《功能材料概論》課程教學內容和方法的思考

李 娟,張永興,劉忠良,劉親壯,朱光平,代 凱,李 兵

(淮北師范大學物理與電子信息學院,安徽淮北 235000)

李 娟,張永興,劉忠良,劉親壯,朱光平,代 凱,李 兵

(淮北師范大學物理與電子信息學院,安徽淮北 235000)

《功能材料概論》是材料類專業的一門重要基礎課程,其教學過程是培養學生的創新意識和創新能力的重要途徑。因此,《功能材料概論》的教學一直是從事材料科學教育者關注的問題。本文就《功能材料概論》課程教材建設、教學大綱和內容優化以及教學方式改革等方面進行了思考和詳細地探討。

《功能材料概論》;教材建設;教學內容;教學方式

能源、信息和材料被譽為當代文明的三大支柱,其中,材料是所有技術發展的物質基礎,是高新產業進步的核心。《功能材料概論》課程中所介紹的功能材料是指具有特定功能特性(這些特定功能主要包括光、電、磁、聲、熱和濕等特性)的各類材料,這些具有不同功能的材料在現代化高新產業技術中有著廣泛的應用[1]。淮北師范大學根據社會發展需求,開設材料類專業的培養目標就是立足于安徽,面向皖北地區,培養掌握現代材料科學基礎的基本理論知識和研究方法,具備新材料研究和技術開發能力,能在材料相關領域,從事新材料的設計、研究和開發的高素質創新型人才[2-4]。《功能材料概論》是淮北師范大學材料類專業一門重要的專業基礎課程。本文結合教學實際,從課程教材建設、教學大綱和內容優化以及教學方式改革等方面思考,并且進行了有益的探索和實踐,取得了良好的效果。

1 課程教材建設

1.1 采用英語教學與漢語教學內容相結合

本科生教學內容是服務于社會的,必須以時代發展潮流為導向,不斷改革教育教學內容。隨著教育全球化不斷發展,從事高等教育的教師不僅要把握好教育教學內容,還要把英語語言結合到學生專業課程教學中來,與國際接軌,這是一項任重道遠的任務。教師在講授《功能材料概論》這門課程時,要參考國外英文原版教材,把一些專業英語詞匯引入到課堂中,讓學生能夠查閱英文文獻,關注材料領域的國際前沿動態。在講課過程中,教師要使用雙語教學,兩種語言相輔相成,能夠更好地服務于教學[5]。由于學生英語水平參差不齊,為了達到良好的教學效果,在教學過程中,要注意使用循序漸進的教學方式。在開始的時候,可以使用較少的英語語言詞匯進行講授,使用中英文對照法進行講解,隨著教學的不斷深入,不斷增加英語教學內容比例。教師所使用的教學課件盡量以英文形式展現給學生。對一些比較難以理解的概念和理論知識,要以板書的形式幫助學生深刻地理解。在布置作業時,以英語語言形式讓學生回答相關問題,這樣可以使得學生進一步加深對英語專業詞匯的記憶和積累。

1.2 教學內容安排

《功能材料概論》課程主要內容是介紹一些功能材料的基本知識、概念、制備方法及其在不同領域的應用。在教學內容安排上,教師首先介紹功能材料基本知識、概念和制備方法,介紹一些綜述性和科普性的內容。這些內容相對來講,比較容易理解,能夠讓學生增強對材料學科學習的自信心。其次,介紹功能材料在不同領域的用途,在介紹這部分內容時,利用適當視頻,把功能材料在不同實際應用的領域情況呈現給學生,讓學生有一個直觀的感性認識。當然,這種做法也可以達到增加學生的學習熱情和興趣的目的。教學內容選擇方面,要結合雙語教學形式,與國外原版英文教材緊密配合,比如國外原版材料概論“Materials Science and Engineering：an Introduction”就是一本不錯的英文參考教材,對現行使用的功能材料教材是一個很好的補充。我校材料類專業在講述一些相關英語專業詞匯和概念時,主要參考內容就是以這本書為藍本的。

2 教學大綱的合理制定及教學內容的優化

2.1 合理制定教學大綱,符合我校教學實際情況

淮北師范大學材料類本科教育專業包括材料科學與工程和材料物理兩個專業,《功能材料概論》作為這兩個專業的主干課程,其主要任務是通過學生對本課程的學習使學生了解一些功能材料合成與制備的化學和物理現象,掌握功能材料的新理論、新技術和新知識,明確當前功能材料相關領域的發展方向,以拓寬本學科視野。因此,基于這樣的要求,我們必須合理科學地制定教學大綱,滿足我校材料類專業的培養目標。我校《功能材料概論》課程教學大綱設置的總學時54,授課教材為殷景華等編寫的《功能材料概論》,由哈爾濱工業大學出版社出版,教學內容為緒論、環境功能材料、超導材料、儲氫合金、微納米結構材料、磁性材料、半導體材料、光學功能材料、精細功能陶瓷材料、功能轉換材料和智能材料。作業要求為每周為4道左右課外作業。總評成績為平時成績和期末成績的總和,其中期末考試占60%,平時成績占40%。近年來,隨著我校博士化工程的推進,根據引進的博士研究方向,我們對教學大綱做了相應的調整,適合淮北師范大學教學實際情況,學生反映情況良好。

2.2 緊密結合生活,優化教學內容,激發學生學習興趣

《功能材料概論》課程中所講授的內容實際上與日常生活中的一些材料結合十分緊密,如果能夠在講課過程中聯系到我們周圍所接觸到的一些材料進行講解,勢必能夠大大激發學生的學習興趣。比如,我們講授超導材料這一章節時,可以首先介紹超導材料在磁懸浮列車上的應用,日本的超導磁懸浮列車行駛速度可達500～600公里/每小時。這種類型的列車是利用超導的磁懸浮原理,使車輪和鋼軌之間產生排斥力,使列車懸空運行。由于車輪的懸空,使得車輪和車軌之間沒有摩擦力,不僅提升了行駛速度,還大大降低了能耗。再比如,我們平常觀察到的壁虎會在光滑的墻面上任意爬行,不會掉下來,其原因主要是由于壁虎的腳爪上面有生長了一層毛茸茸的微觀結構,這種微觀結構必須借助電子顯微鏡的觀察才能夠看清楚。根據這種結構的特定效應,科學家們已經研制出爬墻機器人。這個內容可以穿插在微納米結構材料這一章節時進行講授。

3 教學方式的改革

3.1 采用多媒體教學方式

材料類專業課程采用多媒體教學方式可以使抽象的教學內容更加生動形象,同時,講課內容也將有所增加,對重難點更容易突出[6]。《功能材料概論》課程中講授晶體缺陷時候,使用多媒體教學更能夠把點缺陷、線缺陷和面缺陷概念明顯地區分開來,并且結合動畫演示,把抽象的概念具體化,學生更加容易理解空位、間隙原子和雜質原子,刃型位錯和螺型位錯,表面、界面和堆垛層錯等原子排列層次上的相關概念。當然,我們在講課過程中,也不能過分依賴于多媒體教學,對于一些復雜公式和理論的推導,我們還要進行板書。畢竟,作為理工科類授課內容還需要嚴密的邏輯推理,使得學生更加深刻的認識一些科學現象的本質原理。在教學過程中,教師一定要注意兩種教學手段的適當調配使用。

3.2 與科研相結合,跟蹤材料學科最前沿發展方向

當前,我國正處于提高自主創新能力,建設創新型國家關鍵時期,《功能材料概論》課程所講授的內容發展也非常迅速。因此,必須結合最新科研前沿動態,把最新的科研成果帶到課堂上來,讓學生在第一時間了解本課程的進展情況,提高學生學習興趣。例如,在環境材料研究方面,我校教師在微納米結構材料形貌控制方面研究成果比較突出,已經制備出具有蛋形水母狀、花狀以及球狀結構材料,相關結果已經發表在國際著名期刊Journal of Materials Chemistry,CrystEngComm和European Journal of Inorganic Chemistry等上面[7-9]。把這些內容帶入課堂,讓學生零距離接觸科研最前沿動態,將會極大地激發學生的學習興趣。

此外,教師在講授材料相關科研內容的時候,還可以利用網絡資源,教會學生跟蹤一些比最新的科研成果(最新科研成果可以參考一些國際著名期刊如Nature,Science,Nature materials,Journal of the American Chemical Society,Angewandte Chemie International Edition和Advanced Materials),讓學生進行文獻調研,參與課堂教學中來,增強求知欲望。

3.3 結合課程設置內容,采取開放式實驗教學

把開放式實驗教學引入到《功能材料概論》課程中來,使學生結合本課程所講授的內容,充分利用實驗室現有條件,在任課老師的指導下進行設計實驗。學生也可以根據自己的興趣和已經掌握的知識體系,自行設計實驗方案,獨立完成整個實驗操作內容。在開放實驗過程中,還可以安排幾位同學為一組進行共同設計實驗,通過小組實驗的開展,訓練學生的團隊協作能力。這種開放式實驗能夠確保學生快速地認識實驗儀器設備,更加容易融入到研究熱點最前沿的知識體系中。開放性實驗不僅能夠讓學生得到實驗技能的鍛煉,還能夠切實地培養學生的創新能力和創新意識。為學生以后無論走向科研崗位,還是其他的工作崗位,提供了一個快速入門的捷徑。這些也符合我校設置開放性實驗課程的初衷。

4 結束語

我國的經濟發展離不開創新型人才的參與,安徽乃至皖北地區經濟的發展同樣也離不開。正是基于這樣一個事實,淮北師范大學肩負著培養創新型人才的艱巨任務。為了能夠帶動皖北地區經濟的發展,作為從事高等教育教師,我們必須做到不斷地思考教學內容和改革教學方式,才能不斷滿足社會發展對創新型人才的需求。實踐證明,對《功能材料概論》課程相關教學內容和教學方式的改革和實踐,有效地提高了學生的綜合素質,并且達到了良好的教學效果。對該課程的不斷探索,為皖北地區經濟發展提供了源源不斷的后備人才。

[1] 殷景華,王亞振,鞠剛.功能材料概論[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社,2009.

[2] 吳榮.材料物理專業實踐創新能力培養模式的研究[J].實驗室研究與探索,2012,31(12)：113-116.

[3] 劉建軍,尹新國,張金鋒,路彥峰.材料科學專業引入計算模擬方法教學的研究[J].淮北師范大學學報：自然科學版,2013,34(1)：83-86.

[4] 張曰理,呂平,歐陽紅群,丁喜冬,陽生紅,李健.強化材料物理專業實驗教學培育新型創新人才[J].實驗室研究與探索,2010,29(8)：241-243.

[5] 劉志明.材料化學緒論雙語教學的設計與實踐[J].廣東化工,2012,39(9)：187-188.

[6] 劉力菱,晏傳鵬,邱慧.應用多媒體技術提高材料學科課程教學質量的有益嘗試[J].西南民族大學學報：自然科學版,2005,31(3)：484-486.

[7] ZHANG Yongxing,YU Xinyao,JIN Zhen,et al. Ultra high adsorption capacity of fried egg jellyfishlikeγ-AlOOH(Boehmite)@SiO2/Fe3O4porous magnetic microspheres for aqueous Pb(II)removal[J]. Journal of Materials Chemistry,2011,21：16550-16557.

[8] ZH ANG Yongxing,JIA Yong,JIN Zhen,et al. Self-assembled,monodispersed,flower-likeγ-AlOOH hierarchical superstructures for efficient and fast removal of heavy metal ions from water[J]. Cryst EngComm,2012,14：3005-3007.

[9] ZHANG Yongxing,YU Xinyao,JIA Yong,et al.A facile approach for the synthesis of Ag-coated Fe3O4@TiO2core/shell microspheres as highly efficient and recyclable photocatalysts[J].European Journal of Inorganic Chemistry,2011,33：5096-5104.

責任編輯：訾興建

G642.0

A

1671-8275(2014)05-0054-02

2014-07-22

本文系國家自然科學基金青年基金項目“具有空腔異質結構的Cu2O@void@TiO2納米復合材料的可控合成及光催化性能的研究”(編號：51302102)與安徽省高等學校省級自然科學研究重點項目“一氧化石墨烯的分子束外延生長及同步輻射結構表征”(編號：KJ2014A222)的研究成果。

李娟(1978-),女,山東聊城人,淮北師范大學物理與電子信息學院助理實驗師,主要從事實驗教學與研究。