“稀土材料與應(yīng)用”課程教學(xué)模式探索

江慶政，黃維清

（江西理工大學(xué)，江西贛州 341000）

一、“稀土材料與應(yīng)用”課程介紹

本課程以“金屬學(xué)”“稀土元素化學(xué)”“現(xiàn)代儀器分析與測(cè)試”等為選修課程，是為高年級(jí)冶金工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)選修課程?！跋⊥敛牧吓c應(yīng)用”課程開設(shè)的目的是拓展學(xué)生稀土功能材料相關(guān)內(nèi)容的知識(shí)面，通過(guò)對(duì)各種稀土材料的性質(zhì)、作用原理、制備技術(shù)、應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)等相關(guān)理論基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，掌握各稀土材料的制備技術(shù)及稀土在各類材料中所起作用的機(jī)理，重點(diǎn)掌握稀土磁性材料、稀土儲(chǔ)氫及稀土發(fā)光材料的性能、制備技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域及其發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)，為學(xué)生們以后從事稀土功能材料的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工作奠定一定的基礎(chǔ)。課程主要教學(xué)目標(biāo)有2個(gè)。第一個(gè)教學(xué)目標(biāo)是：通過(guò)本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在掌握相關(guān)文獻(xiàn)查詢方法的基礎(chǔ)上，能較好運(yùn)用稀土元素在各類材料中所起作用的機(jī)理較深入地分析稀土材料的制備過(guò)程及其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)是：掌握科研文獻(xiàn)高效查詢的途徑和檢索方法，能夠利用各種資源尋求解決復(fù)雜冶金問(wèn)題的多種可選方案和較優(yōu)方案。第二個(gè)教學(xué)目標(biāo)是：通過(guò)課堂教學(xué)與自主學(xué)習(xí)相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，強(qiáng)化學(xué)生終身學(xué)習(xí)的思想意識(shí)；同時(shí)，使學(xué)生能夠追蹤稀土材料領(lǐng)域最新的研究成果和進(jìn)展，初步掌握從事稀土功能材料研究的基本方法，為改進(jìn)現(xiàn)有稀土材料制備工藝、發(fā)展新材料、有預(yù)見性地控制生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)是：能夠認(rèn)識(shí)到在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的大背景下自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的必要性，具有通過(guò)跟蹤本專業(yè)的學(xué)科前沿和發(fā)展趨勢(shì)，從而獲取和掌握新知識(shí)的能力。

教師采用“講授式”“案例式”“啟發(fā)式”等多種教學(xué)方法，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂形式，通過(guò)讓學(xué)生分組自主查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上制作幻燈片并在課堂上進(jìn)行匯報(bào)展示，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)稀土材料的發(fā)展前沿與應(yīng)用動(dòng)態(tài)的理解，鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生資料查詢、檢索和文獻(xiàn)綜述的能力。

“稀土材料與應(yīng)用”課程共32學(xué)時(shí)，2個(gè)學(xué)分，主要包含以下章節(jié)的內(nèi)容：稀土資源及其材料應(yīng)用、稀土元素及其化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、稀土材料的制備、稀土玻璃和陶瓷材料、稀土發(fā)光材料、稀土磁性材料、稀土儲(chǔ)氫材料和稀土催化材料。由于學(xué)時(shí)有限，而涉及到的教學(xué)內(nèi)容較多，本課程對(duì)稀土磁性材料和稀土發(fā)光材料兩類應(yīng)用較為廣泛的稀土功能材料進(jìn)行了重點(diǎn)講授。本課程的考核由兩部分組成，基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度主要以期末考查形式提交科技論文。論文為綜述一類稀土材料，包括材料的制備原理，制備方法與技術(shù)、國(guó)內(nèi)外研究前沿與熱點(diǎn)、主要應(yīng)用領(lǐng)域及對(duì)材料性能的要求，相關(guān)產(chǎn)業(yè)瓶頸等；平時(shí)表現(xiàn)由課堂表現(xiàn)、課堂報(bào)告和課后作業(yè)方面進(jìn)行綜合考核。

二、“稀土材料與應(yīng)用”課程問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

為充分了解課程教學(xué)效果和總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，面向2021年度和2022年度選修了該門課程的冶金專業(yè)學(xué)生就“稀土材料與應(yīng)用”的課程內(nèi)容、授課方式、學(xué)習(xí)效果、改進(jìn)建議等多個(gè)方面進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷調(diào)查主要設(shè)置了學(xué)生專業(yè)背景分析、課程教學(xué)方式、課程教學(xué)內(nèi)容、課程授課效果四個(gè)方面，每個(gè)方面的問(wèn)卷內(nèi)容和調(diào)查結(jié)果如下。

（一）學(xué)生專業(yè)背景分析

該方面設(shè)置的問(wèn)題有“你認(rèn)為‘稀土材料與應(yīng)用’這門課在哪個(gè)年級(jí)段開設(shè)比較合適？”“你對(duì)稀土材料學(xué)領(lǐng)域最新的研究成果是通過(guò)哪些渠道了解到的？”

由于稀土材料學(xué)專業(yè)性強(qiáng)、涉及面廣、概念繁多，且與冶金、物理、化學(xué)、電子信息等多學(xué)科交叉和滲透[1]，需要先修“金屬學(xué)”“稀土元素化學(xué)”“現(xiàn)代儀器分析與測(cè)試”等課程，認(rèn)為此課程應(yīng)在大三或大四開設(shè)的同學(xué)比例高達(dá)92%。學(xué)生們對(duì)稀土材料相關(guān)知識(shí)的了解大多來(lái)自于任課教師的課堂講解，其次是通過(guò)查閱資料、課外閱讀或電視、新聞報(bào)道等途徑了解。

（二）課程教學(xué)方式

“稀土材料與應(yīng)用”課程與稀土材料產(chǎn)業(yè)直接對(duì)口，授課教師不僅要有較好的理論知識(shí)功底，還需要有一定的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。目前，該課程的教學(xué)仍然較多依賴多媒體設(shè)備，以課堂理論知識(shí)教學(xué)為主，教學(xué)方式不夠豐富，未能充分培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力。張明遠(yuǎn)等[2]人認(rèn)為，現(xiàn)行教學(xué)體系中對(duì)學(xué)生工程素質(zhì)方面能力的培養(yǎng)程度不夠，冶金專業(yè)學(xué)生工程意識(shí)不足，而培養(yǎng)出具有工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的冶金專業(yè)本科生卻是卓越工程師和高素質(zhì)冶金專業(yè)人才的關(guān)鍵一環(huán)。

為充分了解學(xué)生對(duì)課程教學(xué)方式的建議，該方面設(shè)置的問(wèn)題有：“你是否希望‘稀土材料與應(yīng)用’這門課有課程實(shí)踐環(huán)節(jié)？”“你認(rèn)為哪種教學(xué)模式比較適合‘稀土材料與應(yīng)用’這門課？”“這門課程采用的授課方法，哪些你比較感興趣？”“你認(rèn)為教師在該課程教學(xué)上還需要做哪些改進(jìn)？請(qǐng)寫上你建議的內(nèi)容”。

僅有2.63%同學(xué)選擇了單純的線上教學(xué)來(lái)開展該課程的教學(xué)，大部分同學(xué)都認(rèn)為線下教學(xué)更適合此課程。60.53%的同學(xué)傾向于采用案例式教學(xué)法來(lái)進(jìn)行授課，44.74%的同學(xué)也選擇了參觀研學(xué)體驗(yàn)式教學(xué)法，且超過(guò)一半的同學(xué)希望此門課程開設(shè)實(shí)踐環(huán)節(jié)方面的內(nèi)容。本門課程32學(xué)時(shí)全部是理論教學(xué)，學(xué)生在對(duì)此課程的改進(jìn)建議中，主要集中在開設(shè)教學(xué)實(shí)踐方面，比例達(dá)到36.84%，而針對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)方法方面的建議較少。理論教學(xué)課程之余，帶領(lǐng)選課學(xué)生參觀了50公斤級(jí)燒結(jié)釹鐵硼中試示范線，同學(xué)們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)觀察并對(duì)稀土永磁材料的主要制備工序提出了針對(duì)性的問(wèn)題，表現(xiàn)出了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到了在實(shí)踐中學(xué)習(xí)的效果。

（三）課程教學(xué)內(nèi)容

學(xué)科交叉融合是自然科學(xué)發(fā)展的必然趨勢(shì)[3]，諾貝爾獎(jiǎng)中已有將近一半的獎(jiǎng)項(xiàng)頒給了學(xué)科交叉的合作研究[4]。把握交叉學(xué)科的發(fā)展是一流大學(xué)建設(shè)的重要內(nèi)容[5]。如英國(guó)牛津大學(xué)、劍橋大學(xué)、美國(guó)麻省理工學(xué)院等很早就從課程設(shè)置、內(nèi)容挖掘、選課制度等各方面積極推進(jìn)學(xué)科間的交叉融合[6-7]。我國(guó)高等院校于20世紀(jì)90年代末逐漸開始摸索學(xué)科交叉課程的教學(xué)模式。針對(duì)冶金傳統(tǒng)學(xué)科與其他學(xué)科之間的交叉融合，國(guó)內(nèi)高校也進(jìn)行了相關(guān)的探索。

“稀土材料與應(yīng)用”課程涉及到的理論知識(shí)點(diǎn)較多且較為枯燥，較難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教師可利用融合教學(xué)與交叉學(xué)科知識(shí)以豐富教學(xué)內(nèi)容，充分將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用生動(dòng)結(jié)合起來(lái)，從而提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的自主思考和學(xué)習(xí)能力，加深學(xué)生對(duì)稀土材料的全面認(rèn)識(shí)。

課程教學(xué)內(nèi)容方面設(shè)置的問(wèn)題主要有“你認(rèn)為‘稀土材料與應(yīng)用’課程中是否需要融合交叉學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)？”“你認(rèn)為稀土材料與應(yīng)用這門課程如果采用“1+X”教學(xué)模式，與哪些學(xué)科知識(shí)進(jìn)行融合教學(xué)比較好（備注：采用“1+X”教學(xué)模式，即稀土材料方向+X個(gè)交叉學(xué)科，如物理、化學(xué)、稀土采選、冶煉分離、環(huán)境保護(hù)）”“你希望通過(guò)‘稀土材料與應(yīng)用’這門課，能了解哪些交叉學(xué)科專業(yè)知識(shí)點(diǎn)？”“你對(duì)本課程講解的內(nèi)容能掌握到什么程度？”“通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，哪些內(nèi)容你掌握得較好?”“你認(rèn)為‘稀土材料與應(yīng)用’課程的難易程度如何？”

筆者通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷發(fā)現(xiàn)，“稀土材料與應(yīng)用”這門課程應(yīng)融合交叉學(xué)科知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行授課的同學(xué)比例高達(dá)86.84%，且主要集中于與物理和化學(xué)學(xué)科知識(shí)的融合教學(xué)。大部分同學(xué)希望通過(guò)此門課程了解環(huán)境保護(hù)、稀土采選方面的交叉學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)。同學(xué)們對(duì)稀土磁性材料和稀土發(fā)光材料表現(xiàn)出較為濃厚的學(xué)習(xí)興趣，感興趣同學(xué)的比例分別達(dá)到了55%和63%，這可能與相關(guān)內(nèi)容的學(xué)時(shí)較多，內(nèi)容講解較為詳細(xì)有一定的關(guān)聯(lián)。86.84%的同學(xué)認(rèn)為此門課程內(nèi)容難易適中，10.53%的同學(xué)認(rèn)為偏難，偏難點(diǎn)主要集中于相關(guān)稀土材料的基礎(chǔ)理論研究方面，如稀土磁性材料的矯頑力增強(qiáng)機(jī)制。

（四）課程授課效果

該方面設(shè)置的問(wèn)題有：“通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，你會(huì)對(duì)稀土材料學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣嗎?”“本課程學(xué)習(xí)之后，你是否會(huì)繼續(xù)關(guān)心稀土材料的未來(lái)發(fā)展?”“你在學(xué)習(xí)‘稀土材料與應(yīng)用’這門課中最大的收獲是什么？”

所有同學(xué)都對(duì)稀土材料的相關(guān)知識(shí)表現(xiàn)出了一定的興趣。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生后續(xù)會(huì)關(guān)注稀土領(lǐng)域相關(guān)進(jìn)展的學(xué)生比例高達(dá)97.37%，且有55.26%的學(xué)生表示在碰到相關(guān)報(bào)道后會(huì)進(jìn)一步關(guān)注和學(xué)習(xí)了解。

本次問(wèn)卷最后一題調(diào)研了學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課之后的收獲，學(xué)生們的回答主要有：“對(duì)稀土材料及其應(yīng)用有了更全面的了解”“學(xué)會(huì)了稀土永磁材料的制備技術(shù)及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域”“了解到了稀土材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)”“通過(guò)這門課程，了解到了稀土產(chǎn)業(yè)的大致現(xiàn)狀，以及各種稀土材料的具體應(yīng)用領(lǐng)域以及相關(guān)的技術(shù)和制備方法，對(duì)稀土以及稀土的應(yīng)用有了更加直觀和更深層次的了解”。從中可以看出，該課程取得了較好的教學(xué)效果，在一定程度上激發(fā)了學(xué)生對(duì)稀土材料的學(xué)習(xí)興趣，有效提高了學(xué)生對(duì)稀土材料及其相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)注度。

三、“稀土材料與應(yīng)用”課程教學(xué)改進(jìn)建議

稀土材料涉及種類繁多，應(yīng)用領(lǐng)域較廣。課程學(xué)時(shí)有限，無(wú)法將每一種稀土材料的制備關(guān)鍵技術(shù)、原理、應(yīng)用領(lǐng)域和研究前沿等詳細(xì)講解，如何充分利用有限的學(xué)時(shí)，優(yōu)化課堂教學(xué)效果，提高同學(xué)們對(duì)稀土材料的認(rèn)知能力？教師需要不斷地改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。針對(duì)以上問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果，可從以下三個(gè)方面來(lái)進(jìn)一步來(lái)優(yōu)化教學(xué)模式：

一是注重學(xué)科交叉，將物理、化學(xué)、冶金、選礦、礦物加工、電子信息等學(xué)科知識(shí)與稀土材料的制備、應(yīng)用等融合教學(xué)。例如，在講解稀土永磁關(guān)鍵制備技術(shù)時(shí)，教師通過(guò)提問(wèn)學(xué)生“為什么釹鐵硼主要選用質(zhì)量百分比為20：80或者25：75的鐠釹合金作為原材料”，引導(dǎo)學(xué)生將稀土材料學(xué)與采礦學(xué)、礦物加工、冶金學(xué)科知識(shí)連接起來(lái)，樹立稀土全產(chǎn)業(yè)鏈的整體意識(shí)。隨著我國(guó)碳達(dá)峰和碳中和政策的提出，稀土材料加速向新能源領(lǐng)域滲透，可將稀土永磁材料、稀土儲(chǔ)氫材料、稀土催化材料在環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗等方面進(jìn)行著重講解。

二是挖掘稀土材料應(yīng)用實(shí)例，最大程度提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和優(yōu)化課堂教學(xué)效果。以磁力起重設(shè)備為例，一方面，講述稀土永磁起重設(shè)備的節(jié)電效果；另一方面，有效避免了原來(lái)電磁鐵起重設(shè)備斷電引起的嚴(yán)重安全事故。同時(shí)，提問(wèn)稀土永磁起重設(shè)備是如何巧妙地吊起和卸載鋼鐵材料，增加課堂趣味度以提升學(xué)生對(duì)枯燥稀土磁性材料理論知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情。

三是理論聯(lián)系實(shí)踐，牢牢把握稀土材料科研前沿，注重將枯燥的理論知識(shí)與產(chǎn)業(yè)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。教師通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生參觀國(guó)家稀土功能材料創(chuàng)新中心、稀土材料相關(guān)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室并采用線上方式邀請(qǐng)稀土產(chǎn)業(yè)技術(shù)人員講解產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與技術(shù)瓶頸，加深學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)點(diǎn)及稀土材料產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和創(chuàng)新能力。