新型碳材料課程教學(xué)的改革淺析

李永峰

摘 要：碳材料種類繁多，是自然界普遍存在的一種材料。以富勒烯、石墨烯和碳納米管為代表的新型碳材料是當(dāng)今研究的熱點。碳材料優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，使得其有望在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)領(lǐng)域都會有廣泛應(yīng)用，高校在這幾個領(lǐng)域的相關(guān)教學(xué)中也紛紛開設(shè)了碳材料相關(guān)的教學(xué)課程。該文介紹了我國大學(xué)新型碳材料課程的教學(xué)特點與現(xiàn)狀，分析了新形勢下新型碳材料課程教學(xué)工作中存在的問題及原因，最后就筆者的教學(xué)體會對新型碳材料的課程教學(xué)提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：新型碳材料 教學(xué)改革 理論教學(xué) 實踐教學(xué)

中圖分類號：TB34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0218-02

隨著零維富勒烯、一維碳納米管及二維石墨烯的相繼發(fā)現(xiàn)，新型碳材料逐漸引起科學(xué)界廣泛的關(guān)注。碳納米管和石墨烯具有的優(yōu)異性能更是使得其在眾多領(lǐng)域都顯示出巨大的應(yīng)用價值。因此，新型碳材料課程涉及物理、化學(xué)、電子等多個學(xué)科的交叉，那么高校教師必須重視和時刻關(guān)注這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并將其融合進(jìn)自己的課堂教學(xué)和實踐教學(xué)過程中，使教學(xué)始終保持旺盛的活力和足夠的吸引力，引發(fā)學(xué)生的科研興趣并塑造他們完整全面的知識體系，為培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才打下堅實基礎(chǔ)。

大學(xué)作為社會發(fā)展的“動力源”，是人才的主要輸出地，有效回應(yīng)社會需求已成為當(dāng)前大學(xué)不可阻擋的趨勢。在大學(xué)中，教學(xué)課程是教育與培養(yǎng)人才必不可少的一個環(huán)節(jié)。課程是大學(xué)教育的核心，可謂是大學(xué)的“心臟”。在教育實踐中，大學(xué)在應(yīng)對社會發(fā)展提出的新要求時，往往以課程為突破口，如增設(shè)新的課程，或者改革大學(xué)課程結(jié)構(gòu)以增加新的職能，滿足社會的新要求，進(jìn)而達(dá)到改革高等教育的目的。因此，如何將理論教學(xué)與科學(xué)研究及社會實踐緊密有效地聯(lián)系起來，何種形式的教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，都是至關(guān)重要的問題。

1 新型碳材料教學(xué)課程的特點與現(xiàn)狀

對于新型碳材料課程的教學(xué)，與其他課程教學(xué)有共同之處，又有其獨特的特點。其教學(xué)特點大致可以歸納為以下幾點：學(xué)科歸屬復(fù)雜，教學(xué)內(nèi)容繁多，知識體系分支廣泛。

由于新型碳材料（如：富勒烯、碳納米管和石墨烯等）所具有的獨特結(jié)構(gòu)特點，對于無機化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科均可涉及，都可以有相關(guān)的教學(xué)運用。同時，碳材料優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，使得其在光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)領(lǐng)域都引起了極大關(guān)注，在這幾個領(lǐng)域的相關(guān)教學(xué)中也會有所涉及。因此，新型碳材料課程的學(xué)科歸屬復(fù)雜，將其完全地歸屬于某一學(xué)科是不可能的，可泛泛地歸屬于無機化學(xué)學(xué)科中的無機非金屬材料領(lǐng)域。

碳材料是一種古老而年輕的材料。碳具有眾多的同素異形體，如：金剛石、石墨、無定形碳、C60、石墨烯和碳納米管等等。[1]因此，碳材料相關(guān)的課程教學(xué)內(nèi)容繁多，如何在全面的涵蓋大部分知識點的同時有所側(cè)重，也是該課程教學(xué)的一個難題?？梢愿鶕?jù)學(xué)生群體和教學(xué)內(nèi)容的需要，概括性地做基礎(chǔ)介紹，也可以詳細(xì)地講解材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用，同時還可以單獨介紹碳材料的衍生雜化復(fù)合材料的相關(guān)知識與運用。

由于新型碳材料無論是在理論上還是在實踐上都蘊含著無限的生命力與發(fā)展?jié)摿?，其課程的知識體系分支廣泛，涉及多個學(xué)科的交叉，國內(nèi)的大學(xué)中與物理、化學(xué)及材料相關(guān)的學(xué)科都已紛紛開設(shè)相關(guān)課程。具有較完備廣泛的知識體系，課程可以重點講解各種碳材料本身的知識，亦可教授其雜化復(fù)合材料的相關(guān)知識。

2 新型碳材料教學(xué)課程存在的問題及原因分析

南京師范大學(xué)的李莉等人[2]對國內(nèi)大學(xué)中碳材料相關(guān)課程的開設(shè)情況作了簡單統(tǒng)計，由統(tǒng)計結(jié)果可以看到，碳材料課程的教學(xué)在本科教學(xué)中的無機化學(xué)、物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程或化學(xué)前沿課程中對基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)均有涉及，而針對相關(guān)專業(yè)研究生，教學(xué)內(nèi)容會設(shè)置得更深入更具注重應(yīng)用性。在本科教學(xué)中講授內(nèi)容的重點一般是基礎(chǔ)知識，而在研究生教學(xué)方面，重點則是放在科研運用上。這種教學(xué)方式也是大多數(shù)高校的傳統(tǒng)教學(xué)模式，即更注重在研究生的教學(xué)中科研知識的運用。但是筆者認(rèn)為大學(xué)本科階段才是塑造一名學(xué)生科研學(xué)習(xí)熱情最重要的啟蒙階段，然而目前在本科教學(xué)中理論與實踐的脫節(jié)狀況比較嚴(yán)重，對于從未接觸過該學(xué)科知識的學(xué)生，單純在課堂上向他們講解基礎(chǔ)知識而沒有實踐上具體形象的指導(dǎo)體會，往往會讓學(xué)生感覺到難懂和枯燥，無法真正激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和興趣科研的熱情。

“以課堂為中心”的灌輸式教學(xué)模式僵化單一，以及重理論輕實踐、重知識輕實際動手能力的現(xiàn)狀，是以碳材料課程為代表的國內(nèi)大多數(shù)課程教學(xué)存在的又一不足。教育不應(yīng)是機械的訓(xùn)練，如何改變這種教化的課程教學(xué)模式，以適應(yīng)新時期下工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要是一個至關(guān)重要的問題。課程教學(xué)方式改革的前提是變革思維方式，這其中主要包括教師的授課思維方式和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)思考的思維方式。將“以課堂為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，即“學(xué)生主體意識”，[3]繼而實現(xiàn)灌輸性向互動性、單一化教學(xué)向多元化教學(xué)的轉(zhuǎn)變。以學(xué)生為中心的教學(xué)經(jīng)驗設(shè)計是我國高等工程教育課程重構(gòu)的難點，而教學(xué)經(jīng)驗設(shè)計的一個難點在于如何為工科學(xué)生的學(xué)習(xí)提供真實的工程背景、工程問題與產(chǎn)業(yè)工作環(huán)境。

3 新型碳材料教學(xué)課程的教學(xué)體會與幾點建議

為進(jìn)一步探索創(chuàng)新型、國際化的人才培養(yǎng)體系，我校設(shè)立了“新型碳材料的研究與進(jìn)展”教學(xué)改革項目，計劃以化工類專業(yè)改革為主體，在培養(yǎng)方案、課程教學(xué)、實踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行系統(tǒng)改革，構(gòu)建化工類專業(yè)工程實踐教育平臺，提升本科生工程教育質(zhì)量，從而進(jìn)一步為提高研究生人才培養(yǎng)模式提供依據(jù)。此教學(xué)設(shè)計采用“理論—實踐—理論”的育人模式：課堂學(xué)習(xí)理論知識，課外參觀相關(guān)知識的實驗應(yīng)用項目，讓學(xué)生在實踐中自主學(xué)習(xí)，增強與學(xué)生的交流互動，加深課堂知識的理解和培養(yǎng)獨立思考的能力，同時埋下科研學(xué)習(xí)的熱情種子，為培養(yǎng)創(chuàng)新型研究生打下基礎(chǔ)。

此教改課程的課堂教學(xué)內(nèi)容主要分為新型碳材料的分類及特征、制備方法、性質(zhì)與表征以及應(yīng)用等方面，重點介紹富勒烯、碳納米管和石墨烯的相關(guān)知識。實踐環(huán)節(jié)的設(shè)計為：在每一章學(xué)習(xí)完成后，分次安排各小組學(xué)生到實驗室進(jìn)行相關(guān)材料應(yīng)用方面具體實驗的參觀學(xué)習(xí)，形象具體地向?qū)W生展示所學(xué)知識的實踐應(yīng)用，加深學(xué)生對課堂知識的二次記憶，同時更加有利于引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識的理解、思考、掌握與運用。這樣一種教學(xué)設(shè)計就是在課堂灌輸式知識的背景下，引導(dǎo)學(xué)生與他人對話、與客觀世界對話、與自我對話，并且通過這種對話，形成一種互動性、合作性、反思性的學(xué)習(xí)，也就是形成認(rèn)知性實踐、社會性實踐的過程，進(jìn)而達(dá)到實踐育人的目的。[4]

為提高學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型科研人才，結(jié)合筆者的課程設(shè)計與教學(xué)體會，對于我國新型碳材料課程的設(shè)置與改革有如下幾點想法和建議：（1）將“以課堂為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，擺脫灌輸式教學(xué)的傳統(tǒng)模式，改革機械式訓(xùn)練的教育現(xiàn)狀；（2）采取理論和實踐有機結(jié)合的教學(xué)模式，尤其應(yīng)注重實踐教學(xué)對理論教學(xué)的指導(dǎo)與運用，將理論教學(xué)與實踐教學(xué)高效地結(jié)合起來，讓學(xué)生在實踐中理解、消化與掌握課堂知識，同時在實踐教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會思考式學(xué)習(xí)，并激發(fā)學(xué)生對科研的熱情，為培養(yǎng)科研創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)；（3）建議高校教師也要時刻緊跟時代步伐，注重自身知識儲備和教學(xué)能力的提高?！敖處熓前l(fā)生在所有各級各類學(xué)校和課堂中并通過所有教育渠道進(jìn)行教育變革的關(guān)鍵活動者?！盵5]任何教育改革活動的進(jìn)行與實施，最終都要落實到教師的教育實踐活動中去，只有教師智慧的充分利用與發(fā)揮，教育改革才會可能取得成功。因此，教師的素質(zhì)和水平問題成為教育改革關(guān)注的焦點，提高教師自身能力與教學(xué)能力是十分重要的。[6]

4 結(jié)語

近年來，以富勒烯、碳納米管和石墨烯為代表的新型碳材料逐漸引起科學(xué)界廣泛的關(guān)注。由于碳材料課程的知識體系分支廣泛，國內(nèi)高校開設(shè)的與碳材料相關(guān)的課程更是復(fù)雜多樣。然而，新形勢下新型碳材料課程教學(xué)工作中仍然存在一些不足，為進(jìn)一步探索創(chuàng)新型、國際化的人才培養(yǎng)體系，教學(xué)改革仍需進(jìn)行不懈的努力。課程改革是一種教育思想和課程模式轉(zhuǎn)型的過程，是一場破舊立新的運動。不僅需要有強勁的專業(yè)話語的聲音，也需要有一個積極推進(jìn)支持新課程實施的社會輿論環(huán)境。新型碳材料作為一門近年來被廣泛關(guān)注的課程，其課程教學(xué)改革也不例外。首先要從學(xué)生的切身學(xué)習(xí)感受出發(fā)，既要抓好課堂的理論知識傳授，又要注重實踐教學(xué)的應(yīng)用與指導(dǎo)。其次教師的教學(xué)能力也應(yīng)與時俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 成會明.新型碳材料的發(fā)展趨勢[J].材料導(dǎo)報，1998（1）：5-9.

[2] 李莉，周全法，劉雪梅，等.新型碳材料的研究對化學(xué)教學(xué)和科研的影響[J].化工高等教育，2012（5）：40-42，77.

[3] 崔軍.回歸工程實踐：我國高等工程教育課程改革研究[D].南京大學(xué)，2011.

[4] 鐘啟泉.中國課程改革：挑戰(zhàn)與反思[J].比較教育研究，2005（12）：18-23.

[5] （法）埃德加·莫蘭，著.復(fù)雜性理論與教育問題[M].陳一壯，譯.北京：北京大學(xué)出版社，2004：14-15，24-25.

[6] 王憲平.課程改革視野下教師教學(xué)能力發(fā)展研究[D].華東師范大學(xué)，2006.