科研項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的功能材料器件基礎(chǔ)課程教學(xué)探索

周建華 苗 蕾

（桂林電子科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004）

0 引言

人類社會(huì)即將從信息時(shí)代邁進(jìn)以電子信息技術(shù)為核心的智能時(shí)代，我國(guó)也正在實(shí)施以中華民族偉大復(fù)興為背景的“中國(guó)智造”重大戰(zhàn)略，國(guó)家高等教育的新工科建設(shè)應(yīng)運(yùn)而生。 新工科建設(shè)是以能力為導(dǎo)向，適應(yīng)和引領(lǐng)科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)快速發(fā)展需求的人才培養(yǎng)模式，歸根到底就是為社會(huì)培養(yǎng)更多的、更高水平的、能力更強(qiáng)的科技人才，以使我國(guó)在未來全球創(chuàng)新競(jìng)爭(zhēng)格局中占據(jù)有利位置。

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“創(chuàng)新是社會(huì)進(jìn)步的靈魂，創(chuàng)業(yè)是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、改善民生的重要途徑。青年學(xué)生富有想象力和創(chuàng)造力，是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的有生力量。 ”創(chuàng)新創(chuàng)造能力是人才的核心能力， 創(chuàng)新創(chuàng)造型人才培養(yǎng)是高等教育面臨的最大挑戰(zhàn)。 創(chuàng)新創(chuàng)造能力是較高層次的認(rèn)知能力，如分析、綜合、評(píng)價(jià)[1]。因此，育人目標(biāo)主要是培養(yǎng)學(xué)生的問題求解能力、決策能力、分析評(píng)價(jià)及創(chuàng)造力等。教學(xué)模式就是要走出“知識(shí)理解”的桎梏，向“知識(shí)遷移”過渡，發(fā)展成為“知識(shí)創(chuàng)新”。

功能材料器件基礎(chǔ)課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)必修課，開設(shè)的時(shí)間是大三第一學(xué)期。 學(xué)生需要了解功能材料在材料科學(xué)中的地位以及功能材料的特點(diǎn)，掌握典型功能材料的基本原理、材料類型及主要用途， 使學(xué)生既有堅(jiān)實(shí)的功能材料物理基礎(chǔ)，又有一定的實(shí)用材料的基本性能和應(yīng)用知識(shí)。 要求學(xué)生能夠在識(shí)記的基礎(chǔ)上全面正確地掌握基本概念和基本原理，并且能夠進(jìn)行綜合分析和判斷。 以學(xué)生為主體，不斷擴(kuò)充奠定學(xué)生的材料知識(shí)基礎(chǔ)，培養(yǎng)文獻(xiàn)查閱、獲取和分析評(píng)述的能力，分別以自我和群組的方式開展探究實(shí)踐，為創(chuàng)造、改良和完善材料而持續(xù)努力學(xué)習(xí)。

1 項(xiàng)目式教學(xué)的基本內(nèi)容

學(xué)生通過學(xué)習(xí)，形成并獲得預(yù)期所希望的學(xué)習(xí)成果，才算得上是達(dá)成課程目標(biāo)。 基于科研項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的功能材料器件基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的目的在于通過“科研項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、在做中學(xué)”的方式指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)際科研項(xiàng)目來達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)，這樣就形成了以科研項(xiàng)目為主線、以學(xué)生為主體的新型教學(xué)模式。 選取實(shí)際的科研項(xiàng)目來創(chuàng)設(shè)理論與實(shí)踐平臺(tái)，以小組協(xié)作的方式開展學(xué)習(xí)，通過主動(dòng)地研究探索解決問題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，可以大大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

以學(xué)生為主體，讓學(xué)生主動(dòng)探索。 學(xué)生是學(xué)會(huì)的，不是教會(huì)的。 從教與學(xué)的關(guān)系上看，學(xué)是本原性和本體性存在，是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)因和根本。 學(xué)生不再是“滿堂灌”的“填鴨式”對(duì)象，而是需要消化吸收基礎(chǔ)知識(shí)、主動(dòng)分析并解決問題的主體，因此，學(xué)生一定是教與學(xué)過程中的主體。 從能力的屬性和能力的培養(yǎng)方面來講，創(chuàng)新能力必須通過學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐來培養(yǎng)，也只能通過具體的實(shí)踐活動(dòng)來表現(xiàn)和衡量[2]。

以教師為主導(dǎo)，教師是教學(xué)過程的設(shè)計(jì)者和引導(dǎo)者，指導(dǎo)和幫助學(xué)生提升能力。 教師要設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境，如學(xué)習(xí)方向、內(nèi)容、進(jìn)程等，引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，評(píng)價(jià)和提升學(xué)生學(xué)習(xí)的能力訓(xùn)練效果。 在這個(gè)過程中，以身作則，培養(yǎng)學(xué)生探索的學(xué)習(xí)方式、自主的學(xué)習(xí)動(dòng)力和創(chuàng)新的學(xué)習(xí)效果，促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成良好的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。

學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中發(fā)現(xiàn)新問題，通過分析問題完成項(xiàng)目任務(wù)，解決新問題，也就是創(chuàng)新的過程。 這些問題往往都是教師科研領(lǐng)域或該學(xué)科的前沿，學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)，理解與領(lǐng)會(huì)其中的關(guān)鍵問題，同時(shí)開展實(shí)驗(yàn)掌握科學(xué)研究的方法，從而鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維能力。 教師和學(xué)生針對(duì)教學(xué)內(nèi)容開展的知識(shí)的交流、探討、論證、解決問題，并進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)結(jié)果分享、學(xué)術(shù)探究和交流。 而且，學(xué)術(shù)性是創(chuàng)新思維培養(yǎng)的本質(zhì)屬性[3]。

從學(xué)術(shù)性這一點(diǎn)來講， 應(yīng)該把科研和教學(xué)打通，科教協(xié)同育人。 高等教育離開學(xué)術(shù)性就像魚兒離了水一樣，沒有高水平科研和良好的高校制度環(huán)境，一流大學(xué)、一流學(xué)科建設(shè)也無從談起。 高等教育是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要基地，是高水平學(xué)術(shù)研究成果的重要源泉，所以高校應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以學(xué)術(shù)為本，堅(jiān)持科學(xué)研究與人才培養(yǎng)的緊密結(jié)合，讓高水平的學(xué)術(shù)活動(dòng)成為大學(xué)人才培養(yǎng)和科學(xué)研究高水平產(chǎn)出的強(qiáng)勁推動(dòng)力。 因此，科教協(xié)同的項(xiàng)目式教學(xué)是科研思維訓(xùn)練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最佳教學(xué)模式[4]。 項(xiàng)目式教學(xué)就是結(jié)合課程教學(xué)內(nèi)容，在教師的指導(dǎo)下，將一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的開放性項(xiàng)目交由學(xué)生自主實(shí)施，包括信息的收集、方案的設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施等。 教師通過項(xiàng)目給學(xué)生提出新問題、新任務(wù)， 項(xiàng)目式教學(xué)變成人人參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，注重的不是結(jié)果，而是完成項(xiàng)目的過程。

學(xué)生要利用學(xué)校的課程和科研資源，盡早參與和融入科研，在參與項(xiàng)目的研究實(shí)踐過程中，加深對(duì)課程知識(shí)體系和能力培養(yǎng)要求的理解，進(jìn)一步培養(yǎng)問題分析、信息收集能力、綜合歸納能力等，這些都是創(chuàng)新思維能力。 通過這些項(xiàng)目可以把大量的科研資源和成果有效轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，引入科研新方法、新進(jìn)展、新成果，同時(shí)交叉融合多個(gè)學(xué)科，教師引導(dǎo)和帶動(dòng)學(xué)生共同參與完成項(xiàng)目，共同取得進(jìn)步，學(xué)生作為主體獨(dú)立思考、自由探索、自我提高。

項(xiàng)目式教學(xué)既是一種體驗(yàn)式教學(xué)，也是一種研究性教學(xué)，又是一種問題導(dǎo)向式教學(xué)[5]。 項(xiàng)目式教學(xué)反映了以學(xué)生為主體的教學(xué)思想，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、討論研究逐漸解決問題或完成項(xiàng)目的能力。 在教學(xué)的過程中，更注重激發(fā)學(xué)生的思考、創(chuàng)造力和批判精神。

2 項(xiàng)目式教學(xué)在功能材料器件基礎(chǔ)課程中的實(shí)踐

以功能材料器件基礎(chǔ)課程為例開展了項(xiàng)目式教學(xué)模式改革，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題進(jìn)課堂，跟著問題實(shí)施項(xiàng)目，在完成項(xiàng)目的過程中鍛煉創(chuàng)新思維能力。 在傳統(tǒng)的課堂上，學(xué)生需要了解掌握以下內(nèi)容：功能材料和相應(yīng)的器件都有哪些；半導(dǎo)體材料、磁記錄材料、光電子材料、壓電材料、濕敏材料；太陽能電池、熱電制冷片、發(fā)光二極管、透明導(dǎo)電電極等。 教學(xué)的方式多為教師課堂講解，學(xué)生課下做題，背誦知識(shí)點(diǎn)。 在這個(gè)過程中，并沒有激發(fā)學(xué)生探索的興趣，讓其自主解決問題。

筆者將該課程設(shè)計(jì)成項(xiàng)目式教學(xué)過程，先從日常生活中所接觸的一些功能材料引入：能源材料、信息功能材料、光電功能材料、敏感器件材料等。 然后，開始引導(dǎo)學(xué)生們討論每種功能材料的特點(diǎn)。 同學(xué)們通過小組討論給出答案。

講授的部分與傳統(tǒng)的教法區(qū)別不大，那么功能材料器件基礎(chǔ)課程教學(xué)改革的重點(diǎn)就是接下來讓學(xué)生進(jìn)入項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過程。 筆者選取了自身科研中的一個(gè)領(lǐng)域——熱電轉(zhuǎn)換器件設(shè)計(jì)， 引導(dǎo)學(xué)生開展項(xiàng)目探究，訓(xùn)練他們的科研思維和創(chuàng)新能力。

第一階段，學(xué)生需要把這個(gè)項(xiàng)目細(xì)化，提出問題。學(xué)生需要通過自己的前期調(diào)研， 查出熱電轉(zhuǎn)換的原理、介紹，可以應(yīng)用到哪些方面，以及優(yōu)缺點(diǎn)分析。 同時(shí)思考自己應(yīng)該如何開展設(shè)計(jì)？ 我與同伴應(yīng)該如何分工合作，從而最大限度地發(fā)揮潛力？ 我的設(shè)計(jì)如何能具有可行性或先進(jìn)性？ 第二階段是方案規(guī)劃。 教師為學(xué)生提供方案支持，詳細(xì)講述熱電制冷和發(fā)電兩種轉(zhuǎn)換利用方式等。 第三階段，學(xué)生小組合作完成設(shè)計(jì)，利用材料組裝器件，并準(zhǔn)備PPT 進(jìn)行演講。 最后在評(píng)價(jià)與反思階段，教師點(diǎn)評(píng)，同伴互評(píng)，自我評(píng)價(jià)，小組內(nèi)部討論，并完成修改。 學(xué)生還需要通過社會(huì)調(diào)研，設(shè)計(jì)調(diào)查問卷， 發(fā)現(xiàn)人們使用熱電制冷和發(fā)電器件的意愿、普及率等情況。

課程學(xué)習(xí)同時(shí)也是學(xué)生進(jìn)行科研思維訓(xùn)練的過程。 學(xué)生確定了研究對(duì)象后，從信息檢索、篩分，綜合信息并提煉、歸納出解決問題的思路，整理出解決問題的過程行動(dòng)方案，然后進(jìn)行實(shí)證探索，開展實(shí)驗(yàn)，結(jié)合已具備的理論和基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行結(jié)果分析， 與同學(xué)、教師討論進(jìn)一步改進(jìn)，最終可以創(chuàng)造新的認(rèn)知，提升創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)。

傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師的主要工作是教授學(xué)生知識(shí)。 現(xiàn)在，項(xiàng)目式教學(xué)更多是教會(huì)他們?yōu)槭裁匆@取知識(shí)、如何獲取以及怎么使用。 整個(gè)項(xiàng)目時(shí)間持續(xù)近兩個(gè)月，其間不僅會(huì)涉及材料、物理、化學(xué)方面的知識(shí)，還會(huì)引入統(tǒng)計(jì)學(xué)上的定量、定性分析的方法，以及最終展示階段的藝術(shù)設(shè)計(jì)。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)全面提高學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。在教學(xué)過程中，教師只是給出開放式科研課題，不是一味讓學(xué)生完全按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書“照章辦事”，在沒有固定實(shí)驗(yàn)步驟、沒有固定實(shí)驗(yàn)方案、沒有固定實(shí)驗(yàn)效果的情況下，讓學(xué)生綜合所學(xué)發(fā)揮自己的創(chuàng)造力和想象力來完成項(xiàng)目。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。 學(xué)生學(xué)會(huì)融入團(tuán)隊(duì)，“我為人人，人人為我”，參與到項(xiàng)目探索過程中，貢獻(xiàn)自己的一分力量。 學(xué)生以小組為單位，需要了解小組成員的優(yōu)勢(shì)、劣勢(shì)，合理分配好人力、物力資源，各司其職，在具體實(shí)施過程中還要學(xué)會(huì)如何與本組成員以及其他小組溝通協(xié)調(diào)，體會(huì)科研項(xiàng)目的實(shí)施方式和特點(diǎn)，發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作、互補(bǔ)互助的精神。 項(xiàng)目式教學(xué)過程中，完成一個(gè)項(xiàng)目需要小組所有成員的共同努力，每名成員明確項(xiàng)目工作計(jì)劃、各自的分工以及合作的形式，負(fù)責(zé)信息收集、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施及評(píng)價(jià)反思，并進(jìn)行展示和自我評(píng)價(jià)。

課程考核對(duì)學(xué)生專業(yè)核心知識(shí)的掌握情況、運(yùn)用理論知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力、分析問題、解決問題的能力，包括教師的指導(dǎo)性評(píng)價(jià)和學(xué)生的自主性評(píng)價(jià)。 教師的評(píng)價(jià)對(duì)課堂教學(xué)起著導(dǎo)向作用，要關(guān)注學(xué)生個(gè)體差異，注重過程性和發(fā)展性。 學(xué)生自主性評(píng)價(jià)能讓學(xué)生認(rèn)清自己的長(zhǎng)處和短處， 還能提高辨析、評(píng)判能力，激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)動(dòng)力。

3 結(jié)語

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)使得教師和學(xué)生相互依存、相互促進(jìn)。 教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、促進(jìn)者和指導(dǎo)者，也鞭策自己不斷提高教學(xué)和科研學(xué)術(shù)水平，為學(xué)生提供更好的教學(xué)內(nèi)容和科研課題。 學(xué)生在積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境中激發(fā)好奇心和創(chuàng)造力，培養(yǎng)分析和解決實(shí)際問題的能力。 教師和學(xué)生共同面對(duì)復(fù)雜問題，相互探討、迎接挑戰(zhàn)，共同進(jìn)步。