研究性教學方法在發光材料課程中的應用

馬云峰 徐家躍

摘? 要：發光材料的課程中發光理論部分教學是重點，也是難點，是發光材料應用部分教學的基礎，以往采用先理論后應用的順序教學，教學效果差，學生學習積極性受損嚴重。為此，本文采用研究性教學方法實施教學，踐行“實踐—認識—再實踐—再認識”辯證唯物論的認識提升論和知行統一觀，提高學生的學習積極性，培養學生的學習能力、創新能力。

關鍵詞：發光材料 研究性教學 教學方法 創新能力 積極性

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（b）-010-03

Application of Research Teaching Method in Luminescent Materials Course

MA Yunfeng? XU Jiayue

（School of Materials Science and Engineering， Shanghai Institute of Technology， Shanghai， 201418? China）

Abstract： In the course of luminescent materials， the teaching of luminescent theory is the key and difficult point， which is the basis of the teaching of the application of luminescent materials. In the past， the sequential teaching of theory before application was adopted， the teaching effect was poor， and the students' learning enthusiasm was seriously damaged. Therefore， this paper adopts the research teaching method to implement teaching， practice the epistemology of "practice cognition re practice re cognition" dialectical materialism and the concept of unity of knowledge and practice， improve students' learning enthusiasm， and cultivate students' learning ability and innovation ability.

Key Words： Luminescent materials; Research teaching; Teaching method; Innovation ability; Enthusiasm

發光材料是一種將能量吸收、傳遞并轉化為光輻射的材料。在現代社會的各行各業中，發光材料扮演著非常重要的角色，被廣泛應用于光信息傳遞、傳感器、計算機、生物分子探針、太陽能光電轉換和航空航天等高科技領域。科技的發展使得新的概念和技術在發光材料領域不斷涌現，新的應用在技術上經常要求新型的激發源擁有不同的化學和物理條件。為了滿足技術和驅動裝置上對發光材料的性能要求，近幾十年，各高校、科研院所和企業大力投入發光材料研究，發光材料研究領域煥發出蓬勃生機[1]。

發光材料學作為材料學的一個重要分支，是發光學和材料學交叉形成的熱門學科。它涵蓋光致發光、電致發光、聲致發光、化學發光、生物發光等領域[2]。隨著學科的發展和教改的深入，要求“材料物理”的專業面拓寬，系統性加強，實現為國家培養具有創新精神和工程實踐能力的材料科學技術人才的目標。為此，本校針對材料物理專業的高年級本科生的學力水平，開設了這一門“發光材料”專業選修課，共設32學時，計為2學分。將發光材料的廣泛應用與學生已掌握的基礎理論知識結合，開闊學生視野，培養科學素養。

在《發光材料》的授課中，如何更加充分地發揮學生主觀能動性和創造性，是重點考慮的問題。通過對各類教學方法的適用范圍、優缺點和可行性分析，結合發光材料課程的培養目標及課程內容設置，選用研究性教學方法，設計實施方案，克服講授法的弊端，比如學生對教師所教知識感覺枯燥乏味，產生厭倦抵觸情緒，接受知識的效果差等，重點解決“怎么教、怎么學”的問題，提高學生的學習積極性，培養學生的學習能力、創新能力。

1? 發光材料課程的特點

發光材料的課程授課內容主要包括3個部分：（1）發光機制;（2）發光材料的制備與性能表征;（3）各類發光材料的特點及應用介紹。第一部分教學重理論，第二部分教學重實踐，第三部分教學重理論實踐的結合。課程內容符合“實踐—認識—再實踐—再認識”的認識提升論和知行統一觀。

2? 研究性教學法的特點

研究性教學是研究作為教學的手段，學生通過接觸科技前沿，開闊視野探索未知。研究性學習注重研究探索的過程，而不是已知的知識，注重學生的求知意識、探索精神、創造性思維的培養，而不注重現成知識的識記學習[3]。

研究性學習的根本目標是注重展示知識從產生到應用的過程，切實提高學生收集信息處理信息的能力、通過科學手段獲取新知識的能力，鍛煉學生分析解決科研問題的能力以及培養學生團隊協作的能力。

研究性教學方法的特征主要表現在[4]：（1）注重培養實踐能力;（2）注重學生對科研的感受力;（3）強調學生自主性學習的意識。

研究性教學方法的類型包括[5-6]：（1）探究式教學方法;（2）課題研究教學方法;（3）實踐教學方法;（4）案例教學方法;（5）問題引入教學方法。

3? 研究性教學法的實施

3.1 提煉課程思政元素（2學時）

發光材料概述章節講授，要有意培養學生的愛國情懷、理想信念、創新意識、科學探索精神和社會責任意識等。例如，我國科學家研發的鍺酸鉍、鎢酸鉛等閃爍晶體參與國際競爭，被成功用于歐洲核子研究中心的大型電磁量能器和美國通用電氣公司PET醫療設備;被用于悟空號深空探測器，成功實現暗物質探測，以此激發學生的集體榮譽感和實干精神。中科院上海光機所打破國外技術封鎖，取得大尺寸激光釹玻璃批量制造關鍵技術的突破，自主發明并建成具有中國特色的首條大尺寸激光釹玻璃連續熔煉線。部分指標達到國際領先水平，滿足了我國激光聚變研究的重大戰略需求。培養學生的工匠精神，敢于拼搏、敢為人先、敢于超越的競爭意識。

3.2 開設科普講座（2學時）

請發光材料領域的專家學者，開設關于發光材料的發展歷史和現狀及前沿研究的科普講座，鼓勵學生積極提問，并與專家學者保持溝通。通過開辦科普講座，激發學生的研究熱情。

3.3 課題設計（6學時）

（1）教師提議多個研究方向，學生依個人興趣進行調研。學生充分調研后，各自擬定一個題目，與教師商議，最后定題。在此過程中，教師要考慮實驗的可行性、創新性和任務量。

（2）定題后學生各自進行文獻調研，并作調研報告。教師對報告進行針對性點評。報告內容包括材料的研究背景;研究內容、實驗方案、可行性分析、擬解決的關鍵問題。全班32個學生對各個學生的報告進行評分，評分依據為：研究背景60分，為重點考查部分，考查學生是否能全面、準確、深入淺出地說出該課題的研究背景;研究內容10分、實驗方案10分、可行性分析10分、擬解決的關鍵問題10分，這后面40分的評分依據評分學生的興趣和價值取向，帶有很強的主觀性。特別說明的是：教師在全體學生評分前的點評階段，重點把這4個部分的核心要點一一指出，補足學生的知識短板。

（3）按照得分高低評出4個課題，成立課題組，課題發起人定為課題組長，教師抽出一節課的時間，對4個課題分別進行講解，學生和教師互動，對4個課題的各個方面進行充分理解，學生和學生互動協商，組成8人一組的4個小組，建立4個微信群，用于后面課題討論及文件共享。

3.4 實施研究（8學時）

（1）發光材料的制備和性能表征實驗是一個漫長的過程，為了確保各課題按照實驗方案有序地開展，教師將自己名下的4個研究生分別派往4個實驗小組全程指導實驗。

（2）教師在現場對學生進行科學研究方法的指導，讓學生了解發光材料研究的基本步驟，熟悉查閱資料的方法、掌握科研的數據處理技能。教會學生學會使用印象筆記，每天小組長代表小組成員通過印象筆記共享、編輯文件，匯報研究的進展情況及研究中遇到的問題，教師通過與學生的交流和小組活動記錄，隨時了解并評價每個小組及每個學生的實驗情況，并提供有針對性的指導。

（3）通過教師和各小組組長、研究生及組員的不斷交流、互動，改進優化實驗方案，通過不斷的實驗精進，達到或部分達到實驗目標，視實驗難度而定，即可結束實驗實施階段。

3.5 處理結果、撰寫報告（2學時）

在撰寫結題報告時，各小組要進一步討論資料是否真實、論據是否全面、觀點是否清晰。同時教師要引導學生學會整理資料、加工處理信息，學會以恰當的方式表達研究結果，研究結果的表達堅持實事求是的原則。

3.6 交流研討實驗結果（2學時）

學生收集、整理和提煉到的實驗結果，分小組制作圖、表、課件和匯報研究成果，總結科研過程的心得體會，然后在教師組織下，各小組進行研討交流，進行思維的碰撞。需要注意的是，學生要注重相互借鑒、學習、理解和包容，秉承客觀分析和辯證思考的科研精神，培養敢于和善于申辯的膽識和氣魄。

3.7 啟發式教學（2學時）

發光材料的性質，取決于該材料的顯微組織、化學組成、晶體結構、表面和界面等不同層次的結構特性，而原子結構則是討論發光性質的基礎。發光機制[7]涉及原子結構、原子光譜、輻射躍遷、非輻射和能量傳遞過程等理論知識，這些知識晦澀難懂，主要采用講授法，充分貫徹啟發式教學原則，講中有導，講中有練。講授的內容應聯系舊知識，做到溫故而知新，講授抽象的概念或原理，應盡量采用探究式、討論式教學方式，力求形象化，便于理解。對教學內容要精心組織，做到知識結構條理有序，主次分明和重點突出。講授過程中要借助先進教學硬件環境。在發光機制這一章節的學習中，要組織學生進行小組討論，對不懂的知識點要查缺補漏，通過課外加深對固體物理的復習和量子力學的自學，爭取盡早學通、弄懂發光機制的相關知識點，為后續的實驗分析和討論打下堅實的理論基礎。

3.8 強化理論的學習（2學時）

各課題小組進行組分—結構—性能的變化規律的研究，并研究規律背后的發光機理。結合發光機制章節的學習，勤于思考，具體情況具體分析，理論結合實踐強化對理論的學習。

3.9 發光材料案例教學（4學時）

經過研究性教學前期的探究式教學、課題研究教學、實踐教學、問題引入教學后，為進一步拓展學生的知識面，對發光材料的應用章節進行豐富多彩的案例教學，系統講授不同激發源和裝置要求的發光材料的定義、特點、分類、典型材料、應用及發展前景。重點是對發光機理進行系統分析和探討。將發光材料按種類做成一個個案例，引入思政元素，加強對學生的價值觀塑造和人格完善。

3.10 理論應用于實踐加強研究性教學（2學時）

相信在理論和實踐的結合學生對發光材料的認識中有了質的飛躍。學生可將理論認識回歸到實踐研究中，通過發光機制的探討，從組分—結構—性能的關系出發，繼續優化材料的發光性能，使其更好地應用于現代生產生活中。

4? 結語

發光材料的研究和應用不僅需要較強的光電子學及固體物理的理論知識，還需要較強的理論結合實際、動手實踐的能力。通過運用研究性教學法，帶著所研究的課題學習，激發了學生學習的積極性，培養和發揮了學生的創造能力。從課題著手，以研究性教學的實踐促進理論教學并以此拓展應用的教學方法，符合學生的學習規律，有助于培養學生的自主學習意識，并在相互協作中促進并完善學生的人格。

參考文獻

[1] 王育華，韓麗麗，曾巍，等.無機固體發光材料的合成及其相關理論研究[J].中國科學：技術科學， 2015（6）：63-80.

[2] 徐家躍.發光材料及其新進展[J].無機材料學報， 2016（31）：1012.

[3] 張忠華.現代大學教學方法論[M].哈爾濱：黑龍江人民出版社，2009.

[4] 郭建媛，秦勇，賈利民.立足前沿理論與行業需求的研究性教學方法實踐[J].科學咨詢（教育科研），2021（6）：65-66.

[5] 李德英.“研究性”教學模式與新時代人才培養[J].經濟研究導刊，2020（32）：70-71.

[6] 陳景強.基于慕課的高校C語言研究性教學方案探討[J].科技創新導報，2020，17（11）：192-194.

[7] 劉東陽.淺析稀土發光材料的發光機理與應用[J].化工管理，2019（31）：47-48.