《納米材料》課程教學改革與實踐探索

韓 鵬 劉瑞平 葛 奔

（中國礦業大學，中國 北京 100000）

0 引言

隨著科技的快速發展和進步，納米材料應用已經深入生產和生活的各個方面，如聲、磁、光、電、熱等，這使納米材料課程具有學科交叉性強、課程結構復雜特點。 除此之外，納米材料的尺寸及其合成形貌結構的多變性，使納米材料的性能及其在科技領域的應用具有發展速度快的特點。本文結合本人課程講授心得體會，從“授業”方與“解惑”方兩個角度考慮，對納米材料課程的教學改革與實踐探索，就“授業”與“解惑”兼得問題進行了探討。

1 教學改革與實踐探索

1.1 主線明確、內容求精、重點突出

納米材料課程結構復雜，主體內容較多，多數院校設置的該課程總學時有限。 因此，明確課程主體講解思路尤為重要[1]。比如，根據納米材料的分類設置不同的課程章節，每章的課程內容涵蓋相關納米材料的結構特點、性能特點、制備方法及其應用舉例四個方面。如此主線一致，結構鮮明，便于學生快速明確課程內容，在腦海中形成課程的主體框架結構。 以便于后續具體知識內容體系的精準理解。 此外，結合當前研究進展，課程內容盡量求精、求新。同時明確重點和難點內容尤其重要。 比如納米材料的基本理論：小尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面效應以及量子尺寸效應是影響納米材料基本性能的重要理論。后續課程開展過程中，四個基本理論與納米材料的應用相關內容仍會不定時出現在課堂中，如此我們反復強調即可，無須再做詳細闡述。

1.2 瞄向前沿，引導創新

一般情況下，納米材料課程以納米材料的基本原理和理論，納米材料的合成制備、結構性能特點及其在相關領域的應用逐級展開，課程主體框架結構特色不夠鮮明。 結合納米材料發展迅速、內容更新快的特點，“授業”者需要具有扎實基本功的同時，還要掌握最新前沿動態，實時更新并優化授課內容，賦予課程主體結構以鮮活的生命力。這樣不僅可以豐富課堂講授內容，精準把握前沿科學研究動態，還可以豐富學生的視野，激發學生上課聽講與參與課程互動的積極性。例如：大規模研發熱潮后，納米石墨烯材料的應用發展受制備方法與獲得材料尺寸的極限制約，已很久無法實現質的飛躍。 近期科學雜志[2]發文報道了納米石墨烯制備與應用的報道令人眼前一亮。盡管科學理論需要深入探討，但這貌似不經意間的小角度，石墨烯材料重疊便實現質的理論創新，足夠激發學生的興趣，使學生不斷地思考還有什么方法能夠實現更新的飛躍。

1.3 凸顯新工科特色，賦予課程更強生命力

納米材料課程教學的主要目的在于使學生掌握各種納米材料的性能和制備工藝，為正確選擇納米材料的制備工藝提供依據，同時也為研究新材料、新性能、新工藝打下理論基礎。 著眼國家重點研發方向與重大需求，可大大激發學生的聽課熱情，在需求和問題導向的牽引下不斷地思考。“新工科”對應的是新興產業，首先是指針對新興產業的專業，如人工智能、智能制造、機器人、云計算等，也包括傳統工科專業的升級改造[3]。其中，納米機器人的制造對納米材料的結構和性能提出了更高的要求指標，如應用于納米機器人的傳感設備尺寸、精度指標要求，材料力學性能要求及其多功能高度集成化指標要求等。結合新工科特色開展的納米機器人指標涉及與構筑，通過理論與實際緊密聯系，加深對課程基本理論和概念的理解，同時為納米機器人設計制作提供更多的創新解決方案。

1.4 優化教學方式，提高課堂效率

教學方式是指教學方法的活動細節。教學過程中具體的活動狀態，表明教學活動實際呈現的形式。 面對課堂教學，多數情況下原文直接呈現、為教而教的填鴨式教學方式枯燥乏味，無法吸引學生注意力，難以避免陷入“教得多，學得少”困局[4]。如何改變教多學少，讓學生自主學習成為當前限制學生高效汲取知識養分的瓶頸問題。這需要我們不斷地優化教學方式以提高課堂效率。 舉例式教學是一個很好的辦法，通過課程案例或工程應用實力舉例，引導學生思考其中問題，帶著問題聽講可激發學生的好奇心，使學生在不斷地提問過程中吸收了養分，提高了課堂的效率。互動式教學方式也可以很好地解決上述問題，這包括老師與學生之間的互動，學生與學生之間的互動。相互討論可以讓大家在不斷的答案優化過程中逐漸獲取正確的知識，加深對知識主體的認知程度，提高課堂的效率。

1.5 多點成面的教學手段，托舉學生在巨人肩膀上獲取知識

隨著科技的快速進步，板書撰寫方式逐漸被多媒體等教學手段替代。信息量的快速增加大大提高了學生快速學習的阻力。這需要我們輔助多元化的教學手段，如板書撰寫、多媒體教學、模型示范等。 如制作多媒體課件過程中，圖形清晰，與文字內容呼應，圖形多文字少[5]，“授業”者在理解基礎上講述學生才會“聽故事”狀吸收。充分利用多媒體課件的動畫設置、視頻鏈接等提高課堂教學的趣味性，讓學生輕輕松松獲取知識[6]。如此通過多種教學手段的優勢互補，為學生提供最優化的思考空間，托舉學生在巨人的肩膀上獲取知識。

2 結語

隨著納米科技的快速發展，與時俱進的納米材料課程教學改革勢在必行。 如何精準把握前沿，采用最優方式教學以提高學生自主學習的興趣，高效地獲得和掌握基礎理論知識，需要教育工作者不斷努力，提高自身基本教學素質的同時，不斷地開展教學改革與探索。