研究生《納米材料》課程教學(xué)改革探索

張敏+戴樹璽

摘 要：《納米材料》是該校多個理科專業(yè)研究生的必修課程，該文對《納米材料》課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法手段等方面進行初步的改革探索，旨在提高研究生的專業(yè)基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)其科學(xué)思維和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：納米材料 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0152-02

《納米材料》是河南大學(xué)特種功能材料教育部重點實驗室的研究生學(xué)位必修課程，學(xué)生來自物理、化學(xué)和材料三個相關(guān)專業(yè)，該課程主要基于系統(tǒng)和學(xué)科交叉的觀點，重點介紹納米材料及納米技術(shù)的相關(guān)知識及應(yīng)用。通過本課程的教學(xué)，旨在提高學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識，追蹤最近科研進展的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維及科研創(chuàng)新能力。隨著納米科技的日益發(fā)展，結(jié)合實驗室實際科研方向的凝練，有必要對《納米材料》課程的教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容以及方法手段等方面進行教學(xué)改革探索。

1 教學(xué)目標(biāo)

由于講授對象是來自物理、化學(xué)和材料多個學(xué)科的一年級研究生，本課程教學(xué)目標(biāo)將不僅僅是使學(xué)生泛泛掌握納米材料的概念、性能和基本原理。更重要的是提高學(xué)生追蹤納米材料在不同科研領(lǐng)域中的最新研究進展，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉的思維方法和獨立創(chuàng)新能力，最終能結(jié)合自己相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域，提出并解決科研問題，真正應(yīng)用在自己的今后的學(xué)習(xí)和科研工作中。

2 教學(xué)內(nèi)容

基于以上教學(xué)目標(biāo)，課程內(nèi)容根據(jù)當(dāng)前納米科學(xué)技術(shù)研究的最新進展以及實驗室的主要研究方向，重點講述納米材料的基本理論、表征手段、制備方法及其在相關(guān)研究領(lǐng)域中的應(yīng)用。配備任課教師為身處科研一線，分別來自物理和化學(xué)學(xué)科的兩位教授。教學(xué)中，我們對課程內(nèi)容不斷更新和凝練，力求反映納米材料及科技的最近研究動向，提升學(xué)習(xí)和研究的專業(yè)高度。為此在教學(xué)內(nèi)容中主要采取了以下的改革探索。

2.1 教材與文獻(xiàn)的結(jié)合

納米材料是前沿科學(xué)研究的重點與熱點領(lǐng)域，涉及交叉學(xué)科繁多，相關(guān)的書籍教材也不斷涌現(xiàn)。課程教學(xué)中參考了國內(nèi)出版的多本經(jīng)典教材，如國家納米材料和納米結(jié)構(gòu)首席科學(xué)家張立德教授編著的《納米材料》、《納米材料和納米結(jié)構(gòu)》以及清華大學(xué)朱永法教授編著的《納米材料的表征與測試技術(shù)》。課程教學(xué)中還參考多種國際原版教材，如美國克萊邦德教授的《納米材料化學(xué)》以及世界著名納米材料學(xué)家J.H.芬德勒教授主編的《納米粒子與納米結(jié)構(gòu)薄膜》等。我們從以上經(jīng)典教材中整理和篩選，以結(jié)構(gòu)-性能-應(yīng)用為導(dǎo)向，凝練具有自己特色的教學(xué)內(nèi)容。在課程講述中，采用國際教材與國內(nèi)教材相結(jié)合的方式，使學(xué)生在能快速掌握知識內(nèi)容的同時，還能提高原版英文教材的閱讀能力。這種以專業(yè)科技英語融入教學(xué)內(nèi)容的方法，不僅提高學(xué)生英語和與世界接軌的實際能力和水平，而且使學(xué)生能正確使用科學(xué)英語和科技術(shù)語，對其今后的科技文獻(xiàn)閱讀有著很大的幫助。

同時，在每個章節(jié)的學(xué)習(xí)中，指導(dǎo)教師采用教材，自備內(nèi)容及文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合的方式，教師推薦相關(guān)內(nèi)容的最近科技文獻(xiàn)，由學(xué)生分組進行閱讀、翻譯和講解。使學(xué)生在參考固定教科書籍學(xué)習(xí)的同時，還可以靈活和動態(tài)的根據(jù)文獻(xiàn)來把握該領(lǐng)域國際科研的最新動態(tài)和進展，建立完整的知識、技能和素養(yǎng)。我們通過課程相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀，對學(xué)生提供專業(yè)化科技英語能力和技能的培養(yǎng)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)掌握世界科技和與世界接軌的能力。

2.2 教學(xué)內(nèi)容和方法的實踐性

任課教師在教學(xué)中結(jié)合各自科研領(lǐng)域中的最新研究工作及實驗室的主要研究方向，把實驗室各研究方向上納米材料相關(guān)的主要研究成果穿插在課堂教學(xué)內(nèi)容中。把納米材料的制備、表征和應(yīng)用等教學(xué)課程，同具體實驗操作、參觀實驗室、樣品制備與測驗等一系列科研實踐活動相結(jié)合，使學(xué)生學(xué)習(xí)納米材料與制備分析等知識的同時，通過相應(yīng)具體實驗及個人的動手操作，加深豐富自己的所學(xué)知識，培養(yǎng)積極進取的創(chuàng)新思維和素養(yǎng)，并通過創(chuàng)新實踐活動提高自己的動手能力。邀請實驗室各個方向的帶頭人，給學(xué)生講解本實驗室納米材料與科技領(lǐng)域中的最新進展，著重講解本實驗室開展的工作，讓學(xué)生了解納米材料在力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)等方面的獨特的性質(zhì)及其在新材料和新能源等領(lǐng)域的具體應(yīng)用，這些實踐性的教學(xué)內(nèi)容有助于學(xué)生拓寬知識面，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和能力，提高對科研工作的興趣。

在對納米材料的表征技術(shù)教學(xué)中，利用實驗室雄厚的儀器設(shè)備力量，使學(xué)生能親自操作場發(fā)射掃描電鏡，高分辨透射電鏡，高真空掃描探針顯微鏡等納米材料表征設(shè)備，通過把儀器設(shè)備的結(jié)構(gòu)、測試原理同其依據(jù)的基礎(chǔ)科學(xué)理論相結(jié)合，從而使學(xué)生不僅明白技術(shù)設(shè)備的工作原理、測試功能及其所依據(jù)的科學(xué)，同時真正懂得如何依據(jù)科學(xué)原理發(fā)明創(chuàng)新技術(shù)，為自己以后的科研工作中大型儀器的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

3 教學(xué)方法

《納米材料》是一門內(nèi)容雜，涵蓋多學(xué)科的研究生課程。對本課程的學(xué)習(xí)需要研究生具有前期本科的化學(xué)、物理課程以及研究生階段的《固體物理》等課程的基礎(chǔ)。同時，本課程的實踐性很強，很多課程內(nèi)容可以在本校的研究工作中找到實踐的實驗結(jié)果。為了突出重點，講清難點，以培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和精神的研究生。我們采用了多種教學(xué)手段以及靈活的教學(xué)方法，其中教學(xué)方法主要包括講授式教學(xué)、互動教學(xué)、研究專題教學(xué)、實際實驗操作教學(xué)等。

教學(xué)的手段主要基于多媒體技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。教師制作互動式的PPT課程進行講授，課堂上還可以通過網(wǎng)絡(luò)即時搜索相關(guān)內(nèi)容的圖片進行展示。合理利用這些現(xiàn)代教學(xué)手段，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加強教學(xué)內(nèi)容的互動，利用其好奇心，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。對納米結(jié)構(gòu)材料的教學(xué)中，首先給學(xué)生展示的是生物界中大量存在的精美納米組裝體系，例如通過生物礦化構(gòu)成的貝殼的微觀結(jié)構(gòu)，學(xué)生感慨于大自然的鬼斧神工與生物進化的魅力。然后教師講述人工制備納米結(jié)構(gòu)的典型組裝與生長方式，然后及時引導(dǎo)學(xué)生思考，天然生物納米結(jié)構(gòu)是如何形成的？討論其組裝方式及特點，通過講解和討論使研究生積極思考，提高學(xué)習(xí)、分析與解決問題能力。

對于一些典型的教學(xué)內(nèi)容，我們采用專題式講座的教學(xué)形式，把納米科技中典型材料的起源、發(fā)展、現(xiàn)狀與趨勢結(jié)合講授，使學(xué)生形成完整的科技發(fā)展理念和思維、掌握完備的系統(tǒng)知識與創(chuàng)新能力。比如在量子點的教學(xué)中，我們著重介紹了量子點的研究背景以及引領(lǐng)該領(lǐng)域發(fā)展的科學(xué)家的科研歷程。通過一個個量子點研究中里程碑人物和事件，使學(xué)生不僅掌握量子點的類型，機理，制備方法及應(yīng)用，而且了解了其發(fā)展過程中每一個關(guān)鍵點的科學(xué)家及其科研進展。通過對量子點發(fā)展歷程的梳理，學(xué)生們清楚了解到了納米材料研究中的領(lǐng)軍人物及其弟子在納米科技中取得的成就及其該方向的前沿進展。課堂中，利用網(wǎng)絡(luò)直接展示了一些國際領(lǐng)先實驗室的網(wǎng)頁內(nèi)容，直接了解其相關(guān)在研課題及成果，結(jié)合實驗室的研究方向，使學(xué)生清楚的明白所在研究小組在世界最新科研進程中的位置，了解自己科研努力的方向。這種教學(xué)方式，不但提高了教師講授課程的效率，開闊了學(xué)生的視野，活躍了課堂的氣氛，學(xué)生們不斷提問，對自己向往的課題組進行了解，加強了師生的交流，提高了對科研工作的興趣。

4 結(jié)語

針對《納米材料》課程，我們從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進行了初步的改革探索。今后將進一步加強研究生課程教學(xué)的特色性，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)與創(chuàng)造性思維，使之能真正的應(yīng)用在隨后開展的科研工作中去。同時，我們教師也將繼續(xù)提升自身的科研水平，追蹤納米科技的前沿動態(tài)，提高教學(xué)水平，培養(yǎng)具有獨立創(chuàng)新能力的研究人才。

參考文獻(xiàn)

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