《材料科學(xué)前沿》合作式、研究性教學(xué)改革與實(shí)踐

馮偉　姜玉鳳　范方祿　劉愛紅　陳躍靖　金球

【摘要】材料科學(xué)突飛猛進(jìn)，在豐富教學(xué)內(nèi)容的同時，也給傳統(tǒng)的授課模式帶來新的挑戰(zhàn)。在“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的人才培養(yǎng)模式及理論學(xué)時不斷壓縮的形勢下，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)就《材料科學(xué)前沿》課程教學(xué)內(nèi)容、授課方式、考核形式進(jìn)行了革新。結(jié)果表明合作式教學(xué)、研究性教學(xué)是提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。

【關(guān)鍵詞】材料科學(xué)前沿 合作式教學(xué) 研究性教學(xué) 創(chuàng)新意識

【Abstract】Materials Science is advancing by leaps and bounds. It renews and enriches teaching contents， but it also brings enormous challenges to the traditional pattern of teaching. Thus， it is of great significant to carry out reform in the course of Frontiers of Materials Science. Under the new situation of theoretical teaching compressing constantly， cooperative and research teaching methods have been carried out to hope to train “multifaceted and solid fundamentals” compound talents. The result show that cooperative and research teaching are effective ways to improve teaching quality and train the innovative undergraduates.

【Keywords】Frontiers of Materials Science； Research teaching； Cooperative teaching； Innovative

【基金項(xiàng)目】湖北省教育科學(xué)規(guī)劃2017年度重點(diǎn)課題（NO.：2017GA040）；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：21603070）；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：2015CFB323）；湖北理工學(xué)院引進(jìn)人才項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：15xjz01R）。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）39-0232-02

隨著科技的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)材料逐漸被新材料所代替，大力推動新材料領(lǐng)域重大突破已成為國家戰(zhàn)略。湖北理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院下設(shè)無機(jī)非金屬材料工程、冶金工程和復(fù)合材料與工程三個本科專業(yè)，均開設(shè)有《材料科學(xué)前沿》課程。目的是使學(xué)生在打好專業(yè)基礎(chǔ)的同時了解新材料領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和前沿動態(tài)，開闊學(xué)生視野，拓展學(xué)生專業(yè)興趣，提高專業(yè)認(rèn)知度，增強(qiáng)專業(yè)歸屬感，并為繼續(xù)深造和將來從事新材料研發(fā)工作奠定良好的基礎(chǔ)。基于多年教學(xué)、科研經(jīng)驗(yàn)，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)就《材料科學(xué)前沿》課程教學(xué)內(nèi)容、授課方式、考核形式進(jìn)行了初步改革和實(shí)踐。

一、圍繞主題，合作教學(xué)

在“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的人才培養(yǎng)新形勢下，材料科學(xué)與工程學(xué)院于2016年在全校范圍內(nèi)率先實(shí)施“材料大類招生”的人才培養(yǎng)模式，明確了“一線材料工程師”人才培養(yǎng)定位。在充分考慮學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和學(xué)科建設(shè)方向的基礎(chǔ)上，我們將《材料科學(xué)前沿》授課計(jì)劃定為新型功能材料、先進(jìn)金屬材料與加工技術(shù)、高性能復(fù)合材料和固體廢棄物資源化利用四大主題，由多位教師以講座的形式合作授課。實(shí)踐證明，對教師而言，合作式教學(xué)可緩解授課教師壓力。備課可以精益求精，舉例能更恰當(dāng)，講解也能更透徹，教學(xué)效果自然顯著提高[1]。以筆者為例，長期從事仿生功能材料的研究，因此在給學(xué)生講授相關(guān)專題時，能較好把握該領(lǐng)域發(fā)展歷程和最新前沿動態(tài)，更為重要的是能依據(jù)自身科研經(jīng)歷，向?qū)W生剖析發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題的過程以及探討解決問題的可能途徑。而對于其他專題，雖了解但不透徹，只能根據(jù)查詢到的相關(guān)資料“照本宣科”，無法做到深入淺出，這勢必會影響學(xué)生學(xué)習(xí)效果。而對學(xué)生而言，學(xué)習(xí)一個階段知識后，又有一個新面孔教師上課，增加新鮮感，免除視覺疲勞。學(xué)院年輕博士較多，科研經(jīng)歷豐富，最適合承擔(dān)此類前沿課程教學(xué)，但多名教師合作教學(xué)，應(yīng)注重知識的連貫性和專業(yè)契合度，讓這些前沿內(nèi)容更好地輔助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解專業(yè)知識，而不能單純的是授課教師自我研究方向或興趣的拓展[2]。為此，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)圍繞主題，共同備課，挑選與專業(yè)契合度高的前沿?zé)狳c(diǎn)，加強(qiáng)課前交流，注重課后反思，強(qiáng)化教學(xué)中“五基”的滲透[3]，因材施教，擴(kuò)大課程的受益面。

二、研究性教學(xué)，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

如何更好地把前沿知識融入到課堂，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識成為授課老師需要思考的問題。傳統(tǒng)教學(xué)以教師講授為主，學(xué)生被動接受，缺乏積極性。鑒于學(xué)生已完成《科技論文檢索與寫作》、《材料科學(xué)基礎(chǔ)》和《現(xiàn)代材料表征技術(shù)》等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)嘗試了基于科研項(xiàng)目的研究性教學(xué)方法。即在部分授課環(huán)節(jié)，通過角色互換，讓學(xué)生充當(dāng)教師的角色上臺講解，而教師只負(fù)責(zé)組織、引導(dǎo)和答疑。如筆者基于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，在講解完仿生超疏水材料定義、理論基礎(chǔ)和應(yīng)用背景后，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料，以完整科技論文的形式完成“超疏水材料表面水滴結(jié)冰/冷凝行為觀察”這一課題。組織學(xué)生從材料制備、結(jié)構(gòu)表征、實(shí)驗(yàn)平臺搭建、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與結(jié)果討論等環(huán)節(jié)入手，按照小組分工完成文獻(xiàn)資料搜集、整理，方案確定，教案準(zhǔn)備，課件制作，課堂交流等任務(wù)。為提高學(xué)生積極性，要求小組成員集體上臺交流任務(wù)分工及收獲，增強(qiáng)每位學(xué)生的責(zé)任心，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識。當(dāng)然，這種授課方式對教師也提出了更高要求，需明確每名學(xué)生分工，精心準(zhǔn)備，巧妙構(gòu)思，掌控全局。如實(shí)現(xiàn)超疏水特性的核心是制備粗糙表面，獲取方法多種多樣，既可以是至下而上的化學(xué)生長，也可以是從上至下的物理破壞，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)微/納米材料制備方法，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件初步確定方案；在結(jié)構(gòu)表征環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)微/納米級別的形貌觀察，引導(dǎo)學(xué)生回顧光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡的原理、特點(diǎn)，以及如何通過XRD等手段分析物相組成；而在實(shí)驗(yàn)平臺搭建上，讓學(xué)生對比冰箱和冷熱可控飲水機(jī)在制冷方式上的異同點(diǎn)，指引學(xué)生利用半導(dǎo)體制冷片搭建溫、濕度可控實(shí)驗(yàn)?zāi)K；而在最后數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)數(shù)字圖像獲取和分析能力，通過拍攝的結(jié)冰、冷凝過程視頻，需要哪些數(shù)據(jù)才能分析防冰性能優(yōu)劣，以及冷凝液滴生長規(guī)律、合并彈跳行為。指出可嘗試?yán)肞hotoshop、Image J、Matlab等軟件，如何獲取這些數(shù)據(jù)則需要學(xué)生自行查閱資料自學(xué)軟件；在學(xué)生答辯環(huán)節(jié)，著重分析每組方案的可行性，并鼓勵同學(xué)們繼續(xù)深入實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)論證并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。對于新的教學(xué)嘗試，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、參與度明顯提高。雖然花費(fèi)了大量精力，但通過此次授課，筆者也從授課班級中挑選了幾名科研興趣濃厚的同學(xué)，加入教師的科研團(tuán)隊(duì)，以培養(yǎng)研究生的模式從嚴(yán)要求，有效緩解了教師科研和教學(xué)精力有限的問題，初步形成了教學(xué)、科研相長的良性循環(huán)。其中實(shí)驗(yàn)小組還以此為契機(jī)，申報(bào)了“微環(huán)境可控冷凝結(jié)冰可視化數(shù)字平臺”，獲2017年度湖北省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目立項(xiàng)。

三、多樣化考核評估方式

過往采用的試卷或提交科技論文的考核方式，往往造成了學(xué)生臨陣磨槍，事后忘光的結(jié)果。因此，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)也對該課程考核評估方式進(jìn)行了探索。采取了考勤、課堂表現(xiàn)和論文或?qū)嶒?yàn)報(bào)告相結(jié)合的方式，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的課堂表現(xiàn)，尤其是學(xué)生在角色互換環(huán)節(jié)表現(xiàn)。這一環(huán)節(jié)既體現(xiàn)了學(xué)生課堂參與度，也能凸顯學(xué)生查閱資料、分析問題、解決問題的能力，甚至還能鍛煉學(xué)生領(lǐng)導(dǎo)力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作力和語言表達(dá)能力。而這些能力也都是創(chuàng)新型人才所必須具備的品質(zhì)。

四、結(jié)束語

教學(xué)是一個永無止境的過程，如何在理論學(xué)時不斷壓縮的情況下，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性，保障教學(xué)質(zhì)量，值得每一位教師深思。教學(xué)和科研從來都不是孤立的，從學(xué)校督導(dǎo)和學(xué)生反饋意見來看，合作式專題授課，教師講解生動透徹。基于角色互換的研究性教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生興趣濃厚，參與度高，自主學(xué)習(xí)能力得到有效鍛煉。該教學(xué)模式對于培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力和創(chuàng)新意識具有重要的意義，宜成為常用教學(xué)模式之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋述鵬， 周和榮， 沈冬冬.《材料科學(xué)前沿》課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊-電子版（上旬）， 2016（1）： 57

[2]王偉衛(wèi)，崔佳毅， 吳英理. 一線科研教師參與本科基礎(chǔ)課程教學(xué)的問卷調(diào)查分析[J].中國當(dāng)代醫(yī)藥， 2017（8）： 176-178

[3]王文亮， 王渭娜. 基礎(chǔ)課教學(xué)中應(yīng)滲透學(xué)科發(fā)展前沿，選修課教學(xué)中更應(yīng)關(guān)聯(lián)學(xué)科基礎(chǔ)知識[C].全國高等師范院校化學(xué)課程結(jié)構(gòu)與教學(xué)改革研討會. 2010.

作者簡介：

馮偉（1984.11-），男，漢族，湖北黃石人，博士，講師，研究方向：新型功能材料。