《今日新材料》教學探索體會*

劉　俊，常夢潔

(西安科技大學材料科學與工程學院，陜西　西安　710054)

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《今日新材料》教學探索體會*

劉俊，常夢潔

(西安科技大學材料科學與工程學院，陜西西安710054)

新能源與新材料的開發利用是解決我國當前能源短缺、環境污染的有效途徑和熱點問題。《今日新材料》是一門不限專業的全校公選課。為了取得良好的教學效果，結合課程特點和選課學生的專業背景，我們從教學內容、教學方法、課程考核等方面進行了初步的探索和改革，在培養學生的學習興趣和科學探索精神等方面，達到良好的教學效果。

新材料；教學改革；學習興趣

材料是人類文明的三大支柱之一，是人類賴以生存和發展的物質基礎。新材料是現代高科技發展的支撐與物質基礎，新材料對社會進步的推動作用越來越大，是一個國家現代化水平和文明程度的標志之一[1]。筆者結合自己的專業和研究背景，開設了全校公選課《今日新材料》，以幫助學生了解材料，加深對高速發展世界的認識。通過學生網上選課情況，可知此門公選課非常受歡迎，每學期選課人數均超過150人次，我們根據往年的上課情況，制定并調整了教學大綱。本文主要從開課教師的角度，對如何加強公共選修課的課程建設，提升公選課的教學效果，讓學生輕松積極參與到選修課的課堂中來談幾點個人體會。我們希望通過選擇合適的教學內容、教學方法和考核方式，讓學生通過《今日新材料》這門課程的學習，不僅掌握基本的材料知識，了解材料對社會發展的重要性，培養學生的探索創新精神，同時也學會將理論知識運用到實際的材料功能分析中，用材料和其他領域去交叉創新。

1　因材施教，合理設計教學內容

新材料涵蓋的內容非常廣泛，從材料的性質分類，包括無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料、復合材料等；從材料功能性分類，包括導電材料、超導材料、磁性材料、光學材料、力學性能材料等等；從材料的應用領域分類，又可分為信息材料、生物醫用材料、能源材料、航空航天材料等等。一方面，大學開設公選課的主要目的是拓寬學生視野、啟發學生的探索熱情、培養學生的創新性思維。另一方面，受公選課課時的限制，我們不能向學生系統化地講解如此龐大的材料體系，因此需要精心組織教學內容[2-3]。考慮到學生的專業背景、專業知識掌握程度與學習能力不同，我們在教學中不涉及過深的理論，但需要凸顯時代性，把最新、最有價值的研究成果介紹分享給大家，幫助同學開闊視野，提高學生在生活中運用材料知識的能力。我們以近年來的科學研究熱點為依據，結合學生的專業背景，在16學時(8次課)的有限教學時間內，擬定了以下教學內容：材料科學基礎(2學時)、納米材料(4學時)、新能源材料(4學時)、高分子材料(2學時)、生物醫用材料(2學時)、3D 打印(2 學時)，考核通過獲得一個學分。

我們在教學內容的安排上，充分考慮到西安科技大學煤炭地礦和安全優勢學科的特色，選修課的多數學生專業與能源及地礦學科相關[4]。在教學過程中，充分將材料與不同學科的自身需求相結合，激發學生的學習熱情。同時，各學科自身的發展也為《今日新材料》的教學注入了活力，拓寬了材料學的學科視野，有助于啟迪任課教師的學術思維。如我們在第二講《納米材料》中，先介紹了納米材料的基本性質、研究內容、發展現狀等，著重介紹了阻燃納米技術與碳納米材料兩方面的內容[5]。自1976年納米黏土阻燃尼龍的專利發表起，納米技術成為阻燃領域的重要分支。相對于傳統阻燃劑而言，納米阻燃體系最為顯著的特點是只需添加極少量(<5%)的阻燃劑即可顯著降低材料的燃燒性能，并且納米阻燃劑的加入還能使得材料的機械性能得到提高，而普通阻燃劑的加入會大大影響材料的力學強度。此外，針對煤炭能源專業為學校優勢學科的特點，我們特別安排了富勒烯(1986年諾貝爾化學獎)、碳納米管、石墨烯(2004年諾貝爾物理學獎)、碳量子點等碳納米材料的的教學內容，不僅讓學生認識到在納米材料的范疇內，碳材料的形式豐富、性能優異，同時也感受到了由傳統能耗型資源向新能源材料轉型升級的迫切需求與廣闊前景。設計教學內容與專業知識相關聯，大大提高學生了的學習積極性，調動學生的學習熱情，也讓我們的課堂教學更高效。

2　貼近生活，增強學生的學習興趣

《今日新材料》是面向全校學生的公選課，很多同學沒有材料方面的專業基礎，因此，我們的教學內容應當盡量和生活及社會相聯系，減少公式與理論的描述。教學過程主要以材料學科為基礎，圍繞生活及社會中的熱點問題展開。我們圍繞“夜明珠為什么被認為是稀世珍寶”、“隱形飛機隱形的原理”、“緩釋膠囊發明的巨大貢獻”、“高鐵快速運行所需材料”、“水立方膜材料”、“手機電池優缺點”等社會中的常見現象，以提問的方式激發學生的興趣，引導學生思考材料對社會生活及社會進步的重要性。

我們通過設置多種問題情境，然后進行釋疑層層引導學生尋找答案，在引導回答中激發學生的興趣，促使學生的主動學習。在介紹高分子材料時，設置家庭或者宿舍為情景，啟發學生思考身邊的高分子材料。如抬頭可見的燈罩可能是聚苯乙烯材料，開關盒是酚醛樹脂，花瓶是有機玻璃材質，透明的水杯是聚丙烯塑料，包括塑性門窗、涂料、空調、洗衣機、手機等等都大量涉及高分子材料的應用；我們身著的羊毛衫、絲綢等等又是天然高分子材料的范疇，這些高分子材料悄無聲息地影響著我們的生活。在介紹高分子性質時，我們以擠牙膏為例，牙膏從牙膏管口擠出時，好像突然變大了好多，這是因為什么呢？ 借此我們講解高分子的一個重要特性---蠕變性。所謂高分子的蠕變，是指材料在恒定載荷作用下，變形隨時間而增大的過程。牙膏中含有大量的高分子化合物，如濕潤劑、香料、起泡劑等，這些高分子鏈在牙膏管中是都是呈自然卷曲的，在被擠出牙膏管口的狹小位置時，高分子鏈在管口的作用下被迫發生鏈的舒展成線性狀態，在擠出管口后外力減小，高分子鏈在無外力作用下回自然呈卷曲狀態，從而使體積大。用理論知識解釋身邊的現象和實例是我們這門課的教學目的之一，貼近生活能更好地聯系學生已經認知的領域，有效促使學生“有意義學習”，同時啟發學生的發散性思維[6]。

3　良好的互動是課堂必不缺少的要素

雖然選修課的學生較多，但筆者盡量做到課堂的互動式教學，讓學生加入課堂討論，以提高學生的學習興趣，引發學生的積極思考。因此，我們把課程教學內容設計在問題中，通過提問抓住學生的注意力，將學生和老師的提問、學生的討論以及教師的集中講授相融合。同時，我們的問題要盡量跨越專業的限制，使課程具有通識性、可感知性、使理論教學不枯燥乏味。我們在本課程的第一節課，請同學介紹和自己專業相關和一種材料，采礦專業的同學介紹了煤礦填充材料，材料專業的同學提到了建筑陶瓷材料，通信專業的同學提到了光導纖維，地質環境專業的同學介紹了污水處理凈化材料，管理學院的同學分享了在社交禮儀過程中商務制服領帶的材料和工藝等等。此外，我們根據學生的興趣愛好進行引導，如學生談到踢足球，我們引導學生足球鞋鞋底和鞋面使用不同的材料，而具有不同的功能。足球鞋要求能抗撕扯強度高，有好觸感、防水、透氣性能等，鞋面材料通常是牛皮、袋鼠皮、羊皮等皮革材料，而鞋底材質一般分為TPU、尼龍、碳纖維和橡膠。如此類比，大大豐富了教學內容、活躍了課堂、激發了學生對材料學科的學習熱情和興趣。對主講教師而言，在啟迪學生探索熱情的過程中，自身也同樣會充滿探索熱情，并從一個多學科的全新視角審視量度自身學科，做到他山攻錯，找出新的生長點。不同專業的學生提出的與其自身相關的材料學問題，可以有效促進主講教師對跨學科問題的換位思考和探究，從而做到教學相長、相得益彰。

4　教學手段多元化，關注熱點問題

公選課上課時間為9～10節，經過一天的學習，學生已經非常疲乏，如果再采用長時間講解的授課方式很難持續吸引學生的注意力。我們借助多媒體現代化教學手段，不斷向學生展示精彩的畫面、鮮明的色彩和動人的情節，這樣容易引起學生的興趣，把注意力集中到學習對象上去，使學生在不知不覺中去探究它們，提高課堂的教學效率。課堂內容以電子教案Power Point的形成呈現，我們充分發揮多媒體課件集聲音、視頻、文字、圖標等為一體的特點，在有限的教學學時內給大家分享更多的內容。

3D打印無疑是近年來的研究熱點之一，已經成為國際上一個新的技術潮流。權威機構列出的對人類生活具有顛覆性影響的12項技術中，3D打印位列第9，特別是今年“先進制造與3D打印”走進了國務院的會議室。我們將3D打印知識作為今年課程內容的一部分進行了專門的介紹。隨著3D打印技術的日益成熟，3D打印機不再是設計師和科學家的專屬機器，她已經從實驗室和工廠中走出來，走進學校和家庭，與每個人的生活息息相關。如3D打印的服裝已遍布各大時裝展，3D打印立體人物照片街邊可見，3D打印助聽器與牙齒等讓人們大大受益，自行車汽車等交通工具的設計中也越來越多的體現出3D元素。我們以電影中視頻片段開始3D打印的學習，在影片《十二生肖》中，成龍先生佩戴專業掃描手套，通過手掌環繞獸首，另外一邊快速的將圖紙發送到3D打印機中，幾秒鐘內，一個外形完全相同的復制品就制作出來了。盡管在現實中，根據復雜程度不同，3D打印需要耗費一兩個小時，甚至更長的時間，電影片段能大大吸引學生的眼球，讓學生對3D打印有直觀感性的認識，明白3D打印的基本原理和三維建模的重要性。我們結合影片，給學生講解了3D打印的流程、打印材料、性能與特點等。類似地，介紹新能源材料的鋰離子電池時，我們先介紹鋰離子電池的工作原理和主要特點，再通過視頻的形式闡述了鋰離子電池完整的制作過程，加深學生的印象。

5　考核形式各方兼顧

學生上課出勤率及平時成績是給定公選課成績的一個重要參考。鑒于選修《今日新材料》的學生人數較多，不宜采取點名的方式來保證學生的出勤率，筆者采取了以下幾種方式來評定課程的綜合成績：(1)平時隨機抽查的方式，課堂上讓學生就某種材料概念或性質問題進行快速筆答并上交答題紙，據此給出平時成績。(2)結課小論文，結合課堂所講內容, 學生自己準備論題, 就自己感興趣的一種新材料寫一篇論文，分別介紹材料的基本性質、加工方法、最新發展動態及應用前景等。學生要完成論文不僅需要了解和獲取最新資料文獻, 還需要對所獲取的資料文獻進行收集、整理和綜合。在回顧課堂講授內容的同時，也強化學生查閱文獻的能力。

6　結　語

我們根據當前材料學科的研究熱點和我校的學科特色，確定了納米材料、新能源材料、高分子材料、生物醫用材料、3D 打印等為《今日新材料》課程的主要教學內容，通過教學內容貼近生活，課堂良好互動，教學手段多元化，考核方式各方兼顧等教學方式，充分調動學生的積極性和主動性，取得了良好的教學效果。

[1]胡曉燕,林喆,秦志宏.新能源與可再生能源課程雙語教學探討[J].廣州化工,2015,43(23):259-260.

[2]劉法謙,郭志巖,張乾.《新能源材料》課程的教學探討[J].教育教學論壇,2015(29):132-133.

[3]邢亮.化學與人類文明公選課教學探討[J].大學化學,2012,27(3):22-25.

[4]陳華文.地礦院校大學特色文化的精神特征與建設策略[J].學校黨建與思想教育,2014(3):88-90.

[5]劉漫紅,隋凝,肖海連.《納米材料》教學研究[J].廣州化工,2013,41(8):221-223.

[6]佟運祥,王香,田兵,等.《功能材料》課程教學方法思考[J].大學教育,2014(6):151-152.

Exploration and Practice on Today’s New Materials Teaching

LIU Jun, CHANG Meng-jie

(College of Materials Science and Engineering, Xi’an University of Science andTechnology,ShaanxiXi’an710054,China)

Exploring new energy and materials is the most effective approach to solve the challenge of energy shortage and environment pollution in our country, as well as the hot research topic.Today’sNewMaterialsis a public selective course without major limitation for all the undergraduates. In order to gain better teaching quality, the teaching content, teaching methods and examination of this course were explored and improved. The above efforts were aimed on cultivating the learning interest and training the scientific spirits of the students, as well as achieving a better teaching effect.

new materials; teaching reform; learning interest

陜西省教育廳項目(No: 15JK1453, 14JK1468)；西安科技大學博士啟動金(No: 2014QDJ052, 2014QDJ051)。

劉俊(1983-)，男，講師，理學博士,主要從事無機新能源納米材料的研究。

G642

A

1001-9677(2016)09-0171-03