《高分子納米材料》課程教改研究與探索

施冬健+陳明清+段芳

（江南大學 化學與材料工程學院，江蘇 無錫 214122）

摘要：《高分子納米材料》是我校高分子材料專業開設的一門專業選修課。在分析了課程的目的、特點和教學存在問題的基礎上，詳細闡述了運用視頻課程、顛倒課堂、電子產品輔助教學等多元化教學手段，實現本課程的教學改革。

關鍵詞：高分子納米材；教學改革；顛倒課堂

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）49-0080-03

一、引言

納米科學與技術是20世紀80年代末期興起的，經過三十多年的發展，納米技術已逐步邁出實驗室走向市場，其商業化應用在全球范圍內迅速展開。全世界都認識到，納米技術將引起新一輪的產業變革，未來擁有并掌握納米技術及其應用的國家將更具備核心競爭力。納米材料科學是涉及到凝聚態物理、膠體化學以及材料的表面和界面等多門學科的交叉科學，而高分子納米材料同樣是涉及高度交叉的綜合性學。納米結構的聚合物材料由于尺寸效應、表面效應、量子效應和宏觀量子隧道效應使材料具有獨特的性能而在機械、光、電、磁、微處理器件、藥物控釋、環境保護、納米反應器及生物化學等方面具有廣闊的應用前景[1]，從而掀起了對納米結構聚合物材料研究的熱潮。在納米科技迅速發展的大背景下，很多高校的材料專業開設了“納米材料”或“納米技術”相關課程[2-3]。但據作者所知，江南大學是少數對高分子材料專業開設《高分子納米材料》課程的高校之一，筆者結合自己的授課經驗以及《高分子納米材料》課程的特點，從其現在面臨的問題及采用多元化教學手段等方面研究探索該課程的教學改革。

二、課程特點及現有問題

《高分子納米材料》課程介紹高分子納米材料的獨特性能、制備方法，并將其和學科發展前沿聯系起來，主要教學內容側重如下幾個方面：（1）高分子納米材料的基礎知識（包括基本效應、特殊性質）；（2）高分子納米材料的制備方法；（3）高分子納米材料的表征方法；（4）特殊功能的納米材料（如高分子納米復合材料、高分子納米涂料、生物醫用高分子納米材料、光/電/磁性高分子納米材料、超疏水/疏油（雙疏）性高分子納米材料）；（5）高分子納米材料的應用及生物安全性問題。涉及較多的應用研究型內容、既有理論又有實踐，強調理論和實踐的結合，且課程的知識點較多，知識的交叉性強。

本課程的開設旨在為具有高分子材料與工程學科背景的學生增加納米科學及技術的基礎知識。通過學習本課程，學生對高分子納米材料的發展趨勢和研究熱點有了很深的理解，涉獵了未來高分子納米材料的重大學科領域。學生的創新思維以及能力得到了不同程度的提升。

作為典型的交叉學科，《高分子納米材料》課程的教學具有一定的難度。首先，課程內容涉及知識面廣，該課程主要解決以下問題：“什么是納米技術”、“怎么制備高分子納米材料”、“高分子納米材料的特殊功能”等，而特殊功能性就包括了光/電/磁性、pH/溫度響應性、超雙疏性等多部分內容。因此難于在有限的課堂教學時間內全面系統地深入介紹學科內容，容易導致沒有節制的填鴨式教學，使學生無法在短時間內消化，影響后續課程的學習。如何準確把握課程的基礎理論框架，引導學生開展自主學習，是授課教師在設計課程內容時需要解決的重要問題。其次，課程內容前沿性強，知識更新速度快，研究熱點不斷變化，新的研究方向與研究成果層出不窮。這就需要授課教師投入更多的時間和精力縱覽多個學科的發展，以便能夠站在學科的前沿引領學生去認知和創新性思考。再次，內容抽象，盡管納米材料這門課較新，學生們興趣較高，但在講授過程中缺乏實物，無法為學生帶來更直觀的感覺，從而影響了學生進行獨立的思考、個性思維的發展和創新能力的培養。

三、課程教學手段改革

為提高課堂教學質量，提高學生的綜合能力，以使學生成為適應社會發展需要的復合型人才，教師必須轉變教學理念，激發學生的學習興趣、主動性、積極性[4]。

（一）課堂多樣化教學法

傳統教學方式中，老師在課堂上滿堂灌，使學生缺乏思考，覺得學習枯燥無味，喪失學習激情。因此，應結合不同的教學內容，授課教師運用“提問式”、“討論式”等方式方法結合起來講授，注重與學生的互動。對于理論性較強的內容，多采用圖片形式展示，如結合Photo Shop、AutoCAD等繪圖軟件制作一些多媒體教學課件，根據需要進行拆分和組合講解，增強學生的直觀認識，達到傳統教學手段無可達到的演示效果。同時，注重語言的深入淺出，或理論聯系實際，如在介紹超雙疏高分子納米材料部分課程時，從自然界中的荷葉效應開始解釋，說明荷葉結構與性能關系，從而引入超雙疏高分子納米材料，在快速理解的同時，激發學生的學習熱情和投身其研究的興趣。

視頻課件內容豐富、信息量大，教師可以制作或下載相關教學視頻，引入更多與課程相關的新知識、新技術和新成果。如介紹生物醫用高分子納米材料在藥物緩釋領域的應用時，納米材料怎樣進入體內病變部位，怎么靶向、釋放藥物，達到治療的效果，如果沒有視頻，學生很難理解、很難想象；而通過視頻將其原理、過程更直觀、更形象的展現在學生面前，讓學生更容易、更有興趣地去學習并掌握知識點。

另外，對于相關制備技術與創新應用方面，則要重視啟發——探究式的教學，注重理論聯系實際以及學生創新思維和能力的培養，比如對于高分子納米材料的測試表征手段的教學，教師可以結合實驗教學，帶領學生參觀所學習的相關儀器設備，動手操作儀器，這樣既可以提高學生的學習興趣，又可以鞏固所學的理論知識，其實踐能力也可以得到培養。

（二）顛倒課堂教學法

顛倒課堂教學法堅持“以學生為中心”的教學理念，借助于信息技術在時空上顛倒傳統教學中教師的知識傳授與學生的知識內化過程，讓學生可以在家或課外通過觀看教學教案、教學視頻中教師的講解，自主完成對新知識的學習，課堂上教師通過設計一些真實的問題情境，組織學生協作探究解決問題的方法，而學生可以通過與教師、同伴的交流討論，實現對知識的吸收與深化[5]。顛倒課堂在國外已經取得了較好的效果，而在國內還鮮少嘗試。

在《高分子納米材料》課程中，可以根據需要有選擇的對部分教學內容進行顛倒課堂。我們根據前期對學生的調查，學生們一致對生物醫用高分子納米材料非常感興趣，有很多的問題想了解，如果還是以傳統法教學，則無法較好的和他們討論、回答他們問題，無法滿足他們的好奇心。因而，在進行這部分內容教學時，可以采用顛倒課堂的方式。首先在班級的微信群或QQ群里上傳教學PPT及相關視頻，學生通過學習后，對生物醫用高分子納米材料的發展概況、基本知識、結構設計有了一定的了解；在課堂上，學生先提出問題，分組交流討論、教師參與討論；教師最后再補充知識、總結學生問題的基礎上，再設計問題讓學生深入思考，解決問題。

（三）教學與科學研究復合的教學法

為培養學生應用所學的知識解決實際問題的能力，教師可以將教學與科學研究進行復合。如結合教師們的課題，把最新的科研成果有機地融入課堂教學中，為學生講解具體的高分子納米材料制備及性能研究，并讓其參與其中，將研究的樣品實際展示給學生，調動學生興趣，突出高分子納米材料的趣味性、理論性、科學研究性和前瞻性，并加強學生的自主創新意識和科研能力。

另外，邀請國內外高分子納米材料專家做專題報告和前沿講座，使學生能夠及時了解前沿技術與發展動態；結合教學內容，提出本學科的研究熱點問題，與課堂討論相結合，不僅增強了師生間的互動、活躍了課堂氛圍。

（四）借助智能電子產品建立學習平臺

21世紀以來，各類高大上的電子產品，如iPad、手機等已成為年輕人須臾不可離的隨身之物，這類電子產品極大的分散了學生上課的注意力及降低了學生對學習的興趣和主動性，因而一直不被教師、家長看好，將之拒于學校與課堂大門之外。然而，隨著數字校園向智慧校園的邁進，手機的這種應用及趨勢只會越來越頻繁，全面禁止大學生在教學過程中接觸手機只會適得其反。因此，應順應學生的心意，改革和完善現行教學方式，在課堂教學、課后練習中有效利用智能電子產品，使其成為輔助教學的良好工具[6]。

在《高分子納米材料》課程教學中，我們建立了班級QQ群、微信群，通過群平臺進行信息發布、專題討論、資源共享等，有利于及時發布消息、正確引導學生、掌握學生動態。教師對根據學生的學習能力、反饋信息，提供個性化的教學要求和實施目標。

微信公眾號平臺經常發布相關的知識、發展動向、微課等內容，這是一個可以讓學生在課后補充學習的平臺。因而，要求學生關注如“納米人”、“高分子科學前沿”等公眾號，認真學習和掌握高分子納米材料的發展動向。同時，智能手機中的一些APP也對我們課程有很好的幫助，如ACS Mobile、RSC Mobile等，旗下雜志一有新的研究進展及時更新至APP中，讓學生更及時了解高分子納米材料的研究動態與最新成果。

四、結束語

作為本世紀最矚目的前沿科技研究熱點之一，高分子納米材料也取得了長足發展，很多新的高分子納米材料產品如高分子納米涂層、高分子復合材料、藥物緩釋納米材料等從實驗室走向實際應用，成為保障人類生活和工業發展的重要基礎。《高分子納米材料》課程教學內容的選擇要充分考慮到廣度和深度的統一、基礎和前沿的兼顧、新舊內容的銜接、理論聯系實際、巧用電子產品的資源等多個方面。在整個教學過程中，學習者表現較積極，能主動發言并積極參與討論，各個小組的匯報效果也較好，能夠激發學習者的學習興趣，培養學生創新意識及創新能力。

參考文獻：

[1]Vikas Mittal.Advanced Polymer Nanoparticles，Synthesis and Surface Modifications.2011，CRC Press，Taylor & Francis Groups.

[2]劉玉芹，杜高翔，楊靜.《納米材料》課程教學內容與教學方法探討[J].科技教育創新，2008（3）：210-211.

[3]李本俠，王艷芬，胡路陽.淺論“納米材料與納米技術”[J].課程教學研究.2014，40（1）：72-74.

[4]白繪宇，羅靜，倪才華，東為富，劉曉亞，陳明清.高分子流變學教學的探討-借鑒美國大學高分子流變學課程教學經驗[J].2015，（7）：89-93

[5]Katie Ash.Educators evaluate 'Flipped classrooms' benefits and drawbacks seen in replacing lectures with on-demand video[J].Education Week，2012，（10）：6-8.

[6]魏瑋，李治全，劉曉亞.智能手機在《高分子化學實驗》教學中應用的構想與探討[J].教育教學論壇，2015，24（6）：253-254.