功能材料課程教學(xué)改革探索*

孫交通, 陳鳳貴, 周 丹, 彭 程

(1 長江師范學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 408100；2 長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶 408100)

功能材料是指具有優(yōu)良的物理、化學(xué)、生物等特性或其相互轉(zhuǎn)化的功能，且用于非承載目的的材料[1]。由于計算機信息技術(shù)、生物工程技術(shù)和能源技術(shù)等高新技術(shù)的快速發(fā)展對材料提出了越來越高的要求，使得以功能材料為代表的新材料的研究與開發(fā)成為材料科學(xué)中最活躍的前沿學(xué)科之一。在當(dāng)前第四次工業(yè)革命的背景下功能材料正日益成為各國重點發(fā)展的高科技領(lǐng)域?！豆δ懿牧稀纷鳛椴牧项悓I(yè)學(xué)生必修的一門重要課程，它的出發(fā)點和落腳點就是使學(xué)生掌握各種功能材料的組成與結(jié)構(gòu)、制備合成、功能特點和內(nèi)在的原理機制以及它們的應(yīng)用領(lǐng)域，重點能夠理解材料的結(jié)構(gòu)與功能之間的相互關(guān)系。作為一門深度交叉的前沿學(xué)科，《功能材料》涵蓋的內(nèi)容繁多，包括電性材料、磁性材料、光學(xué)材料、能源材料、納米材料、智能材料、形狀記憶材料、隱身材料、梯度功能材料、生物醫(yī)用材料、功能催化劑和功能膜材料等，涉及到電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)、無機化學(xué)、有機化學(xué)、高分子化學(xué)和生物學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域。不同的功能材料的學(xué)科基礎(chǔ)差別很大，涉及到數(shù)量眾多且復(fù)雜的理論，需要有很多門諸如大學(xué)物理、固體物理學(xué)、晶體學(xué)基礎(chǔ)、大學(xué)化學(xué)、無機化學(xué)、高分子化學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)和材料物理性能等等先導(dǎo)課程作為基礎(chǔ)。對于任課教師和學(xué)生來說，想要講透和學(xué)懂絕大多數(shù)的功能材料并不是一件容易的事。因此需要結(jié)合專業(yè)定位，對功能材料課程的教學(xué)內(nèi)容進行篩選，并通過改革教學(xué)方式和考核評價方法等來提升教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)綜合能力。

1 當(dāng)前功能材料課程面臨的主要問題

1.1 教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)方向或定位不符

目前出版發(fā)行的可供《功能材料》課程使用的教材有十?dāng)?shù)種之多，大多為國內(nèi)的知名教授所編寫，代表性的教材有周馨我教授主編的《功能材料學(xué)》，殷景華教授主編的《功能材料概論》，陳玉安教授主編的《現(xiàn)代功能材料》，李廷希教授主編的《功能材料導(dǎo)論》等。其中既有章節(jié)較多，內(nèi)容覆蓋面廣的教材，也有為適應(yīng)編者所在學(xué)校的課程教學(xué)而進行適度刪減后的教材。大部分高校開設(shè)功能材料課程的課時一般只有48個學(xué)時左右，通常不太可能把一本大而全的教材的內(nèi)容都講解透徹，因此對于材料科學(xué)與工程、材料物理和材料化學(xué)等不同的專業(yè)來說，教學(xué)內(nèi)容必須要做出恰當(dāng)?shù)娜∩幔c專業(yè)方向相適應(yīng)；而不是完全按著同一本教材的內(nèi)容，照搬全部章節(jié)。

即使是同一個專業(yè)，不同學(xué)校的專業(yè)定位也不盡相同，以材料化學(xué)專業(yè)為例，不同高校往往依托于自身的優(yōu)勢師資而形成了自己的專業(yè)培養(yǎng)特色，比如以無機非金屬材料或高分子材料或環(huán)境材料或新能源材料等為特色[2,3]。所以即使專業(yè)名稱相同，但其培養(yǎng)方案中的課程設(shè)置都相差較大，因而導(dǎo)致了在知識架構(gòu)中起著承上啟下作用的功能材料課程的側(cè)重點也要有所不同。

1.2 教學(xué)方式方法落后

多年以前各高?；径计占傲硕嗝襟w教學(xué)，教師備課和講課主要通過制作和演示電子課件來實現(xiàn)，相較于以寫教案和板書為主的備課和講授方式，一定程度上可以提高授課效率，同時結(jié)合圖片、動畫或視頻等教學(xué)資料可以吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。但是在智能手機普及、移動互聯(lián)網(wǎng)高度發(fā)展和對學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)日益重要的今天，僅僅借助于多媒體技術(shù)的講授法教學(xué)已經(jīng)遠遠不能滿足教育教學(xué)改革的需要。慕課(MOOC)、小規(guī)模限制性在線課程(SPOC)、雨課堂、翻轉(zhuǎn)課堂、對分課堂等新的教學(xué)工具和教學(xué)模式不斷涌現(xiàn)，對每一位處在教學(xué)一線的教師都提出了更高的要求[4,5]。因此我們不能停留在過去的課堂講講課件、課后做做作業(yè)、考前劃劃重點的簡單灌輸式的教學(xué)模式，而是要不斷學(xué)習(xí)新的教學(xué)方法、手段、模式和理念，并在此基礎(chǔ)上進一步發(fā)展和更新。只有這樣，我們的教育才能真正培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的人才。

1.3 考核評價方式過于單一

考勤、作業(yè)和考試是目前大多數(shù)教師對學(xué)生進行考核評價的三個基本要素。然而學(xué)生考而不勤的現(xiàn)象比比皆是:人雖然來到課堂，神卻沒有跟隨，不是在睡覺就是在玩手機的現(xiàn)象并不少見；布置的課后作業(yè)相互抄襲的情況更是屢禁不絕；而最后的考試則往往為了讓大部分學(xué)生能夠順利過關(guān)而不得不一再地通過各種方式降低要求。如此種種貌合神離的考核評價方式既起不到督促學(xué)生學(xué)習(xí)的作用，也無法較為公平地評判每一個學(xué)生，使得認真學(xué)習(xí)的同學(xué)喪失了進取心。因此學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，整體學(xué)風(fēng)不佳和考核評價方式不當(dāng)有著莫大的關(guān)系。

2 應(yīng)對的改革措施

2.1 教學(xué)內(nèi)容精心選擇與設(shè)計

增加課程量，壓減每門課程的課時數(shù)成為了當(dāng)前高等教育改革的總趨勢，因此必須通過優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和提高教學(xué)效率來彌補時間上的不足。功能材料課程的教學(xué)目標是通過系統(tǒng)的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握與本專業(yè)相關(guān)的各種功能材料的結(jié)構(gòu)與組成、合成與制備、性能特點和應(yīng)用領(lǐng)域?？紤]到本課程的課時有限，哪些內(nèi)容需要精講，哪些內(nèi)容學(xué)生可以自學(xué)，需要任課教師結(jié)合本專業(yè)的定位與培養(yǎng)特色認真思考。以本校的材料化學(xué)專業(yè)為例，從學(xué)生就業(yè)、深造和師資變化等因素綜合考量，最新修訂的2019版人才培養(yǎng)方案將本科生的專業(yè)培養(yǎng)方向從混凝土、陶瓷和玻璃為主的無機非金屬材料調(diào)整為有機高分子材料。因此在沒有開設(shè)功能高分子材料課程的情況下，與培養(yǎng)方案相適應(yīng)地，功能材料課程的教學(xué)大綱和教學(xué)內(nèi)容也需要做出調(diào)整。比如在形狀記憶材料這一章中的形狀記憶高分子材料，導(dǎo)電材料中的導(dǎo)電高分子，分離膜材料中的高分子膜材料，智能材料中的電色窗口和刺激響應(yīng)性高分子材料，催化劑中的離子交換樹脂等等需要重點講解。而對于貯氫合金、功能陶瓷、半導(dǎo)體材料、磁性材料和光學(xué)材料等以金屬或無機非金屬材料為核心的章節(jié)則可以略講或讓學(xué)生自學(xué)。

如何利用好有限的課堂時間，實現(xiàn)課堂高效率，建設(shè)豐富的課程資源庫至關(guān)重要。這其中包括必不可少的案例庫和拓展學(xué)習(xí)資料庫。該課程的特點在于重定性輕定量，較多地講解功能材料的結(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用，很少涉及令學(xué)生感到枯燥的定量計算。因此多選取學(xué)生熟悉的或身邊的案例進行講解說明，能起到事半功倍的效果。比如在講述光致發(fā)光材料時以紙幣的防偽油墨技術(shù)作為應(yīng)用例證；在學(xué)習(xí)電色窗口這一功能材料時，坐過波音787客機的同學(xué)會對可變色舷窗的工作原理的理解更深刻。另外，引用一些發(fā)表在國際主流學(xué)術(shù)期刊上有趣的最新研究成果作為旁證，比如選取以刺激響應(yīng)性高分子為基礎(chǔ)制備的靶向藥物載體的例子來說明該類高分子的應(yīng)用前景，同樣能將知識點更有效地傳授給學(xué)生。這樣既可以讓學(xué)生了解功能材料的研究前沿，開闊他們的視野，又可以培養(yǎng)他們對科研的興趣，對于將來繼續(xù)追求深造的學(xué)生具有一定的指導(dǎo)意義。

2.2 教學(xué)方法多樣化

在當(dāng)前大學(xué)課程的教學(xué)時間普遍壓縮的情況下，如何更高效地實現(xiàn)傳授知識，培養(yǎng)能力和塑造價值觀的教學(xué)目標，對每一位一線教師的教學(xué)能力都是很大的挑戰(zhàn)。從教學(xué)時間這個角度來看，向課外要時間，將學(xué)習(xí)延伸到課堂之外，將線上和線下教學(xué)混合，成為教學(xué)改革的一個重要方向，不論是近些年風(fēng)靡教育界的翻轉(zhuǎn)課堂，還是當(dāng)前備受關(guān)注的對分課堂皆是如此。翻轉(zhuǎn)課堂是借助MOOC、SPOC等教學(xué)視頻將知識傳授環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移到課下的在線學(xué)習(xí)；而對分課堂則是以線上推送課后作業(yè)的方式完成知識的內(nèi)化吸收過程并為下次課的課堂討論做準備。兩者分別通過將預(yù)習(xí)時間和復(fù)習(xí)時間最大化來延長教學(xué)時間。

除了增加學(xué)生自學(xué)時間之外，教師還可以通過提高線下課堂的趣味性和互動性，以吸引學(xué)生積極參與課堂教學(xué)。比如在采用講授法時，隨時借助雨課堂等工具進行課堂測驗，及時了解學(xué)生對知識的掌握情況；在采用討論法時，盡可能讓每個學(xué)生都有機會通過ppt等方式展示討論的結(jié)果，給他們自我展示的機會。建立自信心和培養(yǎng)溝通、分析問題等能力是討論法教學(xué)的優(yōu)勢，必須充分發(fā)揮。

最后，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性才能從根本上改善他們的學(xué)習(xí)狀態(tài)和提高學(xué)習(xí)效率。盡量避免試圖通過說教的方式來喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。枯燥的說教往往會適得其反，以身邊鮮活的好故事生動地詮釋才能取得意想不到的效果。以半導(dǎo)體材料這一節(jié)為例，向?qū)W生們講述目前我國在半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)的集成電路產(chǎn)業(yè)方面受到美國政府的無理打壓和制裁的現(xiàn)狀，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷，激發(fā)他們樹立科技報國的信念，同時在引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀上，可以收到“隨風(fēng)潛入夜，潤物細無聲“的良好效果。

2.3 教學(xué)全過程考核

課程考核的最終目的不僅僅是為了評判學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，更是為了督促學(xué)生認真學(xué)習(xí)，掌握知識和錘煉能力，因此強調(diào)過程的考核至關(guān)重要。只有對全員全過程的學(xué)習(xí)效果的準確掌握，才能及時做出調(diào)整和警示。對于課后作業(yè)無法準確地反饋學(xué)生學(xué)習(xí)的真實水平，那就調(diào)整為課堂作業(yè)，通過雨課堂等手段推送習(xí)題，當(dāng)堂完成，并將每次的課堂測驗成績作為過程分，計入最后的總成績中。這樣既可以了解學(xué)生真實的學(xué)習(xí)效果，又能激勵學(xué)生重視學(xué)習(xí)。平時成績(占比40%)還包括討論發(fā)言和回答問題等課堂表現(xiàn)、實踐環(huán)節(jié)的表現(xiàn)和實驗總結(jié)報告。期末考核則以課程論文的形式進行，每個學(xué)生選擇一個不同的功能材料課題，調(diào)研文獻，總結(jié)概括，提交論文，制作ppt并課堂匯報，其余同學(xué)提問，依據(jù)論文和答辯表現(xiàn)給出期末成績(占比60%)。這種嚴格的過程考核才能夠既調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，又培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新素養(yǎng)。

3 結(jié) 語

隨著高新科技對材料的性能提出了越來越高的要求，以功能材料為代表的新材料迎來了飛速發(fā)展，功能材料課程的教學(xué)也面臨著更大的挑戰(zhàn)。只有在優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、更新教學(xué)方法和改善考核方式上面下功夫，才能真正提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)材料類專業(yè)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力以適應(yīng)社會的需要。