融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的課程教學(xué)改革研究—以 《材料制備技術(shù)及原理》為例

李曉丹，張旻澍，路 密，莊樹新

（廈門理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門 361024）

人類社會的繁榮與發(fā)展離不開能源模式的變革?，F(xiàn)代高標(biāo)準(zhǔn)的生活、持續(xù)攀升的人口導(dǎo)致能源需求與日俱增。與此同時(shí)，石油煤礦等傳統(tǒng)能源日漸匱乏，污染環(huán)境致使全球氣候惡化［1］。人們越來越感受到 “傳統(tǒng)的能源模式”制約了發(fā)展，對 “新型的能源模式”有了越來越深厚的期盼。發(fā)展新能源已經(jīng)成為世界發(fā)達(dá)國家和地區(qū)順應(yīng)科技潮流、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要措施。我國更是將新能源列為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，并陸續(xù)出臺一系列扶持政策，大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。而新能源產(chǎn)業(yè)國際競爭力的提高，很大程度上依賴于新能源材料技術(shù)的創(chuàng)新與推廣。新能源材料技術(shù)的研發(fā)實(shí)力及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)成為一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國防力量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一［2］。因此，培養(yǎng)具有國際競爭力的高質(zhì)量人才，促進(jìn)新能源材料與技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，是高等教育的重要任務(wù)之一。

《材料制備技術(shù)及理論》是我校為推進(jìn)新能源材料與技術(shù)的研究發(fā)展，培養(yǎng)高質(zhì)量人才而設(shè)的一門核心專業(yè)課。該課程涵蓋了新能源材料的結(jié)構(gòu)與性能、合成制備方法、工藝設(shè)備及相關(guān)原理等基本知識。課程內(nèi)容非常廣泛，實(shí)踐性強(qiáng)，且往往同時(shí)涉及到物理、化學(xué)以和材料科學(xué)等多學(xué)科的知識，具有明顯的學(xué)科交叉性。材料制備技術(shù)處于快速更新迭代期，各種先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)、新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)［3］，迫使課程對創(chuàng)新性和前沿性提出更高的要求。而傳統(tǒng)的講授式教學(xué)，很難將這些瑣碎、抽象的專業(yè)知識描述清楚，不足以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力，已經(jīng)不適用于此類專業(yè)性課堂。此外，當(dāng)代大學(xué)生普遍缺乏對自己所學(xué)的專業(yè)知識進(jìn)行學(xué)以致用的能力，容易對前途感到迷茫，這也造成了大學(xué)生就業(yè)難的現(xiàn)實(shí)問題。為了解決這些問題，專業(yè)性課程的教學(xué)更要注重學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識和相關(guān)能力的培養(yǎng)［4］。因此，對該課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段等方面的改革，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育的有機(jī)融合是培養(yǎng)高質(zhì)量人才的必然要求。

1 課程內(nèi)容優(yōu)化

《材料制備技術(shù)及理論》的課程目標(biāo)是，通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握新能源材料的制備技術(shù)及相關(guān)理論，建立材料-性能間的構(gòu)效關(guān)系，理解新材料的設(shè)計(jì)思想，初步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。該課程開設(shè)在大學(xué)三年級上學(xué)期。為了避免與材料類基礎(chǔ)課程的知識點(diǎn)重復(fù)，根據(jù)我校新能源材料與器件專業(yè)的辦學(xué)特色，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合歸納。課程圍繞新能源材料常用的制備技術(shù)展開，包括溶膠-凝膠法、水熱-溶劑熱法、電化學(xué)合成技術(shù)、氣相沉積技術(shù)、固相合成技術(shù)、靜電紡絲技術(shù)、定向凝固、熱壓燒結(jié)等八個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。每個(gè)章節(jié)會詳細(xì)講授制備技術(shù)原理、工藝參數(shù)調(diào)控、設(shè)備構(gòu)成等基礎(chǔ)知識，并穿插相關(guān)技術(shù)制備新能源材料的案例分析。二次離子電池和太陽能電池是新能源材料在器件應(yīng)用方向的出口，而溶膠-凝膠法、水熱-溶劑熱法、氣相沉積技術(shù)正是合成這些能源器件所需材料的基礎(chǔ)方法，因此成為本課程的講授重點(diǎn)。

材料制備技術(shù)處于快速更新迭代期，各種先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)理念、復(fù)雜的新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)。很顯然，《材料制備技術(shù)及理論》作為高年級學(xué)生的專業(yè)課程，對創(chuàng)新性和前沿性有一定的要求。而經(jīng)典教材更注重基礎(chǔ)知識的講授，更新相對緩慢，無法兼顧專業(yè)課程所需的前沿性。因此，教師的授課內(nèi)容不能只著眼于教材，還需要從國內(nèi)外權(quán)威期刊、學(xué)術(shù)論壇、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等渠道獲取教學(xué)素材與靈感，及時(shí)更新教案和多媒體課件。經(jīng)過教學(xué)研究與思考，該課程的授課內(nèi)容應(yīng)該以教材中的基礎(chǔ)知識為出發(fā)點(diǎn)，引入近年來新能源材料、新制備技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域的最新重要成果，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維，為新能源材料與技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)高質(zhì)量的雙創(chuàng)人才。

2 教學(xué)方法與手段改革

2.1 應(yīng)用多樣化的教學(xué)方法

將多媒體課件、傳統(tǒng)板書和線上教學(xué) （如慕課MOOC）手段有效地結(jié)合起來，取長補(bǔ)短，優(yōu)化教學(xué)效果。本課程強(qiáng)調(diào)對理論知識點(diǎn)的巧妙應(yīng)用，常常涉及一些較抽象的物理化學(xué)過程。利用多媒體課件中的圖片、動畫等功能可以將其生動形象、直觀的展示給學(xué)生，有利于學(xué)生更深刻地理解概念和應(yīng)用?？紤]到多媒體播放速度較快的特點(diǎn)，對學(xué)生的反應(yīng)力和注意力要求較高，難以做到兼顧整個(gè)課堂的教學(xué)效果。如果能夠結(jié)合傳統(tǒng)板書，畫出思維導(dǎo)圖，帶領(lǐng)學(xué)生共同梳理重點(diǎn)知識，讓學(xué)生有足夠的時(shí)間消化知識，查漏補(bǔ)缺，增加對知識點(diǎn)的有效記憶，保證多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)興趣。另外，這次疫情普及了線上教學(xué)手段，也凸顯其獨(dú)特的優(yōu)勢。例如，利用慕課MOOC在特定的節(jié)點(diǎn)設(shè)置思考與話題，讓全班學(xué)生進(jìn)行線上課堂探討與交流，系統(tǒng)自動記錄課堂互動情況與出勤率，計(jì)入平時(shí)成績。免去了繁瑣的查收紙質(zhì)作業(yè)與點(diǎn)名環(huán)節(jié)，給課堂互動增加了時(shí)間，使教學(xué)更加活躍和生動，擴(kuò)展學(xué)生的思維能力。同時(shí)，這種模式還能督促一些上課愛玩電子游戲的同學(xué)將手中的電子產(chǎn)品化為生產(chǎn)力，修正學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。

2.2 開展以實(shí)踐性為導(dǎo)向的案例教學(xué)方式

材料制備技術(shù)及理論這門課程所涉及的知識點(diǎn)與實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用息息相關(guān)，開展以實(shí)踐性為導(dǎo)向的案例教學(xué)方式，讓學(xué)生們體會到學(xué)以致用的樂趣，產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。首先，在教學(xué)過程中，精選企業(yè)發(fā)明專利進(jìn)行分析，對一些新材料和新技術(shù)融入日常生活的實(shí)例進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，鼓勵學(xué)生加強(qiáng)對生活常識和相關(guān)科技發(fā)展的關(guān)注、理解。將處理過的碳納米管摻入其中，經(jīng)過攪拌，加熱去除大部分溶劑，獲得穩(wěn)定凝膠。例如，福耀玻璃公司申請的專利 “一種著色薄玻璃和夾層玻璃”就是在溶膠凝膠過程中摻雜若干成分的金屬氧化物，獲得具有強(qiáng)化性能的著色薄玻璃，比同等厚度的化學(xué)鋼化玻璃具有更優(yōu)的力學(xué)性能；既無需經(jīng)過化學(xué)鋼化、也無需經(jīng)過物理鋼化就能夠直接用于制作夾層玻璃，減少了夾層玻璃的生產(chǎn)步驟，降低了汽車夾層玻璃的制造難度，滿足了汽車輕量化的需求；還能夠減少紅外線透過率，提高駕駛員乘客的舒適性。其次，分享大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中涉及材料制備技術(shù)的獲獎案例，加深學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解，有利于激發(fā)其對新材料、新技術(shù)的鉆研熱情。例如，我院學(xué)生在第三屆中國 “互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲獎的作品 《欽鈦：便攜式消毒水發(fā)生器》，就是基于電化學(xué)合成技術(shù)與理論來設(shè)計(jì)的。以此鼓勵學(xué)生組合成團(tuán)隊(duì)申報(bào)各級別的與材料設(shè)計(jì)、材料制備相關(guān)的各類 “大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目及比賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，以提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)。

2.3 延伸出發(fā)現(xiàn)／解決問題的教學(xué)模式

很多高校在每學(xué)年的小學(xué)期都給學(xué)生安排了企業(yè)實(shí)習(xí)計(jì)劃，讓學(xué)生充分了解新能源材料相關(guān)的企業(yè)文化和生產(chǎn)過程［1，5］。并且，在前期科研促進(jìn)教學(xué)的改革中［3，5］，很多學(xué)生都參與到教師的課題小組，開展新材料制備相關(guān)的科研工作。鑒于這樣的實(shí)踐基礎(chǔ)，在通過材料制備技術(shù)及理論的學(xué)習(xí)后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從這些實(shí)踐經(jīng)歷中發(fā)現(xiàn)科學(xué)或技術(shù)問題，要求學(xué)生以小組的形式，通過查找相關(guān)資料，合理論述并提出解決問題的方案，制作做成電子課件在課堂上輪流展示，教師進(jìn)行點(diǎn)評，幫助學(xué)生拓展分析解決問題的思路，為培養(yǎng)高質(zhì)量的雙創(chuàng)人才奠定基礎(chǔ)。

3 總結(jié)

在國家戰(zhàn)略性扶持與期許下，新能源材料與技術(shù)的發(fā)展日新月異，為了培養(yǎng)出滿足社會需求的高素質(zhì)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才，材料制備技術(shù)與理論課程需要不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，與時(shí)俱進(jìn)。首先，該課程的講授不能局限于教材中的內(nèi)容，還需從其他權(quán)威渠道引入近年來新材料、新技術(shù)及其應(yīng)用的最新重要成果，拓展學(xué)生的眼界、啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。此外，必須注重課堂、日常生活、實(shí)驗(yàn)室與企業(yè)實(shí)踐的結(jié)合，應(yīng)用多樣化的教學(xué)方法，開展以實(shí)踐性為導(dǎo)向的案例教學(xué)方式，延伸出發(fā)現(xiàn)／解決問題的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的理論結(jié)合實(shí)踐的能力，為新能源材料與技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)高質(zhì)量的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才。