“納米材料與納米技術”課程改革創新設計

何偉艷，王 威，滕英躍

（內蒙古工業大學 化工學院，內蒙古 呼和浩特 010051）

引言

無機非金屬材料工程專業的“納米材料與納米技術”是面向本專業三年級本科生開設的專業核心課程，是“物理化學”“無機化學”“無機材料科學基礎”課程的后續課程，是對非金屬材料理論知識的系統應用與深化。黨的二十大明確提出深入實施科教興國戰略，內蒙古工業大學建設國內知名、民族地區一流的教學研究型大學的發展目標，都是基于國家及地區對科研實踐創新人才培養需要［1-2］。以教師講授為主的傳統教學方法已經難以滿足科技創新能力培養，高校迫切需要對目前的課堂授課模式進行改革［3-4］。孫海勤等［5］提出課程與專業融合、“互聯網+”課程教學模式；萬里鷹［6］對納米材料與技術跨學科課程教學平臺進行融合與構建，將“雙創”理念融入教學中。

本文針對教學痛點，團隊依托本團隊成員研究室及專業課外實際基地，秉承“見納知著、學納儲能、思納助力”教學理念，通過線上線下融合式、科研、“雙創”、企業課題融合、思政內容的融合重構教學內容，采用五步教學方法，創設導師制分層培養教學情境模式，構建生態教學環境，四維評價教學模式，達到提升創新人才培養的目標，注重理論和實踐相結合，切實解決科研能力欠缺的實際問題，在具體項目實施及成果展示中讓學生受益。

一、教學“痛點”問題及成因分析

（一）教學痛點問題

科研思維薄弱、科研能力欠缺。本專業學生在大學生創新項目、“互聯網+”等項目申報中，項目申請書的撰寫規范性及創新性不夠，究其原因為科研思想薄弱、科研能力欠缺，無法有效應對工程實踐未知與復雜問題。學習能力差異性，學生自主學習能力、自身學習能力存在差異性，理論知識轉化能力有差距，導致專業知識接受能力及思辨能力不同，難以百分百促進高階專業思維形成，導致科研創新性崗位勝任力不強。

（二）成因分析

課程中科研思維的培養與科研活動缺失，原有“納米材料與納米技術”課程針對課本包括的五部分內容，以教師為主導進行講解，缺乏對納米材料典型案例的文獻查閱、總結、方案撰寫和完善、方案實施成果展示等環節，導致學生缺乏歸納、演繹推理和邏輯思維能力等高階能力，缺乏科研創新思維，未有效達到社會及地區企業需要的創新型人才的能力。課程內容設計不具有分層性，原有“納米材料與納米技術”課程只針對五部分內容進行講解，缺乏對新材料、新工藝、新技術等前沿熱點領域的探索和拓展，不能滿足學生能力、個性化發展及產業人才需求。

二、創新的探索與實踐

基于學生“痛點”問題及其成因，本課程依托團隊教師的研究室，以“實用主義教育觀”為指導思想，建立“納米材料與納米技術”教學生態系統，以“任務驅動—翻轉探究—高階挑戰”教學模式，秉承“見納知著、學納儲能、思納助力”育人理念，培養新工科背景下具有科研創新能力的人才，重構教學內容，融入科研思想、實踐，采用“預、學、思、踐、創”五步教學法，構建生態化教學環境、四維評價體系，借助信息化技術及優秀教學資源等創新舉措，直擊教學痛點。

（一）通過“五步、三融合”重構課程內容

以“三融合”重構教學內容，重構前本課程內容包括《納米材料的由來及研究進展》《納米材料表征方法》《納米粒子的制備方法》《納米粒子的改性劑》及《納米粒子的應用》五章內容，重構后本課程內容包括納米材料與納米技術前言知識，典型納米材料表征方法，典型納米粒子的制備方法，典型納米粒子改性劑及典型納米粒子的應用。基本知識利用MOOC優秀教學資源進行課前線上學習，并對線上學習內容進行考核。課中針對課前薄弱的知識環節進行鞏固復習，重點介紹典型納米粒子的制備方法，通過觀看目前熱門視頻（納米二氧化鈦是否能夠殺死病毒）引出教學內容，提高學生的學習興趣，進而對典型納米二氧化鈦的制備方法進行講解。通過前言文獻的引入，師生共同分析，采取小組討論、小組間展示等方式解決文獻中的主要問題——重點研究內容、具體的實施方案、表征方法、結果分析等。具體文獻的分析有助于提高學生創新項目申請書撰寫能力，培養學生科研思維和基本科研能力。課后小組對教師或企業的具體科研項目進行方案設計，通過大眾點評及教師點評選出優秀的小組，在實驗室進行方案實施，獲得納米粒子并進行表征，性能分析，發現問題，查閱文獻后思考解決問題。鼓勵學生積極申報和參與科技立項、“互聯網+”大學生創新創業大賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽等科技創新活動，同時設置“科學精神、科學方法、人文情懷、專業責任”四個模塊實現思政育人，創建“課堂+網絡+實踐”全方位思政元素融入模式。在社會熱點、理論難題、學生疑點等方面設計討論題目，以專題討論式為支撐實現課程內容與思政元素的有效融合，致力打造隱性思政課堂激發學生學習興趣，引導學生樹立和踐行社會主義核心價值觀，增強專業擔當和責任感。

（二）實施“任務驅動—翻轉探究—高階挑戰”教學方案

設置“任務驅動—翻轉探究—高階挑戰”教學模式，課前促（任務驅動），課中學（翻轉探究），課后踐（高階挑戰）。課前發布慕課網址，學生線上學習基本概念及知識，并進行考核及討論，達到促。課中通過線下學習，以趣促學，以思促學，以辯促學。以趣促學，包括觀看熱門視頻，學生問題回答，本節知識點導入后進行知識講解；以思促學，通過前言高水平期刊文獻的發布，根據學生能力強弱搭配分組進行文獻討論，提取文獻中的實驗方案，通過雨課堂進行小組方案展示；以辯促學，小組派代表進行方案講解，其他小組進行提問及討論，教師給予點評后進行方案復盤，達到學、思目的。課后踐，通過大眾評選，評選出優秀小組，同時熱愛科研的同學進行自由組隊，在實驗室進行方案實施，制備成品，并對成品進行性能測試，分析實驗中存在的問題及材料之間的構效關系，將實施后修正的方案及成品展示給全班同學。以課前、課中、課后“促、學、思、踐、創”五步學習法為指導，于實踐操作中內化已有理論知識，成果輸出及成品表征后發現問題，查閱文獻后思考解決問題，培養學生科研思維能力，具備撰寫科研文章的基本技能，通過螺旋式認知和持續改進，實現知識內化，以及科研創新能力、思維能力提升。

（三）創建生態化教學環境

以“學生為中心”，創建資源中心、導師團隊，成果展示生態化教學環境教學資源（見圖1）。

圖1 生態化教學環境

以學生為中心，采用師生、生生的合作學習與協作交流，校內及校外團隊教師之間定期交流、探討方案及成效。資源中心，構建信息化技術（MOOC、雨課堂）及實踐場所，MOOC平臺為學生提供認知平臺，雨課堂動態跟蹤學生對知識的掌握情況，交流平臺發布的豐富的典型案例文獻、研究團隊研究情況及國內外在納米領域的最新研究等資源及實踐場地，滿足學生個性化和前沿需求；校內外導師團隊針對學生進行分層培養、定期指導；成果輸出，通過實驗方案實踐操作制備出產物，進行性能表征，對實驗進行分析，撰寫文獻及成果轉化等一系列的成果，有效地培養學生科研思維，提高科研寫作水平。

（四）創建四維教學評價模式

團隊構建以學生學習效果評價、學生評價課程效果、學生之間互相評價、學生評價授課教師等四個維度綜合評價體系。

學生學習效果評價包括課前線上；課中線下知識學習；課后文獻閱讀，方案修訂。學生評價課程效果包括知識、能力、素養三個目標。學生之間相互評價包括上課狀態、自主學習情況、實驗方案設計。學生從課程學習興趣、總體評價、知識點講述、課堂氛圍、互動情況、科學啟發性、滿意度、其他建議與意見等方面對教師授課進行評價。

學生學習效果評價包括課前、課中、課后三部分。學生成績由學生自評+互評（20%）和教師考評（30%）構成，考核評價量規在雨課堂發布，學生能夠即時改進學習目標達成度等存在的問題；教師依托雨課堂完成慕課、視頻學習，討論和客觀題考核，能夠客觀、精準、即時把握線上線下學情，理性反思，動態調整教學，根據各考核結果分析，反思課程設置合理性、學生狀態及其原因，在保證課程目標達成的前提下，有針對性地精準幫扶有困難的學生完成課程任務，為優秀學生提供自擬課題平臺，引導其向更深探究。

三、創新成效

（一）情感——專業認可度、課程認可度、專業情懷提高

根據無機非金屬材料工程認證中專業調查問卷及“納米材料與納米技術”課程的調查問卷數據可以看出，專業認可度、課程認可度顯著提高，達到專業育人目標，教學效果明顯提升。通過課上及課下教學設計，學生切身體會到理論知識轉化為成果的成就感，同時體會到知識的力量和探究新知識的魅力，大大提高了學生對納米材料學習的興趣和積極性。

（二）學習成果——建立了科研創新性思想，激發了學生的探究欲

“納米材料與納米技術”該課程教學設計鍛煉了學生解決問題的能力，激發了專業學習內驅力，積極參加“互聯網+”大賽、“大創”項目的申報，積極進行專利的申請和文章的撰寫。學生累計參賽獲獎51項，參與教師科研80人次，師生合作發表論文7篇，引用100多次；學生完成了“壓電陶瓷”等6類新型材料的制作，孵化大學生創新項目26項，授權專利4項。

結語

基于黨的二十大提出的深入實施科教興國戰略和內蒙古工業大學建設目標，培養科技創新思維和創新能力的人才刻不容緩，因此“納米材料與納米技術”課程的創新基于此背景，轉變以教師為主的傳統教學方法，培養具有科研創新意識與科研實踐能力的人才。針對本專業的教學痛點，“納米材料與納米技術”課程進行改革，重構教學內容，創設導師制分層培養教學情境模式，構建生態化教學環境，建立四維評價模式，培養新工科背景下具有科研創新能力的人才，改革創新成果效果顯著，為本專業及其他專業課程的創新創業教育提供了借鑒。