新型碳材料课程教学的改革浅析

李永峰

摘 要：碳材料种类繁多，是自然界普遍存在的一种材料。以富勒烯、石墨烯和碳纳米管为代表的新型碳材料是当今研究的热点。碳材料优异的光学、力学、电学和热学性质，使得其有望在光学、力学、电学、热学领域都会有广泛应用，高校在这几个领域的相关教学中也纷纷开设了碳材料相关的教学课程。该文介绍了我国大学新型碳材料课程的教学特点与现状，分析了新形势下新型碳材料课程教学工作中存在的问题及原因，最后就笔者的教学体会对新型碳材料的课程教学提出了几点建议。

关键词：新型碳材料 教学改革 理论教学 实践教学

中图分类号：TB34 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0218-02

隨着零维富勒烯、一维碳纳米管及二维石墨烯的相继发现，新型碳材料逐渐引起科学界广泛的关注。碳纳米管和石墨烯具有的优异性能更是使得其在众多领域都显示出巨大的应用价值。因此，新型碳材料课程涉及物理、化学、电子等多个学科的交叉，那么高校教师必须重视和时刻关注这一领域的最新进展，并将其融合进自己的课堂教学和实践教学过程中，使教学始终保持旺盛的活力和足够的吸引力，引发学生的科研兴趣并塑造他们完整全面的知识体系，为培养高水平创新型人才打下坚实基础。

大学作为社会发展的“动力源”，是人才的主要输出地，有效回应社会需求已成为当前大学不可阻挡的趋势。在大学中，教学课程是教育与培养人才必不可少的一个环节。课程是大学教育的核心，可谓是大学的“心脏”。在教育实践中，大学在应对社会发展提出的新要求时，往往以课程为突破口，如增设新的课程，或者改革大学课程结构以增加新的职能，满足社会的新要求，进而达到改革高等教育的目的。因此，如何将理论教学与科学研究及社会实践紧密有效地联系起来，何种形式的教学可以激发学生的创造性，都是至关重要的问题。

1 新型碳材料教学课程的特点与现状

对于新型碳材料课程的教学，与其他课程教学有共同之处，又有其独特的特点。其教学特点大致可以归纳为以下几点：学科归属复杂，教学内容繁多，知识体系分支广泛。

由于新型碳材料（如：富勒烯、碳纳米管和石墨烯等）所具有的独特结构特点，对于无机化学、结构化学、材料学等学科均可涉及，都可以有相关的教学运用。同时，碳材料优异的光学、力学、热学、电学性质，使得其在光学、力学、热学、电学领域都引起了极大关注，在这几个领域的相关教学中也会有所涉及。因此，新型碳材料课程的学科归属复杂，将其完全地归属于某一学科是不可能的，可泛泛地归属于无机化学学科中的无机非金属材料领域。

碳材料是一种古老而年轻的材料。碳具有众多的同素异形体，如：金刚石、石墨、无定形碳、C60、石墨烯和碳纳米管等等。[1]因此，碳材料相关的课程教学内容繁多，如何在全面的涵盖大部分知识点的同时有所侧重，也是该课程教学的一个难题。可以根据学生群体和教学内容的需要，概括性地做基础介绍，也可以详细地讲解材料的结构、性质和应用，同时还可以单独介绍碳材料的衍生杂化复合材料的相关知识与运用。

由于新型碳材料无论是在理论上还是在实践上都蕴含着无限的生命力与发展潜力，其课程的知识体系分支广泛，涉及多个学科的交叉，国内的大学中与物理、化学及材料相关的学科都已纷纷开设相关课程。具有较完备广泛的知识体系，课程可以重点讲解各种碳材料本身的知识，亦可教授其杂化复合材料的相关知识。

2 新型碳材料教学课程存在的问题及原因分析

南京师范大学的李莉等人[2]对国内大学中碳材料相关课程的开设情况作了简单统计，由统计结果可以看到，碳材料课程的教学在本科教学中的无机化学、物理化学、结构化学课程或化学前沿课程中对基础内容的学习均有涉及，而针对相关专业研究生，教学内容会设置得更深入更具注重应用性。在本科教学中讲授内容的重点一般是基础知识，而在研究生教学方面，重点则是放在科研运用上。这种教学方式也是大多数高校的传统教学模式，即更注重在研究生的教学中科研知识的运用。但是笔者认为大学本科阶段才是塑造一名学生科研学习热情最重要的启蒙阶段，然而目前在本科教学中理论与实践的脱节状况比较严重，对于从未接触过该学科知识的学生，单纯在课堂上向他们讲解基础知识而没有实践上具体形象的指导体会，往往会让学生感觉到难懂和枯燥，无法真正激发学生自主学习和兴趣科研的热情。

“以课堂为中心”的灌输式教学模式僵化单一，以及重理论轻实践、重知识轻实际动手能力的现状，是以碳材料课程为代表的国内大多数课程教学存在的又一不足。教育不应是机械的训练，如何改变这种教化的课程教学模式，以适应新时期下工程创新人才培养的需要是一个至关重要的问题。课程教学方式改革的前提是变革思维方式，这其中主要包括教师的授课思维方式和引导学生学习思考的思维方式。将“以课堂为中心”转变为“以学生为中心”，即“学生主体意识”，[3]继而实现灌输性向互动性、单一化教学向多元化教学的转变。以学生为中心的教学经验设计是我国高等工程教育课程重构的难点，而教学经验设计的一个难点在于如何为工科学生的学习提供真实的工程背景、工程问题与产业工作环境。

3 新型碳材料教学课程的教学体会与几点建议

为进一步探索创新型、国际化的人才培养体系，我校设立了“新型碳材料的研究与进展”教学改革项目，计划以化工类专业改革为主体，在培养方案、课程教学、实践环节等方面进行系统改革，构建化工类专业工程实践教育平台，提升本科生工程教育质量，从而进一步为提高研究生人才培养模式提供依据。此教学设计采用“理论—实践—理论”的育人模式：课堂学习理论知识，课外参观相关知识的实验应用项目，让学生在实践中自主学习，增强与学生的交流互动，加深课堂知识的理解和培养独立思考的能力，同时埋下科研学习的热情种子，为培养创新型研究生打下基础。

此教改课程的课堂教学内容主要分为新型碳材料的分类及特征、制备方法、性质与表征以及应用等方面，重点介绍富勒烯、碳纳米管和石墨烯的相关知识。实践环节的设计为：在每一章学习完成后，分次安排各小组学生到实验室进行相关材料应用方面具体实验的参观学习，形象具体地向学生展示所学知识的实践应用，加深学生对课堂知识的二次记忆，同时更加有利于引导学生对所学知识的理解、思考、掌握与运用。这样一种教学设计就是在课堂灌输式知识的背景下，引导学生与他人对话、与客观世界对话、与自我对话，并且通过这种对话，形成一种互动性、合作性、反思性的学习，也就是形成认知性实践、社会性实践的过程，进而达到实践育人的目的。[4]

为提高学生的教学质量、培养创新型科研人才，结合笔者的课程设计与教学体会，对于我国新型碳材料课程的设置与改革有如下几点想法和建议：（1）将“以课堂为中心”转变为“以学生为中心”，摆脱灌输式教学的传统模式，改革机械式训练的教育现状；（2）采取理论和实践有机結合的教学模式，尤其应注重实践教学对理论教学的指导与运用，将理论教学与实践教学高效地结合起来，让学生在实践中理解、消化与掌握课堂知识，同时在实践教学中引导学生学会思考式学习，并激发学生对科研的热情，为培养科研创新型人才奠定基础；（3）建议高校教师也要时刻紧跟时代步伐，注重自身知识储备和教学能力的提高。“教师是发生在所有各级各类学校和课堂中并通过所有教育渠道进行教育变革的关键活动者。”[5]任何教育改革活动的进行与实施，最终都要落实到教师的教育实践活动中去，只有教师智慧的充分利用与发挥，教育改革才会可能取得成功。因此，教师的素质和水平问题成为教育改革关注的焦点，提高教师自身能力与教学能力是十分重要的。[6]

4 结语

近年来，以富勒烯、碳纳米管和石墨烯为代表的新型碳材料逐渐引起科学界广泛的关注。由于碳材料课程的知识体系分支广泛，国内高校开设的与碳材料相关的课程更是复杂多样。然而，新形势下新型碳材料课程教学工作中仍然存在一些不足，为进一步探索创新型、国际化的人才培养体系，教学改革仍需进行不懈的努力。课程改革是一种教育思想和课程模式转型的过程，是一场破旧立新的运动。不仅需要有强劲的专业话语的声音，也需要有一个积极推进支持新课程实施的社会舆论环境。新型碳材料作为一门近年来被广泛关注的课程，其课程教学改革也不例外。首先要从学生的切身学习感受出发，既要抓好课堂的理论知识传授，又要注重实践教学的应用与指导。其次教师的教学能力也应与时俱进。

参考文献

[1] 成会明.新型碳材料的发展趋势[J].材料导报，1998（1）：5-9.

[2] 李莉，周全法，刘雪梅，等.新型碳材料的研究对化学教学和科研的影响[J].化工高等教育，2012（5）：40-42，77.

[3] 崔军.回归工程实践：我国高等工程教育课程改革研究[D].南京大学，2011.

[4] 钟启泉.中国课程改革：挑战与反思[J].比较教育研究，2005（12）：18-23.

[5] （法）埃德加·莫兰，著.复杂性理论与教育问题[M].陈一壮，译.北京：北京大学出版社，2004：14-15，24-25.

[6] 王宪平.课程改革视野下教师教学能力发展研究[D].华东师范大学，2006.