《功能材料概论》课程教学内容和方法的思考

李 娟,张永兴,刘忠良,刘亲壮,朱光平,代 凯,李 兵

(淮北师范大学物理与电子信息学院,安徽淮北 235000)

李 娟,张永兴,刘忠良,刘亲壮,朱光平,代 凯,李 兵

(淮北师范大学物理与电子信息学院,安徽淮北 235000)

《功能材料概论》是材料类专业的一门重要基础课程,其教学过程是培养学生的创新意识和创新能力的重要途径。因此,《功能材料概论》的教学一直是从事材料科学教育者关注的问题。本文就《功能材料概论》课程教材建设、教学大纲和内容优化以及教学方式改革等方面进行了思考和详细地探讨。

《功能材料概论》;教材建设;教学内容;教学方式

能源、信息和材料被誉为当代文明的三大支柱,其中,材料是所有技术发展的物质基础,是高新产业进步的核心。《功能材料概论》课程中所介绍的功能材料是指具有特定功能特性(这些特定功能主要包括光、电、磁、声、热和湿等特性)的各类材料,这些具有不同功能的材料在现代化高新产业技术中有着广泛的应用[1]。淮北师范大学根据社会发展需求,开设材料类专业的培养目标就是立足于安徽,面向皖北地区,培养掌握现代材料科学基础的基本理论知识和研究方法,具备新材料研究和技术开发能力,能在材料相关领域,从事新材料的设计、研究和开发的高素质创新型人才[2-4]。《功能材料概论》是淮北师范大学材料类专业一门重要的专业基础课程。本文结合教学实际,从课程教材建设、教学大纲和内容优化以及教学方式改革等方面思考,并且进行了有益的探索和实践,取得了良好的效果。

1 课程教材建设

1.1 采用英语教学与汉语教学内容相结合

本科生教学内容是服务于社会的,必须以时代发展潮流为导向,不断改革教育教学内容。随着教育全球化不断发展,从事高等教育的教师不仅要把握好教育教学内容,还要把英语语言结合到学生专业课程教学中来,与国际接轨,这是一项任重道远的任务。教师在讲授《功能材料概论》这门课程时,要参考国外英文原版教材,把一些专业英语词汇引入到课堂中,让学生能够查阅英文文献,关注材料领域的国际前沿动态。在讲课过程中,教师要使用双语教学,两种语言相辅相成,能够更好地服务于教学[5]。由于学生英语水平参差不齐,为了达到良好的教学效果,在教学过程中,要注意使用循序渐进的教学方式。在开始的时候,可以使用较少的英语语言词汇进行讲授,使用中英文对照法进行讲解,随着教学的不断深入,不断增加英语教学内容比例。教师所使用的教学课件尽量以英文形式展现给学生。对一些比较难以理解的概念和理论知识,要以板书的形式帮助学生深刻地理解。在布置作业时,以英语语言形式让学生回答相关问题,这样可以使得学生进一步加深对英语专业词汇的记忆和积累。

1.2 教学内容安排

《功能材料概论》课程主要内容是介绍一些功能材料的基本知识、概念、制备方法及其在不同领域的应用。在教学内容安排上,教师首先介绍功能材料基本知识、概念和制备方法,介绍一些综述性和科普性的内容。这些内容相对来讲,比较容易理解,能够让学生增强对材料学科学习的自信心。其次,介绍功能材料在不同领域的用途,在介绍这部分内容时,利用适当视频,把功能材料在不同实际应用的领域情况呈现给学生,让学生有一个直观的感性认识。当然,这种做法也可以达到增加学生的学习热情和兴趣的目的。教学内容选择方面,要结合双语教学形式,与国外原版英文教材紧密配合,比如国外原版材料概论“Materials Science and Engineering：an Introduction”就是一本不错的英文参考教材,对现行使用的功能材料教材是一个很好的补充。我校材料类专业在讲述一些相关英语专业词汇和概念时,主要参考内容就是以这本书为蓝本的。

2 教学大纲的合理制定及教学内容的优化

2.1 合理制定教学大纲,符合我校教学实际情况

淮北师范大学材料类本科教育专业包括材料科学与工程和材料物理两个专业,《功能材料概论》作为这两个专业的主干课程,其主要任务是通过学生对本课程的学习使学生了解一些功能材料合成与制备的化学和物理现象,掌握功能材料的新理论、新技术和新知识,明确当前功能材料相关领域的发展方向,以拓宽本学科视野。因此,基于这样的要求,我们必须合理科学地制定教学大纲,满足我校材料类专业的培养目标。我校《功能材料概论》课程教学大纲设置的总学时54,授课教材为殷景华等编写的《功能材料概论》,由哈尔滨工业大学出版社出版,教学内容为绪论、环境功能材料、超导材料、储氢合金、微纳米结构材料、磁性材料、半导体材料、光学功能材料、精细功能陶瓷材料、功能转换材料和智能材料。作业要求为每周为4道左右课外作业。总评成绩为平时成绩和期末成绩的总和,其中期末考试占60%,平时成绩占40%。近年来,随着我校博士化工程的推进,根据引进的博士研究方向,我们对教学大纲做了相应的调整,适合淮北师范大学教学实际情况,学生反映情况良好。

2.2 紧密结合生活,优化教学内容,激发学生学习兴趣

《功能材料概论》课程中所讲授的内容实际上与日常生活中的一些材料结合十分紧密,如果能够在讲课过程中联系到我们周围所接触到的一些材料进行讲解,势必能够大大激发学生的学习兴趣。比如,我们讲授超导材料这一章节时,可以首先介绍超导材料在磁悬浮列车上的应用,日本的超导磁悬浮列车行驶速度可达500～600公里/每小时。这种类型的列车是利用超导的磁悬浮原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,使列车悬空运行。由于车轮的悬空,使得车轮和车轨之间没有摩擦力,不仅提升了行驶速度,还大大降低了能耗。再比如,我们平常观察到的壁虎会在光滑的墙面上任意爬行,不会掉下来,其原因主要是由于壁虎的脚爪上面有生长了一层毛茸茸的微观结构,这种微观结构必须借助电子显微镜的观察才能够看清楚。根据这种结构的特定效应,科学家们已经研制出爬墙机器人。这个内容可以穿插在微纳米结构材料这一章节时进行讲授。

3 教学方式的改革

3.1 采用多媒体教学方式

材料类专业课程采用多媒体教学方式可以使抽象的教学内容更加生动形象,同时,讲课内容也将有所增加,对重难点更容易突出[6]。《功能材料概论》课程中讲授晶体缺陷时候,使用多媒体教学更能够把点缺陷、线缺陷和面缺陷概念明显地区分开来,并且结合动画演示,把抽象的概念具体化,学生更加容易理解空位、间隙原子和杂质原子,刃型位错和螺型位错,表面、界面和堆垛层错等原子排列层次上的相关概念。当然,我们在讲课过程中,也不能过分依赖于多媒体教学,对于一些复杂公式和理论的推导,我们还要进行板书。毕竟,作为理工科类授课内容还需要严密的逻辑推理,使得学生更加深刻的认识一些科学现象的本质原理。在教学过程中,教师一定要注意两种教学手段的适当调配使用。

3.2 与科研相结合,跟踪材料学科最前沿发展方向

当前,我国正处于提高自主创新能力,建设创新型国家关键时期,《功能材料概论》课程所讲授的内容发展也非常迅速。因此,必须结合最新科研前沿动态,把最新的科研成果带到课堂上来,让学生在第一时间了解本课程的进展情况,提高学生学习兴趣。例如,在环境材料研究方面,我校教师在微纳米结构材料形貌控制方面研究成果比较突出,已经制备出具有蛋形水母状、花状以及球状结构材料,相关结果已经发表在国际著名期刊Journal of Materials Chemistry,CrystEngComm和European Journal of Inorganic Chemistry等上面[7-9]。把这些内容带入课堂,让学生零距离接触科研最前沿动态,将会极大地激发学生的学习兴趣。

此外,教师在讲授材料相关科研内容的时候,还可以利用网络资源,教会学生跟踪一些比最新的科研成果(最新科研成果可以参考一些国际著名期刊如Nature,Science,Nature materials,Journal of the American Chemical Society,Angewandte Chemie International Edition和Advanced Materials),让学生进行文献调研,参与课堂教学中来,增强求知欲望。

3.3 结合课程设置内容,采取开放式实验教学

把开放式实验教学引入到《功能材料概论》课程中来,使学生结合本课程所讲授的内容,充分利用实验室现有条件,在任课老师的指导下进行设计实验。学生也可以根据自己的兴趣和已经掌握的知识体系,自行设计实验方案,独立完成整个实验操作内容。在开放实验过程中,还可以安排几位同学为一组进行共同设计实验,通过小组实验的开展,训练学生的团队协作能力。这种开放式实验能够确保学生快速地认识实验仪器设备,更加容易融入到研究热点最前沿的知识体系中。开放性实验不仅能够让学生得到实验技能的锻炼,还能够切实地培养学生的创新能力和创新意识。为学生以后无论走向科研岗位,还是其他的工作岗位,提供了一个快速入门的捷径。这些也符合我校设置开放性实验课程的初衷。

4 结束语

我国的经济发展离不开创新型人才的参与,安徽乃至皖北地区经济的发展同样也离不开。正是基于这样一个事实,淮北师范大学肩负着培养创新型人才的艰巨任务。为了能够带动皖北地区经济的发展,作为从事高等教育教师,我们必须做到不断地思考教学内容和改革教学方式,才能不断满足社会发展对创新型人才的需求。实践证明,对《功能材料概论》课程相关教学内容和教学方式的改革和实践,有效地提高了学生的综合素质,并且达到了良好的教学效果。对该课程的不断探索,为皖北地区经济发展提供了源源不断的后备人才。

[1] 殷景华,王亚振,鞠刚.功能材料概论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2009.

[2] 吴荣.材料物理专业实践创新能力培养模式的研究[J].实验室研究与探索,2012,31(12)：113-116.

[3] 刘建军,尹新国,张金锋,路彦峰.材料科学专业引入计算模拟方法教学的研究[J].淮北师范大学学报：自然科学版,2013,34(1)：83-86.

[4] 张曰理,吕平,欧阳红群,丁喜冬,阳生红,李健.强化材料物理专业实验教学培育新型创新人才[J].实验室研究与探索,2010,29(8)：241-243.

[5] 刘志明.材料化学绪论双语教学的设计与实践[J].广东化工,2012,39(9)：187-188.

[6] 刘力菱,晏传鹏,邱慧.应用多媒体技术提高材料学科课程教学质量的有益尝试[J].西南民族大学学报：自然科学版,2005,31(3)：484-486.

[7] ZHANG Yongxing,YU Xinyao,JIN Zhen,et al. Ultra high adsorption capacity of fried egg jellyfishlikeγ-AlOOH(Boehmite)@SiO2/Fe3O4porous magnetic microspheres for aqueous Pb(II)removal[J]. Journal of Materials Chemistry,2011,21：16550-16557.

[8] ZH ANG Yongxing,JIA Yong,JIN Zhen,et al. Self-assembled,monodispersed,flower-likeγ-AlOOH hierarchical superstructures for efficient and fast removal of heavy metal ions from water[J]. Cryst EngComm,2012,14：3005-3007.

[9] ZHANG Yongxing,YU Xinyao,JIA Yong,et al.A facile approach for the synthesis of Ag-coated Fe3O4@TiO2core/shell microspheres as highly efficient and recyclable photocatalysts[J].European Journal of Inorganic Chemistry,2011,33：5096-5104.

责任编辑：訾兴建

G642.0

A

1671-8275(2014)05-0054-02

2014-07-22

本文系国家自然科学基金青年基金项目“具有空腔异质结构的Cu2O@void@TiO2纳米复合材料的可控合成及光催化性能的研究”(编号：51302102)与安徽省高等学校省级自然科学研究重点项目“一氧化石墨烯的分子束外延生长及同步辐射结构表征”(编号：KJ2014A222)的研究成果。

李娟(1978-),女,山东聊城人,淮北师范大学物理与电子信息学院助理实验师,主要从事实验教学与研究。