(遼寧大學(xué)化學(xué)院 遼寧·沈陽(yáng) 110036)
“創(chuàng)新”是黨的十九大報(bào)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(bào)告中指出,創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)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(guó)家“十四五”規(guī)劃建議中,強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持創(chuàng)新在我國(guó)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(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐。國(guó)家的發(fā)展依賴于科技的創(chuàng)新,素質(zhì)的勞動(dòng)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(guò)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(dòng)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(wèn)題,在分析問(wèn)題的過(guò)程中不斷探索,拓寬知識(shí)面并完善自身的知識(shí)體系,最終解決問(wèn)題進(jìn)而完成科學(xué)研究。對(duì)于化學(xué)類專業(yè)的研究生來(lái)說(shuō),閱讀文獻(xiàn)是他們獲取和儲(chǔ)備知識(shí)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(shí)是他們從未學(xué)到的,即使部分知識(shí)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(guò)文獻(xiàn)的研究生在初讀文獻(xiàn)時(shí)往往覺(jué)得晦澀難懂,毫無(wú)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(jí)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(shí),將科研動(dòng)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(dòng)態(tài)與科研活動(dòng)的基本過(guò)程,對(duì)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。
《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(jí)本科生開(kāi)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(duì)現(xiàn)代科技和社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在《國(guó)家中長(zhǎng)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(gè)“重大科學(xué)研究計(jì)劃”之一。納米材料的研發(fā)水平已成為評(píng)價(jià)一個(gè)國(guó)家科技水平的一個(gè)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(dòng)手完成相關(guān)材料的制備和測(cè)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(kāi)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(shí)了解最新的前沿科技動(dòng)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(shì),拓寬學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面和增長(zhǎng)學(xué)生的眼界,從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)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(wèn)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(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí),其理論知識(shí)較深且知識(shí)面較廣,課程內(nèi)容中概念術(shù)語(yǔ)多,抽象性很強(qiáng)且知識(shí)點(diǎn)相互交叉,學(xué)生在多個(gè)學(xué)科中的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)儲(chǔ)備存在很大差異,這就使得教師在授課時(shí)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(wú)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。
傳統(tǒng)的《納米材料》教學(xué)以教師課堂教授,學(xué)生被動(dòng)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(guò)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(duì)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(shí),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(guò)程中,由于這幾部分內(nèi)容的理論知識(shí)較深且知識(shí)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(shí)向?qū)W生傳達(dá)納米材料與技術(shù)前沿的發(fā)展動(dòng)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(bào)道的Mo摻雜的PtNi八面體對(duì)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(shí)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(duì)此案例中描述的具體科學(xué)問(wèn)題與解決方法,特別是對(duì)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(duì)該前沿科學(xué)研究一知半解,無(wú)法達(dá)到使學(xué)生切身體會(huì)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(guó)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(lái),以科學(xué)研究的角度講解該科研論文中涉及到具體知識(shí)點(diǎn)。在此,結(jié)合授課教師自身的科研課題——基于無(wú)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(guò)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(wèn)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(shí)每一制備步驟的目的與具體過(guò)程,拓展相關(guān)納米材料的基本知識(shí);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(shí),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(zhǎng)分散譜儀、俄歇電子譜儀、拉曼光譜儀等大型分析測(cè)試儀器的原理與應(yīng)用,以及相關(guān)測(cè)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(duì)教學(xué)內(nèi)容和相關(guān)知識(shí)的理解。此外,還組織學(xué)生實(shí)地參觀大型測(cè)試分析儀器,深入了解大型儀器的原理與應(yīng)用,增長(zhǎng)學(xué)生的眼界,培養(yǎng)學(xué)生對(duì)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(kāi)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(shí)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(jī)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(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)納米材料相關(guān)知識(shí)的掌握程度,這部分可占總成績(jī)的30%。
本文從《納米材料》課程的特點(diǎn)與教學(xué)中面臨的問(wèn)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(lái),以科學(xué)研究的角度講解《納米材料》課程中的具體知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)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(shì),又可以將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái),通過(guò)實(shí)地參觀大型測(cè)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(duì)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)。