《納米材料》課程教學(xué)探索與思考

摘要：《納米材料》是一門(mén)新興的、多學(xué)科交叉性課程，涉及凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域。針對(duì)該課程知識(shí)點(diǎn)繁雜、概念抽象等特點(diǎn)，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和課程特點(diǎn)，從該門(mén)課程的教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的探索和改革，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：納米材料，教學(xué)方法，教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

納米科技是20世紀(jì)80年代末逐步發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科領(lǐng)域，它涉及到凝聚態(tài)物理、化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域[1]。目前，納米科技與生物技術(shù)、信息技術(shù)成為推動(dòng)人類未來(lái)發(fā)展的三大主流科技，在信息技術(shù)、生物與農(nóng)業(yè)、環(huán)境能源、生命醫(yī)學(xué)以及航空航天等方面有廣泛的應(yīng)用前景。納米科技的迅猛發(fā)展將促使幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生一場(chǎng)革命性的變化。

納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，對(duì)納米材料的學(xué)習(xí)，是適應(yīng)未來(lái)社會(huì)對(duì)材料專業(yè)人才的需要。在教材的方面，一直沒(méi)有一本面向研究生教學(xué)的、較系統(tǒng)性的納米材料的教材。本文擬從納米材料課程教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段等方面對(duì)高等院校材料類研究生專業(yè)進(jìn)行納米材料課程的教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1 教學(xué)目的制定

課程的目的是通過(guò)課堂教學(xué)，使碩士研究生能夠了解、掌握納米科學(xué)與技術(shù)的概念、分類及其特點(diǎn)，了解和掌握納米材料的基本物理和化學(xué)性能；掌握納米材料的主要制備方法和原理；掌握納米材料的結(jié)構(gòu)分析測(cè)試方法；了解納米材料的生物毒性和安全性；了解納米材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景以及最新研究進(jìn)展，以便使學(xué)生了解和把握當(dāng)今納米科學(xué)的最新研究前沿

2 教學(xué)內(nèi)容的選擇

目前，納米材料正蓬勃發(fā)展，其涉及的面也越來(lái)越廣泛，涵蓋原子物理、凝聚態(tài)物理、膠體化學(xué)、固體化學(xué)、配位化學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和表面、界面等多中學(xué)科，內(nèi)容廣泛[2]。隨著納米科技的興起，也出現(xiàn)了很多介紹納米效應(yīng)、納米技術(shù)應(yīng)用及納米材料制備技術(shù)文獻(xiàn)和資料，對(duì)推動(dòng)納米科技的健康發(fā)展起了很好的作用。但是，在教材的方面，一直沒(méi)有一本面向研究生教學(xué)的、較系統(tǒng)性的納米材料的教材。根據(jù)筆者從事納米材料課程教學(xué)的實(shí)踐，認(rèn)為要達(dá)到前面提出的納米材料課程教學(xué)目的。課程的教學(xué)主要內(nèi)容應(yīng)包含以下幾方面： 納米材料的基本概念、發(fā)展史；納米材料的分類及其特點(diǎn)；納米材料的基本物理和化學(xué)性能；納米材料的主要制備方法和原理；納米材料的結(jié)構(gòu)分析測(cè)試方法；納米材料的生物毒性和安全性；納米材料最新研究進(jìn)展。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，可以考慮將教學(xué)內(nèi)容分會(huì)以下6個(gè)部分。

2.1 緒論

從納米材料的新奇特性開(kāi)始，講述納米材料的內(nèi)涵和基本概念以及發(fā)展史。根據(jù)材料的分類方法講述納米材料的分類方法及特點(diǎn)。講述納米材料的基本結(jié)構(gòu)單元及其特性。重點(diǎn)講述納米材料的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等基本性能。并結(jié)合我國(guó)納米材料研究現(xiàn)狀和學(xué)生研究方向進(jìn)行相關(guān)討論，激發(fā)學(xué)生對(duì)納米材料的好奇心和求知欲。

2.2 納米材料物理化學(xué)性能

主要內(nèi)容涉及納米材料的結(jié)構(gòu)和形貌特征；納米材料的熱學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等物理特性；納米材料的吸附、分散、團(tuán)聚等化學(xué)特性。將納米材料的物理化學(xué)特性與結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，按照基本結(jié)構(gòu)-基本特性-特殊結(jié)構(gòu)-特殊效應(yīng)-特殊功能-特殊應(yīng)用這一思路，引領(lǐng)學(xué)生深入思考，可以起到舉一反三效果。

2.3 納米材料的制備方法和原理

按照納米材料維數(shù)分類方法，講述零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料、三維納米材料的特征、制備方法和基本原理。重點(diǎn)講述蒸發(fā)-冷凝法、濺射法、氣相化學(xué)合成法等氣相方法和沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法、溶劑熱法等液相方法。并結(jié)合學(xué)生研究方向?qū)ο嚓P(guān)材料和方法進(jìn)行詳細(xì)討論，使學(xué)生掌握相關(guān)制備方法，為隨后的研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4納米材料的結(jié)構(gòu)分析測(cè)試方法

主要包括透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜儀、X射線粉末衍射儀、激光粒度儀等納米材料表征儀器。通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握納米材料測(cè)試的主要方法和儀器，并掌握各種儀器的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。同時(shí)，也使同學(xué)們認(rèn)識(shí)到納米材料研究的高技術(shù)特點(diǎn)。

2.5納米材料的生物毒性和安全性

主要包括納米材料的生物毒性和安全性。根據(jù)已有的相關(guān)研究報(bào)道，介紹一些納米材料的生物毒性，讓學(xué)生們了解納米材料的不足之處，掌握相關(guān)的安全操作規(guī)則，以便在隨后的納米材料相關(guān)研究中避免出現(xiàn)安全事故。

2.6最新研究進(jìn)展

根據(jù)納米材料的最新研究熱點(diǎn)，如石墨烯、鋰離子電池?zé)?，講述納米科技領(lǐng)域國(guó)際最新研究動(dòng)態(tài)，讓學(xué)生了解國(guó)際最新研究熱點(diǎn)。

3. 教學(xué)方法與手段

3.1 多媒體教學(xué)

針對(duì)納米材料課程內(nèi)容廣泛，知識(shí)點(diǎn)多的特點(diǎn)，采用多媒體教學(xué)方式。利用多媒體教學(xué)圖、文、聲、像融為一體的優(yōu)點(diǎn)，可以使教與學(xué)的活動(dòng)變得更加豐富多彩，又可以將信息量大的課程內(nèi)容在有限的時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)給同學(xué)們。從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，豐富學(xué)生的想象力。例如，講述納米材料宏觀量子隧道效應(yīng)時(shí)，可以動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)，方便學(xué)生們理解。講述納米材料的制備方法時(shí)，可以通過(guò)示意圖的形式展現(xiàn)，更容易讓學(xué)生理解和掌握。

3.2交互式討論

利用交互式討論教學(xué)方式。根據(jù)學(xué)生的興趣，結(jié)合課程內(nèi)容，將學(xué)生劃分多個(gè)課題小組，進(jìn)行課堂討論。例如，講述微乳液法制備納米材料時(shí)，首先讓學(xué)生通過(guò)文獻(xiàn)查閱等方式了解該方法；其次，在課堂上就該方法、原理和實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行充分討論和分析；最后老師指出該內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過(guò)這種交互式討論，在課堂教學(xué)中，確立學(xué)生的主體地位，尊重學(xué)生的主體意識(shí)；創(chuàng)設(shè)民主、平等的課堂氛圍，讓學(xué)生充分發(fā)表自己對(duì)問(wèn)題的看法，發(fā)揮學(xué)生的主管能動(dòng)性，變被動(dòng)接受為主動(dòng)探索；使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)造性思維能力得到不斷的發(fā)展[3]。

3.3實(shí)踐操作相結(jié)合

納米材料是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。在課程教學(xué)中要充分與實(shí)踐相結(jié)合，根據(jù)學(xué)生的研究方向，結(jié)合課程內(nèi)容，安排學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)使學(xué)生對(duì)納米材料有更多的感性認(rèn)識(shí)。涉及透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線粉末衍射儀、激光粒度儀等納米材料表征儀器內(nèi)容時(shí)，結(jié)合具體情況，可安排一定時(shí)間上機(jī)觀察和操作。

4 結(jié)語(yǔ)

納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，對(duì)納米材料的學(xué)習(xí)，是適應(yīng)未來(lái)社會(huì)對(duì)材料專業(yè)人才的需要。本文從納米材料課程教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段等方面對(duì)高等院校材料類研究生專業(yè)進(jìn)行納米材料課程的教學(xué)改革進(jìn)行系統(tǒng)的探討，實(shí)踐證明，這些舉措的實(shí)施取得了良好的教學(xué)效果，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研精神起到了一定的作用

參考文獻(xiàn)

[1]白春禮.納米科技及其發(fā)展前景，新材料產(chǎn)業(yè)[J].2001，4：8-11.

[2]張立德，牟季美.納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M].北京：科學(xué)出版社，2001，2：11.

[3]羅華.開(kāi)啟學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)—談交互式討論教學(xué)法[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)（基礎(chǔ)教育版），2002，3（4）：17-19+31