推進(jìn)“材料化學(xué)”課程教育的有效教學(xué)策略與方法

江 宇，張丙林

(長江大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434000)

材料化學(xué)將材料與化學(xué)合二為一，利用化學(xué)手段研究材料組成、結(jié)構(gòu)、合成制備和材料性能之間相互關(guān)系的交叉學(xué)科。它在材料科學(xué)已經(jīng)建立的金屬、無機(jī)非金屬、高分子材料等材料的微觀特性和宏觀規(guī)律的理論基礎(chǔ)上，選取其中與化學(xué)有緊密聯(lián)系的相關(guān)理論進(jìn)行深入研究和探討，在材料科學(xué)這一大體系中占據(jù)重要地位。材料化學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用對于現(xiàn)代工業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及社會的許多方面都有著重要的影響，現(xiàn)如今它已經(jīng)在各個行業(yè)展現(xiàn)出了舉足輕重的作用[1]。例如，材料化學(xué)在推進(jìn)能源技術(shù)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，煤炭和石油等化石燃料的大量開采和使用造成了能源枯竭和氣候變暖等問題，而電池等電化學(xué)儲能技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)徹底改變了能源產(chǎn)業(yè)；材料化學(xué)對于能夠應(yīng)對全球挑戰(zhàn)的新材料的開發(fā)至關(guān)重要，石油化工科學(xué)研究院開發(fā)出的新型鈦硅分子篩催化材料具有定向氧化催化，可以實現(xiàn)“原子經(jīng)濟(jì)”，使“零排放”工藝成為可能，且具備工業(yè)化生產(chǎn)的可能；材料化學(xué)在醫(yī)療保健行業(yè)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，鈦合金是常用的人工關(guān)節(jié)材料，具有良好的生物相容性和機(jī)械性能，可以長期植入人體而不會引起排異反應(yīng)，而用于醫(yī)療植入物和藥物輸送系統(tǒng)的新材料開發(fā)已經(jīng)徹底改變了醫(yī)學(xué)。

狹義的教育即學(xué)校教育是指學(xué)校根據(jù)一定的社會現(xiàn)實和未來的需要，遵循青年一代身心發(fā)展的規(guī)律，有目的、有計劃、有組織地引導(dǎo)受教育者學(xué)習(xí)知識，陶冶情操，德智體美勞全面發(fā)展的活動，以便培養(yǎng)成為適應(yīng)一定社會需要和促進(jìn)社會發(fā)展的人。因此，材料化學(xué)的教育對于新時代青年學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和綜合素質(zhì)的提高乃至今后社會的發(fā)展程度都有著重要意義和深遠(yuǎn)影響[2]。材料化學(xué)教育的重要性在于，它有利于新時代青年學(xué)生對新材料新技術(shù)的探索，在開發(fā)能夠應(yīng)對全球挑戰(zhàn)的新材料和推進(jìn)能源技術(shù)方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

材料化學(xué)教育是技術(shù)進(jìn)步和可持續(xù)發(fā)展的基石，良好的材料化學(xué)教育能夠使學(xué)生具備應(yīng)對全球挑戰(zhàn)所需要的知識和技能，對培養(yǎng)新一代科學(xué)家和工程師至關(guān)重要，且教育本身在培養(yǎng)創(chuàng)造性思維、促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和推動可持續(xù)發(fā)展等方面有著深遠(yuǎn)的影響[3]。具體表現(xiàn)為：一是材料化學(xué)對科技創(chuàng)新具有深遠(yuǎn)影響。材料化學(xué)的教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性和批判性思維等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，使學(xué)生能夠深刻理解現(xiàn)有材料的特性，設(shè)計開發(fā)出具有獨(dú)特性能和能夠解決當(dāng)今社會現(xiàn)實問題的新功能材料，而且教育本身也有助于突破性的技術(shù)創(chuàng)新；二是材料化學(xué)教育能夠促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展突出的是發(fā)展的可持續(xù)性的內(nèi)涵，而合適的物質(zhì)和較高水平的科學(xué)技術(shù)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，材料化學(xué)所蘊(yùn)含的邏輯思維可以有效地為可持續(xù)發(fā)展的決策提供依據(jù)，幫助人類更好的理解人與自然的關(guān)系，提高資源利用率，因此良好的材料化學(xué)教育就顯得尤為重要。在材料化學(xué)的學(xué)科教學(xué)中對于可持續(xù)性材料和制造過程的重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，能夠培養(yǎng)新時代青年學(xué)生對環(huán)保材料相關(guān)方面的知識積累以及對于保護(hù)環(huán)境的責(zé)任感，學(xué)生可以推動可持續(xù)性材料和相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，從而促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)人與自然協(xié)調(diào)共生。

材料化學(xué)的教學(xué)對于新時代青年學(xué)生的培養(yǎng)至關(guān)重要，然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和社會需求的不斷變化，材料化學(xué)的教學(xué)也面臨著許多問題和挑戰(zhàn)。時代在飛速發(fā)展，傳統(tǒng)材料化學(xué)的教學(xué)方法和教學(xué)模式等教學(xué)效果時至今日已經(jīng)無法滿足學(xué)生的需求和當(dāng)今社會對學(xué)生提出的要求。因此，材料化學(xué)的課程教學(xué)需要進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、方法、策略等多方面的的改進(jìn)。

1 現(xiàn)階段材料化學(xué)教學(xué)所存在的問題

材料化學(xué)是一門典型的工學(xué)課程，以基本理論為基礎(chǔ)，理論與科研實踐相結(jié)合為特征，多數(shù)理論較為抽象難懂，多數(shù)學(xué)生認(rèn)為該課程理解起來比較困難。因此，通過分析目前的教學(xué)現(xiàn)狀發(fā)現(xiàn)，目前材料化學(xué)的課程教學(xué)主要存在以下幾方面的問題：

1.1 課程內(nèi)容自身存在一定局限性

目前許多材料化學(xué)課程的內(nèi)容都比較單一，主要圍繞材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用展開，這種做法雖然有利于學(xué)生對材料的基本概念和原理的理解，但卻缺乏對材料化學(xué)的全面認(rèn)識，無法滿足學(xué)生對材料化學(xué)的深入探索和應(yīng)用需求[1]。事實上，材料化學(xué)作為一門交叉學(xué)科，其內(nèi)容涵蓋了從數(shù)理化到實際材料運(yùn)用等諸多方面的知識，涉及的知識面廣闊，知識點(diǎn)繁雜，想要讓學(xué)生理解絕非易事。目前該課程還沒有所謂的經(jīng)典教材，不同版本都有其不同的側(cè)重點(diǎn)，同時，該課程近些年的發(fā)展一日千里，教材內(nèi)容往往跟不上飛速發(fā)展的節(jié)奏，許多教材的版本較早，放在現(xiàn)在顯得格格不入[4，5]。此外，對比國外教材不難發(fā)現(xiàn)，國外教材章節(jié)的開頭大多是從實際的工程問題引入，詳細(xì)展開講解知識點(diǎn)，以此引起學(xué)生對未知領(lǐng)域的興趣，相比之下國內(nèi)教材的編排大多是單純的理論介紹，雖偶爾提及在某些熱門領(lǐng)域的應(yīng)用，但給學(xué)生的感覺就是“假大空”。

1.2 教學(xué)方式有限

部分教師在授課時以講授為主，只注重理論的灌輸而忽略了學(xué)生的主體地位，缺乏互動環(huán)節(jié)，沒有充分調(diào)動學(xué)生的積極性，反而處于被動接受的狀態(tài)，因此多數(shù)學(xué)生都感覺枯燥乏味[6]。“師者，所以傳道授業(yè)解惑也”。這不僅要求老師傳授知識，更重要的是鍛煉學(xué)生解決問題的能力。對學(xué)生而言，能否對全新的課程產(chǎn)生興趣，很大程度上取決于老師講課時所展現(xiàn)出來的該課程的魅力，照本宣科的講課只會降低學(xué)生的課堂參與度。多媒體的普及讓如今高校教學(xué)主要以白板的形式為主，甚至部分老師完全放棄了傳統(tǒng)的板書，電子課件固然能夠提高講課速度，但全部以電子形式呈現(xiàn)的信息難免會讓學(xué)生感到視覺疲勞，從而降低汲取知識的效率[4]。板書的速度能讓學(xué)生適應(yīng)老師的講課節(jié)奏，加深對關(guān)鍵知識點(diǎn)的理解。由此表明，長時間使用任何一種單一的教學(xué)方式都顯得單調(diào)，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性。此外，教師自身能力建設(shè)和提高對教學(xué)效果也有至關(guān)重要的影響。一方面，教師也需要持續(xù)不斷增強(qiáng)自身專業(yè)素養(yǎng)，保持對新興技術(shù)和教學(xué)技術(shù)的更新，確保能夠為學(xué)生提供材料化學(xué)相關(guān)行業(yè)最新的動態(tài)；另一方面，教師在授課時應(yīng)避免大段文字，以及生硬地照著課件說講的情況出現(xiàn)，這樣非常影響學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。

1.3 理論與工程實踐嚴(yán)重脫節(jié)

常有學(xué)生提問“我學(xué)這門課有什么用？”，這不僅是學(xué)生內(nèi)心的疑惑，更是問住了不少老師。學(xué)生時常感覺明確不了自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)，習(xí)慣了中學(xué)時代的填鴨式教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)喪失了自身的主觀能動性，無法將理論與實際聯(lián)系起來，更不清楚理論知識的實際應(yīng)用[3]。某些課程在課堂上只注重理論知識的講授，一味的向?qū)W生灌輸理論知識點(diǎn)，甚至只是照著教材的文字讀一遍，偶爾提及工業(yè)上的應(yīng)用也只是隨口一提，學(xué)生聽得枯燥乏味不說，一節(jié)課聽下來學(xué)生連所學(xué)習(xí)的知識有何實際應(yīng)用都一無所知，學(xué)習(xí)的積極性和主動性自然有所下降。此外，只注重理論而忽視實踐會導(dǎo)致學(xué)生缺乏對材料化學(xué)的應(yīng)用能力及范圍的認(rèn)知，缺乏豐富的空間思維與想象能力，在實際工作中缺乏獨(dú)自動手，分析和解決問題的能力，這對學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)及今后的專業(yè)發(fā)展會造成巨大影響。

1.4 教學(xué)評價體制有待完善

老師與學(xué)生的教學(xué)評價體制存在一定局限性，這會制約課程的教學(xué)效果。這好比社會的生產(chǎn)關(guān)系與生產(chǎn)力的關(guān)系：生產(chǎn)力決定生產(chǎn)關(guān)系，而生產(chǎn)關(guān)系對生產(chǎn)力有反作用，教學(xué)效果決定了學(xué)生對教師的教學(xué)評價以及教師對學(xué)生的考核成績，而這些評價和考核又會在一定程度上反作用在教學(xué)效果上。在大多數(shù)高校中，學(xué)生的考核體制基本上就是以期中或期末考試的成績?yōu)橐罁?jù)來判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師的教學(xué)評價則是學(xué)期末學(xué)生在教務(wù)處官網(wǎng)上對教師進(jìn)行量化評教。隨著時代的飛速發(fā)展，現(xiàn)如今這種評價模式已稍顯落后和缺陷，不完善的教學(xué)評價約束了教師自身主觀能動性的發(fā)揮，不完善的考核體制束縛著學(xué)生的發(fā)展[7]。對老師而言，由于某些學(xué)生自身的素質(zhì)、感情和觀察方法等因素的不同，對于教師的教學(xué)評價往往具有一定的隨意性；另外有些學(xué)生和家長只注重最后的學(xué)科成績而忽視了教師的教學(xué)準(zhǔn)備及施教中創(chuàng)造教學(xué)價值的過程等，這些因素都會影響教師授課水平的發(fā)揮。對學(xué)生而言，一些課堂中“重智育輕德育，重知識輕能力，重主導(dǎo)輕主體”等現(xiàn)象仍較嚴(yán)重，片面的追求紙面分?jǐn)?shù)而偏離了全面素質(zhì)教育要求；某些教師只重視學(xué)生的專業(yè)領(lǐng)域而忽視了學(xué)生的感情領(lǐng)域和心理健康，這些因素都會嚴(yán)重影響學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)態(tài)度。

2 可行的改進(jìn)方式

針對以上材料化學(xué)學(xué)科在教學(xué)中存在的幾方面問題，我們通過分析材料化學(xué)教育現(xiàn)狀，提出了一些有效的改進(jìn)措施。

2.1 靈活應(yīng)用教材，因材施教

新課改要求教師要靈活運(yùn)用教材，因材施教，這就需要教師在授課過程中根據(jù)學(xué)生和教學(xué)的實際情況靈活的選擇教學(xué)素材。例如，由于當(dāng)今社會的飛速發(fā)展，在材料化學(xué)的講授中很有可能會出現(xiàn)章節(jié)之間過渡生硬、存在知識盲點(diǎn)或不合理體系和內(nèi)容與當(dāng)下主流的技術(shù)不匹配等問題，所以教師在備課時就需要深刻理解教材章節(jié)的排版，上下文的邏輯分析，重視學(xué)生個性需求的同時加入自己的見解，對內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)編排，使之更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，更好地發(fā)揮教師和教材的共同引導(dǎo)作用[8]。當(dāng)講授的內(nèi)容涉及到目前社會討論的熱點(diǎn)話題例如人工智能和航空航天時，教師可以在傳授基本知識點(diǎn)的同時將材料化學(xué)在這些領(lǐng)域中最前沿的研究熱點(diǎn)和最新科研成果簡要的講述給學(xué)生，這樣一來教師不僅能夠很好地抓住學(xué)生的注意力，有效調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)科研興趣，還能提高教學(xué)的前沿性和實用性。

2.2 豐富課堂教學(xué)形式

教師采取形式豐富多樣的教學(xué)方法，根據(jù)不同內(nèi)容運(yùn)用不同的教學(xué)形式能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。首先，教師可以在課堂中使用易于學(xué)生接受的，具有啟發(fā)、感召、趣味性較強(qiáng)的語言，創(chuàng)造輕松愉快的學(xué)習(xí)環(huán)境；其次，教師應(yīng)避免照本宣科的向?qū)W生灌輸知識，應(yīng)在教學(xué)中積極實行啟發(fā)式教學(xué)、互動式教學(xué)和討論式教學(xué)法，加強(qiáng)學(xué)生之間的溝通，增進(jìn)師生情感交流，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考問題和團(tuán)隊合作的能力；教師還可適當(dāng)應(yīng)用情景教學(xué)，例如在介紹納米材料時，可以使用多媒體播放生動多彩的視頻素材，這樣不僅可以將枯燥乏味的文字公式變成形象生動的圖形動畫，賦予其具體的內(nèi)涵，還可以培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成自主探究，主動思考的能力，有利于學(xué)生認(rèn)知能力和邏輯思維能力的發(fā)展；最后，課堂上可以采用多媒體與板書相結(jié)合的方式，某些原理或演示驗證試驗可通過多媒體形象的向?qū)W生展示[1]，將抽象問題具體化生動化，從而使學(xué)生獲得更為深刻的理解和認(rèn)知，關(guān)鍵知識點(diǎn)或過程教師可以選擇在黑板上進(jìn)行詳細(xì)推導(dǎo)，以便學(xué)生集中注意重點(diǎn)學(xué)習(xí)。此外，教師還可在授課時在學(xué)習(xí)平臺上開啟錄制模式，課后上傳至學(xué)習(xí)平臺以供學(xué)生反復(fù)觀看。

2.3 理論與實踐緊密聯(lián)系

材料化學(xué)是一門理論與工程實踐聯(lián)系非常緊密的課程，在高校里最合適的實踐就是做實驗。高校有必要針對材料化學(xué)開設(shè)相應(yīng)實驗課以便于訓(xùn)練學(xué)生的動手能力，實驗是在理論的指導(dǎo)下進(jìn)行的，而每次實驗的完成也是對理論知識的鞏固[4]。例如，新材料的制備、性能測試和應(yīng)用等都是通過實驗完成，學(xué)生在有一定知識儲備的基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗操作，不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生實際的動手能力，還能強(qiáng)化學(xué)生對理論知識的理解和掌握。此外，教師在授課時也應(yīng)在一定程度上脫離教材，與實際相結(jié)合，在引入新章節(jié)或講解完知識點(diǎn)后適當(dāng)列舉相關(guān)方面的成功案例，在吸引學(xué)生注意力的同時，讓學(xué)生更好的理解和掌握相關(guān)知識。

2.4 完善教學(xué)考核方式

綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是社會發(fā)展的需要，教學(xué)考核是考察學(xué)生掌握知識程度和檢驗教師教學(xué)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，我們希望它不是一味的只追求分?jǐn)?shù)或等級，而是能夠真實地反應(yīng)教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)情況。作為一門舉足輕重的專業(yè)課，材料化學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生實事求是、晨兢夕厲的科學(xué)態(tài)度和敢為人先的創(chuàng)新精神，應(yīng)該采取形式多樣的考核方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教師的教學(xué)質(zhì)量。例如，在平時成績中教師不應(yīng)只注重學(xué)生的出勤情況，更應(yīng)該注重學(xué)生的課堂表現(xiàn)，如果某些同學(xué)積極回答問題，發(fā)表自己的見解，或是主動思考，提出心中所惑，這些都可以作為平時成績中的加分項以示鼓勵[6]；有些同學(xué)可能理論知識稍顯薄弱但動手能力極強(qiáng)，那在學(xué)期末的考核中能否增添實驗技能考核這一項，將學(xué)生的綜合成績按權(quán)重分為卷面成績和實驗成績兩部分呢？這些方式都可以用來完善現(xiàn)有的教學(xué)評價體系，以便更全面的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

3 結(jié)束語

材料化學(xué)作為一門影響眾多行業(yè)和領(lǐng)域的重要學(xué)科，它在高等教育中的地位不言而喻，但我們發(fā)現(xiàn)目前“材料化學(xué)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀并不盡人意。通過分析該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和教學(xué)評價，對該現(xiàn)狀的原因進(jìn)行了剖析，發(fā)現(xiàn)了教材自身局限性、教學(xué)方式單一、理論與實踐聯(lián)系不緊密和教學(xué)評價方式不完善等四個方面的突出問題，并針對每個問題提出了相應(yīng)的解決建議和措施。希望本文能夠?qū)Σ牧匣瘜W(xué)教學(xué)的改進(jìn)和提高起到一定的指導(dǎo)作用，也希望通過大家的不斷努力，盡早探索出一條符合現(xiàn)在甚至未來社會的人才需求的教學(xué)方法。