科研第二課堂助力《材料化學(xué)》課程改革的實(shí)踐與思考

王 珊

(吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

為應(yīng)對(duì)國家戰(zhàn)略布局及科技發(fā)展的需要，教育部倡導(dǎo)高校積極開展新工科建設(shè)活動(dòng)。所謂新工科建設(shè)，意義在于培養(yǎng)的工科人才需具有強(qiáng)的知識(shí)底蘊(yùn)的同時(shí)，還需具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、跨界整合等高素質(zhì)能力[1]。為積極響應(yīng)國家號(hào)召，各高校積極推進(jìn)相關(guān)專業(yè)課程建設(shè)及改革工作，并引發(fā)了廣泛的思考[2-4]?！恫牧匣瘜W(xué)》課程是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)開設(shè)的一門特色專業(yè)必修課。材料化學(xué)是關(guān)于材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備和應(yīng)用的化學(xué)，從化學(xué)角度出發(fā)講述材料科學(xué)與工程四個(gè)基本要素的內(nèi)容及相互間聯(lián)系[5]。是各類材料在實(shí)際應(yīng)用中的理論基礎(chǔ)。該課程作為一門材料學(xué)與化學(xué)交叉形成的學(xué)科課程，隨著新材料時(shí)代的不斷發(fā)展與進(jìn)步，現(xiàn)有教學(xué)過程中存在的內(nèi)容老化、學(xué)科交叉與融合不夠深入等問題逐漸突出，另外，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)學(xué)習(xí)方式存在一定的被動(dòng)性、依賴性、統(tǒng)一性、虛擬性及認(rèn)同性，重理論、輕實(shí)踐，重分?jǐn)?shù)、輕能力，使得向社會(huì)輸出的畢業(yè)生在實(shí)際工作中缺乏實(shí)際分析問題、解決問題的能力，同時(shí)對(duì)實(shí)際研究中的創(chuàng)造性創(chuàng)新能力也較為匱乏[6]。以科研第二課堂的形式對(duì)《材料化學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方式進(jìn)行了改革，并對(duì)改革實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)與思考。

一、課程改革主要內(nèi)容與方式

(一) 基于學(xué)科背景合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容——課堂內(nèi)融入最新材料化學(xué)相關(guān)科研成果

《材料化學(xué)》是講述關(guān)于材料結(jié)構(gòu)、制備、性能及應(yīng)用的化學(xué)，是在化學(xué)學(xué)科、材料學(xué)科的基礎(chǔ)上延伸出來的，在化學(xué)和材料學(xué)的知識(shí)相互交叉、碰撞、滲透的過程中形成的一種新興的邊域?qū)W科。材料化學(xué)在新材料的發(fā)現(xiàn)、制備和修飾工藝的發(fā)展以及材料的表征方法的等領(lǐng)域都做出了巨大的貢獻(xiàn)，而且在原子和分子水平上設(shè)計(jì)新材料方面有著廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。材料化學(xué)課程的開設(shè)使學(xué)生培養(yǎng)初步分析、探究并解決生活中所接觸到的材料中存在的實(shí)際化學(xué)問題的能力，通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以更加熟悉材料相關(guān)領(lǐng)域中的一些知識(shí)，在實(shí)際生活中更加容易掌握材料的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)之間的相互關(guān)系等。材料化學(xué)課程內(nèi)容較為繁復(fù)，以曾兆華、楊建文編著《材料化學(xué)》(第二版)為例，全書共十章，包括緒論、材料的結(jié)構(gòu)、材料的性能、材料化學(xué)熱力學(xué)、材料的制備、電子與微電子材料、光子材料、生物醫(yī)用材料、高復(fù)合性能材料、納米材料等教學(xué)內(nèi)容。吉林化工學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)建于2011年，以培養(yǎng)無機(jī)特色專業(yè)人才為目標(biāo)；同時(shí)，按照培養(yǎng)方案的調(diào)整，目前2017級(jí)、2018級(jí)材科專業(yè)的材料化學(xué)課程由48學(xué)時(shí)縮減至40學(xué)時(shí)，因此需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減和補(bǔ)充，以更好地適應(yīng)學(xué)生整體知識(shí)體系的構(gòu)建。在2019-2021兩個(gè)學(xué)年的教學(xué)內(nèi)容中，針對(duì)材科專業(yè)2017級(jí)、2018級(jí)學(xué)生的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了合理性的調(diào)整：注重理論概念的理解和產(chǎn)生作用機(jī)理，不過多要求學(xué)生掌握公式推導(dǎo)過程。特別著重對(duì)材料的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能知識(shí)講解，同時(shí)與科研前沿相結(jié)合，為后續(xù)課程及第二課堂科研實(shí)踐環(huán)節(jié)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。例如在超導(dǎo)材料課程講授中，引入磁懸浮的演示視頻，讓學(xué)生直觀的體會(huì)科學(xué)的奧妙；在壓電材料課程的講授中，引入最新科研前沿“納米發(fā)電機(jī)”的相關(guān)研究等。在高分子結(jié)構(gòu)部分引入獲得2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的導(dǎo)電高分子以及目前生物醫(yī)學(xué)上廣泛應(yīng)用的熱敏高分子材料等相關(guān)介紹。讓學(xué)生切身接觸優(yōu)秀科研成果所帶來的魅力，實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)“看得到，聽得懂，摸得著?！绷硗?，結(jié)合時(shí)下最新時(shí)事，將美國打壓華為技術(shù)，中國尚未突破的新材料的尖端科技體系引入到課堂中，引入課程思政的元素，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情與學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生真切感受到“少年強(qiáng)則國強(qiáng)”的使命感。此外，材料化學(xué)課程與材料學(xué)科科研前沿緊密相關(guān)，因此將專題講座適當(dāng)?shù)匾氲秸n堂中，讓學(xué)生了解專業(yè)的前沿領(lǐng)域與材料化學(xué)課程之間的知識(shí)體系關(guān)聯(lián)，對(duì)于學(xué)生確立自身研究興趣和未來的就業(yè)方向有著非常重要的指引性作用。

(二) 科研第二課堂的建設(shè)

《材料化學(xué)》課程涉及材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備及應(yīng)用等多方面的知識(shí)模塊，課程具有內(nèi)容多、概念多、理論抽象等特點(diǎn)。為使知識(shí)模塊具體化，使學(xué)生可切身實(shí)踐接觸所學(xué)知識(shí)，建設(shè)了與《材料化學(xué)》相連的科研第二課堂。首先，在講述理論課程后，學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有了一定的理論基礎(chǔ)，對(duì)學(xué)生布置了課后創(chuàng)新型作業(yè)，讓學(xué)生自己動(dòng)手搜索文獻(xiàn)，了解相關(guān)學(xué)科前沿，以小組為單位做成文獻(xiàn)綜述報(bào)告，鼓勵(lì)學(xué)生團(tuán)隊(duì)代表上臺(tái)利用多媒體進(jìn)行講解，團(tuán)隊(duì)成員補(bǔ)充、培養(yǎng)學(xué)生精益求精的工匠精神，增強(qiáng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和合作精神，從而使學(xué)生掌握重點(diǎn)。初步實(shí)現(xiàn)了第一課堂與第二課堂的有機(jī)串聯(lián)。其次，在講述相關(guān)理論知識(shí)后，以在研科研項(xiàng)目為基礎(chǔ)，為學(xué)生提供了科研實(shí)驗(yàn)室開放平臺(tái)，結(jié)合相關(guān)的研究方向，設(shè)計(jì)了與《材料化學(xué)》課程相關(guān)的科研實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，參與科研實(shí)踐，同時(shí)將所學(xué)理論知識(shí)融會(huì)貫通，提高學(xué)生動(dòng)手及創(chuàng)新能力的同時(shí)使學(xué)生切身感受到學(xué)以致用的成就感。

二、課程改革效果評(píng)價(jià)

針對(duì)18級(jí)材科專業(yè)的學(xué)生所開展的《材料化學(xué)》課程改革，在“超星學(xué)習(xí)通”平臺(tái)發(fā)布了相關(guān)問題的問卷調(diào)查，結(jié)果如圖1所示。

圖1 18級(jí)材科專業(yè)學(xué)生對(duì)改革后的《材料化學(xué)》課程滿意程度問卷調(diào)查結(jié)果

本年級(jí)材科專業(yè)共有88人，有65人參與調(diào)查，占總?cè)藬?shù)的73.86%。在參與問卷調(diào)查的學(xué)生中，有73.2%的學(xué)生認(rèn)為通過改革后的課程學(xué)習(xí)對(duì)科研前言知識(shí)了解較多；同時(shí)86.2%的學(xué)生認(rèn)為授課教師將科研前言內(nèi)容與課程理論知識(shí)相融合很好、很必要，學(xué)到了很多知識(shí)；83.1%的學(xué)生認(rèn)為通過本門課程的學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)的理解能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有很大幫助；且93.9%的學(xué)生認(rèn)為進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室接觸科研實(shí)驗(yàn)(參與第二課堂)對(duì)所學(xué)知識(shí)的進(jìn)一步理解與掌握有很大幫助。

綜上所述，在本輪科研第二課堂助力《材料化學(xué)》課程改革對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)及相關(guān)應(yīng)用起到了積極的正面影響，學(xué)生的滿意度及預(yù)期效果較為理想，達(dá)到了一定的培養(yǎng)目標(biāo)。

三、《材料化學(xué)》課程改革的思考

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的課程改革實(shí)踐，初步完成了科研融入課堂的基本課程改革目標(biāo)。且根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示目前課程改革收到的效果較為理想，學(xué)生滿意度及能力提升度較高?，F(xiàn)階段的教育已經(jīng)不再是傳統(tǒng)的面對(duì)面簡單授課模式，隨著社會(huì)科技水平的不斷提升，社會(huì)對(duì)青年人才的要求也在不斷提升。當(dāng)學(xué)生畢業(yè)步入社會(huì)，社會(huì)對(duì)人才的需求不再是簡單的一張學(xué)位證書，而是需要真正的具有一定知識(shí)底蘊(yùn)同時(shí)又具有相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)新能力的人才。這與國家倡導(dǎo)的新時(shí)代工科建設(shè)的理念不謀而合。這就意味著在課堂教育上要打破傳統(tǒng)的“我講你聽”的授課方式，以更加開闊的知識(shí)體系以及更加靈活的知識(shí)講授方式來重組課堂，讓學(xué)生以多維度的形式融入課堂，使學(xué)生在切身參與的同時(shí)不知不覺吸收相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)打破學(xué)生“考試分?jǐn)?shù)至上”的傳統(tǒng)觀念[7]，讓學(xué)生拓寬眼界、參與科技前沿活動(dòng)，提升個(gè)人的創(chuàng)新能力[8]。

隨著現(xiàn)代社會(huì)科技的發(fā)展，課堂的形式也不拘泥于傳統(tǒng)的教室授課方式，“智慧課堂”的所謂智慧，在于靈活性、豐富性、多元化性。接下來，在課程改革中，線上線下相融合的教學(xué)方式也將逐漸開展，計(jì)劃充分利用網(wǎng)絡(luò)提供的豐富知識(shí)體系，進(jìn)一步豐盈授課內(nèi)容，同時(shí)可開展線上調(diào)研、線上討論、線上科研/生產(chǎn)方案模擬設(shè)計(jì)等活動(dòng)，將第一課堂與第二課堂進(jìn)行有機(jī)的串聯(lián)，注重學(xué)生獨(dú)立探索能力的培養(yǎng)，來實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生學(xué)以致用，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的能力的培養(yǎng)目標(biāo)，為社會(huì)輸送優(yōu)質(zhì)人才[9-10]。

四、結(jié) 語

初步完成了首輪科研第二課堂助力《材料化學(xué)》的課程改革活動(dòng)，基于學(xué)科背景合理地調(diào)整了教學(xué)內(nèi)容，在課堂上引入了最新材料化學(xué)相關(guān)科研成果的介紹，讓學(xué)生對(duì)枯燥的理論知識(shí)能夠看得到，摸得著。同時(shí)以主持的科研項(xiàng)目為背景，建設(shè)了《材料化學(xué)》第二課堂，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)后加以運(yùn)用，提升個(gè)人創(chuàng)新能力。本輪課程改革對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)起到了積極正面的影響，學(xué)生滿意度較高。未來的智慧課堂不僅是傳統(tǒng)的課程講授，在授課內(nèi)容及方式上需要更大的覆蓋范圍及靈活度。智慧課堂的構(gòu)建不只是簡單信息的課堂融合，還需要青年教師不斷提升自我，不斷在實(shí)踐中探索，將科研工作與專業(yè)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)的融合。