材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)的改革與思考

高遠(yuǎn)飛，司朝霞，趙夢雨，王曉燕

(1.南陽師范學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，河南 南陽 473061；2.南陽師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，河南 南陽 473061)

材料化學(xué)是材料科學(xué)和化學(xué)兩個(gè)學(xué)科交叉的新興學(xué)科，它是材料科學(xué)學(xué)科發(fā)展的分支，同時(shí)又融入了關(guān)于化學(xué)學(xué)科的大量專業(yè)內(nèi)容。材料化學(xué)是從化學(xué)研究方法出發(fā)，制備材料和測試材料性能，它是從原子、分子微觀層面上研究材料并和材料的宏觀尺度上的性能與結(jié)構(gòu)建立聯(lián)系。材料化學(xué)更加注重“結(jié)構(gòu)-成分-合成-性能”四要素之間的關(guān)系，所以就能夠更加有效的研究材料合成制備的新方法[1]。我校材料化學(xué)專業(yè)旨在培養(yǎng)具有良好人文、科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)，使學(xué)生具有從化學(xué)的角度來掌握材料的分子設(shè)計(jì)、制備方法、性能測試及應(yīng)用方面的知識(shí)技能，培養(yǎng)多學(xué)科交叉的高素質(zhì)專業(yè)人才。

目前，隨著我國社會(huì)的飛速發(fā)展，培養(yǎng)高質(zhì)量的創(chuàng)新型人才已然成為了高等教育轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要任務(wù)。材料化學(xué)專業(yè)的發(fā)展是國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和人才培養(yǎng)質(zhì)量提升的重要標(biāo)志之一，材料化學(xué)是以實(shí)踐和應(yīng)用為目標(biāo)的專業(yè)學(xué)科。材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生除了接受材料科學(xué)和化學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)以外，還需要結(jié)合化學(xué)實(shí)驗(yàn)、材料化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)、材料化學(xué)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)將所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，將學(xué)生的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)探索，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力[2]。

材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)是本科教學(xué)過程中重要的集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，也是在畢業(yè)論文之前學(xué)生自己將專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐應(yīng)用建立起聯(lián)系的自檢過程[3]。和以往被動(dòng)式學(xué)知識(shí)的其他實(shí)驗(yàn)課不同，材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)主要是要求學(xué)生按照分配題目自主的進(jìn)行原料選擇、材料合成制備以及性能檢測方案的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案的合理性和創(chuàng)新性是最終對學(xué)生課程設(shè)計(jì)成績評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)，這也和材料化學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)相吻合。

1 材料化學(xué)課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)目標(biāo)

以南陽師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)為例，我校的材料化學(xué)課程設(shè)計(jì)開始在第六學(xué)期，集中實(shí)踐時(shí)間為三周。通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生進(jìn)一步熟悉材料的合成、設(shè)計(jì)、原料、制備或典型材料的生產(chǎn)基礎(chǔ)、表征方面的基本知識(shí)，學(xué)會(huì)正確地觀察、思考，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決實(shí)際問題以及獨(dú)立工作的能力和合作精神。課程要求學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，了解設(shè)計(jì)題目的前沿領(lǐng)域；提高綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)獨(dú)立分析和解決問題的能力；初步具備論文寫作的能力，為畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。

2 課程設(shè)計(jì)過程中存在的問題

2.1 基礎(chǔ)專業(yè)課設(shè)置的問題

材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)之前，學(xué)生需要具備基礎(chǔ)化學(xué)、材料化學(xué)、材料合成與制備技術(shù)、材料性能學(xué)、材料加工、材料現(xiàn)代測試技術(shù)、工程制圖等課程知識(shí)的支撐。并且由于課程設(shè)計(jì)內(nèi)容的綜合性和創(chuàng)新性，盡量應(yīng)當(dāng)在開始課程設(shè)計(jì)之前要求學(xué)生完成系列的材料化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)。然而，目前部分高校的培養(yǎng)方案修改趨勢中，將專業(yè)課程都安排在前三個(gè)學(xué)年完成，這樣就容易導(dǎo)致出現(xiàn)課程設(shè)計(jì)和其他專業(yè)基礎(chǔ)課同期開設(shè)的尷尬局面。特別是課程設(shè)計(jì)過程中需要學(xué)生具備綜合考慮專業(yè)問題的能力，這也是平時(shí)單獨(dú)開設(shè)的理論課時(shí)容易忽略的內(nèi)容，因此需要合理安排理論課和專業(yè)綜合實(shí)踐課程的教學(xué)順序。

2.2 題目設(shè)置和學(xué)生選題的局限性

在材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)開設(shè)的過程中，設(shè)計(jì)題目的安排和學(xué)生的選題都是至關(guān)重要的。首先設(shè)計(jì)題目的安排需要和當(dāng)前材料化學(xué)學(xué)科發(fā)展的前沿相結(jié)合，使課程設(shè)計(jì)內(nèi)容具有新穎性；其次，學(xué)生再根據(jù)自己的興趣選擇合適的題目。但在以往的課程設(shè)計(jì)過程中，由于考慮到學(xué)生專業(yè)知識(shí)掌握程度不同，因此教師設(shè)置的設(shè)計(jì)題目內(nèi)容比較單一，通常只是針對一種材料進(jìn)行摻雜元素種類、制備條件進(jìn)行改變，而并沒有與新材料、新技術(shù)相結(jié)合。此外，課程設(shè)計(jì)是分小組完成的任務(wù)，并且學(xué)生人數(shù)較多時(shí)則可能直接由指導(dǎo)老師指導(dǎo)分組和分配設(shè)計(jì)題目，這就很大程度上的壓制了學(xué)生的自主性，造成學(xué)生對課程設(shè)計(jì)重要性的認(rèn)識(shí)不清楚和完成設(shè)計(jì)過程中松散懈怠的情緒出現(xiàn)。

2.3 課題調(diào)研不充分

材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)開始初期時(shí)，需要學(xué)生進(jìn)行大量的文獻(xiàn)調(diào)研和信息檢索，隨后對有用的信息進(jìn)行歸納與總結(jié)。通過大二下期開設(shè)的"化學(xué)信息學(xué)"課程，學(xué)生已經(jīng)基本了解了CNKI、萬方、Elsevier與Springerlink等中外文數(shù)據(jù)庫的檢索方法。但通過和學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過數(shù)據(jù)庫搜索到文獻(xiàn)資料的主要內(nèi)容為實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論，關(guān)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分內(nèi)容較少，對學(xué)生啟發(fā)性不強(qiáng)。另外，在大量搜索相關(guān)文獻(xiàn)后，學(xué)生通常不能有效地進(jìn)行歸納總結(jié)，抓不到每一篇文獻(xiàn)的關(guān)鍵性問題，通常課題前期調(diào)研工作顯得事倍功半。這些可能都和學(xué)生習(xí)慣的被動(dòng)式學(xué)習(xí)模式有關(guān)，并沒有養(yǎng)成真正的活學(xué)活用和綜合分析的能力。

2.4 考核形式單一、評(píng)價(jià)方式不客觀

通常材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)具有任務(wù)量較大、難度高和學(xué)時(shí)短等特點(diǎn)，這就需要3～4人學(xué)生按小組分工完成，在組長的帶領(lǐng)下完成信息檢索、原料選擇、設(shè)備選型和性能測試等內(nèi)容設(shè)計(jì)，組內(nèi)進(jìn)行信息匯總后由所有成員共同完成一份課程設(shè)計(jì)任務(wù)書。課程考核評(píng)分時(shí)的主要依據(jù)為任務(wù)書的撰寫效果，同組的同學(xué)都可以獲得基本相同的分?jǐn)?shù)。這就會(huì)導(dǎo)致個(gè)別學(xué)生出現(xiàn)惰性心理，讓課程設(shè)計(jì)最終變?yōu)榱恕叭齻€(gè)和尚沒水喝”的局面。因此如何對每個(gè)學(xué)生課程設(shè)計(jì)這門課成績的客觀與科學(xué)的評(píng)價(jià)是值得思考的一個(gè)問題。

3 課程設(shè)計(jì)的改革思路

材料化學(xué)專業(yè)課程是連接專業(yè)基礎(chǔ)課和畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)的橋梁，不僅要求學(xué)生能夠按照題目要求完成材料制備和性能測試方案的設(shè)計(jì)，更要充分體現(xiàn)學(xué)生的自主性和創(chuàng)新性。下文中將結(jié)合南陽師范學(xué)院2015級(jí)、2016級(jí)材料化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案的修改，提出了關(guān)于課程設(shè)計(jì)的改革思路。

3.1 優(yōu)化專業(yè)課程設(shè)置，與實(shí)踐環(huán)節(jié)相協(xié)調(diào)

根據(jù)我校材料化學(xué)專業(yè)的實(shí)際培養(yǎng)方案要求，本科學(xué)生通常在前三個(gè)學(xué)期主要進(jìn)行四大化學(xué)、公共課的學(xué)習(xí)，材料專業(yè)課一般由大二下期開始集中開課，因此如何合理的將材料類專業(yè)課安排在剩余的三個(gè)學(xué)期顯得尤為重要。我校自2015級(jí)學(xué)生起，在大二下期開始每學(xué)期安排3～4門材料專業(yè)課和1門材料實(shí)驗(yàn)課。例如，第四學(xué)期開始，在已有的化學(xué)課程基礎(chǔ)上安排了材料化學(xué)、高分子化學(xué)、材料力學(xué)、材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)I等必修課程。隨后大三年級(jí)時(shí)，依次安排了材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料性能學(xué)、材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)II、高分子物理、材料現(xiàn)代測試技術(shù)等課程。特別對于第六學(xué)期，通過增大周學(xué)時(shí)數(shù)從而將原來18周完成的課程集中在前12周內(nèi)完成。這樣就使得學(xué)生在完成了專業(yè)核心課程后才開始綜合實(shí)驗(yàn)以及隨后的課程設(shè)計(jì)。避免了理論課和課程設(shè)計(jì)交叉進(jìn)行的情況出現(xiàn)，能讓學(xué)生現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用專業(yè)理論知識(shí)，并且也通過課程設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)也進(jìn)一步鞏固和掌握了所學(xué)專業(yè)知識(shí)[4]。

3.2 靈活設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目，引導(dǎo)學(xué)生合理選題

本科專業(yè)的課程設(shè)計(jì)不僅是為學(xué)生的下階段畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)論文做準(zhǔn)備，同時(shí)也是在逐步培養(yǎng)學(xué)生的科研能力以適應(yīng)未來的工作成為合格的專業(yè)技術(shù)人才。因此課程設(shè)計(jì)的題目要具有較為寬廣的范圍，同時(shí)題目還要具有一定的難度和創(chuàng)新性[5]。我校材料化學(xué)專業(yè)教師的科研方向涉及陶瓷材料、新能源材料、高分子薄膜材料、光催化材料等，因此可將課程設(shè)計(jì)題目與教師科研方向相結(jié)合。例如“仿生壁虎膠帶的制備方案設(shè)計(jì)”、“鑭鍶錳氧導(dǎo)電氧化物薄膜的制備與性能測試”、“甲醇燃料電池電極材料的制備與性能表征”等，這些題目可以和當(dāng)前材料領(lǐng)域的研究熱門相結(jié)合，并與材料在生活、工業(yè)上應(yīng)用的實(shí)例相聯(lián)系從而來引起學(xué)生的興趣。

在大三下期開設(shè)課程設(shè)計(jì)時(shí)，通常大部分學(xué)生已經(jīng)明確了自己未來考研或者工作的方向。學(xué)生可根據(jù)自己的興趣進(jìn)行自主選題，或者指導(dǎo)老師也可鼓勵(lì)學(xué)生自行選擇某些新材料進(jìn)行自命題，這也從源頭上充分調(diào)動(dòng)了教師指導(dǎo)和學(xué)生參與的積極性。教師可以將每個(gè)小組的課題細(xì)分為多個(gè)子課題，明確分工任務(wù)到每位學(xué)生，讓學(xué)生之間相互幫助與監(jiān)督，避免學(xué)生產(chǎn)生懶惰情緒。此外課程設(shè)計(jì)開始前的動(dòng)員工作也尤為重要，由每位指導(dǎo)老師負(fù)責(zé)對自己安排的題目進(jìn)行簡介，讓學(xué)生明白每個(gè)題目的研究意義和創(chuàng)新性，同學(xué)也可擴(kuò)展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面。隨后可以讓學(xué)生通過“問卷網(wǎng)”等形式結(jié)合小組并在互聯(lián)網(wǎng)上選題，從而改變了以往由教師直接指定題目的被動(dòng)教學(xué)設(shè)計(jì)局面。

3.3 鼓勵(lì)學(xué)生后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生根據(jù)題目設(shè)計(jì)出材料的合成制備與性能檢測方案，這些內(nèi)容常是學(xué)生根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研加上模仿綜合實(shí)驗(yàn)而設(shè)計(jì)出的。然而對于想進(jìn)一步深入研究該課題的學(xué)生，他們設(shè)計(jì)的方案的邏輯合理性和科學(xué)性無從考究。因此需要由指導(dǎo)老師對課程設(shè)計(jì)中完成質(zhì)量較好的小組，盡量提供實(shí)驗(yàn)原料和設(shè)備，讓學(xué)生自己動(dòng)手完成他們親自設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，在付諸實(shí)驗(yàn)的過程中充分研究每一個(gè)步驟的實(shí)際操作性，發(fā)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)的不足并優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，從而培養(yǎng)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、思索問題和解決問題的能力，避免課程設(shè)計(jì)成為單一的“紙上談兵”[6]。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)結(jié)果，可以推薦參加“節(jié)能減排”或“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技比賽。同時(shí)在指導(dǎo)老師的幫助下也可進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，作為本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的前期工作。

3.4 增加答辯環(huán)節(jié)，綜合評(píng)定課程成績

在課程設(shè)計(jì)完成后由小組成員集體進(jìn)行公開答辯，相近課題的同學(xué)也可以參與并互相學(xué)習(xí)。要求學(xué)生通過PPT的形式展示各組的設(shè)計(jì)方案，并解釋重要實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)思路，這些內(nèi)容是很難在課程設(shè)計(jì)任務(wù)書中以文字形式展現(xiàn)的。當(dāng)然學(xué)生在答辯中描述的設(shè)計(jì)思路的合理性也將成為課程設(shè)計(jì)評(píng)分的重要依據(jù)。通過各小組間的互相提問，學(xué)生能夠盡可能多的學(xué)習(xí)到其他課題的內(nèi)容，以拓展思路并優(yōu)化自己的課程設(shè)計(jì)方案。除此以外，學(xué)生也能夠通過分享自己的設(shè)計(jì)成果，從而獲得成就感和對自我的肯定。最后，教師也可根據(jù)答辯情況基本了解學(xué)生的專業(yè)知識(shí)掌握水平，對下一步的專業(yè)學(xué)習(xí)和畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)提出建議。

4 結(jié)語

材料化學(xué)專業(yè)課程設(shè)計(jì)是本專業(yè)學(xué)生重要的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，它起到了將專業(yè)理論課程和畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文建立起聯(lián)系的關(guān)鍵作用。針對以往課程設(shè)計(jì)存在的課題形式、評(píng)價(jià)方法和課程設(shè)置的局限性，以南陽師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)為例，提出了通過優(yōu)化專業(yè)課程設(shè)置，結(jié)合學(xué)生興趣安排創(chuàng)新性題目，鼓勵(lì)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)的合理性，并客觀綜合的評(píng)定學(xué)生的課程設(shè)計(jì)成績，調(diào)動(dòng)了學(xué)生在開展課程設(shè)計(jì)時(shí)的積極性。以此讓學(xué)生能夠?qū)⒆约核鶎W(xué)的知識(shí)充分應(yīng)用到解決實(shí)際科學(xué)問題的過程中去，達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的根本目的。