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《纳米材料与技术》课程教学改革探索

作者:未知

  摘要:本文从课程内容与学科方向的有效融合、提高学生的学习兴趣和对新知识的渴求两方面着手,提出了一些教学改革的探索。依据教师为主导和学生为中心的指导原则,结合《纳米材料与技术》目前的教学现状,从教学内容的设定、“互联网+”、“新工科”背景三个方面进行了探索,提出课程与专业融合、“互联网+”课程与传统课程教学下的优势互补以及“新工科”背景下的知识更新,这些措施将对复合创新型人才的培养具有积极的作用。
  关键词:《纳米材料与技术》;“互联网+”;新工科
  中图分类号:G642.0     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)22-0124-02
   《纳米材料与技术》是20世纪80年代末发展起来的新兴学科,涉及物理、化学、材料、生物等诸多领域的知识,是纳米科技的核心和基础。在大学阶段开设纳米材料与技术课程不仅能培养学生的发散思维能力,而且能培养学生毕业后对前沿科技的分析、解决能力,实现复合型、创新型人才的培养目标[1,2],从而引导学生了解、探究、掌握最前沿的科学技术,激发学生的创造力和想象力。
  纳米结构复合材料和纳米功能复合材料逐渐成为复合材料的重要学科分支,因此,对复合材料与工程专业,有必要开设纳米材料与技术课程,从而引导学生了解学科专业的前沿方向,把握纳米科技对当代社会的重要影响[3]。尽管许多高校开设了纳米材料与技术相关的课程,而如何将其与本学科的专业方向有效地结合在一起,从而更好地发挥纳米科学与技术在不同学科方向中的魅力,仍然需要进一步的探究。本文结合近年来的讲授经验和复合材料与工程专业的学科特点,对本课程提出了一些教学改革探索。
  一、《纳米材料与技术》课程特点及存在不足
  20世纪末国外一些高校在本科阶段开设了纳米材料与技术的相关课程[4]。21世纪初,欧盟委员会的各个成员国建议大学应该将纳米材料与技术纳入大学的课程建设中来,大力推动各个学科间的交叉合作,锻炼大学生与新兴纳米技术相关的各项技能,使他们对未来技术的发展具有较高的远见和前瞻能力。
  《纳米材料与技术》是一门综合性较强的交叉学科,需要学科间的交叉融合,着重于纳米材料制备、纳米结构及性能表征、纳米材料加工技术和应用等技术方面的知识。目前,内蒙古科技大学材料与冶金学院已经将《纳米材料与技术》纳入复合材料与工程专业的培养方案中,成为本科生培养过程中的一门专业选修课。在多年来的教学过程中,我们发现学生对这门新兴纳米技术特别感兴趣,听课集中,求知欲望强烈。然而,在现有的专业建设背景下,《纳米材料与技术》课程的内容与复合材料和工程专业主干课程相比存在不协调,涉及的知识面广,各个知识点关联性不强,难以实现为复合材料和工程专业主干课程形成有效促进。同时,在教学过程中,涉及许多理论基础知识,难以兼顾与其他主干课程之间的关联。作为一门新兴技术,知识的更新速度较快,如何将最新的纳米材料与技术发展融入课堂中,仍存在一定的挑战。
  二、《纳米材料与技术》课程教学的设定
  根据本专业的学科建设的目标与方向,制定内容合理、有效的《纳米材料与技术》课程教学内容至关重要。为了使得学生全面、系统地掌握纳米科学技术方面的知识,在设置教学内容时要注意把握本课程内容的前沿发展现状,结合现有的教学大纲和学生的实际情况,有针对性地选择教学内容中的重难点[5]。首先,阐述纳米科学技术的发展历程、纳米技术革命所带来的机遇和挑战、以及对复合材料与工程专业未来发展带来什么样的改变,让学生充分认识到纳米技术对未来人类生活的影响。其次,以通俗易懂的语言,形象化的事例简单解析纳米材料中隐含的結构、基本理论和基本特性;同时重点讨论纳米材料(量子点、纳米纤维、纳米棒、纳米片等)的制备工艺技术(物理方法和化学方法)。最后,将纳米材料特异的物理或化学性质,引入复合材料中,深入探讨纳米复合材料的特性和制备技术,其中包括纳米复合材料涉及的范围(如:纳米高分子复合材料、纳米陶瓷复合材料、纳米磁性复合材料、纳米催化复合材料等)、纳米复合材料的合成和制备技术(如填料的合成与制备、纳米复合材料的成型方法等)。同时,把国家近些年来在纳米科学与技术方面取得的重大成果与应用展示给学生(如神州飞船、航空发动机等),加强对纳米材料技术更深层次的理解,充分调动学生学习的积极性,培养他们对新兴事物始终保持好奇与渴求的欲望和动力,为将来的工作和学习打下坚实的基础。全面化、系统化的理论知识框架的构建,有利于我们对学生进行有效的科学指引,推动技术的发展和进步。
  三、“互联网+”模式下的《纳米材料与技术》课程教学
  随着互联网技术的迅猛发展,其功能逐渐延伸到社会生活的各个方面,在大众创新、万众创业的大背景下,高等院校中的传统教学也面临着挑战。在关注学生个性教育,强调学生个性发展的同时,利用互联网的创新成果深度融合与教育和教学过程当中,为传统授课方式赋予了新的内涵。教师利用互联网的先进技术,可以有效的实现课堂上的图、声、动画、文并茂的结合,增加课堂的多样性,大大拓宽了学生的视野。《纳米材料与技术》这门课程同样也可以借用互联网丰富的网络资源,冲破以书本为中心的局限,丰富学生的学习内容和学习方式,充分体现“互联网+”模式下的形象与抽象并重的启发式学习过程,可以将目前最新的纳米材料与技术以图文并茂的方式展现给同学们。因此,构建富有媒体化、知识单元化、学习流程化的课程内容体系是十分必要的,充分发挥“互联网+”模式下的教学优势和传统教学的优势,取长补短,开展在线学习和课堂教学的合理结合,有效实现学生自主学习,以“学”为主与教师主导二者之间的相互统一,从而达到较好的学习效果。
  四、“新工科”背景下的《纳米材料与技术》课程教学
  近年来,在新兴技术的推动下,为适应当前和满足未来新兴产业对于人才的大量需求,国家提出未来在战略新兴产业方面培养具有创新精神和实践能力的复合型人才,这些即将出现或形成的新兴学科定义为新工科(如“互联网+”、人工智能、云计算等)[6]。根据“新工科”背景下建设的要求,结合本课程的特点,以学生为中心,充分发挥学生学习的积极性。首先,进行课程内容的整合和更新,目前,针对不同专业背景下开设的纳米材料相关的知识,过于宽泛,难以与专业方向有效结合在一起,而对于复合材料与工程专业的学生来说,复合材料是重点,在对教材整改的过程中,着重体现纳米材料和技术在复合材料中发挥的作用,加强专业和课程内容之间的融合。其次,对传统教材中知识的更新,为了满足学生对未来知识的需求,某些知识点需要更新(如,新理论和新技术),及时传达给学生,让他们了解和把握纳米科技发展的前沿趋势。最后,引导学生走上讲堂,结合自己的所见所闻,把《纳米材料与技术》在日常生活中应用的事例,以及对未来纳米技术的发展展望讲给教师和学生,让他们切身体会到知识的力量和探究新知识的魅力,提高学生学习的兴趣和积极性。
  五、结论
  结合《纳米科学与技术》课程内容的特点,以及自身的教学经验,从学生的实际需求出发,提出了该课程存在的一些问题。结合“互联网+”和新工科背景下,提出了一些改进的措施,充分发挥学生学习的兴趣和积极性。
  参考文献:
  [1]师昌绪.应进一步加大对纳米科学技术的支持力度[J].科学新闻周刊,2001,(13):4.
  [2]王中林.压电电子学与压电光电子学[M].科学出版社,2012.
  [3]唐华,陈刚.《纳米材料》课程教学改革探讨[J].中国科技纵横,2010,(24):154.
  [4]孙瑞敏,赵辉.高校《纳米科学与技术》课程开设的必要性及教学原则[J].开封大学学报,2011,25(1):76-78.
  [5]万里鹰,万紫涵,罗军明.大学纳米材料与技术创新课程建设的实践探索[J].大学教育,2017,(7):157-158.
  [6]相益信,沈显荣,张泽,高建纲,陶庭先.新工科背景下功能高分子材料教学方法的探讨[J].高师理科学刊,2018,38(4):101-103.
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