胡傳躍，郭 軍，胡繼林

(湖南人文科技學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系，湖南婁底417000)

材料化學(xué)專業(yè)是一門應(yīng)用型理工科專業(yè)，將科研思維和方法引入課堂，對于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生科研的潛能，調(diào)動學(xué)生實驗的積極性和主動性，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題與解決問題能力、實踐操作能力、組織協(xié)調(diào)能力以及培養(yǎng)創(chuàng)新型的全面發(fā)展的綜合性優(yōu)秀人才具有非常重要的作用［1］。

進行實踐教學(xué)改革，提高本科人才培養(yǎng)的創(chuàng)新能力，是當(dāng)前高校教學(xué)改革、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù)之一。以教學(xué)科研成果為依托，提煉并轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)項目，開展探究式實驗教學(xué)，是培養(yǎng)大學(xué)生強實踐能力的有效途徑［2］。由科研成果轉(zhuǎn)化而來的實驗項目教學(xué)，能夠運用綜合多學(xué)科知識與技能，對大學(xué)生進行綜合訓(xùn)練，在保證學(xué)生掌握基本技能的同時，引領(lǐng)學(xué)生進入科學(xué)研究前沿，讓學(xué)生在綜合運用所掌握的多學(xué)科知識和技能的同時，獲得較高的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。從教師的科研項目中提煉出的開放實驗課題，能反映科學(xué)研究的新成果、新方法，知識點和技術(shù)要點多，學(xué)科覆蓋面寬，實用性和可操作性強。通過有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力［3－5］。湖南人文科技學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系在材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的科學(xué)研究訓(xùn)練課程，5－8人一組，安排學(xué)生在2周內(nèi)完成，學(xué)生得到了功能粉體材料與陶瓷材料的制備、結(jié)構(gòu)分析與性質(zhì)測試以及有關(guān)理論知識學(xué)習(xí)等綜合訓(xùn)練，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、顯著提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一 科學(xué)研究訓(xùn)練課程的實施方案

(一)課題的選取

篩選科研課題需要考慮幾個方面，第一，實驗所需的儀器設(shè)備，現(xiàn)有條件下可否滿足;第二，實驗所需的藥品的毒性是否適合學(xué)生實驗以及藥品的價格是否滿足經(jīng)費要求。常規(guī)教學(xué)經(jīng)費能否滿足將科研課題轉(zhuǎn)化為科學(xué)研究訓(xùn)練課程的學(xué)生開放實驗的經(jīng)費需求，這是需要重點考慮的一方面;第三，實驗所需的實驗條件是否過于苛刻，部分科研課題實驗條件比較苛刻，如需要無水無氧條件，這些都不適合學(xué)生實驗，科學(xué)研究訓(xùn)練課程主要是對學(xué)生進行綜合性訓(xùn)練，而不是完全意義上科研項目研究。綜合以上因素最終篩選出合適的科研課題有:廢舊鋰離子電池中有價金屬的回收與利用，氫氧化物共沉淀法制備鋰離電子電池LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正極材料，稀土氧化物L(fēng)a2O3含量對95氧化鋁陶瓷性能的影響等。

確定好實驗項目后由科學(xué)研究訓(xùn)練課程指導(dǎo)教師將實驗所需的儀器、藥品等條件要求與經(jīng)費需求向?qū)嶒炇抑魅紊陥螅笇?dǎo)教師負責(zé)科學(xué)研究訓(xùn)練課程小組實驗項目實施，向主管部門負責(zé)。一般每組學(xué)生數(shù)為5－8人，每位教師負責(zé)指導(dǎo)一個小組。

(二)課題實驗方案設(shè)計

以從廢舊鋰離子電池中回收與再利用有價金屬為例，闡述引導(dǎo)學(xué)生進行研究方案設(shè)計。

1．課題情況介紹

鋰離子電池的結(jié)構(gòu)，由外殼、正極、負極、電解液和隔膜四部分組成。正極、負極均由活性材料、導(dǎo)電添加劑和聚合物粘結(jié)劑與集流體組成。常見正極活性材料有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等，負極活性材料主要是碳素材料，電解液主要是六氟磷酸鋰與有機溶劑，正、負極集流體分別是鋁箔和銅箔。因此廢舊鋰離子電池中可以回收與再利用的有價金屬有鋁、銅、鎳、鈷、錳、鋰等，為了節(jié)約資源、減少廢舊鋰離子電池污染環(huán)境，需要對廢舊鋰離子電池進行回收與再利用。

2．查閱文獻

如要查閱廢舊鋰離子電池的回收與再利用的方法，要求學(xué)生一方面閱讀化學(xué)電源書藉，了解化學(xué)電源的相關(guān)知識，到圖書館查閱期刊雜志，掌握廢舊電池回收與再利用的相關(guān)文獻信息，然后查閱science dircet、spring等外文數(shù)據(jù)庫，選擇關(guān)鍵詞“spent lithium ion battery”，將相關(guān)廢舊鋰離子電池回收的文獻下載并保存。要求學(xué)生詳細閱讀文獻，撰寫文獻綜述。文獻綜述內(nèi)容包括不同作者對廢舊鋰離子電池中有價金屬進行回收與再利用的具體方法，試劑、原料、分析表征的儀器設(shè)備等，比較不同方法的優(yōu)缺點，根據(jù)實驗室具備的條件，設(shè)計出自己的回收與再利用的實驗方案。3．教師與學(xué)生共同探討與修改實驗方案

科研課題都具有綜合性，在所選課題常常涉及物質(zhì)的溶解與分離及提純、無機合成等知識。教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考實驗方案的每一步驟實驗?zāi)康暮鸵?，注重實驗與理論知識的聯(lián)系，加強對理論深度的挖掘。查閱文獻后，教師與學(xué)生共同探討實驗方案與文獻提供方案的區(qū)別，從實驗方法的選擇，實驗的條件等方面考察實驗方案的合理性與創(chuàng)新點。最后確定具體實驗方案，如通過堿浸酸溶法制得Cu2+、Co2+/Co3+、Ni2+溶液，采用沉淀法、陰離子分離法得到有價金屬化合物，以回收濾液為原料，探究滴定溫度、燒結(jié)溫度、pH值對沉淀生成速度和生成量的影響。采用XRD，激光粒度分析以及綜合熱分析表征了含有價金屬化合物材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。在進行條件實驗時，實驗內(nèi)容分解，每個學(xué)生負責(zé)一項，最后將全部實驗結(jié)果綜合，討論回收條件的影響。

(三)科學(xué)研究訓(xùn)練課程的相關(guān)配套管理要求

1．實驗前準備好所需的相關(guān)材料

如實驗教學(xué)大綱、實驗指導(dǎo)書、實驗申請表、寫出實驗論文等，并根據(jù)教學(xué)實際需要和教學(xué)經(jīng)費情況安排實驗藥品、玻璃儀器、器材，實驗主要在指導(dǎo)教師所在創(chuàng)新實驗室完成。

2．實驗完成后清點并交還實驗玻璃儀器

實驗儀器若損壞按實驗室有關(guān)規(guī)定進行賠償。學(xué)生按實驗要求撰寫實驗論文，送指導(dǎo)教師審閱，實驗論文包括5個部分。前言、實驗步驟、實驗結(jié)果與討論、結(jié)論、參考文獻、實驗感想與建議。最后要對學(xué)生實驗進行考核、評定學(xué)生實驗成績。

二 科學(xué)研究訓(xùn)練課程的作用

不同科研項目涉及的材料知識與原理均不相同，隨著教師不斷申請和研究新的科研項目，相應(yīng)的可以不斷更新科學(xué)研究訓(xùn)練課的實驗內(nèi)容。

科研前沿實驗增強學(xué)生的綜合科研能力。首先，科學(xué)研究訓(xùn)練課程的實驗過程中，需要綜合運用基礎(chǔ)化學(xué)實驗的基本操作，如溶解、沉淀、分離等，使學(xué)生認識到基礎(chǔ)化學(xué)實驗中的基本技能在科學(xué)研究中的作用。其次，科學(xué)研究訓(xùn)練課程引領(lǐng)學(xué)生進入科研前沿的實驗，使學(xué)生對科研工作的流程有了感性認識，還可以教會學(xué)生統(tǒng)籌安排實驗，學(xué)生深刻領(lǐng)會到實驗的前后連貫性，沒有前面的結(jié)果，后面的實驗沒辦法進行，端正了學(xué)生的實驗態(tài)度。最后，學(xué)生在上實驗課的過程中，原本感到深奧神秘的科研工作在指導(dǎo)教師引導(dǎo)下變得直觀易懂，讓學(xué)生感受教師的實驗研究思路，最終使學(xué)生領(lǐng)略到科研工作的艱辛和樂趣，引領(lǐng)學(xué)生進入自行設(shè)計實驗。因此，科學(xué)研究訓(xùn)練課程的開設(shè)對學(xué)生的實驗設(shè)計起到“拋磚引玉”的作用，有助于學(xué)生在自行設(shè)計實驗中，選題和立題的準確性、科學(xué)性。

三 結(jié)語

科學(xué)研究訓(xùn)練課程的開設(shè)使學(xué)生體會基礎(chǔ)實驗技能與真正的科學(xué)研究之間的聯(lián)系。在基礎(chǔ)實驗教學(xué)上，恰當(dāng)?shù)膶⒔處煹目蒲姓n題和一些前沿的領(lǐng)域引入學(xué)生實驗教學(xué)，在學(xué)生掌握實驗原理、實驗技能的同時，了解一些與本專業(yè)相關(guān)的科學(xué)前沿內(nèi)容，感受做科研的一般思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，激起學(xué)生做綜合、創(chuàng)新實驗的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。因此科學(xué)研究訓(xùn)練課程是培養(yǎng)應(yīng)用型本科高級專門人才的重要實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)能夠滿足社會的需求應(yīng)用型人才。

［1］鄭春龍．實驗室層次開放的思考與探索［J］．實驗室研究與探索，2005，24(1):78 －80，102．

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