以培養學生科研興趣與能力為導向的《納米材料》課程教學創新

（遼寧大學化學院 遼寧·沈陽 110036）

“創新”是黨的十九大報告中的出現50余次的熱詞，習近平總書記在黨的十九大報告中指出，創新是引領發展的第一動力，是建設現代化經濟體系的戰略支撐。要瞄準世界科技前沿，強化基礎研究，實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破。國家“十四五”規劃建議中，強調堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐。國家的發展依賴于科技的創新，素質的勞動者和創新人才在科技創新中發揮著不可替代的作用。高校是培養創新型人才的搖籃，本科教育是人才培養的基礎，研究生教育是培養高層次科技創新人才的主要途徑。經過多年的本科教學與研究生教學，我們發現學生結束本科階段的學習后并不能立刻適應研究生階段的學習生活。學生在本科階段的學習以教師課堂講授，學生被動接受為主，而升入研究生后需轉變學習方式，學生在導師的指導下，選擇研究方向并發現問題，在分析問題的過程中不斷探索，拓寬知識面并完善自身的知識體系，最終解決問題進而完成科學研究。對于化學類專業的研究生來說，閱讀文獻是他們獲取和儲備知識的主要途徑，為今后在科研中的創新和突破打下基礎。但是文獻中的絕大多數知識是他們從未學到的，即使部分知識在課堂教學中有所涉及，其深度和廣度亦使學生難于理解。從未接觸過文獻的研究生在初讀文獻時往往覺得晦澀難懂，毫無頭緒，進而嚴重影響了后續科研創新工作的進度。因此，將科學研究引入高年級本科教學，加重教學中科學研究的分量，借助學科前沿背景新知識，將科研動態融入教學內容，把傳統的教學形式改造成為“研究性”的教學形式，能夠使學生了解前沿科技動態與科研活動的基本過程，對科研工作產生興趣，培養學生的創新思維和科研創新能力，為學生后續深造奠定基礎。本文以《納米材料》課程為例，探討“研究性”教學創新課程建設，為本科和研究生教學的銜接提供一些參考。

1 《納米材料》課程特點與面臨的問題

《納米材料》課程是高等院校材料專業的一門專業課，也是化學相關專業的一門重要方向課，主要為高年級本科生開設。納米科技是本世紀的主導技術，納米科學幾乎涉及所有的技術領域，其中納米材料是進行納米科學與技術研究的物質基礎，亦是當前材料科學領域的新興研究熱點。經多年研究與發展，納米材料已廣泛在能源、化工、醫藥諸多領域獲得重要應用，對現代科技和社會的發展產生了深遠的影響。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》（2006-2020）中，納米研究是其規劃的四個“重大科學研究計劃”之一。納米材料的研發水平已成為評價一個國家科技水平的一個重要考量。

《納米材料》是一門理論性、應用性較強的課程，講解的是納米材料的性質、結構、制備及應用，讓學生理解納米材料的基本概念，掌握材料的物理和化學特性，能夠自己動手完成相關材料的制備和測試，了解納米材料的應用背景，為學生今后從事科學研究和工業、工程第一線的工作提供理論基礎和技術技能。因此，為化學相關專業的本科生開設納米材料課程具有重要的意義，這不僅能幫助學生及時了解最新的前沿科技動態，激發學生的科研欲望和潛能，而且還能幫助學生認清化學相關專業及產業的發展趨勢，拓寬學生的專業知識面和增長學生的眼界，從而提高學生發現問題、解決問題的能力，實現應用型、復合型、創新型人才的培養目標。特別是可以使學生深入了解納米材料領域的研究現狀與前沿科學問題，培養學生的科研興趣與創新能力，為學生后續的繼續深造奠定基礎。

然而，《納米材料》屬于前沿交叉性綜合性學科，具有前瞻性、專業性和交叉性的特點，涉及物理、化學、電子、生物等多個學科的基礎知識，其理論知識較深且知識面較廣，課程內容中概念術語多，抽象性很強且知識點相互交叉，學生在多個學科中的相關基礎知識儲備存在很大差異，這就使得教師在授課時的教學效果不理想。此外，與納米材料相關的前沿科學研究發展速度快，教師須將最新的納米材料與技術發展融入課堂教學中，采用傳統方法授課并不能很好的提高學生的學習效率，無法滿足其教學要求。鑒于上述情況，結合課程自身的特點以及學生實際情況進行課程教學的改革顯得十分必要和緊迫。

2 《納米材料》“研究性”教學創新課程建設

傳統的《納米材料》教學以教師課堂教授，學生被動接受為主，教學內容主要包括納米材料與納米科技的基本概念及其發展，納米材料的結構與優異性能，納米材料的表征技術，納米材料的制備方法，納米材料的應用等五大部分。經過多年的課堂教學，我們發現除了納米材料與科技的基本概念及其發展這部分教學內容相對獨立外，其它四大部分的教學內容相互關聯，交叉性較強，例如，在講授納米材料的結構與優異性能時，涉及到的納米材料形貌與結構這部分主要在納米材料的表征技術中講授，而納米材料的優異性能又與納米材料的應用密切相關，在課堂講授過程中，由于這幾部分內容的理論知識較深且知識面較廣，又具有相互關聯與交叉的特點，學生在每章節的學習中并不能很好的理解與掌握相關教學內容而導致教學效果并不理想。此外，納米材料是當今材料科學領域的研究熱點，其新理論、新技術、新應用的更新速度十分迅猛，傳統的教學方法并不能及時向學生傳達納米材料與技術前沿的發展動向，盡管在教學內容中加入了具體案例，例如，在課件內容“納米材料的形貌”基礎上，引入《Science》雜志報道的Mo摻雜的PtNi八面體對氧還原反應具有超高活性和穩定性，在納米尺度下將化學能轉換成電能的應用成果，此時學生并未學習納米材料的其它表征技術與納米材料的應用，對此案例中描述的具體科學問題與解決方法，特別是對納米材料的結構與性能之間的構效關系不能完全消化理解，而導致學生對該前沿科學研究一知半解，無法達到使學生切身體會到科學研究的魅力，激發科研興趣，培養學生的創新思維和科研創新能力的教學目的。

根據德國教育家洪堡提出的大學人才培養應遵循“教學與科研相統一”的原則，我們重新梳理《納米材料》課程的教學內容，將研究性教學理念貫穿于課堂教學中，選取若干納米材料領域最具代表性的科學研究論文，將納米材料的制備、表征、性質與應用貫穿起來，以科學研究的角度講解該科研論文中涉及到具體知識點。在此，結合授課教師自身的科研課題——基于無機/有機復合納米材料的電催化劑的制備與應用，闡述《納米材料》“研究性”教學的具體過程。首先介紹研究背景，使學生了解電化學在能源領域的發展、應用與面臨的問題，以及基于納米材料的電催化劑的研究現狀與技術瓶頸；其次，從該論文研究的具體納米材料出發，講解制備該納米材料涉及到的具體方法，使學生深刻認識每一制備步驟的目的與具體過程，拓展相關納米材料的基本知識；再次，按照該論文中結果與討論部分內容的圖表順序，在剖析納米材料的形貌與結構的同時，詳細講解相關表征方法，例如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、X-射線衍射儀、X-射線光電子能譜儀、能量分散譜儀、波長分散譜儀、俄歇電子譜儀、拉曼光譜儀等大型分析測試儀器的原理與應用，以及相關測試結果的分析方法，并結合儀器使用的視頻教學，利用多媒體教學適當介紹相關的科學發展史，讓學生能夠直觀感受，加深對教學內容和相關知識的理解。此外，還組織學生實地參觀大型測試分析儀器，深入了解大型儀器的原理與應用，增長學生的眼界，培養學生對科研工作的興趣，以進一步提高教學質量、因材施教達到人才培養教學目標。最后，以該論文中的納米材料為例，講解納米材料的優異性能與應用，使學生深刻理解納米材料結構與性能之間的構效關系，掌握科技文獻的閱讀方法，為學生打開科學研究的大門，展示處于宏觀與微觀領域之間的介觀領域的新奇世界，拓展學生的知識面與眼界，激發科研興趣，做好本科教與研究生教學之間的銜接，為學生后續深造奠定基礎。

在學生的成績考核方面，除了最后的考試外，還可讓每位學生講解一篇與納米材料相關的科技文獻，以考察“研究性”教學模式的改革效果，評價學生對納米材料相關知識的掌握程度，這部分可占總成績的30%。

3 結語

本文從《納米材料》課程的特點與教學中面臨的問題出發，提出將“研究性”教學模式融入該課程的教學中，結合授課教師自身的研究方向，將研究性教學理念貫穿于課堂教學中，選取若干納米材料領域最具代表性的科學研究論文，將納米材料的制備、表征、性質與應用貫穿起來，以科學研究的角度講解《納米材料》課程中的具體知識點。通過教學改革，既可以使學生了解納米材料的新理論、新技術、新應用和把握納米科技發展的前沿趨勢，又可以將理論和實踐結合起來，通過實地參觀大型測試分析儀器，深入了解大型儀器的原理與應用，拓展學生的眼界，培養學生對科研工作的興趣和科研創新能力，為學生后續的繼續深造奠定基礎，以達到提高教學質量、因材施教達到人才培養教學目標。