陳欽慧，鄭 瑛

(福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350007)

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材料學(xué)專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)改革探討*

陳欽慧，鄭 瑛

(福建師范大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350007)

針對材料學(xué)專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀及其存在的問題，就課程安排、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及實驗教學(xué)等方面進(jìn)行一系列的改革，緊緊圍繞側(cè)重于高分子基的材料學(xué)專業(yè)特點，探索適合專業(yè)特點的分析化學(xué)課程教學(xué)。將“化學(xué)分析”和“儀器分析”分成兩個時間段講授，建立復(fù)雜環(huán)境下材料結(jié)構(gòu)剖析的案例庫，組織學(xué)生自學(xué)和討論，增加樣品預(yù)處理的相關(guān)內(nèi)容。多年的實踐證明，教學(xué)改革獲得了較好的效果。

材料學(xué)；分析化學(xué)；教學(xué)改革

分析化學(xué)是研究物質(zhì)的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)及其測定方法的一門學(xué)科[1-2]，是高等院校化學(xué)、化工、材料、醫(yī)藥、食品、環(huán)境等專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程[3]，它主要解決物質(zhì)“有什么”、“有多少”、“啥結(jié)構(gòu)”三個問題。人們利用分析化學(xué)相關(guān)知識，制定分析方法，獲得物質(zhì)的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)信息，為生產(chǎn)和科研提供支撐，也作為決策和解決問題的依據(jù)。因此，分析化學(xué)是化學(xué)研究中最基礎(chǔ)、最根本的一門學(xué)科，它也是材料學(xué)專業(yè)的一門基礎(chǔ)學(xué)科。近年來，我們在課程安排、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法手段以及實驗教學(xué)等進(jìn)行一系列的改革，以適應(yīng)材料學(xué)工科專業(yè)的應(yīng)用需求。

1 分析化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀與存在的問題

分析化學(xué)包括“化學(xué)分析”和“儀器分析”兩部分。目前，這門課程主要安排在一年級，此時，學(xué)生主要接受的是通識教育和專業(yè)基礎(chǔ)教育，不能將分析化學(xué)的有關(guān)知識尤其是儀器分析方面的知識與專業(yè)需求聯(lián)系起來。其次，化學(xué)分析以四大滴定為主，酸堿、絡(luò)合、氧化還原、沉淀四種滴定方式均要在溶劑中進(jìn)行，而高分子基材料一般都難以溶解，因此，樣品的采集和前處理比滴定分析更為復(fù)雜多變。第三，受學(xué)時數(shù)緊張的限制，傳統(tǒng)教學(xué)以教師講授為主，缺少師生的雙向互動，學(xué)生不易融入教學(xué)活動中。第四，我校的分析化學(xué)實驗安排在化工學(xué)院進(jìn)行，無論是化學(xué)分析還是儀器分析方面的實驗，大多是在溶劑中進(jìn)行分析測定，而難溶的高分子基材料如果按傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)，難以引導(dǎo)學(xué)生將現(xiàn)代分析手段應(yīng)用到材料學(xué)專業(yè)中。

2 材料學(xué)分析化學(xué)教學(xué)改革舉措

2.1 依照課程模塊設(shè)置，合理安排開課時間

將“化學(xué)分析”和“儀器分析”兩部分內(nèi)容分別安排在一下和三上兩個時間段進(jìn)行教學(xué)。化學(xué)分析和無機(jī)化學(xué)兩門基礎(chǔ)課程有許多重復(fù)的教學(xué)內(nèi)容，例如，溶液的平衡理論，這樣安排可以縮減相同或相近的內(nèi)容，減少課程間重復(fù)的知識。三上學(xué)生已經(jīng)接受了《高分子化學(xué)》和《高分子物理》等專業(yè)課程的教育，能理解高分子材料由結(jié)構(gòu)單元組成分子鏈、再交聯(lián)成體型結(jié)構(gòu)、并在空間進(jìn)行排列和堆砌形成超分子結(jié)構(gòu)的特點，及其難溶、不易導(dǎo)電的特征。此時，講授儀器分析就可以針對各種儀器對于樣品的要求，引導(dǎo)學(xué)生尋找合適的手段解決高分子物質(zhì)的組成、含量和結(jié)構(gòu)分析，針對現(xiàn)代分析儀器在高分子材料中的具體應(yīng)用進(jìn)行有針對性的講解。例如，利用高分子材料可熔可燃的特點，選擇熱重-紅外聯(lián)用、熱裂解-氣相-質(zhì)譜聯(lián)用等方法測試其化學(xué)結(jié)構(gòu)，就能做到揚長避短，減少樣品繁瑣的前處理。通過這樣的教學(xué)學(xué)生掌握了探索從高分子宏觀物質(zhì)到微觀世界的手段，從而增強學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 結(jié)合材料學(xué)專業(yè)特點，優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合材料學(xué)專業(yè)特點，調(diào)整分析化學(xué)有關(guān)內(nèi)容，將四大滴定聯(lián)系起來講授，即突出它們的各自應(yīng)用，又體現(xiàn)四大滴定平衡原理和滴定方法的共性；即有對比性，又能保證課程內(nèi)容的系統(tǒng)性。這可以解決分析化學(xué)學(xué)時緊張的問題，還能抽出時間講授樣品的采集和預(yù)處理等方面的相關(guān)內(nèi)容。教學(xué)中深入詳細(xì)地講解各種與高分子材料滴定測試相關(guān)的案例，如聚丙烯接枝馬來酸酐中酸酐含量的測定，使學(xué)生不僅更深刻理解滴定分析的方法和理論，還能讓學(xué)生掌握分析測試前樣品的采集與預(yù)處理方面的理論和技術(shù)，將抽象的內(nèi)容具體化，與專業(yè)銜接，與生活貼近，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。非化學(xué)專業(yè)分析化學(xué)學(xué)時數(shù)均較少，為此，在講授過程中刪除材料學(xué)專業(yè)很少應(yīng)用的知識(如化學(xué)定性分析)、與其它學(xué)科重復(fù)的知識(如氧化還原反應(yīng)基礎(chǔ)知識)及過時的理論知識，增加與材料學(xué)緊密相關(guān)的知識(如熱分析)，并做到與傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容相融合，使學(xué)生能將理論與材料學(xué)專業(yè)相聯(lián)系，不僅僅獲取經(jīng)典的理論知識，還可以從材料學(xué)的角度理解物質(zhì)的組成、含量和結(jié)構(gòu)分析的方法，領(lǐng)會其在日常工作生活和科學(xué)研究中的應(yīng)用。

2.3 改革教學(xué)方法和手段，提高課堂教學(xué)效果

課堂教學(xué)效果的評價，不僅要考查學(xué)生對所學(xué)知識掌握的真實程度，更重要的是全面評價學(xué)生靈活運用知識的能力、實際分析問題和解決問題的能力、創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)[4]。為此，我們調(diào)整課堂教學(xué)安排和教學(xué)方法，采取教師講授、學(xué)生自學(xué)、課堂討論等相結(jié)合，將分析化學(xué)基礎(chǔ)知識與材料學(xué)專業(yè)相結(jié)合，使學(xué)生領(lǐng)會理論知識在專業(yè)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用。以例題、習(xí)題的方式體現(xiàn)材料學(xué)專業(yè)對分析化學(xué)的相關(guān)要求，通過對分析化學(xué)傳統(tǒng)理論進(jìn)行拓展，將各種分析手段應(yīng)用于材料學(xué)專業(yè)，在不增加學(xué)生學(xué)習(xí)時數(shù)的基礎(chǔ)上，增強學(xué)生查閱資料，自主學(xué)習(xí)的能力。此外，我們還建立了復(fù)雜環(huán)境下材料結(jié)構(gòu)剖析的案例庫。學(xué)生分成小組，通過查閱資料，應(yīng)用所學(xué)的分析化學(xué)的基礎(chǔ)知識設(shè)計解決方案。組織小型討論會引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行材料分析探索，引導(dǎo)學(xué)生綜合考慮酸度、配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、沉淀反應(yīng)等對于材料結(jié)構(gòu)剖析的影響。組織學(xué)生根據(jù)自己選擇的材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)剖析，撰寫分析報告并進(jìn)行討論，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用分析化學(xué)基礎(chǔ)知識和材料學(xué)專業(yè)知識的能力以及靈活應(yīng)對分析環(huán)境的能力。將乏味枯燥的分析化學(xué)理論講授與千變?nèi)f化的材料結(jié)構(gòu)剖析聯(lián)系起來，建立一套適合工科專業(yè)基礎(chǔ)教程的分析化學(xué)教案。建成利用分析化學(xué)進(jìn)行材料結(jié)構(gòu)剖析的

案例庫，采用學(xué)生講、教師聽的“反轉(zhuǎn)課堂”模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)的熱情，使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)與掌握分析化學(xué)基本知識和基本原理，并運用相關(guān)基礎(chǔ)知識在本專業(yè)中進(jìn)行“舉一反三”的學(xué)習(xí)、工作和科研創(chuàng)新活動。培養(yǎng)學(xué)生在將來學(xué)習(xí)、工作和科研活動中的創(chuàng)新精神和探索能力，培養(yǎng)與時俱進(jìn)、高綜合素質(zhì)的工科專業(yè)技術(shù)人才。

2.4 緊密聯(lián)系學(xué)生專業(yè)，改革實驗教學(xué)

高分子材料大多難以溶解、難以分散、難以提純，傳統(tǒng)實驗教材中純物質(zhì)的分析測定方法在材料學(xué)專業(yè)中難以直接應(yīng)用。在實驗教學(xué)中，我們根據(jù)高分子材料的特性，重點讓學(xué)生實踐固態(tài)物質(zhì)或復(fù)雜體系樣品的分析測定方法。以紅外分光光度分析(IR)實驗為例，IR分析最常用的方法是溴化鉀壓片法，但是高分子材料基本上不能分散到溴化鉀中，這種方法在學(xué)生將來的生產(chǎn)和科研實踐中使用率很低。為此，我們將實驗教學(xué)的重心轉(zhuǎn)移到漫反射方法和薄膜法。其次，高分子材料各組分分離提純十分困難，我們在實驗教學(xué)過程中會教育學(xué)生靈活運用所學(xué)知識，雖然教科書上IR分析要求待測組分是純物質(zhì)，但現(xiàn)代計算機(jī)強大的計算功能為IR軟件提供了差減法，那么就可以利用差減法從復(fù)雜的高分子材料樣品中剝離出待測組分的紅外譜圖。這樣的實驗教學(xué)可以讓學(xué)生領(lǐng)會現(xiàn)代分析儀器在材料生產(chǎn)和研究中的強大功能，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)分析化學(xué)課程的熱情。

3 結(jié) 論

分析化學(xué)教學(xué)改革提高了材料學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。調(diào)整開課時間、優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法與手段、改革實驗教學(xué)等能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)分析化學(xué)的興趣和熱情，也能調(diào)動他們學(xué)習(xí)的主動性和積極性。分析化學(xué)是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的，其發(fā)展過程融合了不同專業(yè)的需求，因此，結(jié)合各專業(yè)的特點進(jìn)行分析化學(xué)教學(xué)改革是一個不斷探索的過程。在今后的教學(xué)過程中，我們將進(jìn)一步豐富高分子材料剖析案例庫，更新教育觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)水平，為材料學(xué)專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)提供新方法，甚或為工科專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)提供借鑒。

[1] 武漢大學(xué).分析化學(xué).5版[M].北京:高等教育出版社,2006:1.

[2] 華東理工大學(xué),四川大學(xué).分析化學(xué).6版[M].北京:高等教育出版社,2009:1.

[3] 曹麗偉.非化學(xué)專業(yè)《分析化學(xué)》課程教學(xué)改革探討[J].廣州化工,2014,42(12):243-244.

[4] 劉斌.輕化工程專業(yè)分析化學(xué)教學(xué)改革探討[J].廣州化工,2012,40(11):226-227,241.

Discussion on Reform of Analytical Chemistry Teaching for Materials Science Majors*

CHENQin-hui,ZHENGYing

(College of Material Science and Engineering, Fujian Normal University, Fujian Fuzhou 350007, China)

Against the current situation and the problems of Analytical Chemistry teaching for Materials Science majors, based on the properties of polymer materials, a series of reform measures about course arrangement, course contents, teaching methods and experiment teaching were proposed.A useful project fitting the feature of materials science majors was carried out, for example, the teaching of chemical analysis and instrumental analysis in different time, the establishment of case based on material structure analysis in complex environment, the interaction between teachers and students, the increase of the content of sample pretreatment.The practice showed that the teaching reform achieved good results.

materials; Analytical Chemistry; teaching reform

福建師范大學(xué)教學(xué)改革研究項目資助(No: I201502021)。

G642.0

A

1001-9677(2016)019-0186-02