無機(jī)納米材料課程教學(xué)思路探討

方霄龍，王守玲

(池州學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，安徽 池州 247000)

在科技創(chuàng)新日新月異、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展之際，國與國之間競(jìng)爭(zhēng)的實(shí)質(zhì)是人才競(jìng)爭(zhēng)。人才是立國之本，是增強(qiáng)國家綜合國力的第一資源，是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要保障。自黨的十八大以來，國家積極推動(dòng)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，全方位推進(jìn)科技創(chuàng)新和科技成果的轉(zhuǎn)化，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供助力。無論是“中國智造2025”戰(zhàn)略的實(shí)施，還是“新工科產(chǎn)業(yè)建設(shè)”方案的推進(jìn)，均對(duì)創(chuàng)新性人才和實(shí)踐人才提出了更高的需求。材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)力量。人類社會(huì)從石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代到信息時(shí)代的演變，完全等同于材料的發(fā)展簡(jiǎn)史。新材料是帶動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的中堅(jiān)力量，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要保障，是科技創(chuàng)新和科技成果向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化的必要支撐。在國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》中，更是把新材料列為重點(diǎn)培育和發(fā)展的七個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，這直接凸顯了材料的戰(zhàn)略地位[1]。

作為一種新型材料，納米材料具有優(yōu)異的電、磁、聲、光、熱、力等性能。從費(fèi)曼先生首次提出“納米”概念以來，納米材料已得到了前所未有的發(fā)展。掃描隧道顯微鏡的問世為納米世界提供了“手”和“眼”；富勒烯、碳納米管、石墨烯的發(fā)現(xiàn)為新材料的發(fā)展插上了騰飛的翅膀；Nanoscale、ACS Nano、Small等期刊上關(guān)于納米材料的論文數(shù)量和質(zhì)量均在提升。如何在教學(xué)過程中講解納米材料的基礎(chǔ)知識(shí)，彰顯納米材料的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生后續(xù)從事材料學(xué)研究與實(shí)踐奠定基礎(chǔ)，是考慮的重中之重[2]。

教學(xué)方案的設(shè)計(jì)直接關(guān)乎教學(xué)質(zhì)量。本文根據(jù)池州學(xué)院《無機(jī)納米材料》課程的開課背景和學(xué)生的實(shí)際需求，結(jié)合現(xiàn)在的科技前沿對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)和授課方式的改革進(jìn)行了探討。

1 無機(jī)納米材料教學(xué)設(shè)計(jì)現(xiàn)有問題

《無機(jī)納米材料》是池州學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院面向材料化學(xué)專業(yè)大三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的一門選修課程。根據(jù)人才培養(yǎng)方案要求，該課程理論課時(shí)數(shù)為48，授課教材選擇的是《納米材料化學(xué)簡(jiǎn)明教程》。教材在介紹了納米材料的重要效應(yīng)、制備方法、結(jié)構(gòu)表征等基礎(chǔ)知識(shí)后，引入納米材料晶體學(xué)、磁學(xué)、電子學(xué)與光電子學(xué)、生物學(xué)、自組裝與超分子結(jié)構(gòu)等新型理論內(nèi)容以擴(kuò)寬學(xué)生視野；最后介紹了一些重要的納米材料的主要應(yīng)用和英文論文寫作等實(shí)用型知識(shí)。

其中，納米材料晶體學(xué)、磁學(xué)、電子學(xué)與光電子學(xué)、生物學(xué)、自組裝與超分子結(jié)構(gòu)等章節(jié)內(nèi)容與科技前沿密切相關(guān)，且知識(shí)點(diǎn)多且分散，對(duì)授課教師的自身素養(yǎng)提出了較高的要求。授課教師既需要具備材料學(xué)相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)、能有效追蹤科技前沿動(dòng)態(tài)，還需了解電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、生物學(xué)等多門交叉學(xué)科的研究現(xiàn)狀。以上要求既增大了授課教師的備課壓力，也容易讓基礎(chǔ)知識(shí)尚不扎實(shí)的本科學(xué)生望納米知識(shí)海洋而嘆，反而起到南轅北轍的效果。因此，如何設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容既能讓學(xué)生輕松有趣的獲得納米材料的基礎(chǔ)知識(shí)，還能激發(fā)學(xué)生后續(xù)對(duì)某一方向進(jìn)行自主學(xué)習(xí)的興趣頗為重要。

2 無機(jī)納米材料教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 人才培養(yǎng)方案要求分析

池州學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)在大三下學(xué)期開設(shè)無機(jī)納米材料課程。該課程的開設(shè)旨在打破單一專業(yè)培養(yǎng)界限，在奠定學(xué)生材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，拓寬學(xué)生在材料科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)視野和知識(shí)面，引導(dǎo)學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識(shí)與科學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)相結(jié)合，為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才[3]。學(xué)生通過前期的學(xué)習(xí)，已初步掌握材料學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作，但缺乏獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開展實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的能力[4]。因此，教學(xué)過程中，應(yīng)重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力[5]。此外，學(xué)生尚未養(yǎng)成關(guān)注科技報(bào)道的習(xí)慣，對(duì)科學(xué)研究動(dòng)態(tài)缺乏了解。如何引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技資訊進(jìn)而掌握科研現(xiàn)狀也頗為重要。

2.2 學(xué)生需求分析

在大三下學(xué)期，學(xué)生的主要精力多放在了考研或找工作上?？佳械膶W(xué)生通過該門課程可了解到某一材料現(xiàn)在的科研現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，為自己未來的科研工作做好準(zhǔn)備。就業(yè)的同學(xué)可通過該門課程了解材料領(lǐng)域的前瞻熱點(diǎn)，結(jié)合自己的興趣方向，對(duì)職業(yè)生涯進(jìn)行規(guī)劃。因此，不同的納米材料及其應(yīng)用應(yīng)是教學(xué)過程中需要著重介紹的一部分內(nèi)容。但適當(dāng)引入即可，過多的深入拓展無疑會(huì)增大學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，起到相反的作用。

此外，學(xué)生英語基礎(chǔ)普遍薄弱，對(duì)SCI論文的閱讀能力有限。如何通過該門課程，提高學(xué)生英語閱讀和寫作的能力也應(yīng)是考慮的重點(diǎn)。

2.3 教材內(nèi)容分析

《納米材料化學(xué)簡(jiǎn)明教程》共有11章，分別是納米材料的重要特性、納米材料的制備、納米材料的結(jié)構(gòu)表征、納米材料晶體學(xué)、納米材料磁學(xué)、納米材料電子學(xué)與光電子學(xué)、納米材料生物學(xué)、自組裝與超分子結(jié)構(gòu)、重要的納米材料、納米材料的應(yīng)用及納米材料研究英文論文寫作及范例50句。第一章到第三章為納米材料的一些基礎(chǔ)知識(shí)，可重點(diǎn)講解。第四章到第十章屬于功能納米材料，該部分內(nèi)容量多且雜，建議作為拓展內(nèi)容簡(jiǎn)單介紹。第十一章論文寫作對(duì)日后學(xué)生的研究必不可少，可重點(diǎn)講解。

3 教學(xué)方案的設(shè)計(jì)

3.1 教學(xué)內(nèi)容的精選

根據(jù)以上分析，本門課程的重點(diǎn)應(yīng)該放在納米材料的基礎(chǔ)知識(shí)和英文寫作上。功能納米材料及其應(yīng)用可作為拓展內(nèi)容，吸引學(xué)生的注意力。在課程導(dǎo)入時(shí)，以生活中的納米材料為切入點(diǎn)，讓學(xué)生產(chǎn)生制備納米材料的內(nèi)在興趣，進(jìn)而介紹納米材料的制備方法。水熱法、溶劑熱法和溶膠凝膠法是我院學(xué)生在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)最常用到的方法，故重點(diǎn)講解這幾種制備方法。講解時(shí)可以具體文獻(xiàn)的方式呈現(xiàn)，文獻(xiàn)以中文為主，適當(dāng)穿插少量英文文獻(xiàn)，以幫助學(xué)生掌握一些專業(yè)術(shù)語。在掌握材料的制備方法之后，引導(dǎo)學(xué)生思考，如何對(duì)所得產(chǎn)物進(jìn)行表征、有哪些表征手段、可分別得到哪些信息，該部分內(nèi)容恰好與課本的第三章相契合。后續(xù)的功能納米材料章節(jié)在簡(jiǎn)單介紹基礎(chǔ)知識(shí)之外，選擇相關(guān)文獻(xiàn)，讓學(xué)生了解專業(yè)詞匯和研究熱點(diǎn)。在選擇參考文獻(xiàn)時(shí)，難度不易過大。優(yōu)選SCI和中文核心，并讓學(xué)生提前建立影響因子和分區(qū)的概念。在最后的論文寫作講解部分，簡(jiǎn)單介紹科技論文寫作模式和專業(yè)用語，并將學(xué)生按綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的分組，每組共同完成一份簡(jiǎn)單的英文論文寫作。

3.2 討論式教學(xué)模式的引入

良好教學(xué)效果的實(shí)現(xiàn)需要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性?，F(xiàn)階段的學(xué)生對(duì)英語學(xué)習(xí)有著高漲的熱情，因此在教學(xué)過程中，完全可以引入SCI論文，讓學(xué)生自由分組討論論文中的目標(biāo)產(chǎn)物、制備方法、結(jié)構(gòu)表征、結(jié)果分析。這既能有效鍛煉學(xué)生閱讀文獻(xiàn)提取信息的能力，又能讓學(xué)生對(duì)納米材料的研究和應(yīng)用產(chǎn)生更為直觀的認(rèn)識(shí)。另外，在講授功能納米材料時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生自己查找資料和報(bào)道，根據(jù)自己的興趣點(diǎn)，制作一份圖文并茂的PPT在課堂上呈現(xiàn)。課程共48個(gè)課時(shí)，選修人數(shù)為40，故可以每節(jié)課讓一名同學(xué)講解自己的PPT，講解和全班討論的時(shí)間限制在10 min以內(nèi)。這樣既不會(huì)影響正常的課堂教學(xué)，又能很好的鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)和PPT制作能力，還能發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣點(diǎn)，便于任課教師準(zhǔn)備后續(xù)教學(xué)內(nèi)容。

3.3 科研公眾號(hào)的借助

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展和移動(dòng)終端的不斷演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)逐漸成為大學(xué)生獲取信息和知識(shí)的載體。一些志在推動(dòng)科技傳播、普及科學(xué)知識(shí)的公眾號(hào)應(yīng)運(yùn)而生，如研之成理、化學(xué)加、納米人、材料人、能源學(xué)人等。這些公眾號(hào)對(duì)一些質(zhì)量高、影響力大的英文文獻(xiàn)進(jìn)行了整理，提取出文章亮點(diǎn)、設(shè)計(jì)思路、制備方法及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并以中文的方式呈現(xiàn)，以方便大家閱讀。對(duì)這些公眾號(hào)所發(fā)布的材料資訊的關(guān)注，既可讓學(xué)生輕松獲得材料研究熱點(diǎn)動(dòng)態(tài)，又給學(xué)生提供了自學(xué)的平臺(tái)。

4 結(jié)語

《無機(jī)納米材料》是材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門專長能力課程，課程與科技前沿結(jié)合度較高，旨在培養(yǎng)具有較強(qiáng)創(chuàng)新能力的應(yīng)用型實(shí)踐人才。本文結(jié)合池州學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)和專業(yè)背景，對(duì)無機(jī)納米材料課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)，旨在激發(fā)學(xué)生對(duì)材料研究的興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，為后續(xù)從事材料研究、生產(chǎn)等方面的工作奠定良好基礎(chǔ)。