科研成果對無機材料科學基礎課程教學的作用

李燕 王愛國

摘要：無機材料科學基礎是無機非金屬材料工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎理論課，為了提高課程教學質量，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和綜合能力，在該課程的教學過程中將科研成果運用到課程理論教學和實驗教學中，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：無機材料科學基礎;科研成果;教學質量

中圖分類號：G642? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）50-0197-02

教師不僅要對學生進行知識的傳遞，還要對學生進行能力的培養(yǎng)。然而，經(jīng)筆者多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，教師傳授了知識，學生也學到了很多知識，但學生在解決實際問題時卻無從下手，學生所學的理論知識與實際問題相脫節(jié)，不能獨立分析和解決實際問題，因而教學水平難以提高。美國哈佛大學的亨利·羅索夫斯基院長認為：“科研和教學是相互補充的;大學等級的教學如果沒有科研提供新的思想和啟示，其教學水平是難以提高的[1]”。可見科研與教學關系密切，科研能促進教學、科研成果向教學內容有效轉化。該文將無機材料科學基礎課程教學中科研成果在教學中的一些應用加以總結。

一、建設教學研結合的師資隊伍

“教學與科研相統(tǒng)一”是德國人威廉·馮洪堡提出的，其精髓在于“將科學研究成果引入教學”[2]。因此，要想有效地將科研成果引入教學中，首先要有一支教學研結合的師資隊伍。在組建無機材料科學基礎課程組教師群時，不僅要考慮教師的教學能力，還要充分考慮教師的科研能力，教師均應參與科學研究，有自己的研究方向和主持的科研項目，因此，該課程群教師在上無機材料科學基礎這門專業(yè)基礎課時可以把學科最前沿的信息帶到課堂上，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，這樣一支教科研結合的師資隊伍比照本宣科的教師更具有創(chuàng)造能力。

二、科研成果進入課堂豐富理論教學內容

無機材料科學基礎課內容頭緒多、概念定義多、原理規(guī)律多、理論計算少[3]。學生普遍感覺這門課學習難度很大，課堂內容枯燥。所以，在該課程授課過程中，教師應該將自己的科研成果和科研過程中查閱文獻獲得的最新的相關領域的科研成果介紹給學生，使學生能夠及時了解本學科的前沿動態(tài)及所學理論知識在解決實際問題中的應用，從而加深對抽象的基礎理論知識的理解，提升學生的學習興趣，獲得了良好的教學效果。例如，在講授石墨和金剛石晶體結構時，將自己在科研過程中查閱文獻時獲得的有關碳元素材料——碳納米管、石墨烯和C60（足球烯）以及碳量子點介紹給學生。從這些碳元素材料的發(fā)現(xiàn)到石墨烯的發(fā)現(xiàn)者們2010年獲得諾貝爾獎物理學獎;從他們各自的結構到他們特殊而優(yōu)異的性質再到他們潛在的應用，同時布置課后作業(yè)，讓學生選其中一種碳材料，查閱資料，搞清楚其結構、性能和應用之間的關系。一方面可以使學生對學習內容感興趣，另一方面可以引導學生課外閱讀，利用好課外大好時光，開闊視野，培養(yǎng)學生獲取知識的能力和自學能力，使學生在獲取知識的同時獲得能力的提升。

在平時講授理論課的過程中，不但引入國際上的相關先進研究成果，而且將自己及課題組的科研成果介紹給學生。比如，在講解擴散一章中的菲克第二定律時結合課題組的科研項目進行。眾所周知，混凝土耐久性問題是科研工作者遇到的棘手的問題，削弱混凝土結構耐久性的因素有很多，而其中最重要的環(huán)境因素之一就是硫酸鹽侵蝕，這也正是課題組目前研究的部分內容——基于Fick第二定律，研究弱堿環(huán)境下石膏型硫酸鹽侵蝕混凝土的擴散反應規(guī)律。課堂教學中將怎么應用Fick第二定律解決這一問題的理論基礎、設計思路、實施過程以及在具體實施過程中存在的問題介紹給學生，將相關的學術論文等科研成果提供給學生課后閱讀。以前學生看到書中復雜的、抽象的公式不知有什么用，不知怎么用。通過介紹自己的科研成果和思路，學生豁然開朗，覺得所學知識很有用處，能解決與其息息相關的問題。這不僅增加了學生的學習興趣，而且讓學生形象地了解了知識點的作用，化解了教學的重點難點，提高課堂教學質量。

三、科研成果完善實踐教學

為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、解決實際問題的能力，教師將蘊含著創(chuàng)新思想的科研成果轉化為相關課程的實驗教學內容。比如，將自己在光催化材料降解方面的科研成果引入實驗教學。以納米TiO2光催化劑為例，納米TiO2是一種具有廣泛的應用前景的光催化劑，但是純TiO2光催化劑對太陽能利用效率很低，其工業(yè)化應用也受到了限制。另外，納米TiO2光催化劑在光催化降解過程中光量子利用效率很低。因此，抑制光生電子與空穴的復合、縮短其禁帶寬度擴展其吸收光譜至可見光范圍是提高納米TiO2光催化劑的光催化效率和太陽能利用率的技術關鍵。為此，在該課程的CDIO綜合實踐中，讓學生運用所學的固溶體和非化學計量化合物兩種點缺陷的知識，結合材料物理性能和材料研究方法兩門課所學的理論知識設計實驗方案并加以實施和分析總結。學生在設計和實施過程中要綜合運用多門基礎課和專業(yè)基礎課的知識、查閱文獻，才能分析解決所遇到的問題。由于實驗內容是教師的科研成果，教師對該領域的內容比較熟悉，對學生提出的問題可以有針對性地解答，可以控制整個實驗過程，指導起來會得心應手。教師借助自身的科研優(yōu)勢將科研成果引入實驗教學內容中，使科研逐步向教學滲透，可以更好地提高實驗教學水平，培養(yǎng)出高水平的專業(yè)技術人才。

四、科研成果優(yōu)化教學方法

改變課堂教學方法，將研究型教學法引進該課的課堂，讓課堂爆發(fā)出求知、探索與創(chuàng)新的生命活力。以“燒結過程中晶粒的生長”一節(jié)為例。在講解燒結過程中晶粒的生長時，從傳統(tǒng)陶瓷的脆性引出陶瓷材料領域中的先進研究成果——納米陶瓷，簡單介紹納米陶瓷的概念、特性，比如納米陶瓷具有好的韌性，可以180°的彎曲，可以像金屬一樣切削加工，等等，加深學生對所講內容的印象，激發(fā)學生的學習興趣，同時提出問題：常壓燒結能否燒出納米陶瓷呢？為什么？帶著這樣的問題講解燒結過程中晶粒的生長的相關知識。在講解時首先展示自己指導的大學生科技創(chuàng)新課題中的納米粉原料傳統(tǒng)工藝制備的BaTiO3基熱敏陶瓷的SEM照片圖，讓學生比較原材料粒度和陶瓷中晶粒粒徑的大小，引導學生提出問題：常壓燒結的陶瓷晶粒為什么能夠生長？其推動力是什么？晶粒生長有沒有極限？影響晶粒生長的因素有哪些？在教師的引導下，通過師生之間、學生之間的多向互動與積極探討，對引出問題加以解決，同時布置課后作業(yè)，引導學生查閱資料搞清楚納米陶瓷應采用什么燒結方法，燒結方法方面有哪些新的研究成果，通過引導學生自己提出問題并找出解決問題的途徑和手段，不僅激發(fā)了學生的學習興趣，加深了學生對基礎理論知識的理解，而且培養(yǎng)了學生獨立分析問題和解決問題的能力。

五、結論

通過把科研引入“無機材料科學基礎”課程教學中，在教學內容、教學手段及方法、教學研結合的師資隊伍等方面進行了探索與實踐，感到很有收獲，明顯增強了學生對專業(yè)的興趣，學生能將無機材料科學基礎這門專業(yè)基礎課的基礎理論知識與生產(chǎn)生活中材料、科學研究的熱點問題相聯(lián)系，學生的創(chuàng)新意識、科學探索精神、自主學習能力有所提高。

參考文獻：

[1]劉寶存.哈佛就是哈佛——哈佛大學辦學理念探析[J].教育發(fā)展研究，2004，（2）：30-34.

[2]葉國榮，陳達強，吳碧艷.高等本科教育中研究型教學模式探討[J].中國高教研究，2009，（3）：90-91.

[3]杜雙明.材料科學基礎課程教學質量保障系統(tǒng)[J].技術與創(chuàng)新管理，2008，29（6）：649-651.