納米材料課程設(shè)計(jì)與教學(xué)探索

李洪蘋 陳貝貝

摘 要 納米材料是一門新興的交叉學(xué)科，涉及材料、物理、化學(xué)、生物等多個(gè)領(lǐng)域。納米新材料的涌現(xiàn)以及納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對(duì)納米材料的教學(xué)活動(dòng)提出了新的要求。本文針對(duì)該課程的特點(diǎn)，結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要從教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的選取以及評(píng)價(jià)機(jī)制的確定三個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)的探究，以達(dá)到良好的教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞 納米材料 課程設(shè)計(jì) 教學(xué)方法 評(píng)價(jià)機(jī)制

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

"Nano-materials" Course Design and Teaching Exploration

LI Hongping， CHEN Beibei

（School of Material Science & Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang， Jiangsu 212013）

Abstract Nano-material is an emerging interdisciplinary， involving a number of areas materials， physics， chemistry， biology and so on. Emerge and flourish nanotechnology nano-technology and new materials， and on the "nano-materials" teaching activities proposed new requirements. In this paper， the characteristics of the course， with its own teaching experience， mainly from three aspects determine the arrangement of teaching content， select teaching methods and evaluation mechanisms conducted to explore the system in order to achieve good teaching， students of the scientific spirit and ability to innovate.

Key words nano-materials; course design; teaching methods; evaluation mechanism

1990年7月在美國(guó)巴爾的摩召開(kāi)了第一屆納米科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，正式把納米材料作為材料科學(xué)的一個(gè)新分支公布于世，從而納米材料科學(xué)作為一個(gè)相對(duì)比較獨(dú)立的學(xué)科誕生。①本文結(jié)合納米材料課程的特點(diǎn)、重要性以及教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，擬從課程教學(xué)內(nèi)容的安排、教學(xué)方法的選取以及評(píng)價(jià)機(jī)制的確定三個(gè)方面對(duì)高等院校材料類專業(yè)本科生進(jìn)行納米材料課程教學(xué)改革進(jìn)行探討。

1 課程特點(diǎn)概述

相比于其它發(fā)展相對(duì)成熟的課程，納米材料是一門前瞻性、創(chuàng)新性、專業(yè)性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，涉及物理、化學(xué)、材料、生物、能源等領(lǐng)域，具有涵蓋范圍廣、知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜、概念抽象以及知識(shí)更新快的特點(diǎn)。②傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不能滿足課程的教學(xué)要求，傳統(tǒng)的教學(xué)方法和教學(xué)手段也不能很好地滿足納米材料課程的教學(xué)要求。比如在教材選擇方面，由于納米材料是一門交叉學(xué)科，涵蓋的領(lǐng)域眾多，再加上知識(shí)更新速度快，教材的更新速度跟不上知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容的更新速度，所以采用單一的教材、沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)方法講授納米材料這門課程很難達(dá)到課程教學(xué)目標(biāo)。因此，根據(jù)該課程特點(diǎn)，合理地安排教學(xué)內(nèi)容，恰當(dāng)?shù)剡x擇教學(xué)模式和評(píng)價(jià)機(jī)制，對(duì)于完成納米材料課程教學(xué)目標(biāo)具有重要意義。

2 教學(xué)內(nèi)容的安排

納米材料課程涵蓋了納米科技的整個(gè)領(lǐng)域，它的內(nèi)容多、范圍廣、更新快等特點(diǎn)，且需要在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)將整個(gè)納米材料領(lǐng)域講授給學(xué)生，這就需要教學(xué)內(nèi)容條理清晰，重點(diǎn)突出，邏輯性強(qiáng)，同時(shí)要結(jié)合納米材料最新研究進(jìn)展，以點(diǎn)帶面，合理優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。因此，筆者從廣度和深度的統(tǒng)一、基礎(chǔ)與前沿的兼顧、新舊內(nèi)容的銜接等方面考慮，合理安排教學(xué)內(nèi)容。具體如下：（1）納米材料的概念：從納米材料的新奇特性開(kāi)始，引入納米材料的基本概念、發(fā)展史、分類方法，在內(nèi)容編排上注重引入最新研究成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）納米材料的結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)：該部分內(nèi)容是理解納米材料特殊性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是該課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。在講述過(guò)程中，結(jié)合納米材料應(yīng)用實(shí)例（如：納米二氧化鈦光催化特性的原因及相關(guān)應(yīng)用等），加深學(xué)生對(duì)納米材料特性的理解和掌握。（3）納米材料的制備方法及表征手段：納米材料的制備方法主要有：氣相法、液相法和固相法。氣相法中重點(diǎn)講述物理氣相法和化學(xué)氣相法的原理及特點(diǎn)。液相法中重點(diǎn)講述共沉淀法、水熱法、溶膠—凝膠法的原理及應(yīng)用條件等。在固相法中重點(diǎn)講述機(jī)械粉碎法和固相反應(yīng)法的特點(diǎn)。納米材料的主要分析測(cè)試手段包括：掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、激光粒度儀等，重點(diǎn)講述測(cè)試儀器的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及使用范圍，讓學(xué)生掌握納米材料的分析表征的主要方法。（4）納米材料的理化特性及應(yīng)用領(lǐng)域：回憶前面納米材料結(jié)構(gòu)和基本效應(yīng)的學(xué)習(xí)，引出納米材料的理化特性，以微觀結(jié)構(gòu)—特殊效應(yīng)—特殊功能—應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樗悸罚箤W(xué)生認(rèn)識(shí)納米材料的重要性，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生深入思考，進(jìn)而深入掌握納米材料的理化特性。（5）納米材料最新研究進(jìn)展：根據(jù)納米材料的最新研究動(dòng)態(tài)，讓學(xué)生了解國(guó)際最新研究熱點(diǎn)。

3 教學(xué)方法的選取

（1）多種教學(xué)方法和手段相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣。“學(xué)起于思，思起于疑”，通過(guò)巧妙設(shè)疑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性。如在講述納米材料基本理論知識(shí)時(shí)，可以從生活中一些常見(jiàn)現(xiàn)象啟發(fā)學(xué)生思考：出淤泥而不染的荷葉為什么具有自清潔功能？美麗的紫銅在尺寸小到一定程度為什么會(huì)變?yōu)楹谏客ㄟ^(guò)這種情景設(shè)置啟發(fā)學(xué)生思考，尋求答案，對(duì)于其中的難點(diǎn)再予以解釋。另外，針對(duì)納米材料課程內(nèi)容多，涉及范圍廣的特點(diǎn)，利用多媒體集圖、文、聲、像等于一體的優(yōu)點(diǎn)，將大量的課程內(nèi)容以豐富多彩的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。（2）加強(qiáng)師生交流，建立以“學(xué)生為主體”的教學(xué)模式。結(jié)合課程內(nèi)容，將學(xué)生分為多個(gè)小組。學(xué)生根據(jù)課程要求以及興趣，自主查閱文獻(xiàn)資料，通過(guò)PPT形式與大家進(jìn)行課堂交流。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)學(xué)生遇到的疑點(diǎn)、難點(diǎn)，加以詳細(xì)講解。這種充分發(fā)揮學(xué)生主體的教學(xué)模式可以有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)及探索能力。（3）科研工作與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，提高學(xué)生綜合能力。科研工作與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合，使學(xué)生參與一定科研項(xiàng)目，是一個(gè)雙贏舉措。對(duì)于學(xué)生來(lái)講，不僅可以加深課堂上對(duì)于納米材料理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力等。③筆者把自己科研工作中納米二氧化鈦納米球、納米管等的掃描電子顯微鏡圖片通過(guò)多媒體形式與學(xué)生分享。通過(guò)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，參與納米二氧化鈦的制備、表征以及光催化性能研究，讓學(xué)生了解影響二氧化鈦形貌的因素、光催化特性的原理以及掃描電子顯微鏡的原理和方法，熟悉電鏡樣品的制樣過(guò)程和方法，為學(xué)生今后從事納米材料方面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

4 評(píng)價(jià)機(jī)制的確定

本課程的考核方式和成績(jī)?cè)u(píng)定具體如下：（1）考核方式：讓學(xué)生查閱資料、做PPT，介紹納米材料制備、性能及相關(guān)應(yīng)用，在PPT匯報(bào)的同時(shí)，撰寫綜述。（2）成績(jī)?cè)u(píng)定：平時(shí)成績(jī)（出勤情況及上課表現(xiàn)）占20%，學(xué)生做PPT及演講情況占40%，綜述占40%。這種靈活的考核評(píng)價(jià)模式可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，以不同于閉卷考試的形式檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)納米材料相關(guān)知識(shí)的掌握情況，同時(shí)使學(xué)生了解納米科技前沿，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

納米科學(xué)技術(shù)作為科學(xué)技術(shù)的重要分支，它的發(fā)展必然推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步。而納米材料是納米科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)，對(duì)納米材料的學(xué)習(xí)，是適應(yīng)未來(lái)社會(huì)對(duì)材料專業(yè)人才的需要。本文結(jié)合納米材料課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容的安排，到教學(xué)方法的選取和評(píng)價(jià)體制的確定三方面對(duì)高等院校材料類本科專業(yè)進(jìn)行納米材料課程教學(xué)改革進(jìn)行了探討。實(shí)踐證明，這些方法和模式有助于加強(qiáng)師生交流，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用，使學(xué)生不僅掌握納米材料相關(guān)知識(shí)，并能運(yùn)用相關(guān)知識(shí)分析、解決問(wèn)題，提高學(xué)生的綜合能力。

注釋

① 陳敬中.納米材料科學(xué)導(dǎo)論[M].高等教育出版社，2006.

② 張立德.納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M].科學(xué)出版社，2001.

③ 潘卉，王曉東.納米材料導(dǎo)論課程教學(xué)的探索與實(shí)踐[J].河南教育學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012.21（4）：50-52.