互联网资源在《表面与界面》研究生课程中的实践探索

来源:用户上传      作者:王洪磊 周新贵 余金山

　　摘要：如何利用丰富的互联网资源提高研究生课程教学质量，是当今教育工作者的一个重要研究方向。文章从《表面与界面》研究生课程目前存在的教学内容滞后、教学案例匮乏、教学手段单一等问题出发，系统探讨了如何利用丰富的互联网资源对现有的《表面与界面》课程进行优化提高，并对后续需要进一步开展的工作进行总结和展望。
　　关键词：互联网资源;表面;界面;研究生课程
　　中图分类号：G643     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）43-0149-03
　　 一、前言
　　研究生的培养质量直接影响一个国家的科技发展水平，越来越多的研究生在我国科技创新领域发挥着举足轻重的作用。怎样显著提高我国研究生的培养质量，是当前研究生教育普遍关注的问题。在当今科技迅猛发展的时代，知识更新速度正呈喷涌爆发的趋势。尤其是随着互联网技术的普及，大部分研究生已不能满足传统课堂教学要求，急需授课者利用丰富的互联网资源对现有研究生课程的教育内容和模式进行优化调整，达到调动研究生课堂学习积极性、提高研究生课堂教学质量的目的。
　　本文从《表面与界面》研究生课程教学内容滞后、教学案例匮乏和教学手段单一等问题出发，重点介绍怎样利用丰富而新颖的互联网资源对现有课程教学进行优化设计，并对后续需要进一步开展的工作进行总结和展望。
　　二、《表面与界面》研究生课程存在的问题
　　表面与界面对材料的结构及性能起着至关重要的作用，是材料科学与工程专业领域的基础科学。为了使材料科学与工程专业研究生更好地利用材料表面与界面知识解决实际科研工作中遇到的问题，国防科技大学于20世纪90年代开设了《表面与界面》研究生课程，经过20多年对课程的更新优化，该课程已成为国防科技大学材料科学与工程专业研究生的重点学科专业课程[1]。但是在当今材料科学快速发展的时代，现有的《表面与界面》研究生课程逐渐暴露出一系列问题，具体如下。
　　1.教学内容滞后是目前《表面与界面》研究生课程面临的最突出问题。该门课程自开设以来，主要参考了1990年崔国文老师主编的《表面与界面》、1993年恽正中老师主编的《表面与界面物理》和1998年赵文轸老师主编的《材料表面工程导论》等主要教材。进入21世纪，随着课程的不断优化更新，又相继引入胡福增老师于2001年主编的《材料表界面》和贾贤老师于2009年编著的《材料表面现代分析方法》等论著，最近参考的教材为曾作详老师主编于2016年的《界面现象》，但笔者在对课程的更新优化中发现，现有教材知识点相对较滞后，面对材料表面与界面专业领域日新月异的发展速度，已不能满足研究生对目前该领域新知识和新技术的迫切需求，亟须引入国外最新出版的相关书籍对现有教材进行补充更新。
　　2.教学案例匮乏，理论知识与实际科学问题严重脱节，是《表面与界面》研究生课程亟待解决的问题。《表面与界面》作为材料科学与工程专业研究生的一门学科专业课程，主要目的是希望研究生能够利用材料表面与界面理论知识，分析解决自身科研过程中遇到的科学问题。但在课堂教学中，如果只单纯强调基础知识和基本理论，忽略实际教学案例的引入，势必会降低学生的学习兴趣，使学生在遇到涉及表面与界面科研问题时不能灵活应用学到的基础知识。目前，国外知名大学均将案例教学作为研究生的主要教学方式，笔者在平时教学过程中日益感到《表面与界面》课程中的教学案例引入环节需要不断加强，案例类型需要不断丰富、更新。
　　3.多媒体教学为主，辅助于板书教学，是目前《表面与界面》研究生课程的主要教学手段。这种以教师为中心的教学手段，严重削弱学生的学习积极性，学生把大部分精力用在课堂笔记的记录上，师生互动交流时间大幅减少。这对于本科阶段系统学习了相关专业知识的研究生来说，缺少互动交流的教学手段严重影响教学效果，偏离了研究生教育的教学目的，制约了研究生的学习主动性，急需授课者根据时代特点不断采用先进的教学手段，达到提高研究生自主学习能力的目的。
　　三、互联网资源在《表面与界面》研究生课程中的应用
　　近年来，网络技术快速发展，硬件如平板电脑、智能手机等电子产品更新换代日益频繁，并且在人们生活中越来越普及;软件上，各种网络软件如手机App层出不穷，特别是涉及不同专业领域的微信公众号的出现，使研究生获取学科前沿知识的途径越来越方便。丰富的互联网资源正在悄然改变着传统研究生教育教学模式，如何利用现有的互联网资源提高研究生课程教学质量，已成为研究生教育的一个切入点。笔者针对目前《表面与界面》研究生课程存在的主要问题，从自身日常教学实践出发，利用先進的互联网技术和丰富的互联网资源分别从教学内容、教学案例和教学手段等对该门课程进行了探索性改进。
　　（一）利用互联网资源更新教学内容，解决教学内容滞后的问题
　　针对教学内容滞后的突出问题，笔者首先通过网络检索等手段，在引入国内最新出版的相关教材基础上，积极尝试购买国外著名出版社出版的与材料表面与界面相关的书籍，如Springer出版社出版的、由Hans Luth主编的Solid Surfaces，Interfaces and Thin Films， 由D.Spanjaard主编的Concepts in Surface Phyiscs和Wiley-VCH出版社出版、由Klaus Wandelt主编的Surface and Interface Science系列丛书，目前正在准备对Solid Surfaces，Interfaces and Thin Films这本书开展译著工作。
　　在利用互联网资源更新教材的同时，笔者首先在网络上搜索开设了材料表面与界面相关课程的国内外知名大学，并进行了广泛而深入的调研，研究他们的教学大纲和多媒体课件，汲取新的教学内容和教学理念。例如，通过学习中国科技大学在网上共享的《物理化学》精品课程，将该课程“界面现象”一章中关于“表面自由能、表面张力和弯曲表面的附加压力”等知识点进行消化吸收，较好地优化了《表面与界面》课程的相关章节;同时，借鉴清华大学汪长安教授在《无机复合材料》课程中对复合材料界面的系统讲解，丰富了《表面与界面》课程关于“复合材料界面”章节的教学内容;北京科技大学唐伟忠老师主讲的《薄膜材料制备技术》，也使《表面与界面》课程中关于“表面改性技术”章节得到进一步优化、提高。 　　笔者在关注国内著名大学的同时，也在网上收集整理了国外著名大学相关课程的教学大纲和参考资料，优化丰富了现有《表面与界面》研究生课程的教学内容，如瑞士洛桑联邦理工学院Ceriotti Michele教授开设的Surfaces and Interfaces，瑞士苏黎世联邦理工学院Spencer Nicholas教授开设的Surfaces，Interfaces & their Applications I，英国华威大学开设的Surfaces，Interfaces and Coatings课程，以及英国剑桥大学在不同时期开设的Surfaces and Interfaces和Bio-surfaces and interfaces等课程。
　　（二）利用互联网资源丰富教学案例，解决教学案例匮乏的问题
　　随着智能手机的推广普及，手机微信App的利用越来越广泛，各学科的公众号被广大科研工作者所关注。为解决《表面与界面》研究生课程教学案例匮乏的问题，笔者有意识地在微信上添加关注了相关专业公众号，如“材料科学与工程”、“材料人”、“材料+”、“国防科技大学图书馆”、“科袖网”、“学术帮”、“研之有理”、“特陶”、“两机动力控制”、“世界先进制造技术论坛”和“数控达人”等。通过对公众号每天推送的最新前沿研究成果筛选提炼，及时更新丰富《表面与界面》研究生课程各章节的教学案例，使学生能够通过最近教学案例的学习，更好地掌握材料表面与界面的基础理论知识。
　　例如，为了使学生更好地理解“金属氧化”这一章节的基本概念和氧化机理，笔者收集了网络公众号推送的最新研究论文，以武汉大学王建波等人[2]的研究工作为教学案例，向研究生介绍了该研究团队利用原位透射电子显微技术对高温下Fe纳米颗粒的氧化以及铁氧化物的还原过程进行实时观察的研究工作，使学生对“金属氧化”这一典型材料表面问题有了更直观的印象。原有《表面与界面》课程中对“团簇”的讲解相对比较抽象，为了使学生对“团簇”概念有一个更加形象的理解，笔者从催化领域的公众号中筛选整理了不同原子团簇的应用研究作为教学案例，如郑州大学韩一帆等人[3]利用纳米棒状氧化铈作为载体，通过调控载体表面Co纳米团簇的价态提高低碳醇的选择性。山东大学孙頔团队[4]利用低温溶剂热反应成功得到44核银团簇，为银团簇的合成提供一种全新的组装策略。在“表面改性技术”章节中，为了使学生更及时地了解化学气相沉积工艺在前沿交叉学科研究中的应用，笔者以韩国成均馆大学Young Hee Le等人[5]采用化学沉积工艺合成晶片级单晶h-BN单层膜为教学案例，系统介绍该制备方法与传统化学气相沉积的区别。为了更生动地阐述“液体的表面”章节中关于表面张力的基本知识，笔者在课件中引入湖南大学蒋健晖教授[6]在超级抗润湿性纳米涂层制备中的最新研究成果，使学生对于表面张力在实际科研工作的应用有了更深刻的印象。以上教学案例只是笔者利用互联网资源丰富更新《表面与界面》课程教学案例的初步探索，随着互联网技术的发展，采用该模式对教学案例进行优化调整，还有更多的工作要做。
　　（三）利用互联网资源改进教学手段，解决教学手段单一的问题
　　研究生课程教学的目的是让学生在掌握专业理论知识的基础上，利用所学知识灵活解决实际科研实践过程中遇到的科学问题。目前，国内研究生课堂教学均存在教学手段单一的问题，教师“填鸭式”的教学手段亟待改变，增强课堂的互动性是值得大力推动的教学手段之一。
　　课堂互动性的提高，不仅要充分利用上课时间让学生和教师围绕一个知识点互动讨论交流，也包括课下师生利用网络手段，针对学生在科研活动中遇到的材料表面与界面相关问题的讨论。例如，可以利用现在比较普及的腾讯QQ和微信等手机App建立群聊的方式，广泛而深入地交流心得体会及建议。同时，教师可以选取与《表面与界面》课程知识点比较相近的热门话题和学生交流互动。例如，2014年昆山发生的重大粉尘爆炸事故，使学生更深刻地掌握粉末的表面性质[7];2015年，美国GE公司成功通过F414涡扇发动机验证机对旋转低压陶瓷基复合材料涡轮叶片进行500个严酷的循环考核，制备出世界上首个非静子组件的陶瓷基复合材料部件[8]，让学生对陶瓷基复合材料及其界面的应用有了更直观的认识。另外，笔者正在网上积极查找与《表面与界面》课程知识点相关的工业生产单位，让学生有机会通过企业参观见习的方式，了解材料表面与界面科研领域的工业化进程。
　　四、结论
　　本文从《表面与界面》研究生课程存在的教学内容滞后、教学案例匮乏、教学手段单一等问题出发，系统探讨了如何利用丰富的互联网资源对现有的《表面与界面》课程进行优化提高。但是由于互联网资源呈井喷式增长，信息量日益庞大，如何根据材料科学与工程研究生的专业特点，对与《表面与界面》研究生课程相关的互联网资源有效地提炼吸收，是目前授课者急需解决的问题。
　　参考文献：
　　[1]余金山，刘东青，王洪磊，周新贵.《表面与界面》研究生课程教学探讨[J].教育教学论坛，2018，（26）：183-184.
　　[2]Shuang Meng，Jiangbing Wu，Ligong Zhao，et al.Atomistic Insight into the Redox Reactions in Fe/Oxide Core–Shell Nanoparticles[J].Chemistry of Materials，2018，30（20）：7306-7312.
　　[3]Tianyuan Chen，Junjie Su，Zhengpai Zhang，et al.Structure Evolution of Co–CoOx Interface for Higher Alcohol Synthesis from Syngas over Co/CeO2 Catalysts[J].ACS Catalysis，2018，8（9）：8606-8617.
　　[4]Zhi Wang，Haifeng Su，Chenho Tun，et al.Deciphering synergetic core-shell transformation from [Mo6O22@Ag44] to [Mo8O28@Ag50] [J].Nature Communications，2018，9：4407-4415.
　　[5]Joo Song Lee，Soo Ho Choi，Seo Joon Yun，et al.wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride film via self-collimated grain formation [J].Science，2018，362：817-821.
　　[6]Shuaijun Pan，Rui Guo，Mattias Bj？rnmalm et al.Coatings super-repellent to ultralow surface tension liquids[J].Nature Materials，2018，17：1040-1047.
　　[7]https：//baike.baidu.com/item/8·2昆山工廠爆炸事故/15199616？fr=aladdin
　　[8] https：//lt.cjdby.net/thread-1965663-1-2.html
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