

民办高校办学定位是培养应用型人才,人才培养目标定位为工程师或高技能人才,但目前对应用型人才培养的实现路径还不够清晰,思想不够统一。培养出的人才不适应社会发展对人才的多样化需要,不能满足不同层次、不同类别用人单位的需求。所以,要根据人才培养方案,通过到相关企业外出调研、查阅资料,参考国内兄弟院校的 《材料化学实验》教学大纲的基础上,依据专业特点和办学特色对教学大纲进行全面的修订。强化 “厚基础、宽专业”的思想。使 《材料化学实验》课程的基本结构体系更加完善。

2. 2 优化实验教学内容

随着社会对各层次人才特别是研究型人才需求的日益增长,传统的以验证性实验为主,综合性及设计性实验偏少的实验教学模式,只能培养学生掌握一定的实验方法和动手能力,在培养学生的创造性思维和主动学习、探索式研究等方面还存在明显不足,难以适应现代高等教育对人才培养的需求。目前,全国高校都在大力推进教学改革,缩减理论课学时,增加实践课学时,学生的理论知识靠课后吸收,更多的是通过设计性、综合性实验来完成,因此,考察学生的理论知识、实验技术、独立设计及完成实验的综合能力,逐步增加设计性实验和综合性实验的教学内容及比例是教学改革的发展趋势。设计性实验是指给定实验目的、要求、和实验条件,由学生自行设计实验方案并加以实现的实验,是在学生掌握了相关的理论知识、原理、基本实验方法与技巧,完成一定综合性实验并能分析解决实际问题的基础上,利用已学的理论知识和方法原理,针对特定的所要分析和解决的问题,进行实验方案的设计、优化和创新。通过综合性和设计性实验,可以将理论课程的学习与实验方法的改进、提出自己的独特见解和解决实际问题等方面进行有机结合,从而恢复实验的探究本性,发挥综合性、设计性实验在改革传统的实验教学内容、教学方法和手段,培养学生科学思维方式等方面的积极作用。因此,增加材料的制备、加工成型及性能检测等综合性实验和设计性实验,才能使教学内容更加合理科学化。

2. 3 扩大实验场地,增加实验设备的投入

民办高校材料化学实验的教学缺乏深度和厚度,其中主要原因之一是实验设备陈旧,实验场地缺乏。实验设备是教学的硬件,良好的实验教学离不开硬件支持。为了适应材料化学行业对人才要求的不断提高,应花大量资金投入到材料加工的实验设备上,将新增加的实验设备和原有设备进行整合,联动。为开设综合性实验做好准备。同时,也要扩建实验室,建设专门的材料实验教学场地,使材料的制备、成型、加工和检测形成一条龙,为良好的教学提供支持。

2. 4 建设一支高水平的师资队伍

教师是课堂教学实施的主体,教师的能力和知识水平对教学效果会产生重要的影响。所以加强教师队伍的建设势在必行。可以考虑从社会引进具有一定实践技能,能担任实验教学的专门人才或推荐本单位学术水平高、教学与科研能力强的教师担任,通过外引和内培逐步提高实验教师的教学水平,形成一支教学优良、技术水平高的双师型实验教师队伍。

2. 5 不断完善教学方法和教学手段

材料化学是材料学的重要分支,而材料制备技术与合成方法是材料化学研究的核心内容。材料化学实验课程通过开设基本实验技术的实验、材料合成常用技术和性能表征实验以及若干具有实用意义的现代材料进行综合研究实验,加大对学生动手能力的培养力度,使他们对材料研究领域有更深一步的体会,对材料制备工艺、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。

对于材料的制备和性能检测等综合性实验,注重综合性和设计性。教师给出题目,鼓励学生查阅文献,寻找并选择合理的合成路线,了解材料的性能检测方法,通过答辩,确定最终的实验方案,由实验结果归纳、总结,完成实验小论文,并提出自己的观点和有待改进的方面。从根本改变过去 “保姆式”的教学方法,使教学手段更加灵活。所有实验学生均可亲自动手操作完成。将以按照 “突出材料、分析性能、简单易行、适用性强”的原则安排实验。为有潜力的同学提供发明、创新的园地,培养一批能为高科技和教育做出贡献的优秀人才。

2. 6 改变考核方式,增加平时考核的比重

围绕民办高校应用型人才培养模式,在材料化学实验考核方式上作相应调整和补充,制定较为完善的实验考核体系,增加平时成绩的比重,包括学生查阅文献、撰写实验思路、实验答辩、实验操作过程和撰写实验小结,以及学生出勤、纪律、实验习惯等项目的考查,引导教学更加注重对学生科学实验素质和能力的培养,为大学材料化学实验教学质量的不断提高以及应用型人才培养作有益的探索.

3 结语