創新創業視域下的納米材料與技術課程建設與教學改革

黃軍同 李喜寶 陳 智 馮志軍

（南昌航空大學材料科學與工程學院，江西 南昌 330063）

創新意識和創新能力是人才的必備素質，是推動人才和社會發展的第一動力。在如今的創新中國大背景下，如何實現社會性的創新創業（簡稱“雙創”），讓不同的社會角色融入“雙創”潮流，關鍵是要重視創新型人才培養，而高校教育在人才培養方面肩負著重要責任。高校構建系統化、專業化的教育模式是開展人才培養工作的基礎，高校培養專業人才的重要途徑在課程教學，因此我們應該使“雙創”能具體體現在每一門課程當中，努力培養大學生的創新思維以及創業的意識與能力。

一、“雙創”教育內涵與人才培養目標

高校人才培養的核心是育人，在“雙創”教育過程中，要始終堅持以學生發展為中心的原則，堅持以育人為目標，培養大學生的創新意識，激發其創業熱情，鼓勵其積極進取、開拓創新，從而促進素質教育深化，提高大學生的整體素質。

培養“雙創”型高級人才分為創新教育與創業教育兩個層面。第一個層面是創新教育。創新教育主要是高校根據科學的人才培養方案，通過常規課程教學、考試評估、校內外實習以及畢業論文寫作指導與評估等既定的高校本科生課業流程，將創新教育理念注入教學過程的每個環節，逐漸培養學生的創新思維與創新意識。第二個層面是創業教育。創業教育是高校在對學生開展創新教育的同時引導學生在相關領域探尋新的道路。創新教育與創業教育相輔相成、缺一不可：創新意識在創業活動中才能充分體現價值，而創業實踐也需要創新理念的支撐，且兩者均有助于塑造學生的創新型人格。

“雙創”教育是高校順應新時代發展要求的必然選擇。高校應以“雙創”教育為載體，做到以人才培養為目標，將培養大學生的創新精神以及創業意識和能力貫穿于人才培養的整個過程中，將大學生培養成具有較強“雙創”素質的綜合性人才。

二、納米材料與技術課程的教學現狀

課程教學是開展“雙創”教育培養學生“雙創”意識與能力的主陣地，改進課程教學的模式以逐漸塑造學生的創新精神以及培養創業意識和能力是關鍵。納米材料與技術是高校開設的一門交叉性課程。納米材料與技術自1991年問世以來，世界各國的專家學者在納米材料與技術方面做了大量的研究工作，在其基本理論、實驗技術等方面均取得了顯著成果，出版了大量的相關專著。但是針對大學納米材料與技術教學的教材還是比較少，特別是缺乏對這門課程的基本理論和最新研究成果進行有機整合。而納米材料與技術這門課程本身內容繁雜且更新較快，涉及領域廣，教學內容包括納米材料基礎理論、合成與制備方法、結構表征及性能測試技術、物理化學性能、納米材料與技術的應用等。由于相關教材的知識結構和內容更新相對滯后，因此高校需根據自身的理解和需要對此課程的教學內容進行優化。

傳統教學模式側重于教師對學生的灌輸式教學，是知識與信息的單向輸出過程，學生被動學習，缺乏參與課程教學的主觀能動性，教師難以及時得到學生反饋，而且學生之間在課堂缺乏有效的交流和討論。大多數高校的相關教學資源及實驗設備無法滿足教學需要，學生難以從多方面了解納米材料與技術領域的知識和技能。而納米材料與技術這門課程是理論性、實踐性、應用性都非常強的一門跨學科課程，能夠熟練掌握相關理論知識只是學好這門課程的基礎，多參與到相關實踐環節才能對納米材料與技術有更深入的了解，也才能有助于培養學生的相關創新創業意識與能力。

三、納米材料與技術課程建設與教學改革措施及其實施效果

（一）課程建設與教學改革思路

在“雙創”視域下，納米材料與技術課程改革內容可分為五點。第一，要確立課程建設目標。納米科技是繼信息技術之后人類的又一次偉大技術革命，為納米科技領域培養“雙創”型人才是其課程建設的目標。第二，要重建課程體系和優化課程內容。納米材料與技術課程體系除了理論教學，綜合實驗實踐對于學生理解與消化這門課程的學習內容也是至關重要的。納米材料與技術課程內容繁雜，而教學課時有限，教師需要做到對教學內容爛熟于心、優選優講，包括講好納米材料與技術領域的故事及關注納米科技前沿研究。第三，建設師資隊伍。這門課程需要有相關研究背景的教師來開展理論教學和實驗教學。引進納米材料與技術領域的優秀導師和企業人才開展專題講座，使教學內容更豐富，拉近課程教學與創新創業實踐的距離，充分發揮企業人才的實踐指導作用，培養學生的“雙創”意識與能力。第四，根據科研發展形勢優化教學模式，使教學評估與前沿科技發展要求相統一。德國教育家洪堡認為“大學的人才培養應遵循‘教學與科研相統一’原則”，“雙創”視域下的教學模式改革需要有創新之處和可靠實用的技術支持。采用互聯網與Seminar 教學相結合的模式，讓學生課前利用微課自主學習，教師與學生在課中合作學習，調動學生學習主觀能動性，提高其學習效果。第五，開展多元化教學評估?？删唧w分為書面考核、平時考核、實驗考核、口頭報告等方面，提高學生的參與感和鍛煉學生的科學探索能力。

（二）納米材料與技術課程的具體教學改革措施

納米材料與技術作為環境、信息、新能源等高新科技產業及其發展的基礎，在“雙創”視域下，教師在重視激發學生的學習興趣、提升教學效果的同時，重視培養學生的“雙創”意識也是重要的一環。所以教師需要在課程教學中架起與學生積極溝通的橋梁，激發學生對納米領域的探索興趣，運用豐富而有效的教學手段提高教學效率與質量，引導學生培養“雙創”的意識與能力。

1.充分利用引人入勝的圖片與視頻，激發學生的學習興趣

多媒體教學可以利用視頻、圖片、音頻、文字等載體，以豐富的、形象直觀的形式表現復雜的理論和概念，啟迪學生思考，激發學生學習興趣，從而提高納米材料與技術課程的教學質量。

比如，筆者第一次介紹納米材料時，首先讓學生開動腦筋，想想自然界中存在哪些納米材料和納米結構，接著導入蝴蝶的翅膀、壁虎的腳和蓮花等圖片，然后放一幅很抓眼球的動畫，呈現池塘中的一片荷葉在隨風搖曳，蜻蜓飛至荷葉上，再提出問題：北宋理學家周敦頤所著的《愛蓮說》說到蓮花出淤泥而不染，這是為何？進而引入荷葉表面的掃描電鏡圖片，告訴學生荷葉具有自潔性是由于其表面的微納米復合結構具有疏水性，隨后播放利用荷葉效應制作的領帶具有疏水性能的演示視頻。

為了展示納米技術的美妙，可以展示一些圖片和動畫。比如用碳原子堆砌的世界上最小的中國地圖是如何繪制的（這幅地圖的直徑約150 nm，分辨率約6 nm，相當于頭發絲的1/500）？中科院化學所的科研人員用納米加工技術（STM 針尖）完成了這幅作品。在醫學領域，可以將納米機器人注入血管后，通過特定的預設程序打通腦血栓以達到治療目的。將生動活潑的視頻圖像與引人入勝的圖文相結合，加上教師的詳細講解，不僅能提高學生學習的主觀能動性，也能拓展學生的想象空間，培養學生的“雙創”意識。

2.引入前沿科研動態，分享科學家的創新創業故事，培養學生的創新創業思維

當今世界，納米材料與技術日新月異，納米材料與技術課程的教材內容往往跟不上知識更新速度。因此，教師首先要把自己以及本學院教師相關的科研成果融入教學中，以豐富教學內容。特別是可以向學生介紹教師自己申請獲批的基金項目的研究思路、靈感及其創新點，循序漸進地培養學生的創新思維。其次要把學科發展歷程和相關學術動態等融入課堂，并介紹學科領域科學家的“雙創”故事，培養學生的“雙創”思維，激發學生的“雙創”靈感。比如筆者在授課時把曼徹斯特大學海姆和諾沃肖洛夫教授制備石墨烯，中科院沈陽金屬材料研究所盧柯院士發明納米孿晶Cu及其拉伸形變達5100%，中科院化學所江雷院士從荷葉效應仿生疏水-疏油等結構，佐治亞理工學院王中林院士發現氧化物納米帶結構以及創立新的細分學科——納米壓電電子學，哈佛大學Charles M.Lieber 教授開創核殼結構并制備一維納米線引領納米科技的發展，加州大學伯克利分校楊培東教授可控制備半導體納米線及其人工光合作用，斯坦福大學崔屹教授從發明Si基電池到創辦安普瑞斯公司生產硅負極高能鋰電池等涉及“雙創”的經典故事引入教學，并向他們介紹科學奇聞趣事，陶冶他們的科學情操。比如關于石墨烯的發現還有個小故事，起初是英國曼徹斯特大學物理教授海姆讓他的博士生姜達利用熱解石墨通過高級拋光機希望制備得到盡可能薄的薄膜，可他制備得到的產物厚度達10 微米，后來海姆和諾沃肖洛夫兩位教授利用從超市買來的普通膠帶反復對折粘拉剝離高定向熱解石墨后逐漸減薄形成只有一層厚穩定存在的石墨烯，突破了傳統認為單層石墨烯在常溫條件下不能穩定存在的固有知識。教師在故事講完后，播放石墨烯通過普通膠帶反復對折粘拉剝離石墨制備過程及結構表征的視頻。石墨烯的優異性能受到了各方科學家的關注，后續的石墨烯相關研究逐漸發展成一股新的科研潮流，海姆和諾沃肖洛夫兩位教授也被授予了諾貝爾物理學獎。通過上述方式既能提高學生的學習熱情，使課堂教學面貌大為改觀，又能激發他們的科研興趣，使他們的“雙創”意識和能力得到培養。

3.導入Seminar 教學模式，調動學生的學習主觀能動性和提高其團隊協作能力

傳統教學模式側重于教師對學生灌輸傳授知識，缺乏對學生自學能力、創造思維能力和團隊協作能力的培養。Seminar 教學模式遵循“以學生為主體、以教師為主導”的教育理念，將科研融入教學當中，引導學生對所學理論知識進行分析和思考。這種教學模式是在教師的指導下以小組形式將學生組織起來，對《納米材料與技術》教材中的某一專題進行研討、制作PPT，小組代表發言，與其他同學辯論，學生互評，教師再進行點評，開展啟發式、互動式和討論式教學。這樣的互動過程能有效提高學生學習的積極性、主動性和參與性，極大地激發學生的學習熱情和挖掘其內在潛力，鍛煉學生的思辨能力，培養學生的分析、綜合、表達能力以及團隊協作精神。

4.根據教學進程設置相關實驗，逐漸鍛煉學生的科研和創新能力

實踐教育是高校開展“雙創”教育以及加強理論與實踐聯系的有效手段。同時，實踐教育可以直接引導學生學習和開展科學創新。納米材料與技術是一門理論與實踐結合得非常緊密的課程，因此，除了要在課堂上講授基礎理論，也要將理論運用到實踐中，發揮理論指導實踐的作用。比如納米材料的合成與制備、結構表征、性能測試、材料應用等，都是通過實驗實踐完成的。課程實驗能夠幫助學生理解并掌握納米材料與技術的相關知識，因此需要開展相關實驗讓學生進行實踐操作，以強化學生對理論知識的理解與掌握。

例如，筆者在課程實驗教學中，開展了熔鹽法制備Ni 摻雜的MoC@碳纖維紙復合電催化材料及其析氫性能的實驗。在該實驗中，涉及納米材料的合成與制備、物相與結構表征（XRD、FTIR、Raman、SEM、TEM、EDS等）、物理性能（電化學性能、雙電層電容、阻抗譜、穩定性）測試和應用研究（電解水產氫）等全流程。在生動有趣的實驗課堂上，學生會積極參與實驗過程，主動思考實驗問題，觀察實驗現象，分析總結實驗數據。而且，實驗課堂上教學氛圍活躍，教師和學生互動增加，學生實踐能力提升，科學創新素養也逐漸得到培養。

5.嘗試“創業導師進課堂，學生創新進企業”，探索課堂教學改革新模式

強化校內外“雙創”實習基地建設是推動“雙創”視域下課堂教育教學工作的另一個實踐，既要開展好校內“雙創”教育活動，也要創新校企合作模式。在納米材料與技術課程的授課過程中，筆者提出了“創業導師進課堂，學生創新進企業”的教育教學新模式，嘗試邀請了致力于石墨烯生產及應用開發的志陽科技（中國）有限公司的董事長、總經理以及技術專家等來到納米材料與技術課程的課堂，聘請他們為筆者所在學院的大學生創新創業導師。他們交流了自己的“雙創”故事，特別是他們結合帶來的產品實物進行了最新熱點的納米材料即石墨烯的制備技術與應用等前沿知識的授課，深受學生的歡迎。一周后，筆者組織研修該課程的學生到志陽科技（中國）有限公司參觀石墨烯的生產和應用車間，讓學生初步了解石墨烯的實際生產過程，了解到石墨烯在充電寶、面膜、抗靜電砂、合成機油、發熱瓷磚、導熱片、散熱粉體涂料、柔性手機等領域的應用。學生和專家進行了積極互動，他們的創新思維發生碰撞是此次校外課堂的最大收獲。大部分學生認為這種“雙創”教育模式效果很好，比如大四保送到中國科技大學讀研究生的李暢同學說：“作為學生，我們非常贊同并提倡進行這種教育及上課方式的改革。它縮短了書本理論和實踐之間的距離，真正做到了專業教育和對實踐操作認知的兩全其美?！?/p>

（三）納米材料與技術課程教學改革的初步效果

通過對納米材料與技術課程以上教學改革措施的實施，創新了教學方式，極大地調動了學生的學習主觀能動性，課堂氛圍活躍，提高了教學效率與教學質量。實踐與理論結合，使學生接觸到實際，了解實際生產，更加熱愛自己的專業。由考核成績和平時學習狀態可以看出，學生的專業綜合素質以及“雙創”意識與能力都得到了提升。

四、結語

對于“雙創”視域下的納米材料與技術課程，任課教師首先應該熟練掌握納米材料與技術專業知識，在傳授納米材料與技術的基礎理論時，運用豐富的教學手段引導學生將教學、科研與“雙創”教育結合在一起，營造濃厚的“雙創”氛圍，以培養學生的創新能力及創業意識，實現培養創新型人才的目標。