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关于材料化学专业《 材料化学》 课程建设的一些探讨与实践.pdf

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关于材料化学专业《 材料化学》 课程建设的一些探讨与实践.pdf

2006年第10期广东化工第33卷总第162期www.gdchem.com105关于材料化学专业材料化学课程建设的一些探讨与实践陈东初,袁毅桦(佛山科技学院理学院,广东佛山528000)摘要基于材料化学课程建设的现状分析,按照材料化学专业人才培养计划,对材料化学课程的教材、教学大纲、教学内容的选择、难点与重点的区分等课程建设内容进行了探讨,并在课程实际教学中进行了一些相关实践。关键词材料化学课程建设教学大纲InvestigationandPracticeontheCourseofConstructionofMaterialChemistryfortheMaterialChemistrySpecialtyChenDongchu,YuanYihuaDepartmentofScience,FoshanUniversityofScienceandTechnology,Foshan528000,ChinaAbstractAccordingtotheundergraduateeducationalplan,somediscussionwasmadeabouttheselectionofteachingmaterial,teachingsyllabus,curriculumcontentandthedivisionofdifficultyandemphasisintheMaterialChemistryCourse,basedontheanalysisoftheexistingcourseconstruction.Finallysomepracticesintheteachingcourseofthecurriculumwerepresented.Keywordsmaterialchemistrycourseconstructionteachingsyllabus材料化学是随着材料科学的快速发展与社会需求的日益增加近年来新开设的一个专业。材料化学专业不同于传统的材料科学专业,也不同于传统的化学专业,是材料科学与化学的交叉学科,目前国内众多高校在近几年新设立这个专业。如何设置材料化学专业相关课程,相关课程之间如何建立合理的联系,如何安排好材料学与化学学科的相关课程,目前还有很多有待于商榷之处。其中材料化学课程是材料化学专业重要的学科基础课程之一,材料化学课程所涉及的内容非常广泛,如材料高温氧化、电化学、等离子体化学、化学分析、光化学、高分子化学、硅酸盐化学、高分子材料、涂料化学、胶体化学、表面化学等,这些内容都是一个专门的研究领域。如何在较短的学时内,让学生了解掌握这些相关领域的基础内容,是一个重要的研究课题。另外,如何在有限的学时里面,合理安排学时比重,体现一般了解与重点掌握的区别,也有待于研究。而且,如何将教学内容主动与佛山材料领域优势产业,合理安排教学内容。此外,在课程的教学方法方面,如何激发学生的学习热情、对专业的认同感,都待于实践。1材料化学课程在材料化学专业人才培养课程计划中的定位按照该专业培养计划的人才培养目标1能在企事业等单位从事材料科学及工程领域的研究开发以及在高等学校从事教学与管理工作,可继续攻读化学、材料或者相关学科的硕士收稿日期20060614作者简介陈东初(1972),男,江西崇义人,副教授,工学博士,主要从事材料表面、应用电化学研究。广东化工2006年第10期106www.gdchem.com第33卷总第162期学位,材料化学是材料化学专业的主要课程,并列为学科基础课程,学分3,学时54。因此,可以看出材料化学课程在材料化学专业的人才培养过程中占有重要的地位。材料化学课程是材料化学专业的基础课程,以物理化学、无机化学、有机化学等课程的学习为前提,并为高分子材料方向学生进一步学习高分子化学、高分子物理、高分子材料等专业课程以及无机材料方向学生学习陶瓷工艺原理、无机功能材料等专业课程取重要的衔接作用。2材料化学教学内容的设计与大纲的制定2.1教材的选择由于材料化学专业为新办专业,目前材料化学课程的教材不多,主要有高等教育出版社两种、厦门大学出版社、哈尔滨工业大学出版社等少数几种教材,对这些教材进行比较,并认识到材料化学课程的不同于纯粹的化学课程或者材料课程,而应该是讲授材料中的基本化学问题或者化学理论。此外,考虑到与后续课程不产生重复与冲突的问题,而且还要考虑到讲授内容应该是基础性问题,因此选择了哈尔滨工业大学出版社的席慧智等主编的材料化学导论作为教材。另外,为了开拓视野,让学生了解材料化学领域出现的新材料、新理论、新方法,选择材料化学、材料科学基础、应用电化学、高分子化学、现代表面技术等一些参考书作为辅助。2.2课程教学基本要求与教学计划根据教材内容以及对该课程的理解,课程教学内容、教学要求以及学时安排如下。1绪论1学时。2材料高温化学6学时掌握金属的冶炼过程、工艺原理,如区域精炼、分配系数、挥发精炼等掌握化学平衡热力学及冶炼中平衡分压、分解温度等概念掌握纯金属高温氧化中的热力学问题掌握自蔓燃合成的定义、过程、热力学关系等问题。理解纯物质热力学、合金的氧化。了解自蔓燃合成的应用。3金属的相变和析出4学时掌握相变和析出动力学、二元系的晶核扩散长大理论掌握金属氢化物形成与分类。理解氢化金属及合金的变化。了解三元系的晶核扩散长大理论了解金属氢化物的应用。4材料电化学9学时掌握电化学的基本理论以及电化学在EpH图的应用掌握锂离子一次电池、铅酸二次电池、燃料电池的特点与原理。理解平衡电位、混合电位、腐蚀电位的定义与区别。了解常见电池特点以及研究进展。5材料表面化学7学时掌握表面热力学函数、表面偏析及偏析的相平衡理论掌握XPS、AES表面分析技术的特点与原理。理解表面相定义与模型、薄膜相平衡理论。了解薄膜统计热力学、表面分析方法。6材料激发化学10学时掌握等离子体化学的原理、发生、等离子体化学的特征,等离子蚀刻的应用原理掌握光化学基本理论以及光化学蚀刻原理。理解等离子体空间的各种现象、等离子体放电特征理解光化学反应的特征。了解低温等离子体以及光化学的各种应用技术。7硅酸盐材料化学7学时掌握硅酸盐热力学、硅酸盐固相反应特点与影响因素掌握硅酸盐固相烧结过程、机理、影响因素掌握玻璃、水泥的化学腐蚀。理解固相反映动力学机理。了解固相烧结动力学、耐火材料的腐蚀、固体的辐射损伤。8高分子化学10学时掌握高分子化合物的基本概念、聚合物反应的方法掌握自由基聚合反应的原理、特点掌握聚合物的化学反应特性、聚合物降解的原理掌握常见的通用塑料与工程塑料种类与特性掌握高分子复合材料的组成。理解离子加聚反应、缩聚反应。理解聚合物侧基的化学反应、接枝聚合物与嵌段聚合物理解聚合物的降解过程理解胶粘剂与涂料的组成。了解阴、阳离子聚合机理、聚合物的化学交联与防老化了解相关的功能高分子材料以及各种胶粘剂、常见的涂料品种。2.3突出课程的难点与重点根据对教材的分析,提出教学难点与重点。第一章掌握纯物质热力学、自蔓燃合成工艺及其在新材料制备中的应用。第二章氢在金属中的固溶和氢化物的形成以及金属氢化物的应用。第三章电化学热力学、动力学理论、电池材料。第四章表面热力学理论等物理化学基础、表面化学处理技术、分析方法。第五章等离子体概念及其在材料制备与表面改性中的应用,光化学理论及其在新材料合成的应用。第六章硅酸盐材料热力学以及烧结动力学以及制备过程影响因素。第七章高分子化合物特点以及自由基聚合反应原理与概念,聚合物反应特性、聚合物反应在高分子聚合物制备改性与防止高分子化合物老化与降解的应用高分子复合材料的组成与制备,常见的高强度高分子复合材料功能性高分子材料的种类及发展状况,尤其是导电及感光高分子材料特点,涂料化学基本内容等。3课程教学内容的教授方式的部分实践为了提高课程的教学质量,特别是激发同学的学习热情,尝试进行了一些实践性教学方式探讨。3.1加强知识的应用背景介绍,提高学生的知识领悟力材料化学课程的基本理论比较多,而且很枯燥,为了强化课堂教学中的学生的知识领悟能力,尽量插入知识的应用背景等实践性教学内容,引导学生用学过的知识、理论、技能分析和回答提出的实际问题。例如,讲解电位pH图的时候,可以把腐蚀工业中的输油管道的阴极保护原理、铝合金的阳极钝化原理与应用,零部件镀锌牺牲阳极的作用等实例加于介绍,让学生认识到电位pH的应用以及各种保护措施的原理介绍光化学知识的时候,补充光固化树脂以及电子线路板光刻胶的工艺与作用。使学生认识到材料的性能与其结构以及制备工艺是相互作用的,不但增强了对问题的分析与领悟能力,而且增2006年第10期广东化工第33卷总第162期www.gdchem.com107加了对课程的学习兴趣。3.2注重主体性教育,激发学生自身的学习潜能由填鸭式被动学习变为主动学习,倡导主体性教育,发挥了学生的主观能动性。一方面尝试在课程教学过程中安排4个学时的课堂讨论课,让学生补充查阅相关资料,参与讲解并回答同学的质疑,调动了学生自主地参与教学的积极性,认识到学习的过程不再是消极的等、靠、听、记,而是主动的适用性学习。例如,在教学过程中曾分别提出的讨论课题目光化学技术如激光制备超细粉末技术的原理、工艺、发展状况,或者光固化树脂及导电高分子的制备、导电机理、用途等。3.3注重师生双向互动,促进教学相长要讲授好一门课程,除教师本身加强学术的相互交流及自身的学习与知识积累外,更重要的是要建好师生间双向互动的教学过程,营造良好的教学课堂气氛。教师的主动在于对学生引导和启发的正向主动,学生的主动在于与教师的协调配和,积极思考,双方都发挥了主观能动性,同时双方又有双向促进。3.4前沿性知识介绍以及培养学生的专业热爱材料与化学是一门对人类社会影响非常重大的科学,尤其是当代各种高、新技术如电子信息、能源、制造业以及航空、航天、海洋、军事技术等都对材料及工艺提出了更新更高的要求,由于目前我们的社会以及学生与家长缺乏对这门学科的深入了解,很多同学缺乏从事本专业的热爱与忠诚。为了提高学生的学习热情与学习兴趣,需要让学生更深入的了解本学科发展状况,增加对本学科的热爱程度。因此在教学过程中可以参照材料科学的发展热点问题,适当进行一些题外话补充,让学生受到熏陶,培养从事本专业的信心。比如,特地增加一节课的前言知识介绍,参考国家为了提高自主创新能力刚刚完成的国家中长期科学和技术发展规划纲要所涉及的材料科学的内容,以及最近几年国家基金的重点支持的材料相关领域。4结论材料化学是随着材料科学的快速发展而新办的一个本科专业,材料化学课程作为材料化学专业的一门基础课,涉及到材料科学中的众多化学问题以及材料与化学两大学科的交叉知识,因此材料化学课程涉及的内容广泛,如何进行教学内容的选择、合理安排与衔接等尚有待研究。虽然通过对该课程教学过程的总结,已取得了一定的认识,但是对于如何更好地对该课程的教学体系进行建设,还需要进一步深入探讨与实践。参考文献1佛山科技学院本科生人才培养计划(内部资料).本文文献格式陈东初,袁毅桦.关于材料化学专业材料化学课程建设的一些探讨与实践J.广东化工,2006,3310105107.(上接第109页)进行微型化实验改革,需要大量资金投入。有些高校可以一次性投入数十万元更新玻璃仪器,进行教材改革。目前还未实施微型实验的高校多是中小规模的地方院校,与我校实验室存在着相似问题,在实验经费和建设费不多的情况下不可能投入大量资金。在全国微型实验会议上,有体会的老师们也提出要顺利开展微型实验,仪器配套是关键9。而目前国内成套的微型或半微量仪器不可能满足各院校不同专业、不同实验内容的要求。我们采取的做法是根据我校课程开设的实验项目,剔除不适合我们需要的组件,有针对性配备一批仪器,避免浪费。在过渡阶段根据实验要求,常量仪器与小量仪器配合使用,必要时采用大小标口转换头连接组件,逐渐淘汰大容量仪器。微型化实验顺利开展后,不应仅仅停留于传统实验教学阶段。半微量实验节约、安全,可以放手让学生独立操作,进一步增加开放实验和设计实验内容,引入新的、先进的实验技术,并借助微型实验绿色化学、创新思维的理念,使学生提高对本专业的兴趣和学习积极性,培养独立思考、分析问题、解决问题的能力,敢于创新的精神,从而推动实验教学改革。微型实验不仅仅是表现为减量和小型化,更是对实验装置的设计改造,对实验方案的改进与探索。譬如我们常常需要根据实验要求和具体情况,寻找适合材料或组装方法来改善装置,这也是发挥师生的自主创新精神的好机会。实现教学上的创新与改革,是微型实验给实验教学带来的更深远的意义。化学家王积涛教授指出微型实验的设计是当前我国化学实验改革的大方向6。教师与学生都可以借助微型实验,启迪创新思维,开发新的实验项目、实验方法、实验装置应用于教学、科研,与此同时促进微型实验的深入发展。参考文献1T.S.Ma,V.Horak.MicroscaleManipulationsinChemistryM.JohnWiley&Sons1976.1.2周宁怀,宋学梓.微型化学实验M.浙江浙江科技出版社,1992.3关烨第,等.小量半微量有机化学实验M.北京北京大学出版社,1999.4钱贵晴.微型化学实验与ML的研制J.化学通报,1999,14851.5周宁怀.海峡两岸微型实验发展之比较研究C.长沙发明与创新杂志社,2004,713.6周宁怀,王德林.微型有机化学实验M.北京科学出版社,1999.7王清廉,沈凤嘉.有机化学实验第二版M.北京高等教育出版社,1994.8马东升,侯艳君.半微量有机化学实验M.哈尔滨地图出版社,2003.9孟平安.普及推广微型化学实验的再思考C.长沙发明与创新杂志社,2004,74346.本文文献格式赖悦腾,高永辉.地方院校开展微型有机化学实验教学初探J.广东化工,2006,3310108109.

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