农业院校仿生智能材料课程的教学改革研究

李 玲 陈 树 彭 昌

(湖南农业大学，湖南 长沙 410128)

仿生材料学是一门新兴的学科，是材料学、物理学、化学及生物学的交叉学科，主要通过研究生物材料的微观结构特点和性能关系，制备出结构和性能与原生物材料类似的新材料[1]。仿生材料不仅在结构上类似于所模拟的生物材料，而且性能也类似，使得许多天然的、性能好的生物材料可以大规模的生产，推动了材料科学的发展[2]。仿生材料智能化是材料学未来的发展趋势。在自然界中，许多天然生物材料具有完美的微观结构，例如荷叶表面由微纳米级的乳突结构组成，具有超疏水性能；水黾的腿部由多级微纳米结构组成，可以在水中自由的停留与跳跃； 壁虎的脚由大量的多级刚毛所组成，可以在天花板上自由爬行， 等等[3]。

在大农学专业背景下，仿生智能材料与农业领域接轨发展是农业院校材料化学专业的一大特色和优势。通过对仿生智能材料课程的学习，学生能了解仿生智能材料的基本理论技术与基本特性，掌握仿生智能材料性能与结构的内在关系，并熟悉仿生智能材料在农业中的应用与发展。本课程既拓展学生的知识面，又可以树立新材料观念，为未来的发展奠定基础。

本课程主要学习对象为本校材料化学专业研一的学生。我校仿生智能材料课程的授课模式改革的重点在于研讨型教学模式的实践与推广。通过本门课程教学方式的改革与创新，既令学生掌握基本理论知识及技能，又可培养职业素养与专业技能，提高学生分析问题及解决问题的能力，使教学工作的重点真正落实到全面提高学生综合素质方面，进而培养出创新型的人才[4, 5]。

1 仿生智能材料课程教学过程中存在的问题

若任课教师仍采用传统的教育模式，机械式的灌输知识，学生的学习效果不仅不理想而且会与时代脱轨。在仿生智能材料课程教学过程中，学生对与生活相近的知识感兴趣，也容易在日常的生活中得到应用，但也存在以下问题。

1.1 合理的选择教材与教学内容

随着科学技术的不断进步及社会发展需求的变化，教材的更新速度远远无法跟上知识的更新。教师如何变更教学体系，如何在完成教学任务的同时提升教学质量，如何为农业院校材料专业选择合适的教学素材成为了摆在教师面前的一大难题。

在当前的教学背景下，教学目标通常是通过课堂教学完成的。仿生智能材料种类繁多，覆盖内容广泛，但其作为选修课程，课时很少。所以，教学内容重点的选取决定了教学的成败，而仿生智能材料发展日新月异，教材的出版远远跟不上知识的更新。因此合理的选择教材，精选讲授内容，并适当与时下的发展相联系，与时俱进，是非常重要的。

1.2 固定模式化的教学方式

研究生教育第一学年通常进行专业理论知识的学习，以教师灌输知识为主，枯燥的理论内容易让学生失去学习兴趣，对于学生后期研究课题的开展并无实际助益。虽然多媒体教学已成为现在普遍的教学方式，但在教学过程中仍以文字为主，图片和动画屈指可数，和传统的教学相比，并无很大提高。在材料介绍或者机理推导中，教师通常只是直接介绍结果，缺少启发式教学的引导过程。固定模式化的教学方式尽管会节省更多时间，但学生对知识理解的程度远远达不到预期目标，收效甚微。

1.3 教学考核方式不科学

除了教学本身的内容和教学方式不尽合理外，研究生教学的考核和评估也在教学质量评判中起到决定性作用。而课程通常的考核是开卷考试或撰写本课程相关的一篇论文。此类考核方式很难引起学生的学习兴趣，影响了学生的自主学习能力及创新能力的培养。

2 仿生智能材料课程教学改革措施

2.1 合理的选择教材与教学内容

利用农业院校的优势以及学科发展的特点突出重点主题，科学合理地设计课程教学。首先，介绍仿生智能材料的基本概念、分类及应用领域、结构与性能特点、表征方法及发展趋势等，为后续的学习打下牢固的基础。其次，围绕涉农作物仿生智能材料进行重点介绍和学习。

2.2 教学方法的改革，培养学生的理论结合实践能力

本课程属于材料化学的选修课程，在教学过程中紧密围绕特色及重点知识向学生介绍材料的特性及相关应用，以“探究式” 的教学方式进行教学， 使课堂更加生动有趣， 进而激发学生的学习兴趣，引导学生主动思考，提高学生的思考能力。

利用农业院校的优势以及学科发展的特点突出重点主题，科学合理的设计课程教学。在教学过程中可采用更为灵活的教学方法，如课堂讨论式、教学参与等，引起学生的兴趣，调动学生的积极性，并培养他们的兴趣爱好，从源头上帮助学生学习如何归纳并总结新的知识。也可以采用讲座的形式授课，增加教学互动，在教学的过程中任课教师应多加指导。并可以选取与农作物相关的实例，让学生主动参与进去，例如：让学生实际去采取一些农作物的叶子，并用简单的方法直接拍摄视频，来判断这些植物叶子的润湿性等；由于该课程面向研一学生，其已经具备查阅文献的能力，就可要求学生围绕涉及到的仿生材料的结构、特点、性能以及前景，在大量资料中筛选有用信息进行总结；合理地对班上学生进行分组，做到优劣互补，组上每个同学均需要承担独立的任务工作，并分别上交独立的作业，这样做既可以保证每个人的参与，提高学习质量，也方便任课教师评价个体的表现，从而减少滥竽充数的情况，激励学生的主动参与。

2.3 考核形式多样化，综合评价学习情况

研究生的考核应当涵盖课堂考勤、课堂讨论、主题发言、科研能力、研究论文等方面，建立并完善评价学生综合能力的考核体系。 综合作业占总成绩的40%，学生根据老师布置的方向，通过课后查阅资料并实际做简单的小实验，做成PPT，上台汇报讲解，回答老师提出的相关问题，老师根据学生的思路、表达、PPT的精美度以及知识掌握程度进行打分，激发学生学习的积极性，锻炼其科学的思维方式，进而达到提高教学质量的目的；出勤占10%，主要起监督学生参与的作用；考试采用开卷的形式，占总成绩的50%。

3 结语

教学改革是推动学科发展的基础，改善教学方式及考核体系，使得学生更积极的掌握仿生智能材料的相关知识。教学既要顺应时代发展与需求，又要紧密结合科技发展的特点。在教学过程中，主体始终是学生，教师起主导作用，及时与学生交流，更深入的了解学生的学习需求，进而达到最终掌握此门课程的目的。另外，通过本门课程，不仅要传授相关的专业知识，更重要的是培养同学的发现问题、分析问题以及解决问题的能力。