“含能材料及性能測試”研討式教學(xué)探索

周星

摘 ?要：“含能材料及性能測試”是材料科學(xué)與工程專業(yè)含能材料方向研究生的專業(yè)課，為提高專業(yè)課程教學(xué)效果，開展了混合式教學(xué)改革研究。前沿進(jìn)展部分采用學(xué)術(shù)交流報告研討的教學(xué)方式，充分發(fā)揮以教師為主導(dǎo)、以學(xué)生為主體的優(yōu)勢，強(qiáng)化問題研討，產(chǎn)出有形成果;研討式教學(xué)提高了學(xué)生的知識運(yùn)用能力和分析解決問題能力，培養(yǎng)了團(tuán)隊協(xié)作精神;在研討式教學(xué)過程中，結(jié)合了課程思政。通過上述方法的綜合運(yùn)用，有效提高了“含能材料及性能測試”研究生學(xué)習(xí)的主動性，體現(xiàn)了研究生課程的高階性，同時鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)、運(yùn)用所學(xué)知識綜合分析解決問題的能力，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：含能材料 ?研討式教學(xué) ?實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（b）-0172-02

美國、德國等發(fā)達(dá)國家的研究型大學(xué)[1]把培養(yǎng)創(chuàng)新人才確立為高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)，大力推廣基于問題的學(xué)習(xí)模式，在教學(xué)中強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)與問題情境的設(shè)立，要求學(xué)習(xí)圍繞復(fù)雜的真實(shí)任務(wù)或問題展開，從而激發(fā)學(xué)生的高水平思維，鼓勵學(xué)生的自主探究以及對學(xué)習(xí)內(nèi)容和過程的反思。教學(xué)環(huán)節(jié)中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動性，以學(xué)生為主體，基于問題的教學(xué)模式。這種學(xué)習(xí)模式在學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)能力、知識保持時間、學(xué)習(xí)動機(jī)等方面都有優(yōu)勢。

國內(nèi)傳統(tǒng)的研究生教學(xué)模式[2]包括基礎(chǔ)理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)課程、綜合實(shí)驗(yàn)、碩士學(xué)位論文等環(huán)節(jié)。基礎(chǔ)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程分離設(shè)置的弊端在于理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)結(jié)合不緊，需要加強(qiáng)運(yùn)用理論知識解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。

高質(zhì)量的研究生教育的一個特點(diǎn)是學(xué)生會產(chǎn)出一些有形的成果——論文、項(xiàng)目報告或?qū)嵙?xí)報告，這些成果對他們所研究的領(lǐng)域以及個人都很有價值。一方面能夠獲取并應(yīng)用知識，另一方面必須通過書面和口頭的方式將知識表達(dá)傳遞給聽眾，這個過程需要數(shù)易其稿，要求投入大量的時間和個人的努力，是一個良好的知識綜合運(yùn)用訓(xùn)練過程。

該課程設(shè)置了研討式教學(xué)環(huán)節(jié)，鼓勵學(xué)生把在核心課程中學(xué)到的理論觀點(diǎn)與在實(shí)踐環(huán)節(jié)中習(xí)得的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合在一起，去使用和培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力以及書面表達(dá)能力。在課堂上，學(xué)生面對面地將他們的成果以學(xué)術(shù)報告的形式進(jìn)行研討，其他同學(xué)和教師提問交流。

1 ?研討式教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計

研討式教學(xué)[3，4]不僅僅關(guān)注對相關(guān)專業(yè)知識的傳授，同時更注重對研究生問題分析能力、文獻(xiàn)檢索與歸納能力、知識綜合能力和學(xué)術(shù)交流能力的培養(yǎng)，以全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。該課程設(shè)置了若干前沿進(jìn)展題目，將學(xué)生分成小組，每組2人，由各組選擇題目進(jìn)行研討。設(shè)置的研討題目包括納米含能材料制備及表征技術(shù)、固體推進(jìn)劑燃燒性能表征方法、含能材料反應(yīng)動力學(xué)研究、新型含能材料制備及表征、新型含能材料的應(yīng)用技術(shù)（金屬有機(jī)骨架材料、納米復(fù)合含能材料、儲氫合金、新型氧化劑和含能離子液體）。要求學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，其中近5年內(nèi)發(fā)表的外文參考文獻(xiàn)不少于10篇。在認(rèn)真研讀文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行分析、歸納，并撰寫綜述報告。

在課堂上，以學(xué)生為主體，采用一般學(xué)術(shù)交流報告會的形式，各小組選派一名成員做報告，控制時間在30min以內(nèi)，然后其他學(xué)生進(jìn)行提問，小組其他成員對本組主講進(jìn)行補(bǔ)充和回答，加強(qiáng)互動，讓全體學(xué)生能夠參與到討論中;教員負(fù)責(zé)主持討論，同時參與討論并對一些關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行闡釋，加深由理論知識向應(yīng)用知識轉(zhuǎn)化的認(rèn)知，同時培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神。

2 ?研討式教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)踐

部分學(xué)生選擇了“潔凈推進(jìn)劑研究現(xiàn)狀與發(fā)展”為研討內(nèi)容。主要背景為：目前固體火箭發(fā)動機(jī)使用的復(fù)合固體推進(jìn)劑以高氯酸銨（AP）為氧化劑，含量為60wt%～70wt%，AP燃燒過程中會生成大量的酸性HCl氣體，HCl吸收空氣中的水形成酸雨，帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題。例如，美國航天飛機(jī)發(fā)射采用了兩個大型固體火箭助推器，NASA監(jiān)測結(jié)果表明，大型固體火箭助推器工作后放出的HCl氣體約為236t，Al2O3顆粒約為329t。

在空間活動日益頻繁的今天，HCl對大氣環(huán)境污染，特別是對保護(hù)人類生存的臭氧的破壞引起了環(huán)境保護(hù)學(xué)家的關(guān)注。各國從減少或消除燃?xì)庵蠬Cl出發(fā)，以燃?xì)庵蠬Cl含量小于1%為目標(biāo)，這類推進(jìn)劑稱為潔凈推進(jìn)劑。

潔凈推進(jìn)劑分為清除潔凈推進(jìn)劑、中和潔凈推進(jìn)劑和無氯潔凈推進(jìn)劑，對比講述了幾種推進(jìn)劑的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)和研究現(xiàn)狀。在討論環(huán)節(jié)，其他同學(xué)提問，探討了一些新材料是否可能在潔凈推進(jìn)劑中應(yīng)用，在討論中提高了對知識的理解與運(yùn)用。鍛煉了綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析實(shí)際問題的能力，同時加強(qiáng)了學(xué)生的環(huán)保意識，教師引入“生態(tài)資源是最寶貴的資源，綠水青山就是金山銀山”的理念，強(qiáng)調(diào)綠色環(huán)保的重要性，結(jié)合了課程思政，取得了較好的效果。

有的同學(xué)選擇了“鋁粉表面包覆在含能材料中的應(yīng)用”為研討內(nèi)容。金屬鋁粉具有活性高、燃燒熱高、密度大等優(yōu)良性能，廣泛用于固體推進(jìn)劑和炸藥等含能材料，但鋁粉表面氧化膜致密，燃燒反應(yīng)不完全，能量釋放不充分，為此，國內(nèi)外針對提高鋁粉燃燒效率問題，開展了大量研究工作。詳細(xì)總結(jié)了鋁粉表面包覆鎳改性、表面包覆氧化石墨烯改性、表面包覆氟橡膠改性和改性鋁粉的性能表征方法，例如，透射電鏡聚焦離子束技術(shù)得到改性鋁顆粒包覆層的厚度，采用熱重法測試氧化反應(yīng)程度和反應(yīng)峰溫，采用X射線衍射（XRD）獲得不同溫度下改性鋁粉的熱氧化產(chǎn)物物相，點(diǎn)火測試獲得燃燒反應(yīng)規(guī)律。通過調(diào)研國外文獻(xiàn)，跟蹤了該領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)，是對材料制備、結(jié)構(gòu)表征和性能測試等理論知識的綜合運(yùn)用，通過研討，學(xué)生發(fā)現(xiàn)國際高水平論文結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，但也不是高不可攀，加強(qiáng)了對所學(xué)知識的理解和運(yùn)用能力。具有一定的獲得感。

根據(jù)認(rèn)識論的規(guī)律，學(xué)習(xí)是一個“實(shí)踐、認(rèn)識、再實(shí)踐”，高等教育也應(yīng)遵循這個規(guī)律，在傳授學(xué)生理論知識同時，需要給學(xué)生提供實(shí)踐機(jī)會，這樣才能吸收、鞏固理論知識，理論知識只有在實(shí)際應(yīng)用中，才能被真正理解、掌握，創(chuàng)新也必然發(fā)生在這樣“實(shí)踐、認(rèn)識、再實(shí)踐”的過程中。研討式教學(xué)是高等教育中培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、高素質(zhì)人才的一個重要環(huán)節(jié)，越來越受大家的關(guān)注。

3 ?研討式教學(xué)實(shí)踐的反思

在研討過程中，發(fā)現(xiàn)一些同學(xué)提出問題并批判性思考問題的能力比較欠缺。在不太確定自己的觀點(diǎn)是否正確時，不愿討論，擔(dān)心老師或同學(xué)用異樣的眼光看自己;有些同學(xué)局限于自己選定的研討題目準(zhǔn)備材料，查閱文獻(xiàn)和閱讀文獻(xiàn)的能力不足，閱讀的文獻(xiàn)較少，對學(xué)科領(lǐng)域知識掌握不夠，課堂討論時參與度不高;有的同學(xué)不愿查英文文獻(xiàn)，覺得閱讀困難，根據(jù)中文綜述文獻(xiàn)二次引用。

為更好地實(shí)施研討式教學(xué)，將嘗試以典型案例引入具體問題，圍繞解決問題，布置學(xué)生查資料，提供解決方案，關(guān)注思維方法。

4 ?結(jié)語

以能力培養(yǎng)為核心的研討式教學(xué)是創(chuàng)新的教學(xué)方式，使學(xué)生成為教學(xué)主體，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，可以顯著提高學(xué)生在教學(xué)活動中的參與度和知識的掌握程度。通過系統(tǒng)收集和分析相關(guān)文獻(xiàn)，深入理解課程重點(diǎn)內(nèi)容，了解學(xué)科前沿進(jìn)展，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、歸納及表述能力;通過研討式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的分析問題及綜合能力。深入研究和大力推廣研討式教學(xué)有利于提高研究生課程的教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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