《材料科學(xué)前沿》課程建設(shè)的探索與實(shí)踐

宋述鵬+周和榮+沈冬冬

摘 要 基于《材料科學(xué)前沿》課程的教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)大綱的要求，對該課程的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法進(jìn)行初步探討和分析，對課程論文考核方式進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞 材料科學(xué)前沿 教學(xué)目標(biāo) 課程論文

中圖分類號：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

《材料科學(xué)前沿》課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)課。課程的目標(biāo)是要求學(xué)生了解材料科學(xué)研究前沿新動(dòng)態(tài)，新材料的合成與制備方法和技術(shù)以及新材料的研發(fā)對現(xiàn)代材料市場可能產(chǎn)生的影響。課程主要向?qū)W生介紹近幾年內(nèi)材料學(xué)科的熱門研究方向，介紹新材料的物理化學(xué)特征及新材料產(chǎn)業(yè)與材料科學(xué)前沿之間相互依賴關(guān)系與發(fā)展規(guī)律，學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)能了解新材料的研究領(lǐng)域及相關(guān)的新材料表征技術(shù)。通過近幾年來對該課程的實(shí)踐教學(xué)，筆者主要闡述學(xué)習(xí)該課程的重要性，通過實(shí)例教學(xué)來擴(kuò)展學(xué)生的知識面，從而提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，教學(xué)過程中注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力，探索如何讓學(xué)生全面了解材料科學(xué)前沿領(lǐng)域?yàn)槟繕?biāo)的課程教學(xué)新模式，同時(shí)就如何進(jìn)行課堂討論和課程論文設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了改革，并在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及考核方式等方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐。

1以材料研究前沿動(dòng)態(tài)為指引，拓展教學(xué)內(nèi)容

本課程是針對理工科學(xué)生開設(shè)的，其內(nèi)容可分為前沿動(dòng)態(tài)和新技術(shù)發(fā)展兩個(gè)部分。課程基于ESI數(shù)據(jù)庫中多個(gè)研究前沿，根據(jù)材料學(xué)科的特點(diǎn)，甄選出了2014-2015年排名前10的熱點(diǎn)研究前沿和5個(gè)新興研究方向，涉及材料科學(xué)及材料結(jié)構(gòu)表征領(lǐng)域。

在前沿動(dòng)態(tài)教學(xué)方面，主要學(xué)習(xí)材料學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)和國內(nèi)外最新報(bào)道的新材料制備技術(shù)和實(shí)驗(yàn)研究方法。在新技術(shù)發(fā)展方面，主要集中在現(xiàn)代高新產(chǎn)業(yè)中正在實(shí)施產(chǎn)業(yè)化的新材料制備技術(shù)以及新材料研發(fā)過程中采用的先進(jìn)工藝和方法。這兩部分涉及知識范圍較廣，因此課程教學(xué)過程中注重新知識和新理論的系統(tǒng)化，需要不斷更新國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)態(tài)，注重先新實(shí)驗(yàn)技術(shù)的介紹，以知名科學(xué)家及其科研團(tuán)隊(duì)的最新研究結(jié)果來增強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提高保障。課程中對于實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)備的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該與最新設(shè)備和最新技術(shù)相一致，因此在教學(xué)過程中向?qū)W生提供如Nature和Science等專業(yè)期刊網(wǎng)站的鏈接，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野。

2引導(dǎo)學(xué)生探索材料研發(fā)新領(lǐng)域，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

當(dāng)前課程教學(xué)面臨的主要問題在于學(xué)生對新技術(shù)和新方法缺乏重視和認(rèn)可，結(jié)果造成教學(xué)的低效率。因此在教學(xué)過程中，要注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新學(xué)習(xí)的意識，逐步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生主動(dòng)在課后有興趣去網(wǎng)絡(luò)搜索課堂介紹的新材料和新技術(shù)。科學(xué)興趣的培養(yǎng)是學(xué)生能夠在該課程有所收獲的基本前提，所以在教學(xué)中必須從科研實(shí)例引出技術(shù)問題，從技術(shù)問題引出科學(xué)概念，由科學(xué)概念引出解決問題的方法，讓學(xué)生能夠充分理解、思考所學(xué)的內(nèi)容。課程基于材料科學(xué)研究前沿的分析為學(xué)生提供了獨(dú)特的視角去洞悉科學(xué)研究是如何展開的，揭示了不同研究者因探究科學(xué)問題產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)性。

課程中關(guān)于新技術(shù)的介紹一般理解起來比較抽象，在教學(xué)中時(shí)必須注重從現(xiàn)實(shí)生活中的直觀現(xiàn)象入手，解釋抽象的概念。教學(xué)計(jì)劃總學(xué)時(shí)主要分為兩部分，第一部分內(nèi)容涉及有材料科學(xué)進(jìn)展和前沿動(dòng)態(tài)；第二部分內(nèi)容涉及有先進(jìn)納米材料、先進(jìn)能源材料和先進(jìn)材料制備技術(shù)的應(yīng)用。在實(shí)踐教學(xué)過程中，要從以下三個(gè)方面對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選擇和側(cè)重：

（1）化學(xué)與材料科學(xué)研究前沿。由于本課程中化學(xué)與材料科學(xué)研究前沿所涉及的化學(xué)概念較多，因此學(xué)生必須對材料化學(xué)等前驅(qū)課程進(jìn)行回顧。這部分章節(jié)側(cè)重于選擇鈉離子電池電極材料、功能性金屬有機(jī)骨架化合物、銠催化的碳?xì)滏I活化反應(yīng)、基于石墨烯的光催化、石墨烯量子點(diǎn)的合成與應(yīng)用等前沿內(nèi)容。

（2）物理與材料科學(xué)研究前沿。由于本課程中物理與材料科學(xué)研究前沿所涉及的物理概念較多，因此學(xué)生必須對材料物理等前驅(qū)課程進(jìn)行回顧。這部分章節(jié)側(cè)重于選擇硅烯的生長與特性、堿金屬摻雜鐵硒超導(dǎo)體、高能量轉(zhuǎn)換效率聚合物太陽能電池、鐵基高溫超導(dǎo)等前沿內(nèi)容。

（3）在材料結(jié)構(gòu)表征新技術(shù)方面，為了增強(qiáng)學(xué)生對材料表征技術(shù)課程內(nèi)容的理解，將AFM、XPS、FESEM、HAADF、STEM、CEPC和SPPC等材料性能現(xiàn)代檢測方法與課程內(nèi)容有機(jī)地結(jié)合起來。

3立足金屬材料專業(yè)特色，促進(jìn)教學(xué)改革

該課程主要教學(xué)對象是參與金屬材料研究課題的學(xué)生，根據(jù)金屬材料專業(yè)的特點(diǎn)，課程應(yīng)當(dāng)使學(xué)生系統(tǒng)了解金屬材料研究的概況、最新研究成果和未來發(fā)展方向，掌握先進(jìn)金屬材料的主要用途和未來應(yīng)用發(fā)展趨勢；通過課堂講授和課堂討論，培養(yǎng)學(xué)生的材料科學(xué)素養(yǎng)、綜合素質(zhì)和綜合能力。該課程要充分考慮作為鋼鐵材料的組織控制專業(yè)人才所需要的基本理論知識和所應(yīng)具有的基本工作能力，所以教學(xué)內(nèi)容必須體現(xiàn)金屬材料專業(yè)的特色。

4完善課程論文的評價(jià)和考核方式，反映真實(shí)學(xué)習(xí)效果

本課程學(xué)習(xí)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，合理的考核機(jī)制既能夠監(jiān)管和督促學(xué)生學(xué)習(xí)，也能檢驗(yàn)學(xué)生對于章節(jié)的學(xué)習(xí)效果，反饋給教師正確的信息，促進(jìn)課程培養(yǎng)計(jì)劃的完善。本課程采用的考核方式是：教師布置題目，要求學(xué)生從高質(zhì)量的文獻(xiàn)出發(fā)沿著科學(xué)研究的發(fā)展道路，去歸納和總結(jié)該科學(xué)研究方法的來龍去脈，鼓勵(lì)學(xué)生越查越深、越查越新，再用PPT將所有資料匯總編輯，在課堂上講解給其他同學(xué)聽，同時(shí)進(jìn)行課堂討論和評價(jià)，最后寫成課程論文。在問題討論環(huán)節(jié)，教師要對課題講解的綱要進(jìn)行總結(jié)，供學(xué)生討論時(shí)參考。問題討論的開放性使學(xué)生的參與度提高了，學(xué)習(xí)興趣也必然增加。所以，課程考核通過PPT講解、問題討論和課程論文這三個(gè)環(huán)節(jié)來綜合評定成績，其中課程論文不作為唯一的考察學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段。