《有機(jī)功能材料與器件》課程教學(xué)改革初探

馮全友　解令海

【摘 要】本文針對化學(xué)專業(yè)和材料化學(xué)專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生專業(yè)選修課《有機(jī)功能材料與器件》提出了一些教學(xué)改革新思路。通過對該課程的教學(xué)改進(jìn)，增強(qiáng)學(xué)生在有機(jī)光電功能材料與器件的知識(shí)背景與專業(yè)技能，進(jìn)而提高學(xué)生在相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)踐能力、科研創(chuàng)新意識(shí)和能力。

【關(guān)鍵詞】有機(jī)半導(dǎo)體；光電器件；教學(xué)探討

中圖分類號(hào)： G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）09-0159-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.09.076

Discussion on “Functional Organic Materials and Devices” Course

FENG Quan-you XIE Ling-hai

（School of Materials Science and Engineering，Nanjing University Posts & Telecommunications，

Nanjing Jiangsu 210023，P.R.China）

【Abstract】In this article，we present some new thoughts and methods for teaching reform on Functional Organic Materials and Devices，the professional elective course for undergraduates and postgraduates majoring in chemistry， material chemistry and their related disciplines.The students knowledge and professional skills in the field of functional organic materials and devices should be enhanced through the teaching improvement of this course.Therefore，their capability of practical application and scientific research innovation could also be improved efficiently.

【Key words】Organic Semiconductors；Optoelectronic Devices；Research on Teaching

0 引言

自上世紀(jì)八九十年代來，有機(jī)/聚合物光電功能材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用受到了各國科學(xué)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。各類基于有機(jī)/聚合物半導(dǎo)體的光電器件被相繼開發(fā)并獲得了不斷的發(fā)展，如有機(jī)/聚合物發(fā)光二極管、有機(jī)太陽能電池、有機(jī)激光器等等。目前，部分基于有機(jī)功能材料的光電器件已達(dá)到了商業(yè)化的要求，并在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，如基于有機(jī)發(fā)光二極管的手機(jī)顯示屏。面對如此快速發(fā)展的有機(jī)光電子學(xué)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)，我國急需建設(shè)相關(guān)專業(yè)課程，培養(yǎng)一批掌握該領(lǐng)域的基本理論知識(shí)和專業(yè)技能的專業(yè)人才。因而，《有機(jī)功能材料與器件》的開設(shè)便應(yīng)運(yùn)而生了?！队袡C(jī)功能材料與器件》是一門新興交叉和前沿學(xué)科課程，是針對化學(xué)和材料化學(xué)及相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生設(shè)置的專業(yè)選修課。因?yàn)楸菊n程可能是在學(xué)生修完《有機(jī)電子學(xué)》的基礎(chǔ)上開設(shè)的，所以其培養(yǎng)目標(biāo)則與后者的課程較大不同。本課程的培養(yǎng)目標(biāo)是在學(xué)生對各類光電器件的原理有一定了解和掌握后，培養(yǎng)學(xué)生對有機(jī)功能材料及其相關(guān)光電器件應(yīng)用的專業(yè)興趣，了解有機(jī)半導(dǎo)體材料的各種結(jié)構(gòu)與器件功能的關(guān)系，再結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程掌握其實(shí)驗(yàn)技能，懂得有機(jī)光電功能器件的制備與測試。通過《有機(jī)功能材料與器件》的學(xué)習(xí)，能夠使得學(xué)生基本掌握分子功能性設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的思想和方法，掌握功能器件的基本原理，具有分析問題的能力，并具有用測試、分辨、評(píng)價(jià)、篩選新型功能器件的基本能力，能較熟練地掌握一種或幾種光電器件的制備工藝流程，具有設(shè)計(jì)功能性的基本思維并解決器件工藝中的問題能力。此外，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣、創(chuàng)新意識(shí)和能力，進(jìn)而可以在一定程度上解決當(dāng)前本科生和研究生科研意識(shí)淡薄、科研參與力度不高等突出問題，滿足目前有機(jī)光電高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)對專業(yè)技術(shù)人才的需求。因此，對《有機(jī)功能材料與器件》進(jìn)行教學(xué)探討具有重要積極意義。本文具體從以下幾個(gè)方面對該課程教學(xué)進(jìn)行初步的改革探討。

1 課程內(nèi)容改革

本課程為本科生或研究生進(jìn)入大學(xué)后的一門專業(yè)選修課。學(xué)生先修的課程有《有機(jī)化學(xué)》、《物理化學(xué)》、《高分子化學(xué)》、《材料物理》、《材料化學(xué)》和《有機(jī)電子學(xué)》等課程。所以該課程的教學(xué)內(nèi)容將盡可能地與之前所學(xué)課程尤其是《有機(jī)電子學(xué)》聯(lián)系起來，做到既不過多重復(fù)又有顯著區(qū)別。本課程將減少《有機(jī)電子學(xué)》中涉及的光電器件的工作原理部分電子學(xué)中重要的物理過程描述，而是以有機(jī)/聚合物半導(dǎo)體分子的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系為主線，結(jié)合有機(jī)半導(dǎo)體的四元設(shè)計(jì)原理，討論器件性能的影響因素。就本課程自身的特點(diǎn)而言，其涉及的教學(xué)內(nèi)容是當(dāng)前正在發(fā)展的國際科學(xué)研究熱點(diǎn)，所以本課程有類似與前沿講座的地方。如果固守教學(xué)大綱內(nèi)容一成不變，必將達(dá)不到本課程的教學(xué)目的，因而需要?jiǎng)討B(tài)及時(shí)地調(diào)整課程的教學(xué)大綱和授課內(nèi)容，適時(shí)地增加各光電器件應(yīng)用領(lǐng)域新的科學(xué)理念和研究成果，并培養(yǎng)和引導(dǎo)學(xué)生自己檢索和跟蹤相關(guān)文獻(xiàn)和研究主題。例如在有機(jī)/聚合物發(fā)光二極管領(lǐng)域中，熱激活延遲熒光是該領(lǐng)域的新概念，相關(guān)研究正在如火如荼地開展，其研究成果對材料結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系也在不斷地進(jìn)行補(bǔ)充，因而需要對相關(guān)課程內(nèi)容不斷更新。其具體更新內(nèi)容來源主要包括最新在線發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和各類學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告。這樣課程內(nèi)容的改進(jìn)不僅能讓學(xué)生及時(shí)地了解所學(xué)領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，對其有更全面和深入的認(rèn)識(shí)，也有助于拓寬學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，幫助有志于學(xué)術(shù)研究的學(xué)生提前營造學(xué)術(shù)研究的氛圍。

2 教學(xué)方法改革

與傳統(tǒng)課程不同，本課程不僅課程內(nèi)容不斷更新升級(jí)，而且也涉及到相關(guān)有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成，以及光電器件的制備和表征。所以，為了鞏固學(xué)生理論知識(shí)和加深理論認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和意識(shí)，更好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣、提高學(xué)生的分析問題、解決問題和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力，有必要加入適量的實(shí)踐課程，如有機(jī)半導(dǎo)體的合成，光電器件的制備和光電器件的表征。在此基礎(chǔ)之上，課程又要做到因材施教，因人而異，依據(jù)學(xué)生的興趣和課時(shí)及實(shí)驗(yàn)條件的限制，不同學(xué)生會(huì)選擇不同的實(shí)踐內(nèi)容。這樣不僅能更好地滿足學(xué)生的個(gè)人興趣需要，最大程度地激發(fā)學(xué)生的科學(xué)研究熱情，也能很大程度上解決課時(shí)不足和實(shí)驗(yàn)條件等因素的限制。正如上面提到本課程的內(nèi)容日新月異，所有教材所涉內(nèi)容不過是最基礎(chǔ)的部分，不少教學(xué)內(nèi)容源于學(xué)術(shù)論文和學(xué)術(shù)報(bào)告，因而培養(yǎng)和提高學(xué)生自主檢索和收集相關(guān)課程內(nèi)容素材的能力顯得尤為重要。因而傳統(tǒng)的“以教師為中心，以課堂為中心，以書本為中心”的教學(xué)模式顯然已不能滿足該課程的需求了，教學(xué)模式的改進(jìn)勢在必行。基于學(xué)生自主的文獻(xiàn)檢索和收集，課堂上讓學(xué)生發(fā)表自己對教學(xué)內(nèi)容的見解，進(jìn)行啟發(fā)性教學(xué)并進(jìn)行師生互動(dòng)，將有利于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新思維。此外，光電器件原理涉及到晦澀難懂的光子、電子和激子等物理過程，將視頻教學(xué)引入到傳統(tǒng)的幻燈片教學(xué)中將會(huì)起到意想不到的效果，最大程度地提高教學(xué)質(zhì)量。

3 教學(xué)觀念改革

傳統(tǒng)的課程一般具有知識(shí)性強(qiáng)，理論更新慢等特點(diǎn)。因而教師在備課時(shí)具有固定的、詳盡的教學(xué)參考素材，學(xué)生在課堂的首要任務(wù)是對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行吸收、消化和運(yùn)用。對教師在知識(shí)儲(chǔ)備和對知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)、理解具有較高要求，而對其在教學(xué)內(nèi)容更新、升級(jí)方面要求弱化?！队袡C(jī)功能材料與器件》課程所涉內(nèi)容很大部分都處于國際學(xué)術(shù)研究前沿，其內(nèi)容更新升級(jí)、甚至糾錯(cuò)在不斷發(fā)生和推進(jìn)，因而要求教師在傳統(tǒng)的教學(xué)觀念上進(jìn)行改革。將傳統(tǒng)的教學(xué)觀念改革為“參與式”教學(xué)。課程教學(xué)過程中，教師也像學(xué)生一樣是參與到教學(xué)和學(xué)習(xí)過程中，不斷地從學(xué)科的國際學(xué)術(shù)前沿包括如Nature和Science及其子刊等一流學(xué)術(shù)期刊，國際學(xué)術(shù)會(huì)議報(bào)告汲取學(xué)習(xí)最新的課程方面的知識(shí)內(nèi)容。同時(shí)以學(xué)生為主體，重視發(fā)揮教師和學(xué)生雙方的主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在整個(gè)課程學(xué)習(xí)過程中起到主體地位作用，教師由傳統(tǒng)的教學(xué)變?yōu)榻虒W(xué)和引導(dǎo)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)和探索。

4 考核方式改革

《有機(jī)功能材料與器件》課程其主要教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生了解和掌握各種有機(jī)功能材料、有機(jī)光電功能材料的基本性質(zhì)、有機(jī)薄膜制備技術(shù)及各種敏感器件和典型光電器件的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用等專業(yè)知識(shí)，同時(shí)學(xué)會(huì)如何關(guān)聯(lián)和拓展的知識(shí)結(jié)構(gòu)，為專業(yè)知識(shí)運(yùn)用的實(shí)踐過程中的畢業(yè)設(shè)計(jì)和學(xué)業(yè)深造打下基礎(chǔ)。由此可見，本課程與傳統(tǒng)課程不同，知識(shí)點(diǎn)的簡單掌握不是本課程開設(shè)的目的。因而需要對當(dāng)前的考核模式——閉卷考試進(jìn)行改革，建立了多元化的考核體系，在教與學(xué)兩方面注重把“過程”與“終結(jié)”有機(jī)地結(jié)合起來，可以從以下四個(gè)方面進(jìn)行嘗試性改革。[1]（1）平時(shí)作業(yè)，每堂課布置一次作業(yè)，占總成績20%；（2）課堂發(fā)言與提問，在課堂進(jìn)行提問和要求學(xué)生發(fā)表自己的看法和見解，也有利于課堂上充分調(diào)動(dòng)大家的積極性，根據(jù)課堂發(fā)言與問題回答情況考核學(xué)生，占總成績20%。（3）學(xué)生講課，根據(jù)學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容包括有機(jī)半導(dǎo)體材料的合成、光電器件的制備及其工藝和器件性能表征等認(rèn)識(shí)程度和興趣愛好，讓學(xué)生自由選擇選擇課題。在經(jīng)過學(xué)生自己調(diào)研最新研究進(jìn)展后，制作成多媒體課件甚至是有機(jī)半導(dǎo)體和光電器件樣品，在課堂上進(jìn)行講解，學(xué)生與老師均參與評(píng)分，占總成績20%。（4）期末考試，結(jié)合國際學(xué)術(shù)前沿，選取國際一流學(xué)術(shù)期刊文獻(xiàn)數(shù)篇，提前告知并郵箱發(fā)給學(xué)生?？己藘?nèi)容根據(jù)所發(fā)文獻(xiàn)擬定，以便讓學(xué)生對期末考試做出充分準(zhǔn)備?？荚嚂r(shí)，允許學(xué)生將紙質(zhì)文獻(xiàn)帶入考場，占總成績40%。

5 結(jié)束語

《有機(jī)功能材料與器件》課程是化學(xué)專業(yè)和材料化學(xué)專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的本科生或研究生專業(yè)選修課。通過該課程的教學(xué)探討和組織試行，可以使得學(xué)生更好地學(xué)習(xí)本學(xué)科的學(xué)術(shù)前沿知識(shí)、了解學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)和掌握相關(guān)專業(yè)技能，有助于培養(yǎng)和提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，為快速發(fā)展的有機(jī)光電領(lǐng)域培養(yǎng)更多高素質(zhì)的專業(yè)技術(shù)人才，并為我國在有機(jī)光電子學(xué)科的基礎(chǔ)研究和技術(shù)應(yīng)用的原始創(chuàng)新提供知識(shí)儲(chǔ)備和人才儲(chǔ)備，最終提升我國在有機(jī)光電子產(chǎn)業(yè)的國際影響力和競爭力。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳浩，李慶，李勝清，薛愛芳.儀器分析課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].大學(xué)化學(xué)，2006，21（3），20-22.