从事大学生科普教学的体会

金应荣　敖进清　贺毅

摘要：本文结合大学生科普教学实践，探讨了科普教学的内容和方法。以通俗易懂的语言、耳熟能详的实例在课堂中讲述科学知识、科学方法和蕴含在其中的科学思想和科学精神，是在大学生中开展科普教育、提高大学生科学素养的有效手段。对专业课程教师而言，面对专业基础不同、理解层次各异的学生，在精心选择科普教学内容的基础上，如何准确地、生动形象地用大众的语言把专业知识表述清楚是科普教学中面临的最大难题。根据对专业知识的理解、对生活的观察，在教学过程中寻找共同的知识基础并进行适当的延伸、利用生活常识进行适当的比喻都是进行科普教学的有效方法。

关键词：科普；教学内容；教学方法

中图分类号：N4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）13-0194-02

大学科普是我国科普事业中不可或缺的重要组成部分[1]，大学是学习知识的殿堂，是培养人才的摇篮，在大学开展科普教育，能够拓宽大学生的知识面，提高大学生的综合素质，培养大学生的科学精神，激发大学生的创新精神[2]。西华大学的本科学生培养方案中有一个人文与素养课程群，其中含有科普课程，我们讲授的是材料方面的一门科普课程，选课对象是全校的本科学生。

材料是人类社会进步的里程碑，石器时代、青铜器时代、铁器时代以及当今的硅时代，无一不是以材料命名的。材料在人类社会的发展中发挥了决定性的作用，以材料为线索讲述科普知识，可以跨越时间、空间和专业的限制，从而组织出精彩的讲述内容，所以当学校征集科普课程时，我们申报了该门课程。

一、大学科普讲授内容

讲什么是我们面临的第一个问题。尽管以材料为线索有很多内容值得讲述，但对讲述的内容进行遴选依然是必要的。为了回答这个问题，我们需要明白科普与教育的关系。科普是科学技术普及的简称[1]，是把既有的科学知识、科学方法，以及蕴含于其中的科学思想和科学精神，通过适当的方法和途径进行传播，使之为公众所理解，用以开发智力，提高素质，培养人才，发展生产力，促进社会文明。

由此便明确了讲授内容是：材料科学方面的知识、方法和蕴含在材料科学中的思想和精神；讲授的对象与科普的对象在这里能够统一起来——以学生为对象，讲授的目的与科普的目的也能够统一起来——提高科学素养，开阔学生视野。由此可见，在高校课堂进行科普教学，能够把科普和教育有机地结合在一起。

在讲述经典知识的同时，还适当地介绍学科前沿。例如在电学材料中，介绍了薛其坤院士在反常量子霍尔效应方面的研究成果，介绍了石墨烯等新材料；在光学材料中，介绍了陈创天院士在深紫外倍频晶体方面的研究成果；在声学材料中，介绍了马大猷院士在微穿孔板方面的研究成果；在磁性材料中，介绍了巨磁电阻材料、超磁致伸缩材料等。其中，在讲到A.Geim教授凭借极大的耐心终于如大海捞针般首次发现石墨烯材料时，我们引用了郭沫若在《科学的春天》中的那段话——科学也需要创造，需要幻想，有幻想才能打破传统的束缚，才能发展科学——以此来彰显其中的科学精神，以此来激励我们的学生。

更重要的是，我们讲述了材料的智能化思想，这在工程和生活中有重要的应用价值。智能材料中有两个方面的思想，其一是仿生学的思想，即希望材料像生物体一样，具有感知环境、适应环境以及自修复等方面的功能，其二是来自自适应控制的思想，希望材料能够构成一个自适应系统。每当我们机械地介绍了这样一些设计思想后，很多学生都茫然地看着我们，觉得这似乎有些太抽象了，当我们讲述生活中的应用实例时，他们便逐渐接受了。例如，太阳镜在阳光照射下会变暗，以保护我们的眼镜，进入室内后，又会变得明亮，太阳镜材料就是一种智能材料。再如，正电阻温度系数材料，用这种材料制作的电阻器在温度升高时，电阻会增大，当电压一定时，电阻发的热量会减少，引起温度下降；温度降低后，电阻也会降低，从而使电阻器的发热量增加，如此循环，电阻器会稳定在一个适当的温度。灭蚊器中的发热电阻就是用这样一些材料制作的。在这样讲述的基础上，我们还介绍了评定材料智商的一些方法，最后提醒大家，在选择和使用材料时，不要忘了材料也是有一定智商的。这样在促进学生学习材料学科知识的同时，激发他们探究其中蕴含的科学原理，加深他们对材料知识的认识和了解。

二、大学科普讲授方法

如何讲是我们面临的第二个问题。我们一直从事专业课程教学，面对的是有一定专业基础知识的学生，习惯了用专业术语表达课程内容。当我面对多个专业、多个年级、没有专业基础的学生时，当我们用专业术语无法沟通时，我们真的感到了压力。

讲述过程中最难处理的是如何将专业知识及其蕴含的科学思想用通俗易懂的语言表述清楚。例如，在讲述电学材料时，需要讲述金属、半导体、绝缘体。金属和绝缘体很容易被接受，半导体也能理解，因为都是生活中常见的材料。但要讲清楚三者的区别就困难了，这涉及能带理论方面的基础知识。我们只能从原子的核外电子分布、离子键、共价键等中学生熟悉的知识开始讲述，同时也为后续介绍半导体激光器奠定基础。

热学材料中，需要讲述的是贮热材料和隔热保温材料。贮热材料很容易讲述，尤其是相变贮热材料，只要讲清楚冰水混合物能恒定在摄氏零度就行了，这非常接近生活，学生很容易接受，讲述其应用时，暖手袋、太阳能热水器便成了很好的事例。在讲述绝热保温材料时，棉袄、羽绒服、热水瓶都是很好的事例。

如此等等，在讲述过程中需要不断地列举出生活中的实例。

讲述中遇到的专业词汇也是很难处理的，例如在讲述形状记忆合金时，会用到马氏体相变和热弹性马氏体两个专业词汇。我们只能从生活中常见的事例开始介绍，例如生活中会遇到红磷和白磷、金刚石和石墨等，同样形状记忆合金在高温时具有一种晶体结构，称之为母相，在冷却过程中会转变为另一种晶体结构，称之为马氏体。热弹性马氏体的特点在于，随着温度的降低，马氏体的数量不断增多；反之，随着温度的升高，马氏体的数量会减少。就像橡皮筋一样，用力拉会伸长，减小拉力后会缩短，热弹性马氏体的弹性就体现在温度升高马氏体数量减少，反之亦然。普通钢铁材料中的马氏体在温度升高时会分解，而热弹性马氏体在温度升高时会转变为母相。这便是形状记忆合金与普通钢铁材料的区别。endprint

处理专业词汇最成功的事例是讲述量子隧穿效应时，我们形象地举出了在沙滩上挖坑的事例，虽然沙滩上没有水，在旁边也筑起了沙埂，但河中的水会穿过沙埂浸入到沙坑中，这就是隧穿效应。从物理意义上讲，这是错误的，但当时的确有部分同学笑了。

如何处理专业知识和专业词汇，几乎没有万能的方法，只能根据对专业的理解和对生活的观察，进行一些时事处理，其关键是多学习。例如在讲解量子反常霍尔效应前，我们也不懂得这种效应，但我们仔细搜索和阅读了许多材料，在薛其坤院士的PPT中，我们看到了菜市场和高速公路的两张照片，恍然明白普通导体中的电子犹如菜市场中的汽车，有能力而跑不动，拓扑绝缘体中的电子就像行驶在高速公路上的汽车，左右分道，同侧的汽车同向行驶，唯恐动力不足。从学生的反映中能够看到，我们讲解的这些自己不甚了解的知识，学生似乎更容易地接受了。也许，这才是科普的真谛。

如果真要从上述这些事例中总结出一点教学经验，那么我们认为寻找共同的知识基础是关键，在找到共性知识基础后，进行适当的延伸便可达到教学目的。例如，在讲述能带理论的基本知识时，我们利用的共性基础知识是原子结构和化学键方面的知识，无论是工科学生还是文科学生，他们在初中和高中的学习过程中，都积累了这方面的基础知识。以此为基础进行适当延伸，便可将能带理论的主要思想介绍清楚。通过延伸很难做到的，就只有用生活常识进行比喻了，例如上文中用菜市场和高速公路上的汽车来比喻导体和拓扑绝缘体中的电子等等。

在讲述过程中，我们还注重紧密联系时事，兼顾美学欣赏。例如在日本311地震之后，出现了抢购碘盐、戴口罩的现象，当时我们正在讲述核能材料方面的知识，便及时地给学生讲授了核污染与防护方面的知识，收到了良好的效果。在讲述光纤在通讯、医学、国防等方面的应用之后，我们特地讲述了光纤在舞台艺术中的应用，让学生真正觉得学有所用。

三、课堂管理采取的措施

在课堂管理方面，采取了以下三方面的措施：

1.课前调整学生的座位。有些学生一进教室，就坐在偏远的角落里，我们常常把这些学生调整到前面来，让他们专心听课。

2.不断提醒低头族。信息时代到来后，课堂里的低头族越来越多，有些同学可能在核实或拓展教学内容，但我们相信，也有些同学在做与课堂无关的事情，甚至有人在玩游戏。不断地提醒他们便可迫使他们停止玩游戏。

3.布置课外作业，促进学生拓展课堂知识。虽然只有16学时，通常我们会布置3～4次课外作业，即写读书报告，限定在课堂讲授的范围内。学生课后必须查阅相关资料，才能写出读书报告，即使是抄袭，也得通过阅读，抄袭一篇内容合适的文章。这样不仅促进了学生在课后去学习材料方面的知识，还提高了学生的出勤率（因为要交作业）。

整个教学过程中，学生会撰写多篇读书报告，作业量较大，认真的学生确实能够写出好报告，统计发现，几乎每个学生都能写出1～2篇优良的读书报告，有些学生在报告中介绍的知识是我们没有注意到的，因此，批阅读书报告也是一个学习过程。

四、结语

通过几轮的教学实践，我们觉得要讲好一门科普课程非常困难，首先我们自己必须具有宽广的知识面，材料用到哪里，就要讲到哪里；其次，要细致观察生活，以便在课堂上列举出生活中的具体事例；再次，必须对专业知识和专业词汇进行技术处理，以便把深奥的、很难理解的专业知识用大众能够接受的方法讲述出来，在这方面我们还需要下功夫。

参考文献：

[1]靳萍.当代大学科普发展战略研究[J].科普研究，2009，4（020）.

[2]李成芳.关于加强大学生科普教育的几点思考[J].理论观察，2013，（2）.endprint