針對材料化學專業無機化學的教學特點,圍繞著激發學生的學習熱情和積極性,獲得理論知識,并能運用這些知識去分析和解決問題的角度出發,從優化無機化學的知識邏輯,學以致用的教學觀,自學能力的培養,教學方法的改進等方面對無機化學的教改進行了探索。
[關鍵詞]材料化學;無機化學;教改探索
化學是一門不斷發展變化的科學。材料科學聚焦于已經應用的或者有潛力進行實際應用的材料研究,主要從成分控制去優化材料性能或者制備出理想的形態和產品。材料科學包括工程、物理等方面的內容。材料化學不僅僅是材料科學的分支。材料研究者包括材料化學專業的學生,更熱愛合成新的材料并測試其性能。新材料的出現將會促進相關工業領域巨大發展。結構、組成和性能的關系令人著迷。無機化學在材料化學的學習中具有重要的作用,元素周期表中的元素和在自然界中易于生成的化合物或者易于合成的化合物曾經是無機化學的主要研究對象。無機化學也可以分為金屬有機化學、配位化學和固態化學的主要部分等分支。比如,摻雜Cr的Al2O3用于激光器,摻雜元素的Si半導體用于微電子,摻雜后的ZrO2用于固態燃料電池的固體電解質,BaTiO3是整個電容器工業的基礎,以氧化銅材料為基礎的超導體應用等。無機化學和材料科學的進展是無止境的。無機化學作為大學新生的基礎課程,其內容可分為三個部分,基礎原理、基礎理論和元素部分。核心內容是基礎理論,理論又是不停發展的,所以基礎理論有其歷史脈絡。沿著發展的脈絡,一些難點如量子理論對微觀離子的計算和理解等會影響材料化學專業學生的理解和運用。如果死記硬背這些知識,比如惰性電子對效應、元素周期表的對角線關系、晶體場理論等,很容易讓同學們喪失學習的興趣。為此本文針對材料化學專業學生的無機化學教學進行了探索改革[1-2]。針對我校材料化學專業的學科特點及未來發展方向,及時對無機化學的知識邏輯、教學觀及教學模式等不斷進行改革;同時多次對教學大綱及教學計劃進行修改,優化課程體系,尤其是針對相關度不大的不同章節采取不同的教學理念,并將理論知識與實際生活相聯系,取得了較好的教學效果。我們在此過程中總結了一些經驗,以供其他基礎課的教學參考。
1針對材料化學專業的特點,優化無機化學的知識邏輯
無機化學的知識點繁雜并且很多理論只能解釋部分現象。很多教材編寫的知識沒有來處,更沒有實際的工業和生活用途,使得材料化學專業的學生在學習時深感痛苦。根據材料化學的特點,如合成-結構表征-物理性能-新材料的邏輯關系,對無機化學的知識進行有邏輯的講解,同學們反應良好。比如講解化合物的本征或者缺陷結構的時候,著重講解這個維度的光學性能;在講解晶胞的平均結構時,著重講解晶體如何形成、生長;在講解納米結構時,著重講解顏色、能帶理論等;在講解微觀結構時,著重講解金屬或者陶瓷的微觀作用力等。把復雜的理論知識用結構、尺度、性能聯系在一起。無機理論和原理發展到一定的歷史階段,量子力學的計算反映在量子化學的發展上。學生在學習的時候,因為數學知識的缺乏,理解起來會有一些困難。我們把復雜的量子計算進行簡單的模型化和公式化,既知道了性能的影響來源于何處,又加深了學生的學習興趣。
2學以致用的核心教學觀
學以致用是本科教學的核心重點。面向實際應用的知識學習才是考察教師教學能力和水平高低的關鍵。任何專業知識的學習需要在工業、生活方面找到它存在的或者潛在的應用,如同一個產品需要找到它的市場一樣。沒有市場的產品只能是無用的和可替代的。比如在學習堿金屬和堿土金屬的元素部分時,Li元素的提取是目前的研究熱點。原因是因為隨著鋰離子電池的快速市場應用,尤其是電動汽車、儲能市場、便攜式電子產品和電動工具等的快速應用加大了對鋰元素的巨大需求,鋰將被作為戰略資源進行開發。從我們常用的電動大巴、筆記本電腦、手機、電動工具等日常應用出發,引起同學們的興趣,再去講解關于鋰元素的基礎理論,并且應用講解的基礎理論,提取并分離鋰元素。講到鋰元素的提取,Li/Mg元素的元素周期表對角線理論就會學到,因為我國鹽湖提鋰的難點之一就是含鎂高。學生們在學習的過程中,理論和實際應用得到充分的理解和掌握。
3學習方法的改進
3.1自學能力的培養
無機化學的課程在有限的學時內是很難全面掌握的,大量的知識點使得老師在授課時只能講解重點,學生的自學能力將是學生素質培養的關鍵之一。學生對材料化學專業無機化學自學能力的培養主要體現在無機化學知識點架構的搭建上。按照制備-表征-優化性能和測試-改進新材料的材料科學邏輯進行無機化學知識點的搭建和授課,讓學生總覽無機化學學習的特點,有的放矢。
3.2知識點短視頻的應用
把復雜的知識點按照一定的邏輯進行分割,分割成學生們熟悉的數學、物理、化學等小知識點,再把各個知識點以短視頻的形式應用到授課中來,可以到達到條例清晰、簡單易接受的特點。這種方法也跟學生們常用的抖音、快手等APP類同,同學們樂于接受[3]。
3.3考核方法的改進
傳統的考核方法以考試為主。我們可以對考試的內容進行改進,不再是考核知識的堆積,變更為重點考核知識的應用。在社會工作中,更多的需要同學們運用有限的時間和資源解決實際問題,無機化學的考核也模擬實際情況,運用學到的知識,尋找有用的知識,解決提出的問題;瘜W史、科學家介紹、相關學科間關系和科研素養,能活躍課堂教學氣氛,激發學生的學習興趣,讓學生更加全面地了解學科發展歷史和知識構架。通過人文精神在課堂教學中的滲透,啟發學生思辨創新能力,以培養學生良好的科學素養。
參考文獻
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作者:王連亮
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