盛 揚(yáng)

(常州大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 常州 213164)

隨著科技的發(fā)展，納米材料逐漸滲透到光學(xué)、微電子學(xué)、環(huán)境科學(xué)及生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。如何可控的制備納米材料并利用它們的獨(dú)特性質(zhì)為人們提供更好的服務(wù)是未來材料領(lǐng)域的重要課題，也是《中國制造2025》中重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域之一1。因此，在材料類本科教學(xué)中開設(shè)納米材料相關(guān)課程已成為許多高校的共識(shí)2。《納米材料》是我院材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)選修課。開設(shè)本課程的主要目標(biāo)是為了引導(dǎo)學(xué)生了解當(dāng)前納米材料發(fā)展的前沿，拓寬學(xué)生對(duì)新材料的知識(shí)面，提升現(xiàn)代科學(xué)素養(yǎng)，從而培養(yǎng)復(fù)合型與創(chuàng)新型人才。在綜合考慮學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)水平的前提下，結(jié)合課程開設(shè)以來的教學(xué)實(shí)踐情況，筆者從課程特點(diǎn)，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)手段，課程考核等方面探討了對(duì)《納米材料》課程的教學(xué)改革和優(yōu)化。

1 課程特點(diǎn)

首先，納米材料課程具有很強(qiáng)的學(xué)科交叉性與綜合性。納米材料制備方法主要涉及化學(xué)知識(shí)，納米材料性質(zhì)需要物理做支撐，納米材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與面臨挑戰(zhàn)又與生物醫(yī)學(xué)、電子信息等前沿領(lǐng)域息息相關(guān)3。其次，課程內(nèi)容相對(duì)抽象。納米材料尺寸非常小，無法用肉眼直接觀察，且它的性質(zhì)與日常生活中所見的相同物質(zhì)組成的傳統(tǒng)材料相比往往大相徑庭。因此對(duì)于學(xué)生而言在難以從日常生活中獲得感性認(rèn)識(shí)，給學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容理解帶來困難與困惑。另一方面，納米材料這種特殊性質(zhì)背后的本質(zhì)又需要較好的物理基礎(chǔ)去理解，這對(duì)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)提出較高要求。第三，納米材料知識(shí)體系更新迅速。納米材料的概念與理論迄今為止發(fā)展了僅僅三十多年，產(chǎn)生了大量新的理論知識(shí)，并且新的現(xiàn)象，新的理論層出不窮。

2 課程內(nèi)容選擇

針對(duì)課程的特點(diǎn)，結(jié)合本專業(yè)學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)結(jié)構(gòu)和理論基礎(chǔ)，在教學(xué)內(nèi)容的選擇方面，筆者采取了一系列措施，力求既要保證學(xué)生對(duì)納米材料有全面的認(rèn)識(shí)，也要讓學(xué)生掌握納米材料的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。

2.1 教材的選用

目前針對(duì)納米材料課程的相關(guān)教材眾多，然而各有側(cè)重。有的教材側(cè)重于納米材料制備，對(duì)性質(zhì)和應(yīng)用一筆帶過，容易使學(xué)生對(duì)納米材料有什么實(shí)際應(yīng)用價(jià)值產(chǎn)生疑問。有的教材側(cè)重于納米材料應(yīng)用，對(duì)制備手段簡(jiǎn)要敘述，不利于學(xué)生熟悉生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)?？傊瑔我唤滩臒o法滿足專業(yè)培養(yǎng)方案和課程教學(xué)目標(biāo)的要求。納米材料內(nèi)容廣泛，在教學(xué)內(nèi)容的選擇上首先是必須保證對(duì)納米材料的性質(zhì)，制備方法和應(yīng)用都有較為全面的介紹。因此，在教材的選擇上，以徐志軍、初瑞清編著的《納米材料與納米技術(shù)》為主，B.S.Murty主編的《納米科學(xué)與納米技術(shù)》和張耀君編著的《納米材料基礎(chǔ)》等教材為輔，對(duì)教材內(nèi)容按照內(nèi)在邏輯關(guān)系重新編排整合。

2.2 理論知識(shí)的取舍

課程的教學(xué)目標(biāo)是為了拓寬學(xué)生知識(shí)面和對(duì)納米材料的學(xué)習(xí)興趣，而不是深?yuàn)W的理論知識(shí)。因此，教學(xué)活動(dòng)開展過程中對(duì)具體的理論知識(shí)也有所取舍。相對(duì)難度較低的，學(xué)生有相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的保留，并讓學(xué)生積極參與到理論知識(shí)的討論過程中，以加深印象與理解。例如荷葉表面超疏水現(xiàn)象的原因，所涉及的理論解釋可以用材料專業(yè)學(xué)生已經(jīng)學(xué)過的楊氏方程和復(fù)合材料性質(zhì)的混合律推導(dǎo)出來。不僅深化了高中階段將荷葉超疏水現(xiàn)象歸因于微納米結(jié)構(gòu)這一籠統(tǒng)的解釋，也培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考的科學(xué)思維邏輯。而對(duì)于理論背景較復(fù)雜的或者超出學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)的內(nèi)容則淡化。例如在解釋膠體金為什么顯紅色時(shí)，避免使用米氏理論和等離子激元等較深?yuàn)W的概念，而是從學(xué)生較容易接受的經(jīng)典物理中光的波動(dòng)性和電場(chǎng)對(duì)電子的極化的角度進(jìn)行定性解釋?？傊?，教學(xué)中既要淡化艱深的理論知識(shí)，降低學(xué)習(xí)的阻力，也要體現(xiàn)課程的理論性，使學(xué)生知其然也知其所以然，避免教學(xué)內(nèi)容浮于表面。

2.3 教學(xué)內(nèi)容緊跟發(fā)展前沿

書本中的知識(shí)相對(duì)于領(lǐng)域前沿具有滯后性，因此需要在教學(xué)內(nèi)容中不斷充實(shí)最新的前沿信息和觀點(diǎn)。要把最新的前沿成果傳授給學(xué)生，就要求教師必須時(shí)刻關(guān)注納米材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)，不斷提高和完善自己的相關(guān)知識(shí)水平，并努力將這些新的知識(shí)融入課堂教學(xué)，與課堂相關(guān)教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合。另一方面，學(xué)生的視野也不能僅僅局限在教材上，圖書館、科普網(wǎng)站、維基百科和期刊數(shù)據(jù)庫都是很好的知識(shí)來源。教師要在課堂上推薦與課程內(nèi)容相關(guān)的網(wǎng)站和在線視頻，鼓勵(lì)學(xué)生在課后閱讀觀看這些資料，并結(jié)合教材和課堂內(nèi)容理解，加深印象。

3 教學(xué)實(shí)踐手段的探索

基于以上分析，傳統(tǒng)的以老師講授為主的教學(xué)手段已經(jīng)很難滿足課程的教學(xué)需求。因此，筆者采取了多種教學(xué)實(shí)踐手段來優(yōu)化課堂的教學(xué)效果。

3.1 融入貼近生活的實(shí)例

納米材料概念術(shù)語抽象，課堂學(xué)習(xí)過程中學(xué)生難免會(huì)感到枯燥乏味，學(xué)習(xí)興趣下降，高深的理論也容易造成學(xué)生的挫敗感。因此，在教學(xué)過程中多舉一些與日常生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的納米材料實(shí)例可以很好的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生對(duì)問題的思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量具有很好的教學(xué)效果。這些實(shí)例可以是自然界中就存在的。例如一些植物和昆蟲表面具有的可以實(shí)現(xiàn)超疏水或斑斕色彩的微納結(jié)構(gòu)。也可以是人們工業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)應(yīng)用的例子。例如量子點(diǎn)顯示是近年來興起的一個(gè)重要發(fā)展方向，與學(xué)生每天使用的手機(jī)、電腦等電子產(chǎn)品密切相關(guān)，因此很容易引起學(xué)生的興趣。這就要求教師平時(shí)注意拓寬自己的知識(shí)面，并且將生活中見到的例子及時(shí)融入教學(xué)內(nèi)容中。

3.2 增加學(xué)生的參與感

概念術(shù)語之所以抽象往往并不是本身很難，而是因?yàn)槠渌枋龅膬?nèi)容在學(xué)生的日常生活中完全沒有感官體驗(yàn)對(duì)應(yīng)。如果能將這些內(nèi)容以眼見為實(shí)的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，對(duì)于降低概念術(shù)語的理解難度大有裨益。例如納米材料的制備方法有水熱法，物理氣相沉積法，熱解法等多種方法。僅僅依靠課本知識(shí)的講授，即使書本上有照片和示意圖幫助理解，距離感和枯燥感仍然很強(qiáng)。我們選擇一些相對(duì)簡(jiǎn)單，也相對(duì)安全的制備方法開展演示實(shí)驗(yàn)，例如機(jī)械攪拌法制備石墨烯，Turkevich法制備膠體金，共沉淀法制備納米氧化鐵等。在演示過程中，學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，教師則一邊演示一邊根據(jù)現(xiàn)象的變化講解制備過程中發(fā)生的物理或化學(xué)反應(yīng)。此時(shí)，這些制備方法從課本上枯燥的文字變成眼前鮮活的感官體驗(yàn)，更有利于學(xué)生的了解與掌握。而對(duì)于沒有條件開展的一些制備方法，則采用視頻播放的方式，將過程直觀的展現(xiàn)在學(xué)生眼前。通過增加學(xué)生的參與感，拉近學(xué)生與納米材料的距離，既提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也解決了學(xué)習(xí)過程中知識(shí)點(diǎn)抽象性高的難點(diǎn)。

3.3 鼓勵(lì)學(xué)生參與課堂討論，開展主動(dòng)學(xué)習(xí)

通過提問引入新的教學(xué)內(nèi)容是非常有效的一類教學(xué)手段。這不僅有助于引起學(xué)生的興趣，讓他們更加集中注意力，也有助于學(xué)生開動(dòng)腦筋。在主動(dòng)思考問題后再對(duì)照老師的講解印證自己的想法，更容易加深記憶和理解。由于納米材料往往具有與宏觀的傳統(tǒng)材料不一樣的特點(diǎn)，問題的答案常常與學(xué)生的想法大相徑庭。例如金從塊體變成納米粒子時(shí)，顏色會(huì)從金色變成紅色或紫色，而當(dāng)尺寸進(jìn)一步減小時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)熒光效應(yīng)。這些現(xiàn)象都是超出學(xué)生固有觀念的。然而正是這種新的現(xiàn)象給學(xué)生帶來了新奇感，因此納米材料課程采用這種提問討論的學(xué)習(xí)方式是非常合適的。

另外在教學(xué)過程中開展主動(dòng)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生每四人為一個(gè)小組，從磁性納米材料、金屬納米材料、量子點(diǎn)、石墨烯、碳納米管等材料中選擇一種感興趣的納米材料，通過收集閱讀資料，制作幻燈片，從材料誕生的背景、性質(zhì)、常用的制備方法、應(yīng)用前景和面臨的機(jī)遇挑戰(zhàn)等方面做簡(jiǎn)短匯報(bào)。其它同學(xué)對(duì)相關(guān)的話題進(jìn)行提問。最后老師對(duì)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。為保證每位小組成員都能參與其中，在報(bào)告中還應(yīng)注明各自的分工，便于老師根據(jù)學(xué)生的參與情況評(píng)分。通過這樣的方式，讓學(xué)生既復(fù)習(xí)了課堂知識(shí)，也在查找資料的過程中了解了前沿進(jìn)展，還在討論中培養(yǎng)了科學(xué)的思維方式。

4 課程考核方式的探索

對(duì)于納米材料這樣一門交叉性，綜合性及時(shí)效性很強(qiáng)的課程，多樣化的考核方式更能全面的反映學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握和分析解決問題的能力。課程總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末卷面成績(jī)共同構(gòu)成。其中平時(shí)成績(jī)包括課堂參與討論得分和課堂分組報(bào)告得分，重點(diǎn)關(guān)注參與的積極性及分組匯報(bào)中的貢獻(xiàn)大小。本課程之所以不采用綜述論文的形式是因?yàn)榉纸M匯報(bào)和提問的方式對(duì)學(xué)生能力的考查面更廣，也避免了綜述論文中容易出現(xiàn)的抄襲現(xiàn)象。分組匯報(bào)和提問的方式不僅鍛煉了收集資料分析問題的能力，還鍛煉了協(xié)作能力、語言組織能力和批判性思維能力，這對(duì)學(xué)生將來不論是考研還是工作都大有益處。期末考試則以半開卷的形式進(jìn)行，即考試只允許攜帶一張A4紙的參考資料。由于納米材料課程知識(shí)點(diǎn)多而雜，如果采用傳統(tǒng)的閉卷考試，學(xué)生在知識(shí)點(diǎn)記憶上需要花費(fèi)大量時(shí)間。課程考核的重點(diǎn)并非是對(duì)知識(shí)點(diǎn)的死板記憶，而是能夠在理解概念、術(shù)語、理論的基礎(chǔ)上，分析解決問題，并在此過程中形成科學(xué)的思維方式。之所以也不采取完全開卷的考試方式，是因?yàn)楦鶕?jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生可能會(huì)帶一摞書來，把考試的過程變成了查資料的過程，不利于學(xué)生真正掌握知識(shí)。而采用一張A4紙的半開卷考試，由于抄寫篇幅有限，學(xué)生必須在復(fù)習(xí)的過程中篩選重要的知識(shí)點(diǎn)摘抄。在篩選的過程中，把知識(shí)點(diǎn)逐步內(nèi)化，形成自己的知識(shí)體系。

5 結(jié)語

進(jìn)入21世紀(jì)以來，無論是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界都越來越重視納米材料的研發(fā)和應(yīng)用。納米材料與人們的日常生活也逐漸變得越來越密切。因此將納米材料作為材料專業(yè)的選修課，對(duì)拓寬學(xué)生專業(yè)知識(shí)面，培養(yǎng)學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)素養(yǎng)，都是大有裨益的。然而如何將這樣一門新興的領(lǐng)域在課堂上講好，讓學(xué)生在多而雜的概念術(shù)語中理清課程脈絡(luò)，了解和掌握必要的理論知識(shí)，并靈活運(yùn)用解決問題，形成良好的科學(xué)思維方式，是一項(xiàng)極富挑戰(zhàn)性的工作。只有在長(zhǎng)期的實(shí)踐中堅(jiān)持不斷的進(jìn)行教學(xué)反思，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，與同行和前輩交流學(xué)習(xí)，吸收他人的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，才能促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的不斷提高，為社會(huì)培養(yǎng)具備國際視野的創(chuàng)新型和復(fù)合型人才。