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材料化學論文:高分子材料與工程專業高分子化學實驗教學體系的構建與成效

摘要:概述了目前國內高校高分子材料與工程專業高分子化學實驗教學存在的共性問題和關鍵問題。提出了高分子材料與工程專業高分子化學實驗課程由基礎技能實驗,綜合設計實驗,研究創新實驗三個模塊組成的新教學體系,并在每個模塊中引入一些綜合性和應用性的實驗教學內容。實踐證明所構建的實驗教學體系在培養學生的創新意識、應用與實踐能力方面起到了較好的效果。

關鍵詞:高分子材料;高分子化學;實驗教學

高分子化學實驗是高分子化學課程教學的一種最有效的實踐教學形式,它可以幫助和促進學生課堂理論知識的學習與消化,建立和鞏固高分子化學基本概念和理論,獲取高分子化學知識,培養科學素質和操作技能。我國著名化學家戴安邦指出:“只傳授化學知識和技術的化學教育是片面的,全面的化學教育要求既傳授化學知識和技巧,又訓練科學方法與思維,還培養科學精神和品德,學生在化學實驗中是學習的主體,在教師指導下進行實驗,訓練用實驗解決化學問題,使各項智力皆得到發展”。這番話指出了開設化學實驗課的深刻內涵和重要價值。2004年國家教育部頒布的《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》在評估指標的二級指標“實踐教學”中,從“實踐教學內容與體系,綜合性、設計性實驗課的比例及效果,實驗室開放”三個方面明確了實踐教學改革和發展的方向。近幾年高校的化學類實驗教學改革取得了令人矚目的成果。高分子材料科學與工程專業是很多高校在近年來新開設的專業,在實驗教學與改革方面的成果積累較少,尤其高分子化學實驗教學采用陳舊的教學內容和教學方法依然居多。通過調研發現,目前國內高校高分子材料科學與工程專業的高分子化學實驗教學依然不同程度地存在一些問題。

一、高分子化學實驗教學現狀剖析

1.實驗教學體系和內容欠爭理

多數的實驗教學附屬于理論教學,沒有單獨設課和單獨考核,實驗課時相對較少雖然有些高校高分子化學實驗已經獨立設課,但僅作為考查課。實驗教學內容中傳統的、陳舊的實驗較多,而體現現代科學技術發展成果的實驗很少認知性、驗證性實驗所占的比理偏高,培養學生創新能力的綜合性、設計性、應用性和創新性的實驗偏少,而且實驗環節偏重于理論,突出高分子材料應用性特點的實驗太少,不利于培養學生的工程觀念。

2.實驗教學方法單一

學生按照實驗講義預習,然后進實驗室。實驗前教師把實驗目的、實驗原理、儀器使用方法、測試方法、實驗步驟和數據記錄表格及數據處理方法等進行詳細的集中講解。學生只需按教師指導的過程按部就班或者依照講義“照方抓藥”,就可以完成一個實驗。一部分學生糊里糊涂地來到實驗室,只動手不動腦地完成實驗,然后又迷迷糊糊地離開實驗室。實驗的現象和結果沒有給他們留下太深的印象,對學生觀察能力、分析問題和解決問題的能力以及創新意識的培養都很不夠。這種統一模式、統一要求、齊步走的教學方法,一方面造成了學生對教師的過分依賴,另一方面抑制了學生個性思維的發展和創新能力的培養。

3.實驗嫩學手段落后

在現代信息技術迅速發展的今天,雖然網絡技術、多媒體技術等現代教學技術在理論教學中得到了普遍應用,但虛擬、仿真等實驗技術手段未能在實驗教學中推廣應用。這樣對于一些耗費過高、時間過長、毒性過大、危險性過高的實驗,只能最低限度地開設,且開設過程中費用大和危險性高,導致學生對此類重要實驗缺乏足夠的認知和感受的機會。

二、新教學模塊的實踐性探索與成效

針對目前國內高校高分子材料科學與工程專業高分子化學實驗教學中存在的一些問題,借鑒其他化學實驗教學改革的優秀成果,提出了基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新型實驗的三個高分子化學實驗教學模塊體系,并在每個模塊中結合常熟理工學院教師的科研成果引入_些新的實驗教學內容,采用開放式實驗教學方法。通過實驗教學實踐發現新的體系和教學方法在培養學生的創新意識和工程實踐能力方面起到了較好的效果。

1.基礎技能實驗教學模塊

基礎技能實驗模塊構建的目的著重建立高分子化學實驗與相關基礎理論知識之間的有機聯系。培養學生的實驗安全意識、清潔衛生習慣和嚴謹的實驗態度。訓練學生掌握熟練規范的實驗操作技能和技巧,為后續的實驗教學模塊的實施打下良好的基礎。

基礎技能實驗模塊的教學內容設計在課時總量的40%～50%為宜,課時數約30學時,開設8～10個實驗。教學內容設計涉及到高分子化學反應機理,如自由基、陰離子,陽離子等連鎖反應機理,縮聚、基團轉移聚合等逐步反應機理,開環聚合反應機理等。在實驗實施方法方面涉及到本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合、乳液聚合、熔融縮聚、界面縮聚等。如設計膨脹計發測定苯乙烯本體聚合動力學實驗,讓學生直觀感受到了誘導期概念、聚合過程體積減小的現象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化學理論知識。設計過硫酸鉀引發甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合實驗,除讓學生明確了乳液聚合的基本原理外,還了解到了聚合物大分子鏈端基的重要作用。設計己二酰氯和己二胺界面縮聚實驗,讓學生深入理解了界面縮聚的概念和聚合物的可紡成纖性能等主要高分子知識。通過設計一些自由基、陰離子、陽離子等連鎖反應機理的實驗,使學生進一步掌握了活性中心的概念,同時在實驗過程中認知了這些引發劑的活性、安全使用和貯存事項。

2.綜合設計實驗教學模塊

綜合設計實驗教學模塊旨在培養學生較強的實際動手能力,自主設計和分析解決問題的能力。本實驗模塊是實驗教學的較高層次,注重學生實驗的自主設計性和綜合性。

教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜,課時數約15學時,開設2～3個實驗。本教學模塊的特點之一是實驗內容的綜合性,可以將同一門課的幾個實驗,或者是幾門課的實驗組合在一起,形成一個大實驗。本教學模塊的特點之二是實驗方案的靈活性和設計性,側重培養學生的自主實驗和學習的意識和良好習慣。例如關于高分子合成實驗先確定好采用的聚合機理和聚合方法,在原材料配方組成、引發劑種類及用量、合成溫度等工藝條件方面給出一個大致的框架,然后讓學生在所給的框架內進行自行設計和實施實驗。譬如懸浮法制備聚苯乙烯珠粒實驗,水的用量范圍為苯乙烯質量的100%～200%、分散劑為磷酸鈣或聚乙烯醇兩種、引發劑過氧化二苯甲酰用量為苯乙烯質量的0.2%～1.0%、反應溫度設定在75℃～85℃范圍等。學生通過自行設計的方案實施實驗獲得了不同的實驗結果,通過對不同組之間實驗結果的綜合分析,找到了影響懸浮法制備聚苯乙烯珠粒的一些因素,激發了學生動手實驗的興趣,發揮了學生自主實驗和學習的主觀能動性。

3.研究創新實驗教學模塊

設置研究創新實驗教學模塊培養學生的科研和創新意識、提高學生的綜合素質和應用開發能力,為實現培養高質量的應用型人才的教育目標提供重要的教學內容實體支撐。

本實驗模塊是實驗教學的最高層次,注重學生實驗的獨立自主陛、綜合性、應用性和創新性,教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜,課時數約15學時,開設2～3個實驗。本實驗教學模塊的特點之一是實驗項目的獨立自主性和綜合性。也就是說確定好實驗項目之后,讓學生在實驗教師指導下獨立自主地進行實驗項目方案的調研、設計、實施和結果分析。本實驗教學模塊的特點之二是實驗項目的應用性和創新性,所擬定實驗項目必須關聯生產實踐中的聚合物產品,充分體現實驗項目的應用性。實驗項目設計主要針對這些高分子產品生產實踐中存在的共性問題和關鍵問題的解決來進行設計。通過研究創新實驗的實施,發現學生學習積極性很高,樂此不疲,為培養學生創新意識和展示高分子化學實驗的應用性特征提供了最佳學習平臺,尤其是開發一些聯系生活實際的應用型實驗,可使學生親身感受到高分子化學實驗的實用價值,能強烈激發學生的創造動機。此外,研究創新實驗往往需要多名學生共同完成,有利于培養學生的團隊合作精神。例如,聚氨酯絕緣漆的制備及性能測定實驗,每個學生做一個實驗配方,每5名學生一組,5名學生的實驗結果綜合在一起可以得出高分子樹脂配方組成與漆膜性能之間的關系曲線,以及固化條件與漆膜性能之間的關系曲線。在實驗過程中,5名學生要共同安排實驗方案,盡量保持操作的一致性,最后得出的結果要呈規律性變化。如果有一名學生操作有誤,這個實驗點就會落在規律性以外,影響其他學生對實驗現象的觀察。因此,實施研究創新實驗項目對教師也提出了更高要求。在每次實驗前,教師要指導學生擬定方案,并對可能出現的實驗現象和各種影響因素進行分析,實驗過程中,又有多種意外的實驗現象出現,這勢必要求師生共同分析和討論造成這些現象的原因,幫助學生透過現象深刻理解事物的本質。這樣做需要教師有相當的知識儲備量,并且要求教師也不斷進取,充分體現了教學相長的教育理念。

三、結論

基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新實驗+教學模塊教學的實踐證明教學效果顯著,特別對提高學生綜合實踐能力、激發學生理論課學習興趣、培養學生創新意識和應用開發技能取得了預期效果。基礎技能實驗模塊的教學效果主要體現在實驗現象與相關基礎理論知識之間的有機聯系,高分子化學實驗操作技能和技巧的掌握和規范。綜合設計實驗的教學效果主要體現在學生自主設計和分析解決問題的能力培養。研究創新實驗的教學效果主要體現在學生科研和創新意識的建立,以及學生團隊意識和應用開發能力的培養。

材料化學論文:淺析材料化學專業在高等林業院校的定位與建設實踐

論文關鍵詞：材料化學;專業定位;課程體系;實踐教學;師資培養

論文摘要：文章從我國林業科技發展對材料化學專業人才的需要出發，探討了在高等林業院校設置材料化學的專業定位，在對材料化學課程的教學體系進行思考的基礎上，提出了培養適應林業科技發展需要的材料化學專業人才的培養模式和教學內容。

材料化學是一門材料科學與現代化學相結合的新興學科，對于自然科學和國民經濟的發展至關重要，是21世紀化學發展中的重要新興學科之一。本專業密切聯系國民經濟、科學技術迅速發展的實際，研究材料制備、加工、性能和應用等的化學問題。上個世紀90年代初，復旦大學率先開設材料化學本科專業。隨后，眾多高校相繼開設了該專業。由于材料種類很多，而且各個高校開設材料化學專業的背景和學校的優勢學科不相同，雖然專業名稱相同，但是各學校所制定的培養方案和體現的專業特色各不一樣。中南林業科技大學是一所服務于區域經濟和現代林業，地處中南地區的高等林業院校。在高等林業院校開設材料化學專業，相對于其它綜合性高校的材料化學專業和本校的主流學科一一林學來說，該專業無論是在師資隊伍，還是在科研水平與學科建設等方面都存在不小的差距。所以，我校開設的材料化學專業，只有辦出自己的特色和優勢，才能在材料化學專業領域占有一席之地。

1、專業定位明確，體現辦學特色

人才的培養需要找準位置，明確方向。這是適應經濟發展的需要，也是辦好專業的關鍵。我校2004年初申報材料化學專業并獲得省教育廳批準，2005年正式招生。經過5年的發展，積累了較為豐富的教學實踐經驗，基本建立了較為完備的材料化學專業辦學條件。材料化學是一門多學科相互交叉的新型綜合學科，就材料而言，包括金屬材料、無機金屬材料、高分子材料、功能材料、復合材料等多個領域。隨著我國經濟建設的全面發展，為了應對經濟社會可持續發展的迫切要求，加強林業和生態環境建設至關重要。各種新材料在農業、林業領域的應用日益廣泛，如生物質材料、木材阻燃材料、仿生材料和可生物降解材料等的開發都是材料優先發展的方向。但是，目前我國林業領域從事新材料技術開發和應用的專門人才比較匾乏，遠遠不能滿足現代林業高速發展的需要。因此，高等林業院校設置材料化學專業對我國林業現代化具有重要意義。在高等林業院校設置材料化學專業既要考慮材料科學學科本身的體系，又要體現高等林業院校的特色與優勢。為此，我們把專業定位在復合材料、生物質材料和高分子材料三大方向，使學生既具有扎實的材料科學基礎知識和良好的專業素質，又能適應科學技術飛速發展的要求;培養能在材料開發、生產及應用領域，尤其是利用林產品資源進行新材料研制和開發以及新材料在林業領域的應用方面具有創新精神和實踐能力的復合型人才，為我國林業生產現代化及林業產業化的發展提供堅實可靠的人才保障。

2、完善課程體系，優化課程設置

本專業秉承夯實基礎，提高能力、拓寬范圍、接觸前沿的理念，根據國家經濟建設對專業型、應用型、復合型和學習型人才的需要，在遵循“重基礎、寬口徑和強能力”教學改革原則的基礎上，在構建材料化學專業課程體系時，主要采取下列原則:加強基礎理論，拓寬專業口徑，重視實驗教學，適當增加選修課比例。因此，該專業的課程體系由公共基礎課、專業基礎課、專業必選課和專業選修課四個方面組成。其中:公共基礎課程與化學工程類其它專業一致;專業基礎課開設了材料化學、物質結構基礎、材料科學與工程基礎、材料物理性能等課程;在專業課程的設置上注意寬口徑與突出特色相兼顧，如復合材料方向開設的復合材料學和復合材料工藝與設備課程;高分子材料方向開設的高分子化學、高分子物理和材料結構表征課程;生物質材料方向開設的木質復合材料、竹材及非木質材料等課程。同時，還加強了工藝設計和制造方面的課程，如開設材料加工與成型、材料加工與成型實驗、材料合成與制備等課程;增加了阻燃材料及其應用技術、仿生材料、生態環境材料、活性炭制備改性與應用專題等特色課程。總之，在課程體系的總體構建原則下，經過兩次培養計劃的修訂，對課程進行了認真仔細的整合，系統地確定課程門類，進一步明確各門課程的內容及課程間的分工與聯系，刪除一些內容陳舊或與其它課程內容重復的課程，增加反映最新研究成果方面的課程，如納米材料，納米復合材料等，創建一些理論聯系實際、有利于培養學生綜合運用知識的能力的課程，并加大前沿科技知識的教學比例。

3、改革實踐教學體系，強化能力培養

材料化學專業是一門實踐性很強的學科，在教學活動中，必須加強實踐教學環節。首先，在加強基礎化學實驗教學的前提下，組建了材料合成與制備、材料結構表征和檢測兩個專業實驗室。同時，利用多種渠道與企業建立聯系，在株洲冶煉集團、湘潭鋼鐵公司和株洲化工集團等單位建立了實習基地。第二，實驗教學是培養和提高學生的綜合素質、探究與創新能力的重要途徑。建立新型的材料化學實驗教學體系，將傳統的實驗教學向開放性的教學模式進行轉變，是培養創新意識、創新思維和創新能力的人才的有效途徑之一。為此，在實驗教學方法上，部分實驗課試行開放式教學，實驗課教師僅僅講授實驗的基本原理和基本要求，從查閱文獻資料開始，到實驗方案設計、實驗操作規程、實驗結果分析等均由學生獨立完成，使學生變被動學習為主動學習。第三，按基礎型、設計綜合型、研究創新型三個層次規劃實驗，進一步改革實驗教學內容。積極推行從驗證模仿性實驗向設計創新性實驗轉變，同時減少驗證性實驗，增設設計性、創新性和綜合性實驗。第四，鼓勵學生參加科研活動，根據個人興趣和愛好參加教師的科研項目，鼓勵學生積極申報大學生研究性學習和創新性實驗計劃項目。通過具體的研究課題，獨立設計、自查資料、自擬實驗方法進行探索性、創造性實驗。第五，結合專業實驗室和實習基地搞好畢業實習和生產實習，鼓勵已經簽訂就業協議的學生到單位聯系生產實際選擇課題，鼓勵教師到實習基地結合實際指導學生的畢業論文。由此在整個實踐教學活動中構建了“計劃教學一開放實驗一科研相結合”的新的實驗教學體系。同時，在實踐教學環節中，重視學生綜合素質的培養，把素質教育貫穿于實踐教學的全過程，為全體學生提供了一個全面發展的實踐空間，培養與他人合作的團隊精神。為學生將來適應現代企業的管理體制，確立優秀的職業道德素養打下堅實的基礎。

4、加強師資隊伍建設，優化師資隊伍結構

建設一支高素質的師資隊伍，是專業建設的基本保證，是提高教育質量水平的關鍵措施。材料化學專業剛成立之初，師資主要來自基礎化學教研室。為此，學校加強了材料化學專業的師資隊伍建設，有計劃地選派老師到中南大學和湖南大學等高校進行培訓，同時加大高層次人才的引進力度。經過幾年的努力，初步建立了一支適合學科建設和專業發展需要的師資隊伍，專業教師中具有博士學位的達到了50%，具有副教授職稱以上的占50。專業教師所學專業包含了材料化學、高分子材料、材料科學與工程、材料表征、材料合成與制備等學科，為專業課的開設奠定了良好的基礎，師資隊伍的結構基本上達到了優化和合理的要求。同時，我們還鼓勵年輕教師在職攻讀博士學位和出國進修。

總之，高等林業院校建設材料化學專業只要定位準確，培養方案富有特色，一定能夠培養出適應我國經濟社會發展的高層次人才。

材料化學論文:材料化學專業人才培養模式及課程體系設置的初步探析

論文關鍵詞：材料化學　人才培養　課程體系

論文摘　要：根據材料化學本科專業人才培養目標和材料化學學科專業特點，通過改革原有的課程體系，優化課程結構，修訂完善了材料化學本科專業人才培養方案。新的培養方案更好地體現了材料化學專業的特色，體現了“厚基礎、強能力、重實踐”的人才培養要求。

材料化學作為化學和材料科學的一個交叉學科，受到了各國政府的重視，許多高校紛紛設立材料化學專業。為適應21世紀社會對材料化學專業人才的需求，經安徽省教育廳批準，我校于2003年增設了材料化學本科專業，并在當年正式招生，目前已經有5屆畢業生，學生就業情況良好。材料化學作為材料科學與工程學科的二級學科專業，培養的是應用型理科人才，所以材料化學專業學生不但要加強數學、物理、化學及材料學科等基礎理論知識的學習，還必須接受更多的應用性、實踐性的知識教育。如何完成這一培養目標，使材料化學專業人才的培養能夠滿足現代化社會發展對本專業人才的需求，是高校材料化學專業教育工作者必須面對的現實問題。只有進一步轉變教育思想和觀念，深化教育改革，革新教學體系，優化課程體系中實踐性教學環節，才能培養出掌握基本理論知識，動手能力強，富有創造精神的材料化學專業人才，才能辦出高水平的材料化學專業，以滿足經濟建設和社會發展的需求。

1　材料化學專業人才培養方案基本框架

從“厚基礎、強能力、重實踐”的人才培養總體要求出發，設計培養方案、課程體系，優化教學內容。我校材料化學專業教育內容和知識體系由公共基礎課程、通識教育課程、專業課程、專業選修課程和實踐性課程五大部分內容構成。

公共基礎課程包括：思想教育，體育活動，大學英語和計算機基礎等。

通識教育課程包括：人文社會類，自然科學和藝術類等知識體系。

專業課程包括：大類平臺專業基礎課程和材料化學專業課程。

專業選修課程包括：材料化學專業方向性選修課程。

實踐性課程包括：課程設計、畢業實習、畢業論文、社會實踐、科技活動等材料化學專業實踐訓練知識體系。

2　材料化學專業課程體系設計

材料化學作為化學和材料科學的交叉學科，其課程要求學生掌握材料化學的基礎知識和基礎理論，培養學生具有材料的制備、表征、技術開發和生產的基本能力。在構建材料化學專業課程體系時，我們一直強化教學環節的科學性、系統性和綜合性，將所有教育環節分為公共基礎課程、通識教育課程、專業課程、專業選修課程和實踐性課程五個知識體系。其專業課程體系以無機化學、分析化學、有機化學和物理化學的理論課程和實驗課程基礎，把材料科學基礎、材料化學、材料物理等作為本專業的入門專業課程。在經過這些課程的學習之后，陸續學習高分子化學、高分子物理、材料性能學、材料現代分析技術、機械制圖等專業課程，在此基礎上通過專業選修課程的學習形成專業特色方向。并通過開設材料科學導論、納米材料導論等任選課程拓寬學生的知識面。為了淡化專業界限，我校材料化學專業和化學、應用化學專業實施按大類培養，統一設置通識教育和基礎教育平臺。在2011年修訂的材料化學專業人才培養方案中，課程教學計劃課內總學時為2633學時，學生畢業應取得總學分為154學分，其中，通識教育和基礎教育與我校化學專業和應用化學專業一致；專業教育、實踐教學和綜合教育的課程體系與化學專業和應用化學專業有區別的開設，更加突顯材料化學的特色。

3　構建相對完善的實踐教學體系

3.1　構建新的實踐教學體系

材料化學作為一門實踐性很強的交叉學科，在教學計劃中強化實踐教學環節，確保實踐教學環節的實施。按照本專業人才培養目標的定位，我們優化完善了實踐教學體系。將實踐教學體系分為三個層次：一是基礎實驗層次，注重基礎技能訓練，培養學生對科學現象的觀察和分析能力；二是測量實驗層次，注重專業技能訓練，設置了課程設計、綜合性和設計性實驗等內容，培養學生的專業實踐能力；三是綜合實踐層次，注重綜合素質訓練，設置了畢業設計（論文）、社會實踐、科技競賽和創新性實踐活動等內容，培養學生對所學知識的綜合運用能力。

3.2　更新重組實踐教學內容

在2011年修訂的人才培養方案中實踐教學環節為35學分，占總學分的22.7%。實踐教學內容重點強調以能力培養為核心，優化和重組了原四大化學（無機、有機、分析和物理化學）實驗教學的內容與結構，將實踐教學內容分層次進行教學，確立了基礎實驗、測量實驗和專業實驗三層次的實驗教學體系，涵蓋了驗證性實驗、綜合設計性實驗和研究性實驗等教學內容。同時，積極推進實踐教學內容的更新和方法手段的改革，減少驗證性實驗，積極創造條件增開綜合性、設計性實驗、研究性實驗，強化畢業論文實踐環節的檢查和指導；加強校企合作，積極安排生產實習和社會實踐活動，進一步加強對學生實驗技能、實踐能力的培養，培養學生的動手能力和創新能力。

4　結語

材料化學專業的培養方案、課程體系的探索和完善將是在科學發展觀的指導下我們今后多年的一大工作任務。要堅持以就業為導向定位人才培養目標，結合社會需求和學科發展實際，研究建立專業人才培養模式，提高材料化學專業畢業生的就業能力；以能力培養為本位構建專業課程體系，提高學生的理論知識水平，課程體系遵循“厚基礎、強能力、重實踐”的人才培養模式制定教學計劃，在四年教學計劃的基礎上，分析理論教學相關課程，優化教學內容，合理分配理論課程學時數，使課程體系逐漸趨于科學、規范，達到構建合理的專業課程體系、優化學生知識結構和促進專業人才培養的目的。

材料化學論文:淺談納米材料的化學鋰化與電活性

近年以來，人們對于物質世界研究已經深入到原子、分子等微觀領域，納米技術被研發于上個世紀八十年代末，它指的是人類在納米單位即0.1至100毫米間對物質特及互相作用進行研究，同時利用它的特性的多學科的技術，目前已經成為主流研究領域。

一、納米材料概述

（一）納米材料主要分為：零維納米材料。即在空間的三維尺度都受到約束，如納米顆粒、團簇等。一維納米材料。即在空間中有二維處在納米的尺度內，包括納米管、金屬、棒和半導體線、納米帶等。二維納米材料。即在三維空間里有一維處在納米的尺度內，如超薄膜、超品格等。三維納米材料。它主要由納米晶體構成的材料。

在這之中，一維納米材料具有特殊物理化學性能與可作量子器件的優勢而被人們所重視，一維納米材料之中，電子于兩個維度或者兩個方向的運動受到約束，只可以在一個方向自動運動，進而為研究在量子的限域之下電子運輸、力學、光學等特性均提供了效果極佳的模型系統。

二、納米帶鋰化改性

實驗的原料：溶膠，純氧化鋰為鋰源，分子量42.39。

間接水熱法。量取0.2克使用離子交換方法經水熱合成的納米帶，放入裝30毫升去離子水燒杯中，經超聲分散半小時，然后把0.29克純氧化鋰放入已分散好的納米帶中，同時攪拌48小時后，把淡藍色流變相液體轉移到容量50毫升的聚四氟乙烯的內襯不銹鋼的反應釜里，反應釜經180攝氏度、24小時的水熱后，自然冷卻至與室溫相當，將所得到的沉淀物分別使用乙醇與去離子水進行數次洗滌，最終在80攝氏度條件下經12小時干燥后得到最終產品。

由相關xrd圖譜顯示可以得出，鋰化并沒有對納米帶的晶體結構進行破壞，但是鋰離子嵌入已使晶面距稍微擴大，其表現為衍射峰朝角度低處偏移。在鋰化前后，納米帶依舊保持著一維納米的結構，相比之鋰化之前，鋰化以后納米帶在二次水熱的過程中部分斷裂，其長度縮短至2至6μm，產生了較多的200至400nm小尺寸納米片，其表面更為粗糙。

鋰化前后的納米帶晶面距均為0.2nm，對納米帶實施選區電子衍射就能清楚看到衍射的斑點，而且鋰化前后的納米帶花樣一致，也從另一方面說明納米帶結構仍然是單品正交相。

直接水熱法。為將實驗流程簡化，以利用更為簡便與直接的方法對納米帶鋰化，對間接鋰化加以改進。

首先使用雙氧水的氧化法制備過氧鉬酸溶膠，然后把純氧化鋰直接加入溶膠里，并對其攪拌48小時以后，把溶膠轉移容量為50毫升，內襯為聚四氟乙烯制不銹鋼反應釜里，后續的工藝和間接鋰化方法相同，同樣能獲得淡藍色產物。

該產物的xrd圖譜峰位一致，表明鋰鹽的存在對于溶膠產生正交相并沒有影響，且與二次水熱后得到的鋰化納米帶比較，其衍射峰并無明顯偏移，說明可能因為層間的鋰離子嵌入相較間接鋰化的納米帶更少，因此其層間距并沒有產生明顯變化。

納米材料與電活性

間接鋰化改性。就本文二中所提到鋰化改性的納米帶的電化學性能如下：通過得到鋰化前后的納米帶初次放電曲線圖可知，鋰后的納米帶正極材料放電電壓的平臺仍然是2.75v。引較于純納米帶的初次放電量301mah/g來說，鋰化后納米帶降低至240mah/g，主要是因為在鋰化的過程中，鋰離子嵌入故占據了一定數量的嵌理位置，使初次放電的電量明顯減小，隨著循環的持續進行，鋰化納米帶便體現出其相當穩定的優勢，經15次的循環以后，比容量仍然保持220mah/g，同時容量的保持率達92%。

對純納米帶循環15次以后180mah/g的比容量進行相對比，容量保持率達60%與3.48的δ數值，可直觀發現經鋰化后納米帶具備更好的循環穩定性，得益于鋰離子嵌入對其層結構起到支撐作用，使得充放電的比容量始終維持于平穩的數值范圍之內。

（二）納米器材。采用靜電紡絲的技術制備具備“線中棒”的分級結構釩氧化物超長型納米線，發現該線作為鋰離子的電池正極材料具備較高比容量與優良循環性能。相比于常規的納米材料，這類新穎的分級結構可有效防止納米材料因高比表面能而發生自團聚的現象，從而提升電池性能，為排除納米材料的團聚從而對性能造成影響，設計單根納米線電化學器材，通過原位的表征，建立該納米線電輸運、結構、電極充放電等狀態間的直接聯系，發現容量的衰減和電導率降低有著關聯。為進一步研究出化學鋰化后對納米材料的本征電活性的影響，把鋰化前后的單根納米帶裝成納米器件，并對其電輸運性能進行測試。

測試結果表明，鋰化之前i-v特性顯示納米帶的兩端不對稱的肖特基勢壘，這是半導體氧化鉬與金/鉑電極間產生的，在大約2v的時候，傳輸的電流約300pa。鋰化之后，i-v的曲線顯示歐姆特性，在大約2v的時候，傳輸的電流約10na，根據測定電阻、有效長與橫截面積的計算，納米帶在鋰化前后電導率大致分別是10-4與10-2s·cm-1。通過鋰化后，電導率相應增加了數量級兩個。因為納米的帶沿面生長，所以納米帶的導電性也增加，這意味著八面體層里載流子的濃度增加，表明鋰離子被作為填隙的離子而被引入的。

在電化學的循環過程之中，納米帶層間距隨鋰離子嵌入或脫離而持續擴大或縮小，相比于未鋰化的樣品，具較寬層距的鋰化后納米帶，在其充放電的過程中顯示出更小的體積變化。因此鋰化能夠提高電極在鋰離子的嵌入與脫離的過程中結構穩定性，第一次鋰化所導入的鋰離子始終保留于晶格之中，進而提升導電性，有利于在未來充放電的過程中鋰離子嵌入與脫離。

深入研究納米材料的化學特性，對合理及應用納米材料有著相關重要的影響，也為我國在各行業、領域推廣使用納米材料打下良好理論基礎。

材料化學論文:材料化學緒論課教學設計

摘要:

在《材料化學》緒論課的教學過程中，采用啟發引導教學方式，以“材料、材料與化學、材料化學”為主線進行教學設計，通過講解材料發展中的化學，引入材料科學與化學的區別與聯系，重點從材料結構、制備、性能和應用四個方面講授了材料研究中的化學問題，使學生對本課程的內容有了清晰的認識，激發了學生學習本課程的信心和興趣，并取得了滿意的教學效果。

關鍵詞:

材料化學;緒論課;教學設計

材料化學是材料科學與化學的交叉學科，伴隨著材料科學的發展而誕生和成長，即是材料科學的重要部分，又是化學學科的一個分支［1］。目前，很多高等學校的化學和材料類專業開設了《材料化學》這門課程。《材料化學》是南陽師范學院材料化學專業的核心基礎課程，對于培養學生的材料科學基礎知識，分析和解決材料制備和應用中的化學問題的能力起到了關鍵作用。但是該課程涉及的知識面廣泛，內容龐雜、概念甚多、加上課程改革，理論課時數減小，學生在學習《材料化學》課程過程中，普遍存在概念混淆、重點難以掌握等問題。緒論是一門課程的開場白和宣言書，是師生之間學習和交流的起始點，能為學生建立起一門課程的知識輪廓。通過對緒論進行學習，學生可以了解課程在所學專業中所處的地位和作用，以及該課程的教學內容、學習方法和考核方式等問題［2］。如何激發學生學習該課程的興趣，提高課程的教學質量，緒論課在整個課程教學中有著舉足輕重的地位。結合近年來的教學實踐，就如何講好《材料化學》緒論課談一些心得。

1首先明確課程性質、特點及地位

教學之初，首先明確該課程作為專業核心課程的重要地位，是學習后面材料專業課程的基礎課程，同時明確考核方式，加強學生對本課程的重視程度。材料化學是材料科學和化學學科的交叉學科，課程內容既涉及工程材料應用中的實際問題，又包括材料結構及制備中的化學問題。作為一門交叉學科，很多知識點與材料學和化學課程中的相關內容重復，很多學生以為學過相關知識，就會從思想上松懈。然而，相關知識點雖然出現重復，但在不同學科中講授的重點是不同的。在講授材料化學課程的過程中，要著重培養學生利用化學的思維解決材料科學中的問題，使學生深刻領會化學與材料科學交叉的重要意義。通過一些實例，講解本課程與化學和材料相關課程的區別和聯系，使學生更加深入了本課程的性質和地位。材料科學是偏實際應用的工科課程，化學是偏理論的理科課程，材料化學則是利用化學的理論解決材料應用中的實際問題。

2材料

以材料的實際應用為引子，如材料在航天航空、交通運輸、電子信息、生物醫藥等領域的應用，帶領學生進入學習狀態，引導學生回想什么是材料?材料的種類?提出材料是對人類有用的物質，是人類賴以生存和發展，征服自然和改造自然的物質基礎;是人類進步的里程碑。然后介紹材料的發展歷史，說明人們對材料的使用，是從最早的天然材料，依次經歷了陶瓷、青銅、鐵、鋼、有色金屬、高分子材料以及新型功能材料。根據材料的發展史，啟發學生思考材料研究和發展過程中的規律和特點。人們對材料的使用經歷了從天然材料到合成材料，從傳統材料到新興材料。傳統的材料主要以經驗，技藝為基礎，材料靠配方篩選和性能測試，通過宏觀現象建立的唯象理論對材料宏觀性能定性解釋，不能預示性能和指明新材料開發方向，而新型材料則以基礎理論為指導。材料科學的歷史表明，當一種全新的材料在原子或分子水平上合成后真正巨大的進展就常常隨之而來。化學的發展往往導致材料技術的實質性進步。在新材料的研發和材料工藝的發展中，化學一直擔當著關鍵的角色［3］。任何新材料的獲得都離不開化學，以石墨烯為例，物理學家主要關注其電子結構及輸運理論，材料學家主要測試材料的電磁、光電、傳感和催化等性能，而化學家的任務則是利用化學氣相沉積和插層剝離等方法制備該材料。只有通過化學氣相沉積法制備出高質量大尺寸的石墨烯，才能推動石墨烯在電子信息領域走向實用化。

3材料與化學

材料化學是材料科學與化學學科的交叉，很多學生容易混淆材料科學和化學的研究范疇。在本課程的第一節課，一項重要的任務是使學生明確材料科學和化學的研究內容和范疇，這對于后續相關概念的講解至關重要。材料科學的研究對象是材料，材料是對人類有用的物質，指的是人類用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質。而化學的研究對象是物質，物質是構成人類物質世界的基礎。材料是物質，但不是所有物質都可以稱為材料;材料科學是一門研究材料的成分、組織結構、制備工藝與材料性能及應用之間相互關系的科學;而化學則是從原子和分子角度研究物質的組成，結構、性質及相互轉變規律的科學。因此，化學研究的尺度范圍是原子、分子、分子納米聚集體。材料科學最早研究的尺度范圍在微米以上，如鋼和陶瓷的組織結構。隨著一些新興材料的出現和發展，人們對材料的研究甚至小到電子結構。如近些年發現的拓撲絕緣體，其表面導電，體內不導電的性質由其拓撲的能帶結構決定，而該拓撲結構則與電子的自旋運動有關，研究拓撲絕緣體必須從電子自旋角度認識其結構。因此，材料科學的研究范疇不斷拓展，并于其它學科交叉。

4材料化學

通過學習材料的發展歷程、材料科學與化學之間的區別和聯系，學生已經對材料化學有了一定的認識，引導學生給材料化學下一個定義。材料化學是關于材料結構、制備、性能和應用的化學。本校材料化學專業選用曾兆華、楊建文編著第二版《材料化學》作為教材，教材的章節也是按照材料結構、制備、性能和應用進行安排的［4］。在這部分內容講授過程中，可以讓學生以教材目錄為參照，講到相關內容可以與教材相關章節進行對應。

4.1材料的結構

從三個層次講解材料的結構，分別是電子原子結構、晶體學結構和組織結構。電子原子結構在很大程度上影響材料的電、磁、熱和光的行為，并可能影響到原子鍵合的方式，因而決定材料的類型。在這個層次上研究的化學問題主要涉及原子序數、相對原子量、電離勢、電子親核勢、電負性、原子及離子半徑等。原子序數決定了材料的化學組成，電負性決定材料內部原子之間的鍵合方式，從而影響材料的導電性、強度和熱膨脹系數等。晶體學結構主要指原子或分子在空間排列的方式，根據原子排列的有序性，將材料分為晶體和非晶體。晶體中出現局部無序，或對理想晶體的產生偏離，則出現缺陷。缺陷的存在影響材料的力學性能和電學性能等。如在本征硅內部摻雜磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成雜質原子缺陷，增加本征硅的導電性，形成N型半導體。組織結構主要指材料的物相組成及結構、晶粒的大小和取向等。在大多數金屬、某些陶瓷以及個別聚合物材料內部，晶粒之間原子排列的變化，可以改變它們之間的取向，從而影響材料的性能。一般來說，減小金屬的晶粒可以降低其熔點。在這一結構層次上，顆粒的大小和形狀起著關鍵作用。大多數材料是多相組成的，控制材料內部物相的類型、大小、分布和數量可以調控材料的性能。

4.2材料制備

材料合成與制備就是將原子、分子聚集在一起，并轉變為有用產品的一系列過程。材料制備的方法和工藝影響材料的結構，從而影響材料的性能。根據制備原理的不同，材料制備方法可以分為物理法和化學法。物理法指在材料制備過程中，僅改變材料內部原子或分子的聚集狀態，不涉及化學反應的方法。如真空鍍膜、濺射鍍膜、脈沖激光沉積法等。化學法則在材料制備過程中，涉及化學反應，并且有新物質的生成。如固相反應法、有機合成法、水熱法、沉淀法、化學氣相沉積法等。以石墨烯材料為例講解材料的制備方法。石墨烯作為二維單原子層材料，既可以采用物理法制備，也可以采用化學法制備。2004年發現石墨烯的報道，便是采用簡單的膠帶對撕方法制備，該方法依靠外力使石墨片層克服層間范德華力，使層與層之間分離，從而獲得單層石墨，該方法也稱為物理機械剝離法。利用甲烷、乙烯等烴類氣體作為碳源，鎳、銅、金等金屬作為基片，采用化學氣相沉積法則可以制備高質量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨為原料，利用化學插層剝離的方法也可以用來制備石墨烯［5］。但不同方法制備獲得石墨烯的尺寸及性能差別較大，在不同的應用領域采用的石墨烯制備方法是不同的。

4.3材料性能

材料的性能由其結構決定，與材料制備的工藝和方法有關。性能是指材料固有的物理、化學特性，材料性能決定了其應用。廣義地說，性能是材料在一定的條件下對外部作用的反應的定量表述，例如力學性能是材料對外力的響應、電學性能是對電場的響應、光學性能是對光的響應等。因此，材料的性能可分為力學性能和特殊的物理性能。常見的力學性能包括材料的強度、硬度、塑性、韌性等。力學性能決定著材料工作的好壞，同時也決定著是否易于將材料加工成使用的形狀。鍛造成型的部件必須能夠經受快速加載而不破壞，并且還要有足夠的延性才能加工變形成適用的形狀。微小的結構變化往往對材料的力學性能產生很大的影響。材料特殊的物理性能包括電、磁、光、熱等行為。物理性能由材料的結構和制造工藝決定。對于許多半導體金屬和陶瓷材料來說，即使成分稍有變化，也會引起導電性很大變化。過高的加熱溫度有可能顯著地降低耐火磚的絕熱特性。少量的雜質會改變玻璃或聚合物的顏色。

4.4材料應用

材料化學已經滲透到現代科學技術的眾多領域，如電子信息、環境能源、生物醫藥和航天航空等領域。例如，在電子信息領域，現代芯片制造離不開化學。光刻過程使用的光刻膠和顯影液，鍍膜過程中的化學氣相沉積和原子層沉積，刻蝕過程中的反應離子刻蝕，這些工藝過程都離不開化學的作用。在環境能源領域，新型光催化材料和太陽能電池材料的研究和開發，離不開化學法制備材料和對材料進行化學摻雜改性。在生物醫藥領域，對傳感材料進行化學改性提高其傳感特性，對仿生材料進行表面改性可以提高其生物相容性。在航天航空領域，各種輕質、耐高溫、耐摩擦等結構材料和功能化智能材料的研發都離不開化學。

5結語

通過對“材料化學”緒論課的精心設計，使學生明確了該課程的性質和重要地位，大量的實例激發了學生學習的興趣和求知欲，樹立了學生學好該課程的信心，為課程的深入學習起到了奠基石的作用。以“材料、材料與化學、材料化學”為主線進行講授，使學生對本課程的內容有了更加清晰和深入的認識，取得了良好的教學效果。

作者:李濤 高利敏 單位:南陽師范學院化學與制藥工程學院 南陽師范學院校醫院

材料化學論文:高職化學教學工程材料分析

摘要：

《工程材料》是高校土木工程專業的一門重要的專業課，它不僅是一門應用技術，同時又是建筑施工等課程的基礎，該課程中涉及到的材料的組成及性能等內容需要學生具備一定的化學知識方能學好，因此在開設該課程前，一般都需要學生具備基礎化學知識，結合《工程材料》教學內容，主要總結了小高職基礎教育階段需要前修的化學知識模塊。

關鍵詞：

工程材料；高職；化學；教學內容

哈爾濱鐵道職業技術學院是一所以高鐵、隧道、橋梁、建筑為主打專業的國家骨干高職院校，同時也是中國中鐵集團下屬唯一一所高職院校。我校每年為國家高速鐵路建設、城市軌道交通建設、土木工程檢測、道路橋梁建設等方面輸送大量的優秀人才。作為一個歷史悠久的老牌土木工程類院校，我校在大一第二學期開設了《工程材料》這門課程。由于近些年高考不斷改革，高中化學知識刪減了很多，又由于高考適齡生源的減少，以及一些二本院校招生門檻的降低，使得我校招生學生的素質降低，此外，作為三年制高職教學的補充，五年制高職的學生沒有經過高中系統的學習，化學知識更是為零，學生的化學基礎知識不能夠滿足《工程材料》這門課程的學習，因此，需要在講授這門課程之前，前修一部分化學基礎知識，現結合我校的實際情況，前修基礎課程并沒有充足的課時，也不能像高中化學教學那樣，重視基礎，精講運算，因此我們針對學生后學專業課學習的內容，總結出三個必須掌握的化學知識模塊，即金屬元素及其化合物、硅酸鹽工業基礎、有機物及新型高分子材料，便于學生學習掌握，為后續《工程材料》課程的學習打下堅實的理論基礎。

1金屬元素及其化合物

《工程材料》主要講述建筑材料的性能和使用條件，現階段建筑工程中常用的金屬材料又可分為黑色金屬，例如鋼、鐵、及其合金等，還有有色金屬包括銅、鋁及其合金。從事土木工程建設的技術人員必須了解和掌握這些材料有關的知識，土木工程材料是一切土木工程的物質基礎，材料決定了建筑的形式和施工方法，因此我們的學生要想學好這部分知識，就必須先要掌握金屬元素及其化學物有關的基礎化學知識。金屬及其化合物知識點較多，由于學時有限，我們只能選取與專業課聯系比較緊密的內容重點講解。例如：鋁、鐵、銅三種金屬及其化合物的性質是重點講解的內容。鋁元素存在的形式主要是鋁土礦，鐵元素能夠以游離態的隕鐵和化合態的鐵礦石存在；鋁粉可以制成銀粉（白色涂料）；鐵（鉻、錳）為黑金屬，其余的都為有色金屬；金屬鋁既能和強酸反應，又能和強堿反應；金屬化合物與酸和堿的反應；常用的金屬冶煉方法及原理，例如，電解法冶煉鋁，熱還原法冶煉鐵，濕法冶煉銅等；其中最主要的還是工業煉鋼、煉鐵的原理。工業煉鐵的主要原料是石灰石、鐵礦石、焦炭，在煉鐵高爐中發生三個化學反應這樣可以得到生鐵，生鐵可以作為煉鋼的原料，把生鐵冶煉成鋼的過程，就是除去大部分硫、磷等有害雜質，并且適當地降低生鐵里的含碳量，調整鋼里合金元素含量到規定范圍之內。煉鋼時常用的氧化劑是空氣、氧氣或氧化鐵，主要化學方程式：大量鐵變成氧化亞鐵，調整硅、錳的含量，同時降低碳量，除去FeO，因它會使鋼具有熱脆性。

2硅及硅酸鹽工業基礎

建筑工程中把能夠將散粒狀材料（如砂子、石子等）和塊狀材料（各種磚或者砌塊）粘結成為具有一定強度的整體材料，成為膠凝材料。膠凝材料根據化學成分可分為無機膠凝材料和有機膠凝材料，其中無機膠凝材料又可分為氣硬性膠凝材料，例如石灰、石膏、水玻璃等，而水硬性膠凝材料主要為各類水泥。作為土木工程專業的學生，在學習這部分知識時要作為重點內容。因此我們在講述這部分知識點時，首先要求學生要對這幾種材料的化學成分、反應方程式有一定的了解，并且知道它們之間的聯系。主要講述的內容包括硅的性質及應用；二氧化硅的性質及用途，硅酸鹽工業主要包括玻璃、水泥和陶瓷，這三種產品都是建筑工程中常用的材料，尤其是水泥，因此，學生要掌握這幾種產品的制備原料、設備、反應原理、主要成分、特性、種類及用途。以水泥為例，其制備原料為石灰石、粘土和石膏（適量），設備為水泥回轉窯，具有水硬性，水中空氣中都可以硬化，是不可逆過程。

3有機物及高分子材料

隨著國民經濟的發展，對材料的需求越來越多，對材料的性能要求也越來越高，新型高分子復合材料越來越受到人們的重視。有機物知識點繁多，需要學生掌握的知識點主要包括：烷、烯、炔烴及笨和笨的同系物基本組成及化學性質；烴的衍生物的重要類別和各類衍生物的重要化學性質，包括鹵代烴、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、酯，硝基化合物等等；重要的有機反應及類型，包括：取代反應、加成反應、氧化反應、還原反應、消去反應、水解反應、熱裂化反應，聚合反應、中和反應；高分子材料是由可稱為單體的原料小分子通過聚合反應而合成的，包括碳鏈高聚物、雜鏈高聚物、元素高聚物，四類主要高聚物反應包括：加聚成碳鏈、縮聚成酯鏈、縮聚成肽鏈、酚醛（或酮）縮聚。傳統高分子材料包括塑料、橡膠、纖維、薄膜、膠粘劑和涂料等。其中，塑料、合成纖維和合成橡膠已經成為國民經濟建設與人民日常生活所必不可少的重要材料。而新型高分子材料的性能更優越，應用更廣泛，既具備了傳統高分子材料機械性能，且在一定領域有特殊用途的若干種新型材料，例如有高分子分離膜、仿生的高分子材料、醫用的高分子材料、液晶高分子材料、導電塑料等等。兩者在化學結構和物質劃分上，是基本一致的，只是合成難度上、實際用途上、出現時間上有差異。從事建筑工程的技術人員都必須了解和掌握土木工程材料的有關技術知識。土木工程材料是一切土木工程的物質基礎，材料決定了建筑形式和施工方法。因此要學好這部分知識非常重要。知識的積累和學習是一個漫長的過程，不能一蹴而就，要循序漸進，要想學好專業課，就必須要先學好基礎課。

作者：張巍 單位：哈爾濱鐵道職業技術學院基礎教育學院

材料化學論文:案例型材料化學教學探索

1案例型教學

1.1案例來源及積累

案例主要來源于媒體報道或經典案例。如生活中常見的“502膠水”、“礦泉水瓶”、“化妝品瓶”、“塑料手套”、“雨靴”、“衣服”、“汽車輪胎”、“尼龍繩”以及“石墨烯智能服飾”等，最近的新聞報道“2014年80歲老太換全髖關節次日下地”，小孩的卡通玩具“光敏印章”，“農用聚乙烯薄膜”、“工業上泡沫塑料的發泡劑”工業生產原料等。日常注意收集積累，并根據案例所產生問題、解決途徑進行歸類，建立案例庫，進一步有助于理解書本知識。

1.2案例選擇

案例引入為教學服務，選擇適當的案例保證教學活動的順利進行是前提。適當的案例既能融合學生所學課程的理論基礎，又能結合實驗室條件以及學生的實際情況。綜合以上考慮因素，對于功能高分子材料教學，選用“2014年80歲老太換全髖關節次日下地”作為教學案例，該案例內容包括了功能高分子材料的理解以及如何在生活中應用進行擴展等內容。人們對“關節置換”這個詞已不再陌生，但是它的原材料是什么?大家可能還是很陌生。它是指用生物相容性和機械性能良好的金屬或復合材料制成的一種類似人體骨關節的假體，通過手術將其植入體內，替代病變的關節，清除疼痛，恢復關節的活動與原有的功能，而這種生物相容的材料就是咱們的高分子材料超分子量聚乙烯。這樣進行案例引入，大家對于目前簡單應用的高分子材料有了更深入的認識。案例選擇應遵循難易適中、可操作性強等特點，照顧成績下游學生的同時，給上游學生預留挑戰空間，激發學生解決問題的強烈愿望。

1.3案例深入和小組討論

案例引入為實現教學目標而設計的，學生以理解知識問題為目標，圍繞知識問題進行思考、討論，進而理解知識要點。如果這堂功能高分子課程只進行到這里，學生只是知道了一個熟悉的陌生人。我們下面還要對這個高分子材料超分子量聚乙烯進行討論。大家對聚乙烯比較熟悉，聚乙烯(PE)是五大合成樹脂之一，是我國合成樹脂中產能最大、進口量最多的品種。以“聚乙烯的應用”為例，在方案設計前指導老師提出以下問題:“在日常生活中那些是聚乙烯的產品?”該問題引起了學生很大的興趣和關注，為回答以上問題，學生自主進行了查閱。可以了解它可以應用在“保鮮膜、背心式塑料袋、塑料食品袋、奶瓶、提桶、水壺等”。緊接著又提出“聚乙烯的分類?它們的區別是什么?合成方法和用途是什么?”，該問題引導學生進一步擴展知識要點，聚乙烯主要分為線性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)三大類，而案例里提到的是超高分子量聚乙烯，學生要如何回答這幾種聚乙烯材料的區別是什么，可以引入小組討論的方式，分成四個小組，每個小組負責一種材料，從它的物理性質、特性、合成方法及用途上進行材料整理，在課堂上用PPT講解，最終由教師進行點評，通過方案設計中的討論，每個小組經過歸納整理把這種材料的性能基本完成全掌握了，同時也培養學生的動手能力及團隊合作精神。事實證明，案例型教學法在激發學生的探索欲和提高學生學習興趣方面起到了積極的作用，在解決問題的過程中逐步形成分析素養。

1.4案例擴展

將科研項目引入具體的課程教學中去是利用其進行智能型人才培養的新途徑，也是將書本知識擴展到實際應用的一種途徑。以上案例用到的是超高分子量聚乙烯作為人工關節軟骨(關節臼)材料，然而，臨床實踐顯示，人造關節有效工作年限為10～15年。長期使用過程中產生的聚乙烯磨屑會引起骨骼發炎，發生無菌性松動和假體脫落等問題，從而需要更換新的人造關節。再次更換人工關節的手術費用和失敗率比首次更換高很多，導致經濟損失和對患者身體的傷害。因此必須要增強醫用超高分子量聚乙烯的耐磨性能，這樣就在該課程的教學過程中引入科研項目，激發學生的學習興趣，鍛煉其查閱文獻資料的能力，積極引導其參與到科研活動中去。通過學生資料查閱，采用納米粒子增強復合材料技術，合成氧化石墨烯基超高分子量聚乙烯(UHMWPE)復合材料，充分利用新型二維納米材料石墨烯的高強度、高模量、高硬度和低摩擦系數的突出特點，提高了石墨烯/UHMWPE復合材料摩擦磨損性能。在這里學生又查到一個新的概念—石墨烯，它是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3%的光;而電阻率只約1Ω?m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。石墨烯具有非同尋常的導電性能，超出鋼鐵數十倍的強度和極好的透光性，它的出現有望在現代電子科技領域引發一輪革命。燃料電池是將燃料具有的化學能直接變為電能的發電裝置。與其他電池相比，具有能量轉化效率高、無環境污染等優點。“質子傳導薄膜”是燃料電池技術的核心部分，汽車中的燃料電池使用氧和氫作為燃料，轉變輸入的化學能量成為電流。現有的質子薄膜上常存在燃料泄漏，降低了電池有效性，但質子可以較為容易地“穿越”石墨烯等二維材料，而其他物質則很難穿越，那么我們研發石墨烯碳紙特種紙用作質子薄膜，既可以解決燃料滲透的問題，增加電池的有效性，還可以降低燃料電池的成本。而特種紙在日常生活中應用十分廣泛，比如棉紙、宣紙、無塵紙、鈔票紙、噴墨紙、熱敏紙、過濾紙、茶袋紙、鋁箔紙、拷貝紙、美術紙、復寫紙、無碳復寫紙、防霉紙、靜電防止紙、導電紙、半導電紙、電池分離紙、電氣絕緣紙、耐熱紙、汽車用濾紙、空調濾紙、脫臭濾紙、醫療衛生用紙、藥包紙、無菌紙、醫療膠布基材、手術衣等等。這樣的學習過程最終實現讓學生根據自身興趣自主的尋找課題，參與到科研項目中，積極參與競賽，培養他們將來在工作學習中“發現問題—方案設計—方案實施—結果討論—問題擴展”的能力。

2培養學生的創新思維，樹立綠色理念

開設課題開放性實驗，培養學生獨立查閱文獻資料及設計開展實驗的能力，在實驗過程中積極引導、經常討論總結進一步鍛煉學生自主動手能力。增強現有學生實驗室的開放性，組織學生參加各類競賽、培養學生的專業技能和創新意識。同時，促進教師實驗室、研究生實驗室及校企聯合研發中心的開放，帶領學生去工廠實習，引導學生直接參與科研實驗工作，使學生認識、了解科研，培養學生的創新意識和創新思維。此外，結合我國可持續發展戰略及未來材料化學工業以及綠色造紙與特種紙綠色發展方向，在課堂、實驗、實踐等教學環節堅持融入綠色化學內容，滲透綠色化學思想，在豐富化工實驗教學內容的同時培養學生樹立綠色化工理念，增強綠色化學意識。

3加強卓越工程師的培養

為促進就業，培養學生的社會技能，增加課堂教學效果，積極組織學生參加材料化學專業和綠色造紙與特種紙的各項職業資格、技能考試，通過考證激發學生的學習興趣，為學生今后就業和提升工作能力奠定基礎。以“強化工程、工藝、設計和新興特色學科交叉等方面基本理論、知識的培養;強化生產、研發、檢測和管理等方面工作的基本工程能力的培養;強化國際化視野、企業家精神、市場頭腦和創新思維等基本素質培養”為特色的強化“三基”人才培養方案，建立一個符合我院卓越工程師課程教學體系，培養滿足地方產業發展需求的優秀材料化學以及綠色造紙與特種紙專業人才，增加學生就業渠道，提高學生的就業水平。

4結論

在案例型教學法中，學生主動性提高，并通過參與、完成科研項目獲得成就感，探索欲得到激發，自信心得到提高;同時，在教師引導、學生逐步解決問題的過程中，學生形成了解決問題的思路，培養了解決問題的素養。此外，通過小組合作學習，學生的團隊精神得到培養。此外案例型教學法有著較明顯的優勢，但同時也需要注意以下問題:需要指導老師投入大量的精力積累案例、指導方案設計、管理教學過程等，工作量大。需要充分調動學生積極性，否則案例型教學法容易流于形式。評價方式重要，不能以簡單的實驗報告進行評價，應重視學生表現，否則學生不重視參與過程而注重結果。教學改革在方法創新的基礎上，應更加關注方法適用性，抓住學生興趣，提高學生自主學習積極性，提高學生參與度，激發學生創新思維。

作者：張妍 沙力爭 趙會芳 陳華 單位：浙江科技學院生物與化學工程學院/輕工學院

材料化學論文:材料化學實驗室信息管理探索

1MCLIMS的實現目標

為了實現材料化學實驗室高效管理實驗室的人員、儀器、藥品、無紙化實驗記錄，提高管理效率，保證科研工作的順利進行，MCLIMS主要分為三個主體框架：上位機LIMS，嵌入式控制終端及藥品存儲柜的實體，上位機軟件主要用于通過軟件來實現基本信息的維護和藥品的使用操作，嵌入式控制終端與存儲柜構成一個整體，用于響應上位機LIMS的命令，并做出響應決定是否需要開啟藥品存儲柜，藥品存儲柜用于存儲材料化學實驗室的藥品。本系統的最終實現目標包括以下幾個方面。

1.1上位機LIMS軟件主要實現如下功能

用戶信息管理模塊：包括用戶登錄、用戶信息錄入、更新、檢索、刪除及用戶權限管理，密碼管理等；導師信息管理模塊：主要是管理導師的基本信息及科研方面信息等；用戶簽到管理模塊：主要是與指紋錄入儀進行通訊、實現用戶簽到驗證，主要包括：用戶指紋錄入、用戶簽到、簽到查詢、用戶指紋刪除、用戶請假等；藥品信息管理模塊：包括藥品信息錄入、更新、檢索、刪除、余量更新、藥品存儲位置管理等；藥品使用管理模塊：包括藥品檢索、打印條形碼藥品清單、藥品余量提醒、過期藥品查看等；藥品存儲柜信息管理模塊：主要是管理存儲柜數量、位置IP、容量等信息；儀器信息管理模塊：包括儀器信息錄入、更新、刪除、儀器預約、預約郵件提醒、外借管理等；熱電參數測試儀數據讀取模塊：包括添加儀器測試用戶、測試樣品參數管理及測試數據管理等功能。

1.2嵌入式終端控制軟件主要實現功能

（1）用戶登錄，只有登錄成功后才能進行（3）的操作，否則（3）此操作無效，視為不合法用戶。（2）終端串口管理，配置終端的串口通訊，用于條形碼閱讀器信息的讀取。（3）終端存儲柜柜門控制，用戶在得到（1）的權限后直接可以操作柜門的開啟與關閉。（4）終端信息顯示，串口讀取到的條形碼信息后系統檢索數據，更新顯示信息，然后解析檢索到的信息來控制存儲柜的開啟與關閉。

1.3存儲柜物理設計

根據需要，本次對藥品存儲柜的設計采集2X2式的矩陣式設計方案并充分考慮了電路設計，信息讀取的物理接口。

2MCLIMS系統架構

拓撲結構反應了應用系統或網絡系統中各個結間點的互聯表現形式，如文件服務器、工作站等的，常見的拓撲結構有總線型拓撲、星形拓撲、環形拓撲、樹形拓撲、以及它們的混合形式。對于本系統，它主要體現在上位機軟件、數據庫服務器及嵌入式控制終端的連接方式及他們的數據響應關系。考慮到每個實驗室的安裝配置過程中，上位機軟件與嵌入式控制終端的對應關系是1∶n的關系，n大于等于兩臺設備，本文選擇了總線型拓撲，其特點：結構簡單靈活，非常便于擴充；共享資源能力強，要實現總線型拓撲結構，只需上位機LIMS與MySQL服務器及嵌入式終端同在一個局域網中，保證MySQL服務器網絡可達即可。系統的最終架構如這種架構方便藥品存儲柜數量的擴充，位置的放置也不受限制。

3MCLIMSR的具體實現

3.1系統軟件架構

本系統以C/S模式為開發模式，以C#為上位機LIMS軟件的開發語言，VisualStudio2010為開發功具；MySQL作為數據庫服務器。嵌入式終端以基于ARM9為核心的S3C2440芯片作為處理器的TQ2440開發板作為嵌入式硬件平臺，將嵌入式Linux作為底層系統，QT和C語言作為GUI設計和底層驅動開發語言；以UG為存儲柜物理實體的建模工具。

3.2系統硬件架構

本系統涉及與多個硬件的通訊工作，其中包括：中控指紋儀，用于學生簽到模塊中的指紋錄入及學生簽到功能；POS打印機，用于實驗室學生實驗藥品清單的打印，清單信息包括用戶實驗方案、所需藥品的位置、用量、實驗編號等信息并附帶條形碼；TQ2440開發板，是嵌入式控制終端的運行平臺，用于運行嵌入式控制終端軟件；條碼掃描器，用于掃描條形碼清單上的實驗編號信息，并將編號傳到嵌入式軟件，軟件做出相應的響應。

3.3系統功能模塊設計

通過結合當前實驗室對藥品管理系統的需求分析，本系統設計出如下功能模塊。

3.4數據庫設計

數據庫是實驗室信息管理系統的基礎和核心,它關系著實驗室的工作效率和業績，一個科學、合理的數據庫是LIMS成功創建和穩定運行的基礎。在材料化學實驗室管理系統（MCLIMS）中數據庫作為信息的來源及存儲工具，也是連接上位機LIMS、嵌入式控制終端的數據共享的橋梁。根據對各模塊的處理過程及需求分析，以MySQL作為數據庫服務器，將數據庫設計包括以下幾個方面。①與用戶相關的包括用戶登錄表，用戶簽到表，用戶指紋表，用戶請假登記表，用戶科研信息表，用戶基本信息表，用戶導師信息表等。②與儀器信息相關的包括儀器預約信息表，儀器信息表，儀器外借信息表等。③與化學藥品相關的有：化學藥品信息表，化學藥品使用信息表，化學藥品剩余量信息表，藥品短信驗證表等。④與測試儀器相關的數據表有：儀器測試用戶表，樣品測試參數信息表，樣品測試信息表等。

3.5系統的具體使用流程

本系統由上位機LIMS軟件、嵌入式控制軟件及存儲柜實體構成。用戶使用時對于非藥品使用的模塊都可以直接通過上位機LIMS軟件完成，包括用戶簽到、實驗室儀器、導師信息管理等。用戶要完成實驗，要經過幾步：打開藥品使用模塊、檢索藥品的信息如余量、位置。然后根據實驗規劃分別添加藥品信息；確認藥品配方并打印清單，清單信息上會附帶藥品的位置，用量信息，實現學生實驗無紙化記錄；將藥品清單攜帶到藥品存儲柜終端，掃描條形碼，嵌入式終端檢查條形碼的合法性，然后檢索并顯示信息。同時，相應柜門開啟，完成取藥，每個條形研只能使用兩次。

4結語

本文根據當前材料化學實驗室對信息管理特別是藥品的管理的功能需求，設計并研發了一套材料化學實驗室信息管理系統，該系統主要分為3個功能框架：上位機LIMS、嵌入式控制軟件及存儲柜實體。然后給出了該系統的實現方案及系統架構，分別設計了系統的功能模塊。該系統操作方便、安全性高、功能設計豐富并人性化。總線型拓撲結構也使得存儲柜數量易于擴充布置。系統為實驗室的管理提供為極大的便利，大大地實現實驗室資源信息的共享，不管是導師還是學生，都能從此系統中感應到使用的便利性，提高實驗工作的效率，加快高效實驗室信息化。

作者：瞿秋亮 楊君友 單位：華中科技大學

材料化學論文:材料化學工程方向研究生教學探析

材料是人類賴以生存和發展的物質基礎，與信息、能源并稱為社會文明的三大支柱。人類社會的發展歷程，是以材料為主要標志的。從人類以石頭為工具的舊石器時代到對石器進行加工進入新石器時代，再到后來的青銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代，人類的發展歷程可以說就是材料的發展史。現代社會，材料已成為國民經濟建設、國防建設和人民生活的重要組成部分。材料化學工程在這種大背景下應運而生，本學科以化學、化工、物理學為基礎，系統學習材料科學與工程的基礎理論和實驗技能，并將其應用于材料的合成制備、結構表征、性能檢測及其應用等方面的新興學科，是一門交叉性與工程技術密不可分的應用科學。但隨著社會進步，舊的研究生教育模式的弊端逐漸顯示出來。本文基于材料化學工程的特點，分析了現今研究生教學中存在的問題，并提出了解決辦法。

1存在的問題

1．1內容廣，概念多

材料化學工程是以化學和化工基礎，研究、開發、生產和應用金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料和復合材料的工程領域。研修的主要課程包括物理化學、材料科學基礎、材料力學、材料工藝、高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料等。在基礎課程中概念多、公式多，如在物理化學中的熱熔、積分溶解熱、積分稀釋熱等，有些概念相似如果不仔細區分容易混淆。在諸如高分子材料這類介紹性的課程中名稱特別多，如聚丙烯、聚氯乙烯、環氧樹脂等，這些材料在我們的生活中經常接觸。但通過學習很多學生還是不能識別基本的材料，掌握它們的基本制備工藝和用途。

1．2敘述性的內容多

關于三大材料的學習主要是敘述性的內容多，比較抽象。例如，金屬加工中熱處理的四把火:退火、正火、淬火、回火，退火又分好幾個種類，每種鋼材根據用途不同，而選擇不同的工藝條件。但是只通過課本的敘述，對于很多材料依舊沒有直觀的認識。雖然很多同學有參加過金工實習課，但是時間不長，很難做到全面深入的了解，對一些材料的性質、加工方法感到陌生，從而逐漸喪失學習興趣。另外，在材料的合成中，每合成一種材料，需要通過一系列檢測看所得物質是否為目標產物。又或者合成一種新的物質，也可以通過檢測分析出其結構性能。材料專業的學生都有一門必修課《材料結構表征及應用》詳細介紹了材料表征中各種檢測手段。但是很多同學拿到檢測結果卻不會分析。

1．3課程教學與現實聯系不夠緊密

研究生與本科生最大的不同就在于，在接受系統知識的同時，必須加強研究意識、創新意識和研究能力的培養［1］。材料化學工程是一門應用型學科，與實際應用密不可分。課程安排之前的金工實習，目的是鍛煉學生動手能力，對材料的加工有所了解。此外，還有一些實驗操作課，但是很多時候由于時間安排不合理又或者設備少學生多，平均幾人一臺設備，學生動手機會操作不夠，有時候老師只能靠演示的方法讓學生觀摩，學生完全處于一種被動的學習狀態。還有部分同學在實習中怕臟、怕累，不愿動手操作。另外，在課程結束后還有參觀見習，對材料的加工制作有個直觀的認識，但是很多時候由于人員過多，加上工廠環境復雜，很多同學在見習過程中往往走馬觀花，只停留在看熱鬧的表面功夫上。

2解決辦法

2．1培養學習興趣

科學家愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師。”老師首先要做的就是激發學生的最大興趣并使之保持這種熱情。材料化學工程與我們的生活密切相關，老師可以在講授過程中結合我們實際生活中的用途。比如高分子材料中的聚丙烯腈，常與羊毛混紡制成毛織物等，可以制作毛毯、軍用帆布、帳篷等。被稱為“人造羊毛”。又如我們生活中常見的木制家具，其實很多都是由木塑復合而成:以木材為主要原料，經過處理使其與各種塑料通過不同的工藝復合而成。既保留了木材良好的加工性能，同時具有塑料的耐水、耐腐蝕、使用壽命長等優良性能，還符合環保的大前提。通過這種理論結合實際，能激起學生學習興趣，鼓勵學生自己查閱資料了解更多信息。

2．2疏通知識結構，掌握各學科之間的聯系

在材料化學工程形成前，高分子材料、無機非金屬材料、金屬材料科學都已自成體系，而且他們之間存在著很多相似之處，可以相互借鑒，促進本學科的發展。如馬氏體相變本來是金屬學提出來的，廣泛地用來作為鋼材熱處理的理論基礎。但在氧化鋯陶瓷材料中也發現了馬氏體相變現象［2］，并用來作為陶瓷增韌的有效手段。另外，各類材料的研究設備與生產手段也有很多相似之處。雖然不同類型的材料各有專用測試設備與生產裝置，但更多的是相同或相近的，如顯微鏡、電子顯微鏡、物理性能測試和力學性能測試設備等。在材料生產中，很多加工裝置也是通用的。比如生活中很多塑料用品大多是通過注塑成型加工而成，但其實與粉末冶金工藝中的壓坯過程相似。隨著科學技術的發展，各學科間已無明顯界限，甚至不同材料之間能相互代替。不過凡事都有規律可循，只要掌握規律很多問題便迎刃而解。作為材料的規律就是:組織決定性能，性能決定應用［3］。再根據性質選擇材料，依據用途確定工藝路線。抓住這一規律，學習時就不會感到毫無頭緒。

2．3傳統教學與現代教學方式相結合

傳統教學大都采用“填鴨式”方式，學生聽課主動性、積極性不高。新的教學改革中應采用啟發式、互動式和討論式等新的教學方式。老師在課前布置問題，分小組完成不同的部分，讓學生帶著問題去學習，查找資料，每組選擇代表在課堂進行發言，然后再各組進行討論。這樣不但發揮了學生的主觀能動性，活躍課堂氣氛，減輕了老師的授課負擔，還鍛煉了學生自己分析問題、解決問題的能力，達到事半功倍的效果。相比傳統教學，計算機匯集了圖像、文字、聲音等元素，極大的豐富了教學色彩，調動學生學習積極性，具有直觀、生動、形象的元素，可以將抽象的理論知識和工藝方法生動的展現在學生眼前，增加課堂趣味性，提高學生的感性認識，有利于知識點的理解和掌握。同時可以結合一些相關視頻比如:注塑成型、擠出成型、模壓成型以及金屬材料的冷加工熱加工等。這些視頻網絡上都可以找到，如HOWITISMADE、TEDSHOW等。通過相關的視頻，既可以活躍課堂氣氛，也能調動學生學習積極性，甚至激勵學生自己在課外繼續學習觀看。這種多媒體教學與視頻教學相結合的方法，既減輕了老師的負擔，同時激發學生學習興趣，調動積極性，促進教學任務順利完成。

2．4開設軟件分析課程

作為材料化學工程研究生，材料檢測分析應該成為一種必備的基礎技能。但是很多時候拿到檢測結果卻不會分析。軟件分析課程可以很好的解決這個問題。所有的檢測結果都有軟件可以分析，比如FTIR、XRD、NMR等，借助這些軟件，可以快速地分析所得結果。比如JADE，作為一款分析XRD數據的軟件，它可以對物相進行定性定量分析。雖然軟件分析不一定完全正確，更多的時候還是根據理論基礎來判斷，但軟件分析可以作為一個輔助手段。這樣學生既掌握了一門技能，而且大大提高了學習效率。

2．5課堂教學與實踐相結合

俗話說“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。作為一門應用型學科，課堂所學的最終都是要能應用到實際生產中去。在涉及如注塑成型、擠出成型等高分子材料成型工藝時，可以穿插一些參觀實習課。通過參觀實習，直觀地了解材料加工制備過程，將自己所學知識配合生產。理論上可行的事情，在實際應用中還需要考慮到原材料、工藝條件的控制、銷售渠道、成本控制等。如果有可能，可以盡量選擇一些大型的工廠基地，接觸現代化的機器設備，體會先進生產力的發展，感受到世界一流水平的實力。為學生豐富見聞開闊視野提供機會，這將對培養學生的自信很有幫助，尤其是對于一些非重點名校的學生。另外，通過與企業或者研究單位聯合培養，即“產學研結合”。“產學研結合”一般指企業、學校、研究單位之間的相互合作和優勢互補。李元元等認為產學研結合是培養工科碩士的最佳途徑，學位論文的選題和相關實踐應當與工礦企業的工程實際相結合，密切結合其技術改造、革新、引進等技術難題或科研攻關項目。這將有利于從根本上解決學校教育與社會需求脫節的問題。縮小學校人才培養與社會需求脫節之間的差距，增強學生就業競爭力。

3結語

按照教育部頒布最新的學科體系，材料化學工程是化學工程與技術的方向之一，主要以化學、化工和材料為基礎的應用性學科。因而在材料化學工程研究生教學中存在理論多、知識點多、概念多及與實踐聯系不夠緊密等問題。針對上述問題提出了激發研究生學習興趣，疏通各學科知識結構、掌握它們之間的內在聯系，教學中注重傳統教學與現代教學方式相結合，開設軟件分析等實用性課程，理論教學與實踐相結合等解決辦法。

作者：陳志彥 楊億 單位：中南林業科技大學

材料化學論文:論無機材料物理化學的教學革新

無機材料物理化學課程現狀

目前，無機材料物理化學課程沿用陸佩文[5]編寫的硅酸鹽物理化學課程體系，在多年教學過程中發現該課程體系存在如下的問題：

1知識點分散

無機材料物理化學課程的內容包含了材料科學基礎的晶體學及晶體缺陷的內容，包含了材料加工的基礎知識相平衡和相圖，同時又涵蓋了無機非金屬加工過程特有的熔體和玻璃體，陶瓷加工過程的基礎粘土水系化學，燒結加工過程的擴散、固相反應、固態相變和燒結等基礎知識．課程體系分散復雜，課程的內容繁多，每一章單獨成為體系，前后的聯系不夠明顯．

2與實際接觸的宏觀事物距離較大

無機材料物理化學的教學體系以理論推導為主，涵蓋了大量的前期科研工作者進行的理論推導，并且結合實踐給出了很多應用．由于工科學生課程體系設置的特點，注重工程實際，注重在實踐中解決問題．因此，在學生現有認識事物的體系中，對于宏觀上能看到、能摸到的理解和掌握起來比較快，而對于微觀的、抽象的體系認識起來難度比較大．

3與實際的生產不能有效結合

現有無機材料物理化學課程作為工科課程來講，離實際工程應用距離比較遠，對學生的吸引力不夠，很多學生在課堂上經常問學了這么多公式、這么多圖有什么用，而這個問題按照現有的課程體系無法回答．

無機材料物理化學課程體系改革

無機材料物理化學的知識點總體上概括起來可以分成兩個主要方面，一是與陶瓷（水泥）生產密切相關的知識，二是與玻璃生產密切相關的知識體系．在此為分類基礎上，對課程的知識點和講授順序重新進行了調整嘗試．

1以陶瓷生產為主線的課程體系設置

在介紹與晶體相關的知識過程中，主要以實際中的陶瓷為例，首先進入晶體的微觀世界，引出陶瓷的晶體結構，由晶體結構引出晶體概念、晶體化學知識，在晶體中漫游會發現很多缺陷，進而介紹缺陷的知識．簡要介紹陶瓷的生產工藝，從原料加工到成品過程用動畫演示，介紹原料過程中講解粘土-水系的膠體化學，其中包含的膠體性質及一般的熔體性質通過固體的表面和界面部分來了解；利用陶瓷燒結過程中的燒結溫度選擇，引出相平衡和相圖，重點介紹這部分內容，在燒結過程中的微觀動畫展示后引出擴散-固相反應-燒結．此部分中，重點是晶體的結構及相平衡的知識．

2以玻璃生產為主線的課程體系設置

與玻璃相關的課程知識介紹的過程中，首先展示玻璃，隨后簡要介紹玻璃的生產過程，該過程由于有無機非金屬材料工學進行具體介紹．因此，只需描述即可，其后引出玻璃原料，簡要復習晶體結構知識，按照生產流程加熱熔融后的現象要有熔體和玻璃體部分來了解，結合玻璃的生產講解相變過程中涉及到非晶體部分相平衡中的知識．在此部分的講解中重點介紹非晶態物質的形成機理及過程．通過如上的體系改革使學生能夠充分認識課程知識，并且知道整個體系的來龍去脈，使學生由過去的被動接受變為主動有意識的學習，形成良好的學習動力．

課堂教學過程中“四要素”的融會貫通

材料科學與工程的“四要素”始終作為課程講授的主線，作為基礎課程，主要授課的目標還是材料科學這四個要素之間是如何建立起聯系的，為什么有這樣的聯系，影響因素等知識．在結晶學部分每介紹一個新概念，都有意識介紹該概念對無機材料工藝及性能的影響及其應用，如介紹空間群概念后簡要介紹空間群分類后對壓電性能的影響，豐富學生的知識體系，而且可以更好的融會貫通，理解概念．在熔體部分的性質概念介紹之后，要簡要了解熔體的性質對玻璃加工工藝的影響．在講粘度時，主要介紹粘度與溫度和組成等因素的關系，但是到底會有什么樣的影響并沒有介紹．因此很多學生就是為了學習粘度知識而死記硬背，不知道粘度的具體應用，而在課堂上簡要介紹過粘度會影響玻璃的加工溫度及玻璃的成型性能時，同時簡要介紹怎樣影響的，就會使學生知道知識是有用的，學習起來目的性更強，而且方便對一些概念的理解記憶，而不是簡單的死記硬背．在相平衡一章中，相圖是一個重要的知識點，也是材料科學體系中一個非常重要的工具，學好相圖對材料科學下一步學習至關重要．但是在以前的教學過程中按照書本的知識體系從頭到尾介紹之后，很多學生都是一片茫然，似乎感覺是學習了幾何學又或是物理學，不知道無機材料物理化學中為什么要單獨拿出這一章來講解這個圖．經反思教學過程發現，在教學過程中過分重視教學內容的傳授而忽略了這個工具實用性的介紹，按照“四要素”理論，相圖這個工具應該是工藝制定的重要根據，因此在改革后的講授過程中，在介紹過相率和簡單的三元相圖等基本知識后，就具體地舉了一個Al2O3-SiO2-CaO三元體系陶瓷燒制的過程，簡要介紹了如何利用三元相圖進行原料配料計算，如何確定燒成溫度，及得到的燒成體的主要成分和構成等知識．使學生先知道三元相圖的作用，在材料學“四要素”體系中的位置，然后在具體地講解三元相圖的分析過程，并且在講解過簡單的三元相圖后還要舉1~2個實際的復雜例子進行實際應用．

教學改革的效果

經過2年多的教學改革試點，學生的課堂聽課效果有了很大改觀，原來每個自然班約有50%的學生堅持在課堂上聽課，很多學生由于跟不上進度而睡覺或者干脆逃課．改革后，無機2009級學生堅持聽課的達到了80%以上，學生聽課狀態明顯好轉，聽課熱情很高，而且課間休息時問問題的學生數目明顯增加．對齊齊哈爾大學無機材料2008級和2009級學生進行了授課效果評價，90%的學生認為能夠掌握課程基本內容，學生的考試及格率由90%提高到96%，平均分由77.6分提高到81.2分，有了較大幅度提高．在總結了無機材料物理化學課程教學過程中存在問題的基礎上，通過以材料科學的“四要素”為基本思路，對無機材料物理化學課程中大量的知識點進行了重組，豐富了與實踐結合更加緊密的知識內容，探索了一條實用性很強的無機材料物理化學教學改革新途徑．（本文作者：王超會、顧曉華、李曉生、楊長龍 單位：齊齊哈爾大學材料科學與工程學院）

材料化學論文:建筑材料化學特性與耐久性分析

摘要:對于土木建筑材料的化學特性要充分進行掌握，才能夠更進一步地將土木建筑材料運用到合適的位置，對土木建筑材料的運用，實際上就是對其化學上的變化進行運用，因此，要熟悉常見的建筑材料的化學特性，才可以更加適當地進行運用。

關鍵詞:建筑材料；化學特性；耐久性伴

隨著當前中國城市化的腳步越來越快，土木工程的質量也涉及到整個城市發展的方方面面，特別是土木工程所選用的各種土木建筑材料，實際上會影響到整個建筑物的建筑質量。選用合適的土木建筑材料，實際上應該充分考慮到這些建筑物本身的化學性質，還有這些土木建筑材料是不是能夠更加耐久，這些實際上都是整個建筑物的質量保障。如果土木建筑物的材料在結構上面并不是非常優秀，或者是建筑材料本身出現的化學特性無法適應所建設地區的具體情況，那么在建筑的過程當中都可能降低其耐久性。所以，在建筑材料的化學特性和耐久性方面，應該充分考慮好這些材料的具體特征，要選用合適的建筑材料，這樣才能夠更好地推動城市化的發展。

1土木建筑材料的化學特性探究

土木建筑材料實際上是非常廣泛的一類物質，比如混凝土或者砂漿等，都是屬于土木建筑材料的范疇。而且每一種土木建筑材料的化學性質范圍也非常大，不過針對土木建筑過程當中的一些具體狀況，實際上選用土木建筑材料的過程中，重點還是關注這些建筑材料的化學穩定性。因為部分土木建筑材料在特定的環境當中會產生一些化學反應或者變化等，這些變化不同于物理形態上的變化，而是一種化學方面的變化，這樣的變化是非常廣泛，而且影響也非常深刻，所以應該要加以關注。如果一些土木建筑材料的化學變化是能夠強化工程的穩定性的，那么就可以加以采用，但是如果一些土木建筑材料的化學變化可能會導致一些負面影響。所以對于土木建筑材料的化學特性要充分進行掌握，才能夠更進一步地將土木建筑材料運用到合適的位置，對土木建筑材料的運用實際上就是利用其化學上的變化進行運用，因此，要熟悉常見的建筑材料的化學特性。下面本文將對混凝土和砂漿這兩種常見的土木建筑材料的化學特性進行分析。

1．1混凝土的化學特性

混凝土，實際上劃分為非常多的品種，不同品種的混凝土實際上化學特性也有一定的差別。比如輕骨料的混凝土，其骨料的孔隙比例也相對比較高，在抗拉的強度上面相對比較地，特別是表面上的密度是比較小的，對于水分的吸收比例也比較大，彈性模量比較低。從物理性質上看，其熱膨脹的系數比較小，收縮和徐徐變動比較大，保持室內的溫度上也有這比較好的性能。從化學的特性上看，輕骨料的混凝土重點是為了實現建筑物的保溫和結構上的保持作用。多孔的混凝土，實際上也是輕骨料的混凝土的一種，其主要是有一些微小的氣泡均勻地分布在整個混凝土當中。多孔混凝土一般而言都是采用一些硅類的材料和鈣類的材料加工形成的，所以其在化學特性上也表現出上述兩種元素的一些基本性質。由多氣孔的混凝土形成的建筑材料，一般都是處理在屋子的面板，或者是堆砌的模塊里面，在內外的墻板方面也是有一定的應用。這些成品，實際上都是在工業類的建筑，或者是民用類的建筑當中，在保溫工程方面有著比較好的作用。另外一類的混凝土主要是抗凍的混凝土材料，這一類的混凝土材料重點是采用引氣劑來提升混凝土自身的抗凍特征。有了引氣劑，混凝土當中就會相對均勻地分布這些氣孔，從而比較穩定和密閉。防滲漏的混凝土，其在防滲漏方面的一些基本化學原理，是因為加入了一些外加劑摻和在一起，這樣控制了混凝土內在的一些構成材料，在質量上也相對比較穩定，更加合理地對混凝土進行配合比較，這樣一些混凝土里面的毛細管就會被堵塞住，內部的結構也會比較嚴密，界面也不會產生一些裂縫之類的，在防滲漏的性能方面也就比較理想。高強度混凝土重點是能夠在重載方面承受更多的重量，其跨度更大，在一些極端和惡劣的使用環境里面有著一定的應用價值。

1．2砂漿的化學特性

砂漿在土木建筑的建造過程當中應用也是非常廣泛，特別是在砌筑或者抹面的過程當中，也都會運用到砂漿。砂漿的保水性能是比較好的，其一般而言都是運用了膠凝材料和細骨料、水等之間進行結合，這樣的結合會根據一些具體的比例進行調整，以此幫助砂漿的化學性質更好地適應當前的土木建筑工程需求，在一定的時間下，這樣的砂漿就會硬化形成一定的材料。所以砂漿的種類也會根據應用的途徑進行劃分，一般劃分成為裝飾、砌筑、抹面三種主要類型，而一些應用在特殊的建筑過程里面的砂漿，稱之為特種砂漿。砂漿的強度一般都是一立方體試件作為檢測。砂漿由于其化學性質上體現出來的特點，所以在對砂漿進行變形的時候一定要注重均勻，這樣砂漿里面所包含的水分才不會容易出現六十的狀況，砂漿和基底之間要粘結相對比較好，這樣才不容易出現其他條件下的形變。防水砂漿也是當前比較常見的一種特種砂漿，其主要是在砂漿當中融入了一定比例的防水劑，這樣有助于水泥砂漿的涂抹的過程當中處理好防水的問題。而普通的砂漿重點是其化學反應并不是非常活躍，所以能夠對整個結構主體形成一定的保護作用，提升砂漿涂抹在外層的穩定性。

2建筑材料化學特性及其耐久性的歸結分析

對于建筑材料而言，其化學特性和物理特性是相互結合在一起。建筑材料在應用在建筑的過程中，一般其內在的形態會產生一定的變化，特別是材料的內部縫隙或者體積等會膨脹或者收縮，不過其化學上的穩定性一般還是比較好的。在相對比較寒冷的條件下，比如凍結或者融化等氣候變化情況都會對建筑材料產生比較明顯的破壞作用。而在平均溫度比較高的地帶，建筑物所采用的各種土木建筑材料則是需要能夠耐得住高溫的影響。所以，無論是民用的建筑材料，還是公共的建筑物，這些建筑材料實際上都應該具備防火性能。而抵抗化學侵蝕，重點是抵御化學的酸類、堿類以及鹽類等物質的侵蝕。土木建筑材料的耐久性，一般在建筑界都是認為在具體的環境里面可以抵抗各種不利因素的影響，可以長時間保持這樣的一種形態。當前的建筑材料在形成建筑物之后，就會受到各種物理上或者化學上的負面影響，但是在這些影響的條件下，這些材料還應該保持其原來就具備的性能。如果具體的環境相對比較惡劣，或者建筑的條件比較差，在這些因素的長期影響之下，就容易讓這些土木建筑材料喪失原來的性能。所以，維持土木建筑材料堅固耐用的特征，就需要關注到土木建筑材料的化學穩定性，特別是在耐久使用方面，要關注到建筑材料使用功能方面的發展。從本質上總結，土木建筑材料的化學特性對于耐久性的影響，重點還是體現在兩個方面。一個方面，土木建筑材料本身的內在構成或者其組成的成分就容易形成一定的變化，其密度和實度等方面都會存在一些不利的因素，在相對固定的界面上，土木建筑材料也會因為各種化學生成物產生一些膨脹，這種熱膨脹系數上面的差異，就會產生建筑材料的耐用程度不足。在長期荷載各種重量，或者金屬疲勞、電解等化學反應等影響下，都會影響到土木建筑材料的耐用性。而從另外一個方面上看，土木建筑材料，實際上也應該看到建筑材料在外部因素下產生的各種化學影響，比如在一些干濕循環或者溶解的過程當中所出現的化學變化。如果是應用木材等，則是容易在溫度或者濕度等條件下產生一些腐蝕的情況。因此，建筑材料的化學特性和其耐久性是緊密聯系在一起。

3結束語

在應用土木建筑材料進行建設的過程中，一定要注重對土木建筑材料的化學特性和耐久性等進行分析，并且充分了解土木建筑材料的化學特性以及物質特性等方面的內容，從而更好地提升土木建筑材料的使用壽命。這樣能夠從經濟效益上提升對建筑材料的應用，也可以讓建筑材料所運用的資源得到充分的保障，避免這些資源造成了浪費。

作者：紀占斌 單位：西京學院

材料化學論文:高分子材料與有機化學教學現狀分析

摘要：有機化學是高分子材料與工程專業一門重要的專業基礎課，本文針對高分子材料與工程專業的專業特點及學生情況，分析了有機化學教學中存在的問題，從教學內容、教學手段和考核方式等方面提出了課程的改革措施。

關鍵詞：高分子材料與工程專業；有機化學；教學現狀；教學改革

有機化學是化學學科中的一個十分重要的組成部分，它的主要研究對象是有機分子，從有機物結構入手，研究有機化合物的化學性質，在分子水平上探知未知世界的基礎學科。在我校，有機化學是面向化工學院、藥學院二年級，以及海洋學院一年級學生開設的專業基礎課程，是“大類培養”的主干課程。通過有機化學課程的學習，可使化學類學生掌握有機化學領域的基本理論、基本知識和實驗操作技能，把握有機化學發展領域的新概念、新動向和新技術，同時為后續專業課的學習打下堅實的基礎。

1.教學現狀

在工科院校，有機化學的教學課時“縮水”，如我校有機化學雖然是“大類培養”的重要專業基礎課，但是其課時數被壓縮到64個學時，教師必須在一個學期之內完成教學。而有機化學作為高分子材料與工程專業的基礎課，是高分子化學、高聚物合成工藝學、高分子材料學等后續專業課的基礎，學生必須在有限的課時數里掌握《有機化學》這門課程，難度大，任務重。另外，由于江蘇省高考制度，較大部分的學生高中階段選修的“物生”，進入大學后化學知識特別是有機化學基礎知識非常薄弱，一個教學班級里，學生的化學知識水平參差不齊。通常是剛進入大學的第一學期學習無機化學，對于選“物生”的學生來說，沒有化學基礎，一開始就挫傷他們學習化學的自信心。學習有機化學時，多數學生對有機化學的學習有畏懼感。如果入校時對專業認知不夠，不能看到有機化學學習對高分子材料與工程專業學習的重要性，更是對有機化學失去興趣。再者，有機化學課程自身的特點，由于有機物數量多，結構多變，機理難掌握。而工科院校的有機化學課時數又被壓縮，教師為了教授完大綱的教學內容，不得不采取“滿堂灌”教學方法，使得學生缺乏主動獲得知識的能力，被動“填鴨式”教學必然導致教學效果不理想。一學期教學結束，發現學生知識掌握不好，除了少部分拔尖的學生，大部分學生對這門重要的專業基礎課一知半解，學到的有機知識很少。

2.教學改革

結合有機化學學科規律，針對高分子材料與工程專業特點，對教學內容進行優化、取舍；改進教學手段，選聘高年級本科生、研究生做助理班主任，讓他們參與本科生教學，形成多元化的本科生教學隊伍；改革考核方式，實現高分子材料與工程專業有針對性的考核方式，教考分離。（1）改革教學內容有機化學的教學關鍵是引導學生“有機”這一學科，不同于其他幾門基礎化學課，有機化學基本不涉及計算，不涉及公式，說的是圖片的拼接，化學鍵的斷裂與重組，以構建新的有機分子。那么，在教學過程中如何引導學生使用“有機思維”思考問題才是關鍵。當我們談到如何面對課時數被壓縮這個問題，如果抓住“引導學生進入有機化學這個學科”這個關鍵問題，就能依據高分子材料與工程專業的培養方案，深入分析研究教學大綱和教學目標，對教學內容進行取舍。在改革教學內容時，還要考慮以下兩個方面問題：一是研讀多種版本的教材，最新版本的中、英文有機化學教材和專著等，從不同研讀、分析深度的教材方面，準確把握“基礎有機化學”教學重點、難點，結合高分子材料與工程專業的特點來取舍教學內容。二是關注高分子領域的研究前沿，發展動態，結合傳統的知識，推陳出新，把最新的知識信息教授于學生，引導學生了解最新的前沿，激發他們的興趣，使之感覺到目前所學知識的有用性。（2）改革教學手段我校近年實施了一項“班主任助理”制度，選派高年級本科生、研究生擔任本科生班級班主任助理，取得了很好的教學效果。高年級本科生、研究生參與本科生教學，形成多層次、多元化的本科生教學隊伍。高年級本科生已經學習了有機化學專業基礎課，經歷過有機化學的學習和考核，有自己的學習方法和技巧；他們已經進入高分子材料與工程專業課程學習，對哪些知識對專業課學習重要有切身體會；他們與低年級學生同屬于一個年齡階段，有更多的共同話題，溝通交流更容易，幫助學生及早發現自己的優缺點，揚長避短。高分子材料與工程研究方向的研究生，通常具有扎實的專業基礎知識，已經接觸了專業的前沿研究方向，可以對高分子材料與工程專業低年級學生的學業、思想及心理等方面給予關心和指導。而且本科生可以在研究生的帶領下主動做一些創新創業項目，這使得本科生更清楚自己在課堂學習中哪方面有不足，增強本科生對基礎知識學習的熱情，使他們在有機化學課堂學習中更積極、努力。（3）改革考核方式良好考核方式可以極大地促進學生的學習熱情，提高他們學習的積極性。目前，我院不同專業實行統一考試，如環境工程、化學工程、安全工程和高分子材料與工程等專業統一出卷，流水閱卷、統一登分，做到公正、準確。但是，這種“統一”的方法抹殺不同專業對有機化學需求的不同，使得教師和學生忽視基礎課對后續專業課的影響，結果是為了考試而學習，不能真正掌握自己專業需求的有機化學知識。為了提高學生的整體素質和學習積極性，我們應實現不同專業單獨出卷、單獨考核的方式。卷面上可以體現出適合高分子材料與工程專業的題目，結合他們的后續專業課程。哪些知識是有機化學這門課程必須掌握的基礎知識，哪些知識是關聯高分子材料與工程的專業知識。同時，建立針對性的有機化學試題庫，使學生接觸更多不同的題型，拓寬知識面。建立適合高分子材料與工程專業的有機化學試題庫，有機化學課程理論考試按照一定的難度系數、教學要求、考試范圍等，統一從試題庫里抽調，實現教考分離。

3.結語

為全面提升高分子材料與工程專業的有機化學教學質量，我們要結合有機化學學科規律，針對高分子材料與工程專業的專業特點，從學生的實際出發，認真分析總結，精選教學內容，創新教學手段，改革考核方式，不斷激發學生的學習興趣，以提高高分子材料與工程專業的人才培養質量。

作者：陶傳洲 王慧彥 王建 許瑞波 程青芳 單位：淮海工學院化工學院

材料化學論文:化學化工材料應用技術初探

摘要：化學化工材料作為材料化學重要的分支之一，不僅關系化學化工領域同時也與材料科學息息相關。從目前的情況來看，化學化工材料已經被廣泛應用到社會建設中的各個行業當中。而隨著社會經濟建設的發展，綠色型化學化工材料的應用也成了當前各個行業發展中重要的議題之一。在本文中，筆者主要針對化學化工材料在建筑以及農業生產這兩個行業中的應用進行闡述。

關鍵詞：化學化工材料；應用技術；研究

伴隨著當前社會經濟建設的不斷發展以及科學技術的飛速進步，化學化工材料與人類社會的關系也越來越密切。而自從可持續發展社會這一概念的提出，在應用化學化材料時也有了更加嚴格的要求。在當前，化學化工材料不僅要能夠滿足應用過程中的各項參數，同時也應當要減少對環境的破壞，研究并應用綠色型化學化工材料，這樣一來才能在發展社會經濟建設的同時，保障生態環境的可持續發展，為國民以及未來的子孫后代創造出更加良好的生存環境。在當前，對于綠色型化學化工材料需求最高的就是建筑行業以及農業生產行業。

1化學化工材料在建筑行業中的應用

從當前建筑行業的實際發展狀況來看，化學化工材料的應用是十分廣泛的，從外部結構到內部裝修都需要用到化學化工材料。然而，雖然應用十分廣泛，但是在2008年以前綠色型化學化工材料在建筑行業中的應用卻一直存在瓶頸。而到了2008年，在建造奧運會場館之一的水立方時，大量的綠色化學化工材料被應用到建筑的施工當中。譬如說，水立方的主體結構采用的就是以水性聚氨醋為主要成分的有機化合物。該化合物不僅具備較高的粘合度，同時還兼具零揮發的特性，這樣一來，既能夠減少維護成本，同時也能夠起到保護環境的作用。同時，水性聚氨醋的防火性也較好，對于提高場館的安全性也有著極大的幫助。眾所周知，在任何一座建筑的施工當中，建筑的防火性都是最受關注的問題之一。因此，水性聚氨醋的應用對于保障場館的安全，延長場館的使用壽命有著極大的幫助。而這也為建筑行業未來的發展當中，綠色型化學化工材料的使用奠定了基礎。除了防火性以外，對于建筑來說，隔熱性以及保溫性也是較為重要的功能。當前，為了提高建筑的隔熱性與保溫性，施工單位在進行施工的時候傾向于使用聚氨醋硬泡材料，該材料的應用不僅能夠有效提高建筑的隔熱性和保溫性，同時也具備降噪功能。而除了采用聚氨醋硬泡材料來加強建筑的隔熱保溫性能以外，也可以將乙烯一四氟乙烯的共聚物應用到建筑工程的建設當中，這是因為，乙烯一四氟乙烯的共聚物具備控制室內溫度的功效，因此能夠更好的調節建筑內部溫度，同時還可以起到節能的效果。

2化學化工材料在農業生產中的應用

伴隨著當前科學技術的不斷發展，各式各樣的化學化工材料已經被廣泛的應用到農業生產當中。然而，隨著綠色以及環保概念的提出，當前的國民也開始注重農副產品的綠色性，農副產品不僅要具備較高的品質和口感，同時也需要具備較高的安全性。在這樣的情況下，綠色型化學化工材料的應用不僅能夠更好的滿足于國民對于農副產品質量以及價格上的要求，同時也能夠滿足與國民對于綠色、生態的要求。在農業生產過程當中，農藥的應用是少不了的。然而，傳統農藥的應用，雖然能夠提高農作物的產量以及品質，但是卻忽略了對人體以及環境的傷害。而隨著當前人們觀念不斷地刷新以及科學技術不斷的進步，已經有許多人認識到農藥對于人體和環境造成的危害。因此，安全綠色農藥的研發迫在眉睫。從目前我國化學農藥的研發成果來看，腐殖酸類農藥對于農作物的生長以及環境的保護有著巨大幫助。這是因為，腐殖酸類農藥不僅具備較高的降解性，同時殘留物也較少，這樣一來就能夠減少農藥在土壤、農作物上的殘留，從而進一步保護生態環境以及國民的身體健康。除此之外，在農業生產過程當中，經常將生物菌劑與化學化工材料進行結合應用。之所以要這樣做是因為在當前的農業生產當中，生物菌劑的應用雖然能夠改善農田的土壤環境，保護生態環境。但是，在實際的農業生產過程中，由于農業生產中任何一項活動都有可能對農田土壤中的細菌結構造成影響，因此使得生物菌劑無法充分的發揮作用。這樣一來，就使得生物菌劑無法發揮真正的效用。而生物菌劑與化學化工材料的結合應用，就能夠有效的發揮生物菌劑作用，有效控制農作物生產過程中的病原菌，從而幫助農作物更好的進行生長。

3結語：

綜上所述，無論是建筑行業還是農業生產行業，化學化工材料的應用都是必不可少的。然而，隨著當前生態環境問題的加重，可持續發展社會概念的提出，在使用化學化工材料進行施工、生產等工作時，必須要注重化學化工材料的綠色性，這樣一來才能促進我國社會經濟建設的同時，保護我國的生態環境，為國民的生活創建更加優良的空間，實現社會主義現代化社會的建設。

作者：劉現澤 單位：河北正中實驗中學2014級

材料化學論文:低熱固態化學反應的合成材料

1.低熱固態反應的發展過程

所謂固態反應，通常情況下都是表示在高溫情形下固態的反應，截止到目前，已經有了大量固體材料。不過通常高溫固態反應大多是只是用在熱力學非常穩固的化合物上，而且一些屬于低熱條件下的穩化合物及動力學上穩定的化合物，通常運用高溫合成的效果并不是非常理想。因此人們在提升固態反應速度的階段中，降低了反應的溫度，分析和研討了一系列新的材料合成方法［1］。譬如水熱法、微波法等其他相關的方法。不過這種合成方法出現非常大的問題，具體而言，操作較繁雜，成本費用偏高等，因此沒有進行推廣應用。在20世紀的80年代末，溫室固態化學反應被人們發掘和研發出來。經過了多年實驗改善，低熱固態化學反應合成材料在技術技術已經有了很大進展，這種方法顯著的優勢就是在固態反應過程中的溫度可以在一定程度上降到室溫。另外其整體的操作非常簡單，同時不使用溶劑、環保節約能源等，這一點比較滿足現代綠色發展的需求，因而得以廣泛推廣。

2.低熱固態化學反應的合成材料

2.1原子簇與三階非線性光學材料

原子簇屬于無機化學、結構化學、催化學等多種學科的綜合領域，并且具有多樣性、催化性、生物活性等多方面的化學特性。低熱固態化學反應合成原子簇化合物能消除溶劑化作用，在合成過程中能得到溶液中得不到的化學物質。目前通過此種合成方法已經得到了200多種類型的簇合物，比如一些半開口類型：類立方烷結構的（Et4N）3［MoOS3Br3（u-Br）］2·2H2O，蝶形結構MoOS3Cu2（PPh3）2（Py）2，鳥巢狀結構的［MoOS3Cu3（py）5X］（X=Br，I）三階非線性光學性里面基本上涵蓋了光線輻，自散焦聚焦，以及其他相關的內容，等等。運用該類非線性現象可以制作不同類型的器件，譬如混頻調制及儲存等類型的器件。

2.2納米材料

納米材料含有塊狀大顆粒材料沒有的特點，使用固態化學反應法能合出納米化合物所具有的優點。固態反應物顆粒的大小與產物成核、成長速度有著很大的關系，要是產物的成核速度比生長速度還要快，這樣就能得到納米粒子，反之就是塊狀物。固態化學反應通常情況下取得的球狀納米粒子，粒子的大小控制在1～100nm之間。在控制之后精確的處理好溫度，就能控制納米粒子的大小。在有模板是情況，能合成不同的現狀和不同排列方式的納米材料［2］。

2.3電學材料

玻璃電極被廣泛地用在測量水溶液的pH值上。因為這一類電極比較脆弱，成本還比較高對溫度具有不穩定性，體積較大等原因受到使用的限制。所以人們也不斷尋求對于pH較敏感的全新材料。MnO2的發現被用于干電池、鋰電池、鎂錳電池等中作為正極材料，研制出了價格低廉的MnO2。制作MnO2的方法主要有：譬如二價錳的硝酸鹽和碳酸鹽，電解二價錳的溶液，以及其他類似的手段和措施。但是現在通過使用固態反應合成納米的MnO2，將使用此方式得到的MnO2粉狀物涂抹在電機上，就發現電極對pH值的反應就會變得靈敏并且穩定。

2.4金屬有機化合物

金屬有機化合物有優越的催化性能，被大量用在了有機合成領域。以前，有關金屬有機化合物的研究不夠深入，但是固態反應能進行100%的轉化，經過轉化所得出的反應產物也不同于液態的反應產物。相關的專業人員把金屬有機固態進行歸納，目前有機金屬反應被分為兩類：

（1）不同的反應物進行混合的反應過程；（n5-C5H4Me）Re（co）2Br和NaI合成（n5-C5H4Me）Re（co）2I2等產物。

（2）在反應過程中都屬于共結晶過程。（n5-C5H4Me）W（co）3I與（n5-C5H4Bu）W（co）3Br在70℃，固態條件下［FcCHMeNMe3］I（Fc=二茂鐵基）、HOC6H4CHO-4、K2CO3反應，制配出了有機金屬化合物FcCHMeOC6H4CHO-4，此化合物所得產物率可達到84%。

2.5催化劑和催化反應

芳香族化合物的羥基化反應在化學中占有主導地位。過渡金屬配合物使用低熱固態化學反應能催化出芳香族化合物的羥基化。比如，酪氨酸酶活性還有木質素的生物合成都離不開Cu（II）催化芳香族化合物的羥基化反應。在催化過程中使用低熱固態反應所合成的Cu（II）化合物配合催化劑，在有雙氧水的條件下，催化苯酚羥基化H苯胺的低聚。低熱固態化學反應及材料合成類別非常多，譬如多酸化合物，電學材料、超導材料、半導體，以及其他相關的內容［3］。

3.結語

固態合成屬于一種比較有研究價值的合成方法，人們早就把這種合成方法運用到各種工業生產之中，通過多年的實踐逐漸掌握了低熱固態化學反應性，由于缺少必要性的系統指導，這種技術沒能得到較大改進。低熱固態化學反應所擁有的優點，比如：效率高、節能、環保、簡單方便等。在材料合成方面有良好的發展前景。

作者：盧博文 單位：河南工業和信息化職業學院

材料化學論文:金屬材料物理化學論文

1鐵的相圖圖

與圖1不同，鐵有三種固態，分別是α-Fe、γ-Fe和δ-Fe，其中γ-Fe為密排面心立方結構，α-Fe和δ-Fe為體心立方結構。并且，圖2中有三個三相點，分別為氣-液-δ-Fe；氣-γ-Fe-δ-Fe和氣-γ-Fe-α-Fe。通常情況下，Fe是磁性的α-Fe，組織類型有鐵素體、珠光體和貝氏體等；通過成分和工藝控制常溫下可得到γ-Fe，如奧氏體不銹鋼304、310等。Fe的p-T相圖的講解，增強學生識別單組分相圖的能力。課堂上通過工業生產實例，加深了同學們對Fe的認識；并建立了物理化學相圖知識與學生專業—金屬材料之間的聯系。解決學生“材料專業為什么學物理化學？”的困惑。

2兩組分液態完全互溶系統的相圖

雖然二組分系統的氣—液平衡相圖依據組分在液態的互溶情況各有其特點，但液態完全互溶系統構成了這部分內容的學習基礎[4]。對于這種相圖，我們除了讓學生掌握相圖中各相區的組成、相態和杠桿規則外，還注重讓學生學習氣相線和液相線的繪制方法和細節信息。其繪制過程如圖3所示，先配制不同比例的二組分混合物，再升高溫度測試混合物的熔點，通過描點—連線得到相圖。從而培養學生設計實驗繪制相圖讀取相圖細節信息的全面能力。通過學習繪制相圖，可使學生對相圖的全部信息有較深刻的認識、理解及較好的運用。為了便于學生掌握此類相圖及其應用，在教學中我們通過物相點隨溫度的變化的實例，講解其液相與氣相及組成在該過程的演變情況。重點分析了第一個氣泡點產生的壓力、組成及最后一滴混合液消失的壓力、組成，以及其逆過程這一難點。并將相圖理論與工業精餾裝置聯系起來，激發學生對該部分內容的學習興趣。

3具有轉變溫度的二組分固態部分互溶、液態完全互溶的液固平衡相圖

具有轉變溫度的二組分固態部分互溶、液態完全互溶的液固平衡相圖，是學生學習中最難掌握的內容。我們通過講解物相點的降溫過程的物相變化和步冷曲線的繪制，并借助動畫展示具體過程，使該部分內容更加形象和生動，便于理解和掌握。同時，提高了學生的學習興趣和動手能力。

4相圖在金屬材料中的應用

4.1在金屬材料設計中的應用在工業生產和科研實踐涉及到的金屬材料通常為多組分的平衡系統，所以其相圖更為復雜。為了得到材料的擬服役性能，需要對材料進行設計和加工。相圖在材料設計中起著至關重要的作用，例如，在設計奧氏體不銹鋼時，為了得到單一奧氏體組織，需擴大相圖中奧氏體區，使其在冷卻過程中不發生γ-Feα-Fe的轉變。根據相圖，改變系統的組成，增加穩定奧氏體元素，如Ni、C等是最常用的方法。當然，為了系統的平衡，其他元素也需做相應的改變。應用相圖時，為了提高設計組織的準確性，需要考慮平衡相圖與實際相圖的差別。

4.2在金屬材料加工中的應用在金屬材料的熱加工過程中，隨著加工溫度的不同，其物相也發生相應的變化。可通過控制軋制參數和冷卻過程，改變材料的相變溫度和組織類型，得到高性能的金屬材料。例如，在鋼鐵生產中，熱軋鋼板控制軋制與控制冷卻(TMCP)工藝，通過加大壓下量增加累積位錯，為相變過程提供更多的高能量相變形核點，以得到細小晶粒組織，提高鋼的強韌性。通過控制冷卻速率，可改變相變后的組織形態，在650℃以上發生相變得到珠光體和鐵素體組織，在450~600℃區間主要得到貝氏體組織的鋼材，在更低溫度下發生相變得到馬氏體組織，不同的組織賦予材料的不同的性能[5]。4.3在金屬熱處理中的應用相圖不僅在金屬材料的設計和加工中具有指導下作用，而且在材料的熱處理過程中也具有重要的應用價值。例如，在金屬材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火過程主要是控制冷卻速率，使相變溫度發生在較低溫度區，得到低溫轉變組織。正火溫度需在γ-Fe相區，需要根據相圖和化學成分判斷其奧氏體化溫度，從而確定正火的加熱溫度。嚴格的說，確定熱處理的升溫速率和降溫速率也需要參考相應的相圖。通過相圖在金屬材料領域的應用的介紹，學生對本專業和學習物理化學的重要性均有了清晰的認識，他們的學習積極性也顯著提高。

5結語

相圖在金屬材料領域中起著非常重要的作用，本文將日常生活、作者在鋼廠的工作經歷、科研實踐及相關相圖知識鏈接至課堂，通過提出問題，實例講解和動畫演示等多種形式組織教學，建立金屬材料專業與物理化學相圖之間的內部聯系，便于金屬材料專業的學生掌握較廣闊、深入的物理化學知識，以期為學生正確理解和應用相圖提供指導。

作者：孫紅英 李占君 單位：安陽工學院 機械工程學院

材料化學論文:材料化學人才培養化學實驗論文

1改變課程考核評價體系，注重實驗過程考核

在無機化學實驗教學考核的過程中，僅憑實驗報告成績和期末考試成績，不能準確地衡量學生的實際實驗能力。為了科學地評估學生的實驗能力，需要優化傳統的實驗課程考核體系，建立全面的無機化學實驗綜合考核辦法。將學生的課程成績分為實驗過程成績、實驗報告成績、實驗理論考試成績，單項成績不合格，則總成績不合格。這種考核方式促使學生認真地對待每個實驗環節，有效地提高了學生的綜合實驗素養。實驗過程成績是教師在指導學生實驗過程中，根據學生實際操作情況給出的評價;實驗報告成績主要是根據學生的預習實驗報告和實驗報告書寫、數據處理及分析等來評判;在實驗理論考試中，除了常見考題外，還結合材料化學專業特點，增加了實驗方案設計等考核內容，突出了綜合實驗能力和創新能力的考核，促進學生實驗能力的全面發展。

2創建適合材料化學專業發展需求的無機化學實驗教學模式

進入21世紀以來，材料科學發展愈加迅速，新材料、新技術、新產品不斷問世，與此相適應，對材料化學人才培養也提出了新的要求。材料化學專業無機化學實驗授課模式必需緊跟時展步伐，及時調整課程結構與內容，引入學科發展的最新成果，介紹學科內容中的多種學術觀點及學術背景和發展動態，開闊學生學術視野，提高學生的學習興趣。教無定法，教要得法。要使課程教學生動活潑，教師必須不斷更新教學內容，創新教學方法與手段，增強課程教學的趣味性，促使學生積極參與，在實驗中勤于動手、動腦，實現教師教學方式和學生學習方法的轉變。

2.1采用多媒體輔助教學和建設實驗教學網絡平臺

多媒體教學是利用多媒體軟件對文本、聲音、圖像、圖形、動畫等信息進行處理，教師配合多媒體放映進行講解，將教學內容用特技方法顯現出來，能充分創造一個有聲有色、圖文并茂、生動直觀的教學環境，從視覺、聽覺等多方面給學生留下深刻印象。無機化學實驗教學可以采用多媒體(視頻)教學，它不僅教學信息量大，而且可以非常直觀地演示實驗操作和過程。隨著現代科學技術的發展，有些實驗可以采用多媒體技術進行輔助教學，如基本操作單元、儀器的使用等。這些實驗項目信息量大，操作細節多，僅靠教師在課堂教學有限的時間內進行演示和講解往往是不夠的，而且總有學生沒有注意到一些具體操作細節，因此，可以將這些實驗演示制成多媒體課件或視頻資料，放在課程網絡平臺上，學生可以不受時間、空間的限制，反復觀看，自主地開展預習、復習。這樣不僅增強了課堂教學的可視性，而且增加了教師演示的可再現性，延長了學生的學習時間，從而有益于提高學生操作的規范性，使實驗教學得到延伸。

2.2將生產生活實例和教師科研項目引入實驗教學課堂

不同專業對無機化學實驗教學的要求是不一樣的。我院材料化學專業的培養目標是培養具備材料化學相關的基本理論知識和基本技能的應用型高級專門人才。因此，學生必須掌握物質的結構與性質、性能的關系，這需要在教學中注意教學內容的層次性。在無機化學實驗教學中，我們盡可能選擇與專業相關的真實實驗課題和實驗樣品，將生產生活實例引入實驗課堂，營造實戰氛圍，做到知識性、實用性、趣味性的統一。同時，我們還選取了一些與生活息息相關的實驗，如鋰離子電池正極材料的制備、膠囊殼中鉻含量測定等，這樣的實驗學生感興趣，實驗熱情高，有助于學生綜合能力的培養。為了進一步提高實驗課堂教學質量，我們還在課堂教學中引入教師最新科研課題成果，使實驗教學更加貼近科研實際，既豐富了實驗教學內容，又增加了實驗教學的先進性、新穎性，在加深學生對所學知識的理解和實驗技能的熟悉時，還能培養他們的科研興趣，提高理論聯系實際的能力，對科研工作產生感性認識。

2.3實施開放性實驗教學

在傳統的無機化學實驗教學中，學生往往處于被動地位，教師處于主動地位。從實驗項目選擇、實驗方案選擇、實驗儀器與試劑選擇，都由實驗老師預先完成。在這種照方抓藥的實驗教學模式中，學生往往興趣不高，應付了事。在優化實驗教學內容結構的前提下，實行開放式實驗教學模式，可以提高學生實驗興趣，強化教學效果。在學生自主的基礎上，利用學生課余自由時間開放實驗室，對于實驗技能較差的同學，讓他加強基本操作單元和基本技能的練習。在學生較好地掌握實驗基本操作技能后，可以讓學生自主選擇一些設計型、綜合型、應用型實驗。在教師的指導下，學生獨立設計實驗方案，獨立完成實驗，并認真進行總結，以全面鍛煉學生的實驗能力和提高綜合素質。

3結語

為了適應地方工科院校工程應用型人才培養的要求，無機化學實驗教學改革一直在討論和進行中。我們根據我院材料化學專業人才培養方案，對目前無機化學實驗教學內容、教學方法和教學手段及考核方式等方面進行了改革，以全面培養學生的工程應用能力，適應經濟社會發展對人才的要求。通過幾年來的教學實踐與探索，我們已初步建立一套具有可操作性的無機化學實驗教學方法與體系，使學生在實際操作能力、實驗方案設計、求真務實的實驗態度、分析問題和解決問題的能力及創新能力培養等方面得到了良好的鍛煉。

作者：李谷才 單位：湖南工程學院化學化工學院

材料化學論文:電容器材料化學實驗的教學論述

1材料結構表征探討

(1)結合已有知識將理論簡單化，培養學生對科學研究的興趣。對實驗結果所得產物，教師結合學生已有的知識，引導學生聯想一般情況下有哪些方法來表征材料的結構，學生根據理論教學部分的知識，提出一些材料表征方法，如X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、紅外光譜、拉曼光譜、熱分析等。教師可根據所制備材料的實際情況及實驗條件，確定用哪些儀器進行表征。本實驗只需要知道產物的成分、尺寸及形貌，因此采用簡單的X射線衍射分析及掃描電子顯微鏡進行表征。教師可采用通俗易懂的語言對其測試原理進行講解。例如:用X射線衍射判斷物質成分的分析方法，若按理論來講，涉及到光學、晶體學、電子學等較深奧的理論知識，簡單的講每種晶體本身的取向都對應一套標準衍射數據，根據實驗測得X射線衍射數據中衍射峰的位置，從X射線衍射標準卡片庫中找出相應的物質。如同人的指紋，每個人的指紋都是有區別的，可根據指紋判斷不同的人。結合已有知識將理論簡單化對測試原理有了一定了解，又減少了他們對研究型化學實驗的畏懼感，培養了學生對科學研究的興趣。

(2)實驗與理論結合，培養學生科學研究的興趣。儀器及測試條件對測試結果影響較大，首先教師介紹在本測試中的測試條件。此部分測試采用較貴重的儀器，操作需要具備一些專業知識，因此在教師測試時可讓學生在旁邊觀察。圖1是制備樣品的XRD測試結果，學生根據理論知識從圖1中觀察三強峰的位置，根據三強峰的位置，從物質標準卡片庫中找出可以與圖中衍射峰位置對應的卡片，經過查找對比，學生發現與Ni(OH)2標準卡片一致(JCPDS:22-752)，且無雜峰出現，可判斷所制備的樣品為純的Ni(OH)2。教師啟發學生思考能否從理論上計算Ni(OH)2顆粒的大小，學生利用謝樂公式D=0．89λ/(Bcosθ)(λ為X射線波長，B為衍射峰半高寬，θ為衍射角)，結合圖中半高寬計算其顆粒的大小，通過計算其晶粒大小為12nm，說明制備的材料為納米Ni(OH)2。通過X射線衍射分析實驗，使理論與實驗緊密結合，培養學生對科學研究的興趣。

(3)實驗與觀察結合，培養學生科學創造興趣。合成的Ni(OH)2電極材料的形貌可借助于SEM進行觀察。學生觀察到的不同放大倍數圖片如圖2所示。學生發現合成的Ni(OH)2電極材料，由納米片垂直交錯連接形成的球狀結構，納米片厚度約10nm，與通過XRD理論計算的納米尺寸相吻合。教師提出生成此結構的原因讓學生進行討論，主要從尿素及SDS在反應中的作用進行考慮。很多同學只考慮到尿素在高溫下能分解產生氨提供OH－，而SDS起到表面活性劑的作用。教師對尿素與SDS的綜合作用形成此結構的原因進行補充解釋。首先，在靜電力的作用下SDS逐漸被Ni2+替代［8］;由于Lewis的存在作用，配位效應使尿素能夠與Ni2+進行配位［9］。反應溫度的增加，尿素分子逐漸水解出氨分子，使前驅體晶體均勻成核。隨著反應時間的持續，晶體逐漸聚集形成片狀，片狀晶體自組裝形成3D花狀結構［10，11］。學生對表面活性劑很感興趣，提出不同表面活性劑合成出的樣品形貌可能有差異，可通過不同表面活性劑合成不同形貌樣品。通過SEM實驗與觀察結合，培養了學生科學創造興趣。同時也使學生了解了研究型化學實驗對結果分析的要求，不但要知道其表面現象，而且更重要的是對其進行理論分析與合理解釋，為培養學生的科研能力打下良好的基礎。

2電化學性能探討

(1)培養學生動手能力，增加學生科學研究與創造興趣。電極制備的好壞將直接影響電化學性能的測試，教師可先作示范，根據制備電極的要求，將Ni(OH)2粉末與乙炔黑、石墨及聚四氟乙烯乳液以一定的比例混合均勻，在對輥機上壓成薄片。活性物質薄片在一定的壓力下壓在泡沫鎳集流體上。將壓制好的電極片放在真空干燥箱中干燥。同時要對電極制備過程中的注意事項進行說明，比如Ni(OH)2粉末與乙炔黑、石墨及聚四氟乙烯混合時盡量均勻，對輥機上壓成薄片時應盡量薄，電極片徹底干燥后再稱量等。通過示范講解，學生都能做出較理想的Ni(OH)2測試電極，提高了學生的動手能力。教師根據電化學性能測試需要，提出電極的循環伏安、充放電及交流阻抗測試均在電化學工作站上進行。根據無機化學中所學的溶液配置，將KOH配成測試所需濃度的KOH溶液。再根據電化學性能測試連接圖(圖3)進行正確連接。通過提高學生的動手能力，調動了學生的主動性和積極性，激發他們對研究型化學實驗的興趣和熱情。

(2)培養學生分析和解決問題的能力，增加學生科學研究與創造興趣。為提高學生分析和解決問題的能力，在電化學測試中，要求學生測試不同掃描速度的循環伏安、不同電流密度下的恒流充放電及開路下的交流阻抗，并注意觀察測試過程中曲線形狀、溶液及電極附近出現的現象。在循環伏安測試時，學生觀察到曲線形狀非矩形，且隨著掃描速度的改變發生改變;溶液中在電極附近會有氣泡產生，表現為出現明顯的峰P1與P2。此時，教師為發揮學生的主觀能動性，培養學生的學習主動性，提出讓學生從電化學資料上查找有關Ni(OH)2電化學反應的材料，學生查得在此過程中由Ni(OH)2氧化成NiOOH出現的陽極峰P1，陰極峰P2是其逆過程，學生由此可判斷Ni(OH)2電極材料的電容主要來自于氧化還原反應的贗電容。還可從循環伏安的積分面積判斷隨掃描速度的增大比電容在減小。在循環伏安測試中，學生學會如何分析判斷氧化還原反應及贗電容，加深了對電化學理論知識的理解，提高了分析和解決問題的能力。同一問題進行驗證，培養學生分析和解決問題的能力。為了對循環伏安結果進行驗證，進行恒流充放電測試。教師給定學生測試電壓范圍及不同電流密度，要求根據曲線形狀判斷所屬電容性質，并且根據放電曲線、比電容計算公式計算比電容的大小，根據比電容大小繪出比電容隨電流密度變化曲線，觀察結果是否與循環伏安測試一致。學生發現不同電流密度放電曲線時間并非與電壓成正比，說明主要是贗電容特征;且比電容隨電流密度的增大而減小，此結果與循環伏安測試一致。從恒流充放電與循環伏安測試對比中，學生明白了研究型化學實驗對同一個問題可從多方面進行驗證，培養了學生分析和解決問題的能力，為以后從事科研工作打下良好的基礎。通過實驗類比，培養學生分析和解決問題的能力。在進行電化學阻抗測試時，教師要求學生設定測試頻率范圍及振幅。以此條件測試其開路電壓，在開路電壓下測試電極的電化學阻抗，畫出電化學阻抗等效電路圖并對阻抗圖譜進行理論分析。教師要求學生可通過類比其它體系的電化學阻抗測試圖解釋此阻抗圖譜。學生提出電極的交流阻抗圖可分成三部分:高頻區、中頻區和低頻區。高頻區與實軸Z'的截距表示電極內阻Rb。高頻區第一象限中出現一段較小的圓弧，該圓弧的直徑為電化學反應電阻Rct。通過實驗類比，增加了學生分析和解決問題的能力，培養了學生科學研究與創造興趣。學生有意向將此法擴展到其他體系如Co3O4、NiO、MnO2等進行研究型實驗，探討影響電極材料電化學性能的各種因素。

3結語

通過超級電容器電極材料研究型化學實驗的教學，使學生能夠了解目前超級電容器電極材料方面的科學前沿問題，熟悉如何設計研究型化學實驗方案，提高學生分析問題和解決問題的能力。對于研究型化學實驗，采用啟發式教學，合理設計研究型化學實驗及問題，結合已有知識將理論簡單化，實驗與理論、觀察相結合，培養學生的觀察能力、思維能力、知識運用能力、分析和解決問題的能力，增加了學生對科學研究與創造的興趣。有利于將學生培養成為具有創新能力的高素質人才，為以后的工作及研究深造打下良好的基礎。

作者：于占軍 殷榕燦 單位：阜陽師范學院

材料化學論文:燒結對材料電化學特性影響

本文作者：牟 菲 楊學林 代忠旭 張露露 溫兆銀 單位：三峽大學 機械與材料學院 三峽大學 化學與生命科學學院 中國科學院 上海硅酸鹽研究所

近二十年來,綠色環保鋰離子電池為便攜式電子產品和通訊工具的發展做出了重要貢獻,并作為下一代新型能源的代表,將進一步應用于交通動力系統.作為未來電動汽車(EV)和混合電動汽車(HEV)的動力電源,鋰離子電池電極材料特別是正極材料的性能至關重要.自從Padhi等[1]首次報道LiFePO4正極材料以來,LiFePO4因其具有安全、穩定、環境友好、成本低、平臺平穩及循環性能好等優良特性,成為下一代鋰離子電池正極材料最具潛力的競爭者.LiFePO4的合成方法多種多樣,如固相合成法[1-2]、溶膠–凝膠法[3-4]、共沉淀法[5]、水熱法[6]、碳熱還原法[7-8]、流變相法[9-10]以及仿生法[11-12].但這些方法中大多數都需要通過燒結工藝才能獲得結晶良好的LiFePO4正極材料,燒結對LiFePO4材料的純度、結晶度、顆粒大小有明顯的影響.已有研究顯示,適當提高燒結溫度有利于LiFePO4晶體形成,但溫度過高會導致晶粒持續長大并影響LiFePO4化學穩定性,而燒結時間過長則會使材料產生明顯的團聚現象[13-15].然而燒結方式對合成材料性能的影響的報道則較少.本工作分別采用靜態氣氛燒結(SA)、動態氣氛燒結(DA)和靜態真空燒結(SV)三種方式對LiFePO4/C前驅體進行燒結得到LiFePO4/C復合正極材料,著重探討了不同燒結方式對材料結構、形貌及電化學性能的影響.

1實驗部分

1.1LiFePO4/C復合材料的制備以酒精為介質按化學計量比混合Li2CO3和FePO4,再加入5wt%葡萄糖,行星球磨6h,噴霧干燥得到LiFePO4/C前驅體(PRE).將裝有前驅體的氧化鋁料舟置于石英管式爐(OTF-1200X,合肥科晶)中,在氮氣氣氛下預燒(350℃,5h)后,分別在550、600、650、700和750℃燒結10h.隨爐冷卻后,在瑪瑙研缽中研磨、過篩,得到的LiFePO4/C復合材料分別標記為SA550、SA600、SA650、SA700和SA750.真空燒結在自制真空爐(殘壓<50Pa)中進行,不同溫度燒結所得復合材料分別標記為SV600、SV650、SV700和SV750.動態氣氛燒結在回轉爐(HB-In8?30,咸陽藍光)中進行(轉速2.5r/min),不同溫度所得復合材料分別標記為DA400、DA500、DA550、DA600、DA650、DA700和DA750.

1.2復合材料物相及形貌表征用χ’PertPROX射線衍射儀(PANalyticalB.V,荷蘭)分析復合材料的物相組成,銅靶,CuKα射線(λ=0.15406nm),掃描范圍為10°~80°,加速電壓為40kV,管電流為40mA.數據采用Jade5軟件分析.復合材料的微觀形貌用掃描電子顯微鏡(JSM-6700F,日本)進行觀察.1.3復合材料電極制備及電化學性能測試將復合材料與乙炔黑(DENKA,日本)混合后,加入含有聚偏二氟乙烯(PVdF,KYNAR-HSV900)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液(0.02g/mL),復合材料、乙炔黑和PVdF的質量比為75:15:10.得到的漿料借助于自動涂膜器(AFA-Ⅱ,上海現代環境)涂布于鋁箔上,經紅外干燥后沖成φ14mm的電極片并壓片(壓力6MPa),然后在120℃下真空干燥8h.將復合材料電極轉移到充滿氬氣的手套箱(MIKROUNA,<1×106H2O,<1×106O2)中,然后以金屬鋰為對電極和參考電極,Celgard2400為隔膜組裝成2025型扣式電池,電解液為1mol/L的LiPF6/(EC+DMC)溶液(LB-301,國泰華榮).充放電性能測試在電池測試系統(LANDCT2001A,武漢金諾)上進行,電壓范圍為2.5~4.2V.采用電化學工作站CHI614C進行CV測試,掃描電壓范圍為3.0~4.0V,掃描速度為0.1~0.5mV/s.

2結果與討論

2.1材料物相及形貌分析圖1(a)為650℃下采用靜態氣氛燒結、動態氣氛燒結和真空燒結得到各種樣品的XRD圖譜,從圖中可以看出,各樣品的衍射峰峰位相同.與LiFePO4標準譜圖(PDF81-1173)對照,合成材料衍射峰與LiFePO4標準譜圖譜完全吻合,且沒有出現雜質峰,表明由該前驅體采用三種不同燒結方式獲得的樣品均具有橄欖石型純相結構.衍射峰峰形及強度是材料結晶性的一個指標[16].圖1(b)比較了前驅體以及不同LiFePO4/C材料的XRD衍射峰與前驅體同角度衍射峰峰強度差(Δ),從中可以發現,不同燒結方式得到材料結晶度略有差別,真空燒結得到材料的衍射峰強度最大,這是由于在真空條件下發生碳熱還原時產生的CO2和CO可以迅速排出,反應平衡正移,有利于LiFePO4顆粒生長[17].圖2為在不同溫度下采用三種燒結方式制得樣品的SEM照片.從圖中可以看出靜態真空燒結制得材料的粒徑在300~500nm之間,而靜態氣氛與動態氣氛燒結制得材料的粒徑都在200~300nm之間.晶粒大小差別既與真空條件下碳熱反應平衡移動有關,又與顆粒表面包覆碳對晶粒生長的阻礙作用有關.碳熱反應過程中碳對三價鐵的還原由以下三個反應構成。系統溫度低于650℃時發生反應(1),生成CO2,而溫度高于650℃時發生反應(2),生成CO[18-19].在真空條件下燒結,產物CO會被迅速排出,在帶走熱量的同時也消耗了大量的熱解炭,使得晶粒表面剩余碳量減少,晶粒生長阻力減小.而在氣氛下燒結,CO在反應體系中滯留時間較長.由于CO的還原性大于熱解炭,所以會繼續發生反應(3),生成CO2,熱解炭因還原消耗減少而附著于晶粒表面阻礙晶粒的長大.此外,與真空燒結相比,動態氣氛燒結所得材料的顆粒大小和形貌均勻性更好,這是由于燒結時粉體物料隨爐管旋轉而被反復攪拌,受熱更加均勻,并且動態燒結還可以有效阻礙長時間燒結導致的顆粒之間相互粘結與長大[20].采用文獻[21]報道的碳含量測定方法,對不同燒結工藝所得材料進行碳含量測試,DA650、SA650和SV650的含碳量分別為2.23%、1.91%和1.77%.SV650材料含碳量最低,說明在真空下碳易以CO的形式被排出而損失.除燒結方式外,燒結溫度對材料形貌也有顯著影響.對比圖2(d)~(g)可以看出.將動態氣氛燒結溫度由400℃逐漸提高到700℃,材料顆粒團聚現象越來越明顯.700℃時已有大量顆粒融合為塊狀.

2.2復合材料的電化學性能分析圖3為不同溫度下采用三種燒結方式所得材料在0.5C倍率下的充放電循環性能.動態氣氛燒結最佳溫度為500℃,靜態氣氛燒結和真空燒結最佳燒結溫度均為650℃,所得材料的首次放電比容量分別為163.4、141.5和143.3mAh/g,經歷50次循環后動態氣氛燒結材料容量保持率高達99.02%,靜態氣氛燒結和真空燒結材料容量則出現了緩慢上升的趨勢.動態燒結溫度低說明燒結過程中進行擾動利于熱量傳遞,得到形貌及性能均勻的粉體物料,靜態氣氛燒結和真空燒結所得材料的容量上升現象則與材料在循環過程中的活化有關[22-23].鋰離子電池能為電子設備提供穩定工作電壓是因為其具有理想的電壓平臺.因此,平臺放電比容量占總放電比容量的百分比(即平臺率)才能真實反映材料的可利用率.如圖4所示,放電起始和終止段曲線的切線與平臺延長線相交于A、B兩點,將A、B兩點間的比容量定義為平臺比容量,平臺比容量與相應循環滿比容量的比值則為平臺率[24].據此計算650℃下真空燒結、靜態氣氛燒結和動態氣氛燒結樣品在0.5C倍率下放電平臺率分別為92.76%、95.66%和95.21%.真空燒結材料平臺率較低與所得材料晶粒尺寸增大有關,活性物質顆粒越大,Li+散的距離越長,這與SEM觀察結果(圖2)一致.圖5(a)為650℃下動態氣氛燒結材料電極在不同掃描速度下的系列循環伏安曲線.在0.1mV/s掃描速度下于3.59V和3.32V得到一組氧化還原峰,分別代表了Li+的脫出和嵌入反應.隨著掃描速度的增大,氧化還原峰強度和峰面積都增大,同時氧化峰和還原峰分別向高電位和低電位移動,這說明電極極化加劇.但是即使在0.5mV/s的高掃描速度下,該材料仍具有非常好的循環可逆性.式中Ip為不同掃描速度下的峰電流,A為電極表面積,C為鋰離子濃度,n為轉移電荷數,γ為掃描速度.圖5(b)即Ip–γ1/2關系圖.通過線形擬合得到的斜率與等式(1)結合得到650℃動態氣氛燒結樣品脫鋰和嵌鋰過程的鋰離子擴散系數Dc和Da分別為1.24×108和7.68×109cm2/s,遠大于文獻報道值[7,25-26].表1比較了650℃下真空燒結、靜態氣氛燒結和動態氣氛燒結樣品的Dc和Da計算結果.動態氣氛燒結樣品的鋰離子擴散系數遠大于另外兩種燒結方式所得樣品的鋰離子擴散系數,這與材料燒結過程中因擾動而引入的晶格缺陷有關,缺陷可為鋰離子擴散提供額外通道.擴散系數的提高對于LiFePO4正極材料在大功率放電(如HEV等)設備中的應用與發展具有重要意義.

3結論

通過三種不同燒結方式處理LiFePO4/C前驅體,發現燒結方式對材料的結晶度、形貌、最佳合成溫度以及電化學性能都有一定影響.同一溫度下,采用靜態真空燒結得到材料的結晶度最好,而動態氣氛燒結所得材料具有更細、更均勻的顆粒,更高的首次庫侖效率和更大的鋰離子擴散系數.另外,采用動態氣氛燒結方式還可以降低材料的合成溫度,在500℃下就可以得到性能優異的LiFePO4/C復合材料,0.5C倍率下該材料首次放電比容量達到163.4mAh/g,50次循環后容量保持率高達99.02%.

材料化學論文:材料化學學科特點及教學革新

高等院校能否培養出高素質、創新型的學生,是當前高等教育改革面臨的重大課題和挑戰。[1]主席在2010年5月26日召開的全國人才工作會議上強調,全黨全國要統一思想,真抓實干,全面落實加快建設人才強國各項戰略任務,努力培養造就數以億計的高素質勞動者、數以千萬計的專門人才和一大批拔尖創新人才。高等學校作為人才培養的主要機構,對以上人才培養任務有著義不容辭的責任。加強對大學生創新能力的培養,是高等學校素質教育的重要內容。在人才培養的過程中,課程作為傳播知識、培養能力的載體,對實現人才培養的目標具有舉足輕重的作用。無機材料化學是一門快速發展的交叉性和前沿性學科,有機地融合了化學和材料學兩個一級學科的發展優勢。該課程不斷進行改革與實踐,對于培養材料化工領域創新型人才具有重要意義。

一、無機材料化學的學科特色

材料是人類文明的物質基礎和先導,是直接推動社會發展的動力。基于材料對社會發展的作用,人們將信息、能源和材料并列為現代文明和生活的三大支柱。在三大支柱中,材料又是能源和信息的基礎。新材料既是當代高新技術的重要組成部分,又是發展高新技術的重要支柱和突破口。伴隨著信息時代的來臨和材料設計、制備及加工的信息化處理,世界各國都將目光轉向具有“高、精、細”特征的新材料萬面,我國也將新材料作為重點發展的行業之一。鑒于此,國家中長期科學和技術發展綱要(2006年-2020年)將新材料技術列為前沿技術,提出新材料技術將向材料的結構功能復合化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備和使用過程綠色化發展;要突破現代材料設計、評價、表征與先進制備加工技術,在納米科學研究的基礎上發展納米材料與器件,開發超導材料、智能材料、能源材料等特種功能材料,開發超級結構材料、新一代光電信息材料等新材料。這一切都預示著材料科學正經歷著一次重大的變革。因此,加強材料科學領域創新人才的培養是時代的要求。

無機材料化學是材料化學家從材料科學、材料工藝和技術的角度出發,把固體物理、固體化學相關理論和工程方面有關無機材料研究的化學內容集中起來,加以分析、綜合和提高而形成的一門獨立學科。[2]無機材料化學研究的范圍非常廣泛,包括材料相關的基本概念和理論、制備原理、結構表征、重要的材料類型及其相關性能等多方面的內容,涉及了固體物理、固體化學、材料科學等學科的相關理論,是一門典型的交叉性學科。進入20世紀90年代以來,材料科學技術的發展異常迅猛,材料科學與生命科學、信息科學、環境科學等共同構成了當代科學技術的前沿。展望21世紀,材料科學技術研究開發的前沿有微電子材料、新型光電子材料、稀土功能材料、先進陶瓷材料、高溫超導材料、納米材料等,[3]這些都屬于無機材料化學的研究范疇。因此,無機材料化學又是一門具有前沿性的學科。基于學科背景和課程特點,我們在大連理工大學教改項目的支持下,以提高教學質量、培養學生的創新能力為主線,以建設精品課程為目標,進行了一系列教學改革和研究。

二、教學內容的選取

高等學校教學中教材內容的陳舊是影響創新型人才培養的突出問題,也是高校課程改革的重點。目前,高校教材內容不能適應現代化人才培養的需要,內容的先進性方面不能適應科學技術飛速發展的要求,不能適應知識經濟時代創造型人才培養的要求。[4]特別是面對具有前沿性特點的材料化學,教材的內容相比于飛速增長和更新的新材料來說,嚴重滯后。而要培養創新型人才,掌握最新的科研成果對于激發學生的創新思維非常重要。[5]向學生講授科學前沿知識可以激發學生們的求知欲,為他們提供一個創新的空間,使學生能夠近距離地感受創新的價值和創新帶來的激情。因此,挑選合適的教材是非常重要的。我們挑選了北京大學林建華、荊西平編寫的《無機材料化學》。該書將無機材料化學中重要的基礎問題做了全面的討論,這本教材最大的特點在于它介紹了無機材料化學領域的最新進展,并附有近期發表在國際主流期刊上的相關文獻,整本教材體現著材料科學、化學和物理等學科交叉與滲透的特點。如果學生對教材中的某些前沿內容感興趣,可以在教材中找到相應的參考文獻,在圖書館下載后仔細閱讀。

課堂上僅傳授知識是遠遠不夠的,教學內容還要有一定的探索性,能讓學生有一定的思考空間。教學中,我們發現學生對來自科研一線的事例非常感興趣。因此在課堂上,我們以自身科研成果豐富教學內容,結合自身科研經歷令課堂生動有趣,深化了教學效果。我們經常把自己在科研工作中的體會、最新科研成果轉化為教學內容,設計一些開放式的問題與學生探討,自覺地把創新意識、創新能力的培養融入課堂教學之中。我們還結合相關的教學內容,穿插講解一些科學方法論的知識,培養學生的科學精神。例如,在講到固溶體合金的形成規律時,我們向學生講述了現代物理冶金學重要創始人William Hume Rothery在聽力完全喪失、健康狀況非常不佳的情況下,憑借堅強的毅力和非凡的生活熱情,在異常簡陋的工作條件下,開創性地提出了著名的Hume Rothery準則。這位杰出的科學家一生始終以樂觀向上的生活態度,堅持不懈地勤奮工作著。學生們紛紛為Hume Rothery的人格魅力而傾倒,希望自己也能投身科學,在某一領域取得杰出成就。我們經常把本學科碰到的難題以及學科前沿的問題向學生進行適當的介紹,激發學生的民族自豪感,培養學生的創新思維和探究精神。例如,在講到第八章電介質材料時,我們將著名納米科學家王中林發表在《科學》上的氧化鋅“納米發電機”一文介紹給學生。在講到第九章超導材料時,我們向學生們介紹了我國在超導材料的研制上一直處于國際領先水平,特別是2008年我國在高溫超導研究上取得重大突破,發現了一類新的高溫超導材料———鐵基超導材料,在全球范圍內掀起了超導材料研究的新熱潮,并介紹了鐵基超導材料的結構和性能。在講到第十二章發光材料時,我們向學生介紹了大連路明集團開發的“水立方幔態LED”在研發、制造、安裝中創造的7項“世界第一”。這些事例大大激發了學生學習相關章節內容的興趣,同時也培養了學生的民族自豪感和投身科學的信心與決心。實踐表明,將科研引入教學過程,有力地促進了學生對知識的掌握和能力的提高,促使學生形成了正確的科學精神和科學態度,大大提高了教學的實際效果。

三、教學方法的改革

教學手段和方法是提高教育質量非常重要的一個方面。傳統的教學方法以教師為主導,以傳授知識為目的,往往采取灌輸式教學方法,在很大程度上忽略了學生的主體地位和創造性,學生被動地接受知識,學習積極性不高,教學效果不理想。要改變過去那種單純傳授專業知識的教學方法,把培養學生的創新能力和創新意識作為教學工作的重點,我們必須對原有教學方法進行改革,采取多樣化的教學手段激發學生的學習興趣。

本課程的特點是知識點多而且分散,學生容易只見樹木、不見森林。為此,我們理出了一條課程主線,向學生清晰地展示各章節的作用以及章節之間的聯系(如圖1)。我們力爭做到講課內容少而精,重點突出,主次分明,出現在不同章節但內容相關的部分放在一起講解。例如,與Fermi面附近的能態密度相關的性質有金屬材料的電子熱容和Pauli順磁性(第四章)、金屬材料的電導率(第九章)、超導材料的臨界溫度(第九章)等,將這些知識點放在一起進行對比和總結,學生對Fermi能級的概念就會有非常清晰和深刻的認識。課程教學的重點在于使學生掌握該學科的思維方式和研究方法,給學生留有思考的足夠空間,能從多角度理解基本原理。古人云“授人以魚不如授人以漁”,這里強調的就是教授學生學習方法的重要性。[6]材料的組成和結構決定了其物理性質,這是材料化學的核心和基礎。將鈣鈦礦材料的結構(第三章)和其鐵電性質(第八章)結合起來講解,學生不僅對該類材料的結構和特殊的物理性質有了深刻的認識,更深化了對結構-性能關系的理解,掌握了該課程的學習方法。

在實踐中,我們采取了傳統教學與多媒體教學結合、自主學習與協作學習結合,基于問題學習、基于案例學習、研究型學習等多種形式的教學策略,提高了學生學習和思考問題的效率。實踐表明,適度使用多媒體教學,將材料實際應用的照片、材料加工制作過程的視頻等圖片影視資料生動地展示給學生,能為教學過程提供豐富的感性材料,豐富課堂教學內容。鑒于新材料的發展日新月異,每天新概念、新構想、新方法都在不斷涌現,我們在課堂上及時地將與課程內容相關的最新文獻介紹給學生,課堂教學結束前提出下次課程內容的前沿課題,讓學生在課前完成對這一前沿課題的研究報告。這樣一方面可以使這些學有余力的學生接觸到材料化學領域的最新研究進展,培養他們對教材內容的興趣并找到自己的科研興趣,另一方面可以讓學生看到自己知識結構的不足,在學習中自覺地去完善自己。與此同時,這也鍛煉了他們查閱文獻和英文閱讀的能力,為將來進行專業科學研究奠定了一定的基礎。通過一個學期的嘗試,我們感到教學效果非常好,學生經常在下課后圍著教師交流,提出各種材料學領域的前沿問題與教師探討。有幾個表現突出的學生已經進入到某些課題組,開展創新實驗了。另外,在課堂上,我們結合自己的科研實踐,提出開放式的與課程內容相關的問題,讓學生思考和回答。我們鼓勵學生提出不同的見解,這樣就增加了師生互動,活躍了課堂氣氛,提高了學生的學習興趣。我們將本課程教學方法作一總結列于表1中。

四、實驗教學方案設計

材料化學與其他化學分支一樣仍然是一門實驗性很強的學科。[7]在實驗教學環節上,我們結合自己的教學和科研設計了一些具有明顯創新性且與材料化學教學內容密切相關的實驗研究課題。人工晶體是一類重要的功能材料,它能實現光(第十二章光學材料)、電(第八章電介質材料;第九章材料的導電性質;第十章離子導電材料)、磁(第十一章磁性材料)等不同能量形式的交互作用和轉換,在現代科學技術中應用十分廣泛。同一種晶體往往會產生不同的形態,這些形態將影響晶體的性質。同一種晶體的各種形態是怎樣產生的呢?不同形態與生長條件之間有何關系?第二章講到了無機材料的各種制備方法,采用何種制備方法可以獲得預期的形態?這些問題對學生具有強烈的吸引力。為此,我們設計了自主實驗“顯微鏡下觀察晶體的結晶形態”,使學生利用顯微圖像分析系統,實時觀測晶體的結晶過程及結晶形態,研究不同的生長條件和實驗方法對晶體結晶形態的影響規律,建立對晶體結晶的感性認識。

通過以上對教學內容、教學方法、實驗教學等方面的探索與實踐,學生的創新能力和創新意識得到了提高。實踐表明,將科學研究引入課堂教學,能夠激發學生的學習興趣,深化教學效果。無機材料化學是一門具有廣闊發展前景的學科,還需要我們不遺余力地在教學中進行大膽地改革和嘗試,以培養更多具有創新能力的材料專門人才。

材料化學論文:復合材料專業物理化學教學探索

我校復合材料專業目標是培養具備復合材料基本理論和實踐知識,能夠在復合材料相關領域獨立從事生產、設計、研發的技術人才。物理化學是復合材料專業一門非常重要的專業基礎課,它為后續開設的專業課(高分子物理、高分子化學、復合材料原理和復合材料學等)奠定基礎。因此學生對物理化學知識的掌握直接影響專業課的學習和理解,從而影響就業后的實踐能力。物理化學是運用物理的理論和實驗方法研究化學中最基本的規律和理論的科學。它所研究的內容普遍適用于各個化學分之,與材料學、生物學、地質學、天體學、海洋學等領域密切相關。但由于它是一門概念性、理論性、系統性和邏輯性很強的學科,涉及的公式多,應用條件嚴格,比較抽象,是學生學習過程中普遍感到困難較大的一門課[1]。隨著當今科技迅速發展,交叉滲透日益突出,按照素質教育的要求,并考慮課時緊縮的實際情況,我們必須對物理化學的教學內容和方法進行改革[2]。

1教材的選擇及教學內容的確定

針對我校復合材料專業的特點,選擇的物理化學教材既要體現當前學科發展的概貌,同時又要使學生具備牢固的理論知識,為以后就業奠定一定的基礎。考慮以上因素,我們選擇了面向21世紀教材,由天津大學物理化學教研室編、高等教育出版社出版的《物理化學》教材(第五版)。同時結合復合材料專業的就業特點,精選了教學內容。該版教材中第一章氣體的PVT關系,由于高中階段已經講述過,所以可以省略。第八、九章的量子力學和統計熱力學都是從物質的微觀難度著手討論的,難度較大,可做簡單講授,若詳細探討可開設選修課單獨進行講授。其它章節的內容選擇重點內容,尤其是與本專業相關的內容詳細講解,例如第六章的相圖、第十章的界面現象內容等,并結合具體的實例,達到更好的授課效果。

2物理化學課堂教學改革

我校復合材料專業開設的物理化學課程是繼無機化學、有機化學之后的理論性化學專業知識,它的知識內容除涉及無機、有機化學知識外,還與大量物理和高等數學知識有關.概念抽象,公式原理多,推導過程繁瑣,內容難理解。因此學生普遍感覺物理化學課程更偏重理論,學習起來較難,從而導致對這門課程不抱有很大的熱情,學習動力不大[3]。針對以上問題,對物理化學課堂教學進行改革就顯得非常必要。具體的改革措施應遵循以下原則:整體設計課堂教學效果;教學方法和教學手段最佳;考核方法合理、科學。

2.1課堂教學效果的整體設計

(1)培養學生的學習興趣。學習興趣至關重要,學生若是對某些課程不感興趣,老師即使講授的再精彩,學生的學習效果也不會太好。因此培養學生的學習興趣就顯得十分必要了。開課伊始,教師就應該講好緒論部分,充分講述物理化學課程的重要性,課程內容的實用性,鼓勵學生努力學好物理化學,培養學習興趣。學生有了興趣,教師才能較好地進行指導。

(2)提高知識的趣味性。知識的趣味性是主動學習的推動力。把理論性強、抽象而枯燥的內容變得生動有趣,是提高課堂教學效果的有效手段。在教學過程中穿插一些與生活實際密切相關的問題或是適當的趣例,則可以起到畫龍點睛的作用,使課堂富于趣味性。例如,在給學生介紹水的相圖時介紹了亞穩態這個概念,可以以人的健康狀況來類比說明。現代社會人們的生活節奏加快,整天忙于工作,鍛煉身體的機會很少,大多數人的身體狀況不佳,多屬于亞健康狀態。亞健康就是一種亞穩態,不穩定,不可能長時間存在,必須向穩定狀態轉變;人要從事正常的生產、生活需要健康的體魄,因此必須鍛煉身體,保持身體處于健康狀態,而不是亞健康狀態。又如,在講授界面化學的時候,可以提問學生在春天光滑的墻壁和粗糙的墻壁哪個更容易回潮。然后用彎曲表面上的蒸汽壓———開爾文公式解釋原因。這種理論與實際應用的結合,可激發學生的學習興趣,引起學生探求知識的欲望,是物理化學課堂教學獲得成功的關鍵一步。

(3)理論教學與實踐教學相結合。物理化學雖然是一門理論學科,但許多定理都是建立在大量的實驗基礎上,所以物理化學的知識是理論和實驗相結合的。為了更好的理解課堂上的理論知識,開設對應的實驗課程,這樣既能鍛煉學生的動手能力,又能加深學生對相關知識的理解程度,而且還能夠建立學生對物理化學這門課程的實用性的信心,極大地提高了學生的學習動力。例如,我們講授化學動力學這一章的一級反應時,講完理論的同時,開設了“蔗糖水解反應速率常數的測定的實驗”,學生普遍反應通過實驗對課堂內容有了更深一層次的理解。

2.2優化教學方法和教學手段

(1)加強課前預習與課后復習。物理化學的公式推導過程繁瑣,為此非常有必要進行課前預習。課前預習要求學生對將要講述的內容先瀏覽一遍,不做具體推算,只要求對重點內容有個初步掌握,等老師講述時學生的思路能與教師同步,使以后教學活動更易開展。同時知識講授后還要要求學生經常復習,以免由于公式繁多而混淆或是遺忘,影響后面新知識的學習。在物理化學教學中,作業也是必不可少的教學環節,但作業太多學生疲于應付,太少達不到復習的效果。因此就要求精選習題,做到“少而精”,力求達到事半功倍的效果。同時為了彌補課堂教學時數少而教學內容較多的不足,可根據教學內容的安排,適當選留思考題,然后要求學生課后查資料,以論文格式上交,這樣既鍛煉了學生的寫作能力,又提高了學生的積極性。

(2)改進教學方法和教學手段。在教學方法上,我們改進單一的講授法,采用啟發式、討論式、互動式教學方法,努力為學生營造一個寬松的學習環境。具體做法是教師精心設計問題,通過提問、回答及組織學生進行討論,在教師與學生之間形成一種良性互動式的教學模式。在教學手段上,我們采用多媒體教學與板書相結合的形式,使復雜抽象的問題簡單化。對于難以講解或表達的內容,可以運用動畫、影片等手段把難以理解的概念形象化,引起學生的興趣,加深學生的理解。但是多媒體教學也有它的不足之處,多媒體教學講課速度較快,學生不能及時接受教師講授的知識,更沒有更多的時間做課堂筆記,不利于課后的復習和考試。因此要根據教學內容來確定是否選用多媒體教學。對于那些有圖像,需要演示過程的教學內容,例如第六章相圖的演示,第十章界面現象的毛細管現象、潤濕現象等內容,多媒體教學能夠化靜為動,把枯澀的問題趣味化,便于學生深入地了解相關知識,能得到很好的教學效果;而對于重要公式的推導方面的教學內容采用板書的形式更合適。只有采用多媒體教學和板書相結合的形式,才能收到最佳的教學效果.

3合理、科學的考核方法

合理、科學的考核方法能夠調動學生的學習興趣和學習動力,提高學生主動學習的能力。簽于此,我們結合本校的具體情況和專業特點,摒棄了傳統的只以期末考試成績為標準的考核方式,采用多項合并的方法綜合測評。具體測評方法為期末考試成績占總成績的70%,體現學生動手能力的實驗課程占總成績的10%,平時成績占總成績的20%。平時成績又分為三部分:出勤率占3分,作業成績和平時的小測驗成績占12分,參與課堂討論和隨堂回答情況占5分。這樣的考核方式明顯提高了學生的學習熱情,學生能積極參與課堂問題的討論和回答,改變了物理化學枯燥,沉悶的課堂氣氛,大大地提高了教學質量。

4結語

針對我校復合材料專業的具體情況對該專業開設的物理化學課程課堂教學進行了改革,包括教材的選擇、課堂效果的整體設計、教學方法和教學手段的改革、課程考核體系的建立等。實踐結果證明以上的教學改革方案大大提高了學生的學習興趣,學生能夠積極思考、回答問題,也極大地提高了教學質量。但是教研改革永無止境,我們會繼續更深入地進行物理化學教學改革,使之建設成學生更受歡迎的課程。