材料物理化学论文范文第1篇
关键词：材料化学;超分子化学;纳米材料;教学改革
鄭州大学材料科学与工程学院成立材料化学专业的初衷是在坚持应用型理科人才培养目标定位的基础上，努力拓展学科专业的生存空间，坚持以高分子材料为特色的办学定位，通过创新的人才培养模式研究、培养机制研究，让学生达到基础扎实、知识面宽、系统掌握化学和材料科学的基本原理和基本实验技能，能在材料科学及相关领域从事研究、科技开发和相关管理工作，最终成为具有创新精神的高端应用型人才。因此，课程除了开设有化学专业和材料专业的一些基础课，高分子材料的一些专业课外，如何进一步拓展该专业学生的化学和材料的相关知识，实现化学和材料课程的紧密结合成为课程设置的一项十分重要的内容。基于此目的，包含了材料化学和纳米材料等内容的《材料化学》课程被定为材料化学专业本科生的一门重要的专业的基础课和主干课。然而，在授课过程中，却发现该部分内容存在着涉及的知识面广、内容新，知识点间的跨越较大[1]、国内没有合适的配套教材以及国内没有成体系的课程值得借鉴等一系列的问题。同时，学生的反馈也是课程章节之间联系不够紧密，概念理解不够透彻、理论枯燥乏味，晦涩难懂以及对所学知识综合运用能力弱等问题。
为了激发学生的学习兴趣，提高该门课程的教学质量和教学效果，提高学生对所学知识的融会贯通能力，我们对《材料化学》课程教学过程中存在的问题进行了分析和总结，从教学内容和教学方法等方面进行了积极的探索和研究。
一、《材料化学》课程的教学现状
（一）缺乏合适的教材
目前，国内很多高校都开设有《材料化学》这门专业课，同时，以《材料化学》命名的教材国内也很常见，但是，不同高校开设的材料化学专业，其《材料化学》课程包含的内容有不同的侧重点[2]。对于郑州大学《材料化学》这门课程来说，由于学生之前已经学习了《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《分析化学》、《高分子物理》、《高分子化学》和《高分子材料》等课程，在《材料化学》再过多的增加基础化学和材料学的知识不仅在教学内容上会产生重复，同时也会增加学生的厌学情绪，无法达到进一步拓展学生化学和材料相关知识的初衷。而将超分子化学和纳米材料等内容加入到《材料化学》教学内容中，则既可达到最初课程开设的目的，也可拓宽学生的知识面，提高学生的学习兴趣。然而，目前市面上的《材料化学》教材均不含超分子化学的内容，同时，其有关纳米材料的内容也过于简单，无法满足课程开设的需求。
（二）教学内容差异化较大
国内开设《超分子化学》本科生课程的高校并不普遍，另外，在课程内容的选择上各个高校的差异化也较大，这一方面和课程开设的目的息息相关，另一方面也和课程开设的性质有着紧密的关系。有些高校将《超分子化学》作为专业课程，有些将其作为拓展课，因此教学内容上有些偏重于超分子化学的基本概念和基本理论，有些则更多关注超分子化学的最新进展。如吉林大学开设的双语课程《超分子化学》，其在引入超分子化学的基本概念后，更多的内容则倾向于超分子化学在各个领域取得的进展[3]，这与其课程开设的目的是开阔学生的视野，培养学生对科学研究的兴趣息息相关。而郑州大学引入超分子化学内容的主要目的是让学生掌握超分子化学的基本概念、基本原理、能够通过超分子化学的手段设计、合成一些简单的材料，能够分析常见的主客体化学中的作用力类型以及作用力的增强或减弱的原因，拓展其在化学和材料领域方面的基础知识。有关纳米材料教学内容方面，郑州大学材料化学专业坚持高分子材料的办学特色必然要求高分子纳米材料要作为其中的重要内容。因此，如何解决教学内容差异大，同时突出自己的办学特色，成为摆在我们面前的一个重要问题。
二、教材和教学内容的选择
（一）教材的选择
超分子化学和纳米材料在本科教学方面基本没有现成的教材，没有成体系的教学模式和内容可以参考，很多院校都是在引入基本概念后，结合国内外研究的最新进展开展拓展性的教学[4]。这种教学模式比较适合在研究生教学中开展，但对于材料化学专业的本科生，源于以下几个方面的考虑，该方法就不太适合。1. 课程所涉及的概念、理论和方法要成熟，进展类的内容尽量少涉及;2. 《材料化学》仅安排了48学时，教学内容要重点要放在了基本概念、基本理论和基本方法上;3. 本科生对知识理解的广度和深度和研究生有一定的差距，过于复杂的理论和实验不利于其理解和吸收。基于以上几点考虑，在参考教材的选择上，我们针对不同内容采取了不同的方案。对于超分子化学，我们主要选择了国外的原版英文教材的译著，如化学工业出版社出版的国外优秀化学著作译丛《超分子化学》和北京大学出版社出版的《超分子化学-概念和展望》等。而对于纳米材料，我们主要选择的是在国内纳米材料领域的一些代表著作，如白春礼主编，四川教育出版社出版的《纳米科技-现在与未来》和施利毅主编的华东理工大学出版社出版的《纳米科技基础等》。同时，为了更加适应我们专业的教学，我们成立了材料化学编写小组，在参考了国内外大量书籍的基础上，自编了《材料化学》教材，更加方便了学生的学习和参考。
（二）教学内容
根据本科生知识结构的特点，结合我们课程自身的实际情况，我们在超分子化学和纳米材料授课内容的选择上重点放在了基本概念、基本理论和基本方法的讲解上。在超分子化学的教学内容上，我们主要讲解了超分子化学的相关概念、生命中的超分子化学与生物模拟、阳离子的络合、阴离子的键合、中性分子的络合以及自组装和模板等内容。在纳米材料部分，我们主要讲解纳米材料概述、纳米材料的化学制备方法、无机纳米材料、高分子纳米材料等。教学内容的选择上除了突出重点，突出基础外，更加注重章节间的联系和逻辑关系，提高了课程的系统性和关联性。具体来说，在超分子化学内容的选择上，我们沿着什么是超分子化学-超分子化学是怎么发展起来的-超分子化学和普通化学有什么异同-超分子化学为什么是一门重要的值得学习的课程这条主线。而在纳米材料内容的选择上，我们则沿着什么是纳米材料-纳米材料和体相材料相比具有哪些优异的性质-纳米材料具有独特性质的原因是什么-纳米材料的常规制备手段有哪些-常见的高分子纳米材料的制备方法-常见的无机纳米材料的制备方法这条主线。沿着这些主线，极大提高了课程章节之间的逻辑性、系统性以及内容的关联性，提高了学生的学习效率，增强了教学效果。同时为了增加学生的实验能力，我们还开设了48学时的《材料化学实验》课程，这在增强学生动手能力的同时，还可进一步提高学生对所学理论知识的理解。
三、教學方法探讨
（一）激发式教学
针对该专业学生读研和出国率较高的特点，在课堂上给他们简单规划科研成长的道路，告诉他们在科研的成长道路上选题的重要性，列举了近些年在超分子化学领域和纳米材料领域的重要研究成果和诺贝奖获得者，让学生深刻认识到学好超分子化学和纳米材料的相关知识，可以在今后他们的学术成长道路上帮助他们易出成果、多出成果，出好成果，从而激励学生发自内心去学习这两个方向的知识的热情。同时，鼓励学生多思考，多用自己而非书上的文字来发表自己的观点，并对他们进行启迪和鼓励，让学生在回答问题的过程中去思考，让其他学生对其观点进行评述和补充，从而调动他们的积极性、能动性和创造性，达到激发式教学的效果。
（二）归纳对比式教学
超分子化学和纳米材料教学内容点多面散，如何让学生能够在短暂的课堂上掌握这些教学内容中的基本概念和基本理论，学会用这些概念和理论分析和解决一些实验中遇到的问题，理解文献中报道的最新内容，是摆在任课教师面前一个十分现实的问题。为此，我们对这部分教学内容进行了归纳，同时将相近的内容进行了对比，这样不仅能够加深加快学生对教学内容的理解和掌握，还有利于学生学会思考，掌握分析问题的方法和技巧。例如，在超分子化学的教学上，我们就如何分析主客体之间键合的稳定性进行了归纳，得出如下分析和解决问题的技巧：1. 主体的空腔和客体在空间尺寸上越匹配，主客体间的键合越强;2. 主体的空腔和客体在形状上越类似，主客体间的键合越强;3. 主体和客体在电荷上要互补，相同条件下电荷密度越大，主客体结合越强;4. 相同条件下，主体的刚性越强，主客体间的结合力越强;5. 相同条件下，主体的预组织性越强，主客体间的结合力越强;6. 溶剂对主客体间的结合力影响很大，因此可利用亲疏水性增强主客体间的结合;7. 利用大环效应、大二环效应可放大键合位点间的弱相互作用，增强主客体间的键合;8. 主客体和溶剂间的溶剂化自由能越大，主客体间的键合能力越弱。另外，为了对比分子化学和超分子化学的不同，我们采用图像和表格两种方式对他们进行了详细的对比。其从结构和功能上形象地对比了超分子化学和分子化学之间的差异和联系，阐明了分子化学是合成新物质，而超分子化学是形成分子组装体。而表1则从结构单元、单元名称、结合力、结构实现方式、结构以及性能等多方面对分子化学和超分子化学进行了多层次的对比，这在加深学生的理解和掌握的同时，也方便学生记忆。
（三）化抽象为形象式教学
超分子化学中的弱相互作用力的种类很多，包括氢键、离子-偶极、偶极-偶极、阳离子-π、π-π堆积、范德华力以及疏水效应等。在主客体的结合过程中通过将这些弱的相互作用力放大，可形成稳定的主客体化合物，并且这些主客体化合物和主体与客体在适当的条件下可实现快速的转换。如果只是讲解这些抽象的理论，学生很容易困惑和迷茫。为了便于学生的理解，我们采取了化抽象为形象的教学方式。例如在讲解冠醚，我们将冠醚比作一顶可伸缩的带有几个魔术贴粘接点的简易柔性帽子，将碱金属阳离子比作不同的人的头。冠醚和阳离子络合时，就好比不同人选择不同帽子，只有帽子的尺寸和人头的大小匹配时，其戴在头上才会比较牢固和舒适，否则就容易脱落。而固定在冠醚环上的氧原子好比帽子上的魔术贴粘接点，只有帽子尺寸和头的大小比较合适时，这些粘接点才能同时和头部比较好的作用上，实现冠醚和阳离子的稳定络合。同时由于冠醚具有一定的柔性，就像有一顶伸缩性的帽子，其在尺寸不太匹配时，仍可通过帽子的伸缩不太舒服的戴在头上，具有一定的结合性，就像冠醚尺寸和碱金属离子不太匹配时，依然呈现出平台选择性相似。
四、结束语
本文针对郑州大学材料科学与工程学院现有的《材料化学》课程中超分子化学和纳米材料两部分的教学内容的特点、现状以及存在的问题，分析了教学改革的必要性，并从教材和教学内容的选择、教学方法的改进等方面进行了该门课程的教学与实践改革，取得了理想的教学效果。但是由于这门课程中涉及的教学内容庞杂，新的概念和理論不断完善和替代旧者，新的研究成果不断涌现，其和其它学科间的交叉也日益密切，因此课程的教学改革和实践必定是一个长期的过程。在随后的教学过程中，我们还需对《材料化学》课程在实践中不断地进行探索和总结，以使该课程的教学效果得到不断的完善和提高。
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材料物理化学论文范文第2篇
关键词：材料科学基础;材料化学;教学改革
1、引言
国内目前已有150多所高等院校开设了材料化学专业，培养了大批具有扎实的理论基础知识和优秀工程实践素质的高层次人才。作为该专业的第一门材料学专业基础课，《材料科学基础》课程的重要性毋庸置疑，其在材料化学专业的培养体系中占据了非常重要的地位。作为一门重点研究材料“结构-性质”关系的基础课，如何利用经典的理论知识来解释实际科学或工程实践中的问题是学好该课程的关键所在。
对于材料化学专业而言，化学理论的基础也是必不可少的。根据所授学位类型的不同，对化学基础理论课程的数目和课时量的安排也有所不同。一般而言，理学学士对于化学理论的要求要高于工学学士。这也就意味着四大化学基础课程(无机化学、有机化学、物理化学、分析化学)在整个培养体系中所占的比重有所区别，直接影响到材料学相关课程的数量和课时量安排。在大多数将材料化学专业作为理科专业进行培养的高校中，本科第一和第二学年基本都安排了课时量在100-120学时/课程的四大化学课程，材料学课程的学时相对较少。而对于授予工科学位的材料化学专业则正好相反。因此，在材料化学专业学生的培养过程中，如何处理好化学基础理论课与材料学专业课之间的关系是做好《材料科学基础》课程教学的关键。
2、《材料科学基础》与四大化学课程的衔接
在材料化学专业的培养体系中，无机化学是第一门开设的专业课程，也是所有化学课程的基础。它既要完成无机化学学科自身丰富的教学内容，又承担着为后续课程作好必要准备的特殊任务[1]。无机化学课程的授课内容广泛，包含普通化学的基本原理和元素及其化合物的性质。其中，化学热力学和晶体结构的相关知识是材料科学基础课程中“相图”和“原子和晶体结构”等内容非常重要的理论基础。因此，无论是对于工学还是理学专业，无机化学作为一门基础专业课，其重要性是毋庸置疑的。
有机化学和物理化学课程一般在本科二年级开设。由于涉及一个全新的知识架构，有机化学所讲授的内容通常不作为材料科学基础课程的主要内容。相反，物理化学一般被认为是四大化学中非常重要，也是学习难度较大的一门课程[2]。与材料科学基础的课程内容相比较而言，物理化学课程体系中的热力学基础、相平衡以及表面与界面等内容也都是目前材料科学体系的经典内容，在目前纳米材料的前沿研究领域都有着非常重要的应用。因此，对于授予工学学位的材料化学专业而言，在有机化学课程的选择上一般根据学院自身的研究方向来确定。而物理化学一般作为材料类专业的必修课程，根据所授学位的不同，在授课学时方面有所区别。
作为一门最贴近实验的理论课，分析化学的主要任务是鉴定物质的化学组成、测定物质有关组分的含量、确定物质的结构和存在形态及其与物质性质之间的关系等[3，4]。其中，光谱、色谱和质谱分析手段在目前功能材料的研究中也发挥着重要的作用。因此，适当开设一定的分析化学课程能够很好的与《材料现代分析测试方法》中的大型儀器结构表征等内容形成互补，为材料表征的相关方法提供一定的理论支撑。
纵观《材料科学基础》的教学内容，授予工学学位的材料化学专业可根据自身的发展方向适当删减有机化学、分析化学和物理化学的教学内容，并增加更多的工科课程如《电工技术》、《材料力学》、《机械制图》等。而作为授予理学学位的材料化学专业，则可以将培养体系设置为偏重化学基础，同时兼顾材料类课程的方式。
3、《材料科学基础》与材料学专业课程的衔接
由于涉及非常多的专业方向(金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料等)，使得材料科学基础这门课程具有内容复杂、涉及面广等特点[5，6]，在有限的学时内难以将所有的专业方向进行全面学习。因此，凝练出材料科学最为基础的理论和所有材料的共性问题，同时突出自身教学内容的特色是所有《材料科学基础》课程教学的关键。经过1个多世纪的发展，目前公认的《材料科学基础》的课程内容可分为两大基础知识模块：1、材料的微观结构(原子键合、晶体结构、晶体缺陷);2、外场作用下材料结构和性质的变化(扩散、塑性变形与再结晶、凝固、相图)。
本科三年级所开设的材料学专业课程大多与学院的研究方向密切相关，在《材料科学基础》的授课过程中，将目前最新的研究成果融入到相关的知识点中不失为一种具有良好效果的教学方式。例如，Kirkendall效应是固体扩散理论中的关键组成部分，而在目前前沿的研究工作中，其又是合成纳米金属核-壳结构的重要方法。因此，在课堂教学中将基础理论与研究应用紧密结合是激发学生学习兴趣，提高教学效果的重要方法。
4、总结
本文从《材料科学基础》与四大化学课程和材料学专业课程的衔接方面展开进行讨论，提出了课程在内容设置和教学方法等方面的一些见解。本文认为，处理好《材料科学基础》在化学基础课与专业方向课之间的关系，充分发挥《材料科学基础》在二者之间的桥梁作用，对于提升教学效果非常重要。
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作者简介：孙颉(1985-)，男，讲师，主要从事材料科学相关领域的教学科研工作。
材料物理化学论文范文第3篇
摘 要：在全社会关注教学质量的今天，提高教学质量已成为多数高校的自觉行动，实践教学的重要性得到了前所未有的重视，实践和创新两大能力是专业人才培养的核心。根据目前国内大学材料类课程教学与实验基地建设情况，结合我院材料化学专业的优势与特色，提出了专业教学—实践双平台建设的理念，通过搭建专业课程网络平台，以及完善和优化校内实验/校外实践平台，有助于促进本科生、研究生的自学能力、实验实践能力的提高，利于创新型人才的培养。
关键词：教学—实践体系 材料化学 双能力
在全社会关注教学质量的今天，提高教学质量已成为多数高校的自觉行动。对于材料类专业学生来说，专业教学的改革必须着眼于学生根本能力的提高，实现“基础厚、专业宽、能力强、素质高”的人才培养目标。南京大学、四川大学、中国科技大学、北京科技大学、济南大学、南京化工大学等材料相关专业先后在硬件建设、课程改革、人才引进、教材建设等方面展开了轰轰烈烈地工作。中国计量学院材料科学与工程学院于2006年建立，具有浓郁的科研氛围，且从事教学科研的老师普遍具有国内/外博士及以上学历。结合我院实际情况和专业特点，确立了以培养科学研究为主导，以培养学生实践技能、科学思维、团队意识和创新精神为目标，坚持“理论教学与实践教学并重、实验技能训练和科学思维训练并举”[1]的教学改革思路。
1 “两平台双能力”体系的内涵
当今国内外大中院校，对于教学质量非常关注。教育改革成为多数高校的自觉及必要行动，主要体现在硬件建设、课程改革、教材建设等方面，同时增加了实践教学方面的课时和经费。这种改革，不是教学内容的重复，而是促进学生提高动手能力，是对实践教学质量的提高，起到事半功倍的效果。
基于中國计量学院材料化学专业的教育实践，在分析目前及今后本专业的社会需求和用人单位对材料类专业学生素质、能力等人才规格要求的基础上，对照政府和社会加快教学改革、提高高等教育质量的迫切希望，我们充分认识到实践和创新是专业人才培养的核心，决定共同搭建分院专业培养学习能力的课程教学与培养实践能力的生产实验（校内综合性实验、自主创新型实验、模拟实验及校外实习等）两大平台，作为学生能力培养的有效载体。通过这两个平台的搭建，把材料专业学生培养为适应社会发展的应用型人才，提升学生的学习能力、适应能力、知识应用能力和专业发展能力。
2 教学平台建设及管理体制
自主学习是新课程改革大力倡导的重要学习方式。学院以“厚基础、宽口径、重能力”的指导思想，遵循认知规律，遵照由提高动手能力到培养创新思维的宗旨，对原有教学课程体系进行了改革[2]。除课堂正常教学外，搭建专业教学课程平台，实现教学课程资源网络化，促进学生独立自主学习习惯的养成和能力的提高[3]。
通过BB平台的课程建设，实现专业教学课程资源网络化。现在中国计量学院材料科学与工程学院推出了多门重点建设课程，例如《应用电化学》《材料表面处理》等，教师在充分掌握学生学习情况的基础上，针对大多数同学，课上按教学大纲讲授基本要求范围内的内容；对于能够进行更深度学习、对课程某方面需要进行知识面扩展的学生，在网络教学平台上呈现更多的学习资料、相关文献、实验视频、应用软件、学习网站等，方便他们自主学习、加深知识理解；最终针对学生个体差异，实现分层次教学，促进学生学习能力提高及知识的巩固。教学网络平台的所有课程，将对本专业所有学生公开，方便他们对教学资源的获取及问题反馈。
3 实验平台建设及优化
大学本科教育中，实践科研反哺理论教学是重要研究课题之一。学生只有通过充分的实验及实践，才能更有效率地促进理论知识学习，提高教学改革效果。目前，主要在以下方面进行了实验平台的搭建及完善。
3.1 实验内容的改革
首先，改变传统专业实验课程设置依附于理论课体系的横向模式，超越单门课程的范围，建立实验课程之间的系统联系，在原有实验课程的基础上设立相对独立的纵向联系的课程，形成纵横交叉的网状专业实验课课程体系，实现专业实验课程之间的纵向联系和贯通。其次，改变实验教学由单一课程和学生班级为单位的组织形式，形成交叉型的教学指导团队和兴趣型的学生学习团队。最后，根据实验教学内容，重新确定了基础实验、设计性实验、综合性实验、设计研究型实验4个层次结构。重点开发了几个培养学生综合设计能力和创新能力的实验，以及培养学生综合应用现代理论和方法的实验。在实验教学内容改革中，减少了验证性、分析性实验项目，增加了设计性、综合性、创新性实验项目[4，5]。
3.2 依据功能实验室条件，实现资源共享
高校科研平台往往拥有大量贵重实验设备，根据仪器属性，可巧妙设计实验教学内容，综合利用仪器，充分发挥仪器能效。部分科研设备课充当实验教学过程的资源。学生通过学会仪器操作，能掌握仪器基本原理和简单维护知识，进而提高学生动手能力，为以后从事相关专业工作打下坚实的基础。大部分从事教学科研的老师，课余时都有自己的研究课题。对于学生感兴趣的实验，学生可以积极参与教师的科研，甚至仪器设备熟练操作后，独立自主完成其中的一个实验环节，培养其科研的缜密思维及细致耐心、精确的实验操作能力等。目前，不少大三及大四的学生在指导教师的帮助下，承担了省级、校级、院级等科研项目，在综合利用实验室资源的条件下，获得了有效的实验成果，并在SCI收录的国际杂志及国内核心杂志发表数篇论文。
3.3 实验管理网络实时化
实验管理过程中，可通过网络平台管理，实现学生与教师的实验前、后的部分互动。对于学生来说，可在网上自主选择时段并预约感兴趣的实验项目，通过实验网络平台完成预习、学习、复习、提问等各项学习任务；对于教师而言，可以对实验教学的全过程实时监控，实现诸如学生网上分组、网上考勤、数据整理及分析、网上答疑等功能，从而使学生实验在老师的指导下有效开展。
3.4 建设产学研基地，促进学生社会实践综合能力培养
中国计量学院材料科学与工程学院材料化学专业，主要以高性能磁功能材料与器件、先进炭材料、材料表面处理技术、化学电源等为研究对象，解决企业技术难题及生产中存在的各种关键性难题，满足区域经济发展需求，达到科研为地方经济服务的目的。我院与企业共建校内产学研平台3个、校外产学研基地21个，建立了材料类基础实验教学、专业实验教学、工程技术实践教学以及课外创新实验教学等课外实践教学平台。近期我院又与绍兴康健精密不锈钢有限公司全面开展产学研合作，共建“中国计量学院——绍兴康健精密不锈钢有限公司磁性材料研发中心”，在技术攻关、产品研发、平台搭建、奖学金资助等全方位的合作，支持和激励大学生开展科学研究和创新实践。
在生产科研基地，要加强专业实践环节的组织和团队指导，让学生参与到协作单位实际的工程项目中，在教师和工程技术人员的指导下承担实际工程项目的设计和管理，让学生接触技术的核心，使学生通过实战锻炼掌握工艺创新技能。
4 结语
根据社会主义市场经济发展的要求，培养适应社会主义现代化建设需要的德、智、体全面发展，且具有扎实专业知识和实验技能的材料人才是推进材料领域发展的关键。通过认真研究国内外高校相关专业特点，探索并执行“两平台双能力”材料化学专业教学—实践体系的构建，制定并落实材料专业人才培养模式的具体实施方案，必定能够促使专业教学课程体系不断的完善，促进学生在实验实践创新平台培养的实践和创新能力不断提高。
参考文献
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材料物理化学论文范文第4篇
关键词： 材料化学;化学工程;工程应用
引言：近年来，伴随着科学技术的不断发展，传统的化学生产技术逐渐与现代工业技术相互融合，促使化工工程技术所能够应用的范围更加广泛化、深入化。化工企业工作在实际运作期间合理运用化学工程技术，能够极大程度提升化工企业自身的生产效率。
1 材料化学工程的概述
一是以新型功能材料为核心的化工单元操作过程，如吸附脱附过程、膜反应过程、蒸馏过程、膜分离过程等。该方向主要利用新型材料的物理及化学特性，实现化工生产的物理传递及化学反应过程，通过研究物质在材料微观结构中的传递及反应规律，总结材料性能与材料物质结构的关系，进而建立起新型材料设计及化工单元过程优化的理论和工程技术。二是利用化学工程的方法理论来解决材料生产过程中的关键问题，通过工艺条件的控制对材料的结构及性能进行改进，实现产品的定性定量生产，为材料生产的实验基础及工业放大提供参考。
2 材料化学工程的应用
2.1 纳米材料的应用
结合热力学、电磁学、化学、光学性质，纳米材料不仅能应用于光电领域，还能作为高效率的光热转换新材料。以纳米技术为基础的电池、塑料、油漆等技术已经取得了较大进展，同时正在逐渐推广。纳米材料应用于健康和生物系统近年来也成为研究的热点。在健康领域，基于纳米尺度的药物载体搭载抗肿瘤药物分子，通过载体的分子识别特定细胞，直接将化疗药物分子应用在特定细胞上(如肿瘤细胞)。在生物系统领域，将纳米材料技术应用于仿生科技也是研究热点之一，通过利用纳米材料制备的人造皮肤可以实现和人体的良好接触，具有透气性和柔软性的特性，成为新一代人体仿生技术的发展方向。在新能源领域，新能源汽车革命正如火如荼地进行着，基于纳米尺度的锂电池正极材料也是研究热点之一，其通过提升正极材料的锂离子交换效率从而极大提升了电池的效率。特斯拉公司计划将纳米材料技术应用在三元锂离子的正极材料上，以期提升正极材料的表面积从而达到提升锂离子交换效率的目的。可以说纳米技术是21世纪科学领域中最重要的技术革命。
2.2 先进陶瓷材料的应用
陶瓷材料是金属和非金属元素的复合物，通常是由氧化物、氮化物和碳化物等组成。例如，一些常见的陶瓷材料包括氧化铝、二氧化硅、碳化硅和氮化硅等，另外还有瓷器、水泥和玻璃。而先进陶瓷材料在原料、工艺方面有别于传统陶瓷，采用特殊的结构设计并结合不同性能的高纯度原料，通过新型的工艺技术生产出具有特殊用途和性能的陶瓷材料[1]。先进陶瓷材料按照性能不同分为功能陶瓷和结构陶瓷。功能陶瓷主要是通过对材料内部或基体的改性，从而使得陶瓷材料具有一定的光响应性、电响应性、热响应性或化学响应性。在光伏电池领域，可以通过在陶瓷中掺杂氧化锌、氧化锆等金属氧化物纳米粒子，从而提升陶瓷的导电率与透明性。在光电材料的关键组件方面，介电陶瓷材料是集成电路基板关键的元件材料，即陶瓷电容器。在先进制造领域，压电陶瓷在传感器领域有着重要的应用，是压力传感器的最关键的部件，而压力传感器作为机器人的压力感知、动作校正方面有着重要应用，是机器人的关键部件。结构陶瓷，其具有优异的化学、热学、力学性能，如耐高温、低蠕变速率、高硬度、耐腐蚀等，常用于各种结构的关键部件。它能够在很多苛刻的条件下工作，是实现很多新兴科学技术的关键。在空间技术领域，宇宙飞船与航天飞机需要耐超高温、强度高、质量轻的结构材料，而先进结构陶瓷材料能满足这些苛刻的要求。未来航空航天技术将更依赖于新型结构陶瓷的发展与应用，如陶瓷基复合材料目前已应用于制造液体火箭发动机喷管及导弹天线罩。在光通信产业，传统的氧化铝基板正在被具有高热导性的氮化铝陶瓷基板逐步取代。在这一领域，我国研制的氮化铝陶瓷基板材料的热导率是氧化铝的5-10倍，性能在国际上居于领先地位。
2.3 新型薄膜材料的应用
薄膜材料种类繁多，应用广泛，目前常用的有：超导薄膜、导电薄膜、电阻薄膜、半导体薄膜等[2]。这些膜材料都具有光、电、磁、热等方面的特殊性质，并在一定作用下表现出特殊的功能。新型薄膜材料主要应用于自动控制、集成电路、太阳能电池、交通等领域。像透明导电氧化物薄膜被广泛应用于太阳能电池、触摸屏显示器及透明视窗等设备中，是不可或缺的一类薄膜材料。透明导电氧化物薄膜将材料的光学性质和导电性质有效的进行结合，其具有很低的电阻率，在可见光波长内保持透明，对红外光具有较强的反射作用。这种薄膜材料由氧化物组成，化学性质稳定，同时还具有优良的耐摩擦性，采用合理的制备方法能够得到具有较强附着力的薄膜。由于具有这些良好的性能，透明导电氧化物薄膜在光电器件制备中具有广泛、重要的应用前景。
3 材料化学工程技术的进展
目前，南京工业大学开发的以陶瓷膜材料为核心的集成单元技术，在国内形成了以陶瓷膜为基础的新产业，同时发展出了陶瓷膜催化集成工艺、生物质乙醇制备工艺、陶瓷膜生产中药工艺等先进技术，带来明显的经济效益[3]。天津大学开创的以吸附材料为核心的吸附蒸馏技术，使吸附过程与蒸馏操作耦合在同一塔中，提高了分离因数，加强了脱附作用，同时还具有操作连续以及物料处理量大的优点[4]。通过控制反应及工艺条件，运用化学工程的方法理论对材料的加工过程进行控制是材料化学工程的另一重点内容。我国在这一领域已经取得较大进展，北京化工大学结合超重力场工程技术，在生产中实现了对材料形貌的控制，解决了从实验室阶段到工业化阶段的放大效应问题。超重力场能够强化物质的传递过程，通过改变其强度便可控制产品粒径。目前已经发展成了工业化技术体系，能够生产碳酸锶、碳酸钙、碳酸钡等纳米级粉体。清华大学将流化床工艺运用于生产碳纳米管，促进了碳纳米管的规模化生产，大幅降低了生产成本，为我国带来了巨大的经济效益。
4 展望
新型材料设计制备及化工过程优化是材料化学工程的研究目标，其关键问题是材料特性与生产过程的关系，材料微观结构与性能的关系。尽管在过去的几年中材料化学工程学科取得了巨大的进步，但仍然存在技术挑战，如材料微观結构在不同应用中的变化、基于新型材料的传质传热机理等。此外，材料加工和精炼方法需要进一步改进，减少污染，减少开采原材料对环境的破坏。因此，能够实现能量转化、具有储能、可供二次回收利用的新型材料及无污染的材料生产工艺是未来材料化学工程的发展重点。
结束语：
随着科技进步与发展，材料化学工程将渗透到各个行业，与其他学科专业的交叉越来越广，技术挑战越来越大。生命、能源和环境是当今世界各国都特别重视的领域，材料化学工程的各个分支学科的主要研究也应与这些方面密切相关。强化环境与绿色化学材料的研究，关注与公共安全相关的材料化学问题的研究将是未来研究的重要课题。
参考文献
[1]刘祺.材料化学工程的应用及趋势分析[J].信息记录材料，2018，19(09)：8-9.
[2]陶韶华.我国材料化学工程研究进展[J].中国战略新兴产业，2017(44)：21.
[3]洪昆.试析化学工程学科未来的发展动向[J].化工管理，2014(08)：34.
[4]胡文.材料化学工程的理论研究与应用发展[J].中国教师，2013(S2)：66-67.
材料物理化学论文范文第5篇
关键词：材料化学;超分子化学;纳米材料;教学改革
鄭州大学材料科学与工程学院成立材料化学专业的初衷是在坚持应用型理科人才培养目标定位的基础上，努力拓展学科专业的生存空间，坚持以高分子材料为特色的办学定位，通过创新的人才培养模式研究、培养机制研究，让学生达到基础扎实、知识面宽、系统掌握化学和材料科学的基本原理和基本实验技能，能在材料科学及相关领域从事研究、科技开发和相关管理工作，最终成为具有创新精神的高端应用型人才。因此，课程除了开设有化学专业和材料专业的一些基础课，高分子材料的一些专业课外，如何进一步拓展该专业学生的化学和材料的相关知识，实现化学和材料课程的紧密结合成为课程设置的一项十分重要的内容。基于此目的，包含了材料化学和纳米材料等内容的《材料化学》课程被定为材料化学专业本科生的一门重要的专业的基础课和主干课。然而，在授课过程中，却发现该部分内容存在着涉及的知识面广、内容新，知识点间的跨越较大[1]、国内没有合适的配套教材以及国内没有成体系的课程值得借鉴等一系列的问题。同时，学生的反馈也是课程章节之间联系不够紧密，概念理解不够透彻、理论枯燥乏味，晦涩难懂以及对所学知识综合运用能力弱等问题。
为了激发学生的学习兴趣，提高该门课程的教学质量和教学效果，提高学生对所学知识的融会贯通能力，我们对《材料化学》课程教学过程中存在的问题进行了分析和总结，从教学内容和教学方法等方面进行了积极的探索和研究。
一、《材料化学》课程的教学现状
（一）缺乏合适的教材
目前，国内很多高校都开设有《材料化学》这门专业课，同时，以《材料化学》命名的教材国内也很常见，但是，不同高校开设的材料化学专业，其《材料化学》课程包含的内容有不同的侧重点[2]。对于郑州大学《材料化学》这门课程来说，由于学生之前已经学习了《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《分析化学》、《高分子物理》、《高分子化学》和《高分子材料》等课程，在《材料化学》再过多的增加基础化学和材料学的知识不仅在教学内容上会产生重复，同时也会增加学生的厌学情绪，无法达到进一步拓展学生化学和材料相关知识的初衷。而将超分子化学和纳米材料等内容加入到《材料化学》教学内容中，则既可达到最初课程开设的目的，也可拓宽学生的知识面，提高学生的学习兴趣。然而，目前市面上的《材料化学》教材均不含超分子化学的内容，同时，其有关纳米材料的内容也过于简单，无法满足课程开设的需求。
（二）教学内容差异化较大
国内开设《超分子化学》本科生课程的高校并不普遍，另外，在课程内容的选择上各个高校的差异化也较大，这一方面和课程开设的目的息息相关，另一方面也和课程开设的性质有着紧密的关系。有些高校将《超分子化学》作为专业课程，有些将其作为拓展课，因此教学内容上有些偏重于超分子化学的基本概念和基本理论，有些则更多关注超分子化学的最新进展。如吉林大学开设的双语课程《超分子化学》，其在引入超分子化学的基本概念后，更多的内容则倾向于超分子化学在各个领域取得的进展[3]，这与其课程开设的目的是开阔学生的视野，培养学生对科学研究的兴趣息息相关。而郑州大学引入超分子化学内容的主要目的是让学生掌握超分子化学的基本概念、基本原理、能够通过超分子化学的手段设计、合成一些简单的材料，能够分析常见的主客体化学中的作用力类型以及作用力的增强或减弱的原因，拓展其在化学和材料领域方面的基础知识。有关纳米材料教学内容方面，郑州大学材料化学专业坚持高分子材料的办学特色必然要求高分子纳米材料要作为其中的重要内容。因此，如何解决教学内容差异大，同时突出自己的办学特色，成为摆在我们面前的一个重要问题。
二、教材和教学内容的选择
（一）教材的选择
超分子化学和纳米材料在本科教学方面基本没有现成的教材，没有成体系的教学模式和内容可以参考，很多院校都是在引入基本概念后，结合国内外研究的最新进展开展拓展性的教学[4]。这种教学模式比较适合在研究生教学中开展，但对于材料化学专业的本科生，源于以下几个方面的考虑，该方法就不太适合。1. 课程所涉及的概念、理论和方法要成熟，进展类的内容尽量少涉及;2. 《材料化学》仅安排了48学时，教学内容要重点要放在了基本概念、基本理论和基本方法上;3. 本科生对知识理解的广度和深度和研究生有一定的差距，过于复杂的理论和实验不利于其理解和吸收。基于以上几点考虑，在参考教材的选择上，我们针对不同内容采取了不同的方案。对于超分子化学，我们主要选择了国外的原版英文教材的译著，如化学工业出版社出版的国外优秀化学著作译丛《超分子化学》和北京大学出版社出版的《超分子化学-概念和展望》等。而对于纳米材料，我们主要选择的是在国内纳米材料领域的一些代表著作，如白春礼主编，四川教育出版社出版的《纳米科技-现在与未来》和施利毅主编的华东理工大学出版社出版的《纳米科技基础等》。同时，为了更加适应我们专业的教学，我们成立了材料化学编写小组，在参考了国内外大量书籍的基础上，自编了《材料化学》教材，更加方便了学生的学习和参考。
（二）教学内容
根据本科生知识结构的特点，结合我们课程自身的实际情况，我们在超分子化学和纳米材料授课内容的选择上重点放在了基本概念、基本理论和基本方法的讲解上。在超分子化学的教学内容上，我们主要讲解了超分子化学的相关概念、生命中的超分子化学与生物模拟、阳离子的络合、阴离子的键合、中性分子的络合以及自组装和模板等内容。在纳米材料部分，我们主要讲解纳米材料概述、纳米材料的化学制备方法、无机纳米材料、高分子纳米材料等。教学内容的选择上除了突出重点，突出基础外，更加注重章节间的联系和逻辑关系，提高了课程的系统性和关联性。具体来说，在超分子化学内容的选择上，我们沿着什么是超分子化学-超分子化学是怎么发展起来的-超分子化学和普通化学有什么异同-超分子化学为什么是一门重要的值得学习的课程这条主线。而在纳米材料内容的选择上，我们则沿着什么是纳米材料-纳米材料和体相材料相比具有哪些优异的性质-纳米材料具有独特性质的原因是什么-纳米材料的常规制备手段有哪些-常见的高分子纳米材料的制备方法-常见的无机纳米材料的制备方法这条主线。沿着这些主线，极大提高了课程章节之间的逻辑性、系统性以及内容的关联性，提高了学生的学习效率，增强了教学效果。同时为了增加学生的实验能力，我们还开设了48学时的《材料化学实验》课程，这在增强学生动手能力的同时，还可进一步提高学生对所学理论知识的理解。
三、教學方法探讨
（一）激发式教学
针对该专业学生读研和出国率较高的特点，在课堂上给他们简单规划科研成长的道路，告诉他们在科研的成长道路上选题的重要性，列举了近些年在超分子化学领域和纳米材料领域的重要研究成果和诺贝奖获得者，让学生深刻认识到学好超分子化学和纳米材料的相关知识，可以在今后他们的学术成长道路上帮助他们易出成果、多出成果，出好成果，从而激励学生发自内心去学习这两个方向的知识的热情。同时，鼓励学生多思考，多用自己而非书上的文字来发表自己的观点，并对他们进行启迪和鼓励，让学生在回答问题的过程中去思考，让其他学生对其观点进行评述和补充，从而调动他们的积极性、能动性和创造性，达到激发式教学的效果。
（二）归纳对比式教学
超分子化学和纳米材料教学内容点多面散，如何让学生能够在短暂的课堂上掌握这些教学内容中的基本概念和基本理论，学会用这些概念和理论分析和解决一些实验中遇到的问题，理解文献中报道的最新内容，是摆在任课教师面前一个十分现实的问题。为此，我们对这部分教学内容进行了归纳，同时将相近的内容进行了对比，这样不仅能够加深加快学生对教学内容的理解和掌握，还有利于学生学会思考，掌握分析问题的方法和技巧。例如，在超分子化学的教学上，我们就如何分析主客体之间键合的稳定性进行了归纳，得出如下分析和解决问题的技巧：1. 主体的空腔和客体在空间尺寸上越匹配，主客体间的键合越强;2. 主体的空腔和客体在形状上越类似，主客体间的键合越强;3. 主体和客体在电荷上要互补，相同条件下电荷密度越大，主客体结合越强;4. 相同条件下，主体的刚性越强，主客体间的结合力越强;5. 相同条件下，主体的预组织性越强，主客体间的结合力越强;6. 溶剂对主客体间的结合力影响很大，因此可利用亲疏水性增强主客体间的结合;7. 利用大环效应、大二环效应可放大键合位点间的弱相互作用，增强主客体间的键合;8. 主客体和溶剂间的溶剂化自由能越大，主客体间的键合能力越弱。另外，为了对比分子化学和超分子化学的不同，我们采用图像和表格两种方式对他们进行了详细的对比。其从结构和功能上形象地对比了超分子化学和分子化学之间的差异和联系，阐明了分子化学是合成新物质，而超分子化学是形成分子组装体。而表1则从结构单元、单元名称、结合力、结构实现方式、结构以及性能等多方面对分子化学和超分子化学进行了多层次的对比，这在加深学生的理解和掌握的同时，也方便学生记忆。
（三）化抽象为形象式教学
超分子化学中的弱相互作用力的种类很多，包括氢键、离子-偶极、偶极-偶极、阳离子-π、π-π堆积、范德华力以及疏水效应等。在主客体的结合过程中通过将这些弱的相互作用力放大，可形成稳定的主客体化合物，并且这些主客体化合物和主体与客体在适当的条件下可实现快速的转换。如果只是讲解这些抽象的理论，学生很容易困惑和迷茫。为了便于学生的理解，我们采取了化抽象为形象的教学方式。例如在讲解冠醚，我们将冠醚比作一顶可伸缩的带有几个魔术贴粘接点的简易柔性帽子，将碱金属阳离子比作不同的人的头。冠醚和阳离子络合时，就好比不同人选择不同帽子，只有帽子的尺寸和人头的大小匹配时，其戴在头上才会比较牢固和舒适，否则就容易脱落。而固定在冠醚环上的氧原子好比帽子上的魔术贴粘接点，只有帽子尺寸和头的大小比较合适时，这些粘接点才能同时和头部比较好的作用上，实现冠醚和阳离子的稳定络合。同时由于冠醚具有一定的柔性，就像有一顶伸缩性的帽子，其在尺寸不太匹配时，仍可通过帽子的伸缩不太舒服的戴在头上，具有一定的结合性，就像冠醚尺寸和碱金属离子不太匹配时，依然呈现出平台选择性相似。
四、结束语
本文针对郑州大学材料科学与工程学院现有的《材料化学》课程中超分子化学和纳米材料两部分的教学内容的特点、现状以及存在的问题，分析了教学改革的必要性，并从教材和教学内容的选择、教学方法的改进等方面进行了该门课程的教学与实践改革，取得了理想的教学效果。但是由于这门课程中涉及的教学内容庞杂，新的概念和理論不断完善和替代旧者，新的研究成果不断涌现，其和其它学科间的交叉也日益密切，因此课程的教学改革和实践必定是一个长期的过程。在随后的教学过程中，我们还需对《材料化学》课程在实践中不断地进行探索和总结，以使该课程的教学效果得到不断的完善和提高。
参考文献：
[1]刘东青，余金山，祖梅.《纳米材料》本科课程教学探讨[J].高教学刊，2017（11）：84-85.
[2]王学雷，周晓谦，洪晓东，等.《材料化学》课程设置与教学改革初探[J].广州化工，2018（46）：135-136.
[3]杜建周.以培养学生创新实践能力为导向的《纳米材料》课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2018（10）：125-126.
[4]陈晓欣，孙俊奇，王力彦.超分子化学课程建设与教学实践[J]. 化学教育，2018（39）：7-11.
材料物理化学论文范文第6篇
关键词：材料化学;超分子化学;纳米材料;教学改革
鄭州大学材料科学与工程学院成立材料化学专业的初衷是在坚持应用型理科人才培养目标定位的基础上，努力拓展学科专业的生存空间，坚持以高分子材料为特色的办学定位，通过创新的人才培养模式研究、培养机制研究，让学生达到基础扎实、知识面宽、系统掌握化学和材料科学的基本原理和基本实验技能，能在材料科学及相关领域从事研究、科技开发和相关管理工作，最终成为具有创新精神的高端应用型人才。因此，课程除了开设有化学专业和材料专业的一些基础课，高分子材料的一些专业课外，如何进一步拓展该专业学生的化学和材料的相关知识，实现化学和材料课程的紧密结合成为课程设置的一项十分重要的内容。基于此目的，包含了材料化学和纳米材料等内容的《材料化学》课程被定为材料化学专业本科生的一门重要的专业的基础课和主干课。然而，在授课过程中，却发现该部分内容存在着涉及的知识面广、内容新，知识点间的跨越较大[1]、国内没有合适的配套教材以及国内没有成体系的课程值得借鉴等一系列的问题。同时，学生的反馈也是课程章节之间联系不够紧密，概念理解不够透彻、理论枯燥乏味，晦涩难懂以及对所学知识综合运用能力弱等问题。
为了激发学生的学习兴趣，提高该门课程的教学质量和教学效果，提高学生对所学知识的融会贯通能力，我们对《材料化学》课程教学过程中存在的问题进行了分析和总结，从教学内容和教学方法等方面进行了积极的探索和研究。
一、《材料化学》课程的教学现状
（一）缺乏合适的教材
目前，国内很多高校都开设有《材料化学》这门专业课，同时，以《材料化学》命名的教材国内也很常见，但是，不同高校开设的材料化学专业，其《材料化学》课程包含的内容有不同的侧重点[2]。对于郑州大学《材料化学》这门课程来说，由于学生之前已经学习了《无机化学》、《有机化学》、《物理化学》、《分析化学》、《高分子物理》、《高分子化学》和《高分子材料》等课程，在《材料化学》再过多的增加基础化学和材料学的知识不仅在教学内容上会产生重复，同时也会增加学生的厌学情绪，无法达到进一步拓展学生化学和材料相关知识的初衷。而将超分子化学和纳米材料等内容加入到《材料化学》教学内容中，则既可达到最初课程开设的目的，也可拓宽学生的知识面，提高学生的学习兴趣。然而，目前市面上的《材料化学》教材均不含超分子化学的内容，同时，其有关纳米材料的内容也过于简单，无法满足课程开设的需求。
（二）教学内容差异化较大
国内开设《超分子化学》本科生课程的高校并不普遍，另外，在课程内容的选择上各个高校的差异化也较大，这一方面和课程开设的目的息息相关，另一方面也和课程开设的性质有着紧密的关系。有些高校将《超分子化学》作为专业课程，有些将其作为拓展课，因此教学内容上有些偏重于超分子化学的基本概念和基本理论，有些则更多关注超分子化学的最新进展。如吉林大学开设的双语课程《超分子化学》，其在引入超分子化学的基本概念后，更多的内容则倾向于超分子化学在各个领域取得的进展[3]，这与其课程开设的目的是开阔学生的视野，培养学生对科学研究的兴趣息息相关。而郑州大学引入超分子化学内容的主要目的是让学生掌握超分子化学的基本概念、基本原理、能够通过超分子化学的手段设计、合成一些简单的材料，能够分析常见的主客体化学中的作用力类型以及作用力的增强或减弱的原因，拓展其在化学和材料领域方面的基础知识。有关纳米材料教学内容方面，郑州大学材料化学专业坚持高分子材料的办学特色必然要求高分子纳米材料要作为其中的重要内容。因此，如何解决教学内容差异大，同时突出自己的办学特色，成为摆在我们面前的一个重要问题。
二、教材和教学内容的选择
（一）教材的选择
超分子化学和纳米材料在本科教学方面基本没有现成的教材，没有成体系的教学模式和内容可以参考，很多院校都是在引入基本概念后，结合国内外研究的最新进展开展拓展性的教学[4]。这种教学模式比较适合在研究生教学中开展，但对于材料化学专业的本科生，源于以下几个方面的考虑，该方法就不太适合。1. 课程所涉及的概念、理论和方法要成熟，进展类的内容尽量少涉及;2. 《材料化学》仅安排了48学时，教学内容要重点要放在了基本概念、基本理论和基本方法上;3. 本科生对知识理解的广度和深度和研究生有一定的差距，过于复杂的理论和实验不利于其理解和吸收。基于以上几点考虑，在参考教材的选择上，我们针对不同内容采取了不同的方案。对于超分子化学，我们主要选择了国外的原版英文教材的译著，如化学工业出版社出版的国外优秀化学著作译丛《超分子化学》和北京大学出版社出版的《超分子化学-概念和展望》等。而对于纳米材料，我们主要选择的是在国内纳米材料领域的一些代表著作，如白春礼主编，四川教育出版社出版的《纳米科技-现在与未来》和施利毅主编的华东理工大学出版社出版的《纳米科技基础等》。同时，为了更加适应我们专业的教学，我们成立了材料化学编写小组，在参考了国内外大量书籍的基础上，自编了《材料化学》教材，更加方便了学生的学习和参考。
（二）教学内容
根据本科生知识结构的特点，结合我们课程自身的实际情况，我们在超分子化学和纳米材料授课内容的选择上重点放在了基本概念、基本理论和基本方法的讲解上。在超分子化学的教学内容上，我们主要讲解了超分子化学的相关概念、生命中的超分子化学与生物模拟、阳离子的络合、阴离子的键合、中性分子的络合以及自组装和模板等内容。在纳米材料部分，我们主要讲解纳米材料概述、纳米材料的化学制备方法、无机纳米材料、高分子纳米材料等。教学内容的选择上除了突出重点，突出基础外，更加注重章节间的联系和逻辑关系，提高了课程的系统性和关联性。具体来说，在超分子化学内容的选择上，我们沿着什么是超分子化学-超分子化学是怎么发展起来的-超分子化学和普通化学有什么异同-超分子化学为什么是一门重要的值得学习的课程这条主线。而在纳米材料内容的选择上，我们则沿着什么是纳米材料-纳米材料和体相材料相比具有哪些优异的性质-纳米材料具有独特性质的原因是什么-纳米材料的常规制备手段有哪些-常见的高分子纳米材料的制备方法-常见的无机纳米材料的制备方法这条主线。沿着这些主线，极大提高了课程章节之间的逻辑性、系统性以及内容的关联性，提高了学生的学习效率，增强了教学效果。同时为了增加学生的实验能力，我们还开设了48学时的《材料化学实验》课程，这在增强学生动手能力的同时，还可进一步提高学生对所学理论知识的理解。
三、教學方法探讨
（一）激发式教学
针对该专业学生读研和出国率较高的特点，在课堂上给他们简单规划科研成长的道路，告诉他们在科研的成长道路上选题的重要性，列举了近些年在超分子化学领域和纳米材料领域的重要研究成果和诺贝奖获得者，让学生深刻认识到学好超分子化学和纳米材料的相关知识，可以在今后他们的学术成长道路上帮助他们易出成果、多出成果，出好成果，从而激励学生发自内心去学习这两个方向的知识的热情。同时，鼓励学生多思考，多用自己而非书上的文字来发表自己的观点，并对他们进行启迪和鼓励，让学生在回答问题的过程中去思考，让其他学生对其观点进行评述和补充，从而调动他们的积极性、能动性和创造性，达到激发式教学的效果。
（二）归纳对比式教学
超分子化学和纳米材料教学内容点多面散，如何让学生能够在短暂的课堂上掌握这些教学内容中的基本概念和基本理论，学会用这些概念和理论分析和解决一些实验中遇到的问题，理解文献中报道的最新内容，是摆在任课教师面前一个十分现实的问题。为此，我们对这部分教学内容进行了归纳，同时将相近的内容进行了对比，这样不仅能够加深加快学生对教学内容的理解和掌握，还有利于学生学会思考，掌握分析问题的方法和技巧。例如，在超分子化学的教学上，我们就如何分析主客体之间键合的稳定性进行了归纳，得出如下分析和解决问题的技巧：1. 主体的空腔和客体在空间尺寸上越匹配，主客体间的键合越强;2. 主体的空腔和客体在形状上越类似，主客体间的键合越强;3. 主体和客体在电荷上要互补，相同条件下电荷密度越大，主客体结合越强;4. 相同条件下，主体的刚性越强，主客体间的结合力越强;5. 相同条件下，主体的预组织性越强，主客体间的结合力越强;6. 溶剂对主客体间的结合力影响很大，因此可利用亲疏水性增强主客体间的结合;7. 利用大环效应、大二环效应可放大键合位点间的弱相互作用，增强主客体间的键合;8. 主客体和溶剂间的溶剂化自由能越大，主客体间的键合能力越弱。另外，为了对比分子化学和超分子化学的不同，我们采用图像和表格两种方式对他们进行了详细的对比。其从结构和功能上形象地对比了超分子化学和分子化学之间的差异和联系，阐明了分子化学是合成新物质，而超分子化学是形成分子组装体。而表1则从结构单元、单元名称、结合力、结构实现方式、结构以及性能等多方面对分子化学和超分子化学进行了多层次的对比，这在加深学生的理解和掌握的同时，也方便学生记忆。
（三）化抽象为形象式教学
超分子化学中的弱相互作用力的种类很多，包括氢键、离子-偶极、偶极-偶极、阳离子-π、π-π堆积、范德华力以及疏水效应等。在主客体的结合过程中通过将这些弱的相互作用力放大，可形成稳定的主客体化合物，并且这些主客体化合物和主体与客体在适当的条件下可实现快速的转换。如果只是讲解这些抽象的理论，学生很容易困惑和迷茫。为了便于学生的理解，我们采取了化抽象为形象的教学方式。例如在讲解冠醚，我们将冠醚比作一顶可伸缩的带有几个魔术贴粘接点的简易柔性帽子，将碱金属阳离子比作不同的人的头。冠醚和阳离子络合时，就好比不同人选择不同帽子，只有帽子的尺寸和人头的大小匹配时，其戴在头上才会比较牢固和舒适，否则就容易脱落。而固定在冠醚环上的氧原子好比帽子上的魔术贴粘接点，只有帽子尺寸和头的大小比较合适时，这些粘接点才能同时和头部比较好的作用上，实现冠醚和阳离子的稳定络合。同时由于冠醚具有一定的柔性，就像有一顶伸缩性的帽子，其在尺寸不太匹配时，仍可通过帽子的伸缩不太舒服的戴在头上，具有一定的结合性，就像冠醚尺寸和碱金属离子不太匹配时，依然呈现出平台选择性相似。
四、结束语
本文针对郑州大学材料科学与工程学院现有的《材料化学》课程中超分子化学和纳米材料两部分的教学内容的特点、现状以及存在的问题，分析了教学改革的必要性，并从教材和教学内容的选择、教学方法的改进等方面进行了该门课程的教学与实践改革，取得了理想的教学效果。但是由于这门课程中涉及的教学内容庞杂，新的概念和理論不断完善和替代旧者，新的研究成果不断涌现，其和其它学科间的交叉也日益密切，因此课程的教学改革和实践必定是一个长期的过程。在随后的教学过程中，我们还需对《材料化学》课程在实践中不断地进行探索和总结，以使该课程的教学效果得到不断的完善和提高。
参考文献：
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