《功能材料概論》課程教學(xué)內(nèi)容和方法的思考

李 娟,張永興,劉忠良,劉親壯,朱光平,代 凱,李 兵

(淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,安徽淮北 235000)

李 娟,張永興,劉忠良,劉親壯,朱光平,代 凱,李 兵

(淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院,安徽淮北 235000)

《功能材料概論》是材料類專業(yè)的一門重要基礎(chǔ)課程,其教學(xué)過程是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的重要途徑。因此,《功能材料概論》的教學(xué)一直是從事材料科學(xué)教育者關(guān)注的問題。本文就《功能材料概論》課程教材建設(shè)、教學(xué)大綱和內(nèi)容優(yōu)化以及教學(xué)方式改革等方面進(jìn)行了思考和詳細(xì)地探討。

《功能材料概論》;教材建設(shè);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方式

能源、信息和材料被譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱,其中,材料是所有技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),是高新產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的核心。《功能材料概論》課程中所介紹的功能材料是指具有特定功能特性(這些特定功能主要包括光、電、磁、聲、熱和濕等特性)的各類材料,這些具有不同功能的材料在現(xiàn)代化高新產(chǎn)業(yè)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用[1]?；幢睅煼洞髮W(xué)根據(jù)社會發(fā)展需求,開設(shè)材料類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)就是立足于安徽,面向皖北地區(qū),培養(yǎng)掌握現(xiàn)代材料科學(xué)基礎(chǔ)的基本理論知識和研究方法,具備新材料研究和技術(shù)開發(fā)能力,能在材料相關(guān)領(lǐng)域,從事新材料的設(shè)計(jì)、研究和開發(fā)的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才[2-4]?！豆δ懿牧细耪摗肥腔幢睅煼洞髮W(xué)材料類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)際,從課程教材建設(shè)、教學(xué)大綱和內(nèi)容優(yōu)化以及教學(xué)方式改革等方面思考,并且進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐,取得了良好的效果。

1 課程教材建設(shè)

1.1 采用英語教學(xué)與漢語教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

本科生教學(xué)內(nèi)容是服務(wù)于社會的,必須以時代發(fā)展潮流為導(dǎo)向,不斷改革教育教學(xué)內(nèi)容。隨著教育全球化不斷發(fā)展,從事高等教育的教師不僅要把握好教育教學(xué)內(nèi)容,還要把英語語言結(jié)合到學(xué)生專業(yè)課程教學(xué)中來,與國際接軌,這是一項(xiàng)任重道遠(yuǎn)的任務(wù)。教師在講授《功能材料概論》這門課程時,要參考國外英文原版教材,把一些專業(yè)英語詞匯引入到課堂中,讓學(xué)生能夠查閱英文文獻(xiàn),關(guān)注材料領(lǐng)域的國際前沿動態(tài)。在講課過程中,教師要使用雙語教學(xué),兩種語言相輔相成,能夠更好地服務(wù)于教學(xué)[5]。由于學(xué)生英語水平參差不齊,為了達(dá)到良好的教學(xué)效果,在教學(xué)過程中,要注意使用循序漸進(jìn)的教學(xué)方式。在開始的時候,可以使用較少的英語語言詞匯進(jìn)行講授,使用中英文對照法進(jìn)行講解,隨著教學(xué)的不斷深入,不斷增加英語教學(xué)內(nèi)容比例。教師所使用的教學(xué)課件盡量以英文形式展現(xiàn)給學(xué)生。對一些比較難以理解的概念和理論知識,要以板書的形式幫助學(xué)生深刻地理解。在布置作業(yè)時,以英語語言形式讓學(xué)生回答相關(guān)問題,這樣可以使得學(xué)生進(jìn)一步加深對英語專業(yè)詞匯的記憶和積累。

1.2 教學(xué)內(nèi)容安排

《功能材料概論》課程主要內(nèi)容是介紹一些功能材料的基本知識、概念、制備方法及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用。在教學(xué)內(nèi)容安排上,教師首先介紹功能材料基本知識、概念和制備方法,介紹一些綜述性和科普性的內(nèi)容。這些內(nèi)容相對來講,比較容易理解,能夠讓學(xué)生增強(qiáng)對材料學(xué)科學(xué)習(xí)的自信心。其次,介紹功能材料在不同領(lǐng)域的用途,在介紹這部分內(nèi)容時,利用適當(dāng)視頻,把功能材料在不同實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域情況呈現(xiàn)給學(xué)生,讓學(xué)生有一個直觀的感性認(rèn)識。當(dāng)然,這種做法也可以達(dá)到增加學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和興趣的目的。教學(xué)內(nèi)容選擇方面,要結(jié)合雙語教學(xué)形式,與國外原版英文教材緊密配合,比如國外原版材料概論“Materials Science and Engineering：an Introduction”就是一本不錯的英文參考教材,對現(xiàn)行使用的功能材料教材是一個很好的補(bǔ)充。我校材料類專業(yè)在講述一些相關(guān)英語專業(yè)詞匯和概念時,主要參考內(nèi)容就是以這本書為藍(lán)本的。

2 教學(xué)大綱的合理制定及教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

2.1 合理制定教學(xué)大綱,符合我校教學(xué)實(shí)際情況

淮北師范大學(xué)材料類本科教育專業(yè)包括材料科學(xué)與工程和材料物理兩個專業(yè),《功能材料概論》作為這兩個專業(yè)的主干課程,其主要任務(wù)是通過學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生了解一些功能材料合成與制備的化學(xué)和物理現(xiàn)象,掌握功能材料的新理論、新技術(shù)和新知識,明確當(dāng)前功能材料相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展方向,以拓寬本學(xué)科視野。因此,基于這樣的要求,我們必須合理科學(xué)地制定教學(xué)大綱,滿足我校材料類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。我校《功能材料概論》課程教學(xué)大綱設(shè)置的總學(xué)時54,授課教材為殷景華等編寫的《功能材料概論》,由哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社出版,教學(xué)內(nèi)容為緒論、環(huán)境功能材料、超導(dǎo)材料、儲氫合金、微納米結(jié)構(gòu)材料、磁性材料、半導(dǎo)體材料、光學(xué)功能材料、精細(xì)功能陶瓷材料、功能轉(zhuǎn)換材料和智能材料。作業(yè)要求為每周為4道左右課外作業(yè)?？傇u成績?yōu)槠綍r成績和期末成績的總和,其中期末考試占60%,平時成績占40%。近年來,隨著我校博士化工程的推進(jìn),根據(jù)引進(jìn)的博士研究方向,我們對教學(xué)大綱做了相應(yīng)的調(diào)整,適合淮北師范大學(xué)教學(xué)實(shí)際情況,學(xué)生反映情況良好。

2.2 緊密結(jié)合生活,優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

《功能材料概論》課程中所講授的內(nèi)容實(shí)際上與日常生活中的一些材料結(jié)合十分緊密,如果能夠在講課過程中聯(lián)系到我們周圍所接觸到的一些材料進(jìn)行講解,勢必能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如,我們講授超導(dǎo)材料這一章節(jié)時,可以首先介紹超導(dǎo)材料在磁懸浮列車上的應(yīng)用,日本的超導(dǎo)磁懸浮列車行駛速度可達(dá)500～600公里/每小時。這種類型的列車是利用超導(dǎo)的磁懸浮原理,使車輪和鋼軌之間產(chǎn)生排斥力,使列車懸空運(yùn)行。由于車輪的懸空,使得車輪和車軌之間沒有摩擦力,不僅提升了行駛速度,還大大降低了能耗。再比如,我們平常觀察到的壁虎會在光滑的墻面上任意爬行,不會掉下來,其原因主要是由于壁虎的腳爪上面有生長了一層毛茸茸的微觀結(jié)構(gòu),這種微觀結(jié)構(gòu)必須借助電子顯微鏡的觀察才能夠看清楚。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)的特定效應(yīng),科學(xué)家們已經(jīng)研制出爬墻機(jī)器人。這個內(nèi)容可以穿插在微納米結(jié)構(gòu)材料這一章節(jié)時進(jìn)行講授。

3 教學(xué)方式的改革

3.1 采用多媒體教學(xué)方式

材料類專業(yè)課程采用多媒體教學(xué)方式可以使抽象的教學(xué)內(nèi)容更加生動形象,同時,講課內(nèi)容也將有所增加,對重難點(diǎn)更容易突出[6]?！豆δ懿牧细耪摗氛n程中講授晶體缺陷時候,使用多媒體教學(xué)更能夠把點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷概念明顯地區(qū)分開來,并且結(jié)合動畫演示,把抽象的概念具體化,學(xué)生更加容易理解空位、間隙原子和雜質(zhì)原子,刃型位錯和螺型位錯,表面、界面和堆垛層錯等原子排列層次上的相關(guān)概念。當(dāng)然,我們在講課過程中,也不能過分依賴于多媒體教學(xué),對于一些復(fù)雜公式和理論的推導(dǎo),我們還要進(jìn)行板書。畢竟,作為理工科類授課內(nèi)容還需要嚴(yán)密的邏輯推理,使得學(xué)生更加深刻的認(rèn)識一些科學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)原理。在教學(xué)過程中,教師一定要注意兩種教學(xué)手段的適當(dāng)調(diào)配使用。

3.2 與科研相結(jié)合,跟蹤材料學(xué)科最前沿發(fā)展方向

當(dāng)前,我國正處于提高自主創(chuàng)新能力,建設(shè)創(chuàng)新型國家關(guān)鍵時期,《功能材料概論》課程所講授的內(nèi)容發(fā)展也非常迅速。因此,必須結(jié)合最新科研前沿動態(tài),把最新的科研成果帶到課堂上來,讓學(xué)生在第一時間了解本課程的進(jìn)展情況,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。例如,在環(huán)境材料研究方面,我校教師在微納米結(jié)構(gòu)材料形貌控制方面研究成果比較突出,已經(jīng)制備出具有蛋形水母狀、花狀以及球狀結(jié)構(gòu)材料,相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在國際著名期刊Journal of Materials Chemistry,CrystEngComm和European Journal of Inorganic Chemistry等上面[7-9]。把這些內(nèi)容帶入課堂,讓學(xué)生零距離接觸科研最前沿動態(tài),將會極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

此外,教師在講授材料相關(guān)科研內(nèi)容的時候,還可以利用網(wǎng)絡(luò)資源,教會學(xué)生跟蹤一些比最新的科研成果(最新科研成果可以參考一些國際著名期刊如Nature,Science,Nature materials,Journal of the American Chemical Society,Angewandte Chemie International Edition和Advanced Materials),讓學(xué)生進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研,參與課堂教學(xué)中來,增強(qiáng)求知欲望。

3.3 結(jié)合課程設(shè)置內(nèi)容,采取開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)

把開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入到《功能材料概論》課程中來,使學(xué)生結(jié)合本課程所講授的內(nèi)容,充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件,在任課老師的指導(dǎo)下進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生也可以根據(jù)自己的興趣和已經(jīng)掌握的知識體系,自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,獨(dú)立完成整個實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容。在開放實(shí)驗(yàn)過程中,還可以安排幾位同學(xué)為一組進(jìn)行共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),通過小組實(shí)驗(yàn)的開展,訓(xùn)練學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。這種開放式實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼_保學(xué)生快速地認(rèn)識實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備,更加容易融入到研究熱點(diǎn)最前沿的知識體系中。開放性實(shí)驗(yàn)不僅能夠讓學(xué)生得到實(shí)驗(yàn)技能的鍛煉,還能夠切實(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。為學(xué)生以后無論走向科研崗位,還是其他的工作崗位,提供了一個快速入門的捷徑。這些也符合我校設(shè)置開放性實(shí)驗(yàn)課程的初衷。

4 結(jié)束語

我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開創(chuàng)新型人才的參與,安徽乃至皖北地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展同樣也離不開。正是基于這樣一個事實(shí),淮北師范大學(xué)肩負(fù)著培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的艱巨任務(wù)。為了能夠帶動皖北地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,作為從事高等教育教師,我們必須做到不斷地思考教學(xué)內(nèi)容和改革教學(xué)方式,才能不斷滿足社會發(fā)展對創(chuàng)新型人才的需求。實(shí)踐證明,對《功能材料概論》課程相關(guān)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革和實(shí)踐,有效地提高了學(xué)生的綜合素質(zhì),并且達(dá)到了良好的教學(xué)效果。對該課程的不斷探索,為皖北地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了源源不斷的后備人才。

[1] 殷景華,王亞振,鞠剛.功能材料概論[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009.

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責(zé)任編輯：訾興建

G642.0

A

1671-8275(2014)05-0054-02

2014-07-22

本文系國家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“具有空腔異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Cu2O@void@TiO2納米復(fù)合材料的可控合成及光催化性能的研究”(編號：51302102)與安徽省高等學(xué)校省級自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目“一氧化石墨烯的分子束外延生長及同步輻射結(jié)構(gòu)表征”(編號：KJ2014A222)的研究成果。

李娟(1978-),女,山東聊城人,淮北師范大學(xué)物理與電子信息學(xué)院助理實(shí)驗(yàn)師,主要從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究。