基于優(yōu)勢學科的“材料化學實驗”課程改革研究

張健+李興鰲

摘 要： 材料化學實驗作為材料及化學相關專業(yè)重要的實踐課程，在全國理工類高校材料學院中已經(jīng)相繼開展，并對材料及化學相關專業(yè)知識的深度理解及運用起到重要作用。目前大多數(shù)材料學院開設的材料化學實驗課程的實驗項目設置單一陳舊，考查知識點簡單機械且片面。結(jié)合自身學院相關優(yōu)勢學科，整合專業(yè)優(yōu)勢，設置具有專業(yè)針對性的材料化學實驗對于提升學生對學院優(yōu)勢學科認識深度，提高具備專業(yè)知識儲備的研究生培養(yǎng)均具有積極作用。文章以南京郵電大學材料化學實驗的課程改革研究為例論證基于優(yōu)勢學科下的材料化學實驗課程改革的重要性及必要性。

關鍵詞： 材料化學 實踐課程 優(yōu)勢學科 南京郵電大學

當代國內(nèi)理工類高校課程及專業(yè)的發(fā)展建設形成了目前高校各自的優(yōu)勢學科，幾乎每所理工類高校的材料或化學相關學院都已基本形成優(yōu)勢學科。例如南京理工大學的含能材料專業(yè)，南京林業(yè)大學的林產(chǎn)化工專業(yè)，中國礦業(yè)大學的礦物加工專業(yè)等。傳統(tǒng)的材料化學實驗課程實驗項目的設置已經(jīng)無法滿足其優(yōu)勢學科的發(fā)展要求，急需改革。本文具體以南京郵電大學材料學院材料化學實驗課程的設置為例，重點論證基于學院優(yōu)勢學科對材料化學實驗課程改革的必要性和重要性，希望能夠給相關理工類高校的實踐類課程的改革帶來些許啟發(fā)。

一、課程現(xiàn)狀分析

南京郵電大學材料學院成立于2008年，成立之初就定位信息及納米材料為主要發(fā)展方向，經(jīng)過近十年的不懈努力，已經(jīng)形成了以有機電子及生物電子為特色的優(yōu)勢學科，材料及化學專業(yè)在ESI排名中雙雙進入全球前1%。通過材料化學實驗課程的課程改革研究可以充分發(fā)揮學院的學科優(yōu)勢，對于培養(yǎng)高層次的儲備人才具有重要的戰(zhàn)略意義。

材料化學實驗課程是一門針對材料物理、材料化學專業(yè)本?？粕_設的專業(yè)基礎實驗課程，要求學生具有一定的專業(yè)基礎知識。實驗內(nèi)容設置體現(xiàn)了物理化學、有機化學、無機化學、納米材料等相關專業(yè)課程知識的有機整合。改革前課程設置存在的問題：

1.實驗課程的教學項目設置問題。材料化學實驗作為材料及化學相關專業(yè)的重要基礎實驗課程，已在諸多理工類院校中開設。材料院的該課程開設較晚，因此可以部分通過借鑒兄弟院校的課程開設經(jīng)驗完成實驗教學項目的設置。但是目前材料化學的相關實驗教材眾多且良莠不齊，而僅僅體現(xiàn)化學和材料的相關理論課程知識的結(jié)合已經(jīng)無法滿足對創(chuàng)新型本科生培養(yǎng)目標的需求。

2.課程內(nèi)容與基礎課程的有機銜接問題。材料化學理論課程選擇中山大學曾兆華主編的《材料化學》作為教材，該教材具有專業(yè)知識涵蓋面寬，跨學科知識點結(jié)合緊密的特點。課程側(cè)重金屬和陶瓷相關材料的知識學習，如單純依據(jù)該教材進行實驗課程的設置，不僅不能體現(xiàn)材料學院的學科優(yōu)勢，對實驗設備也是極大的考驗。

3.教學手段和方法問題。根據(jù)現(xiàn)在大學生的培養(yǎng)目標，要求教學內(nèi)容涉及面廣，而且教學內(nèi)容要新，要能解決一些實際生產(chǎn)生活中的問題，這就要求教師突破傳統(tǒng)，應用現(xiàn)代教育手段實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標。目前的化學和材料相關實驗課程的設置側(cè)重于對固有知識的鞏固和強化，主要體現(xiàn)在驗證性、演示性實驗設置過多。如何提高學生對基礎知識的深入思考、獨立探索的能力成為限制實驗教學效果的主要原因。教學手段和方法過于呆板、單一是傳統(tǒng)實驗教學課程所面臨的重要問題，材料化學實驗課程教學手段的靈活性和創(chuàng)新性有待進一步提高。

材料化學實驗的設置與實際應用的聯(lián)系日趨緊密，學生不再單一地學習教材中的理論知識，更多的真實材料制備及與現(xiàn)代生產(chǎn)生活密切相關的功能材料的應用不斷拓寬、加深本科生的知識儲備層次，激發(fā)學生的學習研究興趣，做到真正學以致用。各高校的性質(zhì)和特點不同，教學模式不應完全相同，尤其對于地方高校材料化學實驗課程教學體系的改革還未有成熟經(jīng)驗可供借鑒。所以，為了緊跟時代步伐和適應形勢發(fā)展的要求，提出打破現(xiàn)有材料化學實驗傳統(tǒng)課程教學體系，根據(jù)材料學院優(yōu)勢和專業(yè)特點，充分發(fā)揮優(yōu)勢學科的有利條件，研究符合學院實際的新的材料化學實驗課程教學模式并更新實踐教學內(nèi)容設置，使之適應培養(yǎng)創(chuàng)新型有機電子/生物電子專業(yè)人才的需要。這對于學生綜合素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，對于學校本科教學水平和學科建設上新臺階都具有十分重要的意義。

二、研究思路

首先，在本課程的實驗項目設置上充分拉近基礎理論知識與材料實際應用的距離，以理論知識為基礎，但絕不拘泥于理論知識；其次，充分發(fā)揮材料院的學科優(yōu)勢，將有機電子和生物電子兩大學科優(yōu)勢融入材料化學實驗課程中，從材料制備到材料應用多方位度多角度展現(xiàn)材料院的學科優(yōu)勢，使學生在教學實踐中鞏固、整合基礎專業(yè)知識，提高材料應用能力，加深對有機電子和生物電子的認識；最后，在教學實踐過程中，充分發(fā)揮學生的主觀能動性，通過誘導、啟發(fā)并重的教學手段，最大限度地調(diào)動學生的積極主動性，改變呆板枯燥的實踐教學現(xiàn)狀，激發(fā)學生的求知欲望，提高學生的動腦、動手能力。變原有的演示性、驗證性為主的教學過程為綜合性、創(chuàng)造性為主的實驗教學過程。加強師生互動，提高學生的自主動手能力，在實驗條件和安全性要求均滿足的前提下，讓學生成為課程教學環(huán)節(jié)的主體，在教師的主導作用下將材料化學實驗課程高質(zhì)高量地完成。

三、實施方案

根據(jù)學院本科專業(yè)的特點，潛移默化地融入有機電子和生物電子兩大優(yōu)勢學科內(nèi)容，完善材料化學實驗典型課程建設內(nèi)容，并按以下方案構(gòu)建材料化學課程新體系：

1.內(nèi)容改革。材料化學實驗課程，將對當前光電材料與生物電子傳感材料做重點課程設置，有機電子領域主要體現(xiàn)在光電材料的化學方法制備上，設置體現(xiàn)有機電子在材料可控制備的實踐過程，讓學生對脂肪烴、芳香烴及具有特定官能團的有機分子在電子定向傳輸效率的可控操作上更加深入地了解有機分子對電子傳導的巨大影響作用。生物電子主要體現(xiàn)在對制備的材料進行生物電信號的傳感應用研究，反應細胞甚至是活體的一些病灶情況，實現(xiàn)真正的與時俱進的材料化學實驗課程設置。為了在有限的教學計劃內(nèi)保證高質(zhì)量的教學內(nèi)容，實現(xiàn)培養(yǎng)目標，必須加強與學院的優(yōu)勢學科的有機聯(lián)系，注重聯(lián)系實際應用。

2.教材建設。針對材料化學實驗教材編寫問題，根據(jù)材料院的兩大優(yōu)勢學科，在材料化學理論課程的基礎上，制定材料化學實驗內(nèi)容，共設計出七個實驗，其中一個為選做實驗，實驗內(nèi)容上以體現(xiàn)材料院優(yōu)勢學科為主，實驗類型上以綜合性和創(chuàng)造性為主，充分加深理解有機電子和生物電子相關專業(yè)知識的同時擴大知識面，把握當今前沿的科研動態(tài)。在授課中，并不簡單地按照教材施教，而是首先對實驗進行一定程度的講解，擴充本領域的前沿技術(shù)。

3.方法改進。對傳統(tǒng)的教學方法進行改革，主要探索啟發(fā)式和互動式的教學方法，充分發(fā)揮學生積極思考、積極動手的能力。在材料化學實驗這門實踐課程的教授中，努力在教學方式上做一些嘗試，加強師生互動，注重培養(yǎng)學生預習和網(wǎng)絡搜索查詢相關知識的能力，提高學生的科學素養(yǎng)。具體做法有：（1）教師在授課時對涉及的材料化學實驗原理方面進行重點講解后，讓學生有充足的實踐動手實驗，甚至是鼓勵引導學生自己設計實驗，對該材料的現(xiàn)狀及發(fā)展前景給出自己的看法與理由；（2）將學生分為2-3人/組的實驗小組，通過小組組員之間的團結(jié)協(xié)作增強學生之間的團隊協(xié)作能力和團隊榮譽精神，鼓勵學生之間就實驗技術(shù)問題進行討論、質(zhì)疑與辯論，在確保實驗的安全性的前提下，為學生營造融洽的實驗氣氛。

四、結(jié)語

通過對南京郵電大學材料化學實驗課程的改革研究，充分發(fā)揮了學院的學科優(yōu)勢，提高了學生的素質(zhì)，為高水平研究生的儲備打下了良好的基礎，對學院可持續(xù)發(fā)展起到了重要作用。在此課程改革研究的啟發(fā)下，希望為其他理工類高校的材料化學實踐課程的改革提供些許啟發(fā)和幫助。

參考文獻：

[1]粟敏.淺談大學生創(chuàng)新性實驗項目的實踐[J].考試周刊，2016，53.

基金項目：南京郵電大學教學改革研究課題（JG03016JX23）。