《納米材料》課程教學探索與思考

摘要：《納米材料》是一門新興的、多學科交叉性課程，涉及凝聚態(tài)物理、化學、材料、生物等領(lǐng)域。針對該課程知識點繁雜、概念抽象等特點，結(jié)合自身教學經(jīng)驗和課程特點，從該門課程的教學目的、教學內(nèi)容、教學方法與手段等方面進行了系統(tǒng)的探索和改革，以達到提高教學質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：納米材料，教學方法，教學質(zhì)量

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

納米科技是20世紀80年代末逐步發(fā)展起來的新興學科領(lǐng)域，它涉及到凝聚態(tài)物理、化學、材料、生物等領(lǐng)域[1]。目前，納米科技與生物技術(shù)、信息技術(shù)成為推動人類未來發(fā)展的三大主流科技，在信息技術(shù)、生物與農(nóng)業(yè)、環(huán)境能源、生命醫(yī)學以及航空航天等方面有廣泛的應(yīng)用前景。納米科技的迅猛發(fā)展將促使幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生一場革命性的變化。

納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，對納米材料的學習，是適應(yīng)未來社會對材料專業(yè)人才的需要。在教材的方面，一直沒有一本面向研究生教學的、較系統(tǒng)性的納米材料的教材。本文擬從納米材料課程教學目的、教學內(nèi)容、教學方法與手段等方面對高等院校材料類研究生專業(yè)進行納米材料課程的教學改革進行探討。

1 教學目的制定

課程的目的是通過課堂教學，使碩士研究生能夠了解、掌握納米科學與技術(shù)的概念、分類及其特點，了解和掌握納米材料的基本物理和化學性能；掌握納米材料的主要制備方法和原理；掌握納米材料的結(jié)構(gòu)分析測試方法；了解納米材料的生物毒性和安全性；了解納米材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景以及最新研究進展，以便使學生了解和把握當今納米科學的最新研究前沿

2 教學內(nèi)容的選擇

目前，納米材料正蓬勃發(fā)展，其涉及的面也越來越廣泛，涵蓋原子物理、凝聚態(tài)物理、膠體化學、固體化學、配位化學、化學反應(yīng)動力學和表面、界面等多中學科，內(nèi)容廣泛[2]。隨著納米科技的興起，也出現(xiàn)了很多介紹納米效應(yīng)、納米技術(shù)應(yīng)用及納米材料制備技術(shù)文獻和資料，對推動納米科技的健康發(fā)展起了很好的作用。但是，在教材的方面，一直沒有一本面向研究生教學的、較系統(tǒng)性的納米材料的教材。根據(jù)筆者從事納米材料課程教學的實踐，認為要達到前面提出的納米材料課程教學目的。課程的教學主要內(nèi)容應(yīng)包含以下幾方面： 納米材料的基本概念、發(fā)展史；納米材料的分類及其特點；納米材料的基本物理和化學性能；納米材料的主要制備方法和原理；納米材料的結(jié)構(gòu)分析測試方法；納米材料的生物毒性和安全性；納米材料最新研究進展。根據(jù)教學內(nèi)容特點，可以考慮將教學內(nèi)容分會以下6個部分。

2.1 緒論

從納米材料的新奇特性開始，講述納米材料的內(nèi)涵和基本概念以及發(fā)展史。根據(jù)材料的分類方法講述納米材料的分類方法及特點。講述納米材料的基本結(jié)構(gòu)單元及其特性。重點講述納米材料的量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等基本性能。并結(jié)合我國納米材料研究現(xiàn)狀和學生研究方向進行相關(guān)討論，激發(fā)學生對納米材料的好奇心和求知欲。

2.2 納米材料物理化學性能

主要內(nèi)容涉及納米材料的結(jié)構(gòu)和形貌特征；納米材料的熱學、磁學、光學等物理特性；納米材料的吸附、分散、團聚等化學特性。將納米材料的物理化學特性與結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)，按照基本結(jié)構(gòu)-基本特性-特殊結(jié)構(gòu)-特殊效應(yīng)-特殊功能-特殊應(yīng)用這一思路，引領(lǐng)學生深入思考，可以起到舉一反三效果。

2.3 納米材料的制備方法和原理

按照納米材料維數(shù)分類方法，講述零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料、三維納米材料的特征、制備方法和基本原理。重點講述蒸發(fā)-冷凝法、濺射法、氣相化學合成法等氣相方法和沉淀法、溶膠凝膠法、微乳液法、溶劑熱法等液相方法。并結(jié)合學生研究方向?qū)ο嚓P(guān)材料和方法進行詳細討論，使學生掌握相關(guān)制備方法，為隨后的研究奠定堅實的基礎(chǔ)。

2.4納米材料的結(jié)構(gòu)分析測試方法

主要包括透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線光電子能譜儀、X射線粉末衍射儀、激光粒度儀等納米材料表征儀器。通過學習，使學生掌握納米材料測試的主要方法和儀器，并掌握各種儀器的優(yōu)缺點和適用范圍。同時，也使同學們認識到納米材料研究的高技術(shù)特點。

2.5納米材料的生物毒性和安全性

主要包括納米材料的生物毒性和安全性。根據(jù)已有的相關(guān)研究報道，介紹一些納米材料的生物毒性，讓學生們了解納米材料的不足之處，掌握相關(guān)的安全操作規(guī)則，以便在隨后的納米材料相關(guān)研究中避免出現(xiàn)安全事故。

2.6最新研究進展

根據(jù)納米材料的最新研究熱點，如石墨烯、鋰離子電池燈，講述納米科技領(lǐng)域國際最新研究動態(tài)，讓學生了解國際最新研究熱點。

3. 教學方法與手段

3.1 多媒體教學

針對納米材料課程內(nèi)容廣泛，知識點多的特點，采用多媒體教學方式。利用多媒體教學圖、文、聲、像融為一體的優(yōu)點，可以使教與學的活動變得更加豐富多彩，又可以將信息量大的課程內(nèi)容在有限的時間內(nèi)呈現(xiàn)給同學們。從而激發(fā)學生的學習興趣，促進學生思維發(fā)展，豐富學生的想象力。例如，講述納米材料宏觀量子隧道效應(yīng)時，可以動畫的形式展現(xiàn)，方便學生們理解。講述納米材料的制備方法時，可以通過示意圖的形式展現(xiàn)，更容易讓學生理解和掌握。

3.2交互式討論

利用交互式討論教學方式。根據(jù)學生的興趣，結(jié)合課程內(nèi)容，將學生劃分多個課題小組，進行課堂討論。例如，講述微乳液法制備納米材料時，首先讓學生通過文獻查閱等方式了解該方法；其次，在課堂上就該方法、原理和實踐應(yīng)用進行充分討論和分析；最后老師指出該內(nèi)容的重點和難點。通過這種交互式討論，在課堂教學中，確立學生的主體地位，尊重學生的主體意識；創(chuàng)設(shè)民主、平等的課堂氛圍，讓學生充分發(fā)表自己對問題的看法，發(fā)揮學生的主管能動性，變被動接受為主動探索；使學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維能力得到不斷的發(fā)展[3]。

3.3實踐操作相結(jié)合

納米材料是一門實踐性很強的課程。在課程教學中要充分與實踐相結(jié)合，根據(jù)學生的研究方向，結(jié)合課程內(nèi)容，安排學生進行相關(guān)實驗。通過具體的實驗使學生對納米材料有更多的感性認識。涉及透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線粉末衍射儀、激光粒度儀等納米材料表征儀器內(nèi)容時，結(jié)合具體情況，可安排一定時間上機觀察和操作。

4 結(jié)語

納米材料是納米科技的基礎(chǔ)，對納米材料的學習，是適應(yīng)未來社會對材料專業(yè)人才的需要。本文從納米材料課程教學目的、教學內(nèi)容、教學方法與手段等方面對高等院校材料類研究生專業(yè)進行納米材料課程的教學改革進行系統(tǒng)的探討，實踐證明，這些舉措的實施取得了良好的教學效果，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和科研精神起到了一定的作用

參考文獻

[1]白春禮.納米科技及其發(fā)展前景，新材料產(chǎn)業(yè)[J].2001，4：8-11.

[2]張立德，牟季美.納米材料和納米結(jié)構(gòu)[M].北京：科學出版社，2001，2：11.

[3]羅華.開啟學生的創(chuàng)新意識—談交互式討論教學法[J].天津師范大學學報（基礎(chǔ)教育版），2002，3（4）：17-19+31