《納米材料與技術》課程教學改革探索

孫海勤 張奇偉

摘要：本文從課程內容與學科方向的有效融合、提高學生的學習興趣和對新知識的渴求兩方面著手，提出了一些教學改革的探索。依據教師為主導和學生為中心的指導原則，結合《納米材料與技術》目前的教學現狀，從教學內容的設定、“互聯網+”、“新工科”背景三個方面進行了探索，提出課程與專業融合、“互聯網+”課程與傳統課程教學下的優勢互補以及“新工科”背景下的知識更新，這些措施將對復合創新型人才的培養具有積極的作用。

關鍵詞：《納米材料與技術》;“互聯網+”;新工科

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）22-0124-02

《納米材料與技術》是20世紀80年代末發展起來的新興學科，涉及物理、化學、材料、生物等諸多領域的知識，是納米科技的核心和基礎。在大學階段開設納米材料與技術課程不僅能培養學生的發散思維能力，而且能培養學生畢業后對前沿科技的分析、解決能力，實現復合型、創新型人才的培養目標[1，2]，從而引導學生了解、探究、掌握最前沿的科學技術，激發學生的創造力和想象力。

納米結構復合材料和納米功能復合材料逐漸成為復合材料的重要學科分支，因此，對復合材料與工程專業，有必要開設納米材料與技術課程，從而引導學生了解學科專業的前沿方向，把握納米科技對當代社會的重要影響[3]。盡管許多高校開設了納米材料與技術相關的課程，而如何將其與本學科的專業方向有效地結合在一起，從而更好地發揮納米科學與技術在不同學科方向中的魅力，仍然需要進一步的探究。本文結合近年來的講授經驗和復合材料與工程專業的學科特點，對本課程提出了一些教學改革探索。

一、《納米材料與技術》課程特點及存在不足

20世紀末國外一些高校在本科階段開設了納米材料與技術的相關課程[4]。21世紀初，歐盟委員會的各個成員國建議大學應該將納米材料與技術納入大學的課程建設中來，大力推動各個學科間的交叉合作，鍛煉大學生與新興納米技術相關的各項技能，使他們對未來技術的發展具有較高的遠見和前瞻能力。

《納米材料與技術》是一門綜合性較強的交叉學科，需要學科間的交叉融合，著重于納米材料制備、納米結構及性能表征、納米材料加工技術和應用等技術方面的知識。目前，內蒙古科技大學材料與冶金學院已經將《納米材料與技術》納入復合材料與工程專業的培養方案中，成為本科生培養過程中的一門專業選修課。在多年來的教學過程中，我們發現學生對這門新興納米技術特別感興趣，聽課集中，求知欲望強烈。然而，在現有的專業建設背景下，《納米材料與技術》課程的內容與復合材料和工程專業主干課程相比存在不協調，涉及的知識面廣，各個知識點關聯性不強，難以實現為復合材料和工程專業主干課程形成有效促進。同時，在教學過程中，涉及許多理論基礎知識，難以兼顧與其他主干課程之間的關聯。作為一門新興技術，知識的更新速度較快，如何將最新的納米材料與技術發展融入課堂中，仍存在一定的挑戰。

二、《納米材料與技術》課程教學的設定

根據本專業的學科建設的目標與方向，制定內容合理、有效的《納米材料與技術》課程教學內容至關重要。為了使得學生全面、系統地掌握納米科學技術方面的知識，在設置教學內容時要注意把握本課程內容的前沿發展現狀，結合現有的教學大綱和學生的實際情況，有針對性地選擇教學內容中的重難點[5]。首先，闡述納米科學技術的發展歷程、納米技術革命所帶來的機遇和挑戰、以及對復合材料與工程專業未來發展帶來什么樣的改變，讓學生充分認識到納米技術對未來人類生活的影響。其次，以通俗易懂的語言，形象化的事例簡單解析納米材料中隱含的結構、基本理論和基本特性;同時重點討論納米材料（量子點、納米纖維、納米棒、納米片等）的制備工藝技術（物理方法和化學方法）。最后，將納米材料特異的物理或化學性質，引入復合材料中，深入探討納米復合材料的特性和制備技術，其中包括納米復合材料涉及的范圍（如：納米高分子復合材料、納米陶瓷復合材料、納米磁性復合材料、納米催化復合材料等）、納米復合材料的合成和制備技術（如填料的合成與制備、納米復合材料的成型方法等）。同時，把國家近些年來在納米科學與技術方面取得的重大成果與應用展示給學生（如神州飛船、航空發動機等），加強對納米材料技術更深層次的理解，充分調動學生學習的積極性，培養他們對新興事物始終保持好奇與渴求的欲望和動力，為將來的工作和學習打下堅實的基礎。全面化、系統化的理論知識框架的構建，有利于我們對學生進行有效的科學指引，推動技術的發展和進步。

三、“互聯網+”模式下的《納米材料與技術》課程教學

隨著互聯網技術的迅猛發展，其功能逐漸延伸到社會生活的各個方面，在大眾創新、萬眾創業的大背景下，高等院校中的傳統教學也面臨著挑戰。在關注學生個性教育，強調學生個性發展的同時，利用互聯網的創新成果深度融合與教育和教學過程當中，為傳統授課方式賦予了新的內涵。教師利用互聯網的先進技術，可以有效的實現課堂上的圖、聲、動畫、文并茂的結合，增加課堂的多樣性，大大拓寬了學生的視野。《納米材料與技術》這門課程同樣也可以借用互聯網豐富的網絡資源，沖破以書本為中心的局限，豐富學生的學習內容和學習方式，充分體現“互聯網+”模式下的形象與抽象并重的啟發式學習過程，可以將目前最新的納米材料與技術以圖文并茂的方式展現給同學們。因此，構建富有媒體化、知識單元化、學習流程化的課程內容體系是十分必要的，充分發揮“互聯網+”模式下的教學優勢和傳統教學的優勢，取長補短，開展在線學習和課堂教學的合理結合，有效實現學生自主學習，以“學”為主與教師主導二者之間的相互統一，從而達到較好的學習效果。

四、“新工科”背景下的《納米材料與技術》課程教學

近年來，在新興技術的推動下，為適應當前和滿足未來新興產業對于人才的大量需求，國家提出未來在戰略新興產業方面培養具有創新精神和實踐能力的復合型人才，這些即將出現或形成的新興學科定義為新工科（如“互聯網+”、人工智能、云計算等）[6]。根據“新工科”背景下建設的要求，結合本課程的特點，以學生為中心，充分發揮學生學習的積極性。首先，進行課程內容的整合和更新，目前，針對不同專業背景下開設的納米材料相關的知識，過于寬泛，難以與專業方向有效結合在一起，而對于復合材料與工程專業的學生來說，復合材料是重點，在對教材整改的過程中，著重體現納米材料和技術在復合材料中發揮的作用，加強專業和課程內容之間的融合。其次，對傳統教材中知識的更新，為了滿足學生對未來知識的需求，某些知識點需要更新（如，新理論和新技術），及時傳達給學生，讓他們了解和把握納米科技發展的前沿趨勢。最后，引導學生走上講堂，結合自己的所見所聞，把《納米材料與技術》在日常生活中應用的事例，以及對未來納米技術的發展展望講給教師和學生，讓他們切身體會到知識的力量和探究新知識的魅力，提高學生學習的興趣和積極性。

五、結論

結合《納米科學與技術》課程內容的特點，以及自身的教學經驗，從學生的實際需求出發，提出了該課程存在的一些問題。結合“互聯網+”和新工科背景下，提出了一些改進的措施，充分發揮學生學習的興趣和積極性。

參考文獻：

[1]師昌緒.應進一步加大對納米科學技術的支持力度[J].科學新聞周刊，2001，（13）：4.

[2]王中林.壓電電子學與壓電光電子學[M].科學出版社，2012.

[3]唐華，陳剛.《納米材料》課程教學改革探討[J].中國科技縱橫，2010，（24）：154.

[4]孫瑞敏，趙輝.高校《納米科學與技術》課程開設的必要性及教學原則[J].開封大學學報，2011，25（1）：76-78.

[5]萬里鷹，萬紫涵，羅軍明.大學納米材料與技術創新課程建設的實踐探索[J].大學教育，2017，（7）：157-158.

[6]相益信，沈顯榮，張澤，高建綱，陶庭先.新工科背景下功能高分子材料教學方法的探討[J].高師理科學刊，2018，38（4）：101-103.