井立強(qiáng)，曲 陽(yáng)，任志宇，王國(guó)鳳

（黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150080）

材料化學(xué)是材料科學(xué)與化學(xué)交叉滲透形成的一門(mén)新興學(xué)科。在學(xué)科內(nèi)容方面，材料化學(xué)并未得到一致的認(rèn)可，“材料化學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容也往往與本專業(yè)開(kāi)設(shè)的其他課程內(nèi)容重疊。面對(duì)這一問(wèn)題，針對(duì)材料化學(xué)專業(yè)課程教學(xué)改革進(jìn)行探究十分有必要。

1 材料化學(xué)專業(yè)課程概述

作為一門(mén)新興學(xué)科，材料化學(xué)具有理工結(jié)合以及跨學(xué)科的特點(diǎn)，在信息、能源、環(huán)境、航空航天等前沿學(xué)科中發(fā)揮著越來(lái)越不可替代的作用。如今，材料化學(xué)本科專業(yè)已逐漸在許多大學(xué)站穩(wěn)腳跟，由于材料的多樣性，不同學(xué)校的材料化學(xué)專業(yè)擁有不同的優(yōu)勢(shì)學(xué)科。雖然專業(yè)名稱相同，但是不同的學(xué)校有不同的人才培養(yǎng)計(jì)劃和人才培養(yǎng)目標(biāo)，反映了不同學(xué)校的專業(yè)特點(diǎn)。一些高校在“材料化學(xué)”中側(cè)重于金屬材料，另一些則更關(guān)注無(wú)機(jī)非金屬材料，例正如石油院校會(huì)根據(jù)學(xué)校特點(diǎn)側(cè)重于石油材料，林業(yè)院校則更關(guān)注林業(yè)材料。

2 材料化學(xué)專業(yè)課程教學(xué)改革的必要性

材料化學(xué)是一門(mén)覆蓋材料、化學(xué)、物理等學(xué)科的綜合性學(xué)科，涉及材料的合成理論、組織結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)、化學(xué)特性等關(guān)鍵內(nèi)容。掌握材料化學(xué)對(duì)了解當(dāng)前新材料的生產(chǎn)和獨(dú)特功能具有重要意義，對(duì)了解我國(guó)新能源和新材料的發(fā)展趨勢(shì)有很大幫助。近年來(lái)，由于我國(guó)高科技的快速發(fā)展，材料化學(xué)研究和相關(guān)理論取得了優(yōu)異的成績(jī)。同時(shí)，材料化學(xué)的發(fā)展也面臨學(xué)術(shù)研究中的一些指導(dǎo)性問(wèn)題，這對(duì)我國(guó)高校材料化學(xué)相關(guān)課程的教學(xué)提出了更高的要求。

在材料化學(xué)的研究方向和研究目標(biāo)方面，教材應(yīng)具有學(xué)以致用的應(yīng)用功能，目的明確、專注前沿，幫助學(xué)生盡快適應(yīng)未來(lái)的科學(xué)研究，并能在材料科學(xué)的發(fā)展中作出適當(dāng)?shù)姆此?。此外，由于材料化學(xué)是一門(mén)新興學(xué)科，其發(fā)展實(shí)踐時(shí)間短、研究范圍廣、可利用的課程參考資料相對(duì)較少，許多新理論和新技術(shù)無(wú)法在教材中得到豐富，教材編寫(xiě)者的素質(zhì)有待提高。在“材料化學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容中體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)教材的優(yōu)化和改革十分重要[1]。當(dāng)前，“材料化學(xué)”課程正以當(dāng)前我國(guó)材料高新技術(shù)的發(fā)展需求為動(dòng)力，深入推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容、方法、實(shí)踐等方面的改革。

3 材料化學(xué)專業(yè)課程的教學(xué)現(xiàn)狀分析

3.1 專業(yè)教學(xué)內(nèi)容存在滯后性

隨著我國(guó)新材料、新技術(shù)、新理論的不斷發(fā)展，材料化學(xué)的知識(shí)更新迅速，在日常生活中的應(yīng)用更加廣泛，相關(guān)領(lǐng)域的研究更加深入，甚至出現(xiàn)了新的領(lǐng)域。然而，目前我國(guó)高校材料化學(xué)專業(yè)的教材更新相對(duì)緩慢，現(xiàn)有的教材原則上無(wú)法解釋和分析當(dāng)前的新技術(shù)和新材料，理論與實(shí)際存在差距，導(dǎo)致學(xué)生很難及時(shí)了解當(dāng)前的新理論和新技術(shù)，特別是一些已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的新材料。一些高校在材料化學(xué)理論的更新方面問(wèn)題較多、實(shí)驗(yàn)研究較少，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解不足，無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步學(xué)習(xí)，影響了教學(xué)效果[2]。還有一些高校存在“材料化學(xué)”課程配置不合理的問(wèn)題。因?yàn)椴牧匣瘜W(xué)屬于多學(xué)科知識(shí)，特別是化學(xué)、數(shù)學(xué)、材料等學(xué)科，學(xué)生需要掌握更多的基礎(chǔ)知識(shí)，所以許多高校在開(kāi)設(shè)“材料化學(xué)”課程的同時(shí)，也配套了數(shù)學(xué)、化學(xué)相關(guān)課程，以深化材料化學(xué)的研究。但是，部分學(xué)校的配置不完善，例如判斷新材料的張量性質(zhì)需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，然而某些學(xué)校對(duì)這方面的關(guān)注不夠，只開(kāi)設(shè)了“高等數(shù)學(xué)”課程，未將“線性代數(shù)”納入基本課程配置，影響了學(xué)生對(duì)新材料的定量分析[3]。

3.2 教學(xué)方式較為保守

“材料化學(xué)”課程教學(xué)改革關(guān)注教學(xué)方法的創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)教學(xué)方法對(duì)提高教學(xué)效果的重要性。然而，目前“材料化學(xué)”課程的教學(xué)方法仍然比較傳統(tǒng)，特別是對(duì)于一些基礎(chǔ)知識(shí)，采用填鴨式教學(xué)方法較多，教學(xué)互動(dòng)相對(duì)較少，學(xué)生的主體性不夠突出；對(duì)于一些需要預(yù)習(xí)的材料化學(xué)知識(shí)，教師的指導(dǎo)不足，導(dǎo)致學(xué)生在課程教學(xué)中難以理解新內(nèi)容。此外，教師對(duì)新媒體技術(shù)的應(yīng)用不足。由于“材料化學(xué)”課程中的一些原理比較抽象，有必要使用多媒體進(jìn)行直觀展示，更有利于學(xué)生的理解。然而，教師在多媒體選擇的方式、頻率和效果方面仍存在薄弱之處。

3.3 教學(xué)投入不足

“材料化學(xué)”也是一門(mén)應(yīng)用性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課，而實(shí)驗(yàn)需要設(shè)備和材料。然而，大多數(shù)高校在“材料化學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)的軟硬件配置上投入不多，教學(xué)環(huán)境建設(shè)不完善。特別是大學(xué)生擴(kuò)招以來(lái)，人均教材和設(shè)備數(shù)量相對(duì)較少，無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，有時(shí)需要8～9名學(xué)生共同完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)效果很難達(dá)到預(yù)期。部分學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備甚至少到只有教師可以演示操作，學(xué)生只能觀看。與學(xué)生直接操作實(shí)驗(yàn)相比，這種實(shí)驗(yàn)解釋的效果相對(duì)較弱，容易降低學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.4 材料化學(xué)專業(yè)課程的教學(xué)弊端

師生在項(xiàng)目中遇到與材料特性相關(guān)的問(wèn)題時(shí)，往往會(huì)采用計(jì)算機(jī)、機(jī)械等方式有效解決或避免這些問(wèn)題。當(dāng)不得不求助于材料本身時(shí)，便需要審視其化學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)以及制造成型過(guò)程。這就要求根據(jù)實(shí)際工程問(wèn)題找到在分子層面或加工流程中改進(jìn)材料的方法。材料化學(xué)專業(yè)就是教人們從前者的角度出發(fā)看待問(wèn)題。與純化學(xué)不同的是，材料化學(xué)專業(yè)通常以工程問(wèn)題為導(dǎo)向（這就要求學(xué)術(shù)界以工業(yè)為基礎(chǔ)，而不是以其他方式為基礎(chǔ)），而不像基礎(chǔ)材料科學(xué)那樣以自然本身為基礎(chǔ)，這也是目前材料工程最受詬病的一點(diǎn)，即工業(yè)與學(xué)術(shù)嚴(yán)重分離、學(xué)術(shù)夸大的問(wèn)題。將物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與其工程性能有機(jī)聯(lián)系起來(lái)是一個(gè)巨大的項(xiàng)目，其中包含許多變量且涉及范圍十分廣泛。

由于材料化學(xué)的研究始終側(cè)重于工程材料的微觀結(jié)構(gòu)，其研究模式必然會(huì)脫離“基于現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的試錯(cuò)”和“低效的人工研究”，朝著工程實(shí)踐選擇研究對(duì)象的方向發(fā)展，將計(jì)算化學(xué)作為在分子水平上設(shè)計(jì)材料的核心工具，將新的表征技術(shù)作為重要的實(shí)驗(yàn)研究工具。與現(xiàn)有的培訓(xùn)計(jì)劃不同，材料化學(xué)專業(yè)課程教師只是從聚合物、金屬和半導(dǎo)體等其他項(xiàng)目中提取一些抽象理論，并將其傳授給沒(méi)有堅(jiān)實(shí)數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)的學(xué)生，被稱為“體驗(yàn)科學(xué)精神”。事實(shí)上，其中并不具備有價(jià)值的內(nèi)容；沒(méi)有工程實(shí)驗(yàn)、數(shù)學(xué)、物理（更不用說(shuō)深?yuàn)W的理論化學(xué)）、代碼編寫(xiě)和程序，在書(shū)中摻雜半導(dǎo)體，在計(jì)算問(wèn)題中摻雜合成塑料；偶爾進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，教師仍在使用過(guò)時(shí)的儀器和手段。經(jīng)過(guò)這些脫離生產(chǎn)實(shí)踐和理論支持的培養(yǎng)，學(xué)生只會(huì)成為書(shū)本的奴隸，而非知識(shí)的主人[4]。

4 材料化學(xué)專業(yè)課程的教學(xué)改革路徑

4.1 完善教學(xué)內(nèi)容的選取

4.1.1 明確材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系

在開(kāi)展教學(xué)之前，教師首先需要明確材料結(jié)構(gòu)與宏觀和微觀性能之間的關(guān)系。層層深入、由淺入深，從表象到內(nèi)在的認(rèn)知能為學(xué)生更好地掌握材料化學(xué)的系統(tǒng)原理提供幫助?！安牧匣瘜W(xué)”作為一門(mén)既需要學(xué)生學(xué)習(xí)理論、又需要學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的課程，只有真正掌握材料科學(xué)的基本原理并理解、掌握材料制備的理論及方式，才能真正提高學(xué)習(xí)成效。

4.1.2 內(nèi)容選擇、基礎(chǔ)與更換的關(guān)系

在講解新知識(shí)點(diǎn)的過(guò)程中，教師還應(yīng)關(guān)注國(guó)內(nèi)外的最新研究成果，重點(diǎn)是連貫的理論、知識(shí)的擴(kuò)展、簡(jiǎn)化內(nèi)容的實(shí)施、選擇性學(xué)習(xí)的原則以及與培訓(xùn)的專業(yè)要求相匹配；教師要在“材料化學(xué)”課程內(nèi)容中體現(xiàn)最新的前沿理論知識(shí)，也要注意與其他學(xué)科和課程的滲透與結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)推廣。

4.1.3 發(fā)揮習(xí)題、例題效用

學(xué)生要想取得良好的學(xué)習(xí)成效，需要加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的練習(xí)。各種練習(xí)題、實(shí)例在整個(gè)“材料化學(xué)”課程教學(xué)過(guò)程中起到了非常重要的作用，是學(xué)生利用自身知識(shí)儲(chǔ)備解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的機(jī)會(huì)，同時(shí)也是學(xué)生思考并尋求問(wèn)題解決對(duì)策的過(guò)程。通過(guò)以練習(xí)為基礎(chǔ)的課堂教學(xué)，學(xué)生能了解自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)、掌握情況，并且及時(shí)鞏固拓展，進(jìn)而提高自身分析、解決問(wèn)題的能力。

4.1.4 演繹、歸納方式的運(yùn)用

學(xué)習(xí)“材料化學(xué)”的重要思想之一就是針對(duì)材料的普遍性、特殊性展開(kāi)一系列探究。培養(yǎng)學(xué)生的演繹、歸納思維，是“材料化學(xué)”課程內(nèi)容選擇的關(guān)鍵，重點(diǎn)是學(xué)生對(duì)歸納假設(shè)的演繹能力。與此同時(shí)，教師應(yīng)注重理論知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)之間的有效整合，完善配置，理清理論與實(shí)踐教學(xué)之間的聯(lián)系，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生掌握知識(shí)原理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。此外，教師還要培養(yǎng)學(xué)生解決、分析問(wèn)題的能力，充分提升學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。

4.2 開(kāi)展基于多媒體技術(shù)的教學(xué)

近年來(lái)，各高校開(kāi)設(shè)的材料化學(xué)專業(yè)主干課程基本上都開(kāi)展了以多媒體技術(shù)為基礎(chǔ)的“材料化學(xué)”課程教學(xué)。這種教學(xué)方式高效且便捷，可以節(jié)省教師的板書(shū)時(shí)間，有效提高教學(xué)效率。教師可以將文字、圖片、動(dòng)畫(huà)、視頻等材料綜合運(yùn)用于教學(xué)活動(dòng)中，使普通教學(xué)方法難以解釋的抽象難懂的知識(shí)更加直觀生動(dòng)，讓學(xué)生輕松理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)，這種生動(dòng)的課堂教學(xué)活動(dòng)借助教師自身的科研成果，具備一定的真實(shí)性及啟發(fā)性特征，能有效調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新潛力，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)。通過(guò)多媒體教學(xué)，教師能向?qū)W生傳遞更多信息和更前沿的知識(shí)，直觀真實(shí)地展示自己的科研成果和經(jīng)驗(yàn)，使抽象的課程內(nèi)容具體化，讓枯燥的課堂氣氛活躍起來(lái)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性也得到大幅度提升。

4.3 建設(shè)材料化學(xué)專業(yè)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室

“材料化學(xué)”課程對(duì)促使學(xué)生掌握國(guó)內(nèi)的新材料、新技術(shù)和新理論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)材料化學(xué)相關(guān)知識(shí)的興趣，吸引更多學(xué)生到中國(guó)從事材料化學(xué)研究等方面有重要意義[5]。因此，各高校應(yīng)重視“材料化學(xué)”課程的教學(xué)意義，積極為“材料化學(xué)”教學(xué)改革所需的設(shè)備、場(chǎng)地、材料等提供政策、資金和人力支持，改善材料化學(xué)教學(xué)環(huán)境，補(bǔ)齊薄弱環(huán)節(jié)，強(qiáng)化優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，不斷創(chuàng)造優(yōu)秀的材料化學(xué)專業(yè)課程。例如，高?？山ㄔO(shè)材料化學(xué)專業(yè)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室，以多種先進(jìn)的設(shè)備幫助學(xué)生開(kāi)展有效的實(shí)踐教學(xué)，具體需要購(gòu)置的設(shè)備如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)室需購(gòu)置的器材

在完成實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、器材購(gòu)置之后，教師可以利用這些設(shè)備開(kāi)展一系列實(shí)踐教學(xué)（見(jiàn)表2），幫助學(xué)生提高相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備量，提高學(xué)生的實(shí)踐技能水平。

表2 材料化學(xué)專業(yè)課程實(shí)踐教學(xué)

4.4 提高教師的綜合素質(zhì)水平

“材料化學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容多、難度大，需要教師不斷提高綜合教學(xué)質(zhì)量，以適應(yīng)課程教學(xué)的需要。一是教師要提高“材料化學(xué)”理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的學(xué)習(xí)水平，不斷提高綜合素質(zhì)，更好地為學(xué)生開(kāi)展專業(yè)講座；二是教師要提高教學(xué)組織能力，特別是通過(guò)多媒體、網(wǎng)絡(luò)資源、微課堂等形式，提高學(xué)生對(duì)材料化學(xué)的理解程度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果；三是建立教師教學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，結(jié)合“材料化學(xué)”課程教學(xué)改革需要，制定面向發(fā)展的“材料化學(xué)”課程教師評(píng)價(jià)指標(biāo)，促使教師不斷提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。

4.5 加強(qiáng)材料化學(xué)教學(xué)內(nèi)容配置

材料化學(xué)是一門(mén)新興交叉學(xué)科。新理論和新技術(shù)正在迅速發(fā)展，為了提高學(xué)生對(duì)材料化學(xué)的掌握水平，教師需要根據(jù)教學(xué)需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)配置。一是注重材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程的配置，特別是材料、化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)等與材料化學(xué)密切相關(guān)的學(xué)科知識(shí)，可以重點(diǎn)設(shè)置，結(jié)合材料化學(xué)掌握本學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)生的材料化學(xué)綜合知識(shí)能力；二是突出材料化學(xué)新知識(shí)的配置，并與社會(huì)材料化學(xué)發(fā)展的新趨勢(shì)相聯(lián)系，特別是一些研究突出的新理論，及時(shí)向?qū)W生解釋。這種講解不僅可以利用網(wǎng)絡(luò)資源，還可以利用一些材料化學(xué)研究突出的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)介紹專題，促使學(xué)生了解材料化學(xué)研究的最新趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

材料化學(xué)通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)復(fù)制或優(yōu)化材料的某些功能，以化學(xué)為方法，以材料為對(duì)象，其知識(shí)點(diǎn)不是簡(jiǎn)單的積累，而是化學(xué)和材料的有機(jī)結(jié)合。在開(kāi)展“材料化學(xué)”教學(xué)改革時(shí)，教師應(yīng)重新設(shè)置培養(yǎng)方案，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，高校應(yīng)建設(shè)材料化學(xué)專業(yè)實(shí)踐實(shí)驗(yàn)室，加強(qiáng)多方投入，幫助“材料化學(xué)”課程優(yōu)化改革。