全英文“納米材料”研究生課程的教學(xué)探索

朱 敏,朱鈺方

(上海理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200093)

材料學(xué)科近20年來(lái)蓬勃發(fā)展,新材料、新技術(shù)、新理念每時(shí)每刻都以噴涌之勢(shì)襲向材料科學(xué)科研工作者,而其中納米材料作為納米科技的物質(zhì)基礎(chǔ)則是最受到關(guān)注、研究最熱門(mén)的領(lǐng)域之一[1]。世界各國(guó)的相關(guān)高校、科研機(jī)構(gòu)對(duì)納米材料科學(xué)的研究熱情高漲,研究成果也日新月異。對(duì)于納米材料專(zhuān)業(yè)的研究生來(lái)說(shuō),跟蹤國(guó)際上最新科研成果是非常重要的。幸運(yùn)的是,目前,日趨深入的國(guó)際學(xué)術(shù)交流、更為開(kāi)放的研究生教育,讓學(xué)生可獲得形式各樣的學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)科研成果的機(jī)會(huì),包括閱讀國(guó)外科技文獻(xiàn)、參加國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議以及獲得聯(lián)合培養(yǎng)或海外留學(xué)機(jī)會(huì);等等。同時(shí),這也給納米材料科學(xué)的教學(xué)工作帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。由于研究生在具體的科研實(shí)踐活動(dòng)中,面臨著科學(xué)語(yǔ)言,主要是英文讀寫(xiě)和口頭交流的障礙,語(yǔ)言不通暢使得學(xué)生不能及時(shí)地獲得納米材料領(lǐng)域嶄新的研究成果。另一方面, 我國(guó)隨著高等教育的不斷提高也吸引了眾多國(guó)際留學(xué)生來(lái)華學(xué)習(xí)。由于師資力量的限制,針對(duì)留學(xué)生單獨(dú)開(kāi)設(shè)小班顯然不夠現(xiàn)實(shí),因而合班授課往往是更好的選擇。綜合以上考慮,“納米材料”課程采用全英文教學(xué)是中國(guó)高等教育國(guó)際化的大勢(shì)所趨[2],也是結(jié)合課程實(shí)際情況的最佳選擇。上海理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)目前已全面開(kāi)設(shè)本科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的全英文教學(xué),取得了良好的教學(xué)效果[3-4]。因此本文結(jié)合“納米材料”全英文課程的已有教學(xué)實(shí)踐,基于納米材料科學(xué)的學(xué)科特點(diǎn),針對(duì)研究生科研實(shí)踐工作中的具體困難和需求,對(duì)全英文“納米材料”研究生課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式和教學(xué)資源的獲取等方面進(jìn)行了初步探索。

一、納米材料科學(xué)的特點(diǎn)決定教學(xué)目標(biāo)

納米材料科學(xué)并不是一門(mén)具有完整體系和基礎(chǔ)理論的成熟學(xué)科,直到1990年7月在巴爾的摩召開(kāi)的第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議,才正式把納米材料作為材料科學(xué)的一個(gè)新分支公布于世。納米材料是一門(mén)前瞻性、創(chuàng)新性、專(zhuān)業(yè)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程,涉及物理、化學(xué)、生物、能源、材料等多學(xué)科交叉和前沿領(lǐng)域,其教學(xué)內(nèi)容主要直接面向科研實(shí)踐的工作,需要考慮納米材料科學(xué)的以下幾個(gè)特點(diǎn)。

(一)學(xué)科交叉性強(qiáng)

納米材料科學(xué)學(xué)習(xí)通常需要具備多學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)。目前上海理工大學(xué)材料科學(xué)專(zhuān)業(yè)的大多數(shù)研究生只具備某一基礎(chǔ)學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ),隨時(shí)需要補(bǔ)充其他學(xué)科相關(guān)知識(shí)。學(xué)科交叉對(duì)從事納米材料科學(xué)教學(xué)工作者也提出了很高的要求,因此需要教師具備比較廣泛且扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ),才能全面并透徹地理解相關(guān)的知識(shí)點(diǎn),再傳授給學(xué)生。

(二)研究領(lǐng)域廣泛

納米材料研究領(lǐng)域非常廣泛,包括納米金屬材料、納米有機(jī)和高分子材料、納米陶瓷材料、納米半導(dǎo)體材料和納米復(fù)合材料等,以及這些材料在力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)及生命科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。在授課有限的時(shí)間內(nèi),教學(xué)內(nèi)容不可能涵蓋納米材料研究的各個(gè)方面。課程學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多,不具備全面深入的講解,一方面需要廣泛覆蓋,給學(xué)生一個(gè)納米材料科學(xué)全面的概覽,另一方面,作為一門(mén)研究生專(zhuān)業(yè)課程,為了避免浮于表面,導(dǎo)致課程變成一門(mén)純介紹性的概論課程,又要能夠突出重點(diǎn),提高課程教學(xué)的深度。

(三)創(chuàng)新性強(qiáng),發(fā)展迅速

納米材料科學(xué)發(fā)展非常迅速,每年都會(huì)不斷涌現(xiàn)出新理論、新思路、新觀點(diǎn)、新方法,因此很多教材內(nèi)容極易過(guò)時(shí),教師需要及時(shí)更新知識(shí)儲(chǔ)備,篩選適用于研究生教學(xué)的內(nèi)容,保證研究生跟進(jìn)學(xué)科前沿發(fā)展且同時(shí)掌握基礎(chǔ)和有價(jià)值的知識(shí)。

根據(jù)以上的特點(diǎn),在進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐時(shí),制定了如下的教學(xué)目標(biāo)。

(1)廣度與深度相結(jié)合,結(jié)合重點(diǎn)學(xué)科發(fā)展方向,做學(xué)生的引路人。

在廣度上,按照零維、一維、二維、三維納米材料系統(tǒng)分類(lèi),分門(mén)別類(lèi)地全面介紹各種納米材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)[6],以及最新研究進(jìn)展情況,構(gòu)建整個(gè)納米材料科學(xué)的“知識(shí)地圖”,既啟發(fā)學(xué)生科研創(chuàng)新思路,又能幫助學(xué)生借鑒多種方法和角度,實(shí)現(xiàn)科研內(nèi)容的創(chuàng)新。

在深度上,首先結(jié)合當(dāng)前專(zhuān)業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的研究方向,包括新型碳材料、電功能材料、新能源材料、聚合物復(fù)合材料、納米生物材料、微納器件等,選擇各章節(jié)中教學(xué)實(shí)例,積極引用本專(zhuān)業(yè)先進(jìn)的科研成果到教學(xué)內(nèi)容中;其次,教師應(yīng)根據(jù)當(dāng)前納米材料科學(xué)研究中的熱點(diǎn),挑選一些具體領(lǐng)域深入分析講解,例如石墨烯類(lèi)二維材料、高磁矩納米粒子、核殼結(jié)構(gòu)生物應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)等,力求讓學(xué)生真正掌握某個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的核心知識(shí),并輔以科研成果的案例分析和小組討論等多種手段,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的科研思考。第三,注重相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)的傳授。由于研究生群體存在本科專(zhuān)業(yè)各異、專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)參差不齊的問(wèn)題,授課內(nèi)容應(yīng)涵蓋固體表面物理化學(xué)、成核與生長(zhǎng)理論、晶體學(xué)基本理論和擴(kuò)散與輸運(yùn)等基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)要求學(xué)生課下鞏固“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“材料物理化學(xué)”及“現(xiàn)代材料分析方法”課程內(nèi)容。

(2)授人以魚(yú)不如授人以漁,培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力。

針對(duì)學(xué)科創(chuàng)新性強(qiáng),知識(shí)更新快的特點(diǎn),需要向?qū)W生講明如下的理念:課堂上學(xué)習(xí)到的科學(xué)知識(shí)和觀點(diǎn)可能會(huì)過(guò)時(shí),但是學(xué)習(xí)和研究的方法是非常有價(jià)值而且可以受益終生的[7]。在納米材料的教學(xué)中,相比具體的知識(shí),教師更注重教會(huì)學(xué)生如何自己查閱最新的文獻(xiàn)和科技資料,如何使用科學(xué)研究的思維方式對(duì)接收到的知識(shí)進(jìn)行分析和理解。而課程全英文的教學(xué)方式,亦能引導(dǎo)學(xué)生突破語(yǔ)言關(guān),閱讀英文科學(xué)著作和最新的英文文獻(xiàn)資料,真正帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入納米材料科學(xué)最前沿的“知識(shí)殿堂”。

(3)注重科研實(shí)踐,培養(yǎng)科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

考慮研究生自入學(xué)開(kāi)始已經(jīng)或多或少進(jìn)入課題和實(shí)驗(yàn)室,“納米材料”課程開(kāi)設(shè)時(shí)間是研究生入學(xué)后第一學(xué)期,因此課程目標(biāo)還包括課堂分析科研成果案例,并進(jìn)行小組討論實(shí)現(xiàn)思維碰撞。同時(shí)利用課下活動(dòng)時(shí)間,組織研究生進(jìn)入學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)室了解基本實(shí)驗(yàn)方法、操作與設(shè)備等,從而引導(dǎo)學(xué)生加入科學(xué)研究最前沿的“陣地”,在聽(tīng)到“炮火聲”的地方,激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的熱情,教給學(xué)生專(zhuān)業(yè)的科研方法。

二、學(xué)生的具體困難和實(shí)際需要決定教學(xué)模式

教學(xué)的目的是讓學(xué)生真正掌握到知識(shí)技能,因此在“納米材料”課程教學(xué)計(jì)劃的制定時(shí),充分考慮學(xué)生選擇這門(mén)課程的實(shí)際需要和在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的具體困難,有針對(duì)性地確定了以下幾條主要教學(xué)模式。

(一)以全英文授課為主,輔以中文答疑和參考資料

對(duì)于大多數(shù)高校開(kāi)設(shè)的全英文課程,面臨最普遍的問(wèn)題就是:學(xué)生的英文水平參差不齊,在課堂上有些知識(shí)無(wú)法立刻聽(tīng)懂,通過(guò)英文教材進(jìn)行自習(xí),效率也相對(duì)中文教材低。最終往往導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的信心受挫,從而影響整個(gè)教學(xué)質(zhì)量。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題,在“納米材料”課程確定全英文教學(xué)模式時(shí)進(jìn)行了深入的考慮。

第一,上海理工大學(xué)材料學(xué)院從2010年起在本科生、研究生中開(kāi)展部分重點(diǎn)課程全英文授課的實(shí)踐,教師和學(xué)生均已經(jīng)積累了較充分的全英文課程授課和學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn);第二,“納米材料”作為一門(mén)研究生課程,大部分學(xué)生在本科階段也都接受過(guò)全英文課程的教育,或者有相對(duì)不錯(cuò)的英文基礎(chǔ)?；谝陨蟽牲c(diǎn),認(rèn)為利用全英文授課加全英文教材不會(huì)影響學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解。相反,由于英文教學(xué),高水平教材的可選范圍更廣,接觸第一手科技文獻(xiàn)更多,在一定程度上會(huì)使教學(xué)效果更好。另外,學(xué)生在學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的同時(shí)又能夠提高科技英語(yǔ)水平,增強(qiáng)科技文獻(xiàn)閱讀能力,使很大一部分積極好學(xué)的學(xué)生更增加了對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)興趣。

但是,英語(yǔ)畢竟不是我們的母語(yǔ),當(dāng)講解到某些專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng),或者比較艱深的問(wèn)題時(shí),部分英文基礎(chǔ)一般的學(xué)生仍然可能出現(xiàn)無(wú)法理解的情況。針對(duì)這種情況,上課老師在每節(jié)課前提前布置專(zhuān)業(yè)詞匯進(jìn)行預(yù)習(xí),并提前發(fā)放預(yù)熱材料。另外,在教學(xué)過(guò)程中,會(huì)輔以中文的答疑和參考資料。對(duì)于課堂上無(wú)法聽(tīng)懂的問(wèn)題,課下學(xué)生可以用中文再請(qǐng)教教師,教師用中文給予詳細(xì)的講解,確保學(xué)生不會(huì)因?yàn)檎Z(yǔ)言問(wèn)題跟不上教學(xué)進(jìn)度。另外,教師也會(huì)推薦中文參考資料,作為英文教材的補(bǔ)充,讓學(xué)生在課后復(fù)習(xí)時(shí),能夠根據(jù)自己的需要進(jìn)行學(xué)習(xí)。

(二)以學(xué)生為課堂主體,輔以教師深入講解重點(diǎn)難點(diǎn)

傳統(tǒng)課堂教學(xué)的最大特點(diǎn),是以教師為主體,向?qū)W生灌輸知識(shí),學(xué)生處在被動(dòng)地位。特別對(duì)于“納米材料”這種新興學(xué)科,涉及到的基礎(chǔ)學(xué)科多,知識(shí)更新快,又是全英文教學(xué),傳統(tǒng)的灌輸模式使學(xué)生能夠理解的內(nèi)容有限,且對(duì)教師的知識(shí)儲(chǔ)備和體力精力都有很高的要求,而且學(xué)生在進(jìn)行課程學(xué)習(xí)的同時(shí)往往已經(jīng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室具體科研課題研究的階段,必然會(huì)存在應(yīng)用課堂知識(shí)的具體問(wèn)題。因此在教學(xué)模式上,力求讓學(xué)生占據(jù)主動(dòng)地位,以學(xué)生為課堂主體,加強(qiáng)教師和學(xué)生之間的交流[8]。

在“納米材料”課程教學(xué)過(guò)程中,為發(fā)揮學(xué)生的主體作用,綜合采用了多種課堂教學(xué)模式。

(1)讓學(xué)生參與教學(xué)計(jì)劃和內(nèi)容的制定。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式設(shè)計(jì)了調(diào)查問(wèn)卷,鼓勵(lì)學(xué)生自己選擇感興趣的教學(xué)內(nèi)容和效果更好的教學(xué)方式。對(duì)于教師教學(xué)中的不足,鼓勵(lì)學(xué)生提出意見(jiàn)或建議,這種方式收到了學(xué)生比較積極的反饋。例如,有學(xué)生提出應(yīng)該多介紹納米材料相關(guān)的應(yīng)用實(shí)例,有學(xué)生提出希望更多了解本專(zhuān)業(yè)課題組的最新科研成果,還有學(xué)生希望增加實(shí)驗(yàn)課程等。

(2)讓學(xué)生參與課堂知識(shí)的講解。在學(xué)習(xí)一些相對(duì)比較易懂的課程內(nèi)容時(shí),輪流指定學(xué)生上臺(tái)對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行講解。這種鍛煉有助于教師了解學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況。教師會(huì)在重點(diǎn)難點(diǎn)的地方進(jìn)行補(bǔ)充,師生互動(dòng),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。同時(shí),這種翻轉(zhuǎn)課堂模式也督促了學(xué)生課后進(jìn)行大量英文文獻(xiàn)及圖書(shū)資料的閱讀。值得提出的是,前期調(diào)研顯示,學(xué)生對(duì)講解內(nèi)容選擇多集中于納米材料的相關(guān)應(yīng)用,因而可將翻轉(zhuǎn)課堂模式教學(xué)安排在材料應(yīng)用知識(shí)章節(jié)。

(3)讓學(xué)生自己提問(wèn)并進(jìn)行問(wèn)題講解。課堂提問(wèn)是教師獲取反饋信息的重要方法,也是讓學(xué)生理解課程重點(diǎn)的重要手段。在用好課堂提問(wèn)這個(gè)方式的基礎(chǔ)上,提出了讓學(xué)生互相進(jìn)行課堂提問(wèn)的教學(xué)方式。在課堂上隨機(jī)指定學(xué)生提出教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題,并指定其他學(xué)生回答。當(dāng)然教師需要對(duì)提問(wèn)或者回答進(jìn)行一定的引導(dǎo)。這樣對(duì)提問(wèn)的學(xué)生和答題的學(xué)生都是一種知識(shí)檢驗(yàn),同時(shí)讓學(xué)生更加有參與感,也有助于集中注意力,掌握教學(xué)內(nèi)容。

(4)讓學(xué)生組隊(duì)進(jìn)行小組討論。在課程進(jìn)行到一定階段時(shí),組織學(xué)生就某一領(lǐng)域的新進(jìn)展,某一課程重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容,或某個(gè)科研成果的案例進(jìn)行小組討論,全部過(guò)程使用英文,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,也提高學(xué)生用英文進(jìn)行學(xué)術(shù)交流的能力。例如,對(duì)2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予的分子機(jī)器研究成果分組討論,激發(fā)了學(xué)生發(fā)散的充滿想象力和創(chuàng)新性的點(diǎn)子和思路,課堂氣氛熱烈有趣,充滿生機(jī)。

(三)課堂教學(xué)和學(xué)生科研實(shí)踐的融合

材料專(zhuān)業(yè)的研究生必然面臨巨大的實(shí)驗(yàn)室工作量,因而很多學(xué)生都會(huì)存在專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)與具體科研實(shí)踐工作的雙重壓力,二者在時(shí)間和精力分配上好像是矛盾的,但是又都需要努力做好?？紤]到這一問(wèn)題,在“納米材料”的教學(xué)模式上,著重增加學(xué)生的科研實(shí)踐內(nèi)容,著重提高學(xué)生的科研能力,引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到自己的課題研究中,同時(shí)在最后的考核上,讓每位學(xué)生結(jié)合課堂教學(xué)的內(nèi)容和自己的課題,完成最后課程的期末論文。教師應(yīng)盡最大的努力,將課堂教學(xué)和學(xué)生的科研課題相結(jié)合,一方面,解決了學(xué)生上課和科研工作時(shí)間分配的困難,另一方面,通過(guò)課程講授,幫助學(xué)生開(kāi)展課題研究。

三、結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō),在國(guó)際化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的大環(huán)境下,結(jié)合納米材料科學(xué)的發(fā)展特點(diǎn),全英文的研究生“納米材料”課程教學(xué)已經(jīng)是必然趨勢(shì)。與成熟學(xué)科的系統(tǒng)全面理論學(xué)習(xí)不同,以科研實(shí)踐工作導(dǎo)向引導(dǎo)研究生在納米材料領(lǐng)域的探索是更加有效的。因此,教師與學(xué)生加強(qiáng)交流,以學(xué)生為本,在教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃及教學(xué)內(nèi)容設(shè)定上下功夫,必將提高全英文“納米材料”課程的教學(xué)效果,幫助研究生科研工作順利開(kāi)展。