材料化学专业课程设计的改革与思考

高远飞，司朝霞，赵梦雨，王晓燕

(1.南阳师范学院 化学与制药工程学院，河南 南阳 473061；2.南阳师范学院 物理与电子工程学院，河南 南阳 473061)

材料化学是材料科学和化学两个学科交叉的新兴学科，它是材料科学学科发展的分支，同时又融入了关于化学学科的大量专业内容。材料化学是从化学研究方法出发，制备材料和测试材料性能，它是从原子、分子微观层面上研究材料并和材料的宏观尺度上的性能与结构建立联系。材料化学更加注重“结构-成分-合成-性能”四要素之间的关系，所以就能够更加有效的研究材料合成制备的新方法[1]。我校材料化学专业旨在培养具有良好人文、科学素养和创新意识，使学生具有从化学的角度来掌握材料的分子设计、制备方法、性能测试及应用方面的知识技能，培养多学科交叉的高素质专业人才。

目前，随着我国社会的飞速发展，培养高质量的创新型人才已然成为了高等教育转型发展的重要任务。材料化学专业的发展是国家科学技术进步和人才培养质量提升的重要标志之一，材料化学是以实践和应用为目标的专业学科。材料化学专业学生除了接受材料科学和化学专业理论知识的学习以外，还需要结合化学实验、材料化学专业综合实验、材料化学课程设计、毕业实习、毕业论文等环节将所学理论知识进行实际应用，将学生的被动学习变为主动探索，培养学生的独立思考和创新能力[2]。

材料化学专业课程设计是本科教学过程中重要的集中实践环节，也是在毕业论文之前学生自己将专业知识和实践应用建立起联系的自检过程[3]。和以往被动式学知识的其他实验课不同，材料化学专业课程设计主要是要求学生按照分配题目自主的进行原料选择、材料合成制备以及性能检测方案的设计，设计方案的合理性和创新性是最终对学生课程设计成绩评定的标准，这也和材料化学专业的培养目标相吻合。

1 材料化学课程设计的学习目标

以南阳师范学院材料化学专业为例，我校的材料化学课程设计开始在第六学期，集中实践时间为三周。通过课程设计，学生进一步熟悉材料的合成、设计、原料、制备或典型材料的生产基础、表征方面的基本知识，学会正确地观察、思考，同时培养学生的分析问题、解决实际问题以及独立工作的能力和合作精神。课程要求学生自主查阅文献，了解设计题目的前沿领域；提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力；初步具备论文写作的能力，为毕业实习和毕业论文环节做准备。

2 课程设计过程中存在的问题

2.1 基础专业课设置的问题

材料化学专业课程设计之前，学生需要具备基础化学、材料化学、材料合成与制备技术、材料性能学、材料加工、材料现代测试技术、工程制图等课程知识的支撑。并且由于课程设计内容的综合性和创新性，尽量应当在开始课程设计之前要求学生完成系列的材料化学综合实验。然而，目前部分高校的培养方案修改趋势中，将专业课程都安排在前三个学年完成，这样就容易导致出现课程设计和其他专业基础课同期开设的尴尬局面。特别是课程设计过程中需要学生具备综合考虑专业问题的能力，这也是平时单独开设的理论课时容易忽略的内容，因此需要合理安排理论课和专业综合实践课程的教学顺序。

2.2 题目设置和学生选题的局限性

在材料化学专业课程设计开设的过程中，设计题目的安排和学生的选题都是至关重要的。首先设计题目的安排需要和当前材料化学学科发展的前沿相结合，使课程设计内容具有新颖性；其次，学生再根据自己的兴趣选择合适的题目。但在以往的课程设计过程中，由于考虑到学生专业知识掌握程度不同，因此教师设置的设计题目内容比较单一，通常只是针对一种材料进行掺杂元素种类、制备条件进行改变，而并没有与新材料、新技术相结合。此外，课程设计是分小组完成的任务，并且学生人数较多时则可能直接由指导老师指导分组和分配设计题目，这就很大程度上的压制了学生的自主性，造成学生对课程设计重要性的认识不清楚和完成设计过程中松散懈怠的情绪出现。

2.3 课题调研不充分

材料化学专业课程设计开始初期时，需要学生进行大量的文献调研和信息检索，随后对有用的信息进行归纳与总结。通过大二下期开设的"化学信息学"课程，学生已经基本了解了CNKI、万方、Elsevier与Springerlink等中外文数据库的检索方法。但通过和学生交流发现，学生通过数据库搜索到文献资料的主要内容为实验结果与讨论，关于实验设计部分内容较少，对学生启发性不强。另外，在大量搜索相关文献后，学生通常不能有效地进行归纳总结，抓不到每一篇文献的关键性问题，通常课题前期调研工作显得事倍功半。这些可能都和学生习惯的被动式学习模式有关，并没有养成真正的活学活用和综合分析的能力。

2.4 考核形式单一、评价方式不客观

通常材料化学专业课程设计具有任务量较大、难度高和学时短等特点，这就需要3～4人学生按小组分工完成，在组长的带领下完成信息检索、原料选择、设备选型和性能测试等内容设计，组内进行信息汇总后由所有成员共同完成一份课程设计任务书。课程考核评分时的主要依据为任务书的撰写效果，同组的同学都可以获得基本相同的分数。这就会导致个别学生出现惰性心理，让课程设计最终变为了“三个和尚没水喝”的局面。因此如何对每个学生课程设计这门课成绩的客观与科学的评价是值得思考的一个问题。

3 课程设计的改革思路

材料化学专业课程是连接专业基础课和毕业实习、毕业论文等环节的桥梁，不仅要求学生能够按照题目要求完成材料制备和性能测试方案的设计，更要充分体现学生的自主性和创新性。下文中将结合南阳师范学院2015级、2016级材料化学专业培养方案的修改，提出了关于课程设计的改革思路。

3.1 优化专业课程设置，与实践环节相协调

根据我校材料化学专业的实际培养方案要求，本科学生通常在前三个学期主要进行四大化学、公共课的学习，材料专业课一般由大二下期开始集中开课，因此如何合理的将材料类专业课安排在剩余的三个学期显得尤为重要。我校自2015级学生起，在大二下期开始每学期安排3～4门材料专业课和1门材料实验课。例如，第四学期开始，在已有的化学课程基础上安排了材料化学、高分子化学、材料力学、材料化学专业实验I等必修课程。随后大三年级时，依次安排了材料科学基础、材料性能学、材料化学专业实验II、高分子物理、材料现代测试技术等课程。特别对于第六学期，通过增大周学时数从而将原来18周完成的课程集中在前12周内完成。这样就使得学生在完成了专业核心课程后才开始综合实验以及随后的课程设计。避免了理论课和课程设计交叉进行的情况出现，能让学生现学现用专业理论知识，并且也通过课程设计等实践环节也进一步巩固和掌握了所学专业知识[4]。

3.2 灵活设计课程设计题目，引导学生合理选题

本科专业的课程设计不仅是为学生的下阶段毕业实习和毕业论文做准备，同时也是在逐步培养学生的科研能力以适应未来的工作成为合格的专业技术人才。因此课程设计的题目要具有较为宽广的范围，同时题目还要具有一定的难度和创新性[5]。我校材料化学专业教师的科研方向涉及陶瓷材料、新能源材料、高分子薄膜材料、光催化材料等，因此可将课程设计题目与教师科研方向相结合。例如“仿生壁虎胶带的制备方案设计”、“镧锶锰氧导电氧化物薄膜的制备与性能测试”、“甲醇燃料电池电极材料的制备与性能表征”等，这些题目可以和当前材料领域的研究热门相结合，并与材料在生活、工业上应用的实例相联系从而来引起学生的兴趣。

在大三下期开设课程设计时，通常大部分学生已经明确了自己未来考研或者工作的方向。学生可根据自己的兴趣进行自主选题，或者指导老师也可鼓励学生自行选择某些新材料进行自命题，这也从源头上充分调动了教师指导和学生参与的积极性。教师可以将每个小组的课题细分为多个子课题，明确分工任务到每位学生，让学生之间相互帮助与监督，避免学生产生懒惰情绪。此外课程设计开始前的动员工作也尤为重要，由每位指导老师负责对自己安排的题目进行简介，让学生明白每个题目的研究意义和创新性，同学也可扩展学生的专业知识面。随后可以让学生通过“问卷网”等形式结合小组并在互联网上选题，从而改变了以往由教师直接指定题目的被动教学设计局面。

3.3 鼓励学生后续实验验证

材料化学专业课程设计要求学生根据题目设计出材料的合成制备与性能检测方案，这些内容常是学生根据文献调研加上模仿综合实验而设计出的。然而对于想进一步深入研究该课题的学生，他们设计的方案的逻辑合理性和科学性无从考究。因此需要由指导老师对课程设计中完成质量较好的小组，尽量提供实验原料和设备，让学生自己动手完成他们亲自设计的实验方案，在付诸实验的过程中充分研究每一个步骤的实际操作性，发现方案设计的不足并优化设计思路，从而培养学生自己发现问题、思索问题和解决问题的能力，避免课程设计成为单一的“纸上谈兵”[6]。学生通过实验获得的数据结果，可以推荐参加“节能减排”或“挑战杯”大学生课外学术科技比赛。同时在指导老师的帮助下也可进一步完善实验内容，作为本科毕业论文(设计)的前期工作。

3.4 增加答辩环节，综合评定课程成绩

在课程设计完成后由小组成员集体进行公开答辩，相近课题的同学也可以参与并互相学习。要求学生通过PPT的形式展示各组的设计方案，并解释重要实验步骤的设计思路，这些内容是很难在课程设计任务书中以文字形式展现的。当然学生在答辩中描述的设计思路的合理性也将成为课程设计评分的重要依据。通过各小组间的互相提问，学生能够尽可能多的学习到其他课题的内容，以拓展思路并优化自己的课程设计方案。除此以外，学生也能够通过分享自己的设计成果，从而获得成就感和对自我的肯定。最后，教师也可根据答辩情况基本了解学生的专业知识掌握水平，对下一步的专业学习和毕业实践环节提出建议。

4 结语

材料化学专业课程设计是本专业学生重要的重要实践环节，它起到了将专业理论课程和毕业实习、毕业论文建立起联系的关键作用。针对以往课程设计存在的课题形式、评价方法和课程设置的局限性，以南阳师范学院材料化学专业为例，提出了通过优化专业课程设置，结合学生兴趣安排创新性题目，鼓励学生通过实验验证方案设计的合理性，并客观综合的评定学生的课程设计成绩，调动了学生在开展课程设计时的积极性。以此让学生能够将自己所学的知识充分应用到解决实际科学问题的过程中去，达到了课程设计的根本目的。