以科研促进《材料化学》课程本科教学的实践与思考

金亚旭,田玉明

(太原科技大学材料科学与工程学院,山西太原 030024)

以科研促进《材料化学》课程本科教学的实践与思考

金亚旭,田玉明

(太原科技大学材料科学与工程学院,山西太原 030024)

从材料科学教育的发展对此专业人才的需要出发,探讨了《材料化学》本科课程的内容设置和特点,在对《材料化学》课程的教学体系进行思考的基础上,提出以科研促教学,正确有效地将教学与科研相结合,破除教学与科研之间的“高墙”,以提高教师水平,丰富教学内容,营造学术氛围,促进创新能力。

材料化学;交叉学科;课程体系

《材料化学》课程是材料化学专业重要的学科基础课程之一,大部分高校在本、专科高年级开设该课程。由于材料化学是一门新兴的边缘学科,如何设置该课程的教学内容以及采取何种教学手段,目前还有很多有待于商榷之处。传统的学生培养目标体系强调知识和技能的学习,评价学生的唯一标准是知识或技能的掌握,即学习成绩。而现代教育论认为学生的培养目标应是创新型人才,衡量学生学习能力的标准也不再是唯一的学习成绩,学生的创新能力同样占有非常重要的地位[1]。把科研引入本科教学是培养大学生创新能力的重要措施,也是高等教育的显著特点。本文提出在《材料化学》课程本科教学过程中,正确有效地将教学与科研相结合,以提高教师水平、丰富教学内容、营造学术氛围并促进创新能力,全面提高教学质量。

一、《材料化学》课程的内容设置与特点

《材料化学》课程的教学内容不仅要注重基础知识与应用相结合,渗透其他学科知识体现交叉学科的特点,强调材料的结构与性能之间的关系,还要带来一些属于工学范畴的知识,拓展学生在材料科学领域的学术视野和知识面[2][3]。就材料化学本身而言,是一个大材料的概念,既包括高分子材料、无机材料、金属材料,也包括功能分子材料,但个体的知识接受程度毕竟有限,如果面面俱到,学生必然会无所适从。因此,不同的高校在《材料化学》课程教学内容的取舍上各有侧重。

目前,太原科技大学在材料化学和材料学两个专业开设《材料化学》课程,结合该校的学科优势,侧重对学生专业基础的培养,并努力拓宽实际应用层面,因此,该校的《材料化学》课程定位在无机非金属材料的学习上,着重介绍无机材料相关的基础理论和基本概念,并选用了厦门大学出版社出版的《材料化学导论》作为该课程的主要教材,其它固体化学和硅酸盐物理化学方面的参考书作为辅助教材。这本教材在内容的选取上,仔细地考虑了学科之间的联系,着力于材料化学的核心内容,另有相当部分直接源于笔者多年的教学和科研心得,在阐述有关基本理论的同时,注重介绍一些利用现代科技发展的新成果和新需求,开拓材料新制备方法和新应用领域的实例,启发了学生的学术思维。笔者同时参阅了近十年来国内陆续出版的一些材料化学著作,如季惠明、曾人杰等编著的《无机材料化学》和朱光明、秦华宇等编著的《材料化学》[4],这些教材从不同的侧面揭示材料的组成、化学制备及处理与材料的结构、性能之间的关系,特别值得关注的是编著者在编写过程中收集了近年的学术论文和科研成果,尽量向读者介绍材料化学的最新发展。因此,在《材料化学》本科教学过程中,教师应充分意识到该课程教学与科研融于一体的特点,在授课过程中将这些前沿的科研成果深入浅出的介绍给学生,进而让基本上没有科研实训经历的本科生能够初步建立起运用材料化学相关的基础理论和基本概念去解决材料科学中材料制备、结构分析及实际应用等问题的科研思路。

二、《材料化学》课程教学与科研和谐发展的必要性

现代大学肩负着人才培养、科学研究和社会服务三大任务,应该为科技的进步和现代化建设做出重要贡献[5]。但由于科研与教学自身的特点,造成目前许多教师重科研轻教学的现象。教育部教高(2005)1号文件明确指出,人才培养是高等学校的根本任务,质量是高等学校的生命线,教学工作在高等学校各项工作中处于中心地位。高等学校本科教学工作的主要任务和要求是:着眼于国家现代化建设和人的全面发展需要,深化教学改革,坚持传授知识、培养能力、提高素质协调发展,更加注重能力的培养,着力提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力。

当今世界,科学技术突飞猛进,知识的更新速度很快。学生渴望获得足够的知识,期望学会学习的方法,提高学习能力、实践能力和创新能力,为参加工作后的科学研究、技术开发打下扎实的基础。大学学习应该是一个学会学习的过程,是一个学会创造的过程。不管是教育主管部门,还是接受教育的学生,都渴望高校不断提高教学水平和人才培养质量,肩负这一历史使命的高校教师责无旁贷。同时教学对科研也是有促进作用的。一个具有敬业精神的教师,在授课之前,必定要查阅大量的资料,对所要讲授的内容进行重新审视和思考,做到融会贯通、深入浅出,使自己对基础理论的理解得到升华,为科学研究活动打下更好的基础。所以,教学并不是重复的、肤浅的、枯燥的,它是一门学问,对科研也是有促进作用的。

由于学习《材料化学》课程的学生已经是大三了,学生已经初步掌握了材料科学与工程的基本知识,具有更强的求知欲。此时,专业课程的教学可采取多元化方式,鼓励教师由第一课堂走向第二课堂。因此建立以创新素质教育为目的、以科研带动《材料化学》本科教学进入学科前沿的教育机制,在学生创新意识教育方面形成一套具有明显特色的教学模式,努力实现材料化学课程教学与科研相互融合与促进,两者达到和谐发展具有重要意义。

三、科研促进《材料化学》课程教学的实践与思考

在教育部公布的2006年普通高等学校本科教学工作水平评估结果中,太原科技大学的评估结论为“优秀”。该校发展目标定位为具有鲜明学科特色的多科性教学研究型大学。材料学科作为其优势和特色学科群,任课教师将科研与教学和谐结合,积极倡导研究性教学方法,取得了良好的教学效果。在《材料化学》的教学中体现在如下三点:

1.将科研中的前沿成果及时反映到教学内容中,使教学内容跟上科技的快速发展。

教材内容都是科研成果的总结和归纳,从科学知识和规律的发现到证明、应用,再到编成系统的教材出版,是要经过一定周期的。正在使用的教材也会因为科学技术的发展使部分内容落后或失去应用价值。要解决教材内容滞后和科研快速更新的矛盾,最好的方法就是教师通过科研和学术交流,了解和吸收最新研究成果,并把它融入到教学中去,以保证教学内容时刻站在学科前沿[6]。科研与教学相结合,使教学内容更加贴近社会发展的需要。教师把在科研中获得的新知识和新成果固化到教学内容中,形成理论水平高、实用性强、特色鲜明的日常课堂教学内容,这些内容融会贯通地加入课堂教学中将会大大提高学生的学习兴趣。比如在讲授“原子团簇”时,除了介绍碳原子、硼原子团簇等基本内容外,教师结合自己的科研项目,为学生补充了一维碳纳米线、纳米铝二元团簇等内容,使学生拓展了视野和思路,取得了良好的教学效果。

2.教师用活跃的科研思路促进教学方式的改革。

活跃的课堂气氛要求教师有活跃的思想。只有教师具有开阔的思维、创新的精神,才能唤起学生求知的欲望,激起他们探索的热情。而教师思想活跃的源泉在于科研工作所激发的创造力,在于长期的科学研究中所形成的许多感悟,并潜移默化地影响着学生。教师创新知识的过程使得他们更懂得如何培养学生的创新意识。

对此课程的教学应适当地以讲座和专题报告等更为灵活、内容涵盖更为广泛的方式进行。这一做法突破了教材内容的限制,要求教师首先结合自己的科研项目去了解专业前沿的发展状况,然后才可能将与专业课程有关的最新动态传授给学生。同时,这些灵活的形式和全新的内容也使学生更容易接受,更有兴趣探讨,从而激发学生的创新。比如:每章内容构成可分为主讲内容、选讲内容和参考阅读。其中,主讲内容是针对学生必须要掌握的基本知识;选讲内容是为了增加教材的适用面而设置;参考阅读主要是为了提高学生学习兴趣而设置的自学内容。在上述的选讲内容和参考阅读部分,教师完全可以将自己相关的科研进展有机地渗透到理论教学中,让学生有机会接触和了解与本门课程密切相关的前沿动态和生动例子,在某种程度上实现科研项目与专业理论课程教学的有机融合。

3.引导学生参加科研项目,整体提升学生的实践能力。

以科研促进《材料化学》的本科教学,一个更直接的方式是鼓励学生参加教师的相关科研项目,这样就可以做到学以致用。具体措施如下:

第一,将教师的科研成果进行精选、提炼并转化为课程综合性实验。综合性实验可以作为整个课程体系中的一个教学环节设置,设6-8个学时。综合性实验由实验指导小组负责具体的指导工作,教师可根据各人不同的学术专长分别担任不同实验项目的指导,但实验报告的最后评阅应当由实验指导小组集中进行,以保证客观公正。另外,综合性实验还可和本科生毕业论文进行衔接,这样使得学生在某个课题上有机会真正深入下去。例如,近两轮教学计划中我校设置了“陶瓷坯釉的润湿性能、成核-长大结晶釉分相实验”“陶瓷泥浆稀释注浆成型、烧结性能测定实验”等课题。

第二,落实“大学生创新人才培养计划”(UIT)。目前,许多高校每年都会拿出部分资金来资助“大学生创新人才培养计划”,其目的是培养学生的创新素质和实践能力。一般来说,低年级学生课程较多,没有足够多的时间参加UIT项目的研究。而在高年级,结合《材料化学》课程的进行,教师可以挑选一批有科研兴趣并且基础较好的学生进行重点培养,把学生编成相应的课题组,开展为期一年的科研活动,同时鼓励教师结合自己的科研课题对学生创新研究提供经费上的支持。此外,学校还为创新实验研究制订合适的实验室开放制度,使得各小组工作的开展均有可靠保障。

第三,鼓励学生利用课外时间开展和参与以科研创新为主题的“走近科研”系列活动,这些活动可大致分为两个层次。第一个层次是纵向引导,即鼓励学生积极参与学院举办的国内外专家讲座,使学生有机会接触学科前沿的理论和成果,增加对本专业的信心,开阔知识视野。第二个层次是横向支撑,即以科研创新为主体,分别从不同的视角面向全学科开展征文赛、演讲赛、座谈会等形式多样的活动,这种活动覆盖面广,旨在制造规模效应,激发学生学习热情。比如,我校的材料加工工程学科是二级学科博士点,具有许多科研经历丰富的博士研究生导师,他们有些研究方向和材料化学学科密切联系,在每个学期,这些导师都必须进行2-3次学术报告。在《材料化学》教学计划中,教师就可以安排学生参加这些学术讲座,并与报告人互动。

为了在更大的范围内推行上述教学理念,太原科技大学《材料化学》课程组已经先后举办了地区性材料化学系列课程教材改革研讨会和讲习班多次。其中田玉明博士先后在太原理工大学、天津大学等多所高校作转变思想、深化课程改革报告,新内容与新体系示范教学、启发式教学讲座等多次,并参编了普通高等教育“十一五”国家级规划教材《无机材料化学》。总之,科研工作对于《材料化学》教学有着深远的意义。通过对材料化学课程进行教改,取得了较好的效果,学生学习的积极性和主动性被充分调动起来,为以后专业课程的学习打下了良好的基础。

[1]肖岭梅,马洁,屠淑洁.“材料化学导论”课程建设的实践与思考[J].首都师范大学学报:自然科学版,2007,(28):74-76.

[2]朱光明.材料化学课程的内容设置及其与材料科学的关系[J].大学化学,2004,19(6):16-18.

[3]李奇,陈光巨,黄元河.理科化学专业“材料化学”课程的建设与改革[J].理工高教研究,2006,25(5):109-110.

[4]眭蔚,宋文艳.推荐一本好书——《无机材料化学》[J].大学化学,2003,18(3):64-65.

[5]吴援明.促进科研与教学和谐发展,提高本科人才培养质量[J].电子科技大学学报:社科版,2005,(7):27-29.

[6]张翼.关于科研促进本科教学的几点实践与思考[J].中华文化论坛,2008,(8):151-152.

Practice and Advisement on Scientific Research Promoting the Teaching of Materials Chem istry Undergraduate Course

Jin Yaxu,Tian Yuming (Schoolof Materials Science and Technology,Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan Shanxi 030024)

The content and characteristic of materials chemistry undergraduate course were discussed according to the requirement of teaching development on the personnel training.A viewpoint concerning scientific research promoting the teachingwasbrought forward,which could eliminate the contradiction between scientific research and teaching,bene2 fit to enhance the teachers’abilities,enrich the teaching content,construct science atmosphere and promote innovative ability.

materials chemistry;interdiscipline;course system

TB3-42

A

1009-2080(2010)04-0050-03

(责任编辑:潘 敏)

2009-12-28

山西省高校省级教改项目(No.200519)

金亚旭(1979-),男(汉族),湖北天门人,太原科技大学材料科学与工程学院讲师,博士研究生.