農(nóng)業(yè)院校仿生智能材料課程的教學(xué)改革研究

李 玲 陳 樹(shù) 彭 昌

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

仿生材料學(xué)是一門(mén)新興的學(xué)科，是材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)及生物學(xué)的交叉學(xué)科，主要通過(guò)研究生物材料的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能關(guān)系，制備出結(jié)構(gòu)和性能與原生物材料類似的新材料[1]。仿生材料不僅在結(jié)構(gòu)上類似于所模擬的生物材料，而且性能也類似，使得許多天然的、性能好的生物材料可以大規(guī)模的生產(chǎn)，推動(dòng)了材料科學(xué)的發(fā)展[2]。仿生材料智能化是材料學(xué)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。在自然界中，許多天然生物材料具有完美的微觀結(jié)構(gòu)，例如荷葉表面由微納米級(jí)的乳突結(jié)構(gòu)組成，具有超疏水性能；水黽的腿部由多級(jí)微納米結(jié)構(gòu)組成，可以在水中自由的停留與跳躍； 壁虎的腳由大量的多級(jí)剛毛所組成，可以在天花板上自由爬行， 等等[3]。

在大農(nóng)學(xué)專業(yè)背景下，仿生智能材料與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域接軌發(fā)展是農(nóng)業(yè)院校材料化學(xué)專業(yè)的一大特色和優(yōu)勢(shì)。通過(guò)對(duì)仿生智能材料課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能了解仿生智能材料的基本理論技術(shù)與基本特性，掌握仿生智能材料性能與結(jié)構(gòu)的內(nèi)在關(guān)系，并熟悉仿生智能材料在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展。本課程既拓展學(xué)生的知識(shí)面，又可以樹(shù)立新材料觀念，為未來(lái)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

本課程主要學(xué)習(xí)對(duì)象為本校材料化學(xué)專業(yè)研一的學(xué)生。我校仿生智能材料課程的授課模式改革的重點(diǎn)在于研討型教學(xué)模式的實(shí)踐與推廣。通過(guò)本門(mén)課程教學(xué)方式的改革與創(chuàng)新，既令學(xué)生掌握基本理論知識(shí)及技能，又可培養(yǎng)職業(yè)素養(yǎng)與專業(yè)技能，提高學(xué)生分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力，使教學(xué)工作的重點(diǎn)真正落實(shí)到全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)方面，進(jìn)而培養(yǎng)出創(chuàng)新型的人才[4, 5]。

1 仿生智能材料課程教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題

若任課教師仍采用傳統(tǒng)的教育模式，機(jī)械式的灌輸知識(shí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不僅不理想而且會(huì)與時(shí)代脫軌。在仿生智能材料課程教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生對(duì)與生活相近的知識(shí)感興趣，也容易在日常的生活中得到應(yīng)用，但也存在以下問(wèn)題。

1.1 合理的選擇教材與教學(xué)內(nèi)容

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步及社會(huì)發(fā)展需求的變化，教材的更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法跟上知識(shí)的更新。教師如何變更教學(xué)體系，如何在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)提升教學(xué)質(zhì)量，如何為農(nóng)業(yè)院校材料專業(yè)選擇合適的教學(xué)素材成為了擺在教師面前的一大難題。

在當(dāng)前的教學(xué)背景下，教學(xué)目標(biāo)通常是通過(guò)課堂教學(xué)完成的。仿生智能材料種類繁多，覆蓋內(nèi)容廣泛，但其作為選修課程，課時(shí)很少。所以，教學(xué)內(nèi)容重點(diǎn)的選取決定了教學(xué)的成敗，而仿生智能材料發(fā)展日新月異，教材的出版遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上知識(shí)的更新。因此合理的選擇教材，精選講授內(nèi)容，并適當(dāng)與時(shí)下的發(fā)展相聯(lián)系，與時(shí)俱進(jìn)，是非常重要的。

1.2 固定模式化的教學(xué)方式

研究生教育第一學(xué)年通常進(jìn)行專業(yè)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，以教師灌輸知識(shí)為主，枯燥的理論內(nèi)容易讓學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，對(duì)于學(xué)生后期研究課題的開(kāi)展并無(wú)實(shí)際助益。雖然多媒體教學(xué)已成為現(xiàn)在普遍的教學(xué)方式，但在教學(xué)過(guò)程中仍以文字為主，圖片和動(dòng)畫(huà)屈指可數(shù)，和傳統(tǒng)的教學(xué)相比，并無(wú)很大提高。在材料介紹或者機(jī)理推導(dǎo)中，教師通常只是直接介紹結(jié)果，缺少啟發(fā)式教學(xué)的引導(dǎo)過(guò)程。固定模式化的教學(xué)方式盡管會(huì)節(jié)省更多時(shí)間，但學(xué)生對(duì)知識(shí)理解的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，收效甚微。

1.3 教學(xué)考核方式不科學(xué)

除了教學(xué)本身的內(nèi)容和教學(xué)方式不盡合理外，研究生教學(xué)的考核和評(píng)估也在教學(xué)質(zhì)量評(píng)判中起到?jīng)Q定性作用。而課程通常的考核是開(kāi)卷考試或撰寫(xiě)本課程相關(guān)的一篇論文。此類考核方式很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，影響了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 仿生智能材料課程教學(xué)改革措施

2.1 合理的選擇教材與教學(xué)內(nèi)容

利用農(nóng)業(yè)院校的優(yōu)勢(shì)以及學(xué)科發(fā)展的特點(diǎn)突出重點(diǎn)主題，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)課程教學(xué)。首先，介紹仿生智能材料的基本概念、分類及應(yīng)用領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)、表征方法及發(fā)展趨勢(shì)等，為后續(xù)的學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。其次，圍繞涉農(nóng)作物仿生智能材料進(jìn)行重點(diǎn)介紹和學(xué)習(xí)。

2.2 教學(xué)方法的改革，培養(yǎng)學(xué)生的理論結(jié)合實(shí)踐能力

本課程屬于材料化學(xué)的選修課程，在教學(xué)過(guò)程中緊密?chē)@特色及重點(diǎn)知識(shí)向?qū)W生介紹材料的特性及相關(guān)應(yīng)用，以“探究式” 的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)， 使課堂更加生動(dòng)有趣， 進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，提高學(xué)生的思考能力。

利用農(nóng)業(yè)院校的優(yōu)勢(shì)以及學(xué)科發(fā)展的特點(diǎn)突出重點(diǎn)主題，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)課程教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中可采用更為靈活的教學(xué)方法，如課堂討論式、教學(xué)參與等，引起學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，并培養(yǎng)他們的興趣愛(ài)好，從源頭上幫助學(xué)生學(xué)習(xí)如何歸納并總結(jié)新的知識(shí)。也可以采用講座的形式授課，增加教學(xué)互動(dòng)，在教學(xué)的過(guò)程中任課教師應(yīng)多加指導(dǎo)。并可以選取與農(nóng)作物相關(guān)的實(shí)例，讓學(xué)生主動(dòng)參與進(jìn)去，例如：讓學(xué)生實(shí)際去采取一些農(nóng)作物的葉子，并用簡(jiǎn)單的方法直接拍攝視頻，來(lái)判斷這些植物葉子的潤(rùn)濕性等；由于該課程面向研一學(xué)生，其已經(jīng)具備查閱文獻(xiàn)的能力，就可要求學(xué)生圍繞涉及到的仿生材料的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、性能以及前景，在大量資料中篩選有用信息進(jìn)行總結(jié)；合理地對(duì)班上學(xué)生進(jìn)行分組，做到優(yōu)劣互補(bǔ)，組上每個(gè)同學(xué)均需要承擔(dān)獨(dú)立的任務(wù)工作，并分別上交獨(dú)立的作業(yè)，這樣做既可以保證每個(gè)人的參與，提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，也方便任課教師評(píng)價(jià)個(gè)體的表現(xiàn)，從而減少濫竽充數(shù)的情況，激勵(lì)學(xué)生的主動(dòng)參與。

2.3 考核形式多樣化，綜合評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)情況

研究生的考核應(yīng)當(dāng)涵蓋課堂考勤、課堂討論、主題發(fā)言、科研能力、研究論文等方面，建立并完善評(píng)價(jià)學(xué)生綜合能力的考核體系。 綜合作業(yè)占總成績(jī)的40%，學(xué)生根據(jù)老師布置的方向，通過(guò)課后查閱資料并實(shí)際做簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)，做成PPT，上臺(tái)匯報(bào)講解，回答老師提出的相關(guān)問(wèn)題，老師根據(jù)學(xué)生的思路、表達(dá)、PPT的精美度以及知識(shí)掌握程度進(jìn)行打分，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，鍛煉其科學(xué)的思維方式，進(jìn)而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的；出勤占10%，主要起監(jiān)督學(xué)生參與的作用；考試采用開(kāi)卷的形式，占總成績(jī)的50%。

3 結(jié)語(yǔ)

教學(xué)改革是推動(dòng)學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)，改善教學(xué)方式及考核體系，使得學(xué)生更積極的掌握仿生智能材料的相關(guān)知識(shí)。教學(xué)既要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展與需求，又要緊密結(jié)合科技發(fā)展的特點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中，主體始終是學(xué)生，教師起主導(dǎo)作用，及時(shí)與學(xué)生交流，更深入的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，進(jìn)而達(dá)到最終掌握此門(mén)課程的目的。另外，通過(guò)本門(mén)課程，不僅要傳授相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，更重要的是培養(yǎng)同學(xué)的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力。