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材料化學(xué)論文:高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建與成效

摘要:概述了目前國(guó)內(nèi)高校高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的共性問(wèn)題和關(guān)鍵問(wèn)題。提出了高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程由基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn),綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三個(gè)模塊組成的新教學(xué)體系,并在每個(gè)模塊中引入一些綜合性和應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)踐證明所構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、應(yīng)用與實(shí)踐能力方面起到了較好的效果。

關(guān)鍵詞:高分子材料;高分子化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高分子化學(xué)課程教學(xué)的一種最有效的實(shí)踐教學(xué)形式,它可以幫助和促進(jìn)學(xué)生課堂理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與消化,建立和鞏固高分子化學(xué)基本概念和理論,獲取高分子化學(xué)知識(shí),培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)和操作技能。我國(guó)著名化學(xué)家戴安邦指出:“只傳授化學(xué)知識(shí)和技術(shù)的化學(xué)教育是片面的,全面的化學(xué)教育要求既傳授化學(xué)知識(shí)和技巧,又訓(xùn)練科學(xué)方法與思維,還培養(yǎng)科學(xué)精神和品德,學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中是學(xué)習(xí)的主體,在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),訓(xùn)練用實(shí)驗(yàn)解決化學(xué)問(wèn)題,使各項(xiàng)智力皆得到發(fā)展”。這番話指出了開(kāi)設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的深刻內(nèi)涵和重要價(jià)值。2004年國(guó)家教育部頒布的《普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評(píng)估方案》在評(píng)估指標(biāo)的二級(jí)指標(biāo)“實(shí)踐教學(xué)”中,從“實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與體系,綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的比例及效果,實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放”三個(gè)方面明確了實(shí)踐教學(xué)改革和發(fā)展的方向。近幾年高校的化學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革取得了令人矚目的成果。高分子材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)是很多高校在近年來(lái)新開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)與改革方面的成果積累較少,尤其高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用陳舊的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法依然居多。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前國(guó)內(nèi)高校高分子材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依然不同程度地存在一些問(wèn)題。

一、高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀剖析

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和內(nèi)容欠爭(zhēng)理

多數(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué),沒(méi)有單獨(dú)設(shè)課和單獨(dú)考核,實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對(duì)較少雖然有些高校高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獨(dú)立設(shè)課,但僅作為考查課。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中傳統(tǒng)的、陳舊的實(shí)驗(yàn)較多,而體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果的實(shí)驗(yàn)很少認(rèn)知性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占的比理偏高,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)偏少,而且實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)偏重于理論,突出高分子材料應(yīng)用性特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)太少,不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一

學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義預(yù)習(xí),然后進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)前教師把實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、儀器使用方法、測(cè)試方法、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄表格及數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)行詳細(xì)的集中講解。學(xué)生只需按教師指導(dǎo)的過(guò)程按部就班或者依照講義“照方抓藥”,就可以完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)。一部分學(xué)生糊里糊涂地來(lái)到實(shí)驗(yàn)室,只動(dòng)手不動(dòng)腦地完成實(shí)驗(yàn),然后又迷迷糊糊地離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果沒(méi)有給他們留下太深的印象,對(duì)學(xué)生觀察能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)都很不夠。這種統(tǒng)一模式、統(tǒng)一要求、齊步走的教學(xué)方法,一方面造成了學(xué)生對(duì)教師的過(guò)分依賴(lài),另一方面抑制了學(xué)生個(gè)性思維的發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

3.實(shí)驗(yàn)?zāi)蹖W(xué)手段落后

在現(xiàn)代信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天,雖然網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)在理論教學(xué)中得到了普遍應(yīng)用,但虛擬、仿真等實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段未能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣應(yīng)用。這樣對(duì)于一些耗費(fèi)過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、毒性過(guò)大、危險(xiǎn)性過(guò)高的實(shí)驗(yàn),只能最低限度地開(kāi)設(shè),且開(kāi)設(shè)過(guò)程中費(fèi)用大和危險(xiǎn)性高,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)此類(lèi)重要實(shí)驗(yàn)缺乏足夠的認(rèn)知和感受的機(jī)會(huì)。

二、新教學(xué)模塊的實(shí)踐性探索與成效

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)高校高分子材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題,借鑒其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的優(yōu)秀成果,提出了基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的三個(gè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊體系,并在每個(gè)模塊中結(jié)合常熟理工學(xué)院教師的科研成果引入_些新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)新的體系和教學(xué)方法在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力方面起到了較好的效果。

1.基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)?zāi)K構(gòu)建的目的著重建立高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)與相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)、清潔衛(wèi)生習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。訓(xùn)練學(xué)生掌握熟練規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作技能和技巧,為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)?zāi)K的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)在課時(shí)總量的40%～50%為宜,課時(shí)數(shù)約30學(xué)時(shí),開(kāi)設(shè)8～10個(gè)實(shí)驗(yàn)。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)涉及到高分子化學(xué)反應(yīng)機(jī)理,如自由基、陰離子,陽(yáng)離子等連鎖反應(yīng)機(jī)理,縮聚、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合等逐步反應(yīng)機(jī)理,開(kāi)環(huán)聚合反應(yīng)機(jī)理等。在實(shí)驗(yàn)實(shí)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(shè)計(jì)膨脹計(jì)發(fā)測(cè)定苯乙烯本體聚合動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生直觀感受到了誘導(dǎo)期概念、聚合過(guò)程體積減小的現(xiàn)象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化學(xué)理論知識(shí)。設(shè)計(jì)過(guò)硫酸鉀引發(fā)甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合實(shí)驗(yàn),除讓學(xué)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(shè)計(jì)己二酰氯和己二胺界面縮聚實(shí)驗(yàn),讓學(xué)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(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)一些自由基、陰離子、陽(yáng)離子等連鎖反應(yīng)機(jī)理的實(shí)驗(yàn),使學(xué)生進(jìn)一步掌握了活性中心的概念,同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)知了這些引發(fā)劑的活性、安全使用和貯存事項(xiàng)。

2.綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊旨在培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力,自主設(shè)計(jì)和分析解決問(wèn)題的能力。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的較高層次,注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自主設(shè)計(jì)性和綜合性。

教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)在課時(shí)總量的20%～25%為宜,課時(shí)數(shù)約15學(xué)時(shí),開(kāi)設(shè)2～3個(gè)實(shí)驗(yàn)。本教學(xué)模塊的特點(diǎn)之一是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性,可以將同一門(mén)課的幾個(gè)實(shí)驗(yàn),或者是幾門(mén)課的實(shí)驗(yàn)組合在一起,形成一個(gè)大實(shí)驗(yàn)。本教學(xué)模塊的特點(diǎn)之二是實(shí)驗(yàn)方案的靈活性和設(shè)計(jì)性,側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的意識(shí)和良好習(xí)慣。例如關(guān)于高分子合成實(shí)驗(yàn)先確定好采用的聚合機(jī)理和聚合方法,在原材料配方組成、引發(fā)劑種類(lèi)及用量、合成溫度等工藝條件方面給出一個(gè)大致的框架,然后讓學(xué)生在所給的框架內(nèi)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)。譬如懸浮法制備聚苯乙烯珠粒實(shí)驗(yàn),水的用量范圍為苯乙烯質(zhì)量的100%～200%、分散劑為磷酸鈣或聚乙烯醇兩種、引發(fā)劑過(guò)氧化二苯甲酰用量為苯乙烯質(zhì)量的0.2%～1.0%、反應(yīng)溫度設(shè)定在75℃～85℃范圍等。學(xué)生通過(guò)自行設(shè)計(jì)的方案實(shí)施實(shí)驗(yàn)獲得了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)對(duì)不同組之間實(shí)驗(yàn)結(jié)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(fā)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣,發(fā)揮了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。

3.研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

設(shè)置研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊培養(yǎng)學(xué)生的科研和創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力,為實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高質(zhì)量的應(yīng)用型人才的教育目標(biāo)提供重要的教學(xué)內(nèi)容實(shí)體支撐。

本實(shí)驗(yàn)?zāi)K是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最高層次,注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立自主陛、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性,教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)在課時(shí)總量的20%～25%為宜,課時(shí)數(shù)約15學(xué)時(shí),開(kāi)設(shè)2～3個(gè)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的特點(diǎn)之一是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的獨(dú)立自主性和綜合性。也就是說(shuō)確定好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)下獨(dú)立自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案的調(diào)研、設(shè)計(jì)、實(shí)施和結(jié)果分析。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的特點(diǎn)之二是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的應(yīng)用性和創(chuàng)新性,所擬定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須關(guān)聯(lián)生產(chǎn)實(shí)踐中的聚合物產(chǎn)品,充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的應(yīng)用性。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要針對(duì)這些高分子產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)踐中存在的共性問(wèn)題和關(guān)鍵問(wèn)題的解決來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施,發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性很高,樂(lè)此不疲,為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和展示高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性特征提供了最佳學(xué)習(xí)平臺(tái),尤其是開(kāi)發(fā)一些聯(lián)系生活實(shí)際的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn),可使學(xué)生親身感受到高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)用價(jià)值,能強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)。此外,研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)往往需要多名學(xué)生共同完成,有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。例如,聚氨酯絕緣漆的制備及性能測(cè)定實(shí)驗(yàn),每個(gè)學(xué)生做一個(gè)實(shí)驗(yàn)配方,每5名學(xué)生一組,5名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合在一起可以得出高分子樹(shù)脂配方組成與漆膜性能之間的關(guān)系曲線,以及固化條件與漆膜性能之間的關(guān)系曲線。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,5名學(xué)生要共同安排實(shí)驗(yàn)方案,盡量保持操作的一致性,最后得出的結(jié)果要呈規(guī)律性變化。如果有一名學(xué)生操作有誤,這個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)就會(huì)落在規(guī)律性以外,影響其他學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。因此,實(shí)施研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)教師也提出了更高要求。在每次實(shí)驗(yàn)前,教師要指導(dǎo)學(xué)生擬定方案,并對(duì)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和各種影響因素進(jìn)行分析,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,又有多種意外的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn),這勢(shì)必要求師生共同分析和討論造成這些現(xiàn)象的原因,幫助學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象深刻理解事物的本質(zhì)。這樣做需要教師有相當(dāng)?shù)闹R(shí)儲(chǔ)備量,并且要求教師也不斷進(jìn)取,充分體現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)的教育理念。

三、結(jié)論

基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)+教學(xué)模塊教學(xué)的實(shí)踐證明教學(xué)效果顯著,特別對(duì)提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力、激發(fā)學(xué)生理論課學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)技能取得了預(yù)期效果。基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)?zāi)K的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系,高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能和技巧的掌握和規(guī)范。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在學(xué)生自主設(shè)計(jì)和分析解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)。研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在學(xué)生科研和創(chuàng)新意識(shí)的建立,以及學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力的培養(yǎng)。

材料化學(xué)論文:淺析材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)在高等林業(yè)院校的定位與建設(shè)實(shí)踐

論文關(guān)鍵詞：材料化學(xué);專(zhuān)業(yè)定位;課程體系;實(shí)踐教學(xué);師資培養(yǎng)

論文摘要：文章從我國(guó)林業(yè)科技發(fā)展對(duì)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才的需要出發(fā)，探討了在高等林業(yè)院校設(shè)置材料化學(xué)的專(zhuān)業(yè)定位，在對(duì)材料化學(xué)課程的教學(xué)體系進(jìn)行思考的基礎(chǔ)上，提出了培養(yǎng)適應(yīng)林業(yè)科技發(fā)展需要的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)模式和教學(xué)內(nèi)容。

材料化學(xué)是一門(mén)材料科學(xué)與現(xiàn)代化學(xué)相結(jié)合的新興學(xué)科，對(duì)于自然科學(xué)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要，是21世紀(jì)化學(xué)發(fā)展中的重要新興學(xué)科之一。本專(zhuān)業(yè)密切聯(lián)系國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展的實(shí)際，研究材料制備、加工、性能和應(yīng)用等的化學(xué)問(wèn)題。上個(gè)世紀(jì)90年代初，復(fù)旦大學(xué)率先開(kāi)設(shè)材料化學(xué)本科專(zhuān)業(yè)。隨后，眾多高校相繼開(kāi)設(shè)了該專(zhuān)業(yè)。由于材料種類(lèi)很多，而且各個(gè)高校開(kāi)設(shè)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的背景和學(xué)校的優(yōu)勢(shì)學(xué)科不相同，雖然專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)相同，但是各學(xué)校所制定的培養(yǎng)方案和體現(xiàn)的專(zhuān)業(yè)特色各不一樣。中南林業(yè)科技大學(xué)是一所服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代林業(yè)，地處中南地區(qū)的高等林業(yè)院校。在高等林業(yè)院校開(kāi)設(shè)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)，相對(duì)于其它綜合性高校的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)和本校的主流學(xué)科一一林學(xué)來(lái)說(shuō)，該專(zhuān)業(yè)無(wú)論是在師資隊(duì)伍，還是在科研水平與學(xué)科建設(shè)等方面都存在不小的差距。所以，我校開(kāi)設(shè)的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)，只有辦出自己的特色和優(yōu)勢(shì)，才能在材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域占有一席之地。

1、專(zhuān)業(yè)定位明確，體現(xiàn)辦學(xué)特色

人才的培養(yǎng)需要找準(zhǔn)位置，明確方向。這是適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，也是辦好專(zhuān)業(yè)的關(guān)鍵。我校2004年初申報(bào)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)并獲得省教育廳批準(zhǔn)，2005年正式招生。經(jīng)過(guò)5年的發(fā)展，積累了較為豐富的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基本建立了較為完備的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)辦學(xué)條件。材料化學(xué)是一門(mén)多學(xué)科相互交叉的新型綜合學(xué)科，就材料而言，包括金屬材料、無(wú)機(jī)金屬材料、高分子材料、功能材料、復(fù)合材料等多個(gè)領(lǐng)域。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的全面發(fā)展，為了應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的迫切要求，加強(qiáng)林業(yè)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)至關(guān)重要。各種新材料在農(nóng)業(yè)、林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，如生物質(zhì)材料、木材阻燃材料、仿生材料和可生物降解材料等的開(kāi)發(fā)都是材料優(yōu)先發(fā)展的方向。但是，目前我國(guó)林業(yè)領(lǐng)域從事新材料技術(shù)開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的專(zhuān)門(mén)人才比較匾乏，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代林業(yè)高速發(fā)展的需要。因此，高等林業(yè)院校設(shè)置材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)對(duì)我國(guó)林業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義。在高等林業(yè)院校設(shè)置材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)既要考慮材料科學(xué)學(xué)科本身的體系，又要體現(xiàn)高等林業(yè)院校的特色與優(yōu)勢(shì)。為此，我們把專(zhuān)業(yè)定位在復(fù)合材料、生物質(zhì)材料和高分子材料三大方向，使學(xué)生既具有扎實(shí)的材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和良好的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，又能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的要求;培養(yǎng)能在材料開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是利用林產(chǎn)品資源進(jìn)行新材料研制和開(kāi)發(fā)以及新材料在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用方面具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的復(fù)合型人才，為我國(guó)林業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化及林業(yè)產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)可靠的人才保障。

2、完善課程體系，優(yōu)化課程設(shè)置

本專(zhuān)業(yè)秉承夯實(shí)基礎(chǔ)，提高能力、拓寬范圍、接觸前沿的理念，根據(jù)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)專(zhuān)業(yè)型、應(yīng)用型、復(fù)合型和學(xué)習(xí)型人才的需要，在遵循“重基礎(chǔ)、寬口徑和強(qiáng)能力”教學(xué)改革原則的基礎(chǔ)上，在構(gòu)建材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系時(shí)，主要采取下列原則:加強(qiáng)基礎(chǔ)理論，拓寬專(zhuān)業(yè)口徑，重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，適當(dāng)增加選修課比例。因此，該專(zhuān)業(yè)的課程體系由公共基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)必選課和專(zhuān)業(yè)選修課四個(gè)方面組成。其中:公共基礎(chǔ)課程與化學(xué)工程類(lèi)其它專(zhuān)業(yè)一致;專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課開(kāi)設(shè)了材料化學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)、材料物理性能等課程;在專(zhuān)業(yè)課程的設(shè)置上注意寬口徑與突出特色相兼顧，如復(fù)合材料方向開(kāi)設(shè)的復(fù)合材料學(xué)和復(fù)合材料工藝與設(shè)備課程;高分子材料方向開(kāi)設(shè)的高分子化學(xué)、高分子物理和材料結(jié)構(gòu)表征課程;生物質(zhì)材料方向開(kāi)設(shè)的木質(zhì)復(fù)合材料、竹材及非木質(zhì)材料等課程。同時(shí)，還加強(qiáng)了工藝設(shè)計(jì)和制造方面的課程，如開(kāi)設(shè)材料加工與成型、材料加工與成型實(shí)驗(yàn)、材料合成與制備等課程;增加了阻燃材料及其應(yīng)用技術(shù)、仿生材料、生態(tài)環(huán)境材料、活性炭制備改性與應(yīng)用專(zhuān)題等特色課程?？傊?，在課程體系的總體構(gòu)建原則下，經(jīng)過(guò)兩次培養(yǎng)計(jì)劃的修訂，對(duì)課程進(jìn)行了認(rèn)真仔細(xì)的整合，系統(tǒng)地確定課程門(mén)類(lèi)，進(jìn)一步明確各門(mén)課程的內(nèi)容及課程間的分工與聯(lián)系，刪除一些內(nèi)容陳舊或與其它課程內(nèi)容重復(fù)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(fù)合材料等，創(chuàng)建一些理論聯(lián)系實(shí)際、有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力的課程，并加大前沿科技知識(shí)的教學(xué)比例。

3、改革實(shí)踐教學(xué)體系，強(qiáng)化能力培養(yǎng)

材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，在教學(xué)活動(dòng)中，必須加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。首先，在加強(qiáng)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前提下，組建了材料合成與制備、材料結(jié)構(gòu)表征和檢測(cè)兩個(gè)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，利用多種渠道與企業(yè)建立聯(lián)系，在株洲冶煉集團(tuán)、湘潭鋼鐵公司和株洲化工集團(tuán)等單位建立了實(shí)習(xí)基地。第二，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)和提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、探究與創(chuàng)新能力的重要途徑。建立新型的材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)向開(kāi)放性的教學(xué)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，是培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的人才的有效途徑之一。為此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上，部分實(shí)驗(yàn)課試行開(kāi)放式教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課教師僅僅講授實(shí)驗(yàn)的基本原理和基本要求，從查閱文獻(xiàn)資料開(kāi)始，到實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析等均由學(xué)生獨(dú)立完成，使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。第三，按基礎(chǔ)型、設(shè)計(jì)綜合型、研究創(chuàng)新型三個(gè)層次規(guī)劃實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。積極推行從驗(yàn)證模仿性實(shí)驗(yàn)向設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變，同時(shí)減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增設(shè)設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性和綜合性實(shí)驗(yàn)。第四，鼓勵(lì)學(xué)生參加科研活動(dòng)，根據(jù)個(gè)人興趣和愛(ài)好參加教師的科研項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生積極申報(bào)大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目。通過(guò)具體的研究課題，獨(dú)立設(shè)計(jì)、自查資料、自擬實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行探索性、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。第五，結(jié)合專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)習(xí)基地搞好畢業(yè)實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，鼓勵(lì)已經(jīng)簽訂就業(yè)協(xié)議的學(xué)生到單位聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際選擇課題，鼓勵(lì)教師到實(shí)習(xí)基地結(jié)合實(shí)際指導(dǎo)學(xué)生的畢業(yè)論文。由此在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)中構(gòu)建了“計(jì)劃教學(xué)一開(kāi)放實(shí)驗(yàn)一科研相結(jié)合”的新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。同時(shí)，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，重視學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，把素質(zhì)教育貫穿于實(shí)踐教學(xué)的全過(guò)程，為全體學(xué)生提供了一個(gè)全面發(fā)展的實(shí)踐空間，培養(yǎng)與他人合作的團(tuán)隊(duì)精神。為學(xué)生將來(lái)適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的管理體制，確立優(yōu)秀的職業(yè)道德素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4、加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，優(yōu)化師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)

建設(shè)一支高素質(zhì)的師資隊(duì)伍，是專(zhuān)業(yè)建設(shè)的基本保證，是提高教育質(zhì)量水平的關(guān)鍵措施。材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)剛成立之初，師資主要來(lái)自基礎(chǔ)化學(xué)教研室。為此，學(xué)校加強(qiáng)了材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的師資隊(duì)伍建設(shè)，有計(jì)劃地選派老師到中南大學(xué)和湖南大學(xué)等高校進(jìn)行培訓(xùn)，同時(shí)加大高層次人才的引進(jìn)力度。經(jīng)過(guò)幾年的努力，初步建立了一支適合學(xué)科建設(shè)和專(zhuān)業(yè)發(fā)展需要的師資隊(duì)伍，專(zhuān)業(yè)教師中具有博士學(xué)位的達(dá)到了50%，具有副教授職稱(chēng)以上的占50。專(zhuān)業(yè)教師所學(xué)專(zhuān)業(yè)包含了材料化學(xué)、高分子材料、材料科學(xué)與工程、材料表征、材料合成與制備等學(xué)科，為專(zhuān)業(yè)課的開(kāi)設(shè)奠定了良好的基礎(chǔ)，師資隊(duì)伍的結(jié)構(gòu)基本上達(dá)到了優(yōu)化和合理的要求。同時(shí)，我們還鼓勵(lì)年輕教師在職攻讀博士學(xué)位和出國(guó)進(jìn)修。

總之，高等林業(yè)院校建設(shè)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)只要定位準(zhǔn)確，培養(yǎng)方案富有特色，一定能夠培養(yǎng)出適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的高層次人才。

材料化學(xué)論文:材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式及課程體系設(shè)置的初步探析

論文關(guān)鍵詞：材料化學(xué)　人才培養(yǎng)　課程體系

論文摘　要：根據(jù)材料化學(xué)本科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和材料化學(xué)學(xué)科專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，通過(guò)改革原有的課程體系，優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)，修訂完善了材料化學(xué)本科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案。新的培養(yǎng)方案更好地體現(xiàn)了材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的特色，體現(xiàn)了“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重實(shí)踐”的人才培養(yǎng)要求。

材料化學(xué)作為化學(xué)和材料科學(xué)的一個(gè)交叉學(xué)科，受到了各國(guó)政府的重視，許多高校紛紛設(shè)立材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)。為適應(yīng)21世紀(jì)社會(huì)對(duì)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才的需求，經(jīng)安徽省教育廳批準(zhǔn)，我校于2003年增設(shè)了材料化學(xué)本科專(zhuān)業(yè)，并在當(dāng)年正式招生，目前已經(jīng)有5屆畢業(yè)生，學(xué)生就業(yè)情況良好。材料化學(xué)作為材料科學(xué)與工程學(xué)科的二級(jí)學(xué)科專(zhuān)業(yè)，培養(yǎng)的是應(yīng)用型理科人才，所以材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生不但要加強(qiáng)數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)及材料學(xué)科等基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，還必須接受更多的應(yīng)用性、實(shí)踐性的知識(shí)教育。如何完成這一培養(yǎng)目標(biāo)，使材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才的培養(yǎng)能夠滿足現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展對(duì)本專(zhuān)業(yè)人才的需求，是高校材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)教育工作者必須面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。只有進(jìn)一步轉(zhuǎn)變教育思想和觀念，深化教育改革，革新教學(xué)體系，優(yōu)化課程體系中實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，才能培養(yǎng)出掌握基本理論知識(shí)，動(dòng)手能力強(qiáng)，富有創(chuàng)造精神的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才，才能辦出高水平的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)，以滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的需求。

1　材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案基本框架

從“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重實(shí)踐”的人才培養(yǎng)總體要求出發(fā)，設(shè)計(jì)培養(yǎng)方案、課程體系，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。我校材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)教育內(nèi)容和知識(shí)體系由公共基礎(chǔ)課程、通識(shí)教育課程、專(zhuān)業(yè)課程、專(zhuān)業(yè)選修課程和實(shí)踐性課程五大部分內(nèi)容構(gòu)成。

公共基礎(chǔ)課程包括：思想教育，體育活動(dòng)，大學(xué)英語(yǔ)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)等。

通識(shí)教育課程包括：人文社會(huì)類(lèi)，自然科學(xué)和藝術(shù)類(lèi)等知識(shí)體系。

專(zhuān)業(yè)課程包括：大類(lèi)平臺(tái)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程和材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程。

專(zhuān)業(yè)選修課程包括：材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)方向性選修課程。

實(shí)踐性課程包括：課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文、社會(huì)實(shí)踐、科技活動(dòng)等材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐訓(xùn)練知識(shí)體系。

2　材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系設(shè)計(jì)

材料化學(xué)作為化學(xué)和材料科學(xué)的交叉學(xué)科，其課程要求學(xué)生掌握材料化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)理論，培養(yǎng)學(xué)生具有材料的制備、表征、技術(shù)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的基本能力。在構(gòu)建材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程體系時(shí)，我們一直強(qiáng)化教學(xué)環(huán)節(jié)的科學(xué)性、系統(tǒng)性和綜合性，將所有教育環(huán)節(jié)分為公共基礎(chǔ)課程、通識(shí)教育課程、專(zhuān)業(yè)課程、專(zhuān)業(yè)選修課程和實(shí)踐性課程五個(gè)知識(shí)體系。其專(zhuān)業(yè)課程體系以無(wú)機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)的理論課程和實(shí)驗(yàn)課程基礎(chǔ)，把材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料化學(xué)、材料物理等作為本專(zhuān)業(yè)的入門(mén)專(zhuān)業(yè)課程。在經(jīng)過(guò)這些課程的學(xué)習(xí)之后，陸續(xù)學(xué)習(xí)高分子化學(xué)、高分子物理、材料性能學(xué)、材料現(xiàn)代分析技術(shù)、機(jī)械制圖等專(zhuān)業(yè)課程，在此基礎(chǔ)上通過(guò)專(zhuān)業(yè)選修課程的學(xué)習(xí)形成專(zhuān)業(yè)特色方向。并通過(guò)開(kāi)設(shè)材料科學(xué)導(dǎo)論、納米材料導(dǎo)論等任選課程拓寬學(xué)生的知識(shí)面。為了淡化專(zhuān)業(yè)界限，我校材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)和化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)施按大類(lèi)培養(yǎng)，統(tǒng)一設(shè)置通識(shí)教育和基礎(chǔ)教育平臺(tái)。在2011年修訂的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案中，課程教學(xué)計(jì)劃課內(nèi)總學(xué)時(shí)為2633學(xué)時(shí)，學(xué)生畢業(yè)應(yīng)取得總學(xué)分為154學(xué)分，其中，通識(shí)教育和基礎(chǔ)教育與我校化學(xué)專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)一致；專(zhuān)業(yè)教育、實(shí)踐教學(xué)和綜合教育的課程體系與化學(xué)專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)有區(qū)別的開(kāi)設(shè)，更加突顯材料化學(xué)的特色。

3　構(gòu)建相對(duì)完善的實(shí)踐教學(xué)體系

3.1　構(gòu)建新的實(shí)踐教學(xué)體系

材料化學(xué)作為一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，在教學(xué)計(jì)劃中強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，確保實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施。按照本專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位，我們優(yōu)化完善了實(shí)踐教學(xué)體系。將實(shí)踐教學(xué)體系分為三個(gè)層次：一是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)層次，注重基礎(chǔ)技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的觀察和分析能力；二是測(cè)量實(shí)驗(yàn)層次，注重專(zhuān)業(yè)技能訓(xùn)練，設(shè)置了課程設(shè)計(jì)、綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐能力；三是綜合實(shí)踐層次，注重綜合素質(zhì)訓(xùn)練，設(shè)置了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）、社會(huì)實(shí)踐、科技競(jìng)賽和創(chuàng)新性實(shí)踐活動(dòng)等內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。

3.2　更新重組實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

在2011年修訂的人才培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)為35學(xué)分，占總學(xué)分的22.7%。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)以能力培養(yǎng)為核心，優(yōu)化和重組了原四大化學(xué)（無(wú)機(jī)、有機(jī)、分析和物理化學(xué)）實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，將實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容分層次進(jìn)行教學(xué)，確立了基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量實(shí)驗(yàn)和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)三層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，涵蓋了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究性實(shí)驗(yàn)等教學(xué)內(nèi)容。同時(shí)，積極推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的更新和方法手段的改革，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，積極創(chuàng)造條件增開(kāi)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化畢業(yè)論文實(shí)踐環(huán)節(jié)的檢查和指導(dǎo)；加強(qiáng)校企合作，積極安排生產(chǎn)實(shí)習(xí)和社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)踐能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

4　結(jié)語(yǔ)

材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案、課程體系的探索和完善將是在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下我們今后多年的一大工作任務(wù)。要堅(jiān)持以就業(yè)為導(dǎo)向定位人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合社會(huì)需求和學(xué)科發(fā)展實(shí)際，研究建立專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式，提高材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)能力；以能力培養(yǎng)為本位構(gòu)建專(zhuān)業(yè)課程體系，提高學(xué)生的理論知識(shí)水平，課程體系遵循“厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、重實(shí)踐”的人才培養(yǎng)模式制定教學(xué)計(jì)劃，在四年教學(xué)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，分析理論教學(xué)相關(guān)課程，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，合理分配理論課程學(xué)時(shí)數(shù)，使課程體系逐漸趨于科學(xué)、規(guī)范，達(dá)到構(gòu)建合理的專(zhuān)業(yè)課程體系、優(yōu)化學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和促進(jìn)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的目的。

材料化學(xué)論文:淺談納米材料的化學(xué)鋰化與電活性

近年以來(lái)，人們對(duì)于物質(zhì)世界研究已經(jīng)深入到原子、分子等微觀領(lǐng)域，納米技術(shù)被研發(fā)于上個(gè)世紀(jì)八十年代末，它指的是人類(lèi)在納米單位即0.1至100毫米間對(duì)物質(zhì)特及互相作用進(jìn)行研究，同時(shí)利用它的特性的多學(xué)科的技術(shù)，目前已經(jīng)成為主流研究領(lǐng)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(tuán)簇等。一維納米材料。即在空間中有二維處在納米的尺度內(nèi)，包括納米管、金屬、棒和半導(dǎo)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(nèi)，如超薄膜、超品格等。三維納米材料。它主要由納米晶體構(gòu)成的材料。

在這之中，一維納米材料具有特殊物理化學(xué)性能與可作量子器件的優(yōu)勢(shì)而被人們所重視，一維納米材料之中，電子于兩個(gè)維度或者兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)受到約束，只可以在一個(gè)方向自動(dòng)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而為研究在量子的限域之下電子運(yùn)輸、力學(xué)、光學(xué)等特性均提供了效果極佳的模型系統(tǒng)。

二、納米帶鋰化改性

實(shí)驗(yàn)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(jīng)水熱合成的納米帶，放入裝30毫升去離子水燒杯中，經(jīng)超聲分散半小時(shí)，然后把0.29克純氧化鋰放入已分散好的納米帶中，同時(shí)攪拌48小時(shí)后，把淡藍(lán)色流變相液體轉(zhuǎn)移到容量50毫升的聚四氟乙烯的內(nèi)襯不銹鋼的反應(yīng)釜里，反應(yīng)釜經(jīng)180攝氏度、24小時(shí)的水熱后，自然冷卻至與室溫相當(dāng)，將所得到的沉淀物分別使用乙醇與去離子水進(jìn)行數(shù)次洗滌，最終在80攝氏度條件下經(jīng)12小時(shí)干燥后得到最終產(chǎn)品。

由相關(guān)xrd圖譜顯示可以得出，鋰化并沒(méi)有對(duì)納米帶的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，但是鋰離子嵌入已使晶面距稍微擴(kuò)大，其表現(xiàn)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(jié)構(gòu)，相比之鋰化之前，鋰化以后納米帶在二次水熱的過(guò)程中部分?jǐn)嗔眩溟L(zhǎng)度縮短至2至6μm，產(chǎn)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(duì)納米帶實(shí)施選區(qū)電子衍射就能清楚看到衍射的斑點(diǎn)，而且鋰化前后的納米帶花樣一致，也從另一方面說(shuō)明納米帶結(jié)構(gòu)仍然是單品正交相。

直接水熱法。為將實(shí)驗(yàn)流程簡(jiǎn)化，以利用更為簡(jiǎn)便與直接的方法對(duì)納米帶鋰化，對(duì)間接鋰化加以改進(jìn)。

首先使用雙氧水的氧化法制備過(guò)氧鉬酸溶膠，然后把純氧化鋰直接加入溶膠里，并對(duì)其攪拌48小時(shí)以后，把溶膠轉(zhuǎn)移容量為50毫升，內(nèi)襯為聚四氟乙烯制不銹鋼反應(yīng)釜里，后續(xù)的工藝和間接鋰化方法相同，同樣能獲得淡藍(lán)色產(chǎn)物。

該產(chǎn)物的xrd圖譜峰位一致，表明鋰鹽的存在對(duì)于溶膠產(chǎn)生正交相并沒(méi)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(wú)明顯偏移，說(shuō)明可能因?yàn)閷娱g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(méi)有產(chǎn)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(xué)性能如下：通過(guò)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(tái)仍然是2.75v。引較于純納米帶的初次放電量301mah/g來(lái)說(shuō)，鋰化后納米帶降低至240mah/g，主要是因?yàn)樵阡嚮倪^(guò)程中，鋰離子嵌入故占據(jù)了一定數(shù)量的嵌理位置，使初次放電的電量明顯減小，隨著循環(huán)的持續(xù)進(jìn)行，鋰化納米帶便體現(xiàn)出其相當(dāng)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)15次的循環(huán)以后，比容量仍然保持220mah/g，同時(shí)容量的保持率達(dá)92%。

對(duì)純納米帶循環(huán)15次以后180mah/g的比容量進(jìn)行相對(duì)比，容量保持率達(dá)60%與3.48的δ數(shù)值，可直觀發(fā)現(xiàn)經(jīng)鋰化后納米帶具備更好的循環(huán)穩(wěn)定性，得益于鋰離子嵌入對(duì)其層結(jié)構(gòu)起到支撐作用，使得充放電的比容量始終維持于平穩(wěn)的數(shù)值范圍之內(nèi)。

（二）納米器材。采用靜電紡絲的技術(shù)制備具備“線中棒”的分級(jí)結(jié)構(gòu)釩氧化物超長(zhǎng)型納米線，發(fā)現(xiàn)該線作為鋰離子的電池正極材料具備較高比容量與優(yōu)良循環(huán)性能。相比于常規(guī)的納米材料，這類(lèi)新穎的分級(jí)結(jié)構(gòu)可有效防止納米材料因高比表面能而發(fā)生自團(tuán)聚的現(xiàn)象，從而提升電池性能，為排除納米材料的團(tuán)聚從而對(duì)性能造成影響，設(shè)計(jì)單根納米線電化學(xué)器材，通過(guò)原位的表征，建立該納米線電輸運(yùn)、結(jié)構(gòu)、電極充放電等狀態(tài)間的直接聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)容量的衰減和電導(dǎo)率降低有著關(guān)聯(lián)。為進(jìn)一步研究出化學(xué)鋰化后對(duì)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(duì)其電輸運(yùn)性能進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果表明，鋰化之前i-v特性顯示納米帶的兩端不對(duì)稱(chēng)的肖特基勢(shì)壘，這是半導(dǎo)體氧化鉬與金/鉑電極間產(chǎn)生的，在大約2v的時(shí)候，傳輸?shù)碾娏骷s300pa。鋰化之后，i-v的曲線顯示歐姆特性，在大約2v的時(shí)候，傳輸?shù)碾娏骷s10na，根據(jù)測(cè)定電阻、有效長(zhǎng)與橫截面積的計(jì)算，納米帶在鋰化前后電導(dǎo)率大致分別是10-4與10-2s·cm-1。通過(guò)鋰化后，電導(dǎo)率相應(yīng)增加了數(shù)量級(jí)兩個(gè)。因?yàn)榧{米的帶沿面生長(zhǎng)，所以納米帶的導(dǎo)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(xué)的循環(huán)過(guò)程之中，納米帶層間距隨鋰離子嵌入或脫離而持續(xù)擴(kuò)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(guò)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(guò)程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，第一次鋰化所導(dǎo)入的鋰離子始終保留于晶格之中，進(jìn)而提升導(dǎo)電性，有利于在未來(lái)充放電的過(guò)程中鋰離子嵌入與脫離。

深入研究納米材料的化學(xué)特性，對(duì)合理及應(yīng)用納米材料有著相關(guān)重要的影響，也為我國(guó)在各行業(yè)、領(lǐng)域推廣使用納米材料打下良好理論基礎(chǔ)。

材料化學(xué)論文:材料化學(xué)緒論課教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要:

在《材料化學(xué)》緒論課的教學(xué)過(guò)程中，采用啟發(fā)引導(dǎo)教學(xué)方式，以“材料、材料與化學(xué)、材料化學(xué)”為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)講解材料發(fā)展中的化學(xué)，引入材料科學(xué)與化學(xué)的區(qū)別與聯(lián)系，重點(diǎn)從材料結(jié)構(gòu)、制備、性能和應(yīng)用四個(gè)方面講授了材料研究中的化學(xué)問(wèn)題，使學(xué)生對(duì)本課程的內(nèi)容有了清晰的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的信心和興趣，并取得了滿意的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:

材料化學(xué);緒論課;教學(xué)設(shè)計(jì)

材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)的交叉學(xué)科，伴隨著材料科學(xué)的發(fā)展而誕生和成長(zhǎng)，即是材料科學(xué)的重要部分，又是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)分支［1］。目前，很多高等學(xué)校的化學(xué)和材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了《材料化學(xué)》這門(mén)課程?！恫牧匣瘜W(xué)》是南陽(yáng)師范學(xué)院材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的材料科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，分析和解決材料制備和應(yīng)用中的化學(xué)問(wèn)題的能力起到了關(guān)鍵作用。但是該課程涉及的知識(shí)面廣泛，內(nèi)容龐雜、概念甚多、加上課程改革，理論課時(shí)數(shù)減小，學(xué)生在學(xué)習(xí)《材料化學(xué)》課程過(guò)程中，普遍存在概念混淆、重點(diǎn)難以掌握等問(wèn)題。緒論是一門(mén)課程的開(kāi)場(chǎng)白和宣言書(shū)，是師生之間學(xué)習(xí)和交流的起始點(diǎn)，能為學(xué)生建立起一門(mén)課程的知識(shí)輪廓。通過(guò)對(duì)緒論進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解課程在所學(xué)專(zhuān)業(yè)中所處的地位和作用，以及該課程的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)方法和考核方式等問(wèn)題［2］。如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，提高課程的教學(xué)質(zhì)量，緒論課在整個(gè)課程教學(xué)中有著舉足輕重的地位。結(jié)合近年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐，就如何講好《材料化學(xué)》緒論課談一些心得。

1首先明確課程性質(zhì)、特點(diǎn)及地位

教學(xué)之初，首先明確該課程作為專(zhuān)業(yè)核心課程的重要地位，是學(xué)習(xí)后面材料專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)課程，同時(shí)明確考核方式，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程的重視程度。材料化學(xué)是材料科學(xué)和化學(xué)學(xué)科的交叉學(xué)科，課程內(nèi)容既涉及工程材料應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題，又包括材料結(jié)構(gòu)及制備中的化學(xué)問(wèn)題。作為一門(mén)交叉學(xué)科，很多知識(shí)點(diǎn)與材料學(xué)和化學(xué)課程中的相關(guān)內(nèi)容重復(fù)，很多學(xué)生以為學(xué)過(guò)相關(guān)知識(shí)，就會(huì)從思想上松懈。然而，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)雖然出現(xiàn)重復(fù)，但在不同學(xué)科中講授的重點(diǎn)是不同的。在講授材料化學(xué)課程的過(guò)程中，要著重培養(yǎng)學(xué)生利用化學(xué)的思維解決材料科學(xué)中的問(wèn)題，使學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)化學(xué)與材料科學(xué)交叉的重要意義。通過(guò)一些實(shí)例，講解本課程與化學(xué)和材料相關(guān)課程的區(qū)別和聯(lián)系，使學(xué)生更加深入了本課程的性質(zhì)和地位。材料科學(xué)是偏實(shí)際應(yīng)用的工科課程，化學(xué)是偏理論的理科課程，材料化學(xué)則是利用化學(xué)的理論解決材料應(yīng)用中的實(shí)際問(wèn)題。

2材料

以材料的實(shí)際應(yīng)用為引子，如材料在航天航空、交通運(yùn)輸、電子信息、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生回想什么是材料?材料的種類(lèi)?提出材料是對(duì)人類(lèi)有用的物質(zhì)，是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展，征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ);是人類(lèi)進(jìn)步的里程碑。然后介紹材料的發(fā)展歷史，說(shuō)明人們對(duì)材料的使用，是從最早的天然材料，依次經(jīng)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(jù)材料的發(fā)展史，啟發(fā)學(xué)生思考材料研究和發(fā)展過(guò)程中的規(guī)律和特點(diǎn)。人們對(duì)材料的使用經(jīng)歷了從天然材料到合成材料，從傳統(tǒng)材料到新興材料。傳統(tǒng)的材料主要以經(jīng)驗(yàn)，技藝為基礎(chǔ)，材料靠配方篩選和性能測(cè)試，通過(guò)宏觀現(xiàn)象建立的唯象理論對(duì)材料宏觀性能定性解釋?zhuān)荒茴A(yù)示性能和指明新材料開(kāi)發(fā)方向，而新型材料則以基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)。材料科學(xué)的歷史表明，當(dāng)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(jìn)展就常常隨之而來(lái)?；瘜W(xué)的發(fā)展往往導(dǎo)致材料技術(shù)的實(shí)質(zhì)性進(jìn)步。在新材料的研發(fā)和材料工藝的發(fā)展中，化學(xué)一直擔(dān)當(dāng)著關(guān)鍵的角色［3］。任何新材料的獲得都離不開(kāi)化學(xué)，以石墨烯為例，物理學(xué)家主要關(guān)注其電子結(jié)構(gòu)及輸運(yùn)理論，材料學(xué)家主要測(cè)試材料的電磁、光電、傳感和催化等性能，而化學(xué)家的任務(wù)則是利用化學(xué)氣相沉積和插層剝離等方法制備該材料。只有通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制備出高質(zhì)量大尺寸的石墨烯，才能推動(dòng)石墨烯在電子信息領(lǐng)域走向?qū)嵱没?

3材料與化學(xué)

材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)學(xué)科的交叉，很多學(xué)生容易混淆材料科學(xué)和化學(xué)的研究范疇。在本課程的第一節(jié)課，一項(xiàng)重要的任務(wù)是使學(xué)生明確材料科學(xué)和化學(xué)的研究?jī)?nèi)容和范疇，這對(duì)于后續(xù)相關(guān)概念的講解至關(guān)重要。材料科學(xué)的研究對(duì)象是材料，材料是對(duì)人類(lèi)有用的物質(zhì)，指的是人類(lèi)用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)。而化學(xué)的研究對(duì)象是物質(zhì)，物質(zhì)是構(gòu)成人類(lèi)物質(zhì)世界的基礎(chǔ)。材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱(chēng)為材料;材料科學(xué)是一門(mén)研究材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性能及應(yīng)用之間相互關(guān)系的科學(xué);而化學(xué)則是從原子和分子角度研究物質(zhì)的組成，結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)變規(guī)律的科學(xué)。因此，化學(xué)研究的尺度范圍是原子、分子、分子納米聚集體。材料科學(xué)最早研究的尺度范圍在微米以上，如鋼和陶瓷的組織結(jié)構(gòu)。隨著一些新興材料的出現(xiàn)和發(fā)展，人們對(duì)材料的研究甚至小到電子結(jié)構(gòu)。如近些年發(fā)現(xiàn)的拓?fù)浣^緣體，其表面導(dǎo)電，體內(nèi)不導(dǎo)電的性質(zhì)由其拓?fù)涞哪軒ЫY(jié)構(gòu)決定，而該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)則與電子的自旋運(yùn)動(dòng)有關(guān)，研究拓?fù)浣^緣體必須從電子自旋角度認(rèn)識(shí)其結(jié)構(gòu)。因此，材料科學(xué)的研究范疇不斷拓展，并于其它學(xué)科交叉。

4材料化學(xué)

通過(guò)學(xué)習(xí)材料的發(fā)展歷程、材料科學(xué)與化學(xué)之間的區(qū)別和聯(lián)系，學(xué)生已經(jīng)對(duì)材料化學(xué)有了一定的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生給材料化學(xué)下一個(gè)定義。材料化學(xué)是關(guān)于材料結(jié)構(gòu)、制備、性能和應(yīng)用的化學(xué)。本校材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)選用曾兆華、楊建文編著第二版《材料化學(xué)》作為教材，教材的章節(jié)也是按照材料結(jié)構(gòu)、制備、性能和應(yīng)用進(jìn)行安排的［4］。在這部分內(nèi)容講授過(guò)程中，可以讓學(xué)生以教材目錄為參照，講到相關(guān)內(nèi)容可以與教材相關(guān)章節(jié)進(jìn)行對(duì)應(yīng)。

4.1材料的結(jié)構(gòu)

從三個(gè)層次講解材料的結(jié)構(gòu)，分別是電子原子結(jié)構(gòu)、晶體學(xué)結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)。電子原子結(jié)構(gòu)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(lèi)型。在這個(gè)層次上研究的化學(xué)問(wèn)題主要涉及原子序數(shù)、相對(duì)原子量、電離勢(shì)、電子親核勢(shì)、電負(fù)性、原子及離子半徑等。原子序數(shù)決定了材料的化學(xué)組成，電負(fù)性決定材料內(nèi)部原子之間的鍵合方式，從而影響材料的導(dǎo)電性、強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)等。晶體學(xué)結(jié)構(gòu)主要指原子或分子在空間排列的方式，根據(jù)原子排列的有序性，將材料分為晶體和非晶體。晶體中出現(xiàn)局部無(wú)序，或?qū)硐刖w的產(chǎn)生偏離，則出現(xiàn)缺陷。缺陷的存在影響材料的力學(xué)性能和電學(xué)性能等。如在本征硅內(nèi)部摻雜磷元素，磷原子替代硅原子的位置，形成雜質(zhì)原子缺陷，增加本征硅的導(dǎo)電性，形成N型半導(dǎo)體。組織結(jié)構(gòu)主要指材料的物相組成及結(jié)構(gòu)、晶粒的大小和取向等。在大多數(shù)金屬、某些陶瓷以及個(gè)別聚合物材料內(nèi)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(lái)說(shuō)，減小金屬的晶?？梢越档推淙埸c(diǎn)。在這一結(jié)構(gòu)層次上，顆粒的大小和形狀起著關(guān)鍵作用。大多數(shù)材料是多相組成的，控制材料內(nèi)部物相的類(lèi)型、大小、分布和數(shù)量可以調(diào)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(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列過(guò)程。材料制備的方法和工藝影響材料的結(jié)構(gòu)，從而影響材料的性能。根據(jù)制備原理的不同，材料制備方法可以分為物理法和化學(xué)法。物理法指在材料制備過(guò)程中，僅改變材料內(nèi)部原子或分子的聚集狀態(tài)，不涉及化學(xué)反應(yīng)的方法。如真空鍍膜、濺射鍍膜、脈沖激光沉積法等?；瘜W(xué)法則在材料制備過(guò)程中，涉及化學(xué)反應(yīng)，并且有新物質(zhì)的生成。如固相反應(yīng)法、有機(jī)合成法、水熱法、沉淀法、化學(xué)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(xué)法制備。2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯的報(bào)道，便是采用簡(jiǎn)單的膠帶對(duì)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(chēng)為物理機(jī)械剝離法。利用甲烷、乙烯等烴類(lèi)氣體作為碳源，鎳、銅、金等金屬作為基片，采用化學(xué)氣相沉積法則可以制備高質(zhì)量大尺寸的石墨烯。另外，以石墨為原料，利用化學(xué)插層剝離的方法也可以用來(lái)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(yīng)用領(lǐng)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(jié)構(gòu)決定，與材料制備的工藝和方法有關(guān)。性能是指材料固有的物理、化學(xué)特性，材料性能決定了其應(yīng)用。廣義地說(shuō)，性能是材料在一定的條件下對(duì)外部作用的反應(yīng)的定量表述，例如力學(xué)性能是材料對(duì)外力的響應(yīng)、電學(xué)性能是對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)、光學(xué)性能是對(duì)光的響應(yīng)等。因此，材料的性能可分為力學(xué)性能和特殊的物理性能。常見(jiàn)的力學(xué)性能包括材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等。力學(xué)性能決定著材料工作的好壞，同時(shí)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(jīng)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(jié)構(gòu)變化往往對(duì)材料的力學(xué)性能產(chǎn)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(jié)構(gòu)和制造工藝決定。對(duì)于許多半導(dǎo)體金屬和陶瓷材料來(lái)說(shuō)，即使成分稍有變化，也會(huì)引起導(dǎo)電性很大變化。過(guò)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(zhì)會(huì)改變玻璃或聚合物的顏色。

4.4材料應(yīng)用

材料化學(xué)已經(jīng)滲透到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域，如電子信息、環(huán)境能源、生物醫(yī)藥和航天航空等領(lǐng)域。例如，在電子信息領(lǐng)域，現(xiàn)代芯片制造離不開(kāi)化學(xué)。光刻過(guò)程使用的光刻膠和顯影液，鍍膜過(guò)程中的化學(xué)氣相沉積和原子層沉積，刻蝕過(guò)程中的反應(yīng)離子刻蝕，這些工藝過(guò)程都離不開(kāi)化學(xué)的作用。在環(huán)境能源領(lǐng)域，新型光催化材料和太陽(yáng)能電池材料的研究和開(kāi)發(fā)，離不開(kāi)化學(xué)法制備材料和對(duì)材料進(jìn)行化學(xué)摻雜改性。在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，對(duì)傳感材料進(jìn)行化學(xué)改性提高其傳感特性，對(duì)仿生材料進(jìn)行表面改性可以提高其生物相容性。在航天航空領(lǐng)域，各種輕質(zhì)、耐高溫、耐摩擦等結(jié)構(gòu)材料和功能化智能材料的研發(fā)都離不開(kāi)化學(xué)。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“材料化學(xué)”緒論課的精心設(shè)計(jì)，使學(xué)生明確了該課程的性質(zhì)和重要地位，大量的實(shí)例激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲，樹(shù)立了學(xué)生學(xué)好該課程的信心，為課程的深入學(xué)習(xí)起到了奠基石的作用。以“材料、材料與化學(xué)、材料化學(xué)”為主線進(jìn)行講授，使學(xué)生對(duì)本課程的內(nèi)容有了更加清晰和深入的認(rèn)識(shí)，取得了良好的教學(xué)效果。

作者:李濤 高利敏 單位:南陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院 南陽(yáng)師范學(xué)院校醫(yī)院

材料化學(xué)論文:高職化學(xué)教學(xué)工程材料分析

摘要：

《工程材料》是高校土木工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)課，它不僅是一門(mén)應(yīng)用技術(shù)，同時(shí)又是建筑施工等課程的基礎(chǔ)，該課程中涉及到的材料的組成及性能等內(nèi)容需要學(xué)生具備一定的化學(xué)知識(shí)方能學(xué)好，因此在開(kāi)設(shè)該課程前，一般都需要學(xué)生具備基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)，結(jié)合《工程材料》教學(xué)內(nèi)容，主要總結(jié)了小高職基礎(chǔ)教育階段需要前修的化學(xué)知識(shí)模塊。

關(guān)鍵詞：

工程材料；高職；化學(xué)；教學(xué)內(nèi)容

哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院是一所以高鐵、隧道、橋梁、建筑為主打?qū)I(yè)的國(guó)家骨干高職院校，同時(shí)也是中國(guó)中鐵集團(tuán)下屬唯一一所高職院校。我校每年為國(guó)家高速鐵路建設(shè)、城市軌道交通建設(shè)、土木工程檢測(cè)、道路橋梁建設(shè)等方面輸送大量的優(yōu)秀人才。作為一個(gè)歷史悠久的老牌土木工程類(lèi)院校，我校在大一第二學(xué)期開(kāi)設(shè)了《工程材料》這門(mén)課程。由于近些年高考不斷改革，高中化學(xué)知識(shí)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(mén)檻的降低，使得我校招生學(xué)生的素質(zhì)降低，此外，作為三年制高職教學(xué)的補(bǔ)充，五年制高職的學(xué)生沒(méi)有經(jīng)過(guò)高中系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，化學(xué)知識(shí)更是為零，學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)不能夠滿足《工程材料》這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，因此，需要在講授這門(mén)課程之前，前修一部分化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，現(xiàn)結(jié)合我校的實(shí)際情況，前修基礎(chǔ)課程并沒(méi)有充足的課時(shí)，也不能像高中化學(xué)教學(xué)那樣，重視基礎(chǔ)，精講運(yùn)算，因此我們針對(duì)學(xué)生后學(xué)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容，總結(jié)出三個(gè)必須掌握的化學(xué)知識(shí)模塊，即金屬元素及其化合物、硅酸鹽工業(yè)基礎(chǔ)、有機(jī)物及新型高分子材料，便于學(xué)生學(xué)習(xí)掌握，為后續(xù)《工程材料》課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

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(xiàn)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(shè)的技術(shù)人員必須了解和掌握這些材料有關(guān)的知識(shí)，土木工程材料是一切土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料決定了建筑的形式和施工方法，因此我們的學(xué)生要想學(xué)好這部分知識(shí)，就必須先要掌握金屬元素及其化學(xué)物有關(guān)的基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)。金屬及其化合物知識(shí)點(diǎn)較多，由于學(xué)時(shí)有限，我們只能選取與專(zhuān)業(yè)課聯(lián)系比較緊密的內(nèi)容重點(diǎn)講解。例如：鋁、鐵、銅三種金屬及其化合物的性質(zhì)是重點(diǎn)講解的內(nèi)容。鋁元素存在的形式主要是鋁土礦，鐵元素能夠以游離態(tài)的隕鐵和化合態(tài)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(qiáng)酸反應(yīng)，又能和強(qiáng)堿反應(yīng)；金屬化合物與酸和堿的反應(yīng)；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(yè)煉鋼、煉鐵的原理。工業(yè)煉鐵的主要原料是石灰石、鐵礦石、焦炭，在煉鐵高爐中發(fā)生三個(gè)化學(xué)反應(yīng)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(guò)程，就是除去大部分硫、磷等有害雜質(zhì)，并且適當(dāng)?shù)亟档蜕F里的含碳量，調(diào)整鋼里合金元素含量到規(guī)定范圍之內(nèi)。煉鋼時(shí)常用的氧化劑是空氣、氧氣或氧化鐵，主要化學(xué)方程式：大量鐵變成氧化亞鐵，調(diào)整硅、錳的含量，同時(shí)降低碳量，除去FeO，因它會(huì)使鋼具有熱脆性。

2硅及硅酸鹽工業(yè)基礎(chǔ)

建筑工程中把能夠?qū)⑸⒘畈牧希ㄈ缟白?、石子等）和塊狀材料（各種磚或者砌塊）粘結(jié)成為具有一定強(qiáng)度的整體材料，成為膠凝材料。膠凝材料根據(jù)化學(xué)成分可分為無(wú)機(jī)膠凝材料和有機(jī)膠凝材料，其中無(wú)機(jī)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(lèi)水泥。作為土木工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，在學(xué)習(xí)這部分知識(shí)時(shí)要作為重點(diǎn)內(nèi)容。因此我們?cè)谥v述這部分知識(shí)點(diǎn)時(shí)，首先要求學(xué)生要對(duì)這幾種材料的化學(xué)成分、反應(yīng)方程式有一定的了解，并且知道它們之間的聯(lián)系。主要講述的內(nèi)容包括硅的性質(zhì)及應(yīng)用；二氧化硅的性質(zhì)及用途，硅酸鹽工業(yè)主要包括玻璃、水泥和陶瓷，這三種產(chǎn)品都是建筑工程中常用的材料，尤其是水泥，因此，學(xué)生要掌握這幾種產(chǎn)品的制備原料、設(shè)備、反應(yīng)原理、主要成分、特性、種類(lèi)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(shè)備為水泥回轉(zhuǎn)窯，具有水硬性，水中空氣中都可以硬化，是不可逆過(guò)程。

3有機(jī)物及高分子材料

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)材料的需求越來(lái)越多，對(duì)材料的性能要求也越來(lái)越高，新型高分子復(fù)合材料越來(lái)越受到人們的重視。有機(jī)物知識(shí)點(diǎn)繁多，需要學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)主要包括：烷、烯、炔烴及笨和笨的同系物基本組成及化學(xué)性質(zhì)；烴的衍生物的重要類(lèi)別和各類(lèi)衍生物的重要化學(xué)性質(zhì)，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(jī)反應(yīng)及類(lèi)型，包括：取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、消去反應(yīng)、水解反應(yīng)、熱裂化反應(yīng)，聚合反應(yīng)、中和反應(yīng)；高分子材料是由可稱(chēng)為單體的原料小分子通過(guò)聚合反應(yīng)而合成的，包括碳鏈高聚物、雜鏈高聚物、元素高聚物，四類(lèi)主要高聚物反應(yīng)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(tǒng)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(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)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(yōu)越，應(yīng)用更廣泛，既具備了傳統(tǒng)高分子材料機(jī)械性能，且在一定領(lǐng)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(yī)用的高分子材料、液晶高分子材料、導(dǎo)電塑料等等。兩者在化學(xué)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)劃分上，是基本一致的，只是合成難度上、實(shí)際用途上、出現(xiàn)時(shí)間上有差異。從事建筑工程的技術(shù)人員都必須了解和掌握土木工程材料的有關(guān)技術(shù)知識(shí)。土木工程材料是一切土木工程的物質(zhì)基礎(chǔ)，材料決定了建筑形式和施工方法。因此要學(xué)好這部分知識(shí)非常重要。知識(shí)的積累和學(xué)習(xí)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，不能一蹴而就，要循序漸進(jìn)，要想學(xué)好專(zhuān)業(yè)課，就必須要先學(xué)好基礎(chǔ)課。

作者：張巍 單位：哈爾濱鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院基礎(chǔ)教育學(xué)院

材料化學(xué)論文:案例型材料化學(xué)教學(xué)探索

1案例型教學(xué)

1.1案例來(lái)源及積累

案例主要來(lái)源于媒體報(bào)道或經(jīng)典案例。如生活中常見(jiàn)的“502膠水”、“礦泉水瓶”、“化妝品瓶”、“塑料手套”、“雨靴”、“衣服”、“汽車(chē)輪胎”、“尼龍繩”以及“石墨烯智能服飾”等，最近的新聞報(bào)道“2014年80歲老太換全髖關(guān)節(jié)次日下地”，小孩的卡通玩具“光敏印章”，“農(nóng)用聚乙烯薄膜”、“工業(yè)上泡沫塑料的發(fā)泡劑”工業(yè)生產(chǎn)原料等。日常注意收集積累，并根據(jù)案例所產(chǎn)生問(wèn)題、解決途徑進(jìn)行歸類(lèi)，建立案例庫(kù)，進(jìn)一步有助于理解書(shū)本知識(shí)。

1.2案例選擇

案例引入為教學(xué)服務(wù)，選擇適當(dāng)?shù)陌咐ＷC教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行是前提。適當(dāng)?shù)陌咐饶苋诤蠈W(xué)生所學(xué)課程的理論基礎(chǔ)，又能結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件以及學(xué)生的實(shí)際情況。綜合以上考慮因素，對(duì)于功能高分子材料教學(xué)，選用“2014年80歲老太換全髖關(guān)節(jié)次日下地”作為教學(xué)案例，該案例內(nèi)容包括了功能高分子材料的理解以及如何在生活中應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展等內(nèi)容。人們對(duì)“關(guān)節(jié)置換”這個(gè)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(jī)械性能良好的金屬或復(fù)合材料制成的一種類(lèi)似人體骨關(guān)節(jié)的假體，通過(guò)手術(shù)將其植入體內(nèi)，替代病變的關(guān)節(jié)，清除疼痛，恢復(fù)關(guān)節(jié)的活動(dòng)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(jìn)行案例引入，大家對(duì)于目前簡(jiǎn)單應(yīng)用的高分子材料有了更深入的認(rèn)識(shí)。案例選擇應(yīng)遵循難易適中、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，照顧成績(jī)下游學(xué)生的同時(shí)，給上游學(xué)生預(yù)留挑戰(zhàn)空間，激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的強(qiáng)烈愿望。

1.3案例深入和小組討論

案例引入為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，學(xué)生以理解知識(shí)問(wèn)題為目標(biāo)，圍繞知識(shí)問(wèn)題進(jìn)行思考、討論，進(jìn)而理解知識(shí)要點(diǎn)。如果這堂功能高分子課程只進(jìn)行到這里，學(xué)生只是知道了一個(gè)熟悉的陌生人。我們下面還要對(duì)這個(gè)高分子材料超分子量聚乙烯進(jìn)行討論。大家對(duì)聚乙烯比較熟悉，聚乙烯(PE)是五大合成樹(shù)脂之一，是我國(guó)合成樹(shù)脂中產(chǎn)能最大、進(jìn)口量最多的品種。以“聚乙烯的應(yīng)用”為例，在方案設(shè)計(jì)前指導(dǎo)老師提出以下問(wèn)題:“在日常生活中那些是聚乙烯的產(chǎn)品?”該問(wèn)題引起了學(xué)生很大的興趣和關(guān)注，為回答以上問(wèn)題，學(xué)生自主進(jìn)行了查閱?？梢粤私馑梢詰?yīng)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(lèi)?它們的區(qū)別是什么?合成方法和用途是什么?”，該問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步擴(kuò)展知識(shí)要點(diǎn)，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(lèi)，而案例里提到的是超高分子量聚乙烯，學(xué)生要如何回答這幾種聚乙烯材料的區(qū)別是什么，可以引入小組討論的方式，分成四個(gè)小組，每個(gè)小組負(fù)責(zé)一種材料，從它的物理性質(zhì)、特性、合成方法及用途上進(jìn)行材料整理，在課堂上用PPT講解，最終由教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，通過(guò)方案設(shè)計(jì)中的討論，每個(gè)小組經(jīng)過(guò)歸納整理把這種材料的性能基本完成全掌握了，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力及團(tuán)隊(duì)合作精神。事實(shí)證明，案例型教學(xué)法在激發(fā)學(xué)生的探索欲和提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面起到了積極的作用，在解決問(wèn)題的過(guò)程中逐步形成分析素養(yǎng)。

1.4案例擴(kuò)展

將科研項(xiàng)目引入具體的課程教學(xué)中去是利用其進(jìn)行智能型人才培養(yǎng)的新途徑，也是將書(shū)本知識(shí)擴(kuò)展到實(shí)際應(yīng)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(guān)節(jié)軟骨(關(guān)節(jié)臼)材料，然而，臨床實(shí)踐顯示，人造關(guān)節(jié)有效工作年限為10～15年。長(zhǎng)期使用過(guò)程中產(chǎn)生的聚乙烯磨屑會(huì)引起骨骼發(fā)炎，發(fā)生無(wú)菌性松動(dòng)和假體脫落等問(wèn)題，從而需要更換新的人造關(guān)節(jié)。再次更換人工關(guān)節(jié)的手術(shù)費(fèi)用和失敗率比首次更換高很多，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)患者身體的傷害。因此必須要增強(qiáng)醫(yī)用超高分子量聚乙烯的耐磨性能，這樣就在該課程的教學(xué)過(guò)程中引入科研項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉其查閱文獻(xiàn)資料的能力，積極引導(dǎo)其參與到科研活動(dòng)中去。通過(guò)學(xué)生資料查閱，采用納米粒子增強(qiáng)復(fù)合材料技術(shù)，合成氧化石墨烯基超高分子量聚乙烯(UHMWPE)復(fù)合材料，充分利用新型二維納米材料石墨烯的高強(qiáng)度、高模量、高硬度和低摩擦系數(shù)的突出特點(diǎn)，提高了石墨烯/UHMWPE復(fù)合材料摩擦磨損性能。在這里學(xué)生又查到一個(gè)新的概念—石墨烯，它是已知的世上最薄、最堅(jiān)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(dǎo)電性能，超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置。與其他電池相比，具有能量轉(zhuǎn)化效率高、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。“質(zhì)子傳導(dǎo)薄膜”是燃料電池技術(shù)的核心部分，汽車(chē)中的燃料電池使用氧和氫作為燃料，轉(zhuǎn)變輸入的化學(xué)能量成為電流?，F(xiàn)有的質(zhì)子薄膜上常存在燃料泄漏，降低了電池有效性，但質(zhì)子可以較為容易地“穿越”石墨烯等二維材料，而其他物質(zhì)則很難穿越，那么我們研發(fā)石墨烯碳紙?zhí)胤N紙用作質(zhì)子薄膜，既可以解決燃料滲透的問(wèn)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?jiān)谌粘Ｉ钪袘?yīng)用十分廣泛，比如棉紙、宣紙、無(wú)塵紙、鈔票紙、噴墨紙、熱敏紙、過(guò)濾紙、茶袋紙、鋁箔紙、拷貝紙、美術(shù)紙、復(fù)寫(xiě)紙、無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙、防霉紙、靜電防止紙、導(dǎo)電紙、半導(dǎo)電紙、電池分離紙、電氣絕緣紙、耐熱紙、汽車(chē)用濾紙、空調(diào)濾紙、脫臭濾紙、醫(yī)療衛(wèi)生用紙、藥包紙、無(wú)菌紙、醫(yī)療膠布基材、手術(shù)衣等等。這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程最終實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生根據(jù)自身興趣自主的尋找課題，參與到科研項(xiàng)目中，積極參與競(jìng)賽，培養(yǎng)他們將來(lái)在工作學(xué)習(xí)中“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—方案設(shè)計(jì)—方案實(shí)施—結(jié)果討論—問(wèn)題擴(kuò)展”的能力。

2培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，樹(shù)立綠色理念

開(kāi)設(shè)課題開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料及設(shè)計(jì)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的能力，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積極引導(dǎo)、經(jīng)常討論總結(jié)進(jìn)一步鍛煉學(xué)生自主動(dòng)手能力。增強(qiáng)現(xiàn)有學(xué)生實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放性，組織學(xué)生參加各類(lèi)競(jìng)賽、培養(yǎng)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能和創(chuàng)新意識(shí)。同時(shí)，促進(jìn)教師實(shí)驗(yàn)室、研究生實(shí)驗(yàn)室及校企聯(lián)合研發(fā)中心的開(kāi)放，帶領(lǐng)學(xué)生去工廠實(shí)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生直接參與科研實(shí)驗(yàn)工作，使學(xué)生認(rèn)識(shí)、了解科研，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維。此外，結(jié)合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及未來(lái)材料化學(xué)工業(yè)以及綠色造紙與特種紙綠色發(fā)展方向，在課堂、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐等教學(xué)環(huán)節(jié)堅(jiān)持融入綠色化學(xué)內(nèi)容，滲透綠色化學(xué)思想，在豐富化工實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生樹(shù)立綠色化工理念，增強(qiáng)綠色化學(xué)意識(shí)。

3加強(qiáng)卓越工程師的培養(yǎng)

為促進(jìn)就業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)技能，增加課堂教學(xué)效果，積極組織學(xué)生參加材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)和綠色造紙與特種紙的各項(xiàng)職業(yè)資格、技能考試，通過(guò)考證激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生今后就業(yè)和提升工作能力奠定基礎(chǔ)。以“強(qiáng)化工程、工藝、設(shè)計(jì)和新興特色學(xué)科交叉等方面基本理論、知識(shí)的培養(yǎng);強(qiáng)化生產(chǎn)、研發(fā)、檢測(cè)和管理等方面工作的基本工程能力的培養(yǎng);強(qiáng)化國(guó)際化視野、企業(yè)家精神、市場(chǎng)頭腦和創(chuàng)新思維等基本素質(zhì)培養(yǎng)”為特色的強(qiáng)化“三基”人才培養(yǎng)方案，建立一個(gè)符合我院卓越工程師課程教學(xué)體系，培養(yǎng)滿足地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的優(yōu)秀材料化學(xué)以及綠色造紙與特種紙專(zhuān)業(yè)人才，增加學(xué)生就業(yè)渠道，提高學(xué)生的就業(yè)水平。

4結(jié)論

在案例型教學(xué)法中，學(xué)生主動(dòng)性提高，并通過(guò)參與、完成科研項(xiàng)目獲得成就感，探索欲得到激發(fā)，自信心得到提高;同時(shí)，在教師引導(dǎo)、學(xué)生逐步解決問(wèn)題的過(guò)程中，學(xué)生形成了解決問(wèn)題的思路，培養(yǎng)了解決問(wèn)題的素養(yǎng)。此外，通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神得到培養(yǎng)。此外案例型教學(xué)法有著較明顯的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也需要注意以下問(wèn)題:需要指導(dǎo)老師投入大量的精力積累案例、指導(dǎo)方案設(shè)計(jì)、管理教學(xué)過(guò)程等，工作量大。需要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，否則案例型教學(xué)法容易流于形式。評(píng)價(jià)方式重要，不能以簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)重視學(xué)生表現(xiàn)，否則學(xué)生不重視參與過(guò)程而注重結(jié)果。教學(xué)改革在方法創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，應(yīng)更加關(guān)注方法適用性，抓住學(xué)生興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生參與度，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。

作者：張妍 沙力爭(zhēng) 趙會(huì)芳 陳華 單位：浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院/輕工學(xué)院

材料化學(xué)論文:材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室信息管理探索

1MCLIMS的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

為了實(shí)現(xiàn)材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室高效管理實(shí)驗(yàn)室的人員、儀器、藥品、無(wú)紙化實(shí)驗(yàn)記錄，提高管理效率，保證科研工作的順利進(jìn)行，MCLIMS主要分為三個(gè)主體框架：上位機(jī)LIMS，嵌入式控制終端及藥品存儲(chǔ)柜的實(shí)體，上位機(jī)軟件主要用于通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)基本信息的維護(hù)和藥品的使用操作，嵌入式控制終端與存儲(chǔ)柜構(gòu)成一個(gè)整體，用于響應(yīng)上位機(jī)LIMS的命令，并做出響應(yīng)決定是否需要開(kāi)啟藥品存儲(chǔ)柜，藥品存儲(chǔ)柜用于存儲(chǔ)材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的藥品。本系統(tǒng)的最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)包括以下幾個(gè)方面。

1.1上位機(jī)LIMS軟件主要實(shí)現(xiàn)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(quán)限管理，密碼管理等；導(dǎo)師信息管理模塊：主要是管理導(dǎo)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(jìn)行通訊、實(shí)現(xiàn)用戶簽到驗(yàn)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(qǐng)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(chǔ)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(guò)期藥品查看等；藥品存儲(chǔ)柜信息管理模塊：主要是管理存儲(chǔ)柜數(shù)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(yù)約、預(yù)約郵件提醒、外借管理等；熱電參數(shù)測(cè)試儀數(shù)據(jù)讀取模塊：包括添加儀器測(cè)試用戶、測(cè)試樣品參數(shù)管理及測(cè)試數(shù)據(jù)管理等功能。

1.2嵌入式終端控制軟件主要實(shí)現(xiàn)功能

（1）用戶登錄，只有登錄成功后才能進(jìn)行（3）的操作，否則（3）此操作無(wú)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(chǔ)柜柜門(mén)控制，用戶在得到（1）的權(quán)限后直接可以操作柜門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。（4）終端信息顯示，串口讀取到的條形碼信息后系統(tǒng)檢索數(shù)據(jù)，更新顯示信息，然后解析檢索到的信息來(lái)控制存儲(chǔ)柜的開(kāi)啟與關(guān)閉。

1.3存儲(chǔ)柜物理設(shè)計(jì)

根據(jù)需要，本次對(duì)藥品存儲(chǔ)柜的設(shè)計(jì)采集2X2式的矩陣式設(shè)計(jì)方案并充分考慮了電路設(shè)計(jì)，信息讀取的物理接口。

2MCLIMS系統(tǒng)架構(gòu)

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)反應(yīng)了應(yīng)用系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各個(gè)結(jié)間點(diǎn)的互聯(lián)表現(xiàn)形式，如文件服務(wù)器、工作站等的，常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有總線型拓?fù)?、星形拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)?、?shù)形拓?fù)?、以及它們的混合形式。?duì)于本系統(tǒng)，它主要體現(xiàn)在上位機(jī)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及嵌入式控制終端的連接方式及他們的數(shù)據(jù)響應(yīng)關(guān)系。考慮到每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的安裝配置過(guò)程中，上位機(jī)軟件與嵌入式控制終端的對(duì)應(yīng)關(guān)系是1∶n的關(guān)系，n大于等于兩臺(tái)設(shè)備，本文選擇了總線型拓?fù)洌涮攸c(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單靈活，非常便于擴(kuò)充；共享資源能力強(qiáng)，要實(shí)現(xiàn)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只需上位機(jī)LIMS與MySQL服務(wù)器及嵌入式終端同在一個(gè)局域網(wǎng)中，保證MySQL服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)可達(dá)即可。系統(tǒng)的最終架構(gòu)如這種架構(gòu)方便藥品存儲(chǔ)柜數(shù)量的擴(kuò)充，位置的放置也不受限制。

3MCLIMSR的具體實(shí)現(xiàn)

3.1系統(tǒng)軟件架構(gòu)

本系統(tǒng)以C/S模式為開(kāi)發(fā)模式，以C#為上位機(jī)LIMS軟件的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，VisualStudio2010為開(kāi)發(fā)功具；MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)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(kāi)發(fā)板作為嵌入式硬件平臺(tái)，將嵌入式Linux作為底層系統(tǒng)，QT和C語(yǔ)言作為GUI設(shè)計(jì)和底層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)語(yǔ)言；以UG為存儲(chǔ)柜物理實(shí)體的建模工具。

3.2系統(tǒng)硬件架構(gòu)

本系統(tǒng)涉及與多個(gè)硬件的通訊工作，其中包括：中控指紋儀，用于學(xué)生簽到模塊中的指紋錄入及學(xué)生簽到功能；POS打印機(jī)，用于實(shí)驗(yàn)室學(xué)生實(shí)驗(yàn)藥品清單的打印，清單信息包括用戶實(shí)驗(yàn)方案、所需藥品的位置、用量、實(shí)驗(yàn)編號(hào)等信息并附帶條形碼；TQ2440開(kāi)發(fā)板，是嵌入式控制終端的運(yùn)行平臺(tái)，用于運(yùn)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(shí)驗(yàn)編號(hào)信息，并將編號(hào)傳到嵌入式軟件，軟件做出相應(yīng)的響應(yīng)。

3.3系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

通過(guò)結(jié)合當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室對(duì)藥品管理系統(tǒng)的需求分析，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)出如下功能模塊。

3.4數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心,它關(guān)系著實(shí)驗(yàn)室的工作效率和業(yè)績(jī)，一個(gè)科學(xué)、合理的數(shù)據(jù)庫(kù)是LIMS成功創(chuàng)建和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。在材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)（MCLIMS）中數(shù)據(jù)庫(kù)作為信息的來(lái)源及存儲(chǔ)工具，也是連接上位機(jī)LIMS、嵌入式控制終端的數(shù)據(jù)共享的橋梁。根據(jù)對(duì)各模塊的處理過(guò)程及需求分析，以MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，將數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面。①與用戶相關(guān)的包括用戶登錄表，用戶簽到表，用戶指紋表，用戶請(qǐng)假登記表，用戶科研信息表，用戶基本信息表，用戶導(dǎo)師信息表等。②與儀器信息相關(guān)的包括儀器預(yù)約信息表，儀器信息表，儀器外借信息表等。③與化學(xué)藥品相關(guān)的有：化學(xué)藥品信息表，化學(xué)藥品使用信息表，化學(xué)藥品剩余量信息表，藥品短信驗(yàn)證表等。④與測(cè)試儀器相關(guān)的數(shù)據(jù)表有：儀器測(cè)試用戶表，樣品測(cè)試參數(shù)信息表，樣品測(cè)試信息表等。

3.5系統(tǒng)的具體使用流程

本系統(tǒng)由上位機(jī)LIMS軟件、嵌入式控制軟件及存儲(chǔ)柜實(shí)體構(gòu)成。用戶使用時(shí)對(duì)于非藥品使用的模塊都可以直接通過(guò)上位機(jī)LIMS軟件完成，包括用戶簽到、實(shí)驗(yàn)室儀器、導(dǎo)師信息管理等。用戶要完成實(shí)驗(yàn)，要經(jīng)過(guò)幾步：打開(kāi)藥品使用模塊、檢索藥品的信息如余量、位置。然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)劃分別添加藥品信息；確認(rèn)藥品配方并打印清單，清單信息上會(huì)附帶藥品的位置，用量信息，實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)無(wú)紙化記錄；將藥品清單攜帶到藥品存儲(chǔ)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(shí)，相應(yīng)柜門(mén)開(kāi)啟，完成取藥，每個(gè)條形研只能使用兩次。

4結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)當(dāng)前材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)信息管理特別是藥品的管理的功能需求，設(shè)計(jì)并研發(fā)了一套材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為3個(gè)功能框架：上位機(jī)LIMS、嵌入式控制軟件及存儲(chǔ)柜實(shí)體。然后給出了該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案及系統(tǒng)架構(gòu)，分別設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的功能模塊。該系統(tǒng)操作方便、安全性高、功能設(shè)計(jì)豐富并人性化?？偩€型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也使得存儲(chǔ)柜數(shù)量易于擴(kuò)充布置。系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)室的管理提供為極大的便利，大大地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室資源信息的共享，不管是導(dǎo)師還是學(xué)生，都能從此系統(tǒng)中感應(yīng)到使用的便利性，提高實(shí)驗(yàn)工作的效率，加快高效實(shí)驗(yàn)室信息化。

作者：瞿秋亮 楊君友 單位：華中科技大學(xué)

材料化學(xué)論文:材料化學(xué)工程方向研究生教學(xué)探析

材料是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，與信息、能源并稱(chēng)為社會(huì)文明的三大支柱。人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展歷程，是以材料為主要標(biāo)志的。從人類(lèi)以石頭為工具的舊石器時(shí)代到對(duì)石器進(jìn)行加工進(jìn)入新石器時(shí)代，再到后來(lái)的青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、鋼鐵時(shí)代，人類(lèi)的發(fā)展歷程可以說(shuō)就是材料的發(fā)展史?，F(xiàn)代社會(huì)，材料已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和人民生活的重要組成部分。材料化學(xué)工程在這種大背景下應(yīng)運(yùn)而生，本學(xué)科以化學(xué)、化工、物理學(xué)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論和實(shí)驗(yàn)技能，并將其應(yīng)用于材料的合成制備、結(jié)構(gòu)表征、性能檢測(cè)及其應(yīng)用等方面的新興學(xué)科，是一門(mén)交叉性與工程技術(shù)密不可分的應(yīng)用科學(xué)。但隨著社會(huì)進(jìn)步，舊的研究生教育模式的弊端逐漸顯示出來(lái)。本文基于材料化學(xué)工程的特點(diǎn)，分析了現(xiàn)今研究生教學(xué)中存在的問(wèn)題，并提出了解決辦法。

1存在的問(wèn)題

1．1內(nèi)容廣，概念多

材料化學(xué)工程是以化學(xué)和化工基礎(chǔ)，研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、高分子材料和復(fù)合材料的工程領(lǐng)域。研修的主要課程包括物理化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料力學(xué)、材料工藝、高分子材料、金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料等。在基礎(chǔ)課程中概念多、公式多，如在物理化學(xué)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(xì)區(qū)分容易混淆。在諸如高分子材料這類(lèi)介紹性的課程中名稱(chēng)特別多，如聚丙烯、聚氯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂等，這些材料在我們的生活中經(jīng)常接觸。但通過(guò)學(xué)習(xí)很多學(xué)生還是不能識(shí)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(nèi)容多

關(guān)于三大材料的學(xué)習(xí)主要是敘述性的內(nèi)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(gè)種類(lèi)，每種鋼材根據(jù)用途不同，而選擇不同的工藝條件。但是只通過(guò)課本的敘述，對(duì)于很多材料依舊沒(méi)有直觀的認(rèn)識(shí)。雖然很多同學(xué)有參加過(guò)金工實(shí)習(xí)課，但是時(shí)間不長(zhǎng)，很難做到全面深入的了解，對(duì)一些材料的性質(zhì)、加工方法感到陌生，從而逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣。另外，在材料的合成中，每合成一種材料，需要通過(guò)一系列檢測(cè)看所得物質(zhì)是否為目標(biāo)產(chǎn)物。又或者合成一種新的物質(zhì)，也可以通過(guò)檢測(cè)分析出其結(jié)構(gòu)性能。材料專(zhuān)業(yè)的學(xué)生都有一門(mén)必修課《材料結(jié)構(gòu)表征及應(yīng)用》詳細(xì)介紹了材料表征中各種檢測(cè)手段。但是很多同學(xué)拿到檢測(cè)結(jié)果卻不會(huì)分析。

1．3課程教學(xué)與現(xiàn)實(shí)聯(lián)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(tǒng)知識(shí)的同時(shí)，必須加強(qiáng)研究意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)和研究能力的培養(yǎng)［1］。材料化學(xué)工程是一門(mén)應(yīng)用型學(xué)科，與實(shí)際應(yīng)用密不可分。課程安排之前的金工實(shí)習(xí)，目的是鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力，對(duì)材料的加工有所了解。此外，還有一些實(shí)驗(yàn)操作課，但是很多時(shí)候由于時(shí)間安排不合理又或者設(shè)備少學(xué)生多，平均幾人一臺(tái)設(shè)備，學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)操作不夠，有時(shí)候老師只能靠演示的方法讓學(xué)生觀摩，學(xué)生完全處于一種被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)。還有部分同學(xué)在實(shí)習(xí)中怕臟、怕累，不愿動(dòng)手操作。另外，在課程結(jié)束后還有參觀見(jiàn)習(xí)，對(duì)材料的加工制作有個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，但是很多時(shí)候由于人員過(guò)多，加上工廠環(huán)境復(fù)雜，很多同學(xué)在見(jiàn)習(xí)過(guò)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(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

科學(xué)家愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò):“興趣是最好的老師?！崩蠋熓紫纫龅木褪羌ぐl(fā)學(xué)生的最大興趣并使之保持這種熱情。材料化學(xué)工程與我們的生活密切相關(guān)，老師可以在講授過(guò)程中結(jié)合我們實(shí)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(chēng)為“人造羊毛”。又如我們生活中常見(jiàn)的木制家具，其實(shí)很多都是由木塑復(fù)合而成:以木材為主要原料，經(jīng)過(guò)處理使其與各種塑料通過(guò)不同的工藝復(fù)合而成。既保留了木材良好的加工性能，同時(shí)具有塑料的耐水、耐腐蝕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)良性能，還符合環(huán)保的大前提。通過(guò)這種理論結(jié)合實(shí)際，能激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生自己查閱資料了解更多信息。

2．2疏通知識(shí)結(jié)構(gòu)，掌握各學(xué)科之間的聯(lián)系

在材料化學(xué)工程形成前，高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、金屬材料科學(xué)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(jìn)本學(xué)科的發(fā)展。如馬氏體相變本來(lái)是金屬學(xué)提出來(lái)的，廣泛地用來(lái)作為鋼材熱處理的理論基礎(chǔ)。但在氧化鋯陶瓷材料中也發(fā)現(xiàn)了馬氏體相變現(xiàn)象［2］，并用來(lái)作為陶瓷增韌的有效手段。另外，各類(lèi)材料的研究設(shè)備與生產(chǎn)手段也有很多相似之處。雖然不同類(lèi)型的材料各有專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備與生產(chǎn)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(cè)試和力學(xué)性能測(cè)試設(shè)備等。在材料生產(chǎn)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(guò)注塑成型加工而成，但其實(shí)與粉末冶金工藝中的壓坯過(guò)程相似。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各學(xué)科間已無(wú)明顯界限，甚至不同材料之間能相互代替。不過(guò)凡事都有規(guī)律可循，只要掌握規(guī)律很多問(wèn)題便迎刃而解。作為材料的規(guī)律就是:組織決定性能，性能決定應(yīng)用［3］。再根據(jù)性質(zhì)選擇材料，依據(jù)用途確定工藝路線。抓住這一規(guī)律，學(xué)習(xí)時(shí)就不會(huì)感到毫無(wú)頭緒。

2．3傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)方式相結(jié)合

傳統(tǒng)教學(xué)大都采用“填鴨式”方式，學(xué)生聽(tīng)課主動(dòng)性、積極性不高。新的教學(xué)改革中應(yīng)采用啟發(fā)式、互動(dòng)式和討論式等新的教學(xué)方式。老師在課前布置問(wèn)題，分小組完成不同的部分，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)，查找資料，每組選擇代表在課堂進(jìn)行發(fā)言，然后再各組進(jìn)行討論。這樣不但發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，活躍課堂氣氛，減輕了老師的授課負(fù)擔(dān)，還鍛煉了學(xué)生自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，達(dá)到事半功倍的效果。相比傳統(tǒng)教學(xué)，計(jì)算機(jī)匯集了圖像、文字、聲音等元素，極大的豐富了教學(xué)色彩，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，具有直觀、生動(dòng)、形象的元素，可以將抽象的理論知識(shí)和工藝方法生動(dòng)的展現(xiàn)在學(xué)生眼前，增加課堂趣味性，提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，有利于知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。同時(shí)可以結(jié)合一些相關(guān)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(wǎng)絡(luò)上都可以找到，如HOWITISMADE、TEDSHOW等。通過(guò)相關(guān)的視頻，既可以活躍課堂氣氛，也能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，甚至激勵(lì)學(xué)生自己在課外繼續(xù)學(xué)習(xí)觀看。這種多媒體教學(xué)與視頻教學(xué)相結(jié)合的方法，既減輕了老師的負(fù)擔(dān)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)積極性，促進(jìn)教學(xué)任務(wù)順利完成。

2．4開(kāi)設(shè)軟件分析課程

作為材料化學(xué)工程研究生，材料檢測(cè)分析應(yīng)該成為一種必備的基礎(chǔ)技能。但是很多時(shí)候拿到檢測(cè)結(jié)果卻不會(huì)分析。軟件分析課程可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。所有的檢測(cè)結(jié)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(jié)果。比如JADE，作為一款分析XRD數(shù)據(jù)的軟件，它可以對(duì)物相進(jìn)行定性定量分析。雖然軟件分析不一定完全正確，更多的時(shí)候還是根據(jù)理論基礎(chǔ)來(lái)判斷，但軟件分析可以作為一個(gè)輔助手段。這樣學(xué)生既掌握了一門(mén)技能，而且大大提高了學(xué)習(xí)效率。

2．5課堂教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合

俗話說(shuō)“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事要躬行”。作為一門(mén)應(yīng)用型學(xué)科，課堂所學(xué)的最終都是要能應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)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(shí)，可以穿插一些參觀實(shí)習(xí)課。通過(guò)參觀實(shí)習(xí)，直觀地了解材料加工制備過(guò)程，將自己所學(xué)知識(shí)配合生產(chǎn)。理論上可行的事情，在實(shí)際應(yīng)用中還需要考慮到原材料、工藝條件的控制、銷(xiāo)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(xiàn)代化的機(jī)器設(shè)備，體會(huì)先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展，感受到世界一流水平的實(shí)力。為學(xué)生豐富見(jiàn)聞開(kāi)闊視野提供機(jī)會(huì)，這將對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自信很有幫助，尤其是對(duì)于一些非重點(diǎn)名校的學(xué)生。另外，通過(guò)與企業(yè)或者研究單位聯(lián)合培養(yǎng)，即“產(chǎn)學(xué)研結(jié)合”?！爱a(chǎn)學(xué)研結(jié)合”一般指企業(yè)、學(xué)校、研究單位之間的相互合作和優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。李元元等認(rèn)為產(chǎn)學(xué)研結(jié)合是培養(yǎng)工科碩士的最佳途徑，學(xué)位論文的選題和相關(guān)實(shí)踐應(yīng)當(dāng)與工礦企業(yè)的工程實(shí)際相結(jié)合，密切結(jié)合其技術(shù)改造、革新、引進(jìn)等技術(shù)難題或科研攻關(guān)項(xiàng)目。這將有利于從根本上解決學(xué)校教育與社會(huì)需求脫節(jié)的問(wèn)題。縮小學(xué)校人才培養(yǎng)與社會(huì)需求脫節(jié)之間的差距，增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3結(jié)語(yǔ)

按照教育部頒布最新的學(xué)科體系，材料化學(xué)工程是化學(xué)工程與技術(shù)的方向之一，主要以化學(xué)、化工和材料為基礎(chǔ)的應(yīng)用性學(xué)科。因而在材料化學(xué)工程研究生教學(xué)中存在理論多、知識(shí)點(diǎn)多、概念多及與實(shí)踐聯(lián)系不夠緊密等問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題提出了激發(fā)研究生學(xué)習(xí)興趣，疏通各學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)、掌握它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，教學(xué)中注重傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)方式相結(jié)合，開(kāi)設(shè)軟件分析等實(shí)用性課程，理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合等解決辦法。

作者：陳志彥 楊億 單位：中南林業(yè)科技大學(xué)

材料化學(xué)論文:論無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)的教學(xué)革新

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程現(xiàn)狀

目前，無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程沿用陸佩文[5]編寫(xiě)的硅酸鹽物理化學(xué)課程體系，在多年教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該課程體系存在如下的問(wèn)題：

1知識(shí)點(diǎn)分散

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程的內(nèi)容包含了材料科學(xué)基礎(chǔ)的晶體學(xué)及晶體缺陷的內(nèi)容，包含了材料加工的基礎(chǔ)知識(shí)相平衡和相圖，同時(shí)又涵蓋了無(wú)機(jī)非金屬加工過(guò)程特有的熔體和玻璃體，陶瓷加工過(guò)程的基礎(chǔ)粘土水系化學(xué)，燒結(jié)加工過(guò)程的擴(kuò)散、固相反應(yīng)、固態(tài)相變和燒結(jié)等基礎(chǔ)知識(shí)．課程體系分散復(fù)雜，課程的內(nèi)容繁多，每一章單獨(dú)成為體系，前后的聯(lián)系不夠明顯．

2與實(shí)際接觸的宏觀事物距離較大

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)的教學(xué)體系以理論推導(dǎo)為主，涵蓋了大量的前期科研工作者進(jìn)行的理論推導(dǎo)，并且結(jié)合實(shí)踐給出了很多應(yīng)用．由于工科學(xué)生課程體系設(shè)置的特點(diǎn)，注重工程實(shí)際，注重在實(shí)踐中解決問(wèn)題．因此，在學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)識(shí)事物的體系中，對(duì)于宏觀上能看到、能摸到的理解和掌握起來(lái)比較快，而對(duì)于微觀的、抽象的體系認(rèn)識(shí)起來(lái)難度比較大．

3與實(shí)際的生產(chǎn)不能有效結(jié)合

現(xiàn)有無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程作為工科課程來(lái)講，離實(shí)際工程應(yīng)用距離比較遠(yuǎn)，對(duì)學(xué)生的吸引力不夠，很多學(xué)生在課堂上經(jīng)常問(wèn)學(xué)了這么多公式、這么多圖有什么用，而這個(gè)問(wèn)題按照現(xiàn)有的課程體系無(wú)法回答．

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程體系改革

無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)總體上概括起來(lái)可以分成兩個(gè)主要方面，一是與陶瓷（水泥）生產(chǎn)密切相關(guān)的知識(shí)，二是與玻璃生產(chǎn)密切相關(guān)的知識(shí)體系．在此為分類(lèi)基礎(chǔ)上，對(duì)課程的知識(shí)點(diǎn)和講授順序重新進(jìn)行了調(diào)整嘗試．

1以陶瓷生產(chǎn)為主線的課程體系設(shè)置

在介紹與晶體相關(guān)的知識(shí)過(guò)程中，主要以實(shí)際中的陶瓷為例，首先進(jìn)入晶體的微觀世界，引出陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)，由晶體結(jié)構(gòu)引出晶體概念、晶體化學(xué)知識(shí)，在晶體中漫游會(huì)發(fā)現(xiàn)很多缺陷，進(jìn)而介紹缺陷的知識(shí)．簡(jiǎn)要介紹陶瓷的生產(chǎn)工藝，從原料加工到成品過(guò)程用動(dòng)畫(huà)演示，介紹原料過(guò)程中講解粘土-水系的膠體化學(xué)，其中包含的膠體性質(zhì)及一般的熔體性質(zhì)通過(guò)固體的表面和界面部分來(lái)了解；利用陶瓷燒結(jié)過(guò)程中的燒結(jié)溫度選擇，引出相平衡和相圖，重點(diǎn)介紹這部分內(nèi)容，在燒結(jié)過(guò)程中的微觀動(dòng)畫(huà)展示后引出擴(kuò)散-固相反應(yīng)-燒結(jié)．此部分中，重點(diǎn)是晶體的結(jié)構(gòu)及相平衡的知識(shí)．

2以玻璃生產(chǎn)為主線的課程體系設(shè)置

與玻璃相關(guān)的課程知識(shí)介紹的過(guò)程中，首先展示玻璃，隨后簡(jiǎn)要介紹玻璃的生產(chǎn)過(guò)程，該過(guò)程由于有無(wú)機(jī)非金屬材料工學(xué)進(jìn)行具體介紹．因此，只需描述即可，其后引出玻璃原料，簡(jiǎn)要復(fù)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)，按照生產(chǎn)流程加熱熔融后的現(xiàn)象要有熔體和玻璃體部分來(lái)了解，結(jié)合玻璃的生產(chǎn)講解相變過(guò)程中涉及到非晶體部分相平衡中的知識(shí)．在此部分的講解中重點(diǎn)介紹非晶態(tài)物質(zhì)的形成機(jī)理及過(guò)程．通過(guò)如上的體系改革使學(xué)生能夠充分認(rèn)識(shí)課程知識(shí)，并且知道整個(gè)體系的來(lái)龍去脈，使學(xué)生由過(guò)去的被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)有意識(shí)的學(xué)習(xí)，形成良好的學(xué)習(xí)動(dòng)力．

課堂教學(xué)過(guò)程中“四要素”的融會(huì)貫通

材料科學(xué)與工程的“四要素”始終作為課程講授的主線，作為基礎(chǔ)課程，主要授課的目標(biāo)還是材料科學(xué)這四個(gè)要素之間是如何建立起聯(lián)系的，為什么有這樣的聯(lián)系，影響因素等知識(shí)．在結(jié)晶學(xué)部分每介紹一個(gè)新概念，都有意識(shí)介紹該概念對(duì)無(wú)機(jī)材料工藝及性能的影響及其應(yīng)用，如介紹空間群概念后簡(jiǎn)要介紹空間群分類(lèi)后對(duì)壓電性能的影響，豐富學(xué)生的知識(shí)體系，而且可以更好的融會(huì)貫通，理解概念．在熔體部分的性質(zhì)概念介紹之后，要簡(jiǎn)要了解熔體的性質(zhì)對(duì)玻璃加工工藝的影響．在講粘度時(shí)，主要介紹粘度與溫度和組成等因素的關(guān)系，但是到底會(huì)有什么樣的影響并沒(méi)有介紹．因此很多學(xué)生就是為了學(xué)習(xí)粘度知識(shí)而死記硬背，不知道粘度的具體應(yīng)用，而在課堂上簡(jiǎn)要介紹過(guò)粘度會(huì)影響玻璃的加工溫度及玻璃的成型性能時(shí)，同時(shí)簡(jiǎn)要介紹怎樣影響的，就會(huì)使學(xué)生知道知識(shí)是有用的，學(xué)習(xí)起來(lái)目的性更強(qiáng)，而且方便對(duì)一些概念的理解記憶，而不是簡(jiǎn)單的死記硬背．在相平衡一章中，相圖是一個(gè)重要的知識(shí)點(diǎn)，也是材料科學(xué)體系中一個(gè)非常重要的工具，學(xué)好相圖對(duì)材料科學(xué)下一步學(xué)習(xí)至關(guān)重要．但是在以前的教學(xué)過(guò)程中按照書(shū)本的知識(shí)體系從頭到尾介紹之后，很多學(xué)生都是一片茫然，似乎感覺(jué)是學(xué)習(xí)了幾何學(xué)又或是物理學(xué)，不知道無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)中為什么要單獨(dú)拿出這一章來(lái)講解這個(gè)圖．經(jīng)反思教學(xué)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)過(guò)程中過(guò)分重視教學(xué)內(nèi)容的傳授而忽略了這個(gè)工具實(shí)用性的介紹，按照“四要素”理論，相圖這個(gè)工具應(yīng)該是工藝制定的重要根據(jù)，因此在改革后的講授過(guò)程中，在介紹過(guò)相率和簡(jiǎn)單的三元相圖等基本知識(shí)后，就具體地舉了一個(gè)Al2O3-SiO2-CaO三元體系陶瓷燒制的過(guò)程，簡(jiǎn)要介紹了如何利用三元相圖進(jìn)行原料配料計(jì)算，如何確定燒成溫度，及得到的燒成體的主要成分和構(gòu)成等知識(shí)．使學(xué)生先知道三元相圖的作用，在材料學(xué)“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(guò)程，并且在講解過(guò)簡(jiǎn)單的三元相圖后還要舉1~2個(gè)實(shí)際的復(fù)雜例子進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用．

教學(xué)改革的效果

經(jīng)過(guò)2年多的教學(xué)改革試點(diǎn)，學(xué)生的課堂聽(tīng)課效果有了很大改觀，原來(lái)每個(gè)自然班約有50%的學(xué)生堅(jiān)持在課堂上聽(tīng)課，很多學(xué)生由于跟不上進(jìn)度而睡覺(jué)或者干脆逃課．改革后，無(wú)機(jī)2009級(jí)學(xué)生堅(jiān)持聽(tīng)課的達(dá)到了80%以上，學(xué)生聽(tīng)課狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)，聽(tīng)課熱情很高，而且課間休息時(shí)問(wèn)問(wèn)題的學(xué)生數(shù)目明顯增加．對(duì)齊齊哈爾大學(xué)無(wú)機(jī)材料2008級(jí)和2009級(jí)學(xué)生進(jìn)行了授課效果評(píng)價(jià)，90%的學(xué)生認(rèn)為能夠掌握課程基本內(nèi)容，學(xué)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(jié)了無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程教學(xué)過(guò)程中存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)以材料科學(xué)的“四要素”為基本思路，對(duì)無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)課程中大量的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了重組，豐富了與實(shí)踐結(jié)合更加緊密的知識(shí)內(nèi)容，探索了一條實(shí)用性很強(qiáng)的無(wú)機(jī)材料物理化學(xué)教學(xué)改革新途徑．（本文作者：王超會(huì)、顧曉華、李曉生、楊長(zhǎng)龍 單位：齊齊哈爾大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）

材料化學(xué)論文:建筑材料化學(xué)特性與耐久性分析

摘要:對(duì)于土木建筑材料的化學(xué)特性要充分進(jìn)行掌握，才能夠更進(jìn)一步地將土木建筑材料運(yùn)用到合適的位置，對(duì)土木建筑材料的運(yùn)用，實(shí)際上就是對(duì)其化學(xué)上的變化進(jìn)行運(yùn)用，因此，要熟悉常見(jiàn)的建筑材料的化學(xué)特性，才可以更加適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行運(yùn)用。

關(guān)鍵詞:建筑材料；化學(xué)特性；耐久性伴

隨著當(dāng)前中國(guó)城市化的腳步越來(lái)越快，土木工程的質(zhì)量也涉及到整個(gè)城市發(fā)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(shí)際上會(huì)影響到整個(gè)建筑物的建筑質(zhì)量。選用合適的土木建筑材料，實(shí)際上應(yīng)該充分考慮到這些建筑物本身的化學(xué)性質(zhì)，還有這些土木建筑材料是不是能夠更加耐久，這些實(shí)際上都是整個(gè)建筑物的質(zhì)量保障。如果土木建筑物的材料在結(jié)構(gòu)上面并不是非常優(yōu)秀，或者是建筑材料本身出現(xiàn)的化學(xué)特性無(wú)法適應(yīng)所建設(shè)地區(qū)的具體情況，那么在建筑的過(guò)程當(dāng)中都可能降低其耐久性。所以，在建筑材料的化學(xué)特性和耐久性方面，應(yīng)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(dòng)城市化的發(fā)展。

1土木建筑材料的化學(xué)特性探究

土木建筑材料實(shí)際上是非常廣泛的一類(lèi)物質(zhì)，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(xué)性質(zhì)范圍也非常大，不過(guò)針對(duì)土木建筑過(guò)程當(dāng)中的一些具體狀況，實(shí)際上選用土木建筑材料的過(guò)程中，重點(diǎn)還是關(guān)注這些建筑材料的化學(xué)穩(wěn)定性。因?yàn)椴糠滞聊窘ㄖ牧显谔囟ǖ沫h(huán)境當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生一些化學(xué)反應(yīng)或者變化等，這些變化不同于物理形態(tài)上的變化，而是一種化學(xué)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(yīng)該要加以關(guān)注。如果一些土木建筑材料的化學(xué)變化是能夠強(qiáng)化工程的穩(wěn)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(xué)變化可能會(huì)導(dǎo)致一些負(fù)面影響。所以對(duì)于土木建筑材料的化學(xué)特性要充分進(jìn)行掌握，才能夠更進(jìn)一步地將土木建筑材料運(yùn)用到合適的位置，對(duì)土木建筑材料的運(yùn)用實(shí)際上就是利用其化學(xué)上的變化進(jìn)行運(yùn)用，因此，要熟悉常見(jiàn)的建筑材料的化學(xué)特性。下面本文將對(duì)混凝土和砂漿這兩種常見(jiàn)的土木建筑材料的化學(xué)特性進(jìn)行分析。

1．1混凝土的化學(xué)特性

混凝土，實(shí)際上劃分為非常多的品種，不同品種的混凝土實(shí)際上化學(xué)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(duì)比較高，在抗拉的強(qiáng)度上面相對(duì)比較地，特別是表面上的密度是比較小的，對(duì)于水分的吸收比例也比較大，彈性模量比較低。從物理性質(zhì)上看，其熱膨脹的系數(shù)比較小，收縮和徐徐變動(dòng)比較大，保持室內(nèi)的溫度上也有這比較好的性能。從化學(xué)的特性上看，輕骨料的混凝土重點(diǎn)是為了實(shí)現(xiàn)建筑物的保溫和結(jié)構(gòu)上的保持作用。多孔的混凝土，實(shí)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(gè)混凝土當(dāng)中。多孔混凝土一般而言都是采用一些硅類(lèi)的材料和鈣類(lèi)的材料加工形成的，所以其在化學(xué)特性上也表現(xiàn)出上述兩種元素的一些基本性質(zhì)。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(nèi)外的墻板方面也是有一定的應(yīng)用。這些成品，實(shí)際上都是在工業(yè)類(lèi)的建筑，或者是民用類(lèi)的建筑當(dāng)中，在保溫工程方面有著比較好的作用。另外一類(lèi)的混凝土主要是抗凍的混凝土材料，這一類(lèi)的混凝土材料重點(diǎn)是采用引氣劑來(lái)提升混凝土自身的抗凍特征。有了引氣劑，混凝土當(dāng)中就會(huì)相對(duì)均勻地分布這些氣孔，從而比較穩(wěn)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(xué)原理，是因?yàn)榧尤肓艘恍┩饧觿胶驮谝黄?，這樣控制了混凝土內(nèi)在的一些構(gòu)成材料，在質(zhì)量上也相對(duì)比較穩(wěn)定，更加合理地對(duì)混凝土進(jìn)行配合比較，這樣一些混凝土里面的毛細(xì)管就會(huì)被堵塞住，內(nèi)部的結(jié)構(gòu)也會(huì)比較嚴(yán)密，界面也不會(huì)產(chǎn)生一些裂縫之類(lèi)的，在防滲漏的性能方面也就比較理想。高強(qiáng)度混凝土重點(diǎn)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(huán)境里面有著一定的應(yīng)用價(jià)值。

1．2砂漿的化學(xué)特性

砂漿在土木建筑的建造過(guò)程當(dāng)中應(yīng)用也是非常廣泛，特別是在砌筑或者抹面的過(guò)程當(dāng)中，也都會(huì)運(yùn)用到砂漿。砂漿的保水性能是比較好的，其一般而言都是運(yùn)用了膠凝材料和細(xì)骨料、水等之間進(jìn)行結(jié)合，這樣的結(jié)合會(huì)根據(jù)一些具體的比例進(jìn)行調(diào)整，以此幫助砂漿的化學(xué)性質(zhì)更好地適應(yīng)當(dāng)前的土木建筑工程需求，在一定的時(shí)間下，這樣的砂漿就會(huì)硬化形成一定的材料。所以砂漿的種類(lèi)也會(huì)根據(jù)應(yīng)用的途徑進(jìn)行劃分，一般劃分成為裝飾、砌筑、抹面三種主要類(lèi)型，而一些應(yīng)用在特殊的建筑過(guò)程里面的砂漿，稱(chēng)之為特種砂漿。砂漿的強(qiáng)度一般都是一立方體試件作為檢測(cè)。砂漿由于其化學(xué)性質(zhì)上體現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)，所以在對(duì)砂漿進(jìn)行變形的時(shí)候一定要注重均勻，這樣砂漿里面所包含的水分才不會(huì)容易出現(xiàn)六十的狀況，砂漿和基底之間要粘結(jié)相對(duì)比較好，這樣才不容易出現(xiàn)其他條件下的形變。防水砂漿也是當(dāng)前比較常見(jiàn)的一種特種砂漿，其主要是在砂漿當(dāng)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(guò)程當(dāng)中處理好防水的問(wèn)題。而普通的砂漿重點(diǎn)是其化學(xué)反應(yīng)并不是非?；钴S，所以能夠?qū)φ麄€(gè)結(jié)構(gòu)主體形成一定的保護(hù)作用，提升砂漿涂抹在外層的穩(wěn)定性。

2建筑材料化學(xué)特性及其耐久性的歸結(jié)分析

對(duì)于建筑材料而言，其化學(xué)特性和物理特性是相互結(jié)合在一起。建筑材料在應(yīng)用在建筑的過(guò)程中，一般其內(nèi)在的形態(tài)會(huì)產(chǎn)生一定的變化，特別是材料的內(nèi)部縫隙或者體積等會(huì)膨脹或者收縮，不過(guò)其化學(xué)上的穩(wěn)定性一般還是比較好的。在相對(duì)比較寒冷的條件下，比如凍結(jié)或者融化等氣候變化情況都會(huì)對(duì)建筑材料產(chǎn)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(wú)論是民用的建筑材料，還是公共的建筑物，這些建筑材料實(shí)際上都應(yīng)該具備防火性能。而抵抗化學(xué)侵蝕，重點(diǎn)是抵御化學(xué)的酸類(lèi)、堿類(lèi)以及鹽類(lèi)等物質(zhì)的侵蝕。土木建筑材料的耐久性，一般在建筑界都是認(rèn)為在具體的環(huán)境里面可以抵抗各種不利因素的影響，可以長(zhǎng)時(shí)間保持這樣的一種形態(tài)。當(dāng)前的建筑材料在形成建筑物之后，就會(huì)受到各種物理上或者化學(xué)上的負(fù)面影響，但是在這些影響的條件下，這些材料還應(yīng)該保持其原來(lái)就具備的性能。如果具體的環(huán)境相對(duì)比較惡劣，或者建筑的條件比較差，在這些因素的長(zhǎng)期影響之下，就容易讓這些土木建筑材料喪失原來(lái)的性能。所以，維持土木建筑材料堅(jiān)固耐用的特征，就需要關(guān)注到土木建筑材料的化學(xué)穩(wěn)定性，特別是在耐久使用方面，要關(guān)注到建筑材料使用功能方面的發(fā)展。從本質(zhì)上總結(jié)，土木建筑材料的化學(xué)特性對(duì)于耐久性的影響，重點(diǎn)還是體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一個(gè)方面，土木建筑材料本身的內(nèi)在構(gòu)成或者其組成的成分就容易形成一定的變化，其密度和實(shí)度等方面都會(huì)存在一些不利的因素，在相對(duì)固定的界面上，土木建筑材料也會(huì)因?yàn)楦鞣N化學(xué)生成物產(chǎn)生一些膨脹，這種熱膨脹系數(shù)上面的差異，就會(huì)產(chǎn)生建筑材料的耐用程度不足。在長(zhǎng)期荷載各種重量，或者金屬疲勞、電解等化學(xué)反應(yīng)等影響下，都會(huì)影響到土木建筑材料的耐用性。而從另外一個(gè)方面上看，土木建筑材料，實(shí)際上也應(yīng)該看到建筑材料在外部因素下產(chǎn)生的各種化學(xué)影響，比如在一些干濕循環(huán)或者溶解的過(guò)程當(dāng)中所出現(xiàn)的化學(xué)變化。如果是應(yīng)用木材等，則是容易在溫度或者濕度等條件下產(chǎn)生一些腐蝕的情況。因此，建筑材料的化學(xué)特性和其耐久性是緊密聯(lián)系在一起。

3結(jié)束語(yǔ)

在應(yīng)用土木建筑材料進(jìn)行建設(shè)的過(guò)程中，一定要注重對(duì)土木建筑材料的化學(xué)特性和耐久性等進(jìn)行分析，并且充分了解土木建筑材料的化學(xué)特性以及物質(zhì)特性等方面的內(nèi)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(jīng)濟(jì)效益上提升對(duì)建筑材料的應(yīng)用，也可以讓建筑材料所運(yùn)用的資源得到充分的保障，避免這些資源造成了浪費(fèi)。

作者：紀(jì)占斌 單位：西京學(xué)院

材料化學(xué)論文:高分子材料與有機(jī)化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀分析

摘要：有機(jī)化學(xué)是高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，本文針對(duì)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及學(xué)生情況，分析了有機(jī)化學(xué)教學(xué)中存在的問(wèn)題，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和考核方式等方面提出了課程的改革措施。

關(guān)鍵詞：高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)；有機(jī)化學(xué)；教學(xué)現(xiàn)狀；教學(xué)改革

有機(jī)化學(xué)是化學(xué)學(xué)科中的一個(gè)十分重要的組成部分，它的主要研究對(duì)象是有機(jī)分子，從有機(jī)物結(jié)構(gòu)入手，研究有機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)，在分子水平上探知未知世界的基礎(chǔ)學(xué)科。在我校，有機(jī)化學(xué)是面向化工學(xué)院、藥學(xué)院二年級(jí)，以及海洋學(xué)院一年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，是“大類(lèi)培養(yǎng)”的主干課程。通過(guò)有機(jī)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，可使化學(xué)類(lèi)學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的基本理論、基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能，把握有機(jī)化學(xué)發(fā)展領(lǐng)域的新概念、新動(dòng)向和新技術(shù)，同時(shí)為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.教學(xué)現(xiàn)狀

在工科院校，有機(jī)化學(xué)的教學(xué)課時(shí)“縮水”，如我校有機(jī)化學(xué)雖然是“大類(lèi)培養(yǎng)”的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，但是其課時(shí)數(shù)被壓縮到64個(gè)學(xué)時(shí)，教師必須在一個(gè)學(xué)期之內(nèi)完成教學(xué)。而有機(jī)化學(xué)作為高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課，是高分子化學(xué)、高聚物合成工藝學(xué)、高分子材料學(xué)等后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的基礎(chǔ)，學(xué)生必須在有限的課時(shí)數(shù)里掌握《有機(jī)化學(xué)》這門(mén)課程，難度大，任務(wù)重。另外，由于江蘇省高考制度，較大部分的學(xué)生高中階段選修的“物生”，進(jìn)入大學(xué)后化學(xué)知識(shí)特別是有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)非常薄弱，一個(gè)教學(xué)班級(jí)里，學(xué)生的化學(xué)知識(shí)水平參差不齊。通常是剛進(jìn)入大學(xué)的第一學(xué)期學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)化學(xué)，對(duì)于選“物生”的學(xué)生來(lái)說(shuō)，沒(méi)有化學(xué)基礎(chǔ)，一開(kāi)始就挫傷他們學(xué)習(xí)化學(xué)的自信心。學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)時(shí)，多數(shù)學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)有畏懼感。如果入校時(shí)對(duì)專(zhuān)業(yè)認(rèn)知不夠，不能看到有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)對(duì)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)的重要性，更是對(duì)有機(jī)化學(xué)失去興趣。再者，有機(jī)化學(xué)課程自身的特點(diǎn)，由于有機(jī)物數(shù)量多，結(jié)構(gòu)多變，機(jī)理難掌握。而工科院校的有機(jī)化學(xué)課時(shí)數(shù)又被壓縮，教師為了教授完大綱的教學(xué)內(nèi)容，不得不采取“滿堂灌”教學(xué)方法，使得學(xué)生缺乏主動(dòng)獲得知識(shí)的能力，被動(dòng)“填鴨式”教學(xué)必然導(dǎo)致教學(xué)效果不理想。一學(xué)期教學(xué)結(jié)束，發(fā)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)掌握不好，除了少部分拔尖的學(xué)生，大部分學(xué)生對(duì)這門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課一知半解，學(xué)到的有機(jī)知識(shí)很少。

2.教學(xué)改革

結(jié)合有機(jī)化學(xué)學(xué)科規(guī)律，針對(duì)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化、取舍；改進(jìn)教學(xué)手段，選聘高年級(jí)本科生、研究生做助理班主任，讓他們參與本科生教學(xué)，形成多元化的本科生教學(xué)隊(duì)伍；改革考核方式，實(shí)現(xiàn)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)有針對(duì)性的考核方式，教考分離。（1）改革教學(xué)內(nèi)容有機(jī)化學(xué)的教學(xué)關(guān)鍵是引導(dǎo)學(xué)生“有機(jī)”這一學(xué)科，不同于其他幾門(mén)基礎(chǔ)化學(xué)課，有機(jī)化學(xué)基本不涉及計(jì)算，不涉及公式，說(shuō)的是圖片的拼接，化學(xué)鍵的斷裂與重組，以構(gòu)建新的有機(jī)分子。那么，在教學(xué)過(guò)程中如何引導(dǎo)學(xué)生使用“有機(jī)思維”思考問(wèn)題才是關(guān)鍵。當(dāng)我們談到如何面對(duì)課時(shí)數(shù)被壓縮這個(gè)問(wèn)題，如果抓住“引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入有機(jī)化學(xué)這個(gè)學(xué)科”這個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，就能依據(jù)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)方案，深入分析研究教學(xué)大綱和教學(xué)目標(biāo)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行取舍。在改革教學(xué)內(nèi)容時(shí)，還要考慮以下兩個(gè)方面問(wèn)題：一是研讀多種版本的教材，最新版本的中、英文有機(jī)化學(xué)教材和專(zhuān)著等，從不同研讀、分析深度的教材方面，準(zhǔn)確把握“基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)”教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，結(jié)合高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)來(lái)取舍教學(xué)內(nèi)容。二是關(guān)注高分子領(lǐng)域的研究前沿，發(fā)展動(dòng)態(tài)，結(jié)合傳統(tǒng)的知識(shí)，推陳出新，把最新的知識(shí)信息教授于學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生了解最新的前沿，激發(fā)他們的興趣，使之感覺(jué)到目前所學(xué)知識(shí)的有用性。（2）改革教學(xué)手段我校近年實(shí)施了一項(xiàng)“班主任助理”制度，選派高年級(jí)本科生、研究生擔(dān)任本科生班級(jí)班主任助理，取得了很好的教學(xué)效果。高年級(jí)本科生、研究生參與本科生教學(xué)，形成多層次、多元化的本科生教學(xué)隊(duì)伍。高年級(jí)本科生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有機(jī)化學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，經(jīng)歷過(guò)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)和考核，有自己的學(xué)習(xí)方法和技巧；他們已經(jīng)進(jìn)入高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)，對(duì)哪些知識(shí)對(duì)專(zhuān)業(yè)課學(xué)習(xí)重要有切身體會(huì)；他們與低年級(jí)學(xué)生同屬于一個(gè)年齡階段，有更多的共同話題，溝通交流更容易，幫助學(xué)生及早發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)缺點(diǎn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短。高分子材料與工程研究方向的研究生，通常具有扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，已經(jīng)接觸了專(zhuān)業(yè)的前沿研究方向，可以對(duì)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)低年級(jí)學(xué)生的學(xué)業(yè)、思想及心理等方面給予關(guān)心和指導(dǎo)。而且本科生可以在研究生的帶領(lǐng)下主動(dòng)做一些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，這使得本科生更清楚自己在課堂學(xué)習(xí)中哪方面有不足，增強(qiáng)本科生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)的熱情，使他們?cè)谟袡C(jī)化學(xué)課堂學(xué)習(xí)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(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高他們學(xué)習(xí)的積極性。目前，我院不同專(zhuān)業(yè)實(shí)行統(tǒng)一考試，如環(huán)境工程、化學(xué)工程、安全工程和高分子材料與工程等專(zhuān)業(yè)統(tǒng)一出卷，流水閱卷、統(tǒng)一登分，做到公正、準(zhǔn)確。但是，這種“統(tǒng)一”的方法抹殺不同專(zhuān)業(yè)對(duì)有機(jī)化學(xué)需求的不同，使得教師和學(xué)生忽視基礎(chǔ)課對(duì)后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的影響，結(jié)果是為了考試而學(xué)習(xí)，不能真正掌握自己專(zhuān)業(yè)需求的有機(jī)化學(xué)知識(shí)。為了提高學(xué)生的整體素質(zhì)和學(xué)習(xí)積極性，我們應(yīng)實(shí)現(xiàn)不同專(zhuān)業(yè)單獨(dú)出卷、單獨(dú)考核的方式。卷面上可以體現(xiàn)出適合高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的題目，結(jié)合他們的后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程。哪些知識(shí)是有機(jī)化學(xué)這門(mén)課程必須掌握的基礎(chǔ)知識(shí)，哪些知識(shí)是關(guān)聯(lián)高分子材料與工程的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。同時(shí)，建立針對(duì)性的有機(jī)化學(xué)試題庫(kù)，使學(xué)生接觸更多不同的題型，拓寬知識(shí)面。建立適合高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的有機(jī)化學(xué)試題庫(kù)，有機(jī)化學(xué)課程理論考試按照一定的難度系數(shù)、教學(xué)要求、考試范圍等，統(tǒng)一從試題庫(kù)里抽調(diào)，實(shí)現(xiàn)教考分離。

3.結(jié)語(yǔ)

為全面提升高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的有機(jī)化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，我們要結(jié)合有機(jī)化學(xué)學(xué)科規(guī)律，針對(duì)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，認(rèn)真分析總結(jié)，精選教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)手段，改革考核方式，不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以提高高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

作者：陶傳洲 王慧彥 王建 許瑞波 程青芳 單位：淮海工學(xué)院化工學(xué)院

材料化學(xué)論文:化學(xué)化工材料應(yīng)用技術(shù)初探

摘要：化學(xué)化工材料作為材料化學(xué)重要的分支之一，不僅關(guān)系化學(xué)化工領(lǐng)域同時(shí)也與材料科學(xué)息息相關(guān)。從目前的情況來(lái)看，化學(xué)化工材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到社會(huì)建設(shè)中的各個(gè)行業(yè)當(dāng)中。而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，綠色型化學(xué)化工材料的應(yīng)用也成了當(dāng)前各個(gè)行業(yè)發(fā)展中重要的議題之一。在本文中，筆者主要針對(duì)化學(xué)化工材料在建筑以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這兩個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：化學(xué)化工材料；應(yīng)用技術(shù)；研究

伴隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，化學(xué)化工材料與人類(lèi)社會(huì)的關(guān)系也越來(lái)越密切。而自從可持續(xù)發(fā)展社會(huì)這一概念的提出，在應(yīng)用化學(xué)化材料時(shí)也有了更加嚴(yán)格的要求。在當(dāng)前，化學(xué)化工材料不僅要能夠滿足應(yīng)用過(guò)程中的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)要減少對(duì)環(huán)境的破壞，研究并應(yīng)用綠色型化學(xué)化工材料，這樣一來(lái)才能在發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，保障生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，為國(guó)民以及未來(lái)的子孫后代創(chuàng)造出更加良好的生存環(huán)境。在當(dāng)前，對(duì)于綠色型化學(xué)化工材料需求最高的就是建筑行業(yè)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)。

1化學(xué)化工材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用

從當(dāng)前建筑行業(yè)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，化學(xué)化工材料的應(yīng)用是十分廣泛的，從外部結(jié)構(gòu)到內(nèi)部裝修都需要用到化學(xué)化工材料。然而，雖然應(yīng)用十分廣泛，但是在2008年以前綠色型化學(xué)化工材料在建筑行業(yè)中的應(yīng)用卻一直存在瓶頸。而到了2008年，在建造奧運(yùn)會(huì)場(chǎng)館之一的水立方時(shí)，大量的綠色化學(xué)化工材料被應(yīng)用到建筑的施工當(dāng)中。譬如說(shuō)，水立方的主體結(jié)構(gòu)采用的就是以水性聚氨醋為主要成分的有機(jī)化合物。該化合物不僅具備較高的粘合度，同時(shí)還兼具零揮發(fā)的特性，這樣一來(lái)，既能夠減少維護(hù)成本，同時(shí)也能夠起到保護(hù)環(huán)境的作用。同時(shí)，水性聚氨醋的防火性也較好，對(duì)于提高場(chǎng)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(dāng)中，建筑的防火性都是最受關(guān)注的問(wèn)題之一。因此，水性聚氨醋的應(yīng)用對(duì)于保障場(chǎng)館的安全，延長(zhǎng)場(chǎng)館的使用壽命有著極大的幫助。而這也為建筑行業(yè)未來(lái)的發(fā)展當(dāng)中，綠色型化學(xué)化工材料的使用奠定了基礎(chǔ)。除了防火性以外，對(duì)于建筑來(lái)說(shuō)，隔熱性以及保溫性也是較為重要的功能。當(dāng)前，為了提高建筑的隔熱性與保溫性，施工單位在進(jìn)行施工的時(shí)候傾向于使用聚氨醋硬泡材料，該材料的應(yīng)用不僅能夠有效提高建筑的隔熱性和保溫性，同時(shí)也具備降噪功能。而除了采用聚氨醋硬泡材料來(lái)加強(qiáng)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(yīng)用到建筑工程的建設(shè)當(dāng)中，這是因?yàn)?，乙烯一四氟乙烯的共聚物具備控制室?nèi)溫度的功效，因此能夠更好的調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部溫度，同時(shí)還可以起到節(jié)能的效果。

2化學(xué)化工材料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

伴隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各式各樣的化學(xué)化工材料已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。然而，隨著綠色以及環(huán)保概念的提出，當(dāng)前的國(guó)民也開(kāi)始注重農(nóng)副產(chǎn)品的綠色性，農(nóng)副產(chǎn)品不僅要具備較高的品質(zhì)和口感，同時(shí)也需要具備較高的安全性。在這樣的情況下，綠色型化學(xué)化工材料的應(yīng)用不僅能夠更好的滿足于國(guó)民對(duì)于農(nóng)副產(chǎn)品質(zhì)量以及價(jià)格上的要求，同時(shí)也能夠滿足與國(guó)民對(duì)于綠色、生態(tài)的要求。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，農(nóng)藥的應(yīng)用是少不了的。然而，傳統(tǒng)農(nóng)藥的應(yīng)用，雖然能夠提高農(nóng)作物的產(chǎn)量以及品質(zhì)，但是卻忽略了對(duì)人體以及環(huán)境的傷害。而隨著當(dāng)前人們觀念不斷地刷新以及科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步，已經(jīng)有許多人認(rèn)識(shí)到農(nóng)藥對(duì)于人體和環(huán)境造成的危害。因此，安全綠色農(nóng)藥的研發(fā)迫在眉睫。從目前我國(guó)化學(xué)農(nóng)藥的研發(fā)成果來(lái)看，腐殖酸類(lèi)農(nóng)藥對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)以及環(huán)境的保護(hù)有著巨大幫助。這是因?yàn)?，腐殖酸?lèi)農(nóng)藥不僅具備較高的降解性，同時(shí)殘留物也較少，這樣一來(lái)就能夠減少農(nóng)藥在土壤、農(nóng)作物上的殘留，從而進(jìn)一步保護(hù)生態(tài)環(huán)境以及國(guó)民的身體健康。除此之外，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，經(jīng)常將生物菌劑與化學(xué)化工材料進(jìn)行結(jié)合應(yīng)用。之所以要這樣做是因?yàn)樵诋?dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，生物菌劑的應(yīng)用雖然能夠改善農(nóng)田的土壤環(huán)境，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。但是，在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中任何一項(xiàng)活動(dòng)都有可能對(duì)農(nóng)田土壤中的細(xì)菌結(jié)構(gòu)造成影響，因此使得生物菌劑無(wú)法充分的發(fā)揮作用。這樣一來(lái)，就使得生物菌劑無(wú)法發(fā)揮真正的效用。而生物菌劑與化學(xué)化工材料的結(jié)合應(yīng)用，就能夠有效的發(fā)揮生物菌劑作用，有效控制農(nóng)作物生產(chǎn)過(guò)程中的病原菌，從而幫助農(nóng)作物更好的進(jìn)行生長(zhǎng)。

3結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，無(wú)論是建筑行業(yè)還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)行業(yè)，化學(xué)化工材料的應(yīng)用都是必不可少的。然而，隨著當(dāng)前生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的加重，可持續(xù)發(fā)展社會(huì)概念的提出，在使用化學(xué)化工材料進(jìn)行施工、生產(chǎn)等工作時(shí)，必須要注重化學(xué)化工材料的綠色性，這樣一來(lái)才能促進(jìn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，保護(hù)我國(guó)的生態(tài)環(huán)境，為國(guó)民的生活創(chuàng)建更加優(yōu)良的空間，實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化社會(huì)的建設(shè)。

作者：劉現(xiàn)澤 單位：河北正中實(shí)驗(yàn)中學(xué)2014級(jí)

材料化學(xué)論文:低熱固態(tài)化學(xué)反應(yīng)的合成材料

1.低熱固態(tài)反應(yīng)的發(fā)展過(guò)程

所謂固態(tài)反應(yīng)，通常情況下都是表示在高溫情形下固態(tài)的反應(yīng)，截止到目前，已經(jīng)有了大量固體材料。不過(guò)通常高溫固態(tài)反應(yīng)大多是只是用在熱力學(xué)非常穩(wěn)固的化合物上，而且一些屬于低熱條件下的穩(wěn)化合物及動(dòng)力學(xué)上穩(wěn)定的化合物，通常運(yùn)用高溫合成的效果并不是非常理想。因此人們?cè)谔嵘虘B(tài)反應(yīng)速度的階段中，降低了反應(yīng)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(guān)的方法。不過(guò)這種合成方法出現(xiàn)非常大的問(wèn)題，具體而言，操作較繁雜，成本費(fèi)用偏高等，因此沒(méi)有進(jìn)行推廣應(yīng)用。在20世紀(jì)的80年代末，溫室固態(tài)化學(xué)反應(yīng)被人們發(fā)掘和研發(fā)出來(lái)。經(jīng)過(guò)了多年實(shí)驗(yàn)改善，低熱固態(tài)化學(xué)反應(yīng)合成材料在技術(shù)技術(shù)已經(jīng)有了很大進(jìn)展，這種方法顯著的優(yōu)勢(shì)就是在固態(tài)反應(yīng)過(guò)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(jiǎn)單，同時(shí)不使用溶劑、環(huán)保節(jié)約能源等，這一點(diǎn)比較滿足現(xiàn)代綠色發(fā)展的需求，因而得以廣泛推廣。

2.低熱固態(tài)化學(xué)反應(yīng)的合成材料

2.1原子簇與三階非線性光學(xué)材料

原子簇屬于無(wú)機(jī)化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、催化學(xué)等多種學(xué)科的綜合領(lǐng)域，并且具有多樣性、催化性、生物活性等多方面的化學(xué)特性。低熱固態(tài)化學(xué)反應(yīng)合成原子簇化合物能消除溶劑化作用，在合成過(guò)程中能得到溶液中得不到的化學(xué)物質(zhì)。目前通過(guò)此種合成方法已經(jīng)得到了200多種類(lèi)型的簇合物，比如一些半開(kāi)口類(lèi)型：類(lèi)立方烷結(jié)構(gòu)的（Et4N）3［MoOS3Br3（u-Br）］2·2H2O，蝶形結(jié)構(gòu)MoOS3Cu2（PPh3）2（Py）2，鳥(niǎo)巢狀結(jié)構(gòu)的［MoOS3Cu3（py）5X］（X=Br，I）三階非線性光學(xué)性里面基本上涵蓋了光線輻，自散焦聚焦，以及其他相關(guān)的內(nèi)容，等等。運(yùn)用該類(lèi)非線性現(xiàn)象可以制作不同類(lèi)型的器件，譬如混頻調(diào)制及儲(chǔ)存等類(lèi)型的器件。

2.2納米材料

納米材料含有塊狀大顆粒材料沒(méi)有的特點(diǎn)，使用固態(tài)化學(xué)反應(yīng)法能合出納米化合物所具有的優(yōu)點(diǎn)。固態(tài)反應(yīng)物顆粒的大小與產(chǎn)物成核、成長(zhǎng)速度有著很大的關(guān)系，要是產(chǎn)物的成核速度比生長(zhǎng)速度還要快，這樣就能得到納米粒子，反之就是塊狀物。固態(tài)化學(xué)反應(yīng)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(xiàn)狀和不同排列方式的納米材料［2］。

2.3電學(xué)材料

玻璃電極被廣泛地用在測(cè)量水溶液的pH值上。因?yàn)檫@一類(lèi)電極比較脆弱，成本還比較高對(duì)溫度具有不穩(wěn)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(duì)于pH較敏感的全新材料。MnO2的發(fā)現(xiàn)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(jià)格低廉的MnO2。制作MnO2的方法主要有：譬如二價(jià)錳的硝酸鹽和碳酸鹽，電解二價(jià)錳的溶液，以及其他類(lèi)似的手段和措施。但是現(xiàn)在通過(guò)使用固態(tài)反應(yīng)合成納米的MnO2，將使用此方式得到的MnO2粉狀物涂抹在電機(jī)上，就發(fā)現(xiàn)電極對(duì)pH值的反應(yīng)就會(huì)變得靈敏并且穩(wěn)定。

2.4金屬有機(jī)化合物

金屬有機(jī)化合物有優(yōu)越的催化性能，被大量用在了有機(jī)合成領(lǐng)域。以前，有關(guān)金屬有機(jī)化合物的研究不夠深入，但是固態(tài)反應(yīng)能進(jìn)行100%的轉(zhuǎn)化，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化所得出的反應(yīng)產(chǎn)物也不同于液態(tài)的反應(yīng)產(chǎn)物。相關(guān)的專(zhuān)業(yè)人員把金屬有機(jī)固態(tài)進(jìn)行歸納，目前有機(jī)金屬反應(yīng)被分為兩類(lèi)：

（1）不同的反應(yīng)物進(jìn)行混合的反應(yīng)過(guò)程；（n5-C5H4Me）Re（co）2Br和NaI合成（n5-C5H4Me）Re（co）2I2等產(chǎn)物。

（2）在反應(yīng)過(guò)程中都屬于共結(jié)晶過(guò)程。（n5-C5H4Me）W（co）3I與（n5-C5H4Bu）W（co）3Br在70℃，固態(tài)條件下［FcCHMeNMe3］I（Fc=二茂鐵基）、HOC6H4CHO-4、K2CO3反應(yīng)，制配出了有機(jī)金屬化合物FcCHMeOC6H4CHO-4，此化合物所得產(chǎn)物率可達(dá)到84%。

2.5催化劑和催化反應(yīng)

芳香族化合物的羥基化反應(yīng)在化學(xué)中占有主導(dǎo)地位。過(guò)渡金屬配合物使用低熱固態(tài)化學(xué)反應(yīng)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(zhì)素的生物合成都離不開(kāi)Cu（II）催化芳香族化合物的羥基化反應(yīng)。在催化過(guò)程中使用低熱固態(tài)反應(yīng)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(tài)化學(xué)反應(yīng)及材料合成類(lèi)別非常多，譬如多酸化合物，電學(xué)材料、超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體，以及其他相關(guān)的內(nèi)容［3］。

3.結(jié)語(yǔ)

固態(tài)合成屬于一種比較有研究?jī)r(jià)值的合成方法，人們?cè)缇桶堰@種合成方法運(yùn)用到各種工業(yè)生產(chǎn)之中，通過(guò)多年的實(shí)踐逐漸掌握了低熱固態(tài)化學(xué)反應(yīng)性，由于缺少必要性的系統(tǒng)指導(dǎo)，這種技術(shù)沒(méi)能得到較大改進(jìn)。低熱固態(tài)化學(xué)反應(yīng)所擁有的優(yōu)點(diǎn)，比如：效率高、節(jié)能、環(huán)保、簡(jiǎn)單方便等。在材料合成方面有良好的發(fā)展前景。

作者：盧博文 單位：河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院

材料化學(xué)論文:金屬材料物理化學(xué)論文

1鐵的相圖圖

與圖1不同，鐵有三種固態(tài)，分別是α-Fe、γ-Fe和δ-Fe，其中γ-Fe為密排面心立方結(jié)構(gòu)，α-Fe和δ-Fe為體心立方結(jié)構(gòu)。并且，圖2中有三個(gè)三相點(diǎn)，分別為氣-液-δ-Fe；氣-γ-Fe-δ-Fe和氣-γ-Fe-α-Fe。通常情況下，F(xiàn)e是磁性的α-Fe，組織類(lèi)型有鐵素體、珠光體和貝氏體等；通過(guò)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(qiáng)學(xué)生識(shí)別單組分相圖的能力。課堂上通過(guò)工業(yè)生產(chǎn)實(shí)例，加深了同學(xué)們對(duì)Fe的認(rèn)識(shí)；并建立了物理化學(xué)相圖知識(shí)與學(xué)生專(zhuān)業(yè)—金屬材料之間的聯(lián)系。解決學(xué)生“材料專(zhuān)業(yè)為什么學(xué)物理化學(xué)？”的困惑。

2兩組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的相圖

雖然二組分系統(tǒng)的氣—液平衡相圖依據(jù)組分在液態(tài)的互溶情況各有其特點(diǎn)，但液態(tài)完全互溶系統(tǒng)構(gòu)成了這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)[4]。對(duì)于這種相圖，我們除了讓學(xué)生掌握相圖中各相區(qū)的組成、相態(tài)和杠桿規(guī)則外，還注重讓學(xué)生學(xué)習(xí)氣相線和液相線的繪制方法和細(xì)節(jié)信息。其繪制過(guò)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(cè)試混合物的熔點(diǎn)，通過(guò)描點(diǎn)—連線得到相圖。從而培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)繪制相圖讀取相圖細(xì)節(jié)信息的全面能力。通過(guò)學(xué)習(xí)繪制相圖，可使學(xué)生對(duì)相圖的全部信息有較深刻的認(rèn)識(shí)、理解及較好的運(yùn)用。為了便于學(xué)生掌握此類(lèi)相圖及其應(yīng)用，在教學(xué)中我們通過(guò)物相點(diǎn)隨溫度的變化的實(shí)例，講解其液相與氣相及組成在該過(guò)程的演變情況。重點(diǎn)分析了第一個(gè)氣泡點(diǎn)產(chǎn)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(guò)程這一難點(diǎn)。并將相圖理論與工業(yè)精餾裝置聯(lián)系起來(lái)，激發(fā)學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣。

3具有轉(zhuǎn)變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖

具有轉(zhuǎn)變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖，是學(xué)生學(xué)習(xí)中最難掌握的內(nèi)容。我們通過(guò)講解物相點(diǎn)的降溫過(guò)程的物相變化和步冷曲線的繪制，并借助動(dòng)畫(huà)展示具體過(guò)程，使該部分內(nèi)容更加形象和生動(dòng)，便于理解和掌握。同時(shí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)手能力。

4相圖在金屬材料中的應(yīng)用

4.1在金屬材料設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)和科研實(shí)踐涉及到的金屬材料通常為多組分的平衡系統(tǒng)，所以其相圖更為復(fù)雜。為了得到材料的擬服役性能，需要對(duì)材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工。相圖在材料設(shè)計(jì)中起著至關(guān)重要的作用，例如，在設(shè)計(jì)奧氏體不銹鋼時(shí)，為了得到單一奧氏體組織，需擴(kuò)大相圖中奧氏體區(qū)，使其在冷卻過(guò)程中不發(fā)生γ-Feα-Fe的轉(zhuǎn)變。根據(jù)相圖，改變系統(tǒng)的組成，增加穩(wěn)定奧氏體元素，如Ni、C等是最常用的方法。當(dāng)然，為了系統(tǒng)的平衡，其他元素也需做相應(yīng)的改變。應(yīng)用相圖時(shí)，為了提高設(shè)計(jì)組織的準(zhǔn)確性，需要考慮平衡相圖與實(shí)際相圖的差別。

4.2在金屬材料加工中的應(yīng)用在金屬材料的熱加工過(guò)程中，隨著加工溫度的不同，其物相也發(fā)生相應(yīng)的變化?？赏ㄟ^(guò)控制軋制參數(shù)和冷卻過(guò)程，改變材料的相變溫度和組織類(lèi)型，得到高性能的金屬材料。例如，在鋼鐵生產(chǎn)中，熱軋鋼板控制軋制與控制冷卻(TMCP)工藝，通過(guò)加大壓下量增加累積位錯(cuò)，為相變過(guò)程提供更多的高能量相變形核點(diǎn)，以得到細(xì)小晶粒組織，提高鋼的強(qiáng)韌性。通過(guò)控制冷卻速率，可改變相變后的組織形態(tài)，在650℃以上發(fā)生相變得到珠光體和鐵素體組織，在450~600℃區(qū)間主要得到貝氏體組織的鋼材，在更低溫度下發(fā)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(yīng)用相圖不僅在金屬材料的設(shè)計(jì)和加工中具有指導(dǎo)下作用，而且在材料的熱處理過(guò)程中也具有重要的應(yīng)用價(jià)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(guò)程主要是控制冷卻速率，使相變溫度發(fā)生在較低溫度區(qū)，得到低溫轉(zhuǎn)變組織。正火溫度需在γ-Fe相區(qū)，需要根據(jù)相圖和化學(xué)成分判斷其奧氏體化溫度，從而確定正火的加熱溫度。嚴(yán)格的說(shuō)，確定熱處理的升溫速率和降溫速率也需要參考相應(yīng)的相圖。通過(guò)相圖在金屬材料領(lǐng)域的應(yīng)用的介紹，學(xué)生對(duì)本專(zhuān)業(yè)和學(xué)習(xí)物理化學(xué)的重要性均有了清晰的認(rèn)識(shí)，他們的學(xué)習(xí)積極性也顯著提高。

5結(jié)語(yǔ)

相圖在金屬材料領(lǐng)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(jīng)歷、科研實(shí)踐及相關(guān)相圖知識(shí)鏈接至課堂，通過(guò)提出問(wèn)題，實(shí)例講解和動(dòng)畫(huà)演示等多種形式組織教學(xué)，建立金屬材料專(zhuān)業(yè)與物理化學(xué)相圖之間的內(nèi)部聯(lián)系，便于金屬材料專(zhuān)業(yè)的學(xué)生掌握較廣闊、深入的物理化學(xué)知識(shí)，以期為學(xué)生正確理解和應(yīng)用相圖提供指導(dǎo)。

作者：孫紅英 李占君 單位：安陽(yáng)工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院

材料化學(xué)論文:材料化學(xué)人才培養(yǎng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)論文

1改變課程考核評(píng)價(jià)體系，注重實(shí)驗(yàn)過(guò)程考核

在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核的過(guò)程中，僅憑實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)和期末考試成績(jī)，不能準(zhǔn)確地衡量學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。為了科學(xué)地評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ枰獌?yōu)化傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程考核體系，建立全面的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合考核辦法。將學(xué)生的課程成績(jī)分為實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、實(shí)驗(yàn)理論考試成績(jī)，單項(xiàng)成績(jī)不合格，則總成績(jī)不合格。這種考核方式促使學(xué)生認(rèn)真地對(duì)待每個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，有效地提高了學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)是教師在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)學(xué)生實(shí)際操作情況給出的評(píng)價(jià);實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)主要是根據(jù)學(xué)生的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫(xiě)、數(shù)據(jù)處理及分析等來(lái)評(píng)判;在實(shí)驗(yàn)理論考試中，除了常見(jiàn)考題外，還結(jié)合材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，增加了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等考核內(nèi)容，突出了綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力的考核，促進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ娜姘l(fā)展。

2創(chuàng)建適合材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)發(fā)展需求的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，材料科學(xué)發(fā)展愈加迅速，新材料、新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷問(wèn)世，與此相適應(yīng)，對(duì)材料化學(xué)人才培養(yǎng)也提出了新的要求。材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)授課模式必需緊跟時(shí)展步伐，及時(shí)調(diào)整課程結(jié)構(gòu)與內(nèi)容，引入學(xué)科發(fā)展的最新成果，介紹學(xué)科內(nèi)容中的多種學(xué)術(shù)觀點(diǎn)及學(xué)術(shù)背景和發(fā)展動(dòng)態(tài)，開(kāi)闊學(xué)生學(xué)術(shù)視野，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教無(wú)定法，教要得法。要使課程教學(xué)生動(dòng)活潑，教師必須不斷更新教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)方法與手段，增強(qiáng)課程教學(xué)的趣味性，促使學(xué)生積極參與，在實(shí)驗(yàn)中勤于動(dòng)手、動(dòng)腦，實(shí)現(xiàn)教師教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習(xí)方法的轉(zhuǎn)變。

2.1采用多媒體輔助教學(xué)和建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

多媒體教學(xué)是利用多媒體軟件對(duì)文本、聲音、圖像、圖形、動(dòng)畫(huà)等信息進(jìn)行處理，教師配合多媒體放映進(jìn)行講解，將教學(xué)內(nèi)容用特技方法顯現(xiàn)出來(lái)，能充分創(chuàng)造一個(gè)有聲有色、圖文并茂、生動(dòng)直觀的教學(xué)環(huán)境，從視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等多方面給學(xué)生留下深刻印象。無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以采用多媒體(視頻)教學(xué)，它不僅教學(xué)信息量大，而且可以非常直觀地演示實(shí)驗(yàn)操作和過(guò)程。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有些實(shí)驗(yàn)可以采用多媒體技術(shù)進(jìn)行輔助教學(xué)，如基本操作單元、儀器的使用等。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目信息量大，操作細(xì)節(jié)多，僅靠教師在課堂教學(xué)有限的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行演示和講解往往是不夠的，而且總有學(xué)生沒(méi)有注意到一些具體操作細(xì)節(jié)，因此，可以將這些實(shí)驗(yàn)演示制成多媒體課件或視頻資料，放在課程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，學(xué)生可以不受時(shí)間、空間的限制，反復(fù)觀看，自主地開(kāi)展預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)。這樣不僅增強(qiáng)了課堂教學(xué)的可視性，而且增加了教師演示的可再現(xiàn)性，延長(zhǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間，從而有益于提高學(xué)生操作的規(guī)范性，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到延伸。

2.2將生產(chǎn)生活實(shí)例和教師科研項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂

不同專(zhuān)業(yè)對(duì)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求是不一樣的。我院材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具備材料化學(xué)相關(guān)的基本理論知識(shí)和基本技能的應(yīng)用型高級(jí)專(zhuān)門(mén)人才。因此，學(xué)生必須掌握物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、性能的關(guān)系，這需要在教學(xué)中注意教學(xué)內(nèi)容的層次性。在無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們盡可能選擇與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)課題和實(shí)驗(yàn)樣品，將生產(chǎn)生活實(shí)例引入實(shí)驗(yàn)課堂，營(yíng)造實(shí)戰(zhàn)氛圍，做到知識(shí)性、實(shí)用性、趣味性的統(tǒng)一。同時(shí)，我們還選取了一些與生活息息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，如鋰離子電池正極材料的制備、膠囊殼中鉻含量測(cè)定等，這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)生感興趣，實(shí)驗(yàn)熱情高，有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。為了進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)質(zhì)量，我們還在課堂教學(xué)中引入教師最新科研課題成果，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加貼近科研實(shí)際，既豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，又增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的先進(jìn)性、新穎性，在加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和實(shí)驗(yàn)技能的熟悉時(shí)，還能培養(yǎng)他們的科研興趣，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力，對(duì)科研工作產(chǎn)生感性認(rèn)識(shí)。

2.3實(shí)施開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生往往處于被動(dòng)地位，教師處于主動(dòng)地位。從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇、實(shí)驗(yàn)方案選擇、實(shí)驗(yàn)儀器與試劑選擇，都由實(shí)驗(yàn)老師預(yù)先完成。在這種照方抓藥的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生往往興趣不高，應(yīng)付了事。在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)行開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，可以提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，強(qiáng)化教學(xué)效果。在學(xué)生自主的基礎(chǔ)上，利用學(xué)生課余自由時(shí)間開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，對(duì)于實(shí)驗(yàn)技能較差的同學(xué)，讓他加強(qiáng)基本操作單元和基本技能的練習(xí)。在學(xué)生較好地掌握實(shí)驗(yàn)基本操作技能后，可以讓學(xué)生自主選擇一些設(shè)計(jì)型、綜合型、應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，并認(rèn)真進(jìn)行總結(jié)，以全面鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰吞岣呔C合素質(zhì)。

3結(jié)語(yǔ)

為了適應(yīng)地方工科院校工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革一直在討論和進(jìn)行中。我們根據(jù)我院材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案，對(duì)目前無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段及考核方式等方面進(jìn)行了改革，以全面培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的要求。通過(guò)幾年來(lái)的教學(xué)實(shí)踐與探索，我們已初步建立一套具有可操作性的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與體系，使學(xué)生在實(shí)際操作能力、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、求真務(wù)實(shí)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面得到了良好的鍛煉。

作者：李谷才 單位：湖南工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院

材料化學(xué)論文:電容器材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)論述

1材料結(jié)構(gòu)表征探討

(1)結(jié)合已有知識(shí)將理論簡(jiǎn)單化，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得產(chǎn)物，教師結(jié)合學(xué)生已有的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想一般情況下有哪些方法來(lái)表征材料的結(jié)構(gòu)，學(xué)生根據(jù)理論教學(xué)部分的知識(shí)，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(jù)所制備材料的實(shí)際情況及實(shí)驗(yàn)條件，確定用哪些儀器進(jìn)行表征。本實(shí)驗(yàn)只需要知道產(chǎn)物的成分、尺寸及形貌，因此采用簡(jiǎn)單的X射線衍射分析及掃描電子顯微鏡進(jìn)行表征。教師可采用通俗易懂的語(yǔ)言對(duì)其測(cè)試原理進(jìn)行講解。例如:用X射線衍射判斷物質(zhì)成分的分析方法，若按理論來(lái)講，涉及到光學(xué)、晶體學(xué)、電子學(xué)等較深?yuàn)W的理論知識(shí)，簡(jiǎn)單的講每種晶體本身的取向都對(duì)應(yīng)一套標(biāo)準(zhǔn)衍射數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得X射線衍射數(shù)據(jù)中衍射峰的位置，從X射線衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片庫(kù)中找出相應(yīng)的物質(zhì)。如同人的指紋，每個(gè)人的指紋都是有區(qū)別的，可根據(jù)指紋判斷不同的人。結(jié)合已有知識(shí)將理論簡(jiǎn)單化對(duì)測(cè)試原理有了一定了解，又減少了他們對(duì)研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的畏懼感，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣。

(2)實(shí)驗(yàn)與理論結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的興趣。儀器及測(cè)試條件對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，首先教師介紹在本測(cè)試中的測(cè)試條件。此部分測(cè)試采用較貴重的儀器，操作需要具備一些專(zhuān)業(yè)知識(shí)，因此在教師測(cè)試時(shí)可讓學(xué)生在旁邊觀察。圖1是制備樣品的XRD測(cè)試結(jié)果，學(xué)生根據(jù)理論知識(shí)從圖1中觀察三強(qiáng)峰的位置，根據(jù)三強(qiáng)峰的位置，從物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)卡片庫(kù)中找出可以與圖中衍射峰位置對(duì)應(yīng)的卡片，經(jīng)過(guò)查找對(duì)比，學(xué)生發(fā)現(xiàn)與Ni(OH)2標(biāo)準(zhǔn)卡片一致(JCPDS:22-752)，且無(wú)雜峰出現(xiàn)，可判斷所制備的樣品為純的Ni(OH)2。教師啟發(fā)學(xué)生思考能否從理論上計(jì)算Ni(OH)2顆粒的大小，學(xué)生利用謝樂(lè)公式D=0．89λ/(Bcosθ)(λ為X射線波長(zhǎng)，B為衍射峰半高寬，θ為衍射角)，結(jié)合圖中半高寬計(jì)算其顆粒的大小，通過(guò)計(jì)算其晶粒大小為12nm，說(shuō)明制備的材料為納米Ni(OH)2。通過(guò)X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)，使理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的興趣。

(3)實(shí)驗(yàn)與觀察結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)造興趣。合成的Ni(OH)2電極材料的形貌可借助于SEM進(jìn)行觀察。學(xué)生觀察到的不同放大倍數(shù)圖片如圖2所示。學(xué)生發(fā)現(xiàn)合成的Ni(OH)2電極材料，由納米片垂直交錯(cuò)連接形成的球狀結(jié)構(gòu)，納米片厚度約10nm，與通過(guò)XRD理論計(jì)算的納米尺寸相吻合。教師提出生成此結(jié)構(gòu)的原因讓學(xué)生進(jìn)行討論，主要從尿素及SDS在反應(yīng)中的作用進(jìn)行考慮。很多同學(xué)只考慮到尿素在高溫下能分解產(chǎn)生氨提供OH－，而SDS起到表面活性劑的作用。教師對(duì)尿素與SDS的綜合作用形成此結(jié)構(gòu)的原因進(jìn)行補(bǔ)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(yīng)使尿素能夠與Ni2+進(jìn)行配位［9］。反應(yīng)溫度的增加，尿素分子逐漸水解出氨分子，使前驅(qū)體晶體均勻成核。隨著反應(yīng)時(shí)間的持續(xù)，晶體逐漸聚集形成片狀，片狀晶體自組裝形成3D花狀結(jié)構(gòu)［10，11］。學(xué)生對(duì)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(guò)不同表面活性劑合成不同形貌樣品。通過(guò)SEM實(shí)驗(yàn)與觀察結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)創(chuàng)造興趣。同時(shí)也使學(xué)生了解了研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)結(jié)果分析的要求，不但要知道其表面現(xiàn)象，而且更重要的是對(duì)其進(jìn)行理論分析與合理解釋?zhuān)瑸榕囵B(yǎng)學(xué)生的科研能力打下良好的基礎(chǔ)。

2電化學(xué)性能探討

(1)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，增加學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)造興趣。電極制備的好壞將直接影響電化學(xué)性能的測(cè)試，教師可先作示范，根據(jù)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(duì)輥機(jī)上壓成薄片?；钚晕镔|(zhì)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(shí)要對(duì)電極制備過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行說(shuō)明，比如Ni(OH)2粉末與乙炔黑、石墨及聚四氟乙烯混合時(shí)盡量均勻，對(duì)輥機(jī)上壓成薄片時(shí)應(yīng)盡量薄，電極片徹底干燥后再稱(chēng)量等。通過(guò)示范講解，學(xué)生都能做出較理想的Ni(OH)2測(cè)試電極，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。教師根據(jù)電化學(xué)性能測(cè)試需要，提出電極的循環(huán)伏安、充放電及交流阻抗測(cè)試均在電化學(xué)工作站上進(jìn)行。根據(jù)無(wú)機(jī)化學(xué)中所學(xué)的溶液配置，將KOH配成測(cè)試所需濃度的KOH溶液。再根據(jù)電化學(xué)性能測(cè)試連接圖(圖3)進(jìn)行正確連接。通過(guò)提高學(xué)生的動(dòng)手能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，激發(fā)他們對(duì)研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣和熱情。

(2)培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，增加學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)造興趣。為提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，在電化學(xué)測(cè)試中，要求學(xué)生測(cè)試不同掃描速度的循環(huán)伏安、不同電流密度下的恒流充放電及開(kāi)路下的交流阻抗，并注意觀察測(cè)試過(guò)程中曲線形狀、溶液及電極附近出現(xiàn)的現(xiàn)象。在循環(huán)伏安測(cè)試時(shí)，學(xué)生觀察到曲線形狀非矩形，且隨著掃描速度的改變發(fā)生改變;溶液中在電極附近會(huì)有氣泡產(chǎn)生，表現(xiàn)為出現(xiàn)明顯的峰P1與P2。此時(shí)，教師為發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提出讓學(xué)生從電化學(xué)資料上查找有關(guān)Ni(OH)2電化學(xué)反應(yīng)的材料，學(xué)生查得在此過(guò)程中由Ni(OH)2氧化成NiOOH出現(xiàn)的陽(yáng)極峰P1，陰極峰P2是其逆過(guò)程，學(xué)生由此可判斷Ni(OH)2電極材料的電容主要來(lái)自于氧化還原反應(yīng)的贗電容。還可從循環(huán)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(huán)伏安測(cè)試中，學(xué)生學(xué)會(huì)如何分析判斷氧化還原反應(yīng)及贗電容，加深了對(duì)電化學(xué)理論知識(shí)的理解，提高了分析和解決問(wèn)題的能力。同一問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。為了對(duì)循環(huán)伏安結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)行恒流充放電測(cè)試。教師給定學(xué)生測(cè)試電壓范圍及不同電流密度，要求根據(jù)曲線形狀判斷所屬電容性質(zhì)，并且根據(jù)放電曲線、比電容計(jì)算公式計(jì)算比電容的大小，根據(jù)比電容大小繪出比電容隨電流密度變化曲線，觀察結(jié)果是否與循環(huán)伏安測(cè)試一致。學(xué)生發(fā)現(xiàn)不同電流密度放電曲線時(shí)間并非與電壓成正比，說(shuō)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(jié)果與循環(huán)伏安測(cè)試一致。從恒流充放電與循環(huán)伏安測(cè)試對(duì)比中，學(xué)生明白了研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)同一個(gè)問(wèn)題可從多方面進(jìn)行驗(yàn)證，培養(yǎng)了學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，為以后從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)類(lèi)比，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。在進(jìn)行電化學(xué)阻抗測(cè)試時(shí)，教師要求學(xué)生設(shè)定測(cè)試頻率范圍及振幅。以此條件測(cè)試其開(kāi)路電壓，在開(kāi)路電壓下測(cè)試電極的電化學(xué)阻抗，畫(huà)出電化學(xué)阻抗等效電路圖并對(duì)阻抗圖譜進(jìn)行理論分析。教師要求學(xué)生可通過(guò)類(lèi)比其它體系的電化學(xué)阻抗測(cè)試圖解釋此阻抗圖譜。學(xué)生提出電極的交流阻抗圖可分成三部分:高頻區(qū)、中頻區(qū)和低頻區(qū)。高頻區(qū)與實(shí)軸Z'的截距表示電極內(nèi)阻Rb。高頻區(qū)第一象限中出現(xiàn)一段較小的圓弧，該圓弧的直徑為電化學(xué)反應(yīng)電阻Rct。通過(guò)實(shí)驗(yàn)類(lèi)比，增加了學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)造興趣。學(xué)生有意向?qū)⒋朔〝U(kuò)展到其他體系如Co3O4、NiO、MnO2等進(jìn)行研究型實(shí)驗(yàn)，探討影響電極材料電化學(xué)性能的各種因素。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)超級(jí)電容器電極材料研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，使學(xué)生能夠了解目前超級(jí)電容器電極材料方面的科學(xué)前沿問(wèn)題，熟悉如何設(shè)計(jì)研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。對(duì)于研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)，采用啟發(fā)式教學(xué)，合理設(shè)計(jì)研究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)及問(wèn)題，結(jié)合已有知識(shí)將理論簡(jiǎn)單化，實(shí)驗(yàn)與理論、觀察相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、知識(shí)運(yùn)用能力、分析和解決問(wèn)題的能力，增加了學(xué)生對(duì)科學(xué)研究與創(chuàng)造的興趣。有利于將學(xué)生培養(yǎng)成為具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，為以后的工作及研究深造打下良好的基礎(chǔ)。

作者：于占軍 殷榕燦 單位：阜陽(yáng)師范學(xué)院

材料化學(xué)論文:燒結(jié)對(duì)材料電化學(xué)特性影響

本文作者：牟 菲 楊學(xué)林 代忠旭 張露露 溫兆銀 單位：三峽大學(xué) 機(jī)械與材料學(xué)院 三峽大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 中國(guó)科學(xué)院 上海硅酸鹽研究所

近二十年來(lái),綠色環(huán)保鋰離子電池為便攜式電子產(chǎn)品和通訊工具的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn),并作為下一代新型能源的代表,將進(jìn)一步應(yīng)用于交通動(dòng)力系統(tǒng).作為未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)(EV)和混合電動(dòng)汽車(chē)(HEV)的動(dòng)力電源,鋰離子電池電極材料特別是正極材料的性能至關(guān)重要.自從Padhi等[1]首次報(bào)道LiFePO4正極材料以來(lái),LiFePO4因其具有安全、穩(wěn)定、環(huán)境友好、成本低、平臺(tái)平穩(wěn)及循環(huán)性能好等優(yōu)良特性,成為下一代鋰離子電池正極材料最具潛力的競(jìng)爭(zhēng)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(shù)都需要通過(guò)燒結(jié)工藝才能獲得結(jié)晶良好的LiFePO4正極材料,燒結(jié)對(duì)LiFePO4材料的純度、結(jié)晶度、顆粒大小有明顯的影響.已有研究顯示,適當(dāng)提高燒結(jié)溫度有利于LiFePO4晶體形成,但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致晶粒持續(xù)長(zhǎng)大并影響LiFePO4化學(xué)穩(wěn)定性,而燒結(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)使材料產(chǎn)生明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象[13-15].然而燒結(jié)方式對(duì)合成材料性能的影響的報(bào)道則較少.本工作分別采用靜態(tài)氣氛燒結(jié)(SA)、動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)(DA)和靜態(tài)真空燒結(jié)(SV)三種方式對(duì)LiFePO4/C前驅(qū)體進(jìn)行燒結(jié)得到LiFePO4/C復(fù)合正極材料,著重探討了不同燒結(jié)方式對(duì)材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性能的影響.

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1LiFePO4/C復(fù)合材料的制備以酒精為介質(zhì)按化學(xué)計(jì)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(qū)體(PRE).將裝有前驅(qū)體的氧化鋁料舟置于石英管式爐(OTF-1200X,合肥科晶)中,在氮?dú)鈿夥障骂A(yù)燒(350℃,5h)后,分別在550、600、650、700和750℃燒結(jié)10h.隨爐冷卻后,在瑪瑙研缽中研磨、過(guò)篩,得到的LiFePO4/C復(fù)合材料分別標(biāo)記為SA550、SA600、SA650、SA700和SA750.真空燒結(jié)在自制真空爐(殘壓<50Pa)中進(jìn)行,不同溫度燒結(jié)所得復(fù)合材料分別標(biāo)記為SV600、SV650、SV700和SV750.動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)在回轉(zhuǎn)爐(HB-In8?30,咸陽(yáng)藍(lán)光)中進(jìn)行(轉(zhuǎn)速2.5r/min),不同溫度所得復(fù)合材料分別標(biāo)記為DA400、DA500、DA550、DA600、DA650、DA700和DA750.

1.2復(fù)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(fù)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(shù)據(jù)采用Jade5軟件分析.復(fù)合材料的微觀形貌用掃描電子顯微鏡(JSM-6700F,日本)進(jìn)行觀察.1.3復(fù)合材料電極制備及電化學(xué)性能測(cè)試將復(fù)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(fù)合材料、乙炔黑和PVdF的質(zhì)量比為75:15:10.得到的漿料借助于自動(dòng)涂膜器(AFA-Ⅱ,上?，F(xiàn)代環(huán)境)涂布于鋁箔上,經(jīng)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(fù)合材料電極轉(zhuǎn)移到充滿氬氣的手套箱(MIKROUNA,<1×106H2O,<1×106O2)中,然后以金屬鋰為對(duì)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(guó)泰華榮).充放電性能測(cè)試在電池測(cè)試系統(tǒng)(LANDCT2001A,武漢金諾)上進(jìn)行,電壓范圍為2.5~4.2V.采用電化學(xué)工作站CHI614C進(jìn)行CV測(cè)試,掃描電壓范圍為3.0~4.0V,掃描速度為0.1~0.5mV/s.

2結(jié)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(tài)氣氛燒結(jié)、動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)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(biāo)準(zhǔn)譜圖(PDF81-1173)對(duì)照,合成材料衍射峰與LiFePO4標(biāo)準(zhǔn)譜圖譜完全吻合,且沒(méi)有出現(xiàn)雜質(zhì)峰,表明由該前驅(qū)體采用三種不同燒結(jié)方式獲得的樣品均具有橄欖石型純相結(jié)構(gòu).衍射峰峰形及強(qiáng)度是材料結(jié)晶性的一個(gè)指標(biāo)[16].圖1(b)比較了前驅(qū)體以及不同LiFePO4/C材料的XRD衍射峰與前驅(qū)體同角度衍射峰峰強(qiáng)度差(Δ),從中可以發(fā)現(xiàn),不同燒結(jié)方式得到材料結(jié)晶度略有差別,真空燒結(jié)得到材料的衍射峰強(qiáng)度最大,這是由于在真空條件下發(fā)生碳熱還原時(shí)產(chǎn)生的CO2和CO可以迅速排出,反應(yīng)平衡正移,有利于LiFePO4顆粒生長(zhǎng)[17].圖2為在不同溫度下采用三種燒結(jié)方式制得樣品的SEM照片.從圖中可以看出靜態(tài)真空燒結(jié)制得材料的粒徑在300~500nm之間,而靜態(tài)氣氛與動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)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(yīng)平衡移動(dòng)有關(guān),又與顆粒表面包覆碳對(duì)晶粒生長(zhǎng)的阻礙作用有關(guān).碳熱反應(yīng)過(guò)程中碳對(duì)三價(jià)鐵的還原由以下三個(gè)反應(yīng)構(gòu)成。系統(tǒng)溫度低于650℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)(1),生成CO2,而溫度高于650℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)(2),生成CO[18-19].在真空條件下燒結(jié),產(chǎn)物CO會(huì)被迅速排出,在帶走熱量的同時(shí)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(zhǎng)阻力減小.而在氣氛下燒結(jié),CO在反應(yīng)體系中滯留時(shí)間較長(zhǎng).由于CO的還原性大于熱解炭,所以會(huì)繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)(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(zhǎng)大.此外,與真空燒結(jié)相比,動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)所得材料的顆粒大小和形貌均勻性更好,這是由于燒結(jié)時(shí)粉體物料隨爐管旋轉(zhuǎn)而被反復(fù)攪拌,受熱更加均勻,并且動(dòng)態(tài)燒結(jié)還可以有效阻礙長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)導(dǎo)致的顆粒之間相互粘結(jié)與長(zhǎng)大[20].采用文獻(xiàn)[21]報(bào)道的碳含量測(cè)定方法,對(duì)不同燒結(jié)工藝所得材料進(jìn)行碳含量測(cè)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(shuō)明在真空下碳易以CO的形式被排出而損失.除燒結(jié)方式外,燒結(jié)溫度對(duì)材料形貌也有顯著影響.對(duì)比圖2(d)~(g)可以看出.將動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)溫度由400℃逐漸提高到700℃,材料顆粒團(tuán)聚現(xiàn)象越來(lái)越明顯.700℃時(shí)已有大量顆粒融合為塊狀.

2.2復(fù)合材料的電化學(xué)性能分析圖3為不同溫度下采用三種燒結(jié)方式所得材料在0.5C倍率下的充放電循環(huán)性能.動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)最佳溫度為500℃,靜態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)最佳燒結(jié)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(jīng)歷50次循環(huán)后動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)材料容量保持率高達(dá)99.02%,靜態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)材料容量則出現(xiàn)了緩慢上升的趨勢(shì).動(dòng)態(tài)燒結(jié)溫度低說(shuō)明燒結(jié)過(guò)程中進(jìn)行擾動(dòng)利于熱量傳遞,得到形貌及性能均勻的粉體物料,靜態(tài)氣氛燒結(jié)和真空燒結(jié)所得材料的容量上升現(xiàn)象則與材料在循環(huán)過(guò)程中的活化有關(guān)[22-23].鋰離子電池能為電子設(shè)備提供穩(wěn)定工作電壓是因?yàn)槠渚哂欣硐氲碾妷浩脚_(tái).因此,平臺(tái)放電比容量占總放電比容量的百分比(即平臺(tái)率)才能真實(shí)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(tái)延長(zhǎng)線相交于A、B兩點(diǎn),將A、B兩點(diǎn)間的比容量定義為平臺(tái)比容量,平臺(tái)比容量與相應(yīng)循環(huán)滿比容量的比值則為平臺(tái)率[24].據(jù)此計(jì)算650℃下真空燒結(jié)、靜態(tài)氣氛燒結(jié)和動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)樣品在0.5C倍率下放電平臺(tái)率分別為92.76%、95.66%和95.21%.真空燒結(jié)材料平臺(tái)率較低與所得材料晶粒尺寸增大有關(guān),活性物質(zhì)顆粒越大,Li+散的距離越長(zhǎng),這與SEM觀察結(jié)果(圖2)一致.圖5(a)為650℃下動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)材料電極在不同掃描速度下的系列循環(huán)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(yīng).隨著掃描速度的增大,氧化還原峰強(qiáng)度和峰面積都增大,同時(shí)氧化峰和還原峰分別向高電位和低電位移動(dòng),這說(shuō)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(huán)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(zhuǎn)移電荷數(shù),γ為掃描速度.圖5(b)即Ip–γ1/2關(guān)系圖.通過(guò)線形擬合得到的斜率與等式(1)結(jié)合得到650℃動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)樣品脫鋰和嵌鋰過(guò)程的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)Dc和Da分別為1.24×108和7.68×109cm2/s,遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)報(bào)道值[7,25-26].表1比較了650℃下真空燒結(jié)、靜態(tài)氣氛燒結(jié)和動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)樣品的Dc和Da計(jì)算結(jié)果.動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)樣品的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)大于另外兩種燒結(jié)方式所得樣品的鋰離子擴(kuò)散系數(shù),這與材料燒結(jié)過(guò)程中因擾動(dòng)而引入的晶格缺陷有關(guān),缺陷可為鋰離子擴(kuò)散提供額外通道.擴(kuò)散系數(shù)的提高對(duì)于LiFePO4正極材料在大功率放電(如HEV等)設(shè)備中的應(yīng)用與發(fā)展具有重要意義.

3結(jié)論

通過(guò)三種不同燒結(jié)方式處理LiFePO4/C前驅(qū)體,發(fā)現(xiàn)燒結(jié)方式對(duì)材料的結(jié)晶度、形貌、最佳合成溫度以及電化學(xué)性能都有一定影響.同一溫度下,采用靜態(tài)真空燒結(jié)得到材料的結(jié)晶度最好,而動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)所得材料具有更細(xì)、更均勻的顆粒,更高的首次庫(kù)侖效率和更大的鋰離子擴(kuò)散系數(shù).另外,采用動(dòng)態(tài)氣氛燒結(jié)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(yōu)異的LiFePO4/C復(fù)合材料,0.5C倍率下該材料首次放電比容量達(dá)到163.4mAh/g,50次循環(huán)后容量保持率高達(dá)99.02%.

材料化學(xué)論文:材料化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)及教學(xué)革新

高等院校能否培養(yǎng)出高素質(zhì)、創(chuàng)新型的學(xué)生,是當(dāng)前高等教育改革面臨的重大課題和挑戰(zhàn)。[1]主席在2010年5月26日召開(kāi)的全國(guó)人才工作會(huì)議上強(qiáng)調(diào),全黨全國(guó)要統(tǒng)一思想,真抓實(shí)干,全面落實(shí)加快建設(shè)人才強(qiáng)國(guó)各項(xiàng)戰(zhàn)略任務(wù),努力培養(yǎng)造就數(shù)以億計(jì)的高素質(zhì)勞動(dòng)者、數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的專(zhuān)門(mén)人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才。高等學(xué)校作為人才培養(yǎng)的主要機(jī)構(gòu),對(duì)以上人才培養(yǎng)任務(wù)有著義不容辭的責(zé)任。加強(qiáng)對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),是高等學(xué)校素質(zhì)教育的重要內(nèi)容。在人才培養(yǎng)的過(guò)程中,課程作為傳播知識(shí)、培養(yǎng)能力的載體,對(duì)實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)的目標(biāo)具有舉足輕重的作用。無(wú)機(jī)材料化學(xué)是一門(mén)快速發(fā)展的交叉性和前沿性學(xué)科,有機(jī)地融合了化學(xué)和材料學(xué)兩個(gè)一級(jí)學(xué)科的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。該課程不斷進(jìn)行改革與實(shí)踐,對(duì)于培養(yǎng)材料化工領(lǐng)域創(chuàng)新型人才具有重要意義。

一、無(wú)機(jī)材料化學(xué)的學(xué)科特色

材料是人類(lèi)文明的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo),是直接推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的動(dòng)力。基于材料對(duì)社會(huì)發(fā)展的作用,人們將信息、能源和材料并列為現(xiàn)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(chǔ)。新材料既是當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分,又是發(fā)展高新技術(shù)的重要支柱和突破口。伴隨著信息時(shí)代的來(lái)臨和材料設(shè)計(jì)、制備及加工的信息化處理,世界各國(guó)都將目光轉(zhuǎn)向具有“高、精、細(xì)”特征的新材料萬(wàn)面,我國(guó)也將新材料作為重點(diǎn)發(fā)展的行業(yè)之一。鑒于此,國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要(2006年-2020年)將新材料技術(shù)列為前沿技術(shù),提出新材料技術(shù)將向材料的結(jié)構(gòu)功能復(fù)合化、功能材料智能化、材料與器件集成化、制備和使用過(guò)程綠色化發(fā)展;要突破現(xiàn)代材料設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、表征與先進(jìn)制備加工技術(shù),在納米科學(xué)研究的基礎(chǔ)上發(fā)展納米材料與器件,開(kāi)發(fā)超導(dǎo)材料、智能材料、能源材料等特種功能材料,開(kāi)發(fā)超級(jí)結(jié)構(gòu)材料、新一代光電信息材料等新材料。這一切都預(yù)示著材料科學(xué)正經(jīng)歷著一次重大的變革。因此,加強(qiáng)材料科學(xué)領(lǐng)域創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是時(shí)代的要求。

無(wú)機(jī)材料化學(xué)是材料化學(xué)家從材料科學(xué)、材料工藝和技術(shù)的角度出發(fā),把固體物理、固體化學(xué)相關(guān)理論和工程方面有關(guān)無(wú)機(jī)材料研究的化學(xué)內(nèi)容集中起來(lái),加以分析、綜合和提高而形成的一門(mén)獨(dú)立學(xué)科。[2]無(wú)機(jī)材料化學(xué)研究的范圍非常廣泛,包括材料相關(guān)的基本概念和理論、制備原理、結(jié)構(gòu)表征、重要的材料類(lèi)型及其相關(guān)性能等多方面的內(nèi)容,涉及了固體物理、固體化學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的相關(guān)理論,是一門(mén)典型的交叉性學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái),材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展異常迅猛,材料科學(xué)與生命科學(xué)、信息科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等共同構(gòu)成了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的前沿。展望21世紀(jì),材料科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的前沿有微電子材料、新型光電子材料、稀土功能材料、先進(jìn)陶瓷材料、高溫超導(dǎo)材料、納米材料等,[3]這些都屬于無(wú)機(jī)材料化學(xué)的研究范疇。因此,無(wú)機(jī)材料化學(xué)又是一門(mén)具有前沿性的學(xué)科?；趯W(xué)科背景和課程特點(diǎn),我們?cè)诖筮B理工大學(xué)教改項(xiàng)目的支持下,以提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力為主線,以建設(shè)精品課程為目標(biāo),進(jìn)行了一系列教學(xué)改革和研究。

二、教學(xué)內(nèi)容的選取

高等學(xué)校教學(xué)中教材內(nèi)容的陳舊是影響創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的突出問(wèn)題,也是高校課程改革的重點(diǎn)。目前,高校教材內(nèi)容不能適應(yīng)現(xiàn)代化人才培養(yǎng)的需要,內(nèi)容的先進(jìn)性方面不能適應(yīng)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的要求,不能適應(yīng)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代創(chuàng)造型人才培養(yǎng)的要求。[4]特別是面對(duì)具有前沿性特點(diǎn)的材料化學(xué),教材的內(nèi)容相比于飛速增長(zhǎng)和更新的新材料來(lái)說(shuō),嚴(yán)重滯后。而要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才,掌握最新的科研成果對(duì)于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維非常重要。[5]向?qū)W生講授科學(xué)前沿知識(shí)可以激發(fā)學(xué)生們的求知欲,為他們提供一個(gè)創(chuàng)新的空間,使學(xué)生能夠近距離地感受創(chuàng)新的價(jià)值和創(chuàng)新帶來(lái)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(xué)林建華、荊西平編寫(xiě)的《無(wú)機(jī)材料化學(xué)》。該書(shū)將無(wú)機(jī)材料化學(xué)中重要的基礎(chǔ)問(wèn)題做了全面的討論,這本教材最大的特點(diǎn)在于它介紹了無(wú)機(jī)材料化學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展,并附有近期發(fā)表在國(guó)際主流期刊上的相關(guān)文獻(xiàn),整本教材體現(xiàn)著材料科學(xué)、化學(xué)和物理等學(xué)科交叉與滲透的特點(diǎn)。如果學(xué)生對(duì)教材中的某些前沿內(nèi)容感興趣,可以在教材中找到相應(yīng)的參考文獻(xiàn),在圖書(shū)館下載后仔細(xì)閱讀。

課堂上僅傳授知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,教學(xué)內(nèi)容還要有一定的探索性,能讓學(xué)生有一定的思考空間。教學(xué)中,我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)來(lái)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(xué)內(nèi)容,結(jié)合自身科研經(jīng)歷令課堂生動(dòng)有趣,深化了教學(xué)效果。我們經(jīng)常把自己在科研工作中的體會(huì)、最新科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計(jì)一些開(kāi)放式的問(wèn)題與學(xué)生探討,自覺(jué)地把創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)融入課堂教學(xué)之中。我們還結(jié)合相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容,穿插講解一些科學(xué)方法論的知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。例如,在講到固溶體合金的形成規(guī)律時(shí),我們向?qū)W生講述了現(xiàn)代物理冶金學(xué)重要?jiǎng)?chuàng)始人William Hume Rothery在聽(tīng)力完全喪失、健康狀況非常不佳的情況下,憑借堅(jiān)強(qiáng)的毅力和非凡的生活熱情,在異常簡(jiǎn)陋的工作條件下,開(kāi)創(chuàng)性地提出了著名的Hume Rothery準(zhǔn)則。這位杰出的科學(xué)家一生始終以樂(lè)觀向上的生活態(tài)度,堅(jiān)持不懈地勤奮工作著。學(xué)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(xué),在某一領(lǐng)域取得杰出成就。我們經(jīng)常把本學(xué)科碰到的難題以及學(xué)科前沿的問(wèn)題向?qū)W生進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕榻B,激發(fā)學(xué)生的民族自豪感,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探究精神。例如,在講到第八章電介質(zhì)材料時(shí),我們將著名納米科學(xué)家王中林發(fā)表在《科學(xué)》上的氧化鋅“納米發(fā)電機(jī)”一文介紹給學(xué)生。在講到第九章超導(dǎo)材料時(shí),我們向?qū)W生們介紹了我國(guó)在超導(dǎo)材料的研制上一直處于國(guó)際領(lǐng)先水平,特別是2008年我國(guó)在高溫超導(dǎo)研究上取得重大突破,發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)新的高溫超導(dǎo)材料———鐵基超導(dǎo)材料,在全球范圍內(nèi)掀起了超導(dǎo)材料研究的新熱潮,并介紹了鐵基超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)和性能。在講到第十二章發(fā)光材料時(shí),我們向?qū)W生介紹了大連路明集團(tuán)開(kāi)發(fā)的“水立方幔態(tài)LED”在研發(fā)、制造、安裝中創(chuàng)造的7項(xiàng)“世界第一”。這些事例大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)章節(jié)內(nèi)容的興趣,同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的民族自豪感和投身科學(xué)的信心與決心。實(shí)踐表明,將科研引入教學(xué)過(guò)程,有力地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和能力的提高,促使學(xué)生形成了正確的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度,大大提高了教學(xué)的實(shí)際效果。

三、教學(xué)方法的改革

教學(xué)手段和方法是提高教育質(zhì)量非常重要的一個(gè)方面。傳統(tǒng)的教學(xué)方法以教師為主導(dǎo),以傳授知識(shí)為目的,往往采取灌輸式教學(xué)方法,在很大程度上忽略了學(xué)生的主體地位和創(chuàng)造性,學(xué)生被動(dòng)地接受知識(shí),學(xué)習(xí)積極性不高,教學(xué)效果不理想。要改變過(guò)去那種單純傳授專(zhuān)業(yè)知識(shí)的教學(xué)方法,把培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)作為教學(xué)工作的重點(diǎn),我們必須對(duì)原有教學(xué)方法進(jìn)行改革,采取多樣化的教學(xué)手段激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

本課程的特點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)多而且分散,學(xué)生容易只見(jiàn)樹(shù)木、不見(jiàn)森林。為此,我們理出了一條課程主線,向?qū)W生清晰地展示各章節(jié)的作用以及章節(jié)之間的聯(lián)系(如圖1)。我們力爭(zhēng)做到講課內(nèi)容少而精,重點(diǎn)突出,主次分明,出現(xiàn)在不同章節(jié)但內(nèi)容相關(guān)的部分放在一起講解。例如,與Fermi面附近的能態(tài)密度相關(guān)的性質(zhì)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(dǎo)率(第九章)、超導(dǎo)材料的臨界溫度(第九章)等,將這些知識(shí)點(diǎn)放在一起進(jìn)行對(duì)比和總結(jié),學(xué)生對(duì)Fermi能級(jí)的概念就會(huì)有非常清晰和深刻的認(rèn)識(shí)。課程教學(xué)的重點(diǎn)在于使學(xué)生掌握該學(xué)科的思維方式和研究方法,給學(xué)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(yú)不如授人以漁”,這里強(qiáng)調(diào)的就是教授學(xué)生學(xué)習(xí)方法的重要性。[6]材料的組成和結(jié)構(gòu)決定了其物理性質(zhì),這是材料化學(xué)的核心和基礎(chǔ)。將鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)(第三章)和其鐵電性質(zhì)(第八章)結(jié)合起來(lái)講解,學(xué)生不僅對(duì)該類(lèi)材料的結(jié)構(gòu)和特殊的物理性質(zhì)有了深刻的認(rèn)識(shí),更深化了對(duì)結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的理解,掌握了該課程的學(xué)習(xí)方法。

在實(shí)踐中,我們采取了傳統(tǒng)教學(xué)與多媒體教學(xué)結(jié)合、自主學(xué)習(xí)與協(xié)作學(xué)習(xí)結(jié)合,基于問(wèn)題學(xué)習(xí)、基于案例學(xué)習(xí)、研究型學(xué)習(xí)等多種形式的教學(xué)策略,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)和思考問(wèn)題的效率。實(shí)踐表明,適度使用多媒體教學(xué),將材料實(shí)際應(yīng)用的照片、材料加工制作過(guò)程的視頻等圖片影視資料生動(dòng)地展示給學(xué)生,能為教學(xué)過(guò)程提供豐富的感性材料,豐富課堂教學(xué)內(nèi)容。鑒于新材料的發(fā)展日新月異,每天新概念、新構(gòu)想、新方法都在不斷涌現(xiàn),我們?cè)谡n堂上及時(shí)地將與課程內(nèi)容相關(guān)的最新文獻(xiàn)介紹給學(xué)生,課堂教學(xué)結(jié)束前提出下次課程內(nèi)容的前沿課題,讓學(xué)生在課前完成對(duì)這一前沿課題的研究報(bào)告。這樣一方面可以使這些學(xué)有余力的學(xué)生接觸到材料化學(xué)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,培養(yǎng)他們對(duì)教材內(nèi)容的興趣并找到自己的科研興趣,另一方面可以讓學(xué)生看到自己知識(shí)結(jié)構(gòu)的不足,在學(xué)習(xí)中自覺(jué)地去完善自己。與此同時(shí),這也鍛煉了他們查閱文獻(xiàn)和英文閱讀的能力,為將來(lái)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)科學(xué)研究奠定了一定的基礎(chǔ)。通過(guò)一個(gè)學(xué)期的嘗試,我們感到教學(xué)效果非常好,學(xué)生經(jīng)常在下課后圍著教師交流,提出各種材料學(xué)領(lǐng)域的前沿問(wèn)題與教師探討。有幾個(gè)表現(xiàn)突出的學(xué)生已經(jīng)進(jìn)入到某些課題組,開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)了。另外,在課堂上,我們結(jié)合自己的科研實(shí)踐,提出開(kāi)放式的與課程內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題,讓學(xué)生思考和回答。我們鼓勵(lì)學(xué)生提出不同的見(jiàn)解,這樣就增加了師生互動(dòng),活躍了課堂氣氛,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。我們將本課程教學(xué)方法作一總結(jié)列于表1中。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)

材料化學(xué)與其他化學(xué)分支一樣仍然是一門(mén)實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的學(xué)科。[7]在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)上,我們結(jié)合自己的教學(xué)和科研設(shè)計(jì)了一些具有明顯創(chuàng)新性且與材料化學(xué)教學(xué)內(nèi)容密切相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究課題。人工晶體是一類(lèi)重要的功能材料,它能實(shí)現(xiàn)光(第十二章光學(xué)材料)、電(第八章電介質(zhì)材料;第九章材料的導(dǎo)電性質(zhì);第十章離子導(dǎo)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(zhuǎn)換,在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛。同一種晶體往往會(huì)產(chǎn)生不同的形態(tài),這些形態(tài)將影響晶體的性質(zhì)。同一種晶體的各種形態(tài)是怎樣產(chǎn)生的呢?不同形態(tài)與生長(zhǎng)條件之間有何關(guān)系?第二章講到了無(wú)機(jī)材料的各種制備方法,采用何種制備方法可以獲得預(yù)期的形態(tài)?這些問(wèn)題對(duì)學(xué)生具有強(qiáng)烈的吸引力。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了自主實(shí)驗(yàn)“顯微鏡下觀察晶體的結(jié)晶形態(tài)”,使學(xué)生利用顯微圖像分析系統(tǒng),實(shí)時(shí)觀測(cè)晶體的結(jié)晶過(guò)程及結(jié)晶形態(tài),研究不同的生長(zhǎng)條件和實(shí)驗(yàn)方法對(duì)晶體結(jié)晶形態(tài)的影響規(guī)律,建立對(duì)晶體結(jié)晶的感性認(rèn)識(shí)。

通過(guò)以上對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面的探索與實(shí)踐,學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識(shí)得到了提高。實(shí)踐表明,將科學(xué)研究引入課堂教學(xué),能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,深化教學(xué)效果。無(wú)機(jī)材料化學(xué)是一門(mén)具有廣闊發(fā)展前景的學(xué)科,還需要我們不遺余力地在教學(xué)中進(jìn)行大膽地改革和嘗試,以培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新能力的材料專(zhuān)門(mén)人才。

材料化學(xué)論文:復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)教學(xué)探索

我校復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)目標(biāo)是培養(yǎng)具備復(fù)合材料基本理論和實(shí)踐知識(shí),能夠在復(fù)合材料相關(guān)領(lǐng)域獨(dú)立從事生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、研發(fā)的技術(shù)人才。物理化學(xué)是復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)一門(mén)非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,它為后續(xù)開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)課(高分子物理、高分子化學(xué)、復(fù)合材料原理和復(fù)合材料學(xué)等)奠定基礎(chǔ)。因此學(xué)生對(duì)物理化學(xué)知識(shí)的掌握直接影響專(zhuān)業(yè)課的學(xué)習(xí)和理解,從而影響就業(yè)后的實(shí)踐能力。物理化學(xué)是運(yùn)用物理的理論和實(shí)驗(yàn)方法研究化學(xué)中最基本的規(guī)律和理論的科學(xué)。它所研究的內(nèi)容普遍適用于各個(gè)化學(xué)分之,與材料學(xué)、生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、天體學(xué)、海洋學(xué)等領(lǐng)域密切相關(guān)。但由于它是一門(mén)概念性、理論性、系統(tǒng)性和邏輯性很強(qiáng)的學(xué)科,涉及的公式多,應(yīng)用條件嚴(yán)格,比較抽象,是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感到困難較大的一門(mén)課[1]。隨著當(dāng)今科技迅速發(fā)展,交叉滲透日益突出,按照素質(zhì)教育的要求,并考慮課時(shí)緊縮的實(shí)際情況,我們必須對(duì)物理化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行改革[2]。

1教材的選擇及教學(xué)內(nèi)容的確定

針對(duì)我校復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),選擇的物理化學(xué)教材既要體現(xiàn)當(dāng)前學(xué)科發(fā)展的概貌,同時(shí)又要使學(xué)生具備牢固的理論知識(shí),為以后就業(yè)奠定一定的基礎(chǔ)?？紤]以上因素,我們選擇了面向21世紀(jì)教材,由天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編、高等教育出版社出版的《物理化學(xué)》教材(第五版)。同時(shí)結(jié)合復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)的就業(yè)特點(diǎn),精選了教學(xué)內(nèi)容。該版教材中第一章氣體的PVT關(guān)系,由于高中階段已經(jīng)講述過(guò),所以可以省略。第八、九章的量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)都是從物質(zhì)的微觀難度著手討論的,難度較大,可做簡(jiǎn)單講授,若詳細(xì)探討可開(kāi)設(shè)選修課單獨(dú)進(jìn)行講授。其它章節(jié)的內(nèi)容選擇重點(diǎn)內(nèi)容,尤其是與本專(zhuān)業(yè)相關(guān)的內(nèi)容詳細(xì)講解,例如第六章的相圖、第十章的界面現(xiàn)象內(nèi)容等,并結(jié)合具體的實(shí)例,達(dá)到更好的授課效果。

2物理化學(xué)課堂教學(xué)改革

我校復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的物理化學(xué)課程是繼無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)之后的理論性化學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí),它的知識(shí)內(nèi)容除涉及無(wú)機(jī)、有機(jī)化學(xué)知識(shí)外,還與大量物理和高等數(shù)學(xué)知識(shí)有關(guān).概念抽象,公式原理多,推導(dǎo)過(guò)程繁瑣,內(nèi)容難理解。因此學(xué)生普遍感覺(jué)物理化學(xué)課程更偏重理論,學(xué)習(xí)起來(lái)較難,從而導(dǎo)致對(duì)這門(mén)課程不抱有很大的熱情,學(xué)習(xí)動(dòng)力不大[3]。針對(duì)以上問(wèn)題,對(duì)物理化學(xué)課堂教學(xué)進(jìn)行改革就顯得非常必要。具體的改革措施應(yīng)遵循以下原則:整體設(shè)計(jì)課堂教學(xué)效果;教學(xué)方法和教學(xué)手段最佳;考核方法合理、科學(xué)。

2.1課堂教學(xué)效果的整體設(shè)計(jì)

(1)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)習(xí)興趣至關(guān)重要,學(xué)生若是對(duì)某些課程不感興趣,老師即使講授的再精彩,學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也不會(huì)太好。因此培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就顯得十分必要了。開(kāi)課伊始,教師就應(yīng)該講好緒論部分,充分講述物理化學(xué)課程的重要性,課程內(nèi)容的實(shí)用性,鼓勵(lì)學(xué)生努力學(xué)好物理化學(xué),培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生有了興趣,教師才能較好地進(jìn)行指導(dǎo)。

(2)提高知識(shí)的趣味性。知識(shí)的趣味性是主動(dòng)學(xué)習(xí)的推動(dòng)力。把理論性強(qiáng)、抽象而枯燥的內(nèi)容變得生動(dòng)有趣,是提高課堂教學(xué)效果的有效手段。在教學(xué)過(guò)程中穿插一些與生活實(shí)際密切相關(guān)的問(wèn)題或是適當(dāng)?shù)娜だ?則可以起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用,使課堂富于趣味性。例如,在給學(xué)生介紹水的相圖時(shí)介紹了亞穩(wěn)態(tài)這個(gè)概念,可以以人的健康狀況來(lái)類(lèi)比說(shuō)明?，F(xiàn)代社會(huì)人們的生活節(jié)奏加快,整天忙于工作,鍛煉身體的機(jī)會(huì)很少,大多數(shù)人的身體狀況不佳,多屬于亞健康狀態(tài)。亞健康就是一種亞穩(wěn)態(tài),不穩(wěn)定,不可能長(zhǎng)時(shí)間存在,必須向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變;人要從事正常的生產(chǎn)、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(tài),而不是亞健康狀態(tài)。又如,在講授界面化學(xué)的時(shí)候,可以提問(wèn)學(xué)生在春天光滑的墻壁和粗糙的墻壁哪個(gè)更容易回潮。然后用彎曲表面上的蒸汽壓———開(kāi)爾文公式解釋原因。這種理論與實(shí)際應(yīng)用的結(jié)合,可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,引起學(xué)生探求知識(shí)的欲望,是物理化學(xué)課堂教學(xué)獲得成功的關(guān)鍵一步。

(3)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。物理化學(xué)雖然是一門(mén)理論學(xué)科,但許多定理都是建立在大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,所以物理化學(xué)的知識(shí)是理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的。為了更好的理解課堂上的理論知識(shí),開(kāi)設(shè)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程,這樣既能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力,又能加深學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解程度,而且還能夠建立學(xué)生對(duì)物理化學(xué)這門(mén)課程的實(shí)用性的信心,極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。例如,我們講授化學(xué)動(dòng)力學(xué)這一章的一級(jí)反應(yīng)時(shí),講完理論的同時(shí),開(kāi)設(shè)了“蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定的實(shí)驗(yàn)”,學(xué)生普遍反應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)課堂內(nèi)容有了更深一層次的理解。

2.2優(yōu)化教學(xué)方法和教學(xué)手段

(1)加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)與課后復(fù)習(xí)。物理化學(xué)的公式推導(dǎo)過(guò)程繁瑣,為此非常有必要進(jìn)行課前預(yù)習(xí)。課前預(yù)習(xí)要求學(xué)生對(duì)將要講述的內(nèi)容先瀏覽一遍,不做具體推算,只要求對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容有個(gè)初步掌握,等老師講述時(shí)學(xué)生的思路能與教師同步,使以后教學(xué)活動(dòng)更易開(kāi)展。同時(shí)知識(shí)講授后還要要求學(xué)生經(jīng)常復(fù)習(xí),以免由于公式繁多而混淆或是遺忘,影響后面新知識(shí)的學(xué)習(xí)。在物理化學(xué)教學(xué)中,作業(yè)也是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié),但作業(yè)太多學(xué)生疲于應(yīng)付,太少達(dá)不到復(fù)習(xí)的效果。因此就要求精選習(xí)題,做到“少而精”,力求達(dá)到事半功倍的效果。同時(shí)為了彌補(bǔ)課堂教學(xué)時(shí)數(shù)少而教學(xué)內(nèi)容較多的不足,可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的安排,適當(dāng)選留思考題,然后要求學(xué)生課后查資料,以論文格式上交,這樣既鍛煉了學(xué)生的寫(xiě)作能力,又提高了學(xué)生的積極性。

(2)改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段。在教學(xué)方法上,我們改進(jìn)單一的講授法,采用啟發(fā)式、討論式、互動(dòng)式教學(xué)方法,努力為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。具體做法是教師精心設(shè)計(jì)問(wèn)題,通過(guò)提問(wèn)、回答及組織學(xué)生進(jìn)行討論,在教師與學(xué)生之間形成一種良性互動(dòng)式的教學(xué)模式。在教學(xué)手段上,我們采用多媒體教學(xué)與板書(shū)相結(jié)合的形式,使復(fù)雜抽象的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。對(duì)于難以講解或表達(dá)的內(nèi)容,可以運(yùn)用動(dòng)畫(huà)、影片等手段把難以理解的概念形象化,引起學(xué)生的興趣,加深學(xué)生的理解。但是多媒體教學(xué)也有它的不足之處,多媒體教學(xué)講課速度較快,學(xué)生不能及時(shí)接受教師講授的知識(shí),更沒(méi)有更多的時(shí)間做課堂筆記,不利于課后的復(fù)習(xí)和考試。因此要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來(lái)確定是否選用多媒體教學(xué)。對(duì)于那些有圖像,需要演示過(guò)程的教學(xué)內(nèi)容,例如第六章相圖的演示,第十章界面現(xiàn)象的毛細(xì)管現(xiàn)象、潤(rùn)濕現(xiàn)象等內(nèi)容,多媒體教學(xué)能夠化靜為動(dòng),把枯澀的問(wèn)題趣味化,便于學(xué)生深入地了解相關(guān)知識(shí),能得到很好的教學(xué)效果;而對(duì)于重要公式的推導(dǎo)方面的教學(xué)內(nèi)容采用板書(shū)的形式更合適。只有采用多媒體教學(xué)和板書(shū)相結(jié)合的形式,才能收到最佳的教學(xué)效果.

3合理、科學(xué)的考核方法

合理、科學(xué)的考核方法能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力,提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。簽于此,我們結(jié)合本校的具體情況和專(zhuān)業(yè)特點(diǎn),摒棄了傳統(tǒng)的只以期末考試成績(jī)?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的考核方式,采用多項(xiàng)合并的方法綜合測(cè)評(píng)。具體測(cè)評(píng)方法為期末考試成績(jī)占總成績(jī)的70%,體現(xiàn)學(xué)生動(dòng)手能力的實(shí)驗(yàn)課程占總成績(jī)的10%,平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)的20%。平時(shí)成績(jī)又分為三部分:出勤率占3分,作業(yè)成績(jī)和平時(shí)的小測(cè)驗(yàn)成績(jī)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(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,學(xué)生能積極參與課堂問(wèn)題的討論和回答,改變了物理化學(xué)枯燥,沉悶的課堂氣氛,大大地提高了教學(xué)質(zhì)量。

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)我校復(fù)合材料專(zhuān)業(yè)的具體情況對(duì)該專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的物理化學(xué)課程課堂教學(xué)進(jìn)行了改革,包括教材的選擇、課堂效果的整體設(shè)計(jì)、教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革、課程考核體系的建立等。實(shí)踐結(jié)果證明以上的教學(xué)改革方案大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,學(xué)生能夠積極思考、回答問(wèn)題,也極大地提高了教學(xué)質(zhì)量。但是教研改革永無(wú)止境,我們會(huì)繼續(xù)更深入地進(jìn)行物理化學(xué)教學(xué)改革,使之建設(shè)成學(xué)生更受歡迎的課程。