開展課程實踐教學的必要性

李偉捷 楊修春

摘要：實踐教學有利于培養具有良好工程技術能力、創新能力及高素質綜合人才。目前存在重理論教學，輕實踐教學的情況。為此，我們結合自身實踐，提出了《粉體工程與納米技術》增加實踐教學環節的建議。文章簡述了該課程的特點，提出了實踐教學改進方法。

關鍵詞：粉體工程;納米技術;實踐教學;改進方法

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）19-0021-02

一、引言

我們都讀過三國演義，知道諸葛亮揮淚斬馬謖的故事。也讀過紙上談兵，教育我們要理論聯系實際，不能空談。盡管如此，在日常生活和工作過程中，仍存在嚴重的空談理論，不解決實際問題的現象。針對目前重理論教學輕實踐教學的現狀，我們以《粉體工程與納米技術》課程為例，闡明實踐教學在教學過程中的必要性。

二、課程介紹

《粉體工程與納米技術》綜合了《粉體工程》和《納米技術》兩門課的精華部分，通過本課程的學習，要求學生了解粉體的相關知識和納米技術的進展，熟悉顆粒的制備、表征、收集、分級、分離和貯存方法，掌握相關基本理論知識和相關基本原理。理解納米顆粒及納米結構的制備、加工方法及其物理、化學特性，了解國內外在粉體工程和納米技術方面的新成果。粉體工程是以顆粒和粉狀物料為對象，研究其性質及加工、處理的學科，涉及到基礎理論和工程技術兩大部分?；A理論主要研究粉體幾何形態、粉體力學、粉體化學、氣溶膠、粉體檢測等;工程技術主要研究粉體的制備、分離、分級、均化、儲存、輸送、混合、制粉、造粒、流態化等。涉及了工程、粒學、物理、化學、材料等學科的基礎理論和技術，是一門多學科交叉的綜合學科。粉體研究的目的主要包括：

1.提高工業產品的質量和控制水平，例如，粗細顆粒的大小及形狀對傳統材料中的水泥性能有極大的影響;可以通過細化顆粒提高藥物的可吸收性，降低藥物用量;顆粒的大小對被涂物體表面遮蓋力影響極大;粉體改性后可以用于化妝品、塑料、橡膠、涂料等。

2.節能降耗：粉體的制備離不開機械加工、化學加工及高溫處理過程，這些都消耗能量。

3.新材料的研究與開發：超硬、超強、超純、超導、超塑等，納米材料和納米技術等。與粉體有關的產業有：無機非金屬材料工業，如水泥、陶瓷、玻璃耐火材料等;冶金和金屬工藝學：粉末冶金、硬質合金、金屬陶瓷、選礦等;顏料和感光劑工業：陶瓷的色料、照相乳劑熒光粉體、磁性粉體等;電化學和無機化學工業：電池類的活性物質、碳素電極、固體肥料的固結問題;原子能和能源工業：核工業用石墨、氧化鈹等高密度燒結材料，固體燃料的著火性、粉塵的爆炸等;石油化學、高分子化學、化工工業：各種固體催化劑的活性、乳劑和漿料的分散性和穩定性，橡膠或塑料的填充材料和配合料，塑料的球晶化、纖維化、粉體的造粒等;電子學：集成電路的制造和分子加工;宇宙科學：超輕耐熱材料、高強度材料、火箭用固體燃料等。

當粉體尺寸低于100納米時，材料會出現一些奇特的性質，研究人員發現材料性質的改變是由于小尺寸效應、表面效應、量子限制效應以及量子隧道效應引起的。隨著掃描隧道顯微鏡的發明，科學家們提出了納米技術這個術語并逐漸形成一門新興學科，主要包括納米物理學、納米化學、納米生物學和醫學、納米機械學、納米電子學、納米材料學、納米加工學和納米力學等，不僅研究尺寸范圍在1—100nm之間的物質的組成、結構和性能之間的關系，也能用原子和分子創制新物質。

三、已有的實驗條件

同濟大學材料學院有光學顯微鏡、激光粒度儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡和X—射線衍射儀，可以對學生開放，增強他們的感性認識和動手能力，可以達到以下目的：粉體的相組成應該用什么儀器測試？顆粒形貌用什么儀器測試？他們最適合測量什么尺寸范圍的顆粒？顆粒分布有哪些測試方法？為什么要測量顆粒的尺寸分布？讓學生親自動手操作，可以加深學生對各種表征方法原理及其適用條件的理解。同時，材料學院部分老師從事與納米材料相關的研究，具備溶液法、氣相法制備納米顆粒的條件，可以考慮對學生開發，學生可申請學校、上海市和全國大學生創新項目，提早進入相關老師的實驗室，熟悉科研的全過程，掌握科研方法，了解相關研究方向的研究進展、發展動向及存在的問題;可以加深學生對“看花容易繡花難”的切身體會，提高學生的動手能力，培養他們發現問題、解決問題的能力，激發學生的學習自覺性和創新思維能力。

四、存在的問題及對策

1.尋求企業合作。目前學院缺少實驗設備和場地，為此需尋求合作企業，共同建設實踐教學基地，解決我院實踐設備和場地不足的問題。實踐教學基地建設內容包括：（1）粉碎機械的種類、結構、工作原理和注意事項;如讓學生利用滾筒球磨機進行陶瓷原料的濕法球磨試驗，通過改變球磨機的工作參數，測定球磨后粉體的粒度分布，據此改進球磨工藝參數，優化實驗方案。（2）粉體的篩分與分級設備的種類、結構、工作原理和注意事項;（3）粉體的儲存、轉運和喂料設備的種類、結構、工作原理和注意事項;（4）粉體的混合與造粒設備的種類、結構、工作原理和注意事項;（5）除塵設備的種類、結構、工作原理和注意事項。

2.改進填鴨時教學。課程中的一部分內容比較零散，可以給學生們布置小課堂，要求學生結合相關知識制作課件，親自上臺講解，參與教學。他們通過查文獻，收集和整理相關材料，做出自己滿意的課件，直至最后站在講臺上進行內容講授，提高了學生的自學能力、獨立思考能力、語言表達能力和獨立完成任務的能力。另外，學生有了臺上一分鐘，臺下十年功的親身體會，會更加尊重教師的教學，提高學習自覺性和學習效率。

3.參加科技競賽。教師在上課時積極鼓勵學生參加競賽活動，并擔任指導老師。例如，“混凝土輕舟”項目是土木工程大學生競賽的焦點之一，同濟建造的“WUKONG”號輕舟以孫悟空作為主要設計元素，獲得了口頭展示第一名、成品展示第一名、設計書第二名、劃船競速第三名，總分第一的佳績，成功晉級全美總決賽！在第十四屆“挑戰杯”中航工業全國大學生課外學術科技作品競賽中，我校材料學院景鎮子教授指導的本科生項目《水熱固化海砂為低環境負荷的新型建筑材料》榮獲全國特等獎。競賽活動激發了學生們的實踐探索精神，增強了他們團隊合作意識。學生們在競賽過程中會遇到各種問題，在解決問題的過程中，他們的綜合素質必將得到顯著提高。

4.加強國際交流合作。同濟科思創研究院由德國科思創和同濟大學于2011年12月共同創立，依托同濟大學材料科學與工程學院正式掛牌成立并運營。在同濟科思創研究院的支持下，有24名同學參加了2016暑期赴日訪學交流會，分別參觀了岡山大學、京都大學、科思創日本創新中心、日本產業技術研究所和積水公司零排放房屋。他們的最大收獲是該次參觀學習開拓了視野，體驗了世界一流大學的學術氛圍，感受到了企業科研人員嚴謹求實的態度和先進的科技水平，鍛煉了自己的交流能力，也領略了異國他鄉的文化色彩。

五、結語

本文結合自身實踐，以《粉體工程與納米技術》為例，論述了增加實踐教學環節的重要性。提出了實踐教學改進方法，包括尋求企業合作、改進“填鴨式”教學、參加科技競賽和加強國際交流合作。盡管如此，我們仍要不斷總結經驗教訓，與時俱進，不斷提高教學質量為國家培養出更多高素質的人才。

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