“材料與化工現(xiàn)代研究方法”課程研討式教學(xué)方法探討

摘要：“材料與化工現(xiàn)代研究方法”是材料與化工專(zhuān)業(yè)碩士研究生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。為完善材料與化工專(zhuān)業(yè)研究生教學(xué)的課程建設(shè)，促進(jìn)師生、生生間的互動(dòng)和交流，提高研究生教學(xué)質(zhì)量，通過(guò)探討課程研討式教學(xué)方法研究步驟，分析其在教學(xué)改革中的應(yīng)用效果，提出優(yōu)化策略。通過(guò)實(shí)施研討式教學(xué)，提高研究生參與度，培養(yǎng)其獨(dú)立思考與解決問(wèn)題的能力，為材料與化工領(lǐng)域培養(yǎng)具備創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才。

關(guān)鍵詞：材料與化工；教學(xué)方法；研討式教學(xué)

2021年，教育部、工業(yè)和信息化部、中國(guó)工程院聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》，主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革挑戰(zhàn)，加快培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的卓越工程科技人才。新工科專(zhuān)業(yè)如何為新型工業(yè)化培育人才［1］，成為新時(shí)期高校深化專(zhuān)業(yè)課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革必須準(zhǔn)確把握的根本問(wèn)題。新材料是新型工業(yè)化高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐，更是搶占未來(lái)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展制高點(diǎn)的重要領(lǐng)域［2］。因此，材料與化工領(lǐng)域高層次人才的培養(yǎng)對(duì)于推進(jìn)新型工業(yè)化至關(guān)重要。

“材料與化工現(xiàn)代研究方法”作為面向材料與化工專(zhuān)業(yè)研究生的專(zhuān)業(yè)課程，其課程教學(xué)目標(biāo)在于使研究生掌握材料和化工領(lǐng)域中常用的分析測(cè)試方法，包括X射線衍射分析、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、紫外可見(jiàn)光吸收光譜、紅外光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜、差示掃描量熱儀、熱重分析儀和動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀等。此課程的學(xué)習(xí)對(duì)培養(yǎng)研究生的材料與化工專(zhuān)業(yè)知識(shí)、實(shí)踐創(chuàng)新能力以及工程意識(shí)有重要作用［3］，可為研究生今后從事材料與化工等新型工業(yè)化工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1存在問(wèn)題分析

目前“材料與化工現(xiàn)代研究方法”課程實(shí)施過(guò)程中由于選課學(xué)生基礎(chǔ)差異較大，普遍存在教材深度過(guò)大、教學(xué)內(nèi)容與工程實(shí)際結(jié)合性不強(qiáng)等問(wèn)題。根據(jù)工科專(zhuān)業(yè)研究生的培養(yǎng)特點(diǎn)，傳統(tǒng)的“滿堂灌”教學(xué)方式缺乏適當(dāng)?shù)膸熒?dòng)，研究生的學(xué)習(xí)積極性不高。傳統(tǒng)教學(xué)方式不利于新時(shí)代研究生科研思維的訓(xùn)練及科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。此外，本課程基礎(chǔ)概念多、知識(shí)點(diǎn)雜、理論性強(qiáng)，對(duì)于研究生基礎(chǔ)理論的掌握和實(shí)踐技能的培養(yǎng)均難達(dá)到預(yù)期效果［4］。如何在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)讓研究生掌握各種研究方法，激發(fā)研究生的探究心理，提高其圖譜解析能力、創(chuàng)新能力及問(wèn)題解決能力，是目前此課程教學(xué)中迫切需要解決的問(wèn)題。因此，擬在課程中引入研討式教學(xué)，將“教師提出問(wèn)題—學(xué)生回答問(wèn)題”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皠?chuàng)設(shè)問(wèn)題情境—師生互動(dòng)”模式，由研究生自主查找資料，提出解決問(wèn)題的方法，令其在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)熟練掌握本課程中各種研究方法，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)評(píng)價(jià)方面進(jìn)行改革與探索。

2研討式教學(xué)方法在“材料與化工現(xiàn)代研究方法”課程中的應(yīng)用

2.1研討式教學(xué)方法的特點(diǎn)

研討式教學(xué)最早出現(xiàn)于18世紀(jì)，是德國(guó)大學(xué)古典文學(xué)、哲學(xué)和語(yǔ)言學(xué)領(lǐng)域的一種教學(xué)模式［5］。研討式教學(xué)所構(gòu)筑的民主、平等和現(xiàn)代的師生關(guān)系以及交互式的交流途徑，有利于實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。該方法可對(duì)學(xué)生崇尚真知、質(zhì)疑權(quán)威、追求民主的精神以及創(chuàng)新卓越意識(shí)進(jìn)行塑造，使其擁有自由精神、獨(dú)立思想和創(chuàng)新思維［6］。

2.2研討式教學(xué)方法的實(shí)施步驟

（1） 確定研討主題：通過(guò)優(yōu)化并深入分析課程教學(xué)內(nèi)容，選取合適教學(xué)內(nèi)容或有針對(duì)性的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)行研討式教學(xué)。研討主題除了要與教學(xué)內(nèi)容緊密相扣外，需要聚焦材料與化工領(lǐng)域的難點(diǎn)、熱點(diǎn)或疑點(diǎn)問(wèn)題，盡量與實(shí)際生活或現(xiàn)實(shí)問(wèn)題相聯(lián)系，更應(yīng)考慮研究生自身專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)與知識(shí)儲(chǔ)備、難易程度相適宜。比如，為加深研究生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，同時(shí)鞏固已學(xué)掃描電子顯微鏡的相關(guān)知識(shí)，在學(xué)習(xí)透射電子顯微鏡新知識(shí)點(diǎn)之前，教師提前發(fā)布“透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡儀器原理及結(jié)構(gòu)的異同”的研討主題，讓研究生借助上節(jié)課中掃描電子顯微鏡知識(shí)的學(xué)習(xí)思路進(jìn)行提前預(yù)習(xí)及整理相關(guān)資料。

（2） 分組討論：根據(jù)研討主題，將不同經(jīng)歷、不同層次的學(xué)生進(jìn)行有意識(shí)的優(yōu)化組合，分為若干小組，每個(gè)小組圍繞研討主題展開(kāi)討論，形成針對(duì)該研討主題的初步觀點(diǎn)和結(jié)論。分組時(shí)，不提倡學(xué)生自愿組合，特別是盡量做到不同研討主題中研究生小組成員間有所區(qū)別。

（3） 全班交流：教師發(fā)布研討主題，讓研究生明確研討目的、研討任務(wù)及研討要求，緊扣教學(xué)中心，組織研究生分組進(jìn)行短時(shí)間研討。課堂上教師可在講述教學(xué)內(nèi)容前或在講授基本理論知識(shí)后，發(fā)布研討主題。比如，通過(guò)發(fā)布“玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的測(cè)試方法”主題，待研究生研討總結(jié)出熱分析法、動(dòng)態(tài)力學(xué)方法、核磁共振法、介電松弛法等幾種測(cè)試玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的方法后，教師引出熱分析法相關(guān)課程內(nèi)容的講述。教師在講授完透射電子顯微鏡的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀后，針對(duì)“透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡儀器原理及結(jié)構(gòu)的異同”主題進(jìn)行分組研討，引導(dǎo)研究生就透射電子顯微鏡的儀器結(jié)構(gòu)、工作原理及樣品的制備方法等進(jìn)行研討。在有限時(shí)間內(nèi)每組形成觀點(diǎn)后，推選代表進(jìn)行發(fā)言，后一組研究生代表對(duì)上一組的發(fā)言進(jìn)行補(bǔ)充迭代。

（4） 教師總結(jié)：針對(duì)“透射電子顯微鏡和掃描電子顯微鏡儀器原理及結(jié)構(gòu)的異同”主題研討后，教師對(duì)各研究生小組的討論發(fā)言進(jìn)行點(diǎn)評(píng)和總結(jié)，指出可改善空間，提出合理化建議，最終由師生總結(jié)兩種測(cè)試方法在儀器原理及結(jié)構(gòu)方面的異同點(diǎn)，既回顧掃描電子顯微鏡理論知識(shí)，又學(xué)習(xí)透射電子顯微鏡知識(shí)點(diǎn)，為以后研究生科研工作中儀器選擇提供幫助。同時(shí)，根據(jù)研究生對(duì)研討式學(xué)習(xí)效果的反饋，教師進(jìn)行整體評(píng)估，及時(shí)對(duì)研討主題的設(shè)置、討論形式以及評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，為研討式教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn)。

3研討式教學(xué)方法在教改中的應(yīng)用效果及優(yōu)化策略

3.1應(yīng)用效果

首先，研究生出勤率連續(xù)兩年為100%，說(shuō)明研究生整體對(duì)本課程的認(rèn)可度較高且學(xué)習(xí)興趣較高。其次，連續(xù)實(shí)施兩年研討式教學(xué)后，研究生普遍反映研討式教學(xué)方法的實(shí)施可有效提高其課程參與度，提升其學(xué)習(xí)熱情。有研究生表示非常享受研討式教學(xué)過(guò)程，更有研究生表示其溝通能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和獨(dú)立思考能力有明顯提高。另有研究生表示，掃描電鏡及X射線衍射譜等分析方法的學(xué)習(xí)，解決了目前其科研工作中遇到的復(fù)合材料微觀成分定性分析問(wèn)題，加快了科研進(jìn)度。此外，研究生對(duì)該課程的學(xué)生評(píng)教連續(xù)兩年超過(guò)96分。

3.2優(yōu)化策略

（1） 優(yōu)化教學(xué)團(tuán)隊(duì)：課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所及青島九維華盾科技研究院有限公司共同建設(shè)本課程。根據(jù)學(xué)校教學(xué)團(tuán)隊(duì)中授課教師的專(zhuān)業(yè)背景分配教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)派遣授課教師定期到企業(yè)進(jìn)行學(xué)習(xí)、培訓(xùn)和實(shí)踐，使教師充分了解企業(yè)實(shí)際需求，便于教師在研討課堂上理論聯(lián)系實(shí)際。

（2） 加強(qiáng)教師引導(dǎo)：針對(duì)研究生在研討式教學(xué)過(guò)程中發(fā)表的錯(cuò)誤觀點(diǎn)或含糊不清的概念，教師及時(shí)糾正，充分發(fā)揮自身引導(dǎo)作用。針對(duì)掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的分辨率問(wèn)題，有研究生將分辨率與放大倍數(shù)混淆，教師授課過(guò)程中及時(shí)給出分辨率的定義，引發(fā)其進(jìn)一步思考，及時(shí)更正知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)教師根據(jù)研究生對(duì)問(wèn)題的反饋情況，了解研究生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況，及時(shí)調(diào)整課堂進(jìn)度，保障課堂教學(xué)有序進(jìn)行。

（3） 豐富研討主題：結(jié)合材料與化工領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展和熱點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)整合優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，豐富研討主題，拓展教學(xué)內(nèi)容的深度與廣度。比如，邀請(qǐng)中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所資深教師就能源材料領(lǐng)域研究進(jìn)展進(jìn)行科普，結(jié)合能源材料制備、改性研究、界面研究及器件制作表征等，深入講解研究思路及其最新研究成果。根據(jù)研究生今后所從事的科研方向交流研討，研討主題設(shè)定為功能材料及其應(yīng)用，圍繞防腐抗菌復(fù)合材料、生物醫(yī)學(xué)水凝膠材料、仿生柔性材料、電磁屏蔽隱身材料、電致變色材料、自清潔超疏水材料等主題，引導(dǎo)研究生探討與功能材料相關(guān)的工程產(chǎn)品，思考功能材料應(yīng)用領(lǐng)域的研究難點(diǎn)，研討可能的功能材料研究方向。同時(shí)，協(xié)調(diào)本校相關(guān)部門(mén)，有效利用本校儀器共享平臺(tái)，組織研究生積極參觀并親自實(shí)際操作相關(guān)大型測(cè)試儀器。邀請(qǐng)青島九維華盾科技研究院有限公司高級(jí)工程師，結(jié)合企業(yè)高產(chǎn)值的鋰電隔膜改性實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)，加深理論基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，提升實(shí)驗(yàn)操作技能，為之后的科研工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（4） 完善評(píng)價(jià)體系：改變理論知識(shí)考試的單一考核方式，引入研究生研討式教學(xué)課堂表現(xiàn)的考核方式，結(jié)合出勤率、實(shí)驗(yàn)操作技能和數(shù)據(jù)處理能力考核方式，綜合考評(píng)研究生綜合科研素養(yǎng)能力。比如，在學(xué)習(xí)過(guò)紅外吸收光譜、核磁共振波譜及波譜綜合解析步驟后，教師給出4種化合物的譜圖綜合解析實(shí)例C5H10O、C9H10O2、C8H19N和C10H12O3，并將研究生分為4組研討，每組通過(guò)不飽和度計(jì)算、紅外光譜解析、核磁共振氫譜及碳譜解析，最終推斷化合物的精細(xì)有機(jī)結(jié)構(gòu)，并推舉代表講解解析過(guò)程，教師根據(jù)匯報(bào)情況，對(duì)每組數(shù)據(jù)處理能力進(jìn)行打分。

4結(jié)論

研討式教學(xué)方法在“材料與化工現(xiàn)代研究方法”課程中的應(yīng)用取得了顯著成效，有效提高了研究生的參與度與學(xué)習(xí)效果，且有利于豐富教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，可為材料學(xué)科領(lǐng)域教學(xué)改革研究提供借鑒。然而，教學(xué)方法的改革是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，完善教學(xué)策略。未來(lái)，我們將繼續(xù)探索和實(shí)踐研討式教學(xué)方法，為材料與化工領(lǐng)域培養(yǎng)更多具備創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才。

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