井立强，曲 阳，任志宇，王国凤
（黑龙江大学 化学化工与材料学院，黑龙江 哈尔滨 150080）
材料化学是材料科学与化学交叉渗透形成的一门新兴学科。在学科内容方面，材料化学并未得到一致的认可，“材料化学”课程的教学内容也往往与本专业开设的其他课程内容重叠。面对这一问题，针对材料化学专业课程教学改革进行探究十分有必要。
作为一门新兴学科，材料化学具有理工结合以及跨学科的特点，在信息、能源、环境、航空航天等前沿学科中发挥着越来越不可替代的作用。如今，材料化学本科专业已逐渐在许多大学站稳脚跟，由于材料的多样性，不同学校的材料化学专业拥有不同的优势学科。虽然专业名称相同，但是不同的学校有不同的人才培养计划和人才培养目标，反映了不同学校的专业特点。一些高校在“材料化学”中侧重于金属材料，另一些则更关注无机非金属材料，例正如石油院校会根据学校特点侧重于石油材料，林业院校则更关注林业材料。
材料化学是一门覆盖材料、化学、物理等学科的综合性学科，涉及材料的合成理论、组织结构、材料性质、化学特性等关键内容。掌握材料化学对了解当前新材料的生产和独特功能具有重要意义，对了解我国新能源和新材料的发展趋势有很大帮助。近年来，由于我国高科技的快速发展，材料化学研究和相关理论取得了优异的成绩。同时，材料化学的发展也面临学术研究中的一些指导性问题，这对我国高校材料化学相关课程的教学提出了更高的要求。
在材料化学的研究方向和研究目标方面，教材应具有学以致用的应用功能，目的明确、专注前沿，帮助学生尽快适应未来的科学研究，并能在材料科学的发展中作出适当的反思。此外，由于材料化学是一门新兴学科，其发展实践时间短、研究范围广、可利用的课程参考资料相对较少，许多新理论和新技术无法在教材中得到丰富，教材编写者的素质有待提高。在“材料化学”课程的教学内容中体现与时俱进的特点，实现教材的优化和改革十分重要[1]。当前，“材料化学”课程正以当前我国材料高新技术的发展需求为动力，深入推进教学内容、方法、实践等方面的改革。
3.1 专业教学内容存在滞后性
随着我国新材料、新技术、新理论的不断发展，材料化学的知识更新迅速，在日常生活中的应用更加广泛，相关领域的研究更加深入，甚至出现了新的领域。然而，目前我国高校材料化学专业的教材更新相对缓慢，现有的教材原则上无法解释和分析当前的新技术和新材料，理论与实际存在差距，导致学生很难及时了解当前的新理论和新技术，特别是一些已经应用于工业领域的新材料。一些高校在材料化学理论的更新方面问题较多、实验研究较少，学生对相关知识的理解不足，无法通过实验进一步学习，影响了教学效果[2]。还有一些高校存在“材料化学”课程配置不合理的问题。因为材料化学属于多学科知识，特别是化学、数学、材料等学科，学生需要掌握更多的基础知识，所以许多高校在开设“材料化学”课程的同时，也配套了数学、化学相关课程，以深化材料化学的研究。但是，部分学校的配置不完善，例如判断新材料的张量性质需要一定的数学基础，然而某些学校对这方面的关注不够，只开设了“高等数学”课程，未将“线性代数”纳入基本课程配置，影响了学生对新材料的定量分析[3]。
3.2 教学方式较为保守
“材料化学”课程教学改革关注教学方法的创新，强调教学方法对提高教学效果的重要性。然而，目前“材料化学”课程的教学方法仍然比较传统，特别是对于一些基础知识，采用填鸭式教学方法较多，教学互动相对较少，学生的主体性不够突出；
对于一些需要预习的材料化学知识，教师的指导不足，导致学生在课程教学中难以理解新内容。此外，教师对新媒体技术的应用不足。由于“材料化学”课程中的一些原理比较抽象，有必要使用多媒体进行直观展示，更有利于学生的理解。然而，教师在多媒体选择的方式、频率和效果方面仍存在薄弱之处。
3.3 教学投入不足
“材料化学”也是一门应用性很强的实验课，而实验需要设备和材料。然而，大多数高校在“材料化学”课程实验的软硬件配置上投入不多，教学环境建设不完善。特别是大学生扩招以来，人均教材和设备数量相对较少，无法满足实验教学的要求，有时需要8～9名学生共同完成一个实验，实验效果很难达到预期。部分学校的实验教学设备甚至少到只有教师可以演示操作，学生只能观看。与学生直接操作实验相比，这种实验解释的效果相对较弱，容易降低学生的学习兴趣。
3.4 材料化学专业课程的教学弊端
师生在项目中遇到与材料特性相关的问题时，往往会采用计算机、机械等方式有效解决或避免这些问题。当不得不求助于材料本身时，便需要审视其化学、工业生产以及制造成型过程。这就要求根据实际工程问题找到在分子层面或加工流程中改进材料的方法。材料化学专业就是教人们从前者的角度出发看待问题。与纯化学不同的是，材料化学专业通常以工程问题为导向（这就要求学术界以工业为基础，而不是以其他方式为基础），而不像基础材料科学那样以自然本身为基础，这也是目前材料工程最受诟病的一点，即工业与学术严重分离、学术夸大的问题。将物质的微观结构与其工程性能有机联系起来是一个巨大的项目，其中包含许多变量且涉及范围十分广泛。
由于材料化学的研究始终侧重于工程材料的微观结构，其研究模式必然会脱离“基于现有经验的试错”和“低效的人工研究”，朝着工程实践选择研究对象的方向发展，将计算化学作为在分子水平上设计材料的核心工具，将新的表征技术作为重要的实验研究工具。与现有的培训计划不同，材料化学专业课程教师只是从聚合物、金属和半导体等其他项目中提取一些抽象理论，并将其传授给没有坚实数学和物理基础的学生，被称为“体验科学精神”。事实上，其中并不具备有价值的内容；
没有工程实验、数学、物理（更不用说深奥的理论化学）、代码编写和程序，在书中掺杂半导体，在计算问题中掺杂合成塑料；
偶尔进入实验室时，教师仍在使用过时的仪器和手段。经过这些脱离生产实践和理论支持的培养，学生只会成为书本的奴隶，而非知识的主人[4]。
4.1 完善教学内容的选取
4.1.1 明确材料结构与性能之间的关系
在开展教学之前，教师首先需要明确材料结构与宏观和微观性能之间的关系。层层深入、由浅入深，从表象到内在的认知能为学生更好地掌握材料化学的系统原理提供帮助。“材料化学”作为一门既需要学生学习理论、又需要学生动手实践的课程，只有真正掌握材料科学的基本原理并理解、掌握材料制备的理论及方式，才能真正提高学习成效。
4.1.2 内容选择、基础与更换的关系
在讲解新知识点的过程中，教师还应关注国内外的最新研究成果，重点是连贯的理论、知识的扩展、简化内容的实施、选择性学习的原则以及与培训的专业要求相匹配；
教师要在“材料化学”课程内容中体现最新的前沿理论知识，也要注意与其他学科和课程的渗透与结合，最终实现知识推广。
4.1.3 发挥习题、例题效用
学生要想取得良好的学习成效，需要加强对知识点的练习。各种练习题、实例在整个“材料化学”课程教学过程中起到了非常重要的作用，是学生利用自身知识储备解决现实问题的机会，同时也是学生思考并寻求问题解决对策的过程。通过以练习为基础的课堂教学，学生能了解自己对知识点的学习、掌握情况，并且及时巩固拓展，进而提高自身分析、解决问题的能力。
4.1.4 演绎、归纳方式的运用
学习“材料化学”的重要思想之一就是针对材料的普遍性、特殊性展开一系列探究。培养学生的演绎、归纳思维，是“材料化学”课程内容选择的关键，重点是学生对归纳假设的演绎能力。与此同时，教师应注重理论知识和实践知识之间的有效整合，完善配置，理清理论与实践教学之间的联系，加强对学生实验技能的培养，通过实验教学使学生掌握知识原理，提高学生的学习兴趣。此外，教师还要培养学生解决、分析问题的能力，充分提升学生的创新能力和综合素养。
4.2 开展基于多媒体技术的教学
近年来，各高校开设的材料化学专业主干课程基本上都开展了以多媒体技术为基础的“材料化学”课程教学。这种教学方式高效且便捷，可以节省教师的板书时间，有效提高教学效率。教师可以将文字、图片、动画、视频等材料综合运用于教学活动中，使普通教学方法难以解释的抽象难懂的知识更加直观生动，让学生轻松理解和掌握知识点。同时，这种生动的课堂教学活动借助教师自身的科研成果，具备一定的真实性及启发性特征，能有效调动学生的思维，激发学生的学习兴趣和创新潜力，培养学生的科研意识。通过多媒体教学，教师能向学生传递更多信息和更前沿的知识，直观真实地展示自己的科研成果和经验，使抽象的课程内容具体化，让枯燥的课堂气氛活跃起来，使学生的学习积极性也得到大幅度提升。
4.3 建设材料化学专业实践实验室
“材料化学”课程对促使学生掌握国内的新材料、新技术和新理论，激发学生学习材料化学相关知识的兴趣，吸引更多学生到中国从事材料化学研究等方面有重要意义[5]。因此，各高校应重视“材料化学”课程的教学意义，积极为“材料化学”教学改革所需的设备、场地、材料等提供政策、资金和人力支持，改善材料化学教学环境，补齐薄弱环节，强化优势项目，不断创造优秀的材料化学专业课程。例如，高校可建设材料化学专业实践实验室，以多种先进的设备帮助学生开展有效的实践教学，具体需要购置的设备如表1所示。
表1 实验室需购置的器材
在完成实验室设备、器材购置之后，教师可以利用这些设备开展一系列实践教学（见表2），帮助学生提高相关知识储备量，提高学生的实践技能水平。
表2 材料化学专业课程实践教学
4.4 提高教师的综合素质水平
“材料化学”课程教学内容多、难度大，需要教师不断提高综合教学质量，以适应课程教学的需要。一是教师要提高“材料化学”理论知识和实验技能的学习水平，不断提高综合素质，更好地为学生开展专业讲座；
二是教师要提高教学组织能力，特别是通过多媒体、网络资源、微课堂等形式，提高学生对材料化学的理解程度，激发学生的学习兴趣，提高学习效果；
三是建立教师教学评价机制，结合“材料化学”课程教学改革需要，制定面向发展的“材料化学”课程教师评价指标，促使教师不断提高教学质量和教学效果。
4.5 加强材料化学教学内容配置
材料化学是一门新兴交叉学科。新理论和新技术正在迅速发展，为了提高学生对材料化学的掌握水平，教师需要根据教学需要对教学内容进行科学配置。一是注重材料化学专业基础课程的配置，特别是材料、化学、物理、数学等与材料化学密切相关的学科知识，可以重点设置，结合材料化学掌握本学科基础知识，提高学生的材料化学综合知识能力；
二是突出材料化学新知识的配置，并与社会材料化学发展的新趋势相联系，特别是一些研究突出的新理论，及时向学生解释。这种讲解不仅可以利用网络资源，还可以利用一些材料化学研究突出的研究机构和企业介绍专题，促使学生了解材料化学研究的最新趋势。
材料化学通过调整结构复制或优化材料的某些功能，以化学为方法，以材料为对象，其知识点不是简单的积累，而是化学和材料的有机结合。在开展“材料化学”教学改革时，教师应重新设置培养方案，实现信息资源共享，高校应建设材料化学专业实践实验室，加强多方投入，帮助“材料化学”课程优化改革。
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