張彩寧,王煦漫

(西安工程大學(xué) 材料工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

材料是國民經(jīng)濟(jì)的支柱型產(chǎn)業(yè)。任何一種材料在應(yīng)用過程中都會不可避免地與外界或其他材料接觸,從而產(chǎn)生表界面問題。而表界面的結(jié)構(gòu)和性能必然對材料的整體性能造成非常重要的影響,故材料表界面的研究也是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一[1]。作為我校高分子材料與工程專業(yè)的一門重要專業(yè)課程,材料表面與界面課程在學(xué)習(xí)液體表面特性、固體表面特性、固液表面特性等表面化學(xué)知識的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地學(xué)習(xí)高分子材料及其復(fù)合材料的表界面特性和基礎(chǔ)理論。在課程學(xué)習(xí)中,學(xué)生除了要掌握材料表界面的基礎(chǔ)知識和概念之外,還需要深刻地理解材料表界面相關(guān)特性與材料性能之間的關(guān)系,特別是上述內(nèi)容在聚合物表面改性、聚合物增強(qiáng)、高分子材料的黏接、涂裝和印刷等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此學(xué)好這門課程,將為學(xué)生學(xué)習(xí)聚合物改性技術(shù)、涂料與膠黏劑等課程,以及參加工作之后在相關(guān)領(lǐng)域從事研究開發(fā)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 課程的現(xiàn)狀與存在問題

經(jīng)過數(shù)年的課程教學(xué),發(fā)現(xiàn)材料表面與界面課程目前的教學(xué)方式與內(nèi)容存在下列問題:

(1)采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式,基本以教師全課堂講授為主,學(xué)生參與度很低,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性不高;

(2)教學(xué)內(nèi)容偏重理論學(xué)習(xí),關(guān)于高分子材料界面實際應(yīng)用的內(nèi)容較為欠缺;

(3)教學(xué)內(nèi)容與高分子材料表面與界面最新進(jìn)展聯(lián)系不緊密,教材中一些內(nèi)容未能及時跟蹤最前沿進(jìn)展;

(4)課程考核以筆試為主,缺乏對學(xué)生綜合能力的考核。

以上問題導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏主動性,無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2]。因此,構(gòu)建新的以學(xué)生為主體的材料表面與界面教學(xué)方法和以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣為目的的材料表面與界面教學(xué)內(nèi)容,不僅能夠克服現(xiàn)有課程教學(xué)的不足,更好地培養(yǎng)高分子材料領(lǐng)域的技術(shù)人才,同時也能為高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)認(rèn)證提供一定的借鑒。

2 教學(xué)方法改革

材料表面與界面課程專業(yè)性很強(qiáng),教學(xué)內(nèi)容涉及很多復(fù)雜的理論和大量的公式推導(dǎo),極易讓學(xué)生覺得枯燥無味,對學(xué)習(xí)產(chǎn)生畏難和厭倦情緒。此外,該課程又與高分子材料表界面的實際工程問題緊密聯(lián)系,因此單一的課堂理論授課方式無法保證教學(xué)效果。為了解決這些問題,本專業(yè)的教師從2020年開始對材料表面與界面課程進(jìn)行了以學(xué)生為主體的課堂教學(xué)改革,嘗試將多種教學(xué)方式應(yīng)用于教學(xué)中,主要是將多媒體教學(xué)手段、翻轉(zhuǎn)課堂、科研文獻(xiàn)輔助教學(xué)等方式應(yīng)用于課堂教學(xué)。通過這一系列的教學(xué)改革,教學(xué)效果較前明顯提高[3-4]。

在進(jìn)行課程教學(xué)方式的改革過程中,更加注重問題解決與創(chuàng)新的教學(xué)手段,重點(diǎn)增加了案例式教學(xué)和逐漸滲透式教學(xué)兩種教學(xué)方式。

2.1 案例式教學(xué)

教學(xué)過程中,引入大量的教學(xué)案例作為載體。案例的來源主要有兩類,一類是日常生活中接觸的材料,如“荷葉的表面結(jié)構(gòu)”,首先由老師介紹荷葉特殊的表面結(jié)構(gòu),然后從荷葉的自清潔特性出發(fā),分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)理,不但使學(xué)生對材料的微觀結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)與材料表面潤濕性之間的關(guān)系產(chǎn)生感性認(rèn)識,而且可加深對潤濕性理論的理解;案例的另一類來源是結(jié)合專業(yè)教師的科研課題提煉出來的,如“玻纖的表面處理”等題目,目的是為了讓學(xué)生參與老師的科研活動,盡可能了解材料的研究熱點(diǎn)。在案例教學(xué)過程中,老師在提出問題之后,讓學(xué)生每四人一組,組內(nèi)各位同學(xué)進(jìn)行分工協(xié)作,查閱相關(guān)資料,并交流討論,最后總結(jié)整理制作PPT,在課堂上進(jìn)行講解。學(xué)生從講稿的寫作到PPT 制作,都需要老師來指導(dǎo),學(xué)生講解的同時,老師進(jìn)行糾錯和補(bǔ)充。所有學(xué)生講解完之后,老師再對案例中涉及的知識要點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。這種教學(xué)方式增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的目的性和針對性,提高了學(xué)生在教學(xué)過程中的參與度和學(xué)習(xí)的積極性。提高教學(xué)效果的同時,無形之中也培養(yǎng)了學(xué)生的自學(xué)能力和相互溝通的能力,還鍛煉了學(xué)生的口頭表達(dá)能力,也對學(xué)生利用各種資源獲取信息和知識的能力進(jìn)行了初步鍛煉。

2.2 逐漸滲透式教學(xué)

老師在教學(xué)過程中,針對每節(jié)課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計,目的是更加科學(xué)合理地安排課堂教學(xué)時間,從而將知識通過逐步滲透的方式傳遞給學(xué)生,提高教學(xué)效果[5]。例如,在學(xué)習(xí)固液界面潤濕性問題的教學(xué)過程中,將課堂有效時間劃分為四個階段:第一階段為前5 min,老師結(jié)合實際問題讓學(xué)生認(rèn)識到什么是潤濕,什么是不潤濕,以及固液界面潤濕的重要性;第二階段22 min,為教學(xué)內(nèi)容講解與進(jìn)一步擴(kuò)展階段。老師先介紹與潤濕過程相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識、潤濕過程的三種類型等課本內(nèi)容之后,進(jìn)一步擴(kuò)充介紹如仿荷葉材料表面自清潔、復(fù)合材料表界面浸潤性變化機(jī)理等問題,同時利用多媒體動畫演示功能。這樣在增加教學(xué)資源信息量的同時,還提高了學(xué)生對知識的感性認(rèn)識,加深了理解;第三階段為知識點(diǎn)補(bǔ)充階段,約8 min;第四階段為10 min,主要用做習(xí)題講解。最后教師根據(jù)本堂課習(xí)題訓(xùn)練內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)與評價。這種逐漸滲透的教學(xué)模式,可以將學(xué)生的注意力集中到課堂中來,學(xué)生的自主學(xué)習(xí)時間也增加了,同時教師的引導(dǎo)作用也能獲得一定的保障[6]。

3 教學(xué)內(nèi)容改革

我校材料表面與界面課程現(xiàn)用教材是華東理工大學(xué)胡福增教授編寫的《材料表界面》,是高等學(xué)校材料類專業(yè)基礎(chǔ)課系列教材。這本教材涵蓋的知識內(nèi)容非常豐富,內(nèi)容主要包括兩部分:一部分是表界面基礎(chǔ)知識,介紹了液體、固體和固液的表界面,還介紹了表面化學(xué)的四大定理及表面活性劑;另一部分是材料表界面,分別講述了高分子材料、無機(jī)非金屬材料、金屬材料和復(fù)合材料的表界面進(jìn)展。結(jié)合專業(yè)情況,本課程教學(xué)過程主要學(xué)習(xí)表界面基礎(chǔ)知識,以及高分子材料及其復(fù)合材料的表界面問題。在教學(xué)過程中,發(fā)現(xiàn)教材中介紹高分子材料表界面的時候,涉及大量公式的推導(dǎo),內(nèi)容較為枯燥。此外,復(fù)合材料的表界面部分雖然引入了一些新進(jìn)展內(nèi)容,但內(nèi)容過于繁瑣,無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,同時對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索精神,以及提高學(xué)生解決實際問題的能力都是不利的。因此在課堂教學(xué)中,對教材的部分內(nèi)容進(jìn)行了刪減,引入了一些科研論文資料進(jìn)行介紹和剖析。這種科研論文輔助教學(xué)在拓寬學(xué)生視野的同時,也加深了學(xué)生對相關(guān)基礎(chǔ)理論知識的理解,幫助學(xué)生培養(yǎng)了研究型和探索型思維,達(dá)到更深層次的教學(xué)效果[7]。

另外,還收集了許多與高分子材料的表界面處理和應(yīng)用相關(guān)的案例,例如超疏水/超疏油織物、聚四氟乙烯表面處理、自清潔涂料、被粘材料表面處理等,以擴(kuò)展課堂教學(xué)內(nèi)容,提高教學(xué)效果。

4 實踐環(huán)節(jié)及課程考核方式的改革

目前材料表面與界面的課程實驗是“液體表面張力的測定”和“接觸角的測定”,與界面理論的實際應(yīng)用聯(lián)系不緊密。計劃將實驗改為“聚乙烯表面的液態(tài)氧化處理”和“碳纖維的電聚合表面處理”,這樣就可以把聚合物和纖維這兩類代表性材料的表面處理與材料的表面性能表征有機(jī)結(jié)合起來,更貼近實際應(yīng)用,更好培養(yǎng)學(xué)生工程意識及動手能力。

此外,課程考核方式強(qiáng)調(diào)注重學(xué)生解決實際工程問題的能力和創(chuàng)新能力考核。除采用傳統(tǒng)的考試方式以外,還將學(xué)生參與互動式教學(xué)、課題研討等的表現(xiàn)情況計入其中。這樣平時學(xué)習(xí)階段的成績占比加大,學(xué)生在后期考試階段壓力減小。同時,考核的成績也將更加全面地體現(xiàn)學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中所表現(xiàn)出來的理論學(xué)習(xí)、實際動手和團(tuán)隊合作等多方面能力[8]。

5 結(jié)束語

基于對課程現(xiàn)狀及存在問題的分析,在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、實踐環(huán)節(jié)和課程考核方式這四個方面進(jìn)行了教學(xué)改革,構(gòu)建了新的以學(xué)生為主體的教學(xué)方法、能夠吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的教學(xué)內(nèi)容、更緊貼實際應(yīng)用的實踐環(huán)節(jié)以及更全面評價學(xué)生學(xué)習(xí)能力的考核方式,從而更好地完成了人才培養(yǎng)的任務(wù),同時為專業(yè)認(rèn)證工作提供了一定的借鑒。