淺談西南民族大學(xué)本科材料化學(xué)課程融入科研的教學(xué)與改革

雍 媛, 謝佳妮

(1 西南民族大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院, 四川 成都 610041;2 成都大學(xué)食品與生物工程學(xué)院, 四川 成都 610106)

如果說(shuō)材料是人類文明發(fā)展的基石, 化學(xué)是新時(shí)代文明的發(fā)動(dòng)機(jī), 那么材料化學(xué)不容置疑是一門(mén)從化學(xué)的角度來(lái)探討新材料的制備和它們?cè)谏a(chǎn)、 使用過(guò)程中的化學(xué)性質(zhì)的科學(xué)[1]。材料科學(xué)與其技術(shù)的進(jìn)步, 是推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展的中流砥柱?？v觀材料發(fā)展史實(shí)際上就是人類文明的進(jìn)步史, 從石器時(shí)代、青銅時(shí)代、 粘土?xí)r代、 鐵器時(shí)代到現(xiàn)在的硅材料時(shí)代, 材料化學(xué)主要涉及了物理學(xué)、 材料科學(xué)、 電化學(xué)、 無(wú)機(jī)化學(xué)等知識(shí),它集基礎(chǔ)科學(xué)和工程科學(xué)于一體, 是材料科學(xué)中不可缺少的一個(gè)分支, 是化學(xué)的重要組成部分。 如何將本科材料化學(xué)課程融入科研教學(xué), 最大限度地發(fā)展學(xué)生的材料科學(xué), 培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維, 提高其工程實(shí)踐能力以適應(yīng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)際化的需要, 這些問(wèn)題值得民族高校的教師思考和解決。 該學(xué)科對(duì)于教師和學(xué)生都充滿著挑戰(zhàn), 為了將本科材料化學(xué)課程融入于科研的教學(xué)與改革探索, 提高教學(xué)效果, 提升學(xué)生能力,本文將從理論教學(xué)的融合、 實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用這兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行教學(xué)與改革探索[2]。

1 材料化學(xué)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

21 世紀(jì)的今天, 材料類學(xué)科無(wú)疑是一門(mén)蓬勃發(fā)展的學(xué)科,宏觀審視國(guó)內(nèi)高校的課程開(kāi)展, 我們不難發(fā)現(xiàn), 理工類乃至許多綜合類高校現(xiàn)都已開(kāi)設(shè)了材料化學(xué)這門(mén)課程, 這門(mén)學(xué)科的完善涉及到了教學(xué)內(nèi)容、 教學(xué)手段與課程體系的改革。 作為民族高校的一名教師, 面對(duì)課堂上不同民族、 不同知識(shí)基礎(chǔ)的學(xué)生, 更加需要根據(jù)每個(gè)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ), 個(gè)人能力來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的材料科學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能, 同時(shí)也要發(fā)揮國(guó)家科研課題引導(dǎo)作用, 強(qiáng)化學(xué)生參與科研競(jìng)賽能力。 但在我個(gè)人的實(shí)踐性教學(xué)中, 材料化學(xué)課程目前存在著課時(shí)任務(wù)分配不合理, 材料化學(xué)教材陳舊, 理論未聯(lián)系實(shí)際, 學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作太少, 學(xué)生對(duì)本課程認(rèn)知不清晰等問(wèn)題。 為實(shí)現(xiàn)教育和教學(xué)一體化共同進(jìn)展,這些問(wèn)題還有待我們深入研究。 對(duì)于這些問(wèn)題, 我本人有一些入職后的小心得, 希望能夠?qū)ξ磥?lái)即將面臨高校材料化學(xué)課程教學(xué)的新入職老師有所幫助。

2 本科材料化學(xué)理論教學(xué)課程與科研的融合

2.1 課程的設(shè)計(jì)做到深入淺出

理論教學(xué)主要是指在課堂上的教學(xué), 對(duì)于化學(xué)學(xué)科而言,理論知識(shí)的重要性不言而喻, 理論就像是化學(xué)大廈的基石, 基石打好了, 知識(shí)才穩(wěn)固。 我們知道, 有效教學(xué)首先是深入學(xué)習(xí)教學(xué)內(nèi)容, 要充分理解, 適當(dāng)擴(kuò)大知識(shí)面, 其次是與科研教學(xué)有機(jī)結(jié)合, 課程的設(shè)計(jì)做到深入淺出[3]。 選擇教學(xué)內(nèi)容時(shí), 課時(shí)必須準(zhǔn)確, 要求必須合理, 難度要適當(dāng)。 在每一學(xué)期始, 首先根據(jù)學(xué)生整體的基礎(chǔ)合理設(shè)計(jì), 將本學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容完善到每小節(jié)課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容。 一學(xué)期只有17 周, 上課時(shí)間很短,所以課程的關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)該簡(jiǎn)短易懂。 教師可采用 “課前準(zhǔn)備”、“新知學(xué)習(xí)”、 “課堂解疑”、 “小章總結(jié)” 的模式。 “課前準(zhǔn)備”要求學(xué)生預(yù)習(xí)新知, 課堂前先自己學(xué)習(xí)一遍, 提出問(wèn)題, 做好標(biāo)記。 “新知學(xué)習(xí)” 需要注意的是老師在有限的課堂時(shí)間只講解重難點(diǎn)知識(shí), 利用剩余時(shí)間完成 “課堂解疑”, 為學(xué)生做出問(wèn)題解答。 最后, “小章總結(jié)” 是對(duì)本專業(yè)學(xué)生必須掌握的知識(shí)總結(jié), 同時(shí)完成課后練習(xí), 鞏固本章知識(shí)。 該模式能保證學(xué)生能高效完成課前預(yù)習(xí), 課內(nèi)答疑, 課后新內(nèi)容鞏固三個(gè)階段。

2.2 注重教學(xué)內(nèi)容的修改和創(chuàng)新拓展

有些教科書(shū)內(nèi)容陳舊, 不夠嚴(yán)謹(jǐn), 因此我們需要認(rèn)真研究教材的內(nèi)容, 篩選教材并及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容, 刪除一些過(guò)時(shí)和不合適的內(nèi)容。 “知者不如善者, 善知者不如樂(lè)者”, 即激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣在教學(xué)中起著非常之重要的作用。 學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生試圖理解或接近學(xué)習(xí)對(duì)象的一種傾向, 一個(gè)對(duì)學(xué)習(xí)有濃厚興趣的學(xué)生會(huì)對(duì)課本知識(shí)和各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象感到好奇, 并在學(xué)習(xí)過(guò)程中始終充滿熱情。 教師可對(duì)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新拓展, 如在課件中使用利用具有視覺(jué)吸引力的媒介, 以ppt 動(dòng)畫(huà)、 flash 動(dòng)畫(huà)、 視頻等多種形式, 將抽象問(wèn)題具體化、 形象化, 以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 例如材料的結(jié)構(gòu)一章教學(xué)中, 教師可采取實(shí)物球棒模型、 flash 動(dòng)畫(huà)再現(xiàn)三維點(diǎn)陣和空間點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)基元模型; 在晶體的缺陷一章教學(xué)中, 講述晶體的點(diǎn)缺陷、 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng), 可以先講解位錯(cuò)是如何產(chǎn)生的、 位錯(cuò)是如何滑移或攀移的, 對(duì)四種缺陷進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹, 利用視頻動(dòng)畫(huà)來(lái)展示晶體的動(dòng)圖, 形象的描述位錯(cuò)的形成過(guò)程; 在第三章金屬材料教學(xué)中,在課堂上可播放一些剪輯的具有科普性、 和趣味性強(qiáng)的小視頻, 比如《可怕的人類終結(jié)者——金屬材料》、 《柔性液態(tài)金屬材料的硬科技》、 《化學(xué)金屬材料與金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用》等。

2.3 拓展學(xué)生學(xué)科知識(shí)面

教師在課堂上可向?qū)W生講解該學(xué)科的歷史和發(fā)展, 在科研領(lǐng)域、 現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用, 以激發(fā)學(xué)生的興趣, 培養(yǎng)學(xué)生的理解力和科學(xué)態(tài)度。 比如, 在講述納米材料中, 可以向?qū)W生介紹納米金屬材料的應(yīng)用。 在21 世紀(jì)的今天, 我國(guó)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了納米半導(dǎo)體薄膜、 納米陶瓷、 納米陶瓷材料和納米生物醫(yī)學(xué)材料等[4]。 在醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域, 與血液中6000 ~9000 nm 范圍內(nèi)的紅細(xì)胞相比, 納米顆粒的大小只有幾納米, 它能夠在血液中自由地移動(dòng)。 當(dāng)我們將具有治療作用的納米粒注射到病變部位, 即可針對(duì)病變位置準(zhǔn)確檢查和治療。 比起檢查和治療傳統(tǒng)的手段, 納米材料更加精準(zhǔn)快捷; 在新冠肺炎疫情期間, 采用了高科技的納米表面處理技術(shù)的納米材料口罩可通過(guò)抗菌防曬的納米膜層大大降低感染機(jī)率。 它的抗菌效率大于99%, 防曬系數(shù)高達(dá)UPF400 以上。 對(duì)比日常使用的無(wú)紡布口罩, 粘附在外層上的新冠病毒可存活超過(guò)7 天, 且酒精噴灑后過(guò)濾失效, 因此不可重復(fù)使用。 納米材料口罩的持久抗菌外層可解決這一問(wèn)題, 噴灑酒精不會(huì)影響它的過(guò)濾、 抗菌及防曬功能, 做到真正意義上的超持久防護(hù)。 教師向?qū)W生講解這些豐富的實(shí)驗(yàn)課程和大量的學(xué)科前沿概述, 可拓展學(xué)生學(xué)科知識(shí)面, 使學(xué)生理解到材料和我們的生活息息相關(guān), 它是一門(mén)十分貼近生活, 又十分有應(yīng)用前景的學(xué)科。

3 本科材料化學(xué)實(shí)踐教學(xué)課程與科研的結(jié)合

2015 年, 教育部在《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校本科教學(xué)工作的若干意見(jiàn)》中指出[5], 高校本科教學(xué)工作要更加注重能力培養(yǎng),努力提高學(xué)習(xí)能力, 大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。 傳統(tǒng)教學(xué)最大的問(wèn)題是填鴨式教學(xué), 即教師只講解教材的理論知識(shí), 而忽視了學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)。 化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué), 實(shí)驗(yàn)是它的靈魂。 著名教育家陶行知先生說(shuō)過(guò): “要?jiǎng)?chuàng)造, 非你在用腦的時(shí)候, 同時(shí)用手去實(shí)驗(yàn), 手腦全用, 是創(chuàng)造教育的目的?！?這告訴了我們實(shí)驗(yàn)的真正意義。 實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣, 還能幫助學(xué)生形成化學(xué)概念, 掌握化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能, 培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰6]。 為此, 教師可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)際需要增設(shè)實(shí)驗(yàn)課程, 培養(yǎng)學(xué)生科研能力, 需要掌握以下幾點(diǎn): (1)多開(kāi)展科研設(shè)備使用知識(shí)課堂。 目前學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室有透射電子顯微鏡(TEM)、 掃描電子顯微鏡(SEM)、X 射線光電子能譜(XPS)、 X 射線衍射儀(XRD)等大型專業(yè)設(shè)備, 它們?cè)诓牧系谋碚髦姓紦?jù)不可或缺的地位。 學(xué)生在材料化學(xué)專業(yè)課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)后掌握了扎實(shí)且全面的理論知識(shí), 教師便可引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)先進(jìn)材料設(shè)計(jì)的一般思路、 材料的化學(xué)合成方法以及材料的表征技術(shù), 促進(jìn)理論教學(xué)和專業(yè)訓(xùn)練齊頭并進(jìn)。 例如, 學(xué)生采用一鍋法制備出聚吡啶納米藥物后, 教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用相關(guān)儀器來(lái)表征聚吡啶納米藥物的微觀結(jié)構(gòu), 進(jìn)而研究材料的性能, 探討納米納米的理化性質(zhì)與抗菌效果之間的構(gòu)效關(guān)系, 促進(jìn)學(xué)生重構(gòu)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu), 進(jìn)一步理解教材知識(shí)并將其用于實(shí)踐之中。 教師應(yīng)注重理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題的結(jié)合, 培養(yǎng)學(xué)生的技能創(chuàng)新意識(shí), 培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需要的高層次創(chuàng)新應(yīng)用型人才[7]。 (2)鼓勵(lì)學(xué)生參與科研競(jìng)賽。 科研競(jìng)賽不僅能培養(yǎng)學(xué)生的科研能力, 復(fù)習(xí)理論知識(shí), 還能增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和集體觀念。 參加科研競(jìng)賽可以讓學(xué)生跳出課本理論知識(shí)的禁錮, 將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐之中。 教師可幫助有意向的學(xué)生制定學(xué)期學(xué)習(xí)計(jì)劃, 通過(guò)學(xué)生交流, 課堂交流、課后答疑等方式, 利用QQ、 微信等通訊工具來(lái)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng), 參與創(chuàng)新競(jìng)賽。 在雙方自愿的原則下, 引導(dǎo)學(xué)生積極參與如 “大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃”、 “三井杯” 和化工競(jìng)賽、 化學(xué)知識(shí)競(jìng)賽等科研活動(dòng), 鼓勵(lì)低年級(jí)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室跟學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們學(xué)習(xí)科研技能, 并安排高年級(jí)的優(yōu)秀同學(xué)一對(duì)一分配指導(dǎo)。 對(duì)于那些不積極參與科研的同學(xué), 教師可跟他們通過(guò)見(jiàn)面、 線上等方式溝通, 深入了解他們的興趣愛(ài)好, 找到問(wèn)題所在, 做學(xué)生的良師益友, 更好的引導(dǎo)他們成長(zhǎng)。 (3)開(kāi)設(shè)科研體驗(yàn)周。通過(guò)安排實(shí)驗(yàn)室參觀、 課題組宣講、 實(shí)驗(yàn)室操作、 實(shí)驗(yàn)室成果展示分享等活動(dòng)讓學(xué)生盡早了解各研究領(lǐng)域的研究狀況, 為有意向的學(xué)生提前進(jìn)實(shí)驗(yàn)室并選擇自己感興趣的研究方向 “鋪路” “搭橋”。 在科研學(xué)習(xí)中講求的是視野開(kāi)闊、 融會(huì)貫通, 讓學(xué)生意識(shí)到深入科研不能僅僅懷抱著熱情的心, 更應(yīng)該有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)作為支撐。

4 結(jié) 語(yǔ)

高校需要向社會(huì)源源輸送高水平創(chuàng)新型、 應(yīng)用型人才, 作為民族高校教師我們理應(yīng)和學(xué)校、 學(xué)院聯(lián)合起來(lái), 為學(xué)生構(gòu)建學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴、 交流探索的優(yōu)異平臺(tái), 同時(shí)鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生在追求學(xué)問(wèn)的道路上邁出第一步。 我們也要不斷提升自己, 摸索和改進(jìn)最適合學(xué)生的教學(xué)模式, 將專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)與模塊強(qiáng)化,將理論教學(xué)與專業(yè)培訓(xùn)結(jié)合, 根扎三尺講臺(tái), 枝發(fā)科研精神,為學(xué)生獲得更好的發(fā)展, 為培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的學(xué)術(shù)棟梁而努力。