材料化學專業(yè)課程設計的改革與思考

高遠飛，司朝霞，趙夢雨，王曉燕

(1.南陽師范學院 化學與制藥工程學院，河南 南陽 473061；2.南陽師范學院 物理與電子工程學院，河南 南陽 473061)

材料化學是材料科學和化學兩個學科交叉的新興學科，它是材料科學學科發(fā)展的分支，同時又融入了關于化學學科的大量專業(yè)內容。材料化學是從化學研究方法出發(fā)，制備材料和測試材料性能，它是從原子、分子微觀層面上研究材料并和材料的宏觀尺度上的性能與結構建立聯(lián)系。材料化學更加注重“結構-成分-合成-性能”四要素之間的關系，所以就能夠更加有效的研究材料合成制備的新方法[1]。我校材料化學專業(yè)旨在培養(yǎng)具有良好人文、科學素養(yǎng)和創(chuàng)新意識，使學生具有從化學的角度來掌握材料的分子設計、制備方法、性能測試及應用方面的知識技能，培養(yǎng)多學科交叉的高素質專業(yè)人才。

目前，隨著我國社會的飛速發(fā)展，培養(yǎng)高質量的創(chuàng)新型人才已然成為了高等教育轉型發(fā)展的重要任務。材料化學專業(yè)的發(fā)展是國家科學技術進步和人才培養(yǎng)質量提升的重要標志之一，材料化學是以實踐和應用為目標的專業(yè)學科。材料化學專業(yè)學生除了接受材料科學和化學專業(yè)理論知識的學習以外，還需要結合化學實驗、材料化學專業(yè)綜合實驗、材料化學課程設計、畢業(yè)實習、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)將所學理論知識進行實際應用，將學生的被動學習變?yōu)橹鲃犹剿鳎囵B(yǎng)學生的獨立思考和創(chuàng)新能力[2]。

材料化學專業(yè)課程設計是本科教學過程中重要的集中實踐環(huán)節(jié)，也是在畢業(yè)論文之前學生自己將專業(yè)知識和實踐應用建立起聯(lián)系的自檢過程[3]。和以往被動式學知識的其他實驗課不同，材料化學專業(yè)課程設計主要是要求學生按照分配題目自主的進行原料選擇、材料合成制備以及性能檢測方案的設計，設計方案的合理性和創(chuàng)新性是最終對學生課程設計成績評定的標準，這也和材料化學專業(yè)的培養(yǎng)目標相吻合。

1 材料化學課程設計的學習目標

以南陽師范學院材料化學專業(yè)為例，我校的材料化學課程設計開始在第六學期，集中實踐時間為三周。通過課程設計，學生進一步熟悉材料的合成、設計、原料、制備或典型材料的生產基礎、表征方面的基本知識，學會正確地觀察、思考，同時培養(yǎng)學生的分析問題、解決實際問題以及獨立工作的能力和合作精神。課程要求學生自主查閱文獻，了解設計題目的前沿領域；提高綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決問題的能力；初步具備論文寫作的能力，為畢業(yè)實習和畢業(yè)論文環(huán)節(jié)做準備。

2 課程設計過程中存在的問題

2.1 基礎專業(yè)課設置的問題

材料化學專業(yè)課程設計之前，學生需要具備基礎化學、材料化學、材料合成與制備技術、材料性能學、材料加工、材料現(xiàn)代測試技術、工程制圖等課程知識的支撐。并且由于課程設計內容的綜合性和創(chuàng)新性，盡量應當在開始課程設計之前要求學生完成系列的材料化學綜合實驗。然而，目前部分高校的培養(yǎng)方案修改趨勢中，將專業(yè)課程都安排在前三個學年完成，這樣就容易導致出現(xiàn)課程設計和其他專業(yè)基礎課同期開設的尷尬局面。特別是課程設計過程中需要學生具備綜合考慮專業(yè)問題的能力，這也是平時單獨開設的理論課時容易忽略的內容，因此需要合理安排理論課和專業(yè)綜合實踐課程的教學順序。

2.2 題目設置和學生選題的局限性

在材料化學專業(yè)課程設計開設的過程中，設計題目的安排和學生的選題都是至關重要的。首先設計題目的安排需要和當前材料化學學科發(fā)展的前沿相結合，使課程設計內容具有新穎性；其次，學生再根據(jù)自己的興趣選擇合適的題目。但在以往的課程設計過程中，由于考慮到學生專業(yè)知識掌握程度不同，因此教師設置的設計題目內容比較單一，通常只是針對一種材料進行摻雜元素種類、制備條件進行改變，而并沒有與新材料、新技術相結合。此外，課程設計是分小組完成的任務，并且學生人數(shù)較多時則可能直接由指導老師指導分組和分配設計題目，這就很大程度上的壓制了學生的自主性，造成學生對課程設計重要性的認識不清楚和完成設計過程中松散懈怠的情緒出現(xiàn)。

2.3 課題調研不充分

材料化學專業(yè)課程設計開始初期時，需要學生進行大量的文獻調研和信息檢索，隨后對有用的信息進行歸納與總結。通過大二下期開設的"化學信息學"課程，學生已經基本了解了CNKI、萬方、Elsevier與Springerlink等中外文數(shù)據(jù)庫的檢索方法。但通過和學生交流發(fā)現(xiàn)，學生通過數(shù)據(jù)庫搜索到文獻資料的主要內容為實驗結果與討論，關于實驗設計部分內容較少，對學生啟發(fā)性不強。另外，在大量搜索相關文獻后，學生通常不能有效地進行歸納總結，抓不到每一篇文獻的關鍵性問題，通常課題前期調研工作顯得事倍功半。這些可能都和學生習慣的被動式學習模式有關，并沒有養(yǎng)成真正的活學活用和綜合分析的能力。

2.4 考核形式單一、評價方式不客觀

通常材料化學專業(yè)課程設計具有任務量較大、難度高和學時短等特點，這就需要3～4人學生按小組分工完成，在組長的帶領下完成信息檢索、原料選擇、設備選型和性能測試等內容設計，組內進行信息匯總后由所有成員共同完成一份課程設計任務書。課程考核評分時的主要依據(jù)為任務書的撰寫效果，同組的同學都可以獲得基本相同的分數(shù)。這就會導致個別學生出現(xiàn)惰性心理，讓課程設計最終變?yōu)榱恕叭齻€和尚沒水喝”的局面。因此如何對每個學生課程設計這門課成績的客觀與科學的評價是值得思考的一個問題。

3 課程設計的改革思路

材料化學專業(yè)課程是連接專業(yè)基礎課和畢業(yè)實習、畢業(yè)論文等環(huán)節(jié)的橋梁，不僅要求學生能夠按照題目要求完成材料制備和性能測試方案的設計，更要充分體現(xiàn)學生的自主性和創(chuàng)新性。下文中將結合南陽師范學院2015級、2016級材料化學專業(yè)培養(yǎng)方案的修改，提出了關于課程設計的改革思路。

3.1 優(yōu)化專業(yè)課程設置，與實踐環(huán)節(jié)相協(xié)調

根據(jù)我校材料化學專業(yè)的實際培養(yǎng)方案要求，本科學生通常在前三個學期主要進行四大化學、公共課的學習，材料專業(yè)課一般由大二下期開始集中開課，因此如何合理的將材料類專業(yè)課安排在剩余的三個學期顯得尤為重要。我校自2015級學生起，在大二下期開始每學期安排3～4門材料專業(yè)課和1門材料實驗課。例如，第四學期開始，在已有的化學課程基礎上安排了材料化學、高分子化學、材料力學、材料化學專業(yè)實驗I等必修課程。隨后大三年級時，依次安排了材料科學基礎、材料性能學、材料化學專業(yè)實驗II、高分子物理、材料現(xiàn)代測試技術等課程。特別對于第六學期，通過增大周學時數(shù)從而將原來18周完成的課程集中在前12周內完成。這樣就使得學生在完成了專業(yè)核心課程后才開始綜合實驗以及隨后的課程設計。避免了理論課和課程設計交叉進行的情況出現(xiàn)，能讓學生現(xiàn)學現(xiàn)用專業(yè)理論知識，并且也通過課程設計等實踐環(huán)節(jié)也進一步鞏固和掌握了所學專業(yè)知識[4]。

3.2 靈活設計課程設計題目，引導學生合理選題

本科專業(yè)的課程設計不僅是為學生的下階段畢業(yè)實習和畢業(yè)論文做準備，同時也是在逐步培養(yǎng)學生的科研能力以適應未來的工作成為合格的專業(yè)技術人才。因此課程設計的題目要具有較為寬廣的范圍，同時題目還要具有一定的難度和創(chuàng)新性[5]。我校材料化學專業(yè)教師的科研方向涉及陶瓷材料、新能源材料、高分子薄膜材料、光催化材料等，因此可將課程設計題目與教師科研方向相結合。例如“仿生壁虎膠帶的制備方案設計”、“鑭鍶錳氧導電氧化物薄膜的制備與性能測試”、“甲醇燃料電池電極材料的制備與性能表征”等，這些題目可以和當前材料領域的研究熱門相結合，并與材料在生活、工業(yè)上應用的實例相聯(lián)系從而來引起學生的興趣。

在大三下期開設課程設計時，通常大部分學生已經明確了自己未來考研或者工作的方向。學生可根據(jù)自己的興趣進行自主選題，或者指導老師也可鼓勵學生自行選擇某些新材料進行自命題，這也從源頭上充分調動了教師指導和學生參與的積極性。教師可以將每個小組的課題細分為多個子課題，明確分工任務到每位學生，讓學生之間相互幫助與監(jiān)督，避免學生產生懶惰情緒。此外課程設計開始前的動員工作也尤為重要，由每位指導老師負責對自己安排的題目進行簡介，讓學生明白每個題目的研究意義和創(chuàng)新性，同學也可擴展學生的專業(yè)知識面。隨后可以讓學生通過“問卷網”等形式結合小組并在互聯(lián)網上選題，從而改變了以往由教師直接指定題目的被動教學設計局面。

3.3 鼓勵學生后續(xù)實驗驗證

材料化學專業(yè)課程設計要求學生根據(jù)題目設計出材料的合成制備與性能檢測方案，這些內容常是學生根據(jù)文獻調研加上模仿綜合實驗而設計出的。然而對于想進一步深入研究該課題的學生，他們設計的方案的邏輯合理性和科學性無從考究。因此需要由指導老師對課程設計中完成質量較好的小組，盡量提供實驗原料和設備，讓學生自己動手完成他們親自設計的實驗方案，在付諸實驗的過程中充分研究每一個步驟的實際操作性，發(fā)現(xiàn)方案設計的不足并優(yōu)化設計思路，從而培養(yǎng)學生自己發(fā)現(xiàn)問題、思索問題和解決問題的能力，避免課程設計成為單一的“紙上談兵”[6]。學生通過實驗獲得的數(shù)據(jù)結果，可以推薦參加“節(jié)能減排”或“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術科技比賽。同時在指導老師的幫助下也可進一步完善實驗內容，作為本科畢業(yè)論文(設計)的前期工作。

3.4 增加答辯環(huán)節(jié)，綜合評定課程成績

在課程設計完成后由小組成員集體進行公開答辯，相近課題的同學也可以參與并互相學習。要求學生通過PPT的形式展示各組的設計方案，并解釋重要實驗步驟的設計思路，這些內容是很難在課程設計任務書中以文字形式展現(xiàn)的。當然學生在答辯中描述的設計思路的合理性也將成為課程設計評分的重要依據(jù)。通過各小組間的互相提問，學生能夠盡可能多的學習到其他課題的內容，以拓展思路并優(yōu)化自己的課程設計方案。除此以外，學生也能夠通過分享自己的設計成果，從而獲得成就感和對自我的肯定。最后，教師也可根據(jù)答辯情況基本了解學生的專業(yè)知識掌握水平，對下一步的專業(yè)學習和畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)提出建議。

4 結語

材料化學專業(yè)課程設計是本專業(yè)學生重要的重要實踐環(huán)節(jié)，它起到了將專業(yè)理論課程和畢業(yè)實習、畢業(yè)論文建立起聯(lián)系的關鍵作用。針對以往課程設計存在的課題形式、評價方法和課程設置的局限性，以南陽師范學院材料化學專業(yè)為例，提出了通過優(yōu)化專業(yè)課程設置，結合學生興趣安排創(chuàng)新性題目，鼓勵學生通過實驗驗證方案設計的合理性，并客觀綜合的評定學生的課程設計成績，調動了學生在開展課程設計時的積極性。以此讓學生能夠將自己所學的知識充分應用到解決實際科學問題的過程中去，達到了課程設計的根本目的。