功能材料課程教學改革探索*

孫交通, 陳鳳貴, 周 丹, 彭 程

(1 長江師范學院材料科學與工程學院，重慶 408100；2 長江師范學院化學化工學院，重慶 408100)

功能材料是指具有優良的物理、化學、生物等特性或其相互轉化的功能，且用于非承載目的的材料[1]。由于計算機信息技術、生物工程技術和能源技術等高新技術的快速發展對材料提出了越來越高的要求，使得以功能材料為代表的新材料的研究與開發成為材料科學中最活躍的前沿學科之一。在當前第四次工業革命的背景下功能材料正日益成為各國重點發展的高科技領域。《功能材料》作為材料類專業學生必修的一門重要課程，它的出發點和落腳點就是使學生掌握各種功能材料的組成與結構、制備合成、功能特點和內在的原理機制以及它們的應用領域，重點能夠理解材料的結構與功能之間的相互關系。作為一門深度交叉的前沿學科，《功能材料》涵蓋的內容繁多，包括電性材料、磁性材料、光學材料、能源材料、納米材料、智能材料、形狀記憶材料、隱身材料、梯度功能材料、生物醫用材料、功能催化劑和功能膜材料等，涉及到電學、磁學、光學、聲學、無機化學、有機化學、高分子化學和生物學等眾多學科領域。不同的功能材料的學科基礎差別很大，涉及到數量眾多且復雜的理論，需要有很多門諸如大學物理、固體物理學、晶體學基礎、大學化學、無機化學、高分子化學、材料科學基礎和材料物理性能等等先導課程作為基礎。對于任課教師和學生來說，想要講透和學懂絕大多數的功能材料并不是一件容易的事。因此需要結合專業定位，對功能材料課程的教學內容進行篩選，并通過改革教學方式和考核評價方法等來提升教學質量，培養學生的專業綜合能力。

1 當前功能材料課程面臨的主要問題

1.1 教學內容與專業方向或定位不符

目前出版發行的可供《功能材料》課程使用的教材有十數種之多，大多為國內的知名教授所編寫，代表性的教材有周馨我教授主編的《功能材料學》，殷景華教授主編的《功能材料概論》，陳玉安教授主編的《現代功能材料》，李廷希教授主編的《功能材料導論》等。其中既有章節較多，內容覆蓋面廣的教材，也有為適應編者所在學校的課程教學而進行適度刪減后的教材。大部分高校開設功能材料課程的課時一般只有48個學時左右，通常不太可能把一本大而全的教材的內容都講解透徹，因此對于材料科學與工程、材料物理和材料化學等不同的專業來說，教學內容必須要做出恰當的取舍，與專業方向相適應；而不是完全按著同一本教材的內容，照搬全部章節。

即使是同一個專業，不同學校的專業定位也不盡相同，以材料化學專業為例，不同高校往往依托于自身的優勢師資而形成了自己的專業培養特色，比如以無機非金屬材料或高分子材料或環境材料或新能源材料等為特色[2,3]。所以即使專業名稱相同，但其培養方案中的課程設置都相差較大，因而導致了在知識架構中起著承上啟下作用的功能材料課程的側重點也要有所不同。

1.2 教學方式方法落后

多年以前各高校基本都普及了多媒體教學，教師備課和講課主要通過制作和演示電子課件來實現，相較于以寫教案和板書為主的備課和講授方式，一定程度上可以提高授課效率，同時結合圖片、動畫或視頻等教學資料可以吸引學生的注意力，激發他們的學習興趣。但是在智能手機普及、移動互聯網高度發展和對學生的創新能力培養日益重要的今天，僅僅借助于多媒體技術的講授法教學已經遠遠不能滿足教育教學改革的需要。慕課(MOOC)、小規模限制性在線課程(SPOC)、雨課堂、翻轉課堂、對分課堂等新的教學工具和教學模式不斷涌現，對每一位處在教學一線的教師都提出了更高的要求[4,5]。因此我們不能停留在過去的課堂講講課件、課后做做作業、考前劃劃重點的簡單灌輸式的教學模式，而是要不斷學習新的教學方法、手段、模式和理念，并在此基礎上進一步發展和更新。只有這樣，我們的教育才能真正培養出適應社會需求的人才。

1.3 考核評價方式過于單一

考勤、作業和考試是目前大多數教師對學生進行考核評價的三個基本要素。然而學生考而不勤的現象比比皆是:人雖然來到課堂，神卻沒有跟隨，不是在睡覺就是在玩手機的現象并不少見；布置的課后作業相互抄襲的情況更是屢禁不絕；而最后的考試則往往為了讓大部分學生能夠順利過關而不得不一再地通過各種方式降低要求。如此種種貌合神離的考核評價方式既起不到督促學生學習的作用，也無法較為公平地評判每一個學生，使得認真學習的同學喪失了進取心。因此學生學習熱情不高，整體學風不佳和考核評價方式不當有著莫大的關系。

2 應對的改革措施

2.1 教學內容精心選擇與設計

增加課程量，壓減每門課程的課時數成為了當前高等教育改革的總趨勢，因此必須通過優化教學內容和提高教學效率來彌補時間上的不足。功能材料課程的教學目標是通過系統的學習使學生掌握與本專業相關的各種功能材料的結構與組成、合成與制備、性能特點和應用領域。考慮到本課程的課時有限，哪些內容需要精講，哪些內容學生可以自學，需要任課教師結合本專業的定位與培養特色認真思考。以本校的材料化學專業為例，從學生就業、深造和師資變化等因素綜合考量，最新修訂的2019版人才培養方案將本科生的專業培養方向從混凝土、陶瓷和玻璃為主的無機非金屬材料調整為有機高分子材料。因此在沒有開設功能高分子材料課程的情況下，與培養方案相適應地，功能材料課程的教學大綱和教學內容也需要做出調整。比如在形狀記憶材料這一章中的形狀記憶高分子材料，導電材料中的導電高分子，分離膜材料中的高分子膜材料，智能材料中的電色窗口和刺激響應性高分子材料，催化劑中的離子交換樹脂等等需要重點講解。而對于貯氫合金、功能陶瓷、半導體材料、磁性材料和光學材料等以金屬或無機非金屬材料為核心的章節則可以略講或讓學生自學。

如何利用好有限的課堂時間，實現課堂高效率，建設豐富的課程資源庫至關重要。這其中包括必不可少的案例庫和拓展學習資料庫。該課程的特點在于重定性輕定量，較多地講解功能材料的結構、原理和應用，很少涉及令學生感到枯燥的定量計算。因此多選取學生熟悉的或身邊的案例進行講解說明，能起到事半功倍的效果。比如在講述光致發光材料時以紙幣的防偽油墨技術作為應用例證；在學習電色窗口這一功能材料時，坐過波音787客機的同學會對可變色舷窗的工作原理的理解更深刻。另外，引用一些發表在國際主流學術期刊上有趣的最新研究成果作為旁證，比如選取以刺激響應性高分子為基礎制備的靶向藥物載體的例子來說明該類高分子的應用前景，同樣能將知識點更有效地傳授給學生。這樣既可以讓學生了解功能材料的研究前沿，開闊他們的視野，又可以培養他們對科研的興趣，對于將來繼續追求深造的學生具有一定的指導意義。

2.2 教學方法多樣化

在當前大學課程的教學時間普遍壓縮的情況下，如何更高效地實現傳授知識，培養能力和塑造價值觀的教學目標，對每一位一線教師的教學能力都是很大的挑戰。從教學時間這個角度來看，向課外要時間，將學習延伸到課堂之外，將線上和線下教學混合，成為教學改革的一個重要方向，不論是近些年風靡教育界的翻轉課堂，還是當前備受關注的對分課堂皆是如此。翻轉課堂是借助MOOC、SPOC等教學視頻將知識傳授環節轉移到課下的在線學習；而對分課堂則是以線上推送課后作業的方式完成知識的內化吸收過程并為下次課的課堂討論做準備。兩者分別通過將預習時間和復習時間最大化來延長教學時間。

除了增加學生自學時間之外，教師還可以通過提高線下課堂的趣味性和互動性，以吸引學生積極參與課堂教學。比如在采用講授法時，隨時借助雨課堂等工具進行課堂測驗，及時了解學生對知識的掌握情況；在采用討論法時，盡可能讓每個學生都有機會通過ppt等方式展示討論的結果，給他們自我展示的機會。建立自信心和培養溝通、分析問題等能力是討論法教學的優勢，必須充分發揮。

最后，提高學生的學習積極性才能從根本上改善他們的學習狀態和提高學習效率。盡量避免試圖通過說教的方式來喚起學生的學習興趣。枯燥的說教往往會適得其反，以身邊鮮活的好故事生動地詮釋才能取得意想不到的效果。以半導體材料這一節為例，向學生們講述目前我國在半導體材料為基礎的集成電路產業方面受到美國政府的無理打壓和制裁的現狀，能夠更好地培養學生的家國情懷，激發他們樹立科技報國的信念，同時在引導學生樹立正確的人生觀和價值觀上，可以收到“隨風潛入夜，潤物細無聲“的良好效果。

2.3 教學全過程考核

課程考核的最終目的不僅僅是為了評判學生的學習成效，更是為了督促學生認真學習，掌握知識和錘煉能力，因此強調過程的考核至關重要。只有對全員全過程的學習效果的準確掌握，才能及時做出調整和警示。對于課后作業無法準確地反饋學生學習的真實水平，那就調整為課堂作業，通過雨課堂等手段推送習題，當堂完成，并將每次的課堂測驗成績作為過程分，計入最后的總成績中。這樣既可以了解學生真實的學習效果，又能激勵學生重視學習。平時成績(占比40%)還包括討論發言和回答問題等課堂表現、實踐環節的表現和實驗總結報告。期末考核則以課程論文的形式進行，每個學生選擇一個不同的功能材料課題，調研文獻，總結概括，提交論文，制作ppt并課堂匯報，其余同學提問，依據論文和答辯表現給出期末成績(占比60%)。這種嚴格的過程考核才能夠既調動學生的主觀能動性，又培養學生的綜合能力和創新素養。

3 結 語

隨著高新科技對材料的性能提出了越來越高的要求，以功能材料為代表的新材料迎來了飛速發展，功能材料課程的教學也面臨著更大的挑戰。只有在優化教學內容、更新教學方法和改善考核方式上面下功夫，才能真正提高教學質量，培養材料類專業學生的專業素養和創新能力以適應社會的需要。