創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)視域下的納米材料與技術(shù)課程建設(shè)與教學(xué)改革

黃軍同 李喜寶 陳 智 馮志軍

（南昌航空大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330063）

創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力是人才的必備素質(zhì)，是推動(dòng)人才和社會(huì)發(fā)展的第一動(dòng)力。在如今的創(chuàng)新中國大背景下，如何實(shí)現(xiàn)社會(huì)性的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)（簡稱“雙創(chuàng)”），讓不同的社會(huì)角色融入“雙創(chuàng)”潮流，關(guān)鍵是要重視創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，而高校教育在人才培養(yǎng)方面肩負(fù)著重要責(zé)任。高校構(gòu)建系統(tǒng)化、專業(yè)化的教育模式是開展人才培養(yǎng)工作的基礎(chǔ)，高校培養(yǎng)專業(yè)人才的重要途徑在課程教學(xué)，因此我們應(yīng)該使“雙創(chuàng)”能具體體現(xiàn)在每一門課程當(dāng)中，努力培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新思維以及創(chuàng)業(yè)的意識(shí)與能力。

一、“雙創(chuàng)”教育內(nèi)涵與人才培養(yǎng)目標(biāo)

高校人才培養(yǎng)的核心是育人，在“雙創(chuàng)”教育過程中，要始終堅(jiān)持以學(xué)生發(fā)展為中心的原則，堅(jiān)持以育人為目標(biāo)，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)其創(chuàng)業(yè)熱情，鼓勵(lì)其積極進(jìn)取、開拓創(chuàng)新，從而促進(jìn)素質(zhì)教育深化，提高大學(xué)生的整體素質(zhì)。

培養(yǎng)“雙創(chuàng)”型高級(jí)人才分為創(chuàng)新教育與創(chuàng)業(yè)教育兩個(gè)層面。第一個(gè)層面是創(chuàng)新教育。創(chuàng)新教育主要是高校根據(jù)科學(xué)的人才培養(yǎng)方案，通過常規(guī)課程教學(xué)、考試評(píng)估、校內(nèi)外實(shí)習(xí)以及畢業(yè)論文寫作指導(dǎo)與評(píng)估等既定的高校本科生課業(yè)流程，將創(chuàng)新教育理念注入教學(xué)過程的每個(gè)環(huán)節(jié)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新意識(shí)。第二個(gè)層面是創(chuàng)業(yè)教育。創(chuàng)業(yè)教育是高校在對(duì)學(xué)生開展創(chuàng)新教育的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在相關(guān)領(lǐng)域探尋新的道路。創(chuàng)新教育與創(chuàng)業(yè)教育相輔相成、缺一不可：創(chuàng)新意識(shí)在創(chuàng)業(yè)活動(dòng)中才能充分體現(xiàn)價(jià)值，而創(chuàng)業(yè)實(shí)踐也需要?jiǎng)?chuàng)新理念的支撐，且兩者均有助于塑造學(xué)生的創(chuàng)新型人格。

“雙創(chuàng)”教育是高校順應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求的必然選擇。高校應(yīng)以“雙創(chuàng)”教育為載體，做到以人才培養(yǎng)為目標(biāo)，將培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神以及創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力貫穿于人才培養(yǎng)的整個(gè)過程中，將大學(xué)生培養(yǎng)成具有較強(qiáng)“雙創(chuàng)”素質(zhì)的綜合性人才。

二、納米材料與技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

課程教學(xué)是開展“雙創(chuàng)”教育培養(yǎng)學(xué)生“雙創(chuàng)”意識(shí)與能力的主陣地，改進(jìn)課程教學(xué)的模式以逐漸塑造學(xué)生的創(chuàng)新精神以及培養(yǎng)創(chuàng)業(yè)意識(shí)和能力是關(guān)鍵。納米材料與技術(shù)是高校開設(shè)的一門交叉性課程。納米材料與技術(shù)自1991年問世以來，世界各國的專家學(xué)者在納米材料與技術(shù)方面做了大量的研究工作，在其基本理論、實(shí)驗(yàn)技術(shù)等方面均取得了顯著成果，出版了大量的相關(guān)專著。但是針對(duì)大學(xué)納米材料與技術(shù)教學(xué)的教材還是比較少，特別是缺乏對(duì)這門課程的基本理論和最新研究成果進(jìn)行有機(jī)整合。而納米材料與技術(shù)這門課程本身內(nèi)容繁雜且更新較快，涉及領(lǐng)域廣，教學(xué)內(nèi)容包括納米材料基礎(chǔ)理論、合成與制備方法、結(jié)構(gòu)表征及性能測試技術(shù)、物理化學(xué)性能、納米材料與技術(shù)的應(yīng)用等。由于相關(guān)教材的知識(shí)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容更新相對(duì)滯后，因此高校需根據(jù)自身的理解和需要對(duì)此課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。

傳統(tǒng)教學(xué)模式側(cè)重于教師對(duì)學(xué)生的灌輸式教學(xué)，是知識(shí)與信息的單向輸出過程，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，缺乏參與課程教學(xué)的主觀能動(dòng)性，教師難以及時(shí)得到學(xué)生反饋，而且學(xué)生之間在課堂缺乏有效的交流和討論。大多數(shù)高校的相關(guān)教學(xué)資源及實(shí)驗(yàn)設(shè)備無法滿足教學(xué)需要，學(xué)生難以從多方面了解納米材料與技術(shù)領(lǐng)域的知識(shí)和技能。而納米材料與技術(shù)這門課程是理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性都非常強(qiáng)的一門跨學(xué)科課程，能夠熟練掌握相關(guān)理論知識(shí)只是學(xué)好這門課程的基礎(chǔ)，多參與到相關(guān)實(shí)踐環(huán)節(jié)才能對(duì)納米材料與技術(shù)有更深入的了解，也才能有助于培養(yǎng)學(xué)生的相關(guān)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)與能力。

三、納米材料與技術(shù)課程建設(shè)與教學(xué)改革措施及其實(shí)施效果

（一）課程建設(shè)與教學(xué)改革思路

在“雙創(chuàng)”視域下，納米材料與技術(shù)課程改革內(nèi)容可分為五點(diǎn)。第一，要確立課程建設(shè)目標(biāo)。納米科技是繼信息技術(shù)之后人類的又一次偉大技術(shù)革命，為納米科技領(lǐng)域培養(yǎng)“雙創(chuàng)”型人才是其課程建設(shè)的目標(biāo)。第二，要重建課程體系和優(yōu)化課程內(nèi)容。納米材料與技術(shù)課程體系除了理論教學(xué)，綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐對(duì)于學(xué)生理解與消化這門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容也是至關(guān)重要的。納米材料與技術(shù)課程內(nèi)容繁雜，而教學(xué)課時(shí)有限，教師需要做到對(duì)教學(xué)內(nèi)容爛熟于心、優(yōu)選優(yōu)講，包括講好納米材料與技術(shù)領(lǐng)域的故事及關(guān)注納米科技前沿研究。第三，建設(shè)師資隊(duì)伍。這門課程需要有相關(guān)研究背景的教師來開展理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)。引進(jìn)納米材料與技術(shù)領(lǐng)域的優(yōu)秀導(dǎo)師和企業(yè)人才開展專題講座，使教學(xué)內(nèi)容更豐富，拉近課程教學(xué)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐的距離，充分發(fā)揮企業(yè)人才的實(shí)踐指導(dǎo)作用，培養(yǎng)學(xué)生的“雙創(chuàng)”意識(shí)與能力。第四，根據(jù)科研發(fā)展形勢優(yōu)化教學(xué)模式，使教學(xué)評(píng)估與前沿科技發(fā)展要求相統(tǒng)一。德國教育家洪堡認(rèn)為“大學(xué)的人才培養(yǎng)應(yīng)遵循‘教學(xué)與科研相統(tǒng)一’原則”，“雙創(chuàng)”視域下的教學(xué)模式改革需要有創(chuàng)新之處和可靠實(shí)用的技術(shù)支持。采用互聯(lián)網(wǎng)與Seminar 教學(xué)相結(jié)合的模式，讓學(xué)生課前利用微課自主學(xué)習(xí)，教師與學(xué)生在課中合作學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，提高其學(xué)習(xí)效果。第五，開展多元化教學(xué)評(píng)估。可具體分為書面考核、平時(shí)考核、實(shí)驗(yàn)考核、口頭報(bào)告等方面，提高學(xué)生的參與感和鍛煉學(xué)生的科學(xué)探索能力。

（二）納米材料與技術(shù)課程的具體教學(xué)改革措施

納米材料與技術(shù)作為環(huán)境、信息、新能源等高新科技產(chǎn)業(yè)及其發(fā)展的基礎(chǔ)，在“雙創(chuàng)”視域下，教師在重視激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提升教學(xué)效果的同時(shí)，重視培養(yǎng)學(xué)生的“雙創(chuàng)”意識(shí)也是重要的一環(huán)。所以教師需要在課程教學(xué)中架起與學(xué)生積極溝通的橋梁，激發(fā)學(xué)生對(duì)納米領(lǐng)域的探索興趣，運(yùn)用豐富而有效的教學(xué)手段提高教學(xué)效率與質(zhì)量，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)“雙創(chuàng)”的意識(shí)與能力。

1.充分利用引人入勝的圖片與視頻，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

多媒體教學(xué)可以利用視頻、圖片、音頻、文字等載體，以豐富的、形象直觀的形式表現(xiàn)復(fù)雜的理論和概念，啟迪學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，從而提高納米材料與技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量。

比如，筆者第一次介紹納米材料時(shí)，首先讓學(xué)生開動(dòng)腦筋，想想自然界中存在哪些納米材料和納米結(jié)構(gòu)，接著導(dǎo)入蝴蝶的翅膀、壁虎的腳和蓮花等圖片，然后放一幅很抓眼球的動(dòng)畫，呈現(xiàn)池塘中的一片荷葉在隨風(fēng)搖曳，蜻蜓飛至荷葉上，再提出問題：北宋理學(xué)家周敦頤所著的《愛蓮說》說到蓮花出淤泥而不染，這是為何？進(jìn)而引入荷葉表面的掃描電鏡圖片，告訴學(xué)生荷葉具有自潔性是由于其表面的微納米復(fù)合結(jié)構(gòu)具有疏水性，隨后播放利用荷葉效應(yīng)制作的領(lǐng)帶具有疏水性能的演示視頻。

為了展示納米技術(shù)的美妙，可以展示一些圖片和動(dòng)畫。比如用碳原子堆砌的世界上最小的中國地圖是如何繪制的（這幅地圖的直徑約150 nm，分辨率約6 nm，相當(dāng)于頭發(fā)絲的1/500）？中科院化學(xué)所的科研人員用納米加工技術(shù)（STM 針尖）完成了這幅作品。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可以將納米機(jī)器人注入血管后，通過特定的預(yù)設(shè)程序打通腦血栓以達(dá)到治療目的。將生動(dòng)活潑的視頻圖像與引人入勝的圖文相結(jié)合，加上教師的詳細(xì)講解，不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，也能拓展學(xué)生的想象空間，培養(yǎng)學(xué)生的“雙創(chuàng)”意識(shí)。

2.引入前沿科研動(dòng)態(tài)，分享科學(xué)家的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)故事，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維

當(dāng)今世界，納米材料與技術(shù)日新月異，納米材料與技術(shù)課程的教材內(nèi)容往往跟不上知識(shí)更新速度。因此，教師首先要把自己以及本學(xué)院教師相關(guān)的科研成果融入教學(xué)中，以豐富教學(xué)內(nèi)容。特別是可以向?qū)W生介紹教師自己申請(qǐng)獲批的基金項(xiàng)目的研究思路、靈感及其創(chuàng)新點(diǎn)，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。其次要把學(xué)科發(fā)展歷程和相關(guān)學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)等融入課堂，并介紹學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)家的“雙創(chuàng)”故事，培養(yǎng)學(xué)生的“雙創(chuàng)”思維，激發(fā)學(xué)生的“雙創(chuàng)”靈感。比如筆者在授課時(shí)把曼徹斯特大學(xué)海姆和諾沃肖洛夫教授制備石墨烯，中科院沈陽金屬材料研究所盧柯院士發(fā)明納米孿晶Cu及其拉伸形變達(dá)5100%，中科院化學(xué)所江雷院士從荷葉效應(yīng)仿生疏水-疏油等結(jié)構(gòu)，佐治亞理工學(xué)院王中林院士發(fā)現(xiàn)氧化物納米帶結(jié)構(gòu)以及創(chuàng)立新的細(xì)分學(xué)科——納米壓電電子學(xué)，哈佛大學(xué)Charles M.Lieber 教授開創(chuàng)核殼結(jié)構(gòu)并制備一維納米線引領(lǐng)納米科技的發(fā)展，加州大學(xué)伯克利分校楊培東教授可控制備半導(dǎo)體納米線及其人工光合作用，斯坦福大學(xué)崔屹教授從發(fā)明Si基電池到創(chuàng)辦安普瑞斯公司生產(chǎn)硅負(fù)極高能鋰電池等涉及“雙創(chuàng)”的經(jīng)典故事引入教學(xué)，并向他們介紹科學(xué)奇聞趣事，陶冶他們的科學(xué)情操。比如關(guān)于石墨烯的發(fā)現(xiàn)還有個(gè)小故事，起初是英國曼徹斯特大學(xué)物理教授海姆讓他的博士生姜達(dá)利用熱解石墨通過高級(jí)拋光機(jī)希望制備得到盡可能薄的薄膜，可他制備得到的產(chǎn)物厚度達(dá)10 微米，后來海姆和諾沃肖洛夫兩位教授利用從超市買來的普通膠帶反復(fù)對(duì)折粘拉剝離高定向熱解石墨后逐漸減薄形成只有一層厚穩(wěn)定存在的石墨烯，突破了傳統(tǒng)認(rèn)為單層石墨烯在常溫條件下不能穩(wěn)定存在的固有知識(shí)。教師在故事講完后，播放石墨烯通過普通膠帶反復(fù)對(duì)折粘拉剝離石墨制備過程及結(jié)構(gòu)表征的視頻。石墨烯的優(yōu)異性能受到了各方科學(xué)家的關(guān)注，后續(xù)的石墨烯相關(guān)研究逐漸發(fā)展成一股新的科研潮流，海姆和諾沃肖洛夫兩位教授也被授予了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。通過上述方式既能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使課堂教學(xué)面貌大為改觀，又能激發(fā)他們的科研興趣，使他們的“雙創(chuàng)”意識(shí)和能力得到培養(yǎng)。

3.導(dǎo)入Seminar 教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性和提高其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

傳統(tǒng)教學(xué)模式側(cè)重于教師對(duì)學(xué)生灌輸傳授知識(shí)，缺乏對(duì)學(xué)生自學(xué)能力、創(chuàng)造思維能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。Seminar 教學(xué)模式遵循“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的教育理念，將科研融入教學(xué)當(dāng)中，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行分析和思考。這種教學(xué)模式是在教師的指導(dǎo)下以小組形式將學(xué)生組織起來，對(duì)《納米材料與技術(shù)》教材中的某一專題進(jìn)行研討、制作PPT，小組代表發(fā)言，與其他同學(xué)辯論，學(xué)生互評(píng)，教師再進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，開展啟發(fā)式、互動(dòng)式和討論式教學(xué)。這樣的互動(dòng)過程能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和參與性，極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和挖掘其內(nèi)在潛力，鍛煉學(xué)生的思辨能力，培養(yǎng)學(xué)生的分析、綜合、表達(dá)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

4.根據(jù)教學(xué)進(jìn)程設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)，逐漸鍛煉學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力

實(shí)踐教育是高校開展“雙創(chuàng)”教育以及加強(qiáng)理論與實(shí)踐聯(lián)系的有效手段。同時(shí)，實(shí)踐教育可以直接引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和開展科學(xué)創(chuàng)新。納米材料與技術(shù)是一門理論與實(shí)踐結(jié)合得非常緊密的課程，因此，除了要在課堂上講授基礎(chǔ)理論，也要將理論運(yùn)用到實(shí)踐中，發(fā)揮理論指導(dǎo)實(shí)踐的作用。比如納米材料的合成與制備、結(jié)構(gòu)表征、性能測試、材料應(yīng)用等，都是通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐完成的。課程實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生理解并掌握納米材料與技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，因此需要開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐操作，以強(qiáng)化學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解與掌握。

例如，筆者在課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，開展了熔鹽法制備Ni 摻雜的MoC@碳纖維紙復(fù)合電催化材料及其析氫性能的實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)中，涉及納米材料的合成與制備、物相與結(jié)構(gòu)表征（XRD、FTIR、Raman、SEM、TEM、EDS等）、物理性能（電化學(xué)性能、雙電層電容、阻抗譜、穩(wěn)定性）測試和應(yīng)用研究（電解水產(chǎn)氫）等全流程。在生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)課堂上，學(xué)生會(huì)積極參與實(shí)驗(yàn)過程，主動(dòng)思考實(shí)驗(yàn)問題，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而且，實(shí)驗(yàn)課堂上教學(xué)氛圍活躍，教師和學(xué)生互動(dòng)增加，學(xué)生實(shí)踐能力提升，科學(xué)創(chuàng)新素養(yǎng)也逐漸得到培養(yǎng)。

5.嘗試“創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師進(jìn)課堂，學(xué)生創(chuàng)新進(jìn)企業(yè)”，探索課堂教學(xué)改革新模式

強(qiáng)化校內(nèi)外“雙創(chuàng)”實(shí)習(xí)基地建設(shè)是推動(dòng)“雙創(chuàng)”視域下課堂教育教學(xué)工作的另一個(gè)實(shí)踐，既要開展好校內(nèi)“雙創(chuàng)”教育活動(dòng)，也要?jiǎng)?chuàng)新校企合作模式。在納米材料與技術(shù)課程的授課過程中，筆者提出了“創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師進(jìn)課堂，學(xué)生創(chuàng)新進(jìn)企業(yè)”的教育教學(xué)新模式，嘗試邀請(qǐng)了致力于石墨烯生產(chǎn)及應(yīng)用開發(fā)的志陽科技（中國）有限公司的董事長、總經(jīng)理以及技術(shù)專家等來到納米材料與技術(shù)課程的課堂，聘請(qǐng)他們?yōu)楣P者所在學(xué)院的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)師。他們交流了自己的“雙創(chuàng)”故事，特別是他們結(jié)合帶來的產(chǎn)品實(shí)物進(jìn)行了最新熱點(diǎn)的納米材料即石墨烯的制備技術(shù)與應(yīng)用等前沿知識(shí)的授課，深受學(xué)生的歡迎。一周后，筆者組織研修該課程的學(xué)生到志陽科技（中國）有限公司參觀石墨烯的生產(chǎn)和應(yīng)用車間，讓學(xué)生初步了解石墨烯的實(shí)際生產(chǎn)過程，了解到石墨烯在充電寶、面膜、抗靜電砂、合成機(jī)油、發(fā)熱瓷磚、導(dǎo)熱片、散熱粉體涂料、柔性手機(jī)等領(lǐng)域的應(yīng)用。學(xué)生和專家進(jìn)行了積極互動(dòng)，他們的創(chuàng)新思維發(fā)生碰撞是此次校外課堂的最大收獲。大部分學(xué)生認(rèn)為這種“雙創(chuàng)”教育模式效果很好，比如大四保送到中國科技大學(xué)讀研究生的李暢同學(xué)說：“作為學(xué)生，我們非常贊同并提倡進(jìn)行這種教育及上課方式的改革。它縮短了書本理論和實(shí)踐之間的距離，真正做到了專業(yè)教育和對(duì)實(shí)踐操作認(rèn)知的兩全其美?！?/p>

（三）納米材料與技術(shù)課程教學(xué)改革的初步效果

通過對(duì)納米材料與技術(shù)課程以上教學(xué)改革措施的實(shí)施，創(chuàng)新了教學(xué)方式，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，課堂氛圍活躍，提高了教學(xué)效率與教學(xué)質(zhì)量。實(shí)踐與理論結(jié)合，使學(xué)生接觸到實(shí)際，了解實(shí)際生產(chǎn)，更加熱愛自己的專業(yè)。由考核成績和平時(shí)學(xué)習(xí)狀態(tài)可以看出，學(xué)生的專業(yè)綜合素質(zhì)以及“雙創(chuàng)”意識(shí)與能力都得到了提升。

四、結(jié)語

對(duì)于“雙創(chuàng)”視域下的納米材料與技術(shù)課程，任課教師首先應(yīng)該熟練掌握納米材料與技術(shù)專業(yè)知識(shí)，在傳授納米材料與技術(shù)的基礎(chǔ)理論時(shí)，運(yùn)用豐富的教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生將教學(xué)、科研與“雙創(chuàng)”教育結(jié)合在一起，營造濃厚的“雙創(chuàng)”氛圍，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及創(chuàng)業(yè)意識(shí)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目標(biāo)。