納米材料導論課程融入高等教育教學原則實踐路徑研究

王作山 鄭敏

摘要：專業(yè)選修課是對必修課的補充和提升，有利于構(gòu)建本科教育的完善專業(yè)知識體系。以辯證唯物主義哲學理論為導引，探索高校教學原則在本科教學實踐中貫徹的科學路徑，其宗旨是實現(xiàn)高校教學實踐科學性和思想性的統(tǒng)一，使本科生在構(gòu)建完善的專業(yè)知識體系的同時，樹立辯證唯物主義的世界觀。

關(guān)鍵詞：高等教育;選修課;納米材料導論;科學世界觀

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9324（2020）22-0246-02

高等教育突出專業(yè)教育，高等學校根據(jù)自身的性質(zhì)和社會需求設(shè)置專業(yè)，各個專業(yè)設(shè)置相應課程來完成專門人才定向培養(yǎng)。高校課程根據(jù)對專業(yè)的適用性可分為必修課程和選修課程。前者是重點講授本專業(yè)必須掌握的基礎(chǔ)知識和技能，教學內(nèi)容具有系統(tǒng)性、完整性和相對穩(wěn)定性，后者則是作為必修的一種補充，有利于培養(yǎng)學生專業(yè)特長，系統(tǒng)構(gòu)建專業(yè)知識和專業(yè)技能。在高校教育目標實現(xiàn)過程中，高等學校教學原則始終處于指導地位。教學規(guī)則是根據(jù)教學目的和教學規(guī)律制定出來的對教學的基本要求，對教學過程實施起到約束和規(guī)范作用，是成功進行教學活動必須貫徹的準則。如何在教學實踐環(huán)節(jié)中，靈活運用、落實高等學校教學原則，是高校教師必須直面的重要課題。

納米材料導論是蘇州大學材料專業(yè)開設(shè)的選修課，重點介紹納米材料的基本概念和基本性質(zhì)，著重介紹納米粒子、納米薄膜、納米固體等材料的制備方法和基本性能。該課作為材料學專業(yè)重要選修課之一，如何在教學過程中，深入踐行高等學校教學原則是本文探究的重點。

一、教學實踐中選修課教學的科學性與思想性統(tǒng)一

本科教育過程是專業(yè)科學知識體系構(gòu)建過程，同時也是本科生世界觀逐步確立的過程。高等學校教學的首要原則是科學性和思想性統(tǒng)一。科學性要求教學要客觀傳授專業(yè)科學理論，而思想性則要求教學要體現(xiàn)社會主義教育的政治方向，培養(yǎng)學生樹立正確的世界觀和人生觀。在納米材料導論課程教學過程中，針對納米材料特性這一章節(jié)中，重點揭示材料構(gòu)效關(guān)系中所蘊含的哲學原理，即利用唯物辯證法的量變質(zhì)變關(guān)系原理引導學生認知納米材料特性。

材料是人類賴以生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料是客觀的物質(zhì)，紛繁的材料構(gòu)成了多彩的物質(zhì)世界，層次的劃分使復雜的物質(zhì)世界變得清晰而富于條理。物質(zhì)可分為若干層次，每個層次又可分為若干個亞層次。目前，三層次理論為人們所共識，即以典型尺度劃分，物質(zhì)可分為微觀、宏觀、宇觀三個層次，不同層次的物質(zhì)服從不同的運動規(guī)律。微觀世界到宏觀世界尺寸的劃分不應當是截然的，具有一定的模糊性，即它們之間必然存在一個介觀，處于介觀領(lǐng)域的物質(zhì)其典型尺寸為1～100nm（小于1nm為微觀世界;大于100nm為宏觀世界），該范圍也稱為納米尺寸范圍。這一過渡區(qū)域的特點表現(xiàn)為宏觀規(guī)律和微觀規(guī)律的互相交疊。一方面，牛頓經(jīng)典力學的規(guī)律尚起重要作用;另一方面，量子力學的各種效應已十分顯著，其結(jié)果是出現(xiàn)了新的尺寸效應。其中，既有本構(gòu)特性變化的尺寸效應，又有新的物理和化學機制出現(xiàn)的尺寸效應。具體表現(xiàn)為宏觀塊狀物質(zhì)的本構(gòu)特性與特征尺寸無關(guān)，而當物質(zhì)的特征尺寸減小到某一臨界值時，其本構(gòu)特性變成與特征尺寸相關(guān)，或者出現(xiàn)新的物理和化學機制，即納米尺寸效應，其包括小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等。

團聚是納米材料制備過程中材料尺寸控制的關(guān)鍵。納米材料在制備過程中容易發(fā)生團聚，造成團聚發(fā)生的內(nèi)因是由于納米材料尺寸極小，比表面過大，比表面能過高，使材料體系處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有自發(fā)通過接觸團聚增大顆粒尺寸，降低比表面能使體系趨于穩(wěn)定的趨勢。造成團聚的外因是材料制備或煅燒過程中存在著范德華力、氫鍵和毛細管效應。這里小尺寸，高比表面能是團聚發(fā)生的根據(jù)，是第一位的，它決定著納米材料團聚發(fā)生的基本趨勢;而范德華力、氫鍵和毛細管效應是團聚發(fā)生的外部條件，它是第二位的，對事物的發(fā)展起著加速或促進作用，外因必須通過內(nèi)因而起作用。學生通過辯證分析，在掌握教學知識點的同時，確立辯證唯物主義科學世界觀，實現(xiàn)了納米材料教學實踐中科學性和思想性的統(tǒng)一。

二、納米材料導論教學中實踐教學與科學研究相結(jié)合

本科教育過程是知識的傳承，更是科學研究方法的領(lǐng)略，通過個性的抽象思考，領(lǐng)悟共性的哲學精髓，將會開啟本科生的創(chuàng)新之路。高教理論研究表明，探索、研究的本質(zhì)是對未知領(lǐng)域的求索，而教學是已知的傳承，二者的區(qū)別在于認識的客觀對象不同，任務(wù)也不一樣。但是兩種認識過程又是互相依存和互相轉(zhuǎn)化的。在專業(yè)選修課教學過程中，高校教師在傳授系統(tǒng)知識的同時，有必要向?qū)W生傳授一些科學研究的思維方法，在學生的興趣中埋下探索的火種，實現(xiàn)科學思維的啟迪。

尖晶石型氮氧化物是一種新型的陶瓷材料，具有出色的光學性能、力學性能、熱學性能、介電性能等，但氮氧鋁制備相當復雜。尖晶石型氮氧化鋁合成有三種方法，最普遍的方法是碳熱還原氮化氧化鋁法;第二種方法以金屬鋁為原料，借助燃燒反應來氧化氮化制備氮氧化鋁;第三種方法是用氣相反應合成氮氧化鋁。這些方法的共同的特點是制備過程必須在高溫下進行，高溫、氮氣、金屬鋁是合成不可缺少的條件;碳熱還原氮化氧化法中，高溫、氮、碳是必備的條件，因此，只要具備上述兩種條件，就能夠合成氮氧鋁。經(jīng)典爆轟理論表明，含能材料TNT爆轟，瞬間可釋放出很高的能量，形成高溫、高壓、強沖擊波能量場，高溫、氮、碳均已具備的條件下，適當引入鋁粉，就可以實現(xiàn)氮氧鋁的制備。通過對自己課題組已有科研成果的介紹，將具體的思考方法傳授給學生，經(jīng)過綜述、歸納分析，讓學生感受到創(chuàng)新不光是靠偶然的靈感和頓悟，是有章法可循的。這種將研究方法和教學方法相互滲透的方式，能有效啟迪學生們的創(chuàng)造性思維。

三、高等教育教學中理論與實踐的多元化

理論源于實踐，實踐是理論的最終歸宿，“從實踐中來，再回到到實踐中去”，理論知識才有望夯實、提升并得到發(fā)展。課堂教學以綱要為引領(lǐng)，以教材為藍本系統(tǒng)地傳授專業(yè)知識。教材具有通識理論的普適性，但絕大多數(shù)學生缺乏實踐歷練，很難對經(jīng)典的理論有深刻體會，課堂教學所構(gòu)建的知識體系難免平面化。如何使知識體系鮮活、立體，則是教學實踐中必須直面的問題。如今，科研已成為高校教師教學實踐之外的實踐活動的主戰(zhàn)場。立足這一優(yōu)勢，結(jié)合教師科研課題，有計劃地組織學生開展科研實踐活動，可激發(fā)學生們學習的熱情，加深對教材基礎(chǔ)理論的理解。

納米材料導論這門選修課在蘇州大學2008級材料化學班開課期間，作為選修課教師，我將自己的實驗室向本科生開放，讓學生從課堂走進實驗室，立足選修課，申請校級或省級大學生創(chuàng)新課題，把所學到的理論知識與實踐相印證，這種實踐訓練不但加深了學生對基礎(chǔ)知識的理解，同時也培養(yǎng)了本科生科研創(chuàng)新精神。經(jīng)過訓練，蘇州大學2008級材化專業(yè)周秀峰同學在本科三年級便在國際期刊上發(fā)表了SCI收錄論文，四年級申請國家發(fā)明專利獲批，因成績優(yōu)秀順利保研;本科畢業(yè)論文被評為江蘇省高校本科畢業(yè)論文一等獎。同屆參與實驗鍛煉的2008級材料化學班的朱艷菁同學也發(fā)表了國際性的學術(shù)論文，順利保研。實踐證明，本科學生利用業(yè)余時間，積極參加科研活動，既開闊了視野，更實現(xiàn)了理論和實踐對接，使知識體系由平面化向立體化豐富，順利完成理論知識從書本中來到實驗室中去的跨越。

四、結(jié)束語

高等教育是培養(yǎng)高級專門人才的一種社會活動，樹立先進的教育觀念，掌握正確的高等教育方法，有助于高校教師按照高等教育的內(nèi)在規(guī)律從事高教工作。將哲學、教育學、心理學有機地融合在教育實踐當中，以高等教育教學原則為準則，以辯證唯物主義哲學理論為引導，借助課堂教學和實驗室輔助實踐教學相結(jié)合，可有效完成構(gòu)建本科教育專業(yè)知識體系，同時培養(yǎng)學生確立辯證唯物主義科學世界觀，真正實現(xiàn)高等教育科學性和思想性的有機統(tǒng)一。

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Research on the Practical Path of Higher Education Teaching Principles Applied into Introduction

of Nanostructured Materials

WANG Zuo-shan1， ZHENG Min2

（1. College of Chemistry， Chemical Engineering and Materials Science;

2. College of Textile and Clothing Engineering， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215123， China）

Abstract： Professional electives are supplements and improvement of compulsory courses， which are beneficial to building a comprehensive professional knowledge system for undergraduate education. Guided by the dialectical materialist philosophy theory， this article explores the scientific path of college teaching principles implemented in undergraduate teaching practice， for the purpose of achieving the unity of science and ideology in college teaching practice， while enabling undergraduates to build a sound professional knowledge system and scientific world view of dialectical materialism.

Key words： higher education; elective course; Introduction of Nanostructured Materials; scientific world view

收稿日期：2020-02-23

作者簡介：王作山（1969-），男（蒙古族），內(nèi)蒙古通遼人，博士，副教授，研究方向：復合納米材料制備及應用。