《納米材料》課程教學(xué)改革與實(shí)踐探索

韓 鵬 劉瑞平 葛 奔

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，中國(guó) 北京 100000）

0 引言

隨著科技的快速發(fā)展和進(jìn)步，納米材料應(yīng)用已經(jīng)深入生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，如聲、磁、光、電、熱等，這使納米材料課程具有學(xué)科交叉性強(qiáng)、課程結(jié)構(gòu)復(fù)雜特點(diǎn)。 除此之外，納米材料的尺寸及其合成形貌結(jié)構(gòu)的多變性，使納米材料的性能及其在科技領(lǐng)域的應(yīng)用具有發(fā)展速度快的特點(diǎn)。本文結(jié)合本人課程講授心得體會(huì)，從“授業(yè)”方與“解惑”方兩個(gè)角度考慮，對(duì)納米材料課程的教學(xué)改革與實(shí)踐探索，就“授業(yè)”與“解惑”兼得問題進(jìn)行了探討。

1 教學(xué)改革與實(shí)踐探索

1.1 主線明確、內(nèi)容求精、重點(diǎn)突出

納米材料課程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主體內(nèi)容較多，多數(shù)院校設(shè)置的該課程總學(xué)時(shí)有限。 因此，明確課程主體講解思路尤為重要[1]。比如，根據(jù)納米材料的分類設(shè)置不同的課程章節(jié)，每章的課程內(nèi)容涵蓋相關(guān)納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)、制備方法及其應(yīng)用舉例四個(gè)方面。如此主線一致，結(jié)構(gòu)鮮明，便于學(xué)生快速明確課程內(nèi)容，在腦海中形成課程的主體框架結(jié)構(gòu)。 以便于后續(xù)具體知識(shí)內(nèi)容體系的精準(zhǔn)理解。 此外，結(jié)合當(dāng)前研究進(jìn)展，課程內(nèi)容盡量求精、求新。同時(shí)明確重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容尤其重要。 比如納米材料的基本理論：小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)以及量子尺寸效應(yīng)是影響納米材料基本性能的重要理論。后續(xù)課程開展過程中，四個(gè)基本理論與納米材料的應(yīng)用相關(guān)內(nèi)容仍會(huì)不定時(shí)出現(xiàn)在課堂中，如此我們反復(fù)強(qiáng)調(diào)即可，無須再做詳細(xì)闡述。

1.2 瞄向前沿，引導(dǎo)創(chuàng)新

一般情況下，納米材料課程以納米材料的基本原理和理論，納米材料的合成制備、結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)及其在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用逐級(jí)展開，課程主體框架結(jié)構(gòu)特色不夠鮮明。 結(jié)合納米材料發(fā)展迅速、內(nèi)容更新快的特點(diǎn)，“授業(yè)”者需要具有扎實(shí)基本功的同時(shí)，還要掌握最新前沿動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)更新并優(yōu)化授課內(nèi)容，賦予課程主體結(jié)構(gòu)以鮮活的生命力。這樣不僅可以豐富課堂講授內(nèi)容，精準(zhǔn)把握前沿科學(xué)研究動(dòng)態(tài)，還可以豐富學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生上課聽講與參與課程互動(dòng)的積極性。例如：大規(guī)模研發(fā)熱潮后，納米石墨烯材料的應(yīng)用發(fā)展受制備方法與獲得材料尺寸的極限制約，已很久無法實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。 近期科學(xué)雜志[2]發(fā)文報(bào)道了納米石墨烯制備與應(yīng)用的報(bào)道令人眼前一亮。盡管科學(xué)理論需要深入探討，但這貌似不經(jīng)意間的小角度，石墨烯材料重疊便實(shí)現(xiàn)質(zhì)的理論創(chuàng)新，足夠激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生不斷地思考還有什么方法能夠?qū)崿F(xiàn)更新的飛躍。

1.3 凸顯新工科特色，賦予課程更強(qiáng)生命力

納米材料課程教學(xué)的主要目的在于使學(xué)生掌握各種納米材料的性能和制備工藝，為正確選擇納米材料的制備工藝提供依據(jù)，同時(shí)也為研究新材料、新性能、新工藝打下理論基礎(chǔ)。 著眼國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)方向與重大需求，可大大激發(fā)學(xué)生的聽課熱情，在需求和問題導(dǎo)向的牽引下不斷地思考?！靶鹿た啤睂?duì)應(yīng)的是新興產(chǎn)業(yè)，首先是指針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，如人工智能、智能制造、機(jī)器人、云計(jì)算等，也包括傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級(jí)改造[3]。其中，納米機(jī)器人的制造對(duì)納米材料的結(jié)構(gòu)和性能提出了更高的要求指標(biāo)，如應(yīng)用于納米機(jī)器人的傳感設(shè)備尺寸、精度指標(biāo)要求，材料力學(xué)性能要求及其多功能高度集成化指標(biāo)要求等。結(jié)合新工科特色開展的納米機(jī)器人指標(biāo)涉及與構(gòu)筑，通過理論與實(shí)際緊密聯(lián)系，加深對(duì)課程基本理論和概念的理解，同時(shí)為納米機(jī)器人設(shè)計(jì)制作提供更多的創(chuàng)新解決方案。

1.4 優(yōu)化教學(xué)方式，提高課堂效率

教學(xué)方式是指教學(xué)方法的活動(dòng)細(xì)節(jié)。教學(xué)過程中具體的活動(dòng)狀態(tài)，表明教學(xué)活動(dòng)實(shí)際呈現(xiàn)的形式。 面對(duì)課堂教學(xué)，多數(shù)情況下原文直接呈現(xiàn)、為教而教的填鴨式教學(xué)方式枯燥乏味，無法吸引學(xué)生注意力，難以避免陷入“教得多，學(xué)得少”困局[4]。如何改變教多學(xué)少，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)成為當(dāng)前限制學(xué)生高效汲取知識(shí)養(yǎng)分的瓶頸問題。這需要我們不斷地優(yōu)化教學(xué)方式以提高課堂效率。 舉例式教學(xué)是一個(gè)很好的辦法，通過課程案例或工程應(yīng)用實(shí)力舉例，引導(dǎo)學(xué)生思考其中問題，帶著問題聽講可激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生在不斷地提問過程中吸收了養(yǎng)分，提高了課堂的效率?；?dòng)式教學(xué)方式也可以很好地解決上述問題，這包括老師與學(xué)生之間的互動(dòng)，學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)。相互討論可以讓大家在不斷的答案優(yōu)化過程中逐漸獲取正確的知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)主體的認(rèn)知程度，提高課堂的效率。

1.5 多點(diǎn)成面的教學(xué)手段，托舉學(xué)生在巨人肩膀上獲取知識(shí)

隨著科技的快速進(jìn)步，板書撰寫方式逐漸被多媒體等教學(xué)手段替代。信息量的快速增加大大提高了學(xué)生快速學(xué)習(xí)的阻力。這需要我們輔助多元化的教學(xué)手段，如板書撰寫、多媒體教學(xué)、模型示范等。 如制作多媒體課件過程中，圖形清晰，與文字內(nèi)容呼應(yīng)，圖形多文字少[5]，“授業(yè)”者在理解基礎(chǔ)上講述學(xué)生才會(huì)“聽故事”狀吸收。充分利用多媒體課件的動(dòng)畫設(shè)置、視頻鏈接等提高課堂教學(xué)的趣味性，讓學(xué)生輕輕松松獲取知識(shí)[6]。如此通過多種教學(xué)手段的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為學(xué)生提供最優(yōu)化的思考空間，托舉學(xué)生在巨人的肩膀上獲取知識(shí)。

2 結(jié)語

隨著納米科技的快速發(fā)展，與時(shí)俱進(jìn)的納米材料課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。 如何精準(zhǔn)把握前沿，采用最優(yōu)方式教學(xué)以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，高效地獲得和掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，需要教育工作者不斷努力，提高自身基本教學(xué)素質(zhì)的同時(shí)，不斷地開展教學(xué)改革與探索。