以培養(yǎng)學(xué)生科研興趣與能力為導(dǎo)向的《納米材料》課程教學(xué)創(chuàng)新

（遼寧大學(xué)化學(xué)院 遼寧·沈陽 110036）

“創(chuàng)新”是黨的十九大報告中的出現(xiàn)50余次的熱詞，習(xí)近平總書記在黨的十九大報告中指出，創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動力，是建設(shè)現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的戰(zhàn)略支撐。要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破。國家“十四五”規(guī)劃建議中，強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。國家的發(fā)展依賴于科技的創(chuàng)新，素質(zhì)的勞動者和創(chuàng)新人才在科技創(chuàng)新中發(fā)揮著不可替代的作用。高校是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的搖籃，本科教育是人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)，研究生教育是培養(yǎng)高層次科技創(chuàng)新人才的主要途徑。經(jīng)過多年的本科教學(xué)與研究生教學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生結(jié)束本科階段的學(xué)習(xí)后并不能立刻適應(yīng)研究生階段的學(xué)習(xí)生活。學(xué)生在本科階段的學(xué)習(xí)以教師課堂講授，學(xué)生被動接受為主，而升入研究生后需轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，學(xué)生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，選擇研究方向并發(fā)現(xiàn)問題，在分析問題的過程中不斷探索，拓寬知識面并完善自身的知識體系，最終解決問題進(jìn)而完成科學(xué)研究。對于化學(xué)類專業(yè)的研究生來說，閱讀文獻(xiàn)是他們獲取和儲備知識的主要途徑，為今后在科研中的創(chuàng)新和突破打下基礎(chǔ)。但是文獻(xiàn)中的絕大多數(shù)知識是他們從未學(xué)到的，即使部分知識在課堂教學(xué)中有所涉及，其深度和廣度亦使學(xué)生難于理解。從未接觸過文獻(xiàn)的研究生在初讀文獻(xiàn)時往往覺得晦澀難懂，毫無頭緒，進(jìn)而嚴(yán)重影響了后續(xù)科研創(chuàng)新工作的進(jìn)度。因此，將科學(xué)研究引入高年級本科教學(xué)，加重教學(xué)中科學(xué)研究的分量，借助學(xué)科前沿背景新知識，將科研動態(tài)融入教學(xué)內(nèi)容，把傳統(tǒng)的教學(xué)形式改造成為“研究性”的教學(xué)形式，能夠使學(xué)生了解前沿科技動態(tài)與科研活動的基本過程，對科研工作產(chǎn)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研創(chuàng)新能力，為學(xué)生后續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。本文以《納米材料》課程為例，探討“研究性”教學(xué)創(chuàng)新課程建設(shè)，為本科和研究生教學(xué)的銜接提供一些參考。

1 《納米材料》課程特點(diǎn)與面臨的問題

《納米材料》課程是高等院校材料專業(yè)的一門專業(yè)課，也是化學(xué)相關(guān)專業(yè)的一門重要方向課，主要為高年級本科生開設(shè)。納米科技是本世紀(jì)的主導(dǎo)技術(shù)，納米科學(xué)幾乎涉及所有的技術(shù)領(lǐng)域，其中納米材料是進(jìn)行納米科學(xué)與技術(shù)研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，亦是當(dāng)前材料科學(xué)領(lǐng)域的新興研究熱點(diǎn)。經(jīng)多年研究與發(fā)展，納米材料已廣泛在能源、化工、醫(yī)藥諸多領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用，對現(xiàn)代科技和社會的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》（2006-2020）中，納米研究是其規(guī)劃的四個“重大科學(xué)研究計劃”之一。納米材料的研發(fā)水平已成為評價一個國家科技水平的一個重要考量。

《納米材料》是一門理論性、應(yīng)用性較強(qiáng)的課程，講解的是納米材料的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制備及應(yīng)用，讓學(xué)生理解納米材料的基本概念，掌握材料的物理和化學(xué)特性，能夠自己動手完成相關(guān)材料的制備和測試，了解納米材料的應(yīng)用背景，為學(xué)生今后從事科學(xué)研究和工業(yè)、工程第一線的工作提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)技能。因此，為化學(xué)相關(guān)專業(yè)的本科生開設(shè)納米材料課程具有重要的意義，這不僅能幫助學(xué)生及時了解最新的前沿科技動態(tài)，激發(fā)學(xué)生的科研欲望和潛能，而且還能幫助學(xué)生認(rèn)清化學(xué)相關(guān)專業(yè)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，拓寬學(xué)生的專業(yè)知識面和增長學(xué)生的眼界，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。特別是可以使學(xué)生深入了解納米材料領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與前沿科學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生的科研興趣與創(chuàng)新能力，為學(xué)生后續(xù)的繼續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。

然而，《納米材料》屬于前沿交叉性綜合性學(xué)科，具有前瞻性、專業(yè)性和交叉性的特點(diǎn)，涉及物理、化學(xué)、電子、生物等多個學(xué)科的基礎(chǔ)知識，其理論知識較深且知識面較廣，課程內(nèi)容中概念術(shù)語多，抽象性很強(qiáng)且知識點(diǎn)相互交叉，學(xué)生在多個學(xué)科中的相關(guān)基礎(chǔ)知識儲備存在很大差異，這就使得教師在授課時的教學(xué)效果不理想。此外，與納米材料相關(guān)的前沿科學(xué)研究發(fā)展速度快，教師須將最新的納米材料與技術(shù)發(fā)展融入課堂教學(xué)中，采用傳統(tǒng)方法授課并不能很好的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，無法滿足其教學(xué)要求。鑒于上述情況，結(jié)合課程自身的特點(diǎn)以及學(xué)生實(shí)際情況進(jìn)行課程教學(xué)的改革顯得十分必要和緊迫。

2 《納米材料》“研究性”教學(xué)創(chuàng)新課程建設(shè)

傳統(tǒng)的《納米材料》教學(xué)以教師課堂教授，學(xué)生被動接受為主，教學(xué)內(nèi)容主要包括納米材料與納米科技的基本概念及其發(fā)展，納米材料的結(jié)構(gòu)與優(yōu)異性能，納米材料的表征技術(shù)，納米材料的制備方法，納米材料的應(yīng)用等五大部分。經(jīng)過多年的課堂教學(xué)，我們發(fā)現(xiàn)除了納米材料與科技的基本概念及其發(fā)展這部分教學(xué)內(nèi)容相對獨(dú)立外，其它四大部分的教學(xué)內(nèi)容相互關(guān)聯(lián)，交叉性較強(qiáng)，例如，在講授納米材料的結(jié)構(gòu)與優(yōu)異性能時，涉及到的納米材料形貌與結(jié)構(gòu)這部分主要在納米材料的表征技術(shù)中講授，而納米材料的優(yōu)異性能又與納米材料的應(yīng)用密切相關(guān)，在課堂講授過程中，由于這幾部分內(nèi)容的理論知識較深且知識面較廣，又具有相互關(guān)聯(lián)與交叉的特點(diǎn)，學(xué)生在每章節(jié)的學(xué)習(xí)中并不能很好的理解與掌握相關(guān)教學(xué)內(nèi)容而導(dǎo)致教學(xué)效果并不理想。此外，納米材料是當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其新理論、新技術(shù)、新應(yīng)用的更新速度十分迅猛，傳統(tǒng)的教學(xué)方法并不能及時向?qū)W生傳達(dá)納米材料與技術(shù)前沿的發(fā)展動向，盡管在教學(xué)內(nèi)容中加入了具體案例，例如，在課件內(nèi)容“納米材料的形貌”基礎(chǔ)上，引入《Science》雜志報道的Mo摻雜的PtNi八面體對氧還原反應(yīng)具有超高活性和穩(wěn)定性，在納米尺度下將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的應(yīng)用成果，此時學(xué)生并未學(xué)習(xí)納米材料的其它表征技術(shù)與納米材料的應(yīng)用，對此案例中描述的具體科學(xué)問題與解決方法，特別是對納米材料的結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系不能完全消化理解，而導(dǎo)致學(xué)生對該前沿科學(xué)研究一知半解，無法達(dá)到使學(xué)生切身體會到科學(xué)研究的魅力，激發(fā)科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研創(chuàng)新能力的教學(xué)目的。

根據(jù)德國教育家洪堡提出的大學(xué)人才培養(yǎng)應(yīng)遵循“教學(xué)與科研相統(tǒng)一”的原則，我們重新梳理《納米材料》課程的教學(xué)內(nèi)容，將研究性教學(xué)理念貫穿于課堂教學(xué)中，選取若干納米材料領(lǐng)域最具代表性的科學(xué)研究論文，將納米材料的制備、表征、性質(zhì)與應(yīng)用貫穿起來，以科學(xué)研究的角度講解該科研論文中涉及到具體知識點(diǎn)。在此，結(jié)合授課教師自身的科研課題——基于無機(jī)/有機(jī)復(fù)合納米材料的電催化劑的制備與應(yīng)用，闡述《納米材料》“研究性”教學(xué)的具體過程。首先介紹研究背景，使學(xué)生了解電化學(xué)在能源領(lǐng)域的發(fā)展、應(yīng)用與面臨的問題，以及基于納米材料的電催化劑的研究現(xiàn)狀與技術(shù)瓶頸；其次，從該論文研究的具體納米材料出發(fā)，講解制備該納米材料涉及到的具體方法，使學(xué)生深刻認(rèn)識每一制備步驟的目的與具體過程，拓展相關(guān)納米材料的基本知識；再次，按照該論文中結(jié)果與討論部分內(nèi)容的圖表順序，在剖析納米材料的形貌與結(jié)構(gòu)的同時，詳細(xì)講解相關(guān)表征方法，例如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡、X-射線衍射儀、X-射線光電子能譜儀、能量分散譜儀、波長分散譜儀、俄歇電子譜儀、拉曼光譜儀等大型分析測試儀器的原理與應(yīng)用，以及相關(guān)測試結(jié)果的分析方法，并結(jié)合儀器使用的視頻教學(xué)，利用多媒體教學(xué)適當(dāng)介紹相關(guān)的科學(xué)發(fā)展史，讓學(xué)生能夠直觀感受，加深對教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)知識的理解。此外，還組織學(xué)生實(shí)地參觀大型測試分析儀器，深入了解大型儀器的原理與應(yīng)用，增長學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生對科研工作的興趣，以進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量、因材施教達(dá)到人才培養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)。最后，以該論文中的納米材料為例，講解納米材料的優(yōu)異性能與應(yīng)用，使學(xué)生深刻理解納米材料結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系，掌握科技文獻(xiàn)的閱讀方法，為學(xué)生打開科學(xué)研究的大門，展示處于宏觀與微觀領(lǐng)域之間的介觀領(lǐng)域的新奇世界，拓展學(xué)生的知識面與眼界，激發(fā)科研興趣，做好本科教與研究生教學(xué)之間的銜接，為學(xué)生后續(xù)深造奠定基礎(chǔ)。

在學(xué)生的成績考核方面，除了最后的考試外，還可讓每位學(xué)生講解一篇與納米材料相關(guān)的科技文獻(xiàn)，以考察“研究性”教學(xué)模式的改革效果，評價學(xué)生對納米材料相關(guān)知識的掌握程度，這部分可占總成績的30%。

3 結(jié)語

本文從《納米材料》課程的特點(diǎn)與教學(xué)中面臨的問題出發(fā)，提出將“研究性”教學(xué)模式融入該課程的教學(xué)中，結(jié)合授課教師自身的研究方向，將研究性教學(xué)理念貫穿于課堂教學(xué)中，選取若干納米材料領(lǐng)域最具代表性的科學(xué)研究論文，將納米材料的制備、表征、性質(zhì)與應(yīng)用貫穿起來，以科學(xué)研究的角度講解《納米材料》課程中的具體知識點(diǎn)。通過教學(xué)改革，既可以使學(xué)生了解納米材料的新理論、新技術(shù)、新應(yīng)用和把握納米科技發(fā)展的前沿趨勢，又可以將理論和實(shí)踐結(jié)合起來，通過實(shí)地參觀大型測試分析儀器，深入了解大型儀器的原理與應(yīng)用，拓展學(xué)生的眼界，培養(yǎng)學(xué)生對科研工作的興趣和科研創(chuàng)新能力，為學(xué)生后續(xù)的繼續(xù)深造奠定基礎(chǔ)，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量、因材施教達(dá)到人才培養(yǎng)教學(xué)目標(biāo)。