“纳米材料与纳米技术”课程改革创新设计

何伟艳，王 威，滕英跃

（内蒙古工业大学 化工学院，内蒙古 呼和浩特 010051）

引言

无机非金属材料工程专业的“纳米材料与纳米技术”是面向本专业三年级本科生开设的专业核心课程，是“物理化学”“无机化学”“无机材料科学基础”课程的后续课程，是对非金属材料理论知识的系统应用与深化。党的二十大明确提出深入实施科教兴国战略，内蒙古工业大学建设国内知名、民族地区一流的教学研究型大学的发展目标，都是基于国家及地区对科研实践创新人才培养需要［1-2］。以教师讲授为主的传统教学方法已经难以满足科技创新能力培养，高校迫切需要对目前的课堂授课模式进行改革［3-4］。孙海勤等［5］提出课程与专业融合、“互联网+”课程教学模式；万里鹰［6］对纳米材料与技术跨学科课程教学平台进行融合与构建，将“双创”理念融入教学中。

本文针对教学痛点，团队依托本团队成员研究室及专业课外实际基地，秉承“见纳知著、学纳储能、思纳助力”教学理念，通过线上线下融合式、科研、“双创”、企业课题融合、思政内容的融合重构教学内容，采用五步教学方法，创设导师制分层培养教学情境模式，构建生态教学环境，四维评价教学模式，达到提升创新人才培养的目标，注重理论和实践相结合，切实解决科研能力欠缺的实际问题，在具体项目实施及成果展示中让学生受益。

一、教学“痛点”问题及成因分析

（一）教学痛点问题

科研思维薄弱、科研能力欠缺。本专业学生在大学生创新项目、“互联网+”等项目申报中，项目申请书的撰写规范性及创新性不够，究其原因为科研思想薄弱、科研能力欠缺，无法有效应对工程实践未知与复杂问题。学习能力差异性，学生自主学习能力、自身学习能力存在差异性，理论知识转化能力有差距，导致专业知识接受能力及思辨能力不同，难以百分百促进高阶专业思维形成，导致科研创新性岗位胜任力不强。

（二）成因分析

课程中科研思维的培养与科研活动缺失，原有“纳米材料与纳米技术”课程针对课本包括的五部分内容，以教师为主导进行讲解，缺乏对纳米材料典型案例的文献查阅、总结、方案撰写和完善、方案实施成果展示等环节，导致学生缺乏归纳、演绎推理和逻辑思维能力等高阶能力，缺乏科研创新思维，未有效达到社会及地区企业需要的创新型人才的能力。课程内容设计不具有分层性，原有“纳米材料与纳米技术”课程只针对五部分内容进行讲解，缺乏对新材料、新工艺、新技术等前沿热点领域的探索和拓展，不能满足学生能力、个性化发展及产业人才需求。

二、创新的探索与实践

基于学生“痛点”问题及其成因，本课程依托团队教师的研究室，以“实用主义教育观”为指导思想，建立“纳米材料与纳米技术”教学生态系统，以“任务驱动—翻转探究—高阶挑战”教学模式，秉承“见纳知著、学纳储能、思纳助力”育人理念，培养新工科背景下具有科研创新能力的人才，重构教学内容，融入科研思想、实践，采用“预、学、思、践、创”五步教学法，构建生态化教学环境、四维评价体系，借助信息化技术及优秀教学资源等创新举措，直击教学痛点。

（一）通过“五步、三融合”重构课程内容

以“三融合”重构教学内容，重构前本课程内容包括《纳米材料的由来及研究进展》《纳米材料表征方法》《纳米粒子的制备方法》《纳米粒子的改性剂》及《纳米粒子的应用》五章内容，重构后本课程内容包括纳米材料与纳米技术前言知识，典型纳米材料表征方法，典型纳米粒子的制备方法，典型纳米粒子改性剂及典型纳米粒子的应用。基本知识利用MOOC优秀教学资源进行课前线上学习，并对线上学习内容进行考核。课中针对课前薄弱的知识环节进行巩固复习，重点介绍典型纳米粒子的制备方法，通过观看目前热门视频（纳米二氧化钛是否能够杀死病毒）引出教学内容，提高学生的学习兴趣，进而对典型纳米二氧化钛的制备方法进行讲解。通过前言文献的引入，师生共同分析，采取小组讨论、小组间展示等方式解决文献中的主要问题——重点研究内容、具体的实施方案、表征方法、结果分析等。具体文献的分析有助于提高学生创新项目申请书撰写能力，培养学生科研思维和基本科研能力。课后小组对教师或企业的具体科研项目进行方案设计，通过大众点评及教师点评选出优秀的小组，在实验室进行方案实施，获得纳米粒子并进行表征，性能分析，发现问题，查阅文献后思考解决问题。鼓励学生积极申报和参与科技立项、“互联网+”大学生创新创业大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛等科技创新活动，同时设置“科学精神、科学方法、人文情怀、专业责任”四个模块实现思政育人，创建“课堂+网络+实践”全方位思政元素融入模式。在社会热点、理论难题、学生疑点等方面设计讨论题目，以专题讨论式为支撑实现课程内容与思政元素的有效融合，致力打造隐性思政课堂激发学生学习兴趣，引导学生树立和践行社会主义核心价值观，增强专业担当和责任感。

（二）实施“任务驱动—翻转探究—高阶挑战”教学方案

设置“任务驱动—翻转探究—高阶挑战”教学模式，课前促（任务驱动），课中学（翻转探究），课后践（高阶挑战）。课前发布慕课网址，学生线上学习基本概念及知识，并进行考核及讨论，达到促。课中通过线下学习，以趣促学，以思促学，以辩促学。以趣促学，包括观看热门视频，学生问题回答，本节知识点导入后进行知识讲解；以思促学，通过前言高水平期刊文献的发布，根据学生能力强弱搭配分组进行文献讨论，提取文献中的实验方案，通过雨课堂进行小组方案展示；以辩促学，小组派代表进行方案讲解，其他小组进行提问及讨论，教师给予点评后进行方案复盘，达到学、思目的。课后践，通过大众评选，评选出优秀小组，同时热爱科研的同学进行自由组队，在实验室进行方案实施，制备成品，并对成品进行性能测试，分析实验中存在的问题及材料之间的构效关系，将实施后修正的方案及成品展示给全班同学。以课前、课中、课后“促、学、思、践、创”五步学习法为指导，于实践操作中内化已有理论知识，成果输出及成品表征后发现问题，查阅文献后思考解决问题，培养学生科研思维能力，具备撰写科研文章的基本技能，通过螺旋式认知和持续改进，实现知识内化，以及科研创新能力、思维能力提升。

（三）创建生态化教学环境

以“学生为中心”，创建资源中心、导师团队，成果展示生态化教学环境教学资源（见图1）。

图1 生态化教学环境

以学生为中心，采用师生、生生的合作学习与协作交流，校内及校外团队教师之间定期交流、探讨方案及成效。资源中心，构建信息化技术（MOOC、雨课堂）及实践场所，MOOC平台为学生提供认知平台，雨课堂动态跟踪学生对知识的掌握情况，交流平台发布的丰富的典型案例文献、研究团队研究情况及国内外在纳米领域的最新研究等资源及实践场地，满足学生个性化和前沿需求；校内外导师团队针对学生进行分层培养、定期指导；成果输出，通过实验方案实践操作制备出产物，进行性能表征，对实验进行分析，撰写文献及成果转化等一系列的成果，有效地培养学生科研思维，提高科研写作水平。

（四）创建四维教学评价模式

团队构建以学生学习效果评价、学生评价课程效果、学生之间互相评价、学生评价授课教师等四个维度综合评价体系。

学生学习效果评价包括课前线上；课中线下知识学习；课后文献阅读，方案修订。学生评价课程效果包括知识、能力、素养三个目标。学生之间相互评价包括上课状态、自主学习情况、实验方案设计。学生从课程学习兴趣、总体评价、知识点讲述、课堂氛围、互动情况、科学启发性、满意度、其他建议与意见等方面对教师授课进行评价。

学生学习效果评价包括课前、课中、课后三部分。学生成绩由学生自评+互评（20%）和教师考评（30%）构成，考核评价量规在雨课堂发布，学生能够即时改进学习目标达成度等存在的问题；教师依托雨课堂完成慕课、视频学习，讨论和客观题考核，能够客观、精准、即时把握线上线下学情，理性反思，动态调整教学，根据各考核结果分析，反思课程设置合理性、学生状态及其原因，在保证课程目标达成的前提下，有针对性地精准帮扶有困难的学生完成课程任务，为优秀学生提供自拟课题平台，引导其向更深探究。

三、创新成效

（一）情感——专业认可度、课程认可度、专业情怀提高

根据无机非金属材料工程认证中专业调查问卷及“纳米材料与纳米技术”课程的调查问卷数据可以看出，专业认可度、课程认可度显著提高，达到专业育人目标，教学效果明显提升。通过课上及课下教学设计，学生切身体会到理论知识转化为成果的成就感，同时体会到知识的力量和探究新知识的魅力，大大提高了学生对纳米材料学习的兴趣和积极性。

（二）学习成果——建立了科研创新性思想，激发了学生的探究欲

“纳米材料与纳米技术”该课程教学设计锻炼了学生解决问题的能力，激发了专业学习内驱力，积极参加“互联网+”大赛、“大创”项目的申报，积极进行专利的申请和文章的撰写。学生累计参赛获奖51项，参与教师科研80人次，师生合作发表论文7篇，引用100多次；学生完成了“压电陶瓷”等6类新型材料的制作，孵化大学生创新项目26项，授权专利4项。

结语

基于党的二十大提出的深入实施科教兴国战略和内蒙古工业大学建设目标，培养科技创新思维和创新能力的人才刻不容缓，因此“纳米材料与纳米技术”课程的创新基于此背景，转变以教师为主的传统教学方法，培养具有科研创新意识与科研实践能力的人才。针对本专业的教学痛点，“纳米材料与纳米技术”课程进行改革，重构教学内容，创设导师制分层培养教学情境模式，构建生态化教学环境，建立四维评价模式，培养新工科背景下具有科研创新能力的人才，改革创新成果效果显著，为本专业及其他专业课程的创新创业教育提供了借鉴。