化學新材料論文范文第1篇
關鍵詞：材料化學;超分子化學;納米材料;教學改革
鄭州大學材料科學與工程學院成立材料化學專業的初衷是在堅持應用型理科人才培養目標定位的基礎上，努力拓展學科專業的生存空間，堅持以高分子材料為特色的辦學定位，通過創新的人才培養模式研究、培養機制研究，讓學生達到基礎扎實、知識面寬、系統掌握化學和材料科學的基本原理和基本實驗技能，能在材料科學及相關領域從事研究、科技開發和相關管理工作，最終成為具有創新精神的高端應用型人才。因此，課程除了開設有化學專業和材料專業的一些基礎課，高分子材料的一些專業課外，如何進一步拓展該專業學生的化學和材料的相關知識，實現化學和材料課程的緊密結合成為課程設置的一項十分重要的內容?；诖四康?，包含了材料化學和納米材料等內容的《材料化學》課程被定為材料化學專業本科生的一門重要的專業的基礎課和主干課。然而，在授課過程中，卻發現該部分內容存在著涉及的知識面廣、內容新，知識點間的跨越較大[1]、國內沒有合適的配套教材以及國內沒有成體系的課程值得借鑒等一系列的問題。同時，學生的反饋也是課程章節之間聯系不夠緊密，概念理解不夠透徹、理論枯燥乏味，晦澀難懂以及對所學知識綜合運用能力弱等問題。
為了激發學生的學習興趣，提高該門課程的教學質量和教學效果，提高學生對所學知識的融會貫通能力，我們對《材料化學》課程教學過程中存在的問題進行了分析和總結，從教學內容和教學方法等方面進行了積極的探索和研究。
一、《材料化學》課程的教學現狀
（一）缺乏合適的教材
目前，國內很多高校都開設有《材料化學》這門專業課，同時，以《材料化學》命名的教材國內也很常見，但是，不同高校開設的材料化學專業，其《材料化學》課程包含的內容有不同的側重點[2]。對于鄭州大學《材料化學》這門課程來說，由于學生之前已經學習了《無機化學》、《有機化學》、《物理化學》、《分析化學》、《高分子物理》、《高分子化學》和《高分子材料》等課程，在《材料化學》再過多的增加基礎化學和材料學的知識不僅在教學內容上會產生重復，同時也會增加學生的厭學情緒，無法達到進一步拓展學生化學和材料相關知識的初衷。而將超分子化學和納米材料等內容加入到《材料化學》教學內容中，則既可達到最初課程開設的目的，也可拓寬學生的知識面，提高學生的學習興趣。然而，目前市面上的《材料化學》教材均不含超分子化學的內容，同時，其有關納米材料的內容也過于簡單，無法滿足課程開設的需求。
（二）教學內容差異化較大
國內開設《超分子化學》本科生課程的高校并不普遍，另外，在課程內容的選擇上各個高校的差異化也較大，這一方面和課程開設的目的息息相關，另一方面也和課程開設的性質有著緊密的關系。有些高校將《超分子化學》作為專業課程，有些將其作為拓展課，因此教學內容上有些偏重于超分子化學的基本概念和基本理論，有些則更多關注超分子化學的最新進展。如吉林大學開設的雙語課程《超分子化學》，其在引入超分子化學的基本概念后，更多的內容則傾向于超分子化學在各個領域取得的進展[3]，這與其課程開設的目的是開闊學生的視野，培養學生對科學研究的興趣息息相關。而鄭州大學引入超分子化學內容的主要目的是讓學生掌握超分子化學的基本概念、基本原理、能夠通過超分子化學的手段設計、合成一些簡單的材料，能夠分析常見的主客體化學中的作用力類型以及作用力的增強或減弱的原因，拓展其在化學和材料領域方面的基礎知識。有關納米材料教學內容方面，鄭州大學材料化學專業堅持高分子材料的辦學特色必然要求高分子納米材料要作為其中的重要內容。因此，如何解決教學內容差異大，同時突出自己的辦學特色，成為擺在我們面前的一個重要問題。
二、教材和教學內容的選擇
（一）教材的選擇
超分子化學和納米材料在本科教學方面基本沒有現成的教材，沒有成體系的教學模式和內容可以參考，很多院校都是在引入基本概念后，結合國內外研究的最新進展開展拓展性的教學[4]。這種教學模式比較適合在研究生教學中開展，但對于材料化學專業的本科生，源于以下幾個方面的考慮，該方法就不太適合。1. 課程所涉及的概念、理論和方法要成熟，進展類的內容盡量少涉及;2. 《材料化學》僅安排了48學時，教學內容要重點要放在了基本概念、基本理論和基本方法上;3. 本科生對知識理解的廣度和深度和研究生有一定的差距，過于復雜的理論和實驗不利于其理解和吸收?；谝陨蠋c考慮，在參考教材的選擇上，我們針對不同內容采取了不同的方案。對于超分子化學，我們主要選擇了國外的原版英文教材的譯著，如化學工業出版社出版的國外優秀化學著作譯叢《超分子化學》和北京大學出版社出版的《超分子化學-概念和展望》等。而對于納米材料，我們主要選擇的是在國內納米材料領域的一些代表著作，如白春禮主編，四川教育出版社出版的《納米科技-現在與未來》和施利毅主編的華東理工大學出版社出版的《納米科技基礎等》。同時，為了更加適應我們專業的教學，我們成立了材料化學編寫小組，在參考了國內外大量書籍的基礎上，自編了《材料化學》教材，更加方便了學生的學習和參考。
（二）教學內容
根據本科生知識結構的特點，結合我們課程自身的實際情況，我們在超分子化學和納米材料授課內容的選擇上重點放在了基本概念、基本理論和基本方法的講解上。在超分子化學的教學內容上，我們主要講解了超分子化學的相關概念、生命中的超分子化學與生物模擬、陽離子的絡合、陰離子的鍵合、中性分子的絡合以及自組裝和模板等內容。在納米材料部分，我們主要講解納米材料概述、納米材料的化學制備方法、無機納米材料、高分子納米材料等。教學內容的選擇上除了突出重點，突出基礎外，更加注重章節間的聯系和邏輯關系，提高了課程的系統性和關聯性。具體來說，在超分子化學內容的選擇上，我們沿著什么是超分子化學-超分子化學是怎么發展起來的-超分子化學和普通化學有什么異同-超分子化學為什么是一門重要的值得學習的課程這條主線。而在納米材料內容的選擇上，我們則沿著什么是納米材料-納米材料和體相材料相比具有哪些優異的性質-納米材料具有獨特性質的原因是什么-納米材料的常規制備手段有哪些-常見的高分子納米材料的制備方法-常見的無機納米材料的制備方法這條主線。沿著這些主線，極大提高了課程章節之間的邏輯性、系統性以及內容的關聯性，提高了學生的學習效率，增強了教學效果。同時為了增加學生的實驗能力，我們還開設了48學時的《材料化學實驗》課程，這在增強學生動手能力的同時，還可進一步提高學生對所學理論知識的理解。
三、教學方法探討
（一）激發式教學
針對該專業學生讀研和出國率較高的特點，在課堂上給他們簡單規劃科研成長的道路，告訴他們在科研的成長道路上選題的重要性，列舉了近些年在超分子化學領域和納米材料領域的重要研究成果和諾貝獎獲得者，讓學生深刻認識到學好超分子化學和納米材料的相關知識，可以在今后他們的學術成長道路上幫助他們易出成果、多出成果，出好成果，從而激勵學生發自內心去學習這兩個方向的知識的熱情。同時，鼓勵學生多思考，多用自己而非書上的文字來發表自己的觀點，并對他們進行啟迪和鼓勵，讓學生在回答問題的過程中去思考，讓其他學生對其觀點進行評述和補充，從而調動他們的積極性、能動性和創造性，達到激發式教學的效果。
（二）歸納對比式教學
超分子化學和納米材料教學內容點多面散，如何讓學生能夠在短暫的課堂上掌握這些教學內容中的基本概念和基本理論，學會用這些概念和理論分析和解決一些實驗中遇到的問題，理解文獻中報道的最新內容，是擺在任課教師面前一個十分現實的問題。為此，我們對這部分教學內容進行了歸納，同時將相近的內容進行了對比，這樣不僅能夠加深加快學生對教學內容的理解和掌握，還有利于學生學會思考，掌握分析問題的方法和技巧。例如，在超分子化學的教學上，我們就如何分析主客體之間鍵合的穩定性進行了歸納，得出如下分析和解決問題的技巧：1. 主體的空腔和客體在空間尺寸上越匹配，主客體間的鍵合越強;2. 主體的空腔和客體在形狀上越類似，主客體間的鍵合越強;3. 主體和客體在電荷上要互補，相同條件下電荷密度越大，主客體結合越強;4. 相同條件下，主體的剛性越強，主客體間的結合力越強;5. 相同條件下，主體的預組織性越強，主客體間的結合力越強;6. 溶劑對主客體間的結合力影響很大，因此可利用親疏水性增強主客體間的結合;7. 利用大環效應、大二環效應可放大鍵合位點間的弱相互作用，增強主客體間的鍵合;8. 主客體和溶劑間的溶劑化自由能越大，主客體間的鍵合能力越弱。另外，為了對比分子化學和超分子化學的不同，我們采用圖像和表格兩種方式對他們進行了詳細的對比。其從結構和功能上形象地對比了超分子化學和分子化學之間的差異和聯系，闡明了分子化學是合成新物質，而超分子化學是形成分子組裝體。而表1則從結構單元、單元名稱、結合力、結構實現方式、結構以及性能等多方面對分子化學和超分子化學進行了多層次的對比，這在加深學生的理解和掌握的同時，也方便學生記憶。
（三）化抽象為形象式教學
超分子化學中的弱相互作用力的種類很多，包括氫鍵、離子-偶極、偶極-偶極、陽離子-π、π-π堆積、范德華力以及疏水效應等。在主客體的結合過程中通過將這些弱的相互作用力放大，可形成穩定的主客體化合物，并且這些主客體化合物和主體與客體在適當的條件下可實現快速的轉換。如果只是講解這些抽象的理論，學生很容易困惑和迷茫。為了便于學生的理解，我們采取了化抽象為形象的教學方式。例如在講解冠醚，我們將冠醚比作一頂可伸縮的帶有幾個魔術貼粘接點的簡易柔性帽子，將堿金屬陽離子比作不同的人的頭。冠醚和陽離子絡合時，就好比不同人選擇不同帽子，只有帽子的尺寸和人頭的大小匹配時，其戴在頭上才會比較牢固和舒適，否則就容易脫落。而固定在冠醚環上的氧原子好比帽子上的魔術貼粘接點，只有帽子尺寸和頭的大小比較合適時，這些粘接點才能同時和頭部比較好的作用上，實現冠醚和陽離子的穩定絡合。同時由于冠醚具有一定的柔性，就像有一頂伸縮性的帽子，其在尺寸不太匹配時，仍可通過帽子的伸縮不太舒服的戴在頭上，具有一定的結合性，就像冠醚尺寸和堿金屬離子不太匹配時，依然呈現出平臺選擇性相似。
四、結束語
本文針對鄭州大學材料科學與工程學院現有的《材料化學》課程中超分子化學和納米材料兩部分的教學內容的特點、現狀以及存在的問題，分析了教學改革的必要性，并從教材和教學內容的選擇、教學方法的改進等方面進行了該門課程的教學與實踐改革，取得了理想的教學效果。但是由于這門課程中涉及的教學內容龐雜，新的概念和理論不斷完善和替代舊者，新的研究成果不斷涌現，其和其它學科間的交叉也日益密切，因此課程的教學改革和實踐必定是一個長期的過程。在隨后的教學過程中，我們還需對《材料化學》課程在實踐中不斷地進行探索和總結，以使該課程的教學效果得到不斷的完善和提高。
參考文獻：
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化學新材料論文范文第2篇
關鍵詞：材料科學基礎;材料化學;教學改革
1、引言
國內目前已有150多所高等院校開設了材料化學專業，培養了大批具有扎實的理論基礎知識和優秀工程實踐素質的高層次人才。作為該專業的第一門材料學專業基礎課，《材料科學基礎》課程的重要性毋庸置疑，其在材料化學專業的培養體系中占據了非常重要的地位。作為一門重點研究材料“結構-性質”關系的基礎課，如何利用經典的理論知識來解釋實際科學或工程實踐中的問題是學好該課程的關鍵所在。
對于材料化學專業而言，化學理論的基礎也是必不可少的。根據所授學位類型的不同，對化學基礎理論課程的數目和課時量的安排也有所不同。一般而言，理學學士對于化學理論的要求要高于工學學士。這也就意味著四大化學基礎課程(無機化學、有機化學、物理化學、分析化學)在整個培養體系中所占的比重有所區別，直接影響到材料學相關課程的數量和課時量安排。在大多數將材料化學專業作為理科專業進行培養的高校中，本科第一和第二學年基本都安排了課時量在100-120學時/課程的四大化學課程，材料學課程的學時相對較少。而對于授予工科學位的材料化學專業則正好相反。因此，在材料化學專業學生的培養過程中，如何處理好化學基礎理論課與材料學專業課之間的關系是做好《材料科學基礎》課程教學的關鍵。
2、《材料科學基礎》與四大化學課程的銜接
在材料化學專業的培養體系中，無機化學是第一門開設的專業課程，也是所有化學課程的基礎。它既要完成無機化學學科自身豐富的教學內容，又承擔著為后續課程作好必要準備的特殊任務[1]。無機化學課程的授課內容廣泛，包含普通化學的基本原理和元素及其化合物的性質。其中，化學熱力學和晶體結構的相關知識是材料科學基礎課程中“相圖”和“原子和晶體結構”等內容非常重要的理論基礎。因此，無論是對于工學還是理學專業，無機化學作為一門基礎專業課，其重要性是毋庸置疑的。
有機化學和物理化學課程一般在本科二年級開設。由于涉及一個全新的知識架構，有機化學所講授的內容通常不作為材料科學基礎課程的主要內容。相反，物理化學一般被認為是四大化學中非常重要，也是學習難度較大的一門課程[2]。與材料科學基礎的課程內容相比較而言，物理化學課程體系中的熱力學基礎、相平衡以及表面與界面等內容也都是目前材料科學體系的經典內容，在目前納米材料的前沿研究領域都有著非常重要的應用。因此，對于授予工學學位的材料化學專業而言，在有機化學課程的選擇上一般根據學院自身的研究方向來確定。而物理化學一般作為材料類專業的必修課程，根據所授學位的不同，在授課學時方面有所區別。
作為一門最貼近實驗的理論課，分析化學的主要任務是鑒定物質的化學組成、測定物質有關組分的含量、確定物質的結構和存在形態及其與物質性質之間的關系等[3，4]。其中，光譜、色譜和質譜分析手段在目前功能材料的研究中也發揮著重要的作用。因此，適當開設一定的分析化學課程能夠很好的與《材料現代分析測試方法》中的大型儀器結構表征等內容形成互補，為材料表征的相關方法提供一定的理論支撐。
縱觀《材料科學基礎》的教學內容，授予工學學位的材料化學專業可根據自身的發展方向適當刪減有機化學、分析化學和物理化學的教學內容，并增加更多的工科課程如《電工技術》、《材料力學》、《機械制圖》等。而作為授予理學學位的材料化學專業，則可以將培養體系設置為偏重化學基礎，同時兼顧材料類課程的方式。
3、《材料科學基礎》與材料學專業課程的銜接
由于涉及非常多的專業方向(金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、復合材料等)，使得材料科學基礎這門課程具有內容復雜、涉及面廣等特點[5，6]，在有限的學時內難以將所有的專業方向進行全面學習。因此，凝練出材料科學最為基礎的理論和所有材料的共性問題，同時突出自身教學內容的特色是所有《材料科學基礎》課程教學的關鍵。經過1個多世紀的發展，目前公認的《材料科學基礎》的課程內容可分為兩大基礎知識模塊：1、材料的微觀結構(原子鍵合、晶體結構、晶體缺陷);2、外場作用下材料結構和性質的變化(擴散、塑性變形與再結晶、凝固、相圖)。
本科三年級所開設的材料學專業課程大多與學院的研究方向密切相關，在《材料科學基礎》的授課過程中，將目前最新的研究成果融入到相關的知識點中不失為一種具有良好效果的教學方式。例如，Kirkendall效應是固體擴散理論中的關鍵組成部分，而在目前前沿的研究工作中，其又是合成納米金屬核-殼結構的重要方法。因此，在課堂教學中將基礎理論與研究應用緊密結合是激發學生學習興趣，提高教學效果的重要方法。
4、總結
本文從《材料科學基礎》與四大化學課程和材料學專業課程的銜接方面展開進行討論，提出了課程在內容設置和教學方法等方面的一些見解。本文認為，處理好《材料科學基礎》在化學基礎課與專業方向課之間的關系，充分發揮《材料科學基礎》在二者之間的橋梁作用，對于提升教學效果非常重要。
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作者簡介：孫頡(1985-)，男，講師，主要從事材料科學相關領域的教學科研工作。
化學新材料論文范文第3篇
摘 要：在全社會關注教學質量的今天，提高教學質量已成為多數高校的自覺行動，實踐教學的重要性得到了前所未有的重視，實踐和創新兩大能力是專業人才培養的核心。根據目前國內大學材料類課程教學與實驗基地建設情況，結合我院材料化學專業的優勢與特色，提出了專業教學—實踐雙平臺建設的理念，通過搭建專業課程網絡平臺，以及完善和優化校內實驗/校外實踐平臺，有助于促進本科生、研究生的自學能力、實驗實踐能力的提高，利于創新型人才的培養。
關鍵詞：教學—實踐體系 材料化學 雙能力
在全社會關注教學質量的今天，提高教學質量已成為多數高校的自覺行動。對于材料類專業學生來說，專業教學的改革必須著眼于學生根本能力的提高，實現“基礎厚、專業寬、能力強、素質高”的人才培養目標。南京大學、四川大學、中國科技大學、北京科技大學、濟南大學、南京化工大學等材料相關專業先后在硬件建設、課程改革、人才引進、教材建設等方面展開了轟轟烈烈地工作。中國計量學院材料科學與工程學院于2006年建立，具有濃郁的科研氛圍，且從事教學科研的老師普遍具有國內/外博士及以上學歷。結合我院實際情況和專業特點，確立了以培養科學研究為主導，以培養學生實踐技能、科學思維、團隊意識和創新精神為目標，堅持“理論教學與實踐教學并重、實驗技能訓練和科學思維訓練并舉”[1]的教學改革思路。
1 “兩平臺雙能力”體系的內涵
當今國內外大中院校，對于教學質量非常關注。教育改革成為多數高校的自覺及必要行動，主要體現在硬件建設、課程改革、教材建設等方面，同時增加了實踐教學方面的課時和經費。這種改革，不是教學內容的重復，而是促進學生提高動手能力，是對實踐教學質量的提高，起到事半功倍的效果。
基于中國計量學院材料化學專業的教育實踐，在分析目前及今后本專業的社會需求和用人單位對材料類專業學生素質、能力等人才規格要求的基礎上，對照政府和社會加快教學改革、提高高等教育質量的迫切希望，我們充分認識到實踐和創新是專業人才培養的核心，決定共同搭建分院專業培養學習能力的課程教學與培養實踐能力的生產實驗（校內綜合性實驗、自主創新型實驗、模擬實驗及校外實習等）兩大平臺，作為學生能力培養的有效載體。通過這兩個平臺的搭建，把材料專業學生培養為適應社會發展的應用型人才，提升學生的學習能力、適應能力、知識應用能力和專業發展能力。
2 教學平臺建設及管理體制
自主學習是新課程改革大力倡導的重要學習方式。學院以“厚基礎、寬口徑、重能力”的指導思想，遵循認知規律，遵照由提高動手能力到培養創新思維的宗旨，對原有教學課程體系進行了改革[2]。除課堂正常教學外，搭建專業教學課程平臺，實現教學課程資源網絡化，促進學生獨立自主學習習慣的養成和能力的提高[3]。
通過BB平臺的課程建設，實現專業教學課程資源網絡化?，F在中國計量學院材料科學與工程學院推出了多門重點建設課程，例如《應用電化學》《材料表面處理》等，教師在充分掌握學生學習情況的基礎上，針對大多數同學，課上按教學大綱講授基本要求范圍內的內容；對于能夠進行更深度學習、對課程某方面需要進行知識面擴展的學生，在網絡教學平臺上呈現更多的學習資料、相關文獻、實驗視頻、應用軟件、學習網站等，方便他們自主學習、加深知識理解；最終針對學生個體差異，實現分層次教學，促進學生學習能力提高及知識的鞏固。教學網絡平臺的所有課程，將對本專業所有學生公開，方便他們對教學資源的獲取及問題反饋。
3 實驗平臺建設及優化
大學本科教育中，實踐科研反哺理論教學是重要研究課題之一。學生只有通過充分的實驗及實踐，才能更有效率地促進理論知識學習，提高教學改革效果。目前，主要在以下方面進行了實驗平臺的搭建及完善。
3.1 實驗內容的改革
首先，改變傳統專業實驗課程設置依附于理論課體系的橫向模式，超越單門課程的范圍，建立實驗課程之間的系統聯系，在原有實驗課程的基礎上設立相對獨立的縱向聯系的課程，形成縱橫交叉的網狀專業實驗課課程體系，實現專業實驗課程之間的縱向聯系和貫通。其次，改變實驗教學由單一課程和學生班級為單位的組織形式，形成交叉型的教學指導團隊和興趣型的學生學習團隊。最后，根據實驗教學內容，重新確定了基礎實驗、設計性實驗、綜合性實驗、設計研究型實驗4個層次結構。重點開發了幾個培養學生綜合設計能力和創新能力的實驗，以及培養學生綜合應用現代理論和方法的實驗。在實驗教學內容改革中，減少了驗證性、分析性實驗項目，增加了設計性、綜合性、創新性實驗項目[4，5]。
3.2 依據功能實驗室條件，實現資源共享
高?？蒲衅脚_往往擁有大量貴重實驗設備，根據儀器屬性，可巧妙設計實驗教學內容，綜合利用儀器，充分發揮儀器能效。部分科研設備課充當實驗教學過程的資源。學生通過學會儀器操作，能掌握儀器基本原理和簡單維護知識，進而提高學生動手能力，為以后從事相關專業工作打下堅實的基礎。大部分從事教學科研的老師，課余時都有自己的研究課題。對于學生感興趣的實驗，學生可以積極參與教師的科研，甚至儀器設備熟練操作后，獨立自主完成其中的一個實驗環節，培養其科研的縝密思維及細致耐心、精確的實驗操作能力等。目前，不少大三及大四的學生在指導教師的幫助下，承擔了省級、校級、院級等科研項目，在綜合利用實驗室資源的條件下，獲得了有效的實驗成果，并在SCI收錄的國際雜志及國內核心雜志發表數篇論文。
3.3 實驗管理網絡實時化
實驗管理過程中，可通過網絡平臺管理，實現學生與教師的實驗前、后的部分互動。對于學生來說，可在網上自主選擇時段并預約感興趣的實驗項目，通過實驗網絡平臺完成預習、學習、復習、提問等各項學習任務；對于教師而言，可以對實驗教學的全過程實時監控，實現諸如學生網上分組、網上考勤、數據整理及分析、網上答疑等功能，從而使學生實驗在老師的指導下有效開展。
3.4 建設產學研基地，促進學生社會實踐綜合能力培養
中國計量學院材料科學與工程學院材料化學專業，主要以高性能磁功能材料與器件、先進炭材料、材料表面處理技術、化學電源等為研究對象，解決企業技術難題及生產中存在的各種關鍵性難題，滿足區域經濟發展需求，達到科研為地方經濟服務的目的。我院與企業共建校內產學研平臺3個、校外產學研基地21個，建立了材料類基礎實驗教學、專業實驗教學、工程技術實踐教學以及課外創新實驗教學等課外實踐教學平臺。近期我院又與紹興康健精密不銹鋼有限公司全面開展產學研合作，共建“中國計量學院——紹興康健精密不銹鋼有限公司磁性材料研發中心”，在技術攻關、產品研發、平臺搭建、獎學金資助等全方位的合作，支持和激勵大學生開展科學研究和創新實踐。
在生產科研基地，要加強專業實踐環節的組織和團隊指導，讓學生參與到協作單位實際的工程項目中，在教師和工程技術人員的指導下承擔實際工程項目的設計和管理，讓學生接觸技術的核心，使學生通過實戰鍛煉掌握工藝創新技能。
4 結語
根據社會主義市場經濟發展的要求，培養適應社會主義現代化建設需要的德、智、體全面發展，且具有扎實專業知識和實驗技能的材料人才是推進材料領域發展的關鍵。通過認真研究國內外高校相關專業特點，探索并執行“兩平臺雙能力”材料化學專業教學—實踐體系的構建，制定并落實材料專業人才培養模式的具體實施方案，必定能夠促使專業教學課程體系不斷的完善，促進學生在實驗實踐創新平臺培養的實踐和創新能力不斷提高。
參考文獻
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化學新材料論文范文第4篇
關鍵詞： 材料化學;化學工程;工程應用
引言：近年來，伴隨著科學技術的不斷發展，傳統的化學生產技術逐漸與現代工業技術相互融合，促使化工工程技術所能夠應用的范圍更加廣泛化、深入化?；て髽I工作在實際運作期間合理運用化學工程技術，能夠極大程度提升化工企業自身的生產效率。
1 材料化學工程的概述
一是以新型功能材料為核心的化工單元操作過程，如吸附脫附過程、膜反應過程、蒸餾過程、膜分離過程等。該方向主要利用新型材料的物理及化學特性，實現化工生產的物理傳遞及化學反應過程，通過研究物質在材料微觀結構中的傳遞及反應規律，總結材料性能與材料物質結構的關系，進而建立起新型材料設計及化工單元過程優化的理論和工程技術。二是利用化學工程的方法理論來解決材料生產過程中的關鍵問題，通過工藝條件的控制對材料的結構及性能進行改進，實現產品的定性定量生產，為材料生產的實驗基礎及工業放大提供參考。
2 材料化學工程的應用
2.1 納米材料的應用
結合熱力學、電磁學、化學、光學性質，納米材料不僅能應用于光電領域，還能作為高效率的光熱轉換新材料。以納米技術為基礎的電池、塑料、油漆等技術已經取得了較大進展，同時正在逐漸推廣。納米材料應用于健康和生物系統近年來也成為研究的熱點。在健康領域，基于納米尺度的藥物載體搭載抗腫瘤藥物分子，通過載體的分子識別特定細胞，直接將化療藥物分子應用在特定細胞上(如腫瘤細胞)。在生物系統領域，將納米材料技術應用于仿生科技也是研究熱點之一，通過利用納米材料制備的人造皮膚可以實現和人體的良好接觸，具有透氣性和柔軟性的特性，成為新一代人體仿生技術的發展方向。在新能源領域，新能源汽車革命正如火如荼地進行著，基于納米尺度的鋰電池正極材料也是研究熱點之一，其通過提升正極材料的鋰離子交換效率從而極大提升了電池的效率。特斯拉公司計劃將納米材料技術應用在三元鋰離子的正極材料上，以期提升正極材料的表面積從而達到提升鋰離子交換效率的目的?？梢哉f納米技術是21世紀科學領域中最重要的技術革命。
2.2 先進陶瓷材料的應用
陶瓷材料是金屬和非金屬元素的復合物，通常是由氧化物、氮化物和碳化物等組成。例如，一些常見的陶瓷材料包括氧化鋁、二氧化硅、碳化硅和氮化硅等，另外還有瓷器、水泥和玻璃。而先進陶瓷材料在原料、工藝方面有別于傳統陶瓷，采用特殊的結構設計并結合不同性能的高純度原料，通過新型的工藝技術生產出具有特殊用途和性能的陶瓷材料[1]。先進陶瓷材料按照性能不同分為功能陶瓷和結構陶瓷。功能陶瓷主要是通過對材料內部或基體的改性，從而使得陶瓷材料具有一定的光響應性、電響應性、熱響應性或化學響應性。在光伏電池領域，可以通過在陶瓷中摻雜氧化鋅、氧化鋯等金屬氧化物納米粒子，從而提升陶瓷的導電率與透明性。在光電材料的關鍵組件方面，介電陶瓷材料是集成電路基板關鍵的元件材料，即陶瓷電容器。在先進制造領域，壓電陶瓷在傳感器領域有著重要的應用，是壓力傳感器的最關鍵的部件，而壓力傳感器作為機器人的壓力感知、動作校正方面有著重要應用，是機器人的關鍵部件。結構陶瓷，其具有優異的化學、熱學、力學性能，如耐高溫、低蠕變速率、高硬度、耐腐蝕等，常用于各種結構的關鍵部件。它能夠在很多苛刻的條件下工作，是實現很多新興科學技術的關鍵。在空間技術領域，宇宙飛船與航天飛機需要耐超高溫、強度高、質量輕的結構材料，而先進結構陶瓷材料能滿足這些苛刻的要求。未來航空航天技術將更依賴于新型結構陶瓷的發展與應用，如陶瓷基復合材料目前已應用于制造液體火箭發動機噴管及導彈天線罩。在光通信產業，傳統的氧化鋁基板正在被具有高熱導性的氮化鋁陶瓷基板逐步取代。在這一領域，我國研制的氮化鋁陶瓷基板材料的熱導率是氧化鋁的5-10倍，性能在國際上居于領先地位。
2.3 新型薄膜材料的應用
薄膜材料種類繁多，應用廣泛，目前常用的有：超導薄膜、導電薄膜、電阻薄膜、半導體薄膜等[2]。這些膜材料都具有光、電、磁、熱等方面的特殊性質，并在一定作用下表現出特殊的功能。新型薄膜材料主要應用于自動控制、集成電路、太陽能電池、交通等領域。像透明導電氧化物薄膜被廣泛應用于太陽能電池、觸摸屏顯示器及透明視窗等設備中，是不可或缺的一類薄膜材料。透明導電氧化物薄膜將材料的光學性質和導電性質有效的進行結合，其具有很低的電阻率，在可見光波長內保持透明，對紅外光具有較強的反射作用。這種薄膜材料由氧化物組成，化學性質穩定，同時還具有優良的耐摩擦性，采用合理的制備方法能夠得到具有較強附著力的薄膜。由于具有這些良好的性能，透明導電氧化物薄膜在光電器件制備中具有廣泛、重要的應用前景。
3 材料化學工程技術的進展
目前，南京工業大學開發的以陶瓷膜材料為核心的集成單元技術，在國內形成了以陶瓷膜為基礎的新產業，同時發展出了陶瓷膜催化集成工藝、生物質乙醇制備工藝、陶瓷膜生產中藥工藝等先進技術，帶來明顯的經濟效益[3]。天津大學開創的以吸附材料為核心的吸附蒸餾技術，使吸附過程與蒸餾操作耦合在同一塔中，提高了分離因數，加強了脫附作用，同時還具有操作連續以及物料處理量大的優點[4]。通過控制反應及工藝條件，運用化學工程的方法理論對材料的加工過程進行控制是材料化學工程的另一重點內容。我國在這一領域已經取得較大進展，北京化工大學結合超重力場工程技術，在生產中實現了對材料形貌的控制，解決了從實驗室階段到工業化階段的放大效應問題。超重力場能夠強化物質的傳遞過程，通過改變其強度便可控制產品粒徑。目前已經發展成了工業化技術體系，能夠生產碳酸鍶、碳酸鈣、碳酸鋇等納米級粉體。清華大學將流化床工藝運用于生產碳納米管，促進了碳納米管的規?；a，大幅降低了生產成本，為我國帶來了巨大的經濟效益。
4 展望
新型材料設計制備及化工過程優化是材料化學工程的研究目標，其關鍵問題是材料特性與生產過程的關系，材料微觀結構與性能的關系。盡管在過去的幾年中材料化學工程學科取得了巨大的進步，但仍然存在技術挑戰，如材料微觀結構在不同應用中的變化、基于新型材料的傳質傳熱機理等。此外，材料加工和精煉方法需要進一步改進，減少污染，減少開采原材料對環境的破壞。因此，能夠實現能量轉化、具有儲能、可供二次回收利用的新型材料及無污染的材料生產工藝是未來材料化學工程的發展重點。
結束語：
隨著科技進步與發展，材料化學工程將滲透到各個行業，與其他學科專業的交叉越來越廣，技術挑戰越來越大。生命、能源和環境是當今世界各國都特別重視的領域，材料化學工程的各個分支學科的主要研究也應與這些方面密切相關。強化環境與綠色化學材料的研究，關注與公共安全相關的材料化學問題的研究將是未來研究的重要課題。
參考文獻
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化學新材料論文范文第5篇
關鍵詞：材料物理專業;材料物理化學;教學改革
一、材料物理專業的特色
材料物理專業是“研究各種材料特別是各種先進結構材料、新型功能材料物理基礎、微觀結構以及與性能之間關系的基本規律，為各種高新技術材料發展提供科學依據的應用基礎學科，是理工融合的學科”[1，2]。材料物理是物理學與材料科學的一個交叉學科，主要通過各種物理技術和效應，實現材料的合成、制備、加工與應用。主要研究范圍包括材料的合成、結構、性質與應用;新型材料的設計以及材料的計算機模擬等[3]。材料物理將理科的知識傳授與工科的工程能力培養相結合，使傳統材料工藝學與以現代物理學為基礎的材料科學相融合，具有“亦工亦理，理工相融”的特點。
二、材料物理化學在材料物理專業中的作用和地位
材料物理化學是貴州大學材料物理專業本科生的學位必修課程，這門課程是從物理化學的角度研究材料科學與工程的基礎理論問題，從基礎的具有共性的原理及方法來論述各種材料的組成與結構、制備與合成、性能與應用的相互關系。該門課程的教學目的在于提高學生的專業知識水平，培養學生科學的思維方式和獨立的創新能力，以及綜合運用基礎理論來解決實際問題的能力。材料物理化學是材料物理專業非常重要的專業基礎課，它以高等數學、大學化學、大學物理等理論基礎課程為基礎。高等數學是學習物理化學的重要手段和工具，物理化學只有通過數學語言的表達才能成其為真正的科學。認識到大學物理和物理化學中熱力學內容的銜接，了解大學物理中原子結構知識的介紹，協調好與大學化學中原子結構部分內容的關系，突出重點，避免重復，講清難點，是材料物理化學教學中值得注意和認真對待的問題[4]。材料物理化學同時也是材料物理專業的后續專業課程(材料腐蝕與防護等)的基礎課程。材料腐蝕與防護課程中的金屬與合金的高溫氧化的熱力學部分，就要運用材料物理化學中諸多熱力學基本知識，如△G-T平衡圖和克拉佩龍方程等。材料物理化學如同一座橋梁，將材料物理專業的前期基礎課與后續專業課聯接起來，以完善專業知識的系統與連貫性。同時，材料物理化學作為一門重要的專業基礎課，是許多高等院校研究生入學考試的必考科目。材料物理化學與材料科學與工程各專業相關的生產生活聯系緊密。新材料的設計、合成以及產物性能的提高與可控自由基聚合反應中所用的新型催化劑和引發劑息息相關。在材料表面改性過程中，界面效應是起理論指導作用的。電化學在材料領域應用廣泛，例如：熔鹽電解法制取金屬鋁、多種稀土金屬及其合金，金屬在使用過程中的腐蝕及防護等，新型的化學傳感器、燃料電池、鋰離子電池的研究和生成都要用到電化學理論。而對于發展迅速的前沿材料納米材料，如何制備具有規定尺寸和組成的納米顆粒、測量其性質、了解它們的特殊性質與顆粒尺寸的關系等很大程度上依賴于科學測量手段和化學化工技術，這也離不開材料物理化學基本原理的指導。
三、材料物理化學的教學難點
根據在以往的教學過程中的觀察與經驗，材料物理化學是一門老師難教、學生難學的課程。這首先是因為材料物理化學課程與數學物理聯系密切、抽象概念多、數理推導多、公式繁雜等特點。許多學生見到大段連篇的公式推導就會產生畏難心理，喪失學好該課程的信心，然后就逐漸厭學甚至放棄學習。再加上該門課程對于材料物理專業的學生來說，課時相對較少，要在有限的學時中掌握較多的內容，使得以往的教學出現點到為止，認識學習不夠深入的現象[5]。該門課程的授課對象是大學二年級上學期的學生，處于這個時期的學生學習興趣和學習熱情處于整個大學的全盛時期，求知欲強，精力充沛。面對這樣的學生，如何有效地利用他們的求知欲，激發起學習該課程的興趣，并針對他們的缺點，制定行之有效的方法及對策，使其通過該門課程的學習，培養起運用物理化學的方法進行科學研究和解決實際問題的能力，是值得我們教學工作者值得思考并認真對待的問題。
四、材料物理化學的教學改革
針對上述問題，為提高材料物理化學的教學質量，激發學生的學習興趣，培養學生能力，我們對材料物理化學課程教學進行了多方面的改革。
1.教學內容上的改革。(1)教學內容與材料物理專業特色相結合。針對材料物理專業“亦工亦理，理工相融”的特點，材料物理化學的教學思想與內容安排也要做到理工相融。既要把重點放在物理化學的基礎理論、基礎知識、基礎技能的教育上，比如要對基本概念有比較深的理解，對重要公式能夠熟練掌握，對課程作業有嚴格的要求等，以加強學生對理論知識的認識和理解[6]。同時，教師也要認識到工程教育是材料物理專業學生培養中不可缺少的重要組成部分，要徹底改變傳統物理化學教學模式下工程教育處于從屬地位的狀況。我們既要強調物理化學學科的理論性和科學性，又要從工程需求的實際出發進行考慮，不能重科學輕技術、重理論輕實踐，不能從理論到理論，而應注重相關結論的物理意義、適用范圍，注重科學理論與工程問題的結合。(2)教學內容與科研實踐相結合。材料物理化學課程應積極倡導科研與教學資源共享，以科研促進教學，適時地將最前沿的科研成果滲透到教材、教學和實驗中。將科研課題和教學相結合，實現科研對教學的帶動作用。如能實現教學和科研的互動，這將為本科生完成畢業論文，繼續讀研深造奠定堅實的基礎，并能大大提高學生分析問題解決問題的能力、實驗操作能力以及計算機軟件的使用能力。同時將教學與教師的科研實踐相結合，還有利于調動學生學習和進行實驗操作的積極性及興趣，啟發學生的思維，激發其探索精神。例如，可將材料物理系教師的科研課題“稀土氧化物納米顆粒的制備”與相關化學熱力學和界面現象的知識相結合來進行教學，將教師課題“激光熔覆制備生物陶瓷材料”與相關的熱力學知識相結合，如反應吉布斯自由能的計算及其作為反應判據的應用，等等。還可以鼓勵感興趣的學生參與到教師的科研實驗中來，學以致用，加強知識點理解的同時，拓寬視野，鍛煉科研及動手能力。
2.教學方法上的改革。(1)傳統與先進教學手段相結合。傳統的教學手段板書由于其單調、枯燥的特點已不能完全適應目前的教學要求，而多媒體輔助教學手段是圖、文、像、色集于一體的現代化教學手段，它的應用使原本量大、抽象、復雜、枯燥無味的理論知識，通過形象、生動、直觀的形式表現出來，調動了學生的積極性和學習興趣，便于學生對知識的理解和掌握。同時，也為教師節省了大量板書繪圖的時間，加快了授課進度也增大了教學信息量[7]。比如相平衡與界面現象這兩章，利用多媒體手段能將各種相圖、亞穩狀態及潤濕現象能內容形象直觀地表現出來，配上動畫效果，更便于學生的認識與理解。但是在整個教學過程當中，多媒體也不是放之四海而皆準的教學手段，在一些公式的推導演示以及課后習題的講解過程中，配以一定的板書，將會起到解釋充分、循循善誘的教學效果，使學生有充足的時間理解消化相關重點及難點?？傊?，不同形式的教學方法、教學手段須依據教學內容、學生能力、教學需求等靈活應用，才可較好處理有限的理論學時與教學內容多、傳授知識與培養能力、主體與主導之間的關系，有效地提高學生學習興趣、自學能力、綜合素質，取得良好的教學效果。(2)教師指導與學生自主學習相結合。傳統的材料物理化學的教學模式是填鴨式教學，老師講，學生聽，老師主動教，學生被動學，這樣的教學模式使學生的主觀能動性得不到體現和發揮，因而造成事倍功半的教學效果。師者，傳道、授業、解惑也。教師除了完成傳道授業的任務外，也要試圖將學生的學習潛能激發出來，對此，我們采用了以下方法：①在教學中采用重點難點教師講授、簡單章節學生自主學習的方法。學生自主學習之后，采用課堂提問的方式以檢驗學生自主學習的學習成果。前面我們講到學習材料物理化學的大二學生，具有較強的學習興趣和能力，我們采用自主學習的方法將其能力激發出來，使學生的學習變被動為主動，從而收到事半功倍的教學效果。②采用模擬教學方式，進行角色互換，促使學生主動學習的同時，培養體恤他人、尊重他人的人文品質。對于某些難度較低易于理解的章節，比如新相生成與亞穩狀態，可以讓學生提前準備，然后走上講臺，與教師互換角色，完成自主學習的同時，更親身體會教師備課、授課的整個過程，從中體會不易，進而達到互換立場、尊重他人勞動成果的品質培養效果。③課堂練習和作業講解時，可采用分組討論的形式，以培養合作交流、互助學習的精神。在教學過程中除了教書，我們更注重育人。學生完成學業進入社會以后必將經歷團隊合作的過程，我們通過分組討論和學習的形式，將教學與育人相結合，以培養學生適應社會所必需的互助與合作交流能力。(3)短期教學與長期輔導相結合。貴州大學材料物理專業的材料物理化學的教學只有80個學時，大二上的一個學期就能完成相關內容的教學。但該門課程是一些學校材料類專業考研的必考科目，為了幫助學生在完成必修的學分之后還能更深入地學習該門課程，我們還為已經完成該門課程學習的學生提供長期的輔導，給學生提供答疑解惑的幫助，以助其完成進一步的深造和學習。
隨著高等教育改革的不斷改革和深化，社會對新時代大學生的需求，以及材料科學與技術的發展帶來的知識信息量的快速膨脹，要求學生具備更加牢固的知識基礎，更加靈活地運用知識的能力。在材料物理化學課程的教學改革過程中，我們體會到，只有不斷地思考與改革，總結出一套順應社會和學科發展的教學方法，才能提高教學質量，培養學生的綜合能力，提高學生的邏輯推理能力以及分析問題和解決問題的能力，增強學生的創新精神和實踐精神，從而適應新世紀科技進步與科學發展的需要。
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基金項目：貴州大學教育教學改革研究項目(校教發【2013】58號)
作者簡介：歐梅桂(1977-)，女，教授，博士。