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在材料科学与工程各专业中,材料化学专业的毕业生就业情况还是比较不错的。毕业生适宜到材料相关的企业、事业、技术和行政管理部门从事应用研究、科技开发、生产技术和管理工作,适宜到科研机构、高等学校从事科学研究和教学工作。
就业前景分析据统计,材料化学专业就业前景最好的地区是上海。
毕业生首选城市是上海、北京、广州、深圳、杭州。
(来源:文章屋网 )
材料化学工程是由化学工程学科和材料学科交叉渗透所形成的一门分支学科,其研究方向主要有两个:一是以新材料为基础,不断发展反应过程的反应技术,比如吸附过程、膜过程、催化过程等。该方向主要是通过材料的特征将其分离并进行反应,其目的是揭示材料微观结构中物质进行传递和反应机理,进而总结出适用于材料设计和反应过程优化的理论方法和工艺技术。二是在材料制备的过程中,用化学工程的理论方法解决所遇到的关键问题,比如如何运用微结构的性能关系来实现对材料微观结构和性能的控制,从而完成从材料制备到定向制备的转化。新材料的开发是材料化学工程发展的关键和先导,直接可以衡量出国家的材料化学发达与否,因此,开发新材料对于材料化学工程的发展至关重要。材料化学包括陶瓷材料、聚合物材料、磁性材料、化学传感材料、电子材料、超硬材料、无机非金属材料、催化和吸附材料和薄膜材料等,这些材料很大程度上丰富了材料化学工程的领域,对其发展做出重要贡献。
2新材料的开发
我国在新材料的开发领域取得了很多亮点,这些新材料的开发成为分离和反应过程的重要基石。一些研究所和大学正在开发一种非晶态的金催化材料,这种材料很有发展前途,因为它具有非常明显的催化特性,而且其催化活性还具有特殊的选择性,具有显著的催化活性和特殊的选择性。对这种材料进行流程综合和技术集成,可以有助于我国新型石油化工技术的构建。石油化工科学研究院也开发出一种新型的钛硅分子筛催化材料,这种材料具有定向氧化催化作用,可以实现“原子经济”,使“零排放”工艺成为可能,而且也具备工业化生产的可能性。而在新材料的分离技术方面,我国也取得了很大的进步,其中南京工业大学发展了以陶瓷膜材料为原料的新单元技术,同时加强了对集成单元技术的开发,这些研究不仅使我国陶瓷技术更加趋于成熟,而且还形成了陶瓷膜新产业,为我国带来巨大的社会和经济效益。
3材料化学工程技术的进展
材料化学主要是对产品微结构进行调控,其主要手段是在加工材料时,将化学方法引入进去,这样我们就可以通过宏观条件来调控产品的微观结构,从而为材料的加工和制备提供理论和技术指导。因此,化学工程技术的改进将直接促进材料化学工程的发展。我国在化学工程技术改进方面已经取得了非常大的进展。清华大学在碳纳米粉体材料的制备过程中,引入了传统的流化床技术,大大降低了生产成本,从而使此生产技术可以用于工业化生产,带来巨大的经济效益。北京化工大学则用超重力场技术来放大纳米材料生产过程中的形貌控制问题,这样就可以通过调节超重力场的强度来调节和改变产品的粒径,。通过这种方法,我国已经成功制备出碳酸钡、碳酸、碳酸锂、氢氧化铝和碳酸锶等纳米粉体,并且形成了工业化生产的技术体系,为我国带来巨大的经济效益。
4展望
材料化学工程作为一门交叉学科,不仅促进了材料工业的发展,而且也丰富了传统化学工程学科的内容,因此,具有非常重大的研究意义。我国材料化学工程的研究已经取得很多可喜的成就,很多成果在世界上都位于领先水平。但是,材料化学工程中仍然有很多问题需要我们解决,因此,我们需要再接再厉,争取使材料化学工程的研究更加深入,使其更好地为人类服务。
5结语
做好学困生的转化工作,不让一个学生掉队,是我们教育工作者的一个不可忽视的艰巨任务,是全面提高教学质量的客观要求。在多年的工作实践中,我发现有些学生由于承受打击的能力差,克服困难的意志薄弱,从而产生各种心理障碍。如与教师产生对立情绪,原因是他们成绩差,经常遭到教师的批评训斥,自尊心受到严重损伤。因此,教师如不注意教育方法,他们就很容易产生对立情绪。可见,如果一味地批评或说教,是行不通的,甚至适得其反。而应站在学生的角度,设身处地理解学困生的心理。教育的艺术就在于能否在教师和学生之间架起一座通道,使教育的影响进入学生的心田,使学生清除心理障碍,心情舒畅,树立信心。下面就后进生的转化问题,谈谈自己的几点看法:
一、关心学困生,让他们上进。
要求上进是每个学生的本质特点,学困生也不例外,在课堂上我注意观察学困生,对转化学困生抱有殷切的希望,对他们多一点温柔、亲切、慈祥,多一点关心;少一点批评,不仅关心他们的学习也关心他们的生活,让师爱成为学生乐学的催化剂。实际上学生自己认为好,那就从好的方面鼓励他,然后给他提出更高的要求,给他明确努力的方向。
二、让学困生体会成功,少一些挫败感。
学生思维上还存在过多的依赖性,他们很多时候不喜欢独立思考,不积极主动思考,这就需要老师给他们创设问题的情境,引发他们的思考、点燃他们创新的火花,对于学困生来而言,我们可以设定一些比较简单的问题情景,让他们体验成功。我通过使他们明确学习目的,端正学习态度、激发学习兴趣、强化学习意志、养成良好的学习习惯。让学困生主动参与,使他们尽可能多的得到老师的肯定,表扬、和老师的赞许,让他们体会到努力就会成功,增加学习的自信心,提高学习的兴趣。让他们有成功的体验、有同伴的认可,不让他们丧失学习的信心。
三、立足于学困生的进步,着眼于学困生的提高
测验作为检测学生的一种手段,但是不能成为我们评价学生的尺度,而且对于不同的知识点也会有不同的体现,对学生的进步教师切记不能持否定的态度,要客观。对于阶段性的学困生,他们时而进步,时而后退,当他们进步时一定要给予鼓励,同时对他们提出更高的要求;对于长期性的学困生而言可能我们很难找到他们的进步,就连在课堂上也很难找到他们突出的表现,我对待这部分学生,在他们主动回答问题时,只要有一点点道理也不放过对他们的鼓励。我班的邓皓轩同学,他就是这样的学生。但是,只要他有一点点进步,我也会把他放大了表扬。
四、多分析自己的教学,少埋怨学
在教学中我常常对自己的教学进行反思,哪些是这节课学生容易和教师沟通并共同掌握了的,哪些是大部分学生没有掌握的,哪些是少数同学没有理解的,分析学生掌握知识的情况,及时的查缺补漏。
关键词:《材料电化学》;教学改革;教学实践
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)10-0154-02
一、引言
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,材料科学的发展与突破可促进时代的变迁,推动人类物质文明和社会进步。随着当今科学技术的蓬勃发展,材料学和电化学交叉领域的研究越来越受到科技工作者的关注,例如化学电源中电极材料的表面修饰与改性、新型纳米结构材料的电化学制备、电解质材料的研发、传感材料与信息转换材料的发展等。而现代电化学与材料科学相互交叉、渗透,也逐渐形成了新的分支――材料电化学。鉴于材料电化学研究的广度和深度呈现快速增长的趋势,越来越多的高校在材料学相关专业开设了电化学原理课程,并将其作为专业的重要基础选修课程之一。与材料专业其他选修课相比,《材料电化学》是一门综合性、专业性和实践性很强的课程,其内容涉及电化学、材料、物理、化学等领域,具有涵盖范围广、知识点复杂以及知识更新快的特点。要清楚地教授课程内容并取得良好的教学效果存在一定的难度,迫切需要在课程教学自身进行创新和改革。本文通过分析《材料电化学》课程的教学现状,初步探讨了如何结合功能材料专业特点和电化学基础课程内容,对教学内容、教学方法以及考核方式等方面的改革进行了探讨,以期提高教学效果。
二、《材料电化学》课程的教学现状
《材料电化学》课程的教学目标:(1)掌握电化学的基础理论知识,包括电化学热力学和电化学动力学两大方面的基础理论。(2)熟悉材料电化学的研究方向和热点,包括材料电化学制备和化学电源。通过这两大内容的学习旨在使学生掌握一定的材料电化学的综合知识,加深对应用于材料领域的电化学知识的理解,学会分析和解决材料电化学应用领域中的各种实际问题的能力,并着重培养学生多向思维能力,为后续金属腐蚀与防护、电化学测试技术和能源材料等专业课程学习奠定基础。
目前在课堂教学过程中存在以下问题:(1)教学内容与教材的匹配。《材料电化学》是一门新兴的综合性学科,尚未见有与材料科学与基础、材料力学性能和材料制备方法等基础课所匹配的经典教材。(2)课程教学以教师在课堂中教授为主,学生非主动接受枯燥和丰富的知识,没有相关实验辅助,对许多抽象内容难以理解。(3)课程的考核方式以笔试为主,导致学生对于知识的综合理解运用能力得不到锻炼。以上3个典型问题导致学生学习积极性不够、教学效果差,因此《材料电化学》课程在功能材料专业本科教学中进行改革是十分有必要的。
三、课程教学策略
1.教学内容的构建。我校的功能材料专业主要是培养具有金属功能材料、磁性材料、储能材料和发光材料等新型功能材料专业背景,满足能在新型功能材料制备、加工和测试等领域教学和技术开发的综合性科学研究与工程技术人才。因而在教学内容实践中要综合考虑材料学与电化学两门学科的特点,国内目前还没有教材可以完全综合了电化学基础和材料电化学应用两方面的知识。考虑到本科生在前期学习中掌握的电化学方面的知识有限,本课程教学以基础教学为主,因此选用普通高校“十一五”规划教材――李荻编著的《电化学原理》作为本课程中电化学的基础知识教材,兼顾参考赵辉译著的《纳米材料电化学》作为本课程中材料电化学制备知识教材。
最后,教学内容分成基础知识和实例应用两大部分展开。(1)介绍概括性强的电化学基础知识:①电化学热力学知识,包括电解质溶液、相间电位、可逆电极、不可逆电极和平衡电极电位;②电化学动力学知识,包括电极/溶液界面的结构与性质、电极过程、液相传递步骤动力学和电子转移步骤动力学。(2)按照电化学在材料科学的应用介绍实例部分:①电化学方法制备纳米材料,以电沉积法制备半导体量子点薄膜为实例;②化学电源电极材料,以锂离子电池为实例,阐述电池的工作原理及其电极材料的研发进展。通过实例介绍来引导学生将电化学基础与材料学知识之间进行比较和整合,从而牢固地把握所学的材料电化学基础知识,也为后继其他专业课的教学打下坚实的基础,形成良性循环。
2.教学方式的改革。目前,课堂教学中以多媒体教学为主,多媒体教学虽然可以节省教学板书时间,但是不容易让学生把握教学重点和难点内容,尤其是重点知识点的分析需要独立思考,难点知识的阐释需要互动探讨,所以有必要安排不同的学习活动,引导学生从感性体验走向理性分析,再开展批判性阐释。在教学实践中,讲到一些重要知识点,例如关于平衡电极电位的计算,适当地使用板书,逐步写出电极反应方程式,根据能斯特方程计算出电极电位,这种逐步讲解的过程可以使学生有更多的思考时间,理解和消化讲解内容。
《材料电化学》是一门与实践结合紧密的课程,单一的理论知识的讲解容易导致学生对于知识点的理解不够深入。由于该课程的教学课时十分紧张,没有安排实验与实践环节,为了弥补实验环节的缺失,可以充分利用多媒体教学的优势引入典型电化学实验的视频,例如铜锌原电池的构建。通过视觉感受加深学生对原电池的构建,电极反应的现象和原电池电动势的计算的理解和认识。
3.考核方式的设计。目前高校中,理论课程的考核方式仍以笔试为主,期末考试成绩通常占总成绩的70%以上,然而这种考核评价方式使得大多数学生对知识与技术的学习走进误区,被动记住书本中相关知识点即可,从而忽略了自身的批判性独立思考与深入理解,不利于认知结构的积极建构。在我们的课程中,期末考核采用开卷考试方式,最终成绩由平时成绩(20%)、课后作业(20%)及开卷考试成绩(60%)构成最终成绩。其中,平时成绩主要包括课堂出勤、问答互雍屠砺壑识点随堂测试等方面的考核;课后作业考察学生对知识点的理解和运用;开卷考试检验学生对教学内容的掌握情况。采用这种考核机制,期望有效调动学生的学习主观能动性,加深对基础知识的理解和掌握。
四、结语
通过上述对《材料电化学》课程开设所采取的改革措施与实践,明确了我校功能材料R翟诟每纬讨械慕萄内容、教学方式和考核方式,将抽象的电化学基础知识与材料领域的实例应用紧密结合起来,有利于发挥学生的学习主动性,使学生掌握材料电化学的基本理论,为将来的学习和工作奠定基础。
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The Curriculum Teaching "Materials Electrochemistry" Study and Practice
QIN Hai-ying
(Hangzhou Dianzi University College of Materials& Environmental Engineering,Hangzhou,Zheijiang 310036,China)
关键词 材料专业 分析化学 创新教学
中图分类号:G424 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdks.2015.04.045
On Materials Analytical Chemistry Curriculum Innovative Teaching
HE Xiulan, ZHENG Wei, QI Shuyan, WANG Jihua
(Materials Science and Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin, Heilongjiang 150040)
Abstract Aim at existing problem of analytical chemistry course of materials major, the transformation of education of analytical chemistry course is carried through optimizing teaching content, reforming teaching method and establishing experiment specifically on the basis of course content and subject characteristic. The student's interest is increased and teaching quality is improved with organic bonding course content and subject characteristic, and helpful reference and consult are provided for transformation of education of analytical chemistry course of materials major.
Key words Materials major; Analytical chemistry; creative teaching
分析化学是化学的一个重要分支,主要是鉴定物质化学组成、测定组分含量、确定物质的结构及存在形态。①分析化学是哈尔滨理工大学材料类专业的一门重要的专业基础课程,主要讲述定性与定量分析、误差与分析数据处理及各种滴定分析等内容。材料学专业是研究材料的组成与结构、工艺及使用性能之间相互关系的学科,发展前景广阔。②③分析化学是材料专业目前开设的课程体系中不可缺少的学科基础课程之一,对学生专业知识的学习起着承前启后的作用,与学生的毕业设计、生产实习及就业等方面都有重要联系。因此该课程的学习对培养人才的思维模式及知识体系的构建起着重要的作用。④目前,我校材料类专业分析化学课程还存在着一定的问题。
1 分析化学课程目前存在的问题
(1)教学内容与人才培养需要脱节。目前分析化学的教学内容与不同专业人才的培养需求不适应。比如我校材料专业中有机高分子专业与无机非金属专业,两个专业分析化学课程的理论教学内容与开设的实验基本相同,未能与各自的专业特点有机结合,学生“学”“用”明显脱节,导致学生缺乏科学思维分析实际问题。
(2)实验缺乏针对性。分析化学的实验教学是整个课程教学中的重要环节,理论教学的大部分知识点及相关原理,在实验内容中会有所体现。但目前所开设的分析化学实验均是以完成教学为目的,未针对不同的专业特点开设不同实验,学生做实验积极性差,学生只是机械性地完成实验,未认真思考实验原理,甚至连实验报告也不认真总结,只是完成这个学习任务而已。因此,目前开设的分析化学实验对提高理论教学效果不明显,学生学以致用的能力也未能有所提高。
(3)教学方法枯燥。分析化学课程的基础原理与基本理论较多,化学反应繁多,各类滴定曲线及滴定原理复杂,在授课过程中,与相关的材料专业知识很难融合。按传统的授课方式,过分强调授课教师的主导作用,在课程的讲解过程中会使学生感觉课程内容枯燥乏味,束缚学生的思维,导致学生缺乏学习的主动性及趣味性,不但学生学习效果差、效率低,也降低了教师授课的积极性。
(4)评价方法单一。目前我校分析化学课程的考核基本上还是采用期末闭卷考试来评定学生学习效果,通过一张期末测试卷很难全面、公正、真实地反映学生的学习状况。部分学生在临考前突击背笔记、做练习题,即可侥幸过关,不利于培养学生良好的学风。
为激发材料专业学生学习分析化学课程的学习兴趣,提高该课程教学效果,培养学生发现问题、分析问题及解决问题能力,提高学生的动手能力及创新能力,针对分析化学课程教学中存在的问题以及专业特点,对该课程进行了创新性教学改革。
2 分析化学课程创新教学
2.1 根据专业特点优化教学内容
对于不同专业,分析化学的教学内容、教学大纲及教学计划学时的安排应有所不同。首先,针对同层次、不同专业的学生,应先统一界定基本的理论教学内容(此部分占整体知识点的70%左右),这部分内容要求所有学生必须掌握,以保证该门课程的基本原理、基本知识点的教学要求,也方便日后考核。其次,根据不同专业特点,教师可对部分教学内容实行自主性教学(占整体知识点的30%左右),结合各专业的特点界定教学侧重点,精细安排教学内容,使学生在掌握基本原理与知识点的基础上,能拓宽专业知识面,激发学生学习兴趣。
例如,第二章误差、可疑值的处理这部分内容涉及计算,公式多且繁杂,单纯依靠讲解例题授课,学生会感觉枯燥。在授课过程中,可将相关专业知识引入。例如,学生将来做毕业设计及技能训练等时,均会遇到数据处理,某些实验中不可避免地会出现可疑数据。如在测量试样的抗弯强度时,需要5~6个试样进行测定并取平均值,某些存在缺陷的陶瓷样品获得较低的抗弯强度,此时可以利用分析化学的四倍法与Q值法进行可疑数据的处理,培养学生对实验结果处理的能力,又提前了解部分专业知识,提高学生学习的兴趣。我校材料专业分析化学课程均在大学一年级开设,很多学生对自己的专业方向了解很少,在此阶段学生的思维模式、学习态度及今后的职业规划是非常重要的,因此在给这些学生授课时,结合分析化学课程内容及专业特点,给学生更多的专业指导是非常必要的。
2.2 有针对性地开设实验
分析化学的基本原理与知识点可通过实验来验证和巩固,在有限的学时内,不能将所有的分析化学实验都开设。为提高学生专业素质培养效果,在分析化学教学改革中,根据专业特点,对开设的实验进行了大胆改革。根据现有实验室条件,有针对性地将所有的实验项目与专业特点结合起来,尽可能地让所开设的实验与专业有联系,提高学生动手能力、培养创新精神。
例如,吸光光度法这一章的分光光度计相关实验对于无机非金属专业是十分重要的,可以利用分光光度计测量无机非金属光催化材料的吸光度。通过开设此类实验,使学生掌握分光光度计的基本原理及使用方法,为学生将来做毕业设计奠定良好的理论与实践基础。配位滴定法涉及高分子专业的知识点较多,因此相关的实验高分子专业一定要开设。通过有针对性地开设实验,将分析化学知识与专业实践有机结合,在丰富学生专业知识的同时,提高学生的实验动手技能,培养学生的创新能力,使学生对专业知识产生兴趣,也提高了分析化学理论的授课效果。另外,在实验过程中,注重培养学生实验数据的处理能力,比如在绘制标准曲线时,可教会学生利用Origin或Excel软件进行曲线的线性拟合,提高学生微机应用能力及分析数据的准确性,有利于学生综合素质的提高。
2.3 课堂教学方法革新
课堂教学方法创新不但可以提高教学效果,也有利于创新型人才的培养。分析化学教学方法的改革主要包括如下三方面:首先,分析化学基本理论与原理在实际工业中的应用比较广泛,因此在授课过程中,教师可以结合自身的专业特长,与生产实际相结合。⑤比如,提出无机非金属专业学生分析陶瓷粉体质量检测的问题,并列出解决方案,这里应用了沉淀滴定、氧化还原滴定等分析化学原理,采用学生分组讨论形式,提高学生解决问题能力,活跃课堂气氛,增加师生课堂互动,激发学生学习兴趣,调动学生学习主动性与积极性。其次,制作分析化学课程课件,采用现代化教学手段,制作出分析化学课程的课件,利用多媒体进行该课程理论教学,通过图片、动画、音频等丰富课程内容。通过多媒体上课,不但可以加大传授知识的信息量,开拓学生的视野,还有利于教师及时更新授课内容,方便教师授课。
2.4 建立灵活多样的综合考评体系
分析化学课程的考查主要是通过期末考试闭卷方式进行考核(占总成绩的60%)。另外,由于该课程的基本原理与知识点均可通过实验来加深学生印象,因此该课程的实验尤为重要,实验成绩根据实验动手能力、实验报告等进行考核(占总成绩的20%)。另外,平时成绩由任课老师给出(占总成绩的20%),这部分成绩主要包括出勤、作业、课堂讨论三个方面,尤其是课堂讨论部分,主要根据是学生查阅资料整理资料,在课堂上分组讨论,理解知识,在讨论中培养团队精神、思考能力及综合表达能力。通过以上几方面的综合成绩,建立公平、合理的综合考评体系。
3 结语
分析化学是非化学专业学生必修的一门重要基础理论课程,是学生后续课程的基础,学生掌握其基本原理与内容,提高发现问题、分析问题及解决问题的能力,对其综合素质的培养具有非常重要的意义。针对目前对材料类专业人才素质的要求,哈尔滨理工大学材料学科在分析目前的教学状况及专业特点的前提下,对传统的分析化学课程进行了创新性教学改革,注重专业知识与化学知识的有机结合,不仅使学生掌握了基本的分析化学基础内容,而且使学生对本专业产生浓厚的兴趣,为高等院校材料类专业分析化学课程教学改革进行了有益探索,并提供了一定的参考及借鉴。
基金项目:哈尔滨理工大学教育教学研究项目(项目编号:C201300018)
注释
① 黄昊文.分析化学课程教学改革与实践探析[J].当代教育理论与实践,2011(3):42-44.
② 顾佳丽,马占玲.在分析化学实验中发挥学生的主体作用[J].中国电力教育,2011(213):147-148.
③ 赵明,白丽明,张文治.“Seminar”教学模式在本科化学教学中的应用[J].教育探索,2014(1):56-57.