李永峰

摘 要：碳材料種類(lèi)繁多，是自然界普遍存在的一種材料。以富勒烯、石墨烯和碳納米管為代表的新型碳材料是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。碳材料優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，使得其有望在光學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)領(lǐng)域都會(huì)有廣泛應(yīng)用，高校在這幾個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)教學(xué)中也紛紛開(kāi)設(shè)了碳材料相關(guān)的教學(xué)課程。該文介紹了我國(guó)大學(xué)新型碳材料課程的教學(xué)特點(diǎn)與現(xiàn)狀，分析了新形勢(shì)下新型碳材料課程教學(xué)工作中存在的問(wèn)題及原因，最后就筆者的教學(xué)體會(huì)對(duì)新型碳材料的課程教學(xué)提出了幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：新型碳材料 教學(xué)改革 理論教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（c）-0218-02

隨著零維富勒烯、一維碳納米管及二維石墨烯的相繼發(fā)現(xiàn)，新型碳材料逐漸引起科學(xué)界廣泛的關(guān)注。碳納米管和石墨烯具有的優(yōu)異性能更是使得其在眾多領(lǐng)域都顯示出巨大的應(yīng)用價(jià)值。因此，新型碳材料課程涉及物理、化學(xué)、電子等多個(gè)學(xué)科的交叉，那么高校教師必須重視和時(shí)刻關(guān)注這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并將其融合進(jìn)自己的課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，使教學(xué)始終保持旺盛的活力和足夠的吸引力，引發(fā)學(xué)生的科研興趣并塑造他們完整全面的知識(shí)體系，為培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

大學(xué)作為社會(huì)發(fā)展的“動(dòng)力源”，是人才的主要輸出地，有效回應(yīng)社會(huì)需求已成為當(dāng)前大學(xué)不可阻擋的趨勢(shì)。在大學(xué)中，教學(xué)課程是教育與培養(yǎng)人才必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。課程是大學(xué)教育的核心，可謂是大學(xué)的“心臟”。在教育實(shí)踐中，大學(xué)在應(yīng)對(duì)社會(huì)發(fā)展提出的新要求時(shí)，往往以課程為突破口，如增設(shè)新的課程，或者改革大學(xué)課程結(jié)構(gòu)以增加新的職能，滿(mǎn)足社會(huì)的新要求，進(jìn)而達(dá)到改革高等教育的目的。因此，如何將理論教學(xué)與科學(xué)研究及社會(huì)實(shí)踐緊密有效地聯(lián)系起來(lái)，何種形式的教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性，都是至關(guān)重要的問(wèn)題。

1 新型碳材料教學(xué)課程的特點(diǎn)與現(xiàn)狀

對(duì)于新型碳材料課程的教學(xué)，與其他課程教學(xué)有共同之處，又有其獨(dú)特的特點(diǎn)。其教學(xué)特點(diǎn)大致可以歸納為以下幾點(diǎn)：學(xué)科歸屬?gòu)?fù)雜，教學(xué)內(nèi)容繁多，知識(shí)體系分支廣泛。

由于新型碳材料（如：富勒烯、碳納米管和石墨烯等）所具有的獨(dú)特結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)于無(wú)機(jī)化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、材料學(xué)等學(xué)科均可涉及，都可以有相關(guān)的教學(xué)運(yùn)用。同時(shí)，碳材料優(yōu)異的光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)，使得其在光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)領(lǐng)域都引起了極大關(guān)注，在這幾個(gè)領(lǐng)域的相關(guān)教學(xué)中也會(huì)有所涉及。因此，新型碳材料課程的學(xué)科歸屬?gòu)?fù)雜，將其完全地歸屬于某一學(xué)科是不可能的，可泛泛地歸屬于無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)科中的無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域。

碳材料是一種古老而年輕的材料。碳具有眾多的同素異形體，如：金剛石、石墨、無(wú)定形碳、C60、石墨烯和碳納米管等等。[1]因此，碳材料相關(guān)的課程教學(xué)內(nèi)容繁多，如何在全面的涵蓋大部分知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)有所側(cè)重，也是該課程教學(xué)的一個(gè)難題?？梢愿鶕?jù)學(xué)生群體和教學(xué)內(nèi)容的需要，概括性地做基礎(chǔ)介紹，也可以詳細(xì)地講解材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用，同時(shí)還可以單獨(dú)介紹碳材料的衍生雜化復(fù)合材料的相關(guān)知識(shí)與運(yùn)用。

由于新型碳材料無(wú)論是在理論上還是在實(shí)踐上都蘊(yùn)含著無(wú)限的生命力與發(fā)展?jié)摿?，其課程的知識(shí)體系分支廣泛，涉及多個(gè)學(xué)科的交叉，國(guó)內(nèi)的大學(xué)中與物理、化學(xué)及材料相關(guān)的學(xué)科都已紛紛開(kāi)設(shè)相關(guān)課程。具有較完備廣泛的知識(shí)體系，課程可以重點(diǎn)講解各種碳材料本身的知識(shí)，亦可教授其雜化復(fù)合材料的相關(guān)知識(shí)。

2 新型碳材料教學(xué)課程存在的問(wèn)題及原因分析

南京師范大學(xué)的李莉等人[2]對(duì)國(guó)內(nèi)大學(xué)中碳材料相關(guān)課程的開(kāi)設(shè)情況作了簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看到，碳材料課程的教學(xué)在本科教學(xué)中的無(wú)機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)課程或化學(xué)前沿課程中對(duì)基礎(chǔ)內(nèi)容的學(xué)習(xí)均有涉及，而針對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生，教學(xué)內(nèi)容會(huì)設(shè)置得更深入更具注重應(yīng)用性。在本科教學(xué)中講授內(nèi)容的重點(diǎn)一般是基礎(chǔ)知識(shí)，而在研究生教學(xué)方面，重點(diǎn)則是放在科研運(yùn)用上。這種教學(xué)方式也是大多數(shù)高校的傳統(tǒng)教學(xué)模式，即更注重在研究生的教學(xué)中科研知識(shí)的運(yùn)用。但是筆者認(rèn)為大學(xué)本科階段才是塑造一名學(xué)生科研學(xué)習(xí)熱情最重要的啟蒙階段，然而目前在本科教學(xué)中理論與實(shí)踐的脫節(jié)狀況比較嚴(yán)重，對(duì)于從未接觸過(guò)該學(xué)科知識(shí)的學(xué)生，單純?cè)谡n堂上向他們講解基礎(chǔ)知識(shí)而沒(méi)有實(shí)踐上具體形象的指導(dǎo)體會(huì)，往往會(huì)讓學(xué)生感覺(jué)到難懂和枯燥，無(wú)法真正激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和興趣科研的熱情。

“以課堂為中心”的灌輸式教學(xué)模式僵化單一，以及重理論輕實(shí)踐、重知識(shí)輕實(shí)際動(dòng)手能力的現(xiàn)狀，是以碳材料課程為代表的國(guó)內(nèi)大多數(shù)課程教學(xué)存在的又一不足。教育不應(yīng)是機(jī)械的訓(xùn)練，如何改變這種教化的課程教學(xué)模式，以適應(yīng)新時(shí)期下工程創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。課程教學(xué)方式改革的前提是變革思維方式，這其中主要包括教師的授課思維方式和引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)思考的思維方式。將“以課堂為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，即“學(xué)生主體意識(shí)”，[3]繼而實(shí)現(xiàn)灌輸性向互動(dòng)性、單一化教學(xué)向多元化教學(xué)的轉(zhuǎn)變。以學(xué)生為中心的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)是我國(guó)高等工程教育課程重構(gòu)的難點(diǎn)，而教學(xué)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一個(gè)難點(diǎn)在于如何為工科學(xué)生的學(xué)習(xí)提供真實(shí)的工程背景、工程問(wèn)題與產(chǎn)業(yè)工作環(huán)境。

3 新型碳材料教學(xué)課程的教學(xué)體會(huì)與幾點(diǎn)建議

為進(jìn)一步探索創(chuàng)新型、國(guó)際化的人才培養(yǎng)體系，我校設(shè)立了“新型碳材料的研究與進(jìn)展”教學(xué)改革項(xiàng)目，計(jì)劃以化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)改革為主體，在培養(yǎng)方案、課程教學(xué)、實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面進(jìn)行系統(tǒng)改革，構(gòu)建化工類(lèi)專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐教育平臺(tái)，提升本科生工程教育質(zhì)量，從而進(jìn)一步為提高研究生人才培養(yǎng)模式提供依據(jù)。此教學(xué)設(shè)計(jì)采用“理論—實(shí)踐—理論”的育人模式：課堂學(xué)習(xí)理論知識(shí)，課外參觀相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用項(xiàng)目，讓學(xué)生在實(shí)踐中自主學(xué)習(xí)，增強(qiáng)與學(xué)生的交流互動(dòng)，加深課堂知識(shí)的理解和培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力，同時(shí)埋下科研學(xué)習(xí)的熱情種子，為培養(yǎng)創(chuàng)新型研究生打下基礎(chǔ)。

此教改課程的課堂教學(xué)內(nèi)容主要分為新型碳材料的分類(lèi)及特征、制備方法、性質(zhì)與表征以及應(yīng)用等方面，重點(diǎn)介紹富勒烯、碳納米管和石墨烯的相關(guān)知識(shí)。實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)為：在每一章學(xué)習(xí)完成后，分次安排各小組學(xué)生到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)材料應(yīng)用方面具體實(shí)驗(yàn)的參觀學(xué)習(xí)，形象具體地向?qū)W生展示所學(xué)知識(shí)的實(shí)踐應(yīng)用，加深學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的二次記憶，同時(shí)更加有利于引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解、思考、掌握與運(yùn)用。這樣一種教學(xué)設(shè)計(jì)就是在課堂灌輸式知識(shí)的背景下，引導(dǎo)學(xué)生與他人對(duì)話、與客觀世界對(duì)話、與自我對(duì)話，并且通過(guò)這種對(duì)話，形成一種互動(dòng)性、合作性、反思性的學(xué)習(xí)，也就是形成認(rèn)知性實(shí)踐、社會(huì)性實(shí)踐的過(guò)程，進(jìn)而達(dá)到實(shí)踐育人的目的。[4]

為提高學(xué)生的教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新型科研人才，結(jié)合筆者的課程設(shè)計(jì)與教學(xué)體會(huì)，對(duì)于我國(guó)新型碳材料課程的設(shè)置與改革有如下幾點(diǎn)想法和建議：（1）將“以課堂為中心”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W(xué)生為中心”，擺脫灌輸式教學(xué)的傳統(tǒng)模式，改革機(jī)械式訓(xùn)練的教育現(xiàn)狀；（2）采取理論和實(shí)踐有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，尤其應(yīng)注重實(shí)踐教學(xué)對(duì)理論教學(xué)的指導(dǎo)與運(yùn)用，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)高效地結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生在實(shí)踐中理解、消化與掌握課堂知識(shí)，同時(shí)在實(shí)踐教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)思考式學(xué)習(xí)，并激發(fā)學(xué)生對(duì)科研的熱情，為培養(yǎng)科研創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)；（3）建議高校教師也要時(shí)刻緊跟時(shí)代步伐，注重自身知識(shí)儲(chǔ)備和教學(xué)能力的提高?！敖處熓前l(fā)生在所有各級(jí)各類(lèi)學(xué)校和課堂中并通過(guò)所有教育渠道進(jìn)行教育變革的關(guān)鍵活動(dòng)者?！盵5]任何教育改革活動(dòng)的進(jìn)行與實(shí)施，最終都要落實(shí)到教師的教育實(shí)踐活動(dòng)中去，只有教師智慧的充分利用與發(fā)揮，教育改革才會(huì)可能取得成功。因此，教師的素質(zhì)和水平問(wèn)題成為教育改革關(guān)注的焦點(diǎn)，提高教師自身能力與教學(xué)能力是十分重要的。[6]

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，以富勒烯、碳納米管和石墨烯為代表的新型碳材料逐漸引起科學(xué)界廣泛的關(guān)注。由于碳材料課程的知識(shí)體系分支廣泛，國(guó)內(nèi)高校開(kāi)設(shè)的與碳材料相關(guān)的課程更是復(fù)雜多樣。然而，新形勢(shì)下新型碳材料課程教學(xué)工作中仍然存在一些不足，為進(jìn)一步探索創(chuàng)新型、國(guó)際化的人才培養(yǎng)體系，教學(xué)改革仍需進(jìn)行不懈的努力。課程改革是一種教育思想和課程模式轉(zhuǎn)型的過(guò)程，是一場(chǎng)破舊立新的運(yùn)動(dòng)。不僅需要有強(qiáng)勁的專(zhuān)業(yè)話語(yǔ)的聲音，也需要有一個(gè)積極推進(jìn)支持新課程實(shí)施的社會(huì)輿論環(huán)境。新型碳材料作為一門(mén)近年來(lái)被廣泛關(guān)注的課程，其課程教學(xué)改革也不例外。首先要從學(xué)生的切身學(xué)習(xí)感受出發(fā)，既要抓好課堂的理論知識(shí)傳授，又要注重實(shí)踐教學(xué)的應(yīng)用與指導(dǎo)。其次教師的教學(xué)能力也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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[6] 王憲平.課程改革視野下教師教學(xué)能力發(fā)展研究[D].華東師范大學(xué)，2006.