美麗的微觀新世界

楊丹丹++吳子華++徐海萍++黎陽++王元元++李文琴

摘要：本文從調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、加強(qiáng)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面對納米材料學(xué)課程進(jìn)行了教學(xué)改革和探索，并對取得的成果進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：納米材料學(xué)；課程建設(shè)；教學(xué)改革

一、前言

1959年美國物理年會(huì)上，著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼提出一個(gè)設(shè)想：“如果有一天，我們能夠按照人的意志排列組合一個(gè)個(gè)原子和分子，那將會(huì)出現(xiàn)什么樣的奇跡呢？”雖然這在當(dāng)時(shí)只是一個(gè)十分美好的夢想，但隨著時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)原本看起來不切實(shí)際的夢想正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。1984年，德國科學(xué)家格雷特首先制成第一塊金屬納米材料，這成為同年在柏林召開的第二屆國際納米粒子和等離子簇會(huì)議上的熱點(diǎn)議題。而1990年召開的第一屆國際納米科學(xué)與技術(shù)會(huì)議，標(biāo)志著納米科技——人類科技史上的一個(gè)美麗、神奇的微觀新世界正式誕生。經(jīng)過二十年的飛速發(fā)展，納米科技的影響已經(jīng)遍及人類社會(huì)生產(chǎn)與生活的各個(gè)角落，并派生出納米材料學(xué)、納米物理學(xué)、納米化學(xué)、納米電子學(xué)、納米計(jì)量學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米生物學(xué)、納米力學(xué)等諸多主流學(xué)科分支。其中，納米材料學(xué)是納米科技的基礎(chǔ)。納米材料的定義是在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。現(xiàn)如今，納米材料正在逐漸進(jìn)入人們生活的各個(gè)方面，包括食品、服裝、居家、醫(yī)療、交通等，納米材料所顯現(xiàn)出來的神奇特性和功能吸引了廣大科學(xué)家甚至普通人。所以“納米材料學(xué)”這門課程也成為眾多高校材料學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生的必修課程。

二、納米材料學(xué)課程建設(shè)探索

我院的“納米材料學(xué)”課程于2010年首次開設(shè)，迄今為止已經(jīng)歷過院級課程建設(shè)、校級重點(diǎn)課程建設(shè)及校級精品課程建設(shè)三個(gè)階段。在這三期的建設(shè)過程中，我們對“納米材料學(xué)”這門課程的教學(xué)方法和手段進(jìn)行了改革和探索，對教學(xué)團(tuán)隊(duì)加強(qiáng)了建設(shè)，并結(jié)合所在學(xué)院的教學(xué)特色進(jìn)行一些教改項(xiàng)目研究。這些方面的建設(shè)取得了一定的成果，教師也收獲了頗多教學(xué)心得和體會(huì)。

首先，在對課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)方法設(shè)計(jì)時(shí)，除教師課堂講解課程內(nèi)容外，案例教學(xué)法、課堂討論法、選題報(bào)告法和撰寫課程小論文等教學(xué)手段也被陸續(xù)引進(jìn)課堂，力求建立多渠道教學(xué)方法體系，目的是使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)掌握知識(shí)。例如，在講授“納米復(fù)合材料”時(shí)，引入實(shí)際案例：介紹當(dāng)前航空制造業(yè)中所需要用到的一些高性能金屬基復(fù)合材料、樹脂基復(fù)合材料以及碳纖維復(fù)合材料等，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，也令他們更加明晰未來所要從事的材料行業(yè)的前景。在講授“納米材料的性能”時(shí)，面對較為枯燥的書本理論，教師會(huì)注重引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合納米材料在生活中的實(shí)際應(yīng)用，開展課堂分組討論，給予學(xué)生寬松的討論環(huán)境，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，在討論中相互學(xué)習(xí)并加深對書本知識(shí)的理解和掌握。在講授“二維納米材料”時(shí)，除了介紹書本上傳統(tǒng)的材料，也可以引入當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，如石墨烯、磷烯、二硫化鉬和二硒化鉬等，指導(dǎo)學(xué)生查找相關(guān)文獻(xiàn)資料并整理匯總，進(jìn)而形成一部分課程報(bào)告，從而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和獲取知識(shí)的能力。在講授“納米機(jī)器”章節(jié)時(shí)，適當(dāng)引入分子機(jī)器這一專題內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在課程結(jié)束時(shí)，教師將平時(shí)收集到的納米材料行業(yè)面臨的一些實(shí)際問題，經(jīng)過提煉和處理，將其作為課程論文設(shè)計(jì)的題目分派給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行調(diào)研分析，從而培養(yǎng)學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力、解決實(shí)際問題的能力以及實(shí)踐創(chuàng)新能力。

其次，課程建設(shè)中，一支具有較高理論水平和實(shí)踐能力、符合年齡和職稱梯度結(jié)構(gòu)的高素質(zhì)教師隊(duì)伍是工作的重中之重，也是保障課程建設(shè)工作順利開展的必要條件。目前教學(xué)團(tuán)隊(duì)包括教授、副教授、講師和助教四個(gè)梯度的師資職稱，結(jié)構(gòu)合理。每位中高級職稱教師都承擔(dān)著與先進(jìn)納米材料相關(guān)的科研課題，這對保證教師緊密跟蹤納米材料學(xué)科的最新研究前沿是非常有利的，只有這樣，才能保證學(xué)生在課堂上第一時(shí)間了解最新知識(shí)。在課程建設(shè)過程中，除了多次組織教師教學(xué)觀摩外，學(xué)院每月都安排教學(xué)專題討論會(huì)。授課教師積極參加國內(nèi)外納米材料專業(yè)的學(xué)術(shù)研討會(huì)議和教學(xué)研討會(huì)議，以會(huì)代訓(xùn)，提高素質(zhì)，強(qiáng)化實(shí)踐技能。

再次，結(jié)合本學(xué)院“學(xué)生參與教師科研”這一教學(xué)特色活動(dòng)，在課程建設(shè)過程中，深入開展以自助式實(shí)踐教學(xué)為載體、提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的教改項(xiàng)目研究，利用學(xué)院儀器設(shè)備齊全、實(shí)驗(yàn)空間充分的優(yōu)勢，鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行各種綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，參加如大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、陳嘉庚青少年發(fā)明獎(jiǎng)比賽等科技大賽。這些活動(dòng)可以使學(xué)生真正把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)踐中去，為學(xué)生將來走上工作崗位、從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。