新型碳材料課程教學的改革淺析

李永峰

摘 要：碳材料種類繁多，是自然界普遍存在的一種材料。以富勒烯、石墨烯和碳納米管為代表的新型碳材料是當今研究的熱點。碳材料優異的光學、力學、電學和熱學性質，使得其有望在光學、力學、電學、熱學領域都會有廣泛應用，高校在這幾個領域的相關教學中也紛紛開設了碳材料相關的教學課程。該文介紹了我國大學新型碳材料課程的教學特點與現狀，分析了新形勢下新型碳材料課程教學工作中存在的問題及原因，最后就筆者的教學體會對新型碳材料的課程教學提出了幾點建議。

關鍵詞：新型碳材料 教學改革 理論教學 實踐教學

中圖分類號：TB34 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（c）-0218-02

隨著零維富勒烯、一維碳納米管及二維石墨烯的相繼發現，新型碳材料逐漸引起科學界廣泛的關注。碳納米管和石墨烯具有的優異性能更是使得其在眾多領域都顯示出巨大的應用價值。因此，新型碳材料課程涉及物理、化學、電子等多個學科的交叉，那么高校教師必須重視和時刻關注這一領域的最新進展，并將其融合進自己的課堂教學和實踐教學過程中，使教學始終保持旺盛的活力和足夠的吸引力，引發學生的科研興趣并塑造他們完整全面的知識體系，為培養高水平創新型人才打下堅實基礎。

大學作為社會發展的“動力源”，是人才的主要輸出地，有效回應社會需求已成為當前大學不可阻擋的趨勢。在大學中，教學課程是教育與培養人才必不可少的一個環節。課程是大學教育的核心，可謂是大學的“心臟”。在教育實踐中，大學在應對社會發展提出的新要求時，往往以課程為突破口，如增設新的課程，或者改革大學課程結構以增加新的職能，滿足社會的新要求，進而達到改革高等教育的目的。因此，如何將理論教學與科學研究及社會實踐緊密有效地聯系起來，何種形式的教學可以激發學生的創造性，都是至關重要的問題。

1 新型碳材料教學課程的特點與現狀

對于新型碳材料課程的教學，與其他課程教學有共同之處，又有其獨特的特點。其教學特點大致可以歸納為以下幾點：學科歸屬復雜，教學內容繁多，知識體系分支廣泛。

由于新型碳材料（如：富勒烯、碳納米管和石墨烯等）所具有的獨特結構特點，對于無機化學、結構化學、材料學等學科均可涉及，都可以有相關的教學運用。同時，碳材料優異的光學、力學、熱學、電學性質，使得其在光學、力學、熱學、電學領域都引起了極大關注，在這幾個領域的相關教學中也會有所涉及。因此，新型碳材料課程的學科歸屬復雜，將其完全地歸屬于某一學科是不可能的，可泛泛地歸屬于無機化學學科中的無機非金屬材料領域。

碳材料是一種古老而年輕的材料。碳具有眾多的同素異形體，如：金剛石、石墨、無定形碳、C60、石墨烯和碳納米管等等。[1]因此，碳材料相關的課程教學內容繁多，如何在全面的涵蓋大部分知識點的同時有所側重，也是該課程教學的一個難題。可以根據學生群體和教學內容的需要，概括性地做基礎介紹，也可以詳細地講解材料的結構、性質和應用，同時還可以單獨介紹碳材料的衍生雜化復合材料的相關知識與運用。

由于新型碳材料無論是在理論上還是在實踐上都蘊含著無限的生命力與發展潛力，其課程的知識體系分支廣泛，涉及多個學科的交叉，國內的大學中與物理、化學及材料相關的學科都已紛紛開設相關課程。具有較完備廣泛的知識體系，課程可以重點講解各種碳材料本身的知識，亦可教授其雜化復合材料的相關知識。

2 新型碳材料教學課程存在的問題及原因分析

南京師范大學的李莉等人[2]對國內大學中碳材料相關課程的開設情況作了簡單統計，由統計結果可以看到，碳材料課程的教學在本科教學中的無機化學、物理化學、結構化學課程或化學前沿課程中對基礎內容的學習均有涉及，而針對相關專業研究生，教學內容會設置得更深入更具注重應用性。在本科教學中講授內容的重點一般是基礎知識，而在研究生教學方面，重點則是放在科研運用上。這種教學方式也是大多數高校的傳統教學模式，即更注重在研究生的教學中科研知識的運用。但是筆者認為大學本科階段才是塑造一名學生科研學習熱情最重要的啟蒙階段，然而目前在本科教學中理論與實踐的脫節狀況比較嚴重，對于從未接觸過該學科知識的學生，單純在課堂上向他們講解基礎知識而沒有實踐上具體形象的指導體會，往往會讓學生感覺到難懂和枯燥，無法真正激發學生自主學習和興趣科研的熱情。

“以課堂為中心”的灌輸式教學模式僵化單一，以及重理論輕實踐、重知識輕實際動手能力的現狀，是以碳材料課程為代表的國內大多數課程教學存在的又一不足。教育不應是機械的訓練，如何改變這種教化的課程教學模式，以適應新時期下工程創新人才培養的需要是一個至關重要的問題。課程教學方式改革的前提是變革思維方式，這其中主要包括教師的授課思維方式和引導學生學習思考的思維方式。將“以課堂為中心”轉變為“以學生為中心”，即“學生主體意識”，[3]繼而實現灌輸性向互動性、單一化教學向多元化教學的轉變。以學生為中心的教學經驗設計是我國高等工程教育課程重構的難點，而教學經驗設計的一個難點在于如何為工科學生的學習提供真實的工程背景、工程問題與產業工作環境。

3 新型碳材料教學課程的教學體會與幾點建議

為進一步探索創新型、國際化的人才培養體系，我校設立了“新型碳材料的研究與進展”教學改革項目，計劃以化工類專業改革為主體，在培養方案、課程教學、實踐環節等方面進行系統改革，構建化工類專業工程實踐教育平臺，提升本科生工程教育質量，從而進一步為提高研究生人才培養模式提供依據。此教學設計采用“理論—實踐—理論”的育人模式：課堂學習理論知識，課外參觀相關知識的實驗應用項目，讓學生在實踐中自主學習，增強與學生的交流互動，加深課堂知識的理解和培養獨立思考的能力，同時埋下科研學習的熱情種子，為培養創新型研究生打下基礎。

此教改課程的課堂教學內容主要分為新型碳材料的分類及特征、制備方法、性質與表征以及應用等方面，重點介紹富勒烯、碳納米管和石墨烯的相關知識。實踐環節的設計為：在每一章學習完成后，分次安排各小組學生到實驗室進行相關材料應用方面具體實驗的參觀學習，形象具體地向學生展示所學知識的實踐應用，加深學生對課堂知識的二次記憶，同時更加有利于引導學生對所學知識的理解、思考、掌握與運用。這樣一種教學設計就是在課堂灌輸式知識的背景下，引導學生與他人對話、與客觀世界對話、與自我對話，并且通過這種對話，形成一種互動性、合作性、反思性的學習，也就是形成認知性實踐、社會性實踐的過程，進而達到實踐育人的目的。[4]

為提高學生的教學質量、培養創新型科研人才，結合筆者的課程設計與教學體會，對于我國新型碳材料課程的設置與改革有如下幾點想法和建議：（1）將“以課堂為中心”轉變為“以學生為中心”，擺脫灌輸式教學的傳統模式，改革機械式訓練的教育現狀；（2）采取理論和實踐有機結合的教學模式，尤其應注重實踐教學對理論教學的指導與運用，將理論教學與實踐教學高效地結合起來，讓學生在實踐中理解、消化與掌握課堂知識，同時在實踐教學中引導學生學會思考式學習，并激發學生對科研的熱情，為培養科研創新型人才奠定基礎；（3）建議高校教師也要時刻緊跟時代步伐，注重自身知識儲備和教學能力的提高。“教師是發生在所有各級各類學校和課堂中并通過所有教育渠道進行教育變革的關鍵活動者。”[5]任何教育改革活動的進行與實施，最終都要落實到教師的教育實踐活動中去，只有教師智慧的充分利用與發揮，教育改革才會可能取得成功。因此，教師的素質和水平問題成為教育改革關注的焦點，提高教師自身能力與教學能力是十分重要的。[6]

4 結語

近年來，以富勒烯、碳納米管和石墨烯為代表的新型碳材料逐漸引起科學界廣泛的關注。由于碳材料課程的知識體系分支廣泛，國內高校開設的與碳材料相關的課程更是復雜多樣。然而，新形勢下新型碳材料課程教學工作中仍然存在一些不足，為進一步探索創新型、國際化的人才培養體系，教學改革仍需進行不懈的努力。課程改革是一種教育思想和課程模式轉型的過程，是一場破舊立新的運動。不僅需要有強勁的專業話語的聲音，也需要有一個積極推進支持新課程實施的社會輿論環境。新型碳材料作為一門近年來被廣泛關注的課程，其課程教學改革也不例外。首先要從學生的切身學習感受出發，既要抓好課堂的理論知識傳授，又要注重實踐教學的應用與指導。其次教師的教學能力也應與時俱進。

參考文獻

[1] 成會明.新型碳材料的發展趨勢[J].材料導報，1998（1）：5-9.

[2] 李莉，周全法，劉雪梅，等.新型碳材料的研究對化學教學和科研的影響[J].化工高等教育，2012（5）：40-42，77.

[3] 崔軍.回歸工程實踐：我國高等工程教育課程改革研究[D].南京大學，2011.

[4] 鐘啟泉.中國課程改革：挑戰與反思[J].比較教育研究，2005（12）：18-23.

[5] （法）埃德加·莫蘭，著.復雜性理論與教育問題[M].陳一壯，譯.北京：北京大學出版社，2004：14-15，24-25.

[6] 王憲平.課程改革視野下教師教學能力發展研究[D].華東師范大學，2006.