《纳米材料》课程教学改革与实践探索

2021-01-28刘瑞平

科技视界 2020年32期

韩鹏刘瑞平葛奔

（中国矿业大学，中国北京 100000）

0 引言

随着科技的快速发展和进步，纳米材料应用已经深入生产和生活的各个方面，如声、磁、光、电、热等，这使纳米材料课程具有学科交叉性强、课程结构复杂特点。除此之外，纳米材料的尺寸及其合成形貌结构的多变性，使纳米材料的性能及其在科技领域的应用具有发展速度快的特点。本文结合本人课程讲授心得体会，从“授业”方与“解惑”方两个角度考虑，对纳米材料课程的教学改革与实践探索，就“授业”与“解惑”兼得问题进行了探讨。

1 教学改革与实践探索

1.1 主线明确、内容求精、重点突出

纳米材料课程结构复杂，主体内容较多，多数院校设置的该课程总学时有限。因此，明确课程主体讲解思路尤为重要[1]。比如，根据纳米材料的分类设置不同的课程章节，每章的课程内容涵盖相关纳米材料的结构特点、性能特点、制备方法及其应用举例四个方面。如此主线一致，结构鲜明，便于学生快速明确课程内容，在脑海中形成课程的主体框架结构。以便于后续具体知识内容体系的精准理解。此外，结合当前研究进展，课程内容尽量求精、求新。同时明确重点和难点内容尤其重要。比如纳米材料的基本理论：小尺寸效应、宏观量子隧道效应、表面效应以及量子尺寸效应是影响纳米材料基本性能的重要理论。后续课程开展过程中，四个基本理论与纳米材料的应用相关内容仍会不定时出现在课堂中，如此我们反复强调即可，无须再做详细阐述。

1.2 瞄向前沿，引导创新

一般情况下，纳米材料课程以纳米材料的基本原理和理论，纳米材料的合成制备、结构性能特点及其在相关领域的应用逐级展开，课程主体框架结构特色不够鲜明。结合纳米材料发展迅速、内容更新快的特点，“授业”者需要具有扎实基本功的同时，还要掌握最新前沿动态，实时更新并优化授课内容，赋予课程主体结构以鲜活的生命力。这样不仅可以丰富课堂讲授内容，精准把握前沿科学研究动态，还可以丰富学生的视野，激发学生上课听讲与参与课程互动的积极性。例如：大规模研发热潮后，纳米石墨烯材料的应用发展受制备方法与获得材料尺寸的极限制约，已很久无法实现质的飞跃。近期科学杂志[2]发文报道了纳米石墨烯制备与应用的报道令人眼前一亮。尽管科学理论需要深入探讨，但这貌似不经意间的小角度，石墨烯材料重叠便实现质的理论创新，足够激发学生的兴趣，使学生不断地思考还有什么方法能够实现更新的飞跃。

1.3 凸显新工科特色，赋予课程更强生命力

纳米材料课程教学的主要目的在于使学生掌握各种纳米材料的性能和制备工艺，为正确选择纳米材料的制备工艺提供依据，同时也为研究新材料、新性能、新工艺打下理论基础。着眼国家重点研发方向与重大需求，可大大激发学生的听课热情，在需求和问题导向的牵引下不断地思考。“新工科”对应的是新兴产业，首先是指针对新兴产业的专业，如人工智能、智能制造、机器人、云计算等，也包括传统工科专业的升级改造[3]。其中，纳米机器人的制造对纳米材料的结构和性能提出了更高的要求指标，如应用于纳米机器人的传感设备尺寸、精度指标要求，材料力学性能要求及其多功能高度集成化指标要求等。结合新工科特色开展的纳米机器人指标涉及与构筑，通过理论与实际紧密联系，加深对课程基本理论和概念的理解，同时为纳米机器人设计制作提供更多的创新解决方案。

1.4 优化教学方式，提高课堂效率

教学方式是指教学方法的活动细节。教学过程中具体的活动状态，表明教学活动实际呈现的形式。面对课堂教学，多数情况下原文直接呈现、为教而教的填鸭式教学方式枯燥乏味，无法吸引学生注意力，难以避免陷入“教得多，学得少”困局[4]。如何改变教多学少，让学生自主学习成为当前限制学生高效汲取知识养分的瓶颈问题。这需要我们不断地优化教学方式以提高课堂效率。举例式教学是一个很好的办法，通过课程案例或工程应用实力举例，引导学生思考其中问题，带着问题听讲可激发学生的好奇心，使学生在不断地提问过程中吸收了养分，提高了课堂的效率。互动式教学方式也可以很好地解决上述问题，这包括老师与学生之间的互动，学生与学生之间的互动。相互讨论可以让大家在不断的答案优化过程中逐渐获取正确的知识，加深对知识主体的认知程度，提高课堂的效率。

1.5 多点成面的教学手段，托举学生在巨人肩膀上获取知识

随着科技的快速进步，板书撰写方式逐渐被多媒体等教学手段替代。信息量的快速增加大大提高了学生快速学习的阻力。这需要我们辅助多元化的教学手段，如板书撰写、多媒体教学、模型示范等。如制作多媒体课件过程中，图形清晰，与文字内容呼应，图形多文字少[5]，“授业”者在理解基础上讲述学生才会“听故事”状吸收。充分利用多媒体课件的动画设置、视频链接等提高课堂教学的趣味性，让学生轻轻松松获取知识[6]。如此通过多种教学手段的优势互补，为学生提供最优化的思考空间，托举学生在巨人的肩膀上获取知识。