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        融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的課程教學(xué)改革研究—以 《材料制備技術(shù)及原理》為例

        2020-02-21 00:49:57李曉丹張旻澍莊樹(shù)新
        云南化工 2020年12期
        關(guān)鍵詞:新能源課程學(xué)生

        李曉丹,張旻澍,路 密,莊樹(shù)新

        (廈門理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,福建 廈門 361024)

        人類社會(huì)的繁榮與發(fā)展離不開(kāi)能源模式的變革。現(xiàn)代高標(biāo)準(zhǔn)的生活、持續(xù)攀升的人口導(dǎo)致能源需求與日俱增。與此同時(shí),石油煤礦等傳統(tǒng)能源日漸匱乏,污染環(huán)境致使全球氣候惡化[1]。人們?cè)絹?lái)越感受到 “傳統(tǒng)的能源模式”制約了發(fā)展,對(duì) “新型的能源模式”有了越來(lái)越深厚的期盼。發(fā)展新能源已經(jīng)成為世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)順應(yīng)科技潮流、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的重要措施。我國(guó)更是將新能源列為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),并陸續(xù)出臺(tái)一系列扶持政策,大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)。而新能源產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的提高,很大程度上依賴于新能源材料技術(shù)的創(chuàng)新與推廣。新能源材料技術(shù)的研發(fā)實(shí)力及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展、科技進(jìn)步和國(guó)防力量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一[2]。因此,培養(yǎng)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高質(zhì)量人才,促進(jìn)新能源材料與技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展,是高等教育的重要任務(wù)之一。

        《材料制備技術(shù)及理論》是我校為推進(jìn)新能源材料與技術(shù)的研究發(fā)展,培養(yǎng)高質(zhì)量人才而設(shè)的一門核心專業(yè)課。該課程涵蓋了新能源材料的結(jié)構(gòu)與性能、合成制備方法、工藝設(shè)備及相關(guān)原理等基本知識(shí)。課程內(nèi)容非常廣泛,實(shí)踐性強(qiáng),且往往同時(shí)涉及到物理、化學(xué)以和材料科學(xué)等多學(xué)科的知識(shí),具有明顯的學(xué)科交叉性。材料制備技術(shù)處于快速更新迭代期,各種先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)、新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)[3],迫使課程對(duì)創(chuàng)新性和前沿性提出更高的要求。而傳統(tǒng)的講授式教學(xué),很難將這些瑣碎、抽象的專業(yè)知識(shí)描述清楚,不足以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力,已經(jīng)不適用于此類專業(yè)性課堂。此外,當(dāng)代大學(xué)生普遍缺乏對(duì)自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行學(xué)以致用的能力,容易對(duì)前途感到迷茫,這也造成了大學(xué)生就業(yè)難的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題,專業(yè)性課程的教學(xué)更要注重學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)業(yè)意識(shí)和相關(guān)能力的培養(yǎng)[4]。因此,對(duì)該課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段等方面的改革,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育與專業(yè)教育的有機(jī)融合是培養(yǎng)高質(zhì)量人才的必然要求。

        1 課程內(nèi)容優(yōu)化

        《材料制備技術(shù)及理論》的課程目標(biāo)是,通過(guò)課程學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握新能源材料的制備技術(shù)及相關(guān)理論,建立材料-性能間的構(gòu)效關(guān)系,理解新材料的設(shè)計(jì)思想,初步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。該課程開(kāi)設(shè)在大學(xué)三年級(jí)上學(xué)期。為了避免與材料類基礎(chǔ)課程的知識(shí)點(diǎn)重復(fù),根據(jù)我校新能源材料與器件專業(yè)的辦學(xué)特色,對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合歸納。課程圍繞新能源材料常用的制備技術(shù)展開(kāi),包括溶膠-凝膠法、水熱-溶劑熱法、電化學(xué)合成技術(shù)、氣相沉積技術(shù)、固相合成技術(shù)、靜電紡絲技術(shù)、定向凝固、熱壓燒結(jié)等八個(gè)章節(jié)的內(nèi)容。每個(gè)章節(jié)會(huì)詳細(xì)講授制備技術(shù)原理、工藝參數(shù)調(diào)控、設(shè)備構(gòu)成等基礎(chǔ)知識(shí),并穿插相關(guān)技術(shù)制備新能源材料的案例分析。二次離子電池和太陽(yáng)能電池是新能源材料在器件應(yīng)用方向的出口,而溶膠-凝膠法、水熱-溶劑熱法、氣相沉積技術(shù)正是合成這些能源器件所需材料的基礎(chǔ)方法,因此成為本課程的講授重點(diǎn)。

        材料制備技術(shù)處于快速更新迭代期,各種先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)理念、復(fù)雜的新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)。很顯然,《材料制備技術(shù)及理論》作為高年級(jí)學(xué)生的專業(yè)課程,對(duì)創(chuàng)新性和前沿性有一定的要求。而經(jīng)典教材更注重基礎(chǔ)知識(shí)的講授,更新相對(duì)緩慢,無(wú)法兼顧專業(yè)課程所需的前沿性。因此,教師的授課內(nèi)容不能只著眼于教材,還需要從國(guó)內(nèi)外權(quán)威期刊、學(xué)術(shù)論壇、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等渠道獲取教學(xué)素材與靈感,及時(shí)更新教案和多媒體課件。經(jīng)過(guò)教學(xué)研究與思考,該課程的授課內(nèi)容應(yīng)該以教材中的基礎(chǔ)知識(shí)為出發(fā)點(diǎn),引入近年來(lái)新能源材料、新制備技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域的最新重要成果,啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維,為新能源材料與技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)高質(zhì)量的雙創(chuàng)人才。

        2 教學(xué)方法與手段改革

        2.1 應(yīng)用多樣化的教學(xué)方法

        將多媒體課件、傳統(tǒng)板書(shū)和線上教學(xué) (如慕課MOOC)手段有效地結(jié)合起來(lái),取長(zhǎng)補(bǔ)短,優(yōu)化教學(xué)效果。本課程強(qiáng)調(diào)對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的巧妙應(yīng)用,常常涉及一些較抽象的物理化學(xué)過(guò)程。利用多媒體課件中的圖片、動(dòng)畫(huà)等功能可以將其生動(dòng)形象、直觀的展示給學(xué)生,有利于學(xué)生更深刻地理解概念和應(yīng)用??紤]到多媒體播放速度較快的特點(diǎn),對(duì)學(xué)生的反應(yīng)力和注意力要求較高,難以做到兼顧整個(gè)課堂的教學(xué)效果。如果能夠結(jié)合傳統(tǒng)板書(shū),畫(huà)出思維導(dǎo)圖,帶領(lǐng)學(xué)生共同梳理重點(diǎn)知識(shí),讓學(xué)生有足夠的時(shí)間消化知識(shí),查漏補(bǔ)缺,增加對(duì)知識(shí)點(diǎn)的有效記憶,保證多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心和學(xué)習(xí)興趣。另外,這次疫情普及了線上教學(xué)手段,也凸顯其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。例如,利用慕課MOOC在特定的節(jié)點(diǎn)設(shè)置思考與話題,讓全班學(xué)生進(jìn)行線上課堂探討與交流,系統(tǒng)自動(dòng)記錄課堂互動(dòng)情況與出勤率,計(jì)入平時(shí)成績(jī)。免去了繁瑣的查收紙質(zhì)作業(yè)與點(diǎn)名環(huán)節(jié),給課堂互動(dòng)增加了時(shí)間,使教學(xué)更加活躍和生動(dòng),擴(kuò)展學(xué)生的思維能力。同時(shí),這種模式還能督促一些上課愛(ài)玩電子游戲的同學(xué)將手中的電子產(chǎn)品化為生產(chǎn)力,修正學(xué)習(xí)習(xí)慣,培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。

        2.2 開(kāi)展以實(shí)踐性為導(dǎo)向的案例教學(xué)方式

        材料制備技術(shù)及理論這門課程所涉及的知識(shí)點(diǎn)與實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用息息相關(guān),開(kāi)展以實(shí)踐性為導(dǎo)向的案例教學(xué)方式,讓學(xué)生們體會(huì)到學(xué)以致用的樂(lè)趣,產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。首先,在教學(xué)過(guò)程中,精選企業(yè)發(fā)明專利進(jìn)行分析,對(duì)一些新材料和新技術(shù)融入日常生活的實(shí)例進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué),鼓勵(lì)學(xué)生加強(qiáng)對(duì)生活常識(shí)和相關(guān)科技發(fā)展的關(guān)注、理解。將處理過(guò)的碳納米管摻入其中,經(jīng)過(guò)攪拌,加熱去除大部分溶劑,獲得穩(wěn)定凝膠。例如,福耀玻璃公司申請(qǐng)的專利 “一種著色薄玻璃和夾層玻璃”就是在溶膠凝膠過(guò)程中摻雜若干成分的金屬氧化物,獲得具有強(qiáng)化性能的著色薄玻璃,比同等厚度的化學(xué)鋼化玻璃具有更優(yōu)的力學(xué)性能;既無(wú)需經(jīng)過(guò)化學(xué)鋼化、也無(wú)需經(jīng)過(guò)物理鋼化就能夠直接用于制作夾層玻璃,減少了夾層玻璃的生產(chǎn)步驟,降低了汽車夾層玻璃的制造難度,滿足了汽車輕量化的需求;還能夠減少紅外線透過(guò)率,提高駕駛員乘客的舒適性。其次,分享大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中涉及材料制備技術(shù)的獲獎(jiǎng)案例,加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解,有利于激發(fā)其對(duì)新材料、新技術(shù)的鉆研熱情。例如,我院學(xué)生在第三屆中國(guó) “互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲獎(jiǎng)的作品 《欽鈦:便攜式消毒水發(fā)生器》,就是基于電化學(xué)合成技術(shù)與理論來(lái)設(shè)計(jì)的。以此鼓勵(lì)學(xué)生組合成團(tuán)隊(duì)申報(bào)各級(jí)別的與材料設(shè)計(jì)、材料制備相關(guān)的各類 “大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”項(xiàng)目及比賽,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力,以提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素養(yǎng)。

        2.3 延伸出發(fā)現(xiàn)/解決問(wèn)題的教學(xué)模式

        很多高校在每學(xué)年的小學(xué)期都給學(xué)生安排了企業(yè)實(shí)習(xí)計(jì)劃,讓學(xué)生充分了解新能源材料相關(guān)的企業(yè)文化和生產(chǎn)過(guò)程[1,5]。并且,在前期科研促進(jìn)教學(xué)的改革中[3,5],很多學(xué)生都參與到教師的課題小組,開(kāi)展新材料制備相關(guān)的科研工作。鑒于這樣的實(shí)踐基礎(chǔ),在通過(guò)材料制備技術(shù)及理論的學(xué)習(xí)后,教師可以引導(dǎo)學(xué)生從這些實(shí)踐經(jīng)歷中發(fā)現(xiàn)科學(xué)或技術(shù)問(wèn)題,要求學(xué)生以小組的形式,通過(guò)查找相關(guān)資料,合理論述并提出解決問(wèn)題的方案,制作做成電子課件在課堂上輪流展示,教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng),幫助學(xué)生拓展分析解決問(wèn)題的思路,為培養(yǎng)高質(zhì)量的雙創(chuàng)人才奠定基礎(chǔ)。

        3 總結(jié)

        在國(guó)家戰(zhàn)略性扶持與期許下,新能源材料與技術(shù)的發(fā)展日新月異,為了培養(yǎng)出滿足社會(huì)需求的高素質(zhì)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才,材料制備技術(shù)與理論課程需要不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容,改進(jìn)教學(xué)方法,與時(shí)俱進(jìn)。首先,該課程的講授不能局限于教材中的內(nèi)容,還需從其他權(quán)威渠道引入近年來(lái)新材料、新技術(shù)及其應(yīng)用的最新重要成果,拓展學(xué)生的眼界、啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。此外,必須注重課堂、日常生活、實(shí)驗(yàn)室與企業(yè)實(shí)踐的結(jié)合,應(yīng)用多樣化的教學(xué)方法,開(kāi)展以實(shí)踐性為導(dǎo)向的案例教學(xué)方式,延伸出發(fā)現(xiàn)/解決問(wèn)題的教學(xué)模式,培養(yǎng)學(xué)生的理論結(jié)合實(shí)踐的能力,為新能源材料與技術(shù)領(lǐng)域培養(yǎng)高質(zhì)量的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才。

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