探讨基于机械工程专业需求的大学化学及其实验课教学

摘要：在大学化学及其实验教学中，将适合于机械工程专业需求的化学理论和实验技术融入到相关章节和实验中，探索适用于本专业学生的大学化学及其实验教学过程。在授课过程中，重视大学化学及其实验与机械工程专业需求的有效衔接，以及其对本专业的理论和实践支撑。详细讲述化学在机械工程专业相关领域中的应用和作用等内容，培养学生的兴趣，引导他们积极听课、主动思考，加深对大学化学理论知识和实验技术的理解与掌握，增强学生对大学化学在本专业中的实用性和重要性的认识，因专业需求而施教，达到提高教学质量的目的。

关键词：大学化学；教学模式；机械工程专业

一引言

大学化学及其实验成为很多工科专业的公共基础课，对机械工程专业的教学计划具有理论和实践的支撑作用。是培养本专业工程技术人员整体知识结构和能力结构的重要组成部分。此课程为该专业的学生提供相关化学知识，精细的实验操作技能，培养严谨的科学态度和良好的实验作风，培养分析问题和解决问题的能力。以便他们在学习过程中，灵活应用化学知识来解决本专业的相关问题[1-2]。固本专业的学生学习大学化学及其实验课具有实际意义。对机械工程专业开设的大学化学及其实验课的教学效果、本专业学生对此课的兴趣及其在本专业中的使用价值，取决于课程讲授内容与机械工程专业需求的有机结合。机械工程专业所涉及的材料种类繁多，涵盖了金属、塑料、橡胶、陶瓷等多个领域，而化学渗透于机械工程材料的制造和加工过程。化学为机械工程中材料的研究和制造提供必不可少的理论和技术支持。

在机械工程中所涉及的材料，其化学成分、性能的研究和确定都需要化学分析和测试 [3-5]。在材料的加工过程中，化学物质的使用也是必不可少的；利用酸洗、电镀等化学反应来改善材料表面的性能，使其达到预期的效果。化学在机械设计和生产中也发挥着重要的作用，化学理论和实验技术在机械制造工业中得到了广泛应用。电解加工、电解抛光、化学辅助加工等工序可以大量地去除工件表面的毛刺和氧化层，提高机械零件的精度[6-10]。可以说从材料的研发、设计制造到质量控制、环境保护，化学技术在机械工程的各个环节都扮演着不可或缺的角色。大学化学还有助于促进机械工程学科的交叉学习和创新。通过化学课程的学习以及实践动手能力的培养，不仅可以拓展机械工程专业学生的视野，理解不同学科之间的联系和交叉点，更激发起创新思维以及跨学科之间的研究合作。在授课过程中，将机械工程专业的各种需求贯穿到大学化学及其实验的相关章节中，强调大学化学及其实验在机械工程专业相关领域中的应用和作用[11-13]。大学化学及其实验与机械工程实践教学相融合的创新型教学模式，不但使学生掌握了大学化学的基本内容和学习方法，更培养学生独立自觉地思考问题的意识，全面提高学生的综合实践能力和创新思维，为后继相关专业课程的学习打下良好的基础。

二大学化学理论及其实验技术在机械工程专业的渗透和助力

大学化学课程将适合于机械工程专业需求的化学理论和实验技术融入到相关章节和实验中，不仅夯实了机械工程专业的知识根基，更提升了机械工程专业的实践技能。

（一）材料化学基础，材料制备与改性实验

大学化学课程讲解金属、合金的晶体结构、化学键合，助力阐释钢铁、铝合金等在机械结构中的强度、韧性表现，如钢铁中碳含量对硬度影响，为理解机械材料性能打基础。而合成高分子材料、热处理金属实验，以研发新型机械材料、改善材料性能积累经验。

（二）表面化学原理

分析机械零件润滑、磨损中的表面吸附、化学反应，表面化学助力剖析润滑机制。润滑油在机械部件表面形成的吸附膜，依化学吸附原理降低了摩擦磨损，延长零件寿命。

（三）腐蚀化学理论

探讨金属在不同环境下腐蚀机制，如析氢腐蚀和吸氧腐蚀等。通过了解这些原理，机械工程师能够选择合适的金属材料，并采取有效的防护措施，如涂层、电化学保护等，以延长机械零件的使用寿命。

（四）基础实验技能的掌握与迁移以及分析测试手段的运用

课程中的精准测量、溶液配制等实验操作，类比机械工程中公差测量、切削液调配精度要求。运用化学分析手段检验机械零件成分、杂质，保障成品质量，如光谱分析确定合金元素比例。

三在机械工程材料研制中的应用和作用

大学化学及其实验为机械工程材料的研究和制造提供必不可少的理论和技术支撑，因此，在授课过程中，将与机械工程专业需求有关的以下内容，贯穿到大学化学的相关章节和实验中进行讲解，即提高学生的兴趣，又可以达到大学化学及其实验为机械工程专业需求而服务的目的。

（一）材料成分分析

精确地测定机械工程材料的元素组成和化合物结构，为材料的性能研究和优化提供基础数据，离不开化学分析方法，其是确定材料成分的关键手段。这就需要在授课中适当引入滴定分析、光谱分析、色谱分析、质谱分析等分析方法的原理和相关技术的介绍，并设置相关实践操作，以巩固学生的动手能力。

（二）材料性能评估

材料的耐腐蚀性、热性能和韧性等与材料的化学组成密切相关。物质结构、金属腐蚀和电解等内容的详细讲述和相关实验有助于材料性能的评估。在授课过程中，通过物质结构、金属腐蚀和电解等内容与机械工程材料性能的有机结合，提高本专业学生对不同条件下材料的行为表现、本专业所需材料的性能进行评估的能力。例如，不同碳含量对钢材硬度、延展性的差异化塑造，指导机械零件选材。

（三）材料表面处理

机械工程材料离不开表面处理和加工工序，许多化学方法被用于改善材料表面的性能。如，酸洗可以去除材料表面的氧化物和杂质，提高表面的清洁度和附着力；电镀可以在材料表面沉积一层金属或合金，改变表面的导电性、耐磨性等特性；化学气相沉积和物理气相沉积等技术则可以在材料表面形成一层薄膜，增强材料的耐腐蚀性、硬度等性能。

（四）材料合成与加工

化学方法在材料的合成和加工过程中也发挥着重要作用。如，通过化学反应合成新型材料，如高分子材料、复合材料等；通过化学手段控制材料的微观结构，如晶粒大小、相分布等，以优化材料的性能；在材料的加工过程中，如铸造、焊接、热处理等，化学方法也被广泛应用。综上所述，化学在机械工程材料的研究和制造过程中提供了全方位的技术支持，从材料的成分分析、性能评估到表面处理、合成加工等各个环节都离不开化学学科的参与与指导。

四在机械制造工业中的应用和作用

化学技术在机械制造工业中得到了广泛应用。处理工件表面的毛刺和氧化层，提高机械零件的精度需要电解加工、电解抛光和化学辅助加工等工序。在讲授电化学内容时，贯穿化学镀和抛光等内容，体现机械工程专业的学习与大学化学的相关联性。机械零件的化学处理不需要外加电源、工艺简单、镀层均匀、孔隙率低且外观良好，镀层不仅在金属及其合金材料上沉积，而且也能够在塑料、陶瓷等材料上沉积，具有很强的附着力、抗腐蚀和耐磨性等优点。在大学化学授课中强调的化学处理相关的内容包括以下几点：

（一）化学涂层

在机械制造中，化学涂层技术被广泛应用。通过在机械表面涂覆一层特殊的化学物质，可以改善机械表面的性能，如增加抗腐蚀性、耐磨损性和硬度等。这种技术不仅提高了机械的使用寿命，还减少了机械加工过程中的消耗。

（二）化学加工

化学加工是机械制造中的一种重要技术，包括电解加工、电解抛光等。这些技术利用化学反应的原理，通过去除材料表面的毛刺、氧化物和杂质等，提高机械零件的精度和表面质量。

（三）化学热处理

改变工程材料表面或整体性能关系到渗碳或脱碳、渗氮或脱氮、碳氮共渗或共脱等热处理过程，它作为化学热处理方法，通过化学反应来改变材料的表面形貌和性能。通过使碳、氮等元素渗入或脱出材料表面或内部，改变材料的组织结构，从而提高其硬度、耐磨性、耐腐蚀性等性能。因此，在授课中讲解渗透和脱出及其化学过程和条件，有利于学生在材料硬度、抗磨性和抗腐蚀性方面的相关问题的科学解决。

（四）塑料加工

在机械制造中，塑料作为一种重要的材料与钢铁一样被广泛应用和重视。而塑料的加工过程中也离不开化学技术的支持。如，塑料的注塑、挤出、吹塑等成型过程都需要化学添加剂来改善塑料的流动性、稳定性等性能。

（五）润滑与防锈

润滑油和防锈剂有关的化学知识及其应用的介绍，拓宽学生关于机械工程材料防锈和润滑方面的知识面，帮助他们在实际工作中，能有效地减少机械零件的磨损和腐蚀、提高机械的工作效率和使用寿命方面采取有效措施。在机械制造和使用过程中，润滑和防锈是保障机械正常运行和延长使用寿命的重要措施。学生能从大学化学及其实验中得到应用于本专业的重要知识。总之，化学技术在机械制造工业中的应用非常广泛，涉及到材料的制备、加工、处理、使用等各个环节。这些化学技术的应用不仅提高机械制造的效率和质量，还推动了机械制造工业的发展和创新。

五在学课交叉和创新中的应用和作用

大学化学及其实验还有助于增加机械工程专业学生在学科交叉和创新方面的积极性。大学化学及其实验课的教学与本专业有机融合，使本专业学生拓宽知识领域，加深理解学科之间的联系和交叉，从而激发创新思维和跨学科的研究合作。具体表现在以下几个方面：

（一）拓宽知识视野

化学作为自然科学的一个重要分支，与机械工程之间存在许多交叉点。学习化学可以帮助机械工程专业的学生拓宽知识视野，了解不同学科之间的联系和交叉点，从而激发创新思维和跨学科的研究合作。

（二）提供新的设计理念

化学原理和分析方法的应用可以为机械工程设计提供新的思路和方法。如，通过化学原理及其实验技术可优化材料的组成和结构，可以提高机械工程材料的性能和可靠性；通过化学反应原理及其相关实验技术设计新型机械工程材料的结构和功能，可以实现传统机械无法实现的功能。

（三）促进技术创新

化学与机械工程的交叉融合可以促进技术创新。如，在机械制造过程中，利用化学涂层技术可以改善机械表面的性能，提高机械的使用寿命和效率；利用化学加工技术可以实现高精度、高效率的机械零件加工。这些技术创新不仅可以提高机械制造业的竞争力，还可以推动相关产业的发展。

（四）解决复杂问题

机械工程领域经常遇到一些复杂的问题，如材料性能的优化、能源的有效利用、环境保护等。这些问题需要综合考虑多种因素，包括机械、化学化工、物理等多个学科的知识。学习化学可以帮助机械工程专业的学生更好地理解和解决这些复杂的问题，提高解决问题的能力。大学化学及其实验有助于促进机械工程专业的交叉学习和创新，通过拓宽知识视野、提供新的设计理念、促进技术创新和解决复杂问题等方面的表现，为机械工程领域的发展和创新提供重要的支持。

六结语

大学化学及其实验对机械工程专业的贡献和作用主要表现在，提供理论和技术支持、优化设计和生产、促进学科交叉学习和创新等多个方面。这些作用使得大学化学及其实验成为机械工程专业不可或缺的一门课程。将机械工程专业的需求与大学化学教学与实践的有机融合、即实现化学化工与机械工程专业的联通以及两种专业学生之间的朋辈沟通，又能够促进专业交叉、激发机械工程专业学生对于大学化学及其实验课程的学习兴趣，更提高了本专业学生对大学化学和实验学习的主动性和积极性，以达到提高大学化学教学质量的目的。

基金项目：新疆大学国家一流专业建设项目

作者简介：柴琳琳，女，汉族，新疆阿克苏，硕士，实验师，研究方向：化学及其实验在环境中的应用

通讯作者简介：肖开提·阿布力孜，男，维吾尔族，新疆阿克苏，博士，教授，硕导，研究方向：吸附性复合材料

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