表面化学技术在《大学化学》教学改革初探

王吕阳1，胡俊青2*，哈恩娜2，柏青1，苏静韵1 

（1 深圳技术大学新材料与新能源学院 广东省深圳市518118

2 深圳技术大学健康与环境工程学院 广东省深圳市518118）

【摘 要】在《大学化学》教学改革方面，将“表面化学”引入到《大学化学》的教学和实验内容中有重要的改革创新性意义：首先满足创新型国家的建设需求，高校要加强高素质创新型人才的培养，结合教育改革相关发展规划进行本科《大学化学》的改革；其次，将“表面化学”相关的前沿技术讲座、研究拓展性实验和实训教育融入《大学化学》课程体系建设，满足培养具有国际化视野的高端应用型技术人才的本科特色教学需要；最后，通过教学和科研结合的形式，培养学生科研兴趣和创新能力，最重要的是有助于推动表面化学研究实现产业化应用。表面化学是交叉性综合学科，是现代化学的一个重要分支，主要研究在相界面上发生的物理和化学反应，内容包括如多相催化、半导体设备及材料的制造、燃料电池和水处理等。特别在纳米材料领域，因材料本身尺寸较小，比表面积大等特点，使其拥有新颖的表面物理化学性质。所以表面化学技术的研究有极其重要的科学发展意义，也是今后材料科学和新能源科学的重点发展领域。

【关键词】表面化学，应用型本科，大学化学，拓展性实验

【基金项目】2019年度深圳技术大学校级教学改革研究项目：应用型本科背景下表面化学技术在《大学化学》实验教学改革中的研究与实践（20191016）；2020年广东省教育厅高校教学团队“质量工程”建设项目：生物医学工程专业大学化学教学团队项目资助。

【作者简介】王吕阳，（1986-），男，汉族，吉林长春，博士。深圳技术大学新材料与新能源学院副教授，研究方向为物理化学。胡俊青，（1968-），男，汉族，安徽芜湖，博士。深圳技术大学健康与环境工程学院院长【通讯作者】，特聘教授，研究方向为材料化学；哈恩娜，（1986-），女，回族，吉林通化，博士，深圳技术大学健康与环境工程学院助理教授，研究方向为材料化学。

【中图分类号】O647.1    【文献标识码】A   

近年来，随着科学的发展，各学科知识更加多元化，化学与众多学科进行前沿交叉，形成新的研究领域。《大学化学》作为本科教学必修基础课程，要适应相关专业的特点与要求，在教学内容以及教学方法等方面与时俱进，进行改革，在传授基础化学知识的同时，要更加注重相关专业内容的教学^[1]。《大学化学》本科教学创新体系的建立和实践，是实现培养高水平、国际化、应用型复合人才的重要内容。本科层次的化学教学，既需要教授化学基础知识和培养实验技能，更需要培养拥有科研素质和综合能力的创新型人才^[2-3]。

针对目前传统大学中《大学化学》课程教学中的一些问题，包括（1）教学手段单一，教学模式固定：《大学化学》作为基础学科的一门分支学科，目前教学手段主要是以教师讲授为主，结合板书辅助教学。在这种传统的教学模式下，教师是课堂教学的主体，教学效果和教学目的受教学方法所限，使得学生在教学过程中始终处于被动接受状态，对课程内容吃不透学不深，阻碍了学生思维的发展，也不利于学生创新能力的培养。（2）《大学化学》教材、实验以知识传授为主，无法与应用型本科教育接轨：目前《大学化学》本科教学内容依赖于课程教材，其中大部分都是基础知识，也涉及到较多的原理和公式，内容上忽略了学科发展的前沿信息；缺乏与网络平台的沟通、互动，难以获得相关的新理论、新方法、新技术；实验内容与普通高校非化学类专业无较大差别，未针对应用型本科开设实验。因此，“重知识，轻实验”的教学导向也是制约应用型本科院校《大学化学》教学效果的重要因素。（3）缺乏创新型的指导体系和多维测评方法：目前应用型本科的教师队伍，其研究方向与产业结合紧密；而目前的《大学化学》教学，以基础知识为主。二者的矛盾，也是目前应用型本科教育创新能力培养的最大难点。因此，提高创新能力，加强学生对学术研究和工业生产的重视程度，是教学改革的重要方向。而对于传统的考核方式，很难将创新力的多样性和多维性等的特点充分体现出来，也不利于满足培养人才的内在需求,因而无法达到促进学生在科研和实际应用中的成长和进步。结合作者在深圳技术大学这所理工类应用型高等学校中，《大学化学》课堂教学和课内课外实践的相关经历，对如何在应用型本科背景下改善在《大学化学》教学改革 ，提出一些个人看法与思考。
一、教学模式改革

在《大学化学》的教学过程中，丰富教学手段特别是课堂教学，要将多媒体教学有效的运用到实际的教学过程中，最大效果的把准备的教学内容讲解出来，让学生最大程度的吸收消化，多媒体的运用可以增强和学生互动，让不同程度的学生都能够跟上重点的进度。比如通讯多媒体的运用还可以增加课后师生之间的互动，由传统的教师为主体模式转变为学生为主体的新模式。在教学过程中引进国际先进的“问题引导式”、“互动引导型”和“雨课堂”等教学方法，训练学生的科研思维和解决实际问题的能力。为了提升学生动手能力和实验操作规范性，结合实验教学的设备条件，可以与实验老师一同制作系列实验和仪器操作视频，上线“表面化学实验小助手”微信公众号。通过前往多家深圳知名公司，洽谈校企合作并了解企业相关技术痛点和产业前沿课题，在课堂讲授时，融入企业的最新资讯和表面化学相关前沿进展。同时，可以邀请知名专家为学生带来表面化学的科普讲座。这种模式还可以进一步拓展到中小学兴趣教育中，通过名师进中学等方式，带同学走进表面与界面现象的科学世界。通过将实际问题抽象化，设问-求证的方式，引导学生从实际出发，反向思考理论基础，吸引学生对于化学学习的兴趣和动机，进而针对性地将理论知识升华，将重点突出。让学生真实地感受到，学习的知识并不是书本上枯燥的文字，而是生活中随处可见的实施例。

二、教学内容改革

在教学内容的改革过程中，要注重将学科范围扩大，尤其注重与高新科技结合在一起，满足社会不断发展的需要。尤其是表面化学技术领域涵盖的范围广，授课教师可根据学科发展方向和自身的科研方向个性化选择补充学科相关的教学内容和安排相关的实验课程。将实验课程根据内容进行分类，让学生根据自己的专业进行选择和自主性学习。参照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》的有关要求,结合深圳技术大学的生源特点与培养特色，撰写教案、教学大纲和PPT，结合光源与照明，新能源科学与工程，微电子，材料科学与工程、生物医学工程等不同专业的特点，在课程教学上补充“表面化学”内容。特别是“纳米材料的表面化学”，例如纳米粒子的表面改性机理、表面改性剂、表面改性方法和应用等相关研究。引入表面化学改性的光催化材料的合成，表征与实际应用，如具有高效产氢性能的二氧化钛制备与应用，半导体纳米材料的太阳燃料转化性能，纳米医用生物材料的表面改性研究等。

作者的主要研究方向为有机化学反应在无机物表界面化学中的应用。研究内容包含以下两个方面：1）金属氧化物/硫化物半导体的表面缺陷构筑及其光催化性能研究。通过人工构造晶体表面缺陷，引入氧空位和降价金属中心，提高了半导体表面载流子浓度、空间电子空穴分离能力，进而提高催化活性。2）金属氧化物/硫化物中金属元素的提取和分离。通过引入自由电子溶液和低温共熔体溶液两个体系，在绿色环保的宗旨下，进行金属元素的回收提取。在本科生《大学化学》的课堂讲授和课内实践中，作者将“表面化学”科研的前沿进展融入其中，并将学生所学的“表面化学”的相关知识应用到解决实际生产问题，完成从传统教学模式到产学研协同的高校创新型人才培养模式的转变。

三、实验课程形式和实验实训中心改革

高校的教学资源的受众是本科生，而科研资源受众则主要为科研人员和研究生，教学科研资源相对独立的现象比较普遍，资源配置过程缺少协同机制。教学资源通过教研融合方式，有效节约教师队伍发展成本和投入，有利于高校和教师的持续发展，提高高校知名度，真正实现学以致用的教学效果。《大学化学》实验是以培养基本操作技能，提高学生分析问题、解决问题能力为目的的实践性环节。传统的《大学化学》实验是教师讲解实验内容和操作步骤，学生完全按照教授的方法进行重复性操作，这种教学方式不完全适用于应用型本科院校培养学生的自主学习能力和创新探究能力的教学需求。所以要在增加实验课程的同时加强教学与科研实验室共建，让学生生有机会接触到表面化学技术领域的相关精密大型的试验设备和测试仪器。按照高校理论教育和企业实践并重的原则，大力开展校企合作，联合培养和实践基地等多元化的产学研相结合的新模式。

目前已经在实验课程中增设《表面改性方法与测量》拓展性实验，使学生学会运用表面亲疏水理论和简单的表面改性方法，掌握接触角测量仪的使用，加深对亲水-亲水和疏水-疏水相互作用的理解，增强对在化工生产、电子器件领域中有实际意义的表面改性方法的感性认识。实验的过程中让学生了解和掌握：什么是表面活性剂？表面活性剂有哪些大类？为什么表面活性剂可以改变溶液的表面张力？什么样的基底可以进行表面改性？如果基底清洗不彻底，基底表面的灰尘或污渍对基底的接触角数据有什么影响？为什么？氧等离子清洗和聚乙二烯溶液处理的玻璃基片表面张力的改变有什么不同？举例说明自然界中存在的表面疏水和清水的物体？论述表面亲水/疏水的材料，在日常中可以有哪些应用？将课堂上的理论与实践有机地串联到一起。

四、改革课程考察方式，进行多维测评

全新的教学模式，需要对应全新的评价方式，对学生取得成果的评价提供便利性。实现创新性人才培养的教育体系的构建目标，高校需要对现有的评价方式进行改革，从传统的过于注重考试，借助分数，以此来对学生掌握知识和创新能力进行评价，改革为结合考试成绩、创新能力以及实践发展等要素的多元化评价体系。通过多维的考核方式来检验学生对“表面化学”的掌握和运用，比如进行形成性测验，针对不同的教学单元内容而设计测试内容，在教学过程中进行的测验，不定期的评定学生方便调控教学，考核方式可以选择大作业,实验,平时作业,课堂讨论，小组学习，小论文等。

结语

通过将“表面化学”引入《大学化学》教学内容中，有利于学生在学习中获得最大的“学术科研”和“技术应用”感受，学生能够结合课堂上教师的讲授和引导，提高本课程学习的积极性和学习效率，并能够根据自身的情况，把学习“表面化学”的科研和技术方法推广到其他专业课程中，从而本课程教学效果的有效提升，培养出综合素质高的应用型复合人才。在本学科领域之中，打造创新、参与学科领域内的学术研究等方面的教师团队，而且还需要对学科发展的前沿动向进行充分了解。使知识传递给学生的同时，将团队效应充分发挥出来，从而确保团队教师的创新教学能力的稳步提升，最终实现科研和教学的相互促进。经济的发展离不开科技的进步，科学技术的发展速度与科技成果的转化水平将成为经济发展的主要动力。因此，将高校科技成果转化到企业生产中去，有助于把有实用价值的成果转化为实际的生产力，从而提高高校毕业生的就业深度以及科研方向的选择广度。

【参考文献】

［1］哈恩娜，吴江红，胡鑫，宋婷，姜佳丽，基于“纳米技术”科学实践构建生物医学工程专业《大学化学》课程体系[J]，教育教学论坛，2020，23：327-328。
［2］黄微，李婉，刘卫，刘济红，田红军.中国科学技术大学无机化学实验课程建设的探索与实践[J]. 大学化学，2014，29：3。

［3］胡鑫，关于本科无机化学教学的思考[J]，教育，2015，12：46。

Research and Practice of Surface Chemistry in the Teaching Reform of "General Chemistry"
Luyang Wang¹, Junqing Hu^2*, Enna Ha², Qing Bai¹, Jingyun Su¹ 
(¹ College of New Energy and New Materials, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China

² College of Health Science and Environmental Engineering, Shenzhen Technology University, Shenzhen 518118, China)
 
Abstract: In the teaching reform of "General Chemistry", the introduction of "surface chemistry" into the teaching and experiment content has important reform and innovative significance: first, to meet the construction needs of an innovative development, universities must strengthen high-quality innovative talents in conjunction with the relevant development planning of education reform; secondly, the "surface chemistry" related cutting-edge technology lectures, extended experimental investigation and training education can be integrated into the construction of the "General Chemistry" curriculum system to meet the needs of international standards. The undergraduate teaching needs the high-tech application-oriented talents with a vision of chemist; finally, through the combination of teaching and scientific research, to cultivate students' scientific research interest and innovation ability, and most importantly, help promote the industrial application of surface chemistry research.Surface chemistry is a crossover comprehensive discipline, is an important branch of modernization, mainly focusing on the physical and chemical reactions that occur at phase interfaces, such as multiphase catalysis, manufacturing of semiconductor equipment and materials, fuel cell and water treatment.Especially in the field of nanomaterials, the material itself has novel physicochemical surface properties due to its small size and large specific surface area.Therefore, the research of surface chemistry technology has been of great scientific development significance, and it is also the key development field of material science and new energy science in the future.

Key words: Surface chemistry, applied science, general chemistry, extended experimental investigation