以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力為導(dǎo)向的《納米材料》課程教學(xué)改革與實踐

杜建周

摘要：以培養(yǎng)本科生創(chuàng)新思維和實踐能力目標，結(jié)合《納米材料》課程知識結(jié)構(gòu)特點以及學(xué)生自身知識體系，構(gòu)建“課堂教學(xué)—實踐教學(xué)—監(jiān)控評價”三位一體的教學(xué)組織過程。運用多手段教學(xué)改革優(yōu)化教學(xué)方法，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和綜合實踐能力，踐行“學(xué)生為中心，產(chǎn)出為導(dǎo)向，持續(xù)改進”的教學(xué)理念。

關(guān)鍵詞：納米材料；科研創(chuàng)新；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）40-0125-02

材料在人類社會的發(fā)展中具有不可替代的作用與地位。材料的制備與應(yīng)用水平是衡量一個國家國力強弱、科學(xué)技術(shù)進步程度和國民生活水準高低的標準。國家“十三五”規(guī)劃中提出了“五大發(fā)展”理念，其中“創(chuàng)新”位居首位。國家的發(fā)展依賴于科技的創(chuàng)新，科技的創(chuàng)新離不開高素質(zhì)的勞動者和創(chuàng)新人才。高校作為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的搖籃，首先要讓創(chuàng)新蔚然成風(fēng)。在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的路程中，高?；谧陨淼臈l件和基礎(chǔ)提出了不同的人才培養(yǎng)模式。研究型大學(xué)注重從科研上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力[1-3]，為學(xué)生后續(xù)的繼續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。應(yīng)用型大學(xué)承擔培養(yǎng)理論轉(zhuǎn)化應(yīng)用、應(yīng)用創(chuàng)新及實際生產(chǎn)和創(chuàng)造價值過程中的組織和管理、指導(dǎo)和實施等高級應(yīng)用型人才[4-5]。

《納米材料》課程是高等工科院校材料專業(yè)的一門專業(yè)課，讓學(xué)生理解納米材料的基本概念，掌握材料的物理和化學(xué)特性，能夠自己動手完成相關(guān)材料的制備和測試，了解納米材料的應(yīng)用背景。它是一門理論性、應(yīng)用性較強的課程，為學(xué)生今后從事科學(xué)研究和工業(yè)、工程第一線的工作提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)技能。在創(chuàng)新理念的驅(qū)動下，本文以《納米材料》課程為例，運用優(yōu)化課程教學(xué)方法，通過培養(yǎng)學(xué)生文獻查閱整理、論文撰寫、課堂討論等手段組織教學(xué)過程，論述如何在教學(xué)過程提升學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力。本文從課程的實際應(yīng)用、課程的內(nèi)容設(shè)置、課程的教學(xué)方法以及課程的考核方式進行探討。

一、課程的實際應(yīng)用

課程教學(xué)的第一堂課中讓學(xué)生明確所學(xué)課程與實際應(yīng)用之間的密切關(guān)系，促進學(xué)生產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，實現(xiàn)教師的教與學(xué)生的學(xué)在教學(xué)過程中的相互促進，進而促使學(xué)生將理論轉(zhuǎn)化為具體的生產(chǎn)力。

教學(xué)過程中，教師將已收集整理的納米材料應(yīng)用領(lǐng)域文獻提供給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生閱讀課外資料掌握納米材料的特性，進而搜索實際應(yīng)用的實例如實物、視頻、圖片等，最后采用小組討論的教學(xué)模式，讓學(xué)生體會到這門課的具體實用價值。學(xué)生課上討論的應(yīng)用主題分成如下類型：1）體內(nèi)的“醫(yī)生”：借助于納米材料的奇異特性學(xué)習(xí)制造醫(yī)用微型傳感器，通過注射或植入的手段放入體內(nèi)，以便捕捉患者更詳盡的信息，從而更有利于醫(yī)生進行診治。2）自我修復(fù)：改變材料的納米級結(jié)構(gòu)，會使它們具備某種神奇的特性。假設(shè)材料上遍布納米顆粒，那么在其表面有裂痕出現(xiàn)時，這些顆粒就可以自行移動繼而讓裂痕彌合。3）光觸媒：植物的“光合作用”，納米TiO2在太陽光或室內(nèi)熒光燈的照射下能產(chǎn)生抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空氣凈化的作用。

教師需要參與到小組討論中，指導(dǎo)學(xué)生提煉最新的納米技術(shù)，并引導(dǎo)學(xué)生自己去探索技術(shù)的應(yīng)用前景。幫助學(xué)生將理論成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，如開發(fā)一些實用新型和發(fā)明專利等，通過成果激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。在課堂教學(xué)過程中，不斷引入相關(guān)的前沿知識，擴充學(xué)生的知識面，提出存在的科學(xué)問題，讓學(xué)生掌握目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。從教師與學(xué)生的互動情況可以看出，學(xué)生對這樣的講授非常感興趣。

二、課程的內(nèi)容設(shè)置

課程教學(xué)的內(nèi)容包含緒論、納米結(jié)構(gòu)單元、納米顆粒的基本理論、納米顆粒的結(jié)構(gòu)與物理特性、納米顆粒的化學(xué)特性、納米顆粒的制備與表面修飾、納米顆粒的尺寸評估、納米固體及其制備和納米固體的性能九大部分。九個部分可以概括為如下四個內(nèi)容：1）納米材料的概念：從納米材料的新奇特性開始，引入納米材料的基本概念、發(fā)展史和分類方法。2）納米材料的結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)：該部分內(nèi)容是理解納米材料特殊性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是該課程的重點、難點。3）納米材料的理化特性及應(yīng)用領(lǐng)域：回憶前面納米材料結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)的學(xué)習(xí)，引出納米材料的理化特性，以微觀結(jié)構(gòu)—特殊效應(yīng)—特殊功能—應(yīng)用領(lǐng)域為思路，使學(xué)生認識納米材料的重要性，同時啟發(fā)學(xué)生深入思考，進而深入掌握納米材料的理化特性。4）納米材料最新研究進展：根據(jù)納米材料的最新研究動態(tài)，讓學(xué)生了解國際最新研究熱點。

三、教學(xué)方法與考核方式改革

傳統(tǒng)教學(xué)課堂上，部分學(xué)生難以全身心投入到課堂中，導(dǎo)致教學(xué)秩序混亂，教學(xué)質(zhì)量下降。在本課程的教學(xué)過程中，通過引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，促使學(xué)生忙于活動或小組討論，教師集中時間了解學(xué)生，幫助學(xué)生，實現(xiàn)以學(xué)生為中心的教育理念。翻轉(zhuǎn)課堂的靈活性讓學(xué)生可以提前學(xué)習(xí)或課后補課，做到課程和活動兩不誤，幫助學(xué)習(xí)跟不上進度的學(xué)生。

教學(xué)內(nèi)容的第一部分主要由教師的講授為主，以PPT和視頻的形式講授課程的范圍、發(fā)展和性質(zhì)等。同時，將具體的文獻和專利檢索、閱讀和整理的完整過程直觀展示給學(xué)生，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。后續(xù)的第二、三、四部分主要由學(xué)生通過查找資料弄清楚教材中的基本概念和定義，進而根據(jù)教材中的內(nèi)容制作PPT并講授，教師和其他同學(xué)負責(zé)提問，最后教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行點評和總結(jié)。其余章節(jié)要求學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)和其他資源，搜索最新的科技雜志和發(fā)明專利獲取納米材料制備的先進技術(shù)以及方法，并整理相關(guān)數(shù)據(jù)資料并在課堂中講述。學(xué)生根據(jù)講述內(nèi)容進行分組討論，教師參與到小組討論，聽取學(xué)生對于技術(shù)的評價和其他想法，并發(fā)掘?qū)W生提出的可行性想法，促使學(xué)生將自己的思想轉(zhuǎn)化為一定的技術(shù)成果應(yīng)用到現(xiàn)實生活中。

在實踐教學(xué)過程中，教師通過案例演示納米材料的制備和表征技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生從材料的形貌、結(jié)構(gòu)入手，對比納米材料和塊體材料在結(jié)構(gòu)、特征、應(yīng)用上的區(qū)別，讓學(xué)生對納米材料有更直觀的認識，加深學(xué)生對課程理論知識的理解，提高實踐能力。在實踐環(huán)節(jié)中，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識和自己的理解提出實驗方案的雛形，進而通過調(diào)研和討論的方式確定方案的可行性并修改合理。采用項目式的實驗教學(xué)方法有助于學(xué)生整體把握課程中的知識體系，還可以提高學(xué)生的合作意識和動手實踐能力。

為了充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)和分析問題、解決問題的能力、提高教學(xué)質(zhì)量。采用了“PPT+翻譯+實驗+大論文”的綜合考核模式，其中PPT占20%、翻譯占20%、實驗占20%、大論文占40%。從實施效果和課程要點的達成度數(shù)據(jù)來看，這些以學(xué)生產(chǎn)出為主的教學(xué)方法有助于培養(yǎng)學(xué)生的實際應(yīng)用和創(chuàng)新思維能力。

四、總結(jié)

納米材料在人類社會的發(fā)展中具有不可替代的作用與地位。借助于現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，在課程的教學(xué)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的自主性。使學(xué)生理解和掌握納米科技基本概念及基礎(chǔ)理論，在此基礎(chǔ)上正確理解納米材料功能和用途，全面理解納米科技內(nèi)涵。引導(dǎo)學(xué)生去探索納米材料的新技術(shù)、新方法以及新產(chǎn)品，為后續(xù)的理論成果轉(zhuǎn)化奠定基礎(chǔ)，同時為學(xué)生的科研和工作方向的選擇提供依據(jù)。

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