以培養學生創新實踐能力為導向的《納米材料》課程教學改革與實踐

杜建周

摘要：以培養本科生創新思維和實踐能力目標，結合《納米材料》課程知識結構特點以及學生自身知識體系，構建“課堂教學—實踐教學—監控評價”三位一體的教學組織過程。運用多手段教學改革優化教學方法，有效提高學生的學習興趣，學生的創造性思維能力和綜合實踐能力，踐行“學生為中心，產出為導向，持續改進”的教學理念。

關鍵詞：納米材料；科研創新；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）40-0125-02

材料在人類社會的發展中具有不可替代的作用與地位。材料的制備與應用水平是衡量一個國家國力強弱、科學技術進步程度和國民生活水準高低的標準。國家“十三五”規劃中提出了“五大發展”理念，其中“創新”位居首位。國家的發展依賴于科技的創新，科技的創新離不開高素質的勞動者和創新人才。高校作為培養創新型人才的搖籃，首先要讓創新蔚然成風。在創新型人才培養的路程中，高校基于自身的條件和基礎提出了不同的人才培養模式。研究型大學注重從科研上培養學生的創新能力[1-3]，為學生后續的繼續深造奠定基礎。應用型大學承擔培養理論轉化應用、應用創新及實際生產和創造價值過程中的組織和管理、指導和實施等高級應用型人才[4-5]。

《納米材料》課程是高等工科院校材料專業的一門專業課，讓學生理解納米材料的基本概念，掌握材料的物理和化學特性，能夠自己動手完成相關材料的制備和測試，了解納米材料的應用背景。它是一門理論性、應用性較強的課程，為學生今后從事科學研究和工業、工程第一線的工作提供理論基礎和技術技能。在創新理念的驅動下，本文以《納米材料》課程為例，運用優化課程教學方法，通過培養學生文獻查閱整理、論文撰寫、課堂討論等手段組織教學過程，論述如何在教學過程提升學生應用創新能力。本文從課程的實際應用、課程的內容設置、課程的教學方法以及課程的考核方式進行探討。

一、課程的實際應用

課程教學的第一堂課中讓學生明確所學課程與實際應用之間的密切關系，促進學生產生濃厚的學習興趣，實現教師的教與學生的學在教學過程中的相互促進，進而促使學生將理論轉化為具體的生產力。

教學過程中，教師將已收集整理的納米材料應用領域文獻提供給學生，引導學生閱讀課外資料掌握納米材料的特性，進而搜索實際應用的實例如實物、視頻、圖片等，最后采用小組討論的教學模式，讓學生體會到這門課的具體實用價值。學生課上討論的應用主題分成如下類型：1）體內的“醫生”：借助于納米材料的奇異特性學習制造醫用微型傳感器，通過注射或植入的手段放入體內，以便捕捉患者更詳盡的信息，從而更有利于醫生進行診治。2）自我修復：改變材料的納米級結構，會使它們具備某種神奇的特性。假設材料上遍布納米顆粒，那么在其表面有裂痕出現時，這些顆粒就可以自行移動繼而讓裂痕彌合。3）光觸媒：植物的“光合作用”，納米TiO2在太陽光或室內熒光燈的照射下能產生抗菌、除臭、油污分解、防霉防藻、空氣凈化的作用。

教師需要參與到小組討論中，指導學生提煉最新的納米技術，并引導學生自己去探索技術的應用前景。幫助學生將理論成果轉化為生產力，如開發一些實用新型和發明專利等，通過成果激發學生的創造力。在課堂教學過程中，不斷引入相關的前沿知識，擴充學生的知識面，提出存在的科學問題，讓學生掌握目前國內外的研究現狀。從教師與學生的互動情況可以看出，學生對這樣的講授非常感興趣。

二、課程的內容設置

課程教學的內容包含緒論、納米結構單元、納米顆粒的基本理論、納米顆粒的結構與物理特性、納米顆粒的化學特性、納米顆粒的制備與表面修飾、納米顆粒的尺寸評估、納米固體及其制備和納米固體的性能九大部分。九個部分可以概括為如下四個內容：1）納米材料的概念：從納米材料的新奇特性開始，引入納米材料的基本概念、發展史和分類方法。2）納米材料的結構和基本效應：該部分內容是理解納米材料特殊性質的基礎，也是該課程的重點、難點。3）納米材料的理化特性及應用領域：回憶前面納米材料結構和基本效應的學習，引出納米材料的理化特性，以微觀結構—特殊效應—特殊功能—應用領域為思路，使學生認識納米材料的重要性，同時啟發學生深入思考，進而深入掌握納米材料的理化特性。4）納米材料最新研究進展：根據納米材料的最新研究動態，讓學生了解國際最新研究熱點。

三、教學方法與考核方式改革

傳統教學課堂上，部分學生難以全身心投入到課堂中，導致教學秩序混亂，教學質量下降。在本課程的教學過程中，通過引入翻轉課堂教學模式，促使學生忙于活動或小組討論，教師集中時間了解學生，幫助學生，實現以學生為中心的教育理念。翻轉課堂的靈活性讓學生可以提前學習或課后補課，做到課程和活動兩不誤，幫助學習跟不上進度的學生。

教學內容的第一部分主要由教師的講授為主，以PPT和視頻的形式講授課程的范圍、發展和性質等。同時，將具體的文獻和專利檢索、閱讀和整理的完整過程直觀展示給學生，提高學生的自主學習能力。后續的第二、三、四部分主要由學生通過查找資料弄清楚教材中的基本概念和定義，進而根據教材中的內容制作PPT并講授，教師和其他同學負責提問，最后教師對學生的學習情況進行點評和總結。其余章節要求學生通過網絡和其他資源，搜索最新的科技雜志和發明專利獲取納米材料制備的先進技術以及方法，并整理相關數據資料并在課堂中講述。學生根據講述內容進行分組討論，教師參與到小組討論，聽取學生對于技術的評價和其他想法，并發掘學生提出的可行性想法，促使學生將自己的思想轉化為一定的技術成果應用到現實生活中。

在實踐教學過程中，教師通過案例演示納米材料的制備和表征技術，引導學生從材料的形貌、結構入手，對比納米材料和塊體材料在結構、特征、應用上的區別，讓學生對納米材料有更直觀的認識，加深學生對課程理論知識的理解，提高實踐能力。在實踐環節中，學生根據所學知識和自己的理解提出實驗方案的雛形，進而通過調研和討論的方式確定方案的可行性并修改合理。采用項目式的實驗教學方法有助于學生整體把握課程中的知識體系，還可以提高學生的合作意識和動手實踐能力。

為了充分調動學生學習的積極性、主動性，增強學生自主學習和分析問題、解決問題的能力、提高教學質量。采用了“PPT+翻譯+實驗+大論文”的綜合考核模式，其中PPT占20%、翻譯占20%、實驗占20%、大論文占40%。從實施效果和課程要點的達成度數據來看，這些以學生產出為主的教學方法有助于培養學生的實際應用和創新思維能力。

四、總結

納米材料在人類社會的發展中具有不可替代的作用與地位。借助于現代信息技術的發展，在課程的教學過程中充分發揮學生的自主性。使學生理解和掌握納米科技基本概念及基礎理論，在此基礎上正確理解納米材料功能和用途，全面理解納米科技內涵。引導學生去探索納米材料的新技術、新方法以及新產品，為后續的理論成果轉化奠定基礎，同時為學生的科研和工作方向的選擇提供依據。

參考文獻：

[1]張安琪，鄭耿鋒.培養學生的科研興趣與創新思維——“納米材料與功能器件”研討型課程的實踐與體會[J].化學教育，2014，（14）：15-17.

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[6]張立德.納米材料[M].北京：化學工業出版社，2000.