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(武漢科技大學(xué)理學(xué)院，湖北 武漢 430065)

隨著材料和化學(xué)領(lǐng)域的飛速發(fā)展，材料和化學(xué)學(xué)科之間的相互交叉、相互滲透越來越深入，逐漸形成了一門新興交叉學(xué)科——材料化學(xué)。材料化學(xué)的興起使得材料的研究可以從分子水平跨越到宏觀尺度，有利于材料科學(xué)向更深層次、更高水平發(fā)展，產(chǎn)生了一系列性能優(yōu)異的先進(jìn)材料及新的學(xué)科前沿應(yīng)用領(lǐng)域，如鋰離子電池、超級電容器、光催化、電催化、燃料電池、氣敏傳感器、太陽能電池等領(lǐng)域，材料化學(xué)的知識在指導(dǎo)新材料的研究和開發(fā)方面具有重要的作用，甚至可以幫助解決許多國計(jì)民生中的重大社會(huì)、環(huán)境及能源問題，因此，在材料相關(guān)專業(yè)開設(shè)交叉學(xué)科課程《材料化學(xué)》課程具有重要意義。

1 材料物理本科專業(yè)開設(shè)《材料化學(xué)》課程的目的

武漢科技大學(xué)《材料化學(xué)》課程是理學(xué)院材料物理本科專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)選修課，其設(shè)置的目的在于拓寬材料物理專業(yè)學(xué)生的知識面，打破學(xué)生只重視材料和物理相關(guān)課程的壁壘，讓學(xué)生體會(huì)到材料科學(xué)的飛速發(fā)展離不開物理、化學(xué)、材料及其它相關(guān)學(xué)科的交叉與融合，學(xué)會(huì)用化學(xué)的方法研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能、制備和應(yīng)用領(lǐng)域，理解化學(xué)環(huán)境、化學(xué)制備方法對材料結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用的影響，認(rèn)識其構(gòu)效關(guān)系，了解材料發(fā)展的新興科學(xué)前沿及動(dòng)態(tài)，為學(xué)生畢業(yè)后從事新材料的研發(fā)奠定基礎(chǔ)[1-2]。本課程是材料物理專業(yè)培養(yǎng)方案中為學(xué)生設(shè)置的除了物理化學(xué)外第二門與化學(xué)相關(guān)的課程，課程設(shè)置在學(xué)生本科階段的第六學(xué)期，此時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料研究方法、晶體學(xué)、材料物理性能、材料合成與制備、凝聚態(tài)物理前沿等課程，具備了材料物理領(lǐng)域的一些基礎(chǔ)知識和基本技能，了解了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的一些發(fā)展前沿，對材料發(fā)展也有了一些基本認(rèn)識。該課程的設(shè)置猶如為材料物理專業(yè)課程提供了一支營養(yǎng)劑，幫助學(xué)生更好的了解自己的專業(yè)出路，了解材料發(fā)展過程學(xué)科交叉的必要性和重要性，使學(xué)生能更好地對前期的課程進(jìn)行融合和應(yīng)用。

2 《材料化學(xué)》課程教學(xué)過程存在的問題及面臨的挑戰(zhàn)

由于專業(yè)的特殊性，《材料化學(xué)》課程的教學(xué)目前還存在許多問題與挑戰(zhàn)。

首先，學(xué)生化學(xué)方面的知識儲備非常有限。通過詳細(xì)閱覽近幾年本專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方案和專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)大綱，了解到學(xué)生學(xué)習(xí)的前期專業(yè)基礎(chǔ)課程大多是材料和物理方面的相關(guān)基礎(chǔ)課程，培養(yǎng)方案中化學(xué)基礎(chǔ)的課程僅有一門物理化學(xué)，無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、高分子化學(xué)等課程沒有涉及，化學(xué)基礎(chǔ)知識儲備相當(dāng)薄弱，而材料化學(xué)課程必然涉及無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和高分子化學(xué)的部分基礎(chǔ)知識，因此，如何在學(xué)生有限的化學(xué)知識基礎(chǔ)上上好這門課是一大挑戰(zhàn)。

其次，《材料化學(xué)》課程涉及的內(nèi)容多。材料化學(xué)主要研究材料的結(jié)構(gòu)、性能、制備、應(yīng)用及相互關(guān)系，內(nèi)容涉及較為廣泛，包括材料化學(xué)的基本概念、材料的結(jié)構(gòu)、性能及其相互關(guān)系、材料化學(xué)熱力學(xué)、材料的制備、新型實(shí)用材料(包括新型的金屬材料、無機(jī)非金屬材料及高分子材料)和納米材料[3-4]。這些內(nèi)容的每一個(gè)都可以作為一個(gè)專題進(jìn)行討論。

再次，至今為止，沒有特別適合本專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)的權(quán)威《材料化學(xué)》教材?？紤]到本專業(yè)學(xué)生學(xué)科特點(diǎn)和所具備的基礎(chǔ)知識，我們選擇的是曾兆華，楊建文編著《材料化學(xué)》為教材[3]，其中緒論、材料的的結(jié)構(gòu)、性能、制備和材料化學(xué)熱力學(xué)這五章的內(nèi)容主要參考該教材，而新型實(shí)用材料大部分內(nèi)容以趙志鳳,畢建聰,宿輝編著的《材料化學(xué)》[4]和宿輝編著的《材料化學(xué)》為參考教材。

然后，課程安排的學(xué)時(shí)少。作為材料物理專業(yè)的選修課，本課程是選修課中課時(shí)最多的課程，為40學(xué)時(shí)，但對于要講授的內(nèi)容來說，課時(shí)依然太少，只能在有限的課時(shí)內(nèi)講授一些基礎(chǔ)知識，無法進(jìn)行深入擴(kuò)展，特別是對于一些實(shí)用新型金屬材料、無機(jī)非金屬材料及高分子材料部分，只能選擇性講授。

最后，傳統(tǒng)的填鴨式、灌輸式的僅限于書本的教學(xué)不能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，極大地限制了學(xué)生的思維，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生對所學(xué)知識的融通和自主學(xué)習(xí)潛力的發(fā)揮，造成學(xué)生創(chuàng)新能力不足，難以達(dá)到交叉學(xué)科課程教學(xué)的預(yù)期效果和要求。因此，探討并嘗試新的教學(xué)手段和方法，針對交叉學(xué)科課程的特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)改革，是交叉學(xué)科教學(xué)的必經(jīng)之路。

3 《材料化學(xué)》課程教學(xué)方法改革

針對以上的問題與挑戰(zhàn)，我們嘗試了以下教學(xué)方法上的改革：

(1)針對學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)薄弱的問題，授課教師需要提前了解學(xué)生的基礎(chǔ)。對課堂中涉及學(xué)生不熟悉或難理解的基本概念、基本理論提前一次課進(jìn)行羅列，引導(dǎo)學(xué)生提前預(yù)習(xí)、查閱資料或相關(guān)書籍，并將結(jié)果及時(shí)反饋給老師，老師針對學(xué)生難理解的基礎(chǔ)知識點(diǎn)進(jìn)行講授以便學(xué)生理解課堂內(nèi)容。

(2)針對交叉學(xué)科課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少的問題，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，以多媒體教學(xué)為主要授課手段，利用多媒體圖片、視頻、鏈接等技術(shù)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對前5章的內(nèi)容根據(jù)學(xué)生已有的基礎(chǔ)選擇性講授，如材料的結(jié)構(gòu)部分由于學(xué)生前期開設(shè)了《晶體學(xué)》課程，所以本章有關(guān)晶體學(xué)的相關(guān)內(nèi)容不予講解，對材料制備一章側(cè)重講解材料的化學(xué)制備方法，并對課本內(nèi)容做適當(dāng)補(bǔ)充，如補(bǔ)充教材中沒有但又簡單易行、成本相對低廉的一些方法，靜電紡絲法、微波合成法等。對于材料制備涉及的一些設(shè)備和過程，以圖片或視頻的方式進(jìn)行展示，以便讓學(xué)生能直觀地了解和掌握制備方法。

(3)針對交叉學(xué)科無權(quán)威教科書的問題，結(jié)合學(xué)生的基礎(chǔ)知識，由老師根據(jù)學(xué)時(shí)制定兩套教學(xué)大綱在第一節(jié)課時(shí)發(fā)放給學(xué)生進(jìn)行投票選擇。根據(jù)投票的結(jié)果確定最終的上課內(nèi)容，學(xué)生也可根據(jù)自己的需要對部分不感興趣的內(nèi)容與老師進(jìn)行交流。這種學(xué)生參與優(yōu)化上課內(nèi)容的方式能夠讓學(xué)生提前了解教學(xué)內(nèi)容，避免不同課程內(nèi)容的部分重復(fù)，合理建構(gòu)適合本專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的知識結(jié)構(gòu)和知識體系，極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

(4)針對交叉學(xué)科教學(xué)對師生知識面的廣度和深度的要求，選擇授課教師時(shí)需要選擇具有交叉學(xué)科專業(yè)背景的老師，并能將教學(xué)與科研相融合。只有具備廣闊知識面的老師，才能勝任單一專業(yè)背景老師由于知識面的限制無法很好勝任的交叉學(xué)科的教學(xué)要求。如材料化學(xué)課程，首先，需要老師不僅具有化學(xué)相關(guān)專業(yè)的教育或科研背景，而且需要具備材料學(xué)領(lǐng)域的教育或科研背景；其次，任課老師能將自己的科研與教學(xué)相結(jié)合，使得教學(xué)的理論能夠助力科研，科研的結(jié)果能驗(yàn)證或反應(yīng)課堂理論，通過對自己科研成果的介紹，吸引學(xué)生參與到自己的科研項(xiàng)目中，使課堂理論進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，如水熱法合成納米材料，并對材料進(jìn)行表征和性能測試，以擴(kuò)展其應(yīng)用。最后，老師應(yīng)該及時(shí)追蹤學(xué)科研究前沿，并能夠?qū)⒆钚碌目蒲蟹椒ê涂蒲谐晒谌氩U(kuò)展至課堂，讓學(xué)生了解一些最新的、最熱門的研究領(lǐng)域，以補(bǔ)充課本知識的不足。

(5)針對傳統(tǒng)的填鴨式、灌輸式的僅限于書本的教學(xué)模式存在的問題，積極嘗試并實(shí)踐專題式教學(xué)。專題式教學(xué)是授課教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，針對學(xué)科前沿中某一專題從背景、研究現(xiàn)狀、存在問題、解決方法和發(fā)展方向等幾個(gè)方面具體講授，可以立足于教材，也可以高于教材，或獨(dú)立于其它章節(jié)。如在新型實(shí)用材料一章中涉及儲氫材料的內(nèi)容，授課時(shí)不局限于課本只講授合金儲氫材料，而以儲氫材料專題形式進(jìn)行教學(xué)，從儲氫材料的研究背景，到已有儲氫材料分類、各自的儲氫原理及優(yōu)缺點(diǎn)、近來的研究進(jìn)展及未來的發(fā)展趨勢等幾個(gè)方面通過歸納總結(jié)最新的文獻(xiàn)資料進(jìn)行專題講座，讓學(xué)生對該領(lǐng)域有一個(gè)總體的認(rèn)識，這種方法不僅擴(kuò)展了學(xué)生的視野，而且可以讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)有所用，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

(6)嘗試并實(shí)踐將匯報(bào)點(diǎn)評式教學(xué)引入課堂。匯報(bào)點(diǎn)評式教學(xué)是針對某一章節(jié)的具體內(nèi)容，由老師提供題目，學(xué)生選擇，通過查閱、總結(jié)文獻(xiàn)，制作PPT,在課堂上向師生匯報(bào)，然后老師、學(xué)生可對匯報(bào)的內(nèi)容進(jìn)行提問和點(diǎn)評。具體地，在《材料化學(xué)》課程中，我們的匯報(bào)點(diǎn)評式教學(xué)安排在最后一章“納米材料”中，匯報(bào)前老師在前期的教學(xué)中做好鋪墊，如需要完成不同類型材料的合成、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用的講解，前期教學(xué)過程引導(dǎo)并示范如何準(zhǔn)備自己的匯報(bào)內(nèi)容，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為此，在納米材料一章講解前，授課老師根據(jù)學(xué)生的人數(shù)擬定一定數(shù)量的題目，內(nèi)容涉及新能源材料、光催化材料、電催化材料、儲氫材料等近年來新材料研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，兩人一題，提前2周發(fā)給學(xué)生，學(xué)生根據(jù)自己的興趣選擇題目，自由結(jié)伴，再根據(jù)題目涉及的關(guān)鍵詞查閱近幾年的相關(guān)中英文資料，并進(jìn)行總結(jié)，最后，根據(jù)老師設(shè)定的框架要求制作PPT并進(jìn)行匯報(bào)，老師和學(xué)生均可對匯報(bào)過程存在的問題和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行提問并點(diǎn)評。

4 《材料化學(xué)》課程改革的教學(xué)效果

從兩學(xué)期本門課教學(xué)改革的效果來看，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性非常高，能夠很好地與老師配合，提前做好預(yù)習(xí)，積極主動(dòng)進(jìn)行匯報(bào)，特別是匯報(bào)點(diǎn)評式教學(xué)模式的實(shí)施，鍛煉了學(xué)生的以下能力：(1)合作能力，兩人共同完成一題，涉及內(nèi)容的分配、資料的查閱、閱讀、整理歸納、PPT的制作、講解等過程，只有合力協(xié)作，才能在1～2周的時(shí)間完成好該作業(yè)；(2)分析問題、解決問題能力的鍛煉，每個(gè)題目需要對至少10篇文獻(xiàn)進(jìn)行歸納總結(jié)，通過分析老師題目中提出的問題，查閱文獻(xiàn)并進(jìn)行總結(jié)歸納，最終達(dá)到解決問題的目的，匯報(bào)過程大部分學(xué)生能正確回答老師、同學(xué)的提問，說明學(xué)生對文獻(xiàn)進(jìn)行了認(rèn)真閱讀，這對學(xué)生的分析問題及解決問題的能力是一個(gè)很好的鍛煉；(3)口語表達(dá)能力的鍛煉，由于課時(shí)的限制，每個(gè)學(xué)生一般限定10min左右的時(shí)間進(jìn)行匯報(bào)，如何能在較短的時(shí)間內(nèi)對內(nèi)容進(jìn)行清晰的表達(dá)，這對學(xué)生是個(gè)極大的考驗(yàn)，欣慰的是，這一環(huán)節(jié)基本沒有問題；(4)對知識的融合能力的鍛煉，這一匯報(bào)不僅是讓學(xué)生理解材料化學(xué)的內(nèi)容，而且匯報(bào)的過程也同時(shí)考察學(xué)生對《材料合成與制備》、《材料研究方法》、《材料物理性能》等課程的掌握理解程度，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的綜合應(yīng)用知識的能力；(5)對學(xué)生創(chuàng)新能力的鍛煉，有的學(xué)生通過對文獻(xiàn)的閱讀和自己的知識儲備，提出了一些自己的想法以改進(jìn)文獻(xiàn)，促進(jìn)了教與研的結(jié)合。另外，匯報(bào)點(diǎn)評式教學(xué)在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)擴(kuò)大了學(xué)生的知識面，兩個(gè)學(xué)生查10篇文獻(xiàn)，材料物理兩個(gè)班60名學(xué)生則可以查閱300篇文獻(xiàn)，而且涉及不同的熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，故該法能在短期內(nèi)極大擴(kuò)展學(xué)生的知識面，讓學(xué)生知道學(xué)有所用。最后，學(xué)生的匯報(bào)過程對任課老師的教學(xué)和科研也能給予不同程度的啟發(fā)，達(dá)到師生共贏。如某些學(xué)生的匯報(bào)，會(huì)從身邊的現(xiàn)象或存在的常見問題入手，提出解決方法及匯報(bào)近年國內(nèi)外的研究進(jìn)展，這些對老師的教學(xué)和科研都有不同程度的啟發(fā)，達(dá)到“教學(xué)相長”的目的。

5 結(jié)語

交叉學(xué)科課程《材料化學(xué)》是材料相關(guān)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，通過該課程的講授，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型復(fù)合人才培養(yǎng)的目標(biāo)。本文通過對材料物理專業(yè)《材料化學(xué)》課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行總結(jié)和分析，提出了一些解決辦法，并進(jìn)行了一些新教學(xué)方法的探索與實(shí)踐，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，鍛煉了學(xué)生的綜合能力，擴(kuò)展了學(xué)生的專業(yè)視野，取得了良好的教學(xué)效果。在今后的教學(xué)中，還將繼續(xù)向兄弟院校學(xué)習(xí)，努力探索新的教學(xué)方法和教學(xué)模式并進(jìn)行實(shí)踐，如材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)與材料化學(xué)課程相結(jié)合、改進(jìn)考核方式等，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。另外，對于成功的教學(xué)新方法，也將進(jìn)一步推廣到其它交叉學(xué)科課程的教學(xué)中，如復(fù)合材料、新能源材料等。