“稀土材料與應用”課程教學模式探索

江慶政，黃維清

（江西理工大學，江西贛州 341000）

一、“稀土材料與應用”課程介紹

本課程以“金屬學”“稀土元素化學”“現代儀器分析與測試”等為選修課程，是為高年級冶金工程專業學生開設的專業選修課程。“稀土材料與應用”課程開設的目的是拓展學生稀土功能材料相關內容的知識面，通過對各種稀土材料的性質、作用原理、制備技術、應用現狀和發展趨勢等相關理論基礎知識的學習，掌握各稀土材料的制備技術及稀土在各類材料中所起作用的機理，重點掌握稀土磁性材料、稀土儲氫及稀土發光材料的性能、制備技術、應用領域及其發展前沿動態，為學生們以后從事稀土功能材料的設計與生產工作奠定一定的基礎。課程主要教學目標有2個。第一個教學目標是：通過本門課程的學習，學生在掌握相關文獻查詢方法的基礎上，能較好運用稀土元素在各類材料中所起作用的機理較深入地分析稀土材料的制備過程及其相關應用領域，培養學生分析問題和解決問題的能力。對應的畢業要求指標點是：掌握科研文獻高效查詢的途徑和檢索方法，能夠利用各種資源尋求解決復雜冶金問題的多種可選方案和較優方案。第二個教學目標是：通過課堂教學與自主學習相結合，培養學生的自主學習能力，強化學生終身學習的思想意識；同時，使學生能夠追蹤稀土材料領域最新的研究成果和進展，初步掌握從事稀土功能材料研究的基本方法，為改進現有稀土材料制備工藝、發展新材料、有預見性地控制生產打下基礎。對應的畢業要求指標點是：能夠認識到在當前社會發展的大背景下自主學習和終身學習的必要性，具有通過跟蹤本專業的學科前沿和發展趨勢，從而獲取和掌握新知識的能力。

教師采用“講授式”“案例式”“啟發式”等多種教學方法，結合翻轉課堂形式，通過讓學生分組自主查閱相關文獻資料的基礎上制作幻燈片并在課堂上進行匯報展示，加深學生對所學稀土材料的發展前沿與應用動態的理解，鍛煉和培養學生資料查詢、檢索和文獻綜述的能力。

“稀土材料與應用”課程共32學時，2個學分，主要包含以下章節的內容：稀土資源及其材料應用、稀土元素及其化合物的結構與性質、稀土材料的制備、稀土玻璃和陶瓷材料、稀土發光材料、稀土磁性材料、稀土儲氫材料和稀土催化材料。由于學時有限，而涉及到的教學內容較多，本課程對稀土磁性材料和稀土發光材料兩類應用較為廣泛的稀土功能材料進行了重點講授。本課程的考核由兩部分組成，基礎理論和基礎知識的掌握程度主要以期末考查形式提交科技論文。論文為綜述一類稀土材料，包括材料的制備原理，制備方法與技術、國內外研究前沿與熱點、主要應用領域及對材料性能的要求，相關產業瓶頸等；平時表現由課堂表現、課堂報告和課后作業方面進行綜合考核。

二、“稀土材料與應用”課程問卷調查結果

為充分了解課程教學效果和總結教學經驗，面向2021年度和2022年度選修了該門課程的冶金專業學生就“稀土材料與應用”的課程內容、授課方式、學習效果、改進建議等多個方面進行了問卷調查。問卷調查主要設置了學生專業背景分析、課程教學方式、課程教學內容、課程授課效果四個方面，每個方面的問卷內容和調查結果如下。

（一）學生專業背景分析

該方面設置的問題有“你認為‘稀土材料與應用’這門課在哪個年級段開設比較合適？”“你對稀土材料學領域最新的研究成果是通過哪些渠道了解到的？”

由于稀土材料學專業性強、涉及面廣、概念繁多，且與冶金、物理、化學、電子信息等多學科交叉和滲透[1]，需要先修“金屬學”“稀土元素化學”“現代儀器分析與測試”等課程，認為此課程應在大三或大四開設的同學比例高達92%。學生們對稀土材料相關知識的了解大多來自于任課教師的課堂講解，其次是通過查閱資料、課外閱讀或電視、新聞報道等途徑了解。

（二）課程教學方式

“稀土材料與應用”課程與稀土材料產業直接對口，授課教師不僅要有較好的理論知識功底，還需要有一定的產業實踐經驗。目前，該課程的教學仍然較多依賴多媒體設備，以課堂理論知識教學為主，教學方式不夠豐富，未能充分培養和提升學生的創新和實踐能力。張明遠等[2]人認為，現行教學體系中對學生工程素質方面能力的培養程度不夠，冶金專業學生工程意識不足，而培養出具有工程實踐能力和創新能力的冶金專業本科生卻是卓越工程師和高素質冶金專業人才的關鍵一環。

為充分了解學生對課程教學方式的建議，該方面設置的問題有：“你是否希望‘稀土材料與應用’這門課有課程實踐環節？”“你認為哪種教學模式比較適合‘稀土材料與應用’這門課？”“這門課程采用的授課方法，哪些你比較感興趣？”“你認為教師在該課程教學上還需要做哪些改進？請寫上你建議的內容”。

僅有2.63%同學選擇了單純的線上教學來開展該課程的教學，大部分同學都認為線下教學更適合此課程。60.53%的同學傾向于采用案例式教學法來進行授課，44.74%的同學也選擇了參觀研學體驗式教學法，且超過一半的同學希望此門課程開設實踐環節方面的內容。本門課程32學時全部是理論教學，學生在對此課程的改進建議中，主要集中在開設教學實踐方面，比例達到36.84%，而針對教學內容、教學模式、教學方法方面的建議較少。理論教學課程之余，帶領選課學生參觀了50公斤級燒結釹鐵硼中試示范線，同學們在現場觀察并對稀土永磁材料的主要制備工序提出了針對性的問題，表現出了濃厚的學習興趣，達到了在實踐中學習的效果。

（三）課程教學內容

學科交叉融合是自然科學發展的必然趨勢[3]，諾貝爾獎中已有將近一半的獎項頒給了學科交叉的合作研究[4]。把握交叉學科的發展是一流大學建設的重要內容[5]。如英國牛津大學、劍橋大學、美國麻省理工學院等很早就從課程設置、內容挖掘、選課制度等各方面積極推進學科間的交叉融合[6-7]。我國高等院校于20世紀90年代末逐漸開始摸索學科交叉課程的教學模式。針對冶金傳統學科與其他學科之間的交叉融合，國內高校也進行了相關的探索。

“稀土材料與應用”課程涉及到的理論知識點較多且較為枯燥，較難激發學生的學習熱情。教師可利用融合教學與交叉學科知識以豐富教學內容，充分將理論知識與實際應用生動結合起來，從而提起學生的學習興趣，提升學生的自主思考和學習能力，加深學生對稀土材料的全面認識。

課程教學內容方面設置的問題主要有“你認為‘稀土材料與應用’課程中是否需要融合交叉學科的知識點？”“你認為稀土材料與應用這門課程如果采用“1+X”教學模式，與哪些學科知識進行融合教學比較好（備注：采用“1+X”教學模式，即稀土材料方向+X個交叉學科，如物理、化學、稀土采選、冶煉分離、環境保護）”“你希望通過‘稀土材料與應用’這門課，能了解哪些交叉學科專業知識點？”“你對本課程講解的內容能掌握到什么程度？”“通過本課程的學習，哪些內容你掌握得較好?”“你認為‘稀土材料與應用’課程的難易程度如何？”

筆者通過調查問卷發現，“稀土材料與應用”這門課程應融合交叉學科知識點進行授課的同學比例高達86.84%，且主要集中于與物理和化學學科知識的融合教學。大部分同學希望通過此門課程了解環境保護、稀土采選方面的交叉學科的知識點。同學們對稀土磁性材料和稀土發光材料表現出較為濃厚的學習興趣，感興趣同學的比例分別達到了55%和63%，這可能與相關內容的學時較多，內容講解較為詳細有一定的關聯。86.84%的同學認為此門課程內容難易適中，10.53%的同學認為偏難，偏難點主要集中于相關稀土材料的基礎理論研究方面，如稀土磁性材料的矯頑力增強機制。

（四）課程授課效果

該方面設置的問題有：“通過本課程的學習，你會對稀土材料學習產生興趣嗎?”“本課程學習之后，你是否會繼續關心稀土材料的未來發展?”“你在學習‘稀土材料與應用’這門課中最大的收獲是什么？”

所有同學都對稀土材料的相關知識表現出了一定的興趣。通過本課程的學習，學生后續會關注稀土領域相關進展的學生比例高達97.37%，且有55.26%的學生表示在碰到相關報道后會進一步關注和學習了解。

本次問卷最后一題調研了學生在學習這門課之后的收獲，學生們的回答主要有：“對稀土材料及其應用有了更全面的了解”“學會了稀土永磁材料的制備技術及相關應用領域”“了解到了稀土材料在各個領域的應用現狀以及發展趨勢”“通過這門課程，了解到了稀土產業的大致現狀，以及各種稀土材料的具體應用領域以及相關的技術和制備方法，對稀土以及稀土的應用有了更加直觀和更深層次的了解”。從中可以看出，該課程取得了較好的教學效果，在一定程度上激發了學生對稀土材料的學習興趣，有效提高了學生對稀土材料及其相關應用領域的關注度。

三、“稀土材料與應用”課程教學改進建議

稀土材料涉及種類繁多，應用領域較廣。課程學時有限，無法將每一種稀土材料的制備關鍵技術、原理、應用領域和研究前沿等詳細講解，如何充分利用有限的學時，優化課堂教學效果，提高同學們對稀土材料的認知能力？教師需要不斷地改進教學內容和教學方法。針對以上問卷調查結果，可從以下三個方面來進一步來優化教學模式：

一是注重學科交叉，將物理、化學、冶金、選礦、礦物加工、電子信息等學科知識與稀土材料的制備、應用等融合教學。例如，在講解稀土永磁關鍵制備技術時，教師通過提問學生“為什么釹鐵硼主要選用質量百分比為20：80或者25：75的鐠釹合金作為原材料”，引導學生將稀土材料學與采礦學、礦物加工、冶金學科知識連接起來，樹立稀土全產業鏈的整體意識。隨著我國碳達峰和碳中和政策的提出，稀土材料加速向新能源領域滲透，可將稀土永磁材料、稀土儲氫材料、稀土催化材料在環境保護、節能降耗等方面進行著重講解。

二是挖掘稀土材料應用實例，最大程度提升學生學習興趣和優化課堂教學效果。以磁力起重設備為例，一方面，講述稀土永磁起重設備的節電效果；另一方面，有效避免了原來電磁鐵起重設備斷電引起的嚴重安全事故。同時，提問稀土永磁起重設備是如何巧妙地吊起和卸載鋼鐵材料，增加課堂趣味度以提升學生對枯燥稀土磁性材料理論知識的學習熱情。

三是理論聯系實踐，牢牢把握稀土材料科研前沿，注重將枯燥的理論知識與產業實踐有機結合。教師通過帶領學生參觀國家稀土功能材料創新中心、稀土材料相關省級重點實驗室并采用線上方式邀請稀土產業技術人員講解產業現狀與技術瓶頸，加深學生對課堂知識點及稀土材料產業關鍵技術的認知，培養學生的工程意識和創新能力。