“材料合成與表征”課程教學(xué)改革探索

郝愛澤

(新疆大學(xué)化學(xué)學(xué)院，應(yīng)用化學(xué)研究所，省部共建碳基能源資源化學(xué)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，先進(jìn)功能材料自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830046)

“材料合成與表征”是我校為無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)專業(yè)研究生開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程主要選用徐如人老師主編的《無機(jī)合成與制備化學(xué)》與朱永法老師主編的《材料分析化學(xué)》兩本教材作為參考教材[1,2]。主要包含兩部分內(nèi)容，第一部分是對(duì)材料的基礎(chǔ)知識(shí)及合成方法的介紹，包括材料的結(jié)構(gòu)及性能、納米材料、低熱固相合成反應(yīng)、水熱與溶劑熱合成等；第二部分是對(duì)材料的表征技術(shù)的介紹，包括X-射線粉末衍射技術(shù)、電子顯微鏡技術(shù)、紅外技術(shù)等。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握材料合成與表征的基本方法與原理，培養(yǎng)學(xué)生良好的專業(yè)基礎(chǔ)能力、科研素養(yǎng)、創(chuàng)新意識(shí)及創(chuàng)新思考問題、分析問題、解決問題的綜合能力，為其日后進(jìn)行科學(xué)研究及從事研發(fā)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。筆者根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)存在一定的學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)、學(xué)習(xí)熱情不高以及教學(xué)效果未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)等問題[3]。如何最大限度的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性？如何提升教學(xué)效果？如何構(gòu)建特色的教學(xué)體制？上述問題也是各類課程建設(shè)及改革中所面臨的主要難點(diǎn)。本文以我?！安牧虾铣膳c表征”課程教學(xué)改革為例，在課程體系建設(shè)的幾個(gè)重要環(huán)節(jié)中做了一些創(chuàng)新的設(shè)計(jì)、嘗試、探索及實(shí)踐，取得了滿意的教學(xué)效果，具體的改革措施如下。

1 探索多元化教學(xué)平臺(tái)，提升教學(xué)效果

筆者對(duì)傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行思考總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的教學(xué)平臺(tái)過于單一，教學(xué)形式固定化，互動(dòng)環(huán)節(jié)單一化，教學(xué)情況(即課前預(yù)習(xí)情況與課堂聽講情況)不能得到有效反饋等[4,5]。因此，為了更加高效的督促學(xué)生自主預(yù)習(xí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，了解學(xué)生上課時(shí)的學(xué)習(xí)狀態(tài)和聽課效果，筆者選用長江雨課堂作為教學(xué)輔助平臺(tái)。課前筆者通過長江雨課堂將上課課件提前推送，并設(shè)置作業(yè)截止時(shí)間，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，從而實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)情況的反饋。課中筆者改變傳統(tǒng)“滿堂灌”的教學(xué)方式，采用“教師講解-師生探討-學(xué)生自我鉆研”三步一體的教學(xué)方式，根據(jù)教學(xué)重點(diǎn)加入了測(cè)試環(huán)節(jié)，通過長江雨課堂推送測(cè)試，全面掌握班級(jí)中每位學(xué)生的聽課情況及學(xué)習(xí)效果。課后注重教學(xué)效果反饋及評(píng)價(jià)，通過投稿、微信、QQ等方式收集學(xué)生的問題及建議，及時(shí)與學(xué)生交流探討，不斷改進(jìn)教學(xué)方式，優(yōu)化教學(xué)策略，有效提升了教學(xué)效果。

2 精簡教學(xué)內(nèi)容，科教融合

我校開設(shè)的“材料合成與表征”課程為32學(xué)時(shí)，考慮到教材內(nèi)容較為枯燥難懂，筆者針對(duì)授課對(duì)象化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)、科研特色以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)等目標(biāo)對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了精簡、調(diào)整與更新[6]，以期做到“教研融合，科研育人”。

本課程的教學(xué)內(nèi)容主要涉及對(duì)材料合成制備方法與相關(guān)表征技術(shù)兩部分的相關(guān)介紹，旨在幫助學(xué)生掌握材料的組成、制備方法、結(jié)構(gòu)、性能與其應(yīng)用之間的聯(lián)系。在設(shè)計(jì)材料的基礎(chǔ)知識(shí)及合成方法的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，因其內(nèi)容以理論知識(shí)為主，故在講授相關(guān)理論知識(shí)時(shí)，形成融理論基礎(chǔ)、科研成果為一體的教學(xué)機(jī)制，主要結(jié)合我院的科研特色進(jìn)行相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的實(shí)例講解。以“納米材料”的課程內(nèi)容為例，將相關(guān)理論知識(shí)與我院特色碳材料(納米碳纖維、碳納米管、納米碳球等)、光化學(xué)材料(半導(dǎo)體光催化材料、有機(jī)光致變色材料等)、電化學(xué)材料(鋰離子電池材料、超級(jí)電容器材料、太陽能電池材料、電催化材料)等納米材料的研究進(jìn)行有效銜接，圖文并茂，教學(xué)內(nèi)容豐富，有效幫助學(xué)生牢固理解掌握相關(guān)理論知識(shí)。此外，針對(duì)“低熱固相合成反應(yīng)”課程內(nèi)容中較難理解的知識(shí)點(diǎn)，通過結(jié)合本院賈殿贈(zèng)教授團(tuán)隊(duì)在“低熱固相合成法”制備表征低維納米材料、煤基碳材料等方向的特色科研成果來進(jìn)行實(shí)例講授，這種方式不僅有效的激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，而且有助于學(xué)生更好地理解掌握該合成方法在相關(guān)材料制備表征研究方面的應(yīng)用。

此外，在講授材料表征技術(shù)時(shí)，筆者首先對(duì)材料的元素成分、化學(xué)價(jià)鍵、結(jié)構(gòu)、形貌、表面與界面以及性能研究等方面進(jìn)行了知識(shí)點(diǎn)的梳理、分析及講授。其次，對(duì)材料的不同表征技術(shù)的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用等方面進(jìn)行了重點(diǎn)講授，同時(shí)對(duì)不同表征技術(shù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了歸納整理與對(duì)比，有效地幫助學(xué)生更好地區(qū)分掌握有關(guān)材料表征技術(shù)方面的基礎(chǔ)理論知識(shí)。最后，在科教融合方面，將學(xué)院優(yōu)秀的特色科研成果引入課堂，結(jié)合材料表征技術(shù)的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行細(xì)致地分析講解，同時(shí)要求學(xué)生結(jié)合自己的科研方向進(jìn)行思考，課下查找相關(guān)文獻(xiàn)，完成相關(guān)表佂技術(shù)應(yīng)用實(shí)例作業(yè)，進(jìn)一步掌握材料表佂技術(shù)的知識(shí)點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合2017年的“冷凍電鏡”和2019年的“鋰離子電池領(lǐng)域”等諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)科學(xué)前沿對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行深入拓展探討，以鋰離子電池合成制備方法及表征手段為例對(duì)本課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié)，同時(shí)對(duì)近年來的其他科研熱點(diǎn)，如石墨炔的合成、非晶態(tài)材料轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝阅艿墓獯呋牧戏纸馑茪洹⒓饩趸锟煽刂苽渑c電化學(xué)應(yīng)用、二維超薄材料(研究催化活性位點(diǎn)的理想模型體系)等內(nèi)容進(jìn)行分析探討，加深學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解與掌握，拓寬學(xué)生化學(xué)專業(yè)視野，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。另外，在講述儀器原理構(gòu)造及如何使用方面，有效結(jié)合本校理化中心相應(yīng)的儀器進(jìn)行相關(guān)圖片講解，與”現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)”課程結(jié)合，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)地參觀測(cè)試平臺(tái)、觀摩相應(yīng)表征儀器的實(shí)驗(yàn)研究以及由教師指導(dǎo)進(jìn)行上機(jī)操作并自主分析處理數(shù)據(jù)，從而全方位地培養(yǎng)了學(xué)生的科研實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力及分析解決問題能力。

3 調(diào)整考核方式，建立多元評(píng)價(jià)體系

考核是實(shí)施素質(zhì)教育和反饋教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。一個(gè)科學(xué)有效的評(píng)價(jià)體系，對(duì)于實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7,8]。傳統(tǒng)“30%平時(shí)成績+70%期末成績”的考核方式，不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，容易出現(xiàn)期末突擊復(fù)習(xí)的情況[9-11]。針對(duì)上述問題，筆者將本門課程的考核方式調(diào)整為“10%考勤+30%平時(shí)成績+20%大專題考核作業(yè)成績+40%期末成績”，其中平時(shí)成績包括課前預(yù)習(xí)、課堂提問、課堂測(cè)試、課堂發(fā)言及課后作業(yè)等內(nèi)容。大專題考核作業(yè)是由學(xué)生結(jié)合自身的科研方向查找一篇高水平的SCI文獻(xiàn)，針對(duì)文獻(xiàn)中材料制備所采用的合成方法、表征測(cè)試及性能分析整合為PPT學(xué)術(shù)報(bào)告，從而幫助學(xué)生進(jìn)一步加深鞏固所學(xué)內(nèi)容。筆者將期末試題的題型調(diào)整為以填空題、簡答題及開放性論述題為主的主觀題。通過期末綜合分析學(xué)生各項(xiàng)成績的數(shù)據(jù)來看，這種考核方式有效地發(fā)揮了考核對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)的激勵(lì)引導(dǎo)作用，激發(fā)了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生表征技術(shù)理論應(yīng)用能力與創(chuàng)新思維能力，提升了教學(xué)質(zhì)量。

4 結(jié)語

本文針對(duì)“材料合成與表征”課程進(jìn)行了教學(xué)改革的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐，探索了多元化的教學(xué)平臺(tái)?！敖處熤v解-師生探討-學(xué)生自我鉆研”三步一體的教學(xué)方式極大調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。精簡教學(xué)內(nèi)容，科教融合，加深了學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解與掌握，拓寬了學(xué)生化學(xué)專業(yè)視野，提升了學(xué)生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)了學(xué)生科研創(chuàng)新能力。優(yōu)化考核方式，建立多元評(píng)價(jià)體系，培養(yǎng)了學(xué)生良好的專業(yè)基礎(chǔ)能力和創(chuàng)新思維能力，為日后成為具有創(chuàng)新型、研究型及應(yīng)用型的高層次人才奠定了良好的基礎(chǔ)。這些改革措施有效地提升了教學(xué)效果，為日后其他相關(guān)課程的建設(shè)和改革提供了重要的參考借鑒意義。