融合创新创业教育的课程教学改革研究—以 《材料制备技术及原理》为例

李晓丹，张旻澍，路 密，庄树新

（厦门理工学院材料科学与工程学院，福建 厦门 361024）

人类社会的繁荣与发展离不开能源模式的变革。现代高标准的生活、持续攀升的人口导致能源需求与日俱增。与此同时，石油煤矿等传统能源日渐匮乏，污染环境致使全球气候恶化［1］。人们越来越感受到 “传统的能源模式”制约了发展，对 “新型的能源模式”有了越来越深厚的期盼。发展新能源已经成为世界发达国家和地区顺应科技潮流、调整产业结构的重要措施。我国更是将新能源列为国家战略性新兴产业，并陆续出台一系列扶持政策，大力发展新能源产业。而新能源产业国际竞争力的提高，很大程度上依赖于新能源材料技术的创新与推广。新能源材料技术的研发实力及产业化进程已经成为一个国家经济发展、科技进步和国防力量的评价标准之一［2］。因此，培养具有国际竞争力的高质量人才，促进新能源材料与技术领域的发展，是高等教育的重要任务之一。

《材料制备技术及理论》是我校为推进新能源材料与技术的研究发展，培养高质量人才而设的一门核心专业课。该课程涵盖了新能源材料的结构与性能、合成制备方法、工艺设备及相关原理等基本知识。课程内容非常广泛，实践性强，且往往同时涉及到物理、化学以和材料科学等多学科的知识，具有明显的学科交叉性。材料制备技术处于快速更新迭代期，各种先进的材料设计、新技术、新材料不断涌现［3］，迫使课程对创新性和前沿性提出更高的要求。而传统的讲授式教学，很难将这些琐碎、抽象的专业知识描述清楚，不足以激发和培养学生的创新意识和实践能力，已经不适用于此类专业性课堂。此外，当代大学生普遍缺乏对自己所学的专业知识进行学以致用的能力，容易对前途感到迷茫，这也造成了大学生就业难的现实问题。为了解决这些问题，专业性课程的教学更要注重学生创新精神、创业意识和相关能力的培养［4］。因此，对该课程进行教学内容、教学方法与手段等方面的改革，实现创新创业教育与专业教育的有机融合是培养高质量人才的必然要求。

1 课程内容优化

《材料制备技术及理论》的课程目标是，通过课程学习，使学生掌握新能源材料的制备技术及相关理论，建立材料-性能间的构效关系，理解新材料的设计思想，初步培养学生的创新思维和实践能力。该课程开设在大学三年级上学期。为了避免与材料类基础课程的知识点重复，根据我校新能源材料与器件专业的办学特色，对教学内容进行了整合归纳。课程围绕新能源材料常用的制备技术展开，包括溶胶-凝胶法、水热-溶剂热法、电化学合成技术、气相沉积技术、固相合成技术、静电纺丝技术、定向凝固、热压烧结等八个章节的内容。每个章节会详细讲授制备技术原理、工艺参数调控、设备构成等基础知识，并穿插相关技术制备新能源材料的案例分析。二次离子电池和太阳能电池是新能源材料在器件应用方向的出口，而溶胶-凝胶法、水热-溶剂热法、气相沉积技术正是合成这些能源器件所需材料的基础方法，因此成为本课程的讲授重点。

材料制备技术处于快速更新迭代期，各种先进的材料设计理念、复杂的新技术、新材料不断涌现。很显然，《材料制备技术及理论》作为高年级学生的专业课程，对创新性和前沿性有一定的要求。而经典教材更注重基础知识的讲授，更新相对缓慢，无法兼顾专业课程所需的前沿性。因此，教师的授课内容不能只着眼于教材，还需要从国内外权威期刊、学术论坛、创新创业大赛等渠道获取教学素材与灵感，及时更新教案和多媒体课件。经过教学研究与思考，该课程的授课内容应该以教材中的基础知识为出发点，引入近年来新能源材料、新制备技术及其应用领域的最新重要成果，启发学生的创新创业思维，为新能源材料与技术领域培养高质量的双创人才。

2 教学方法与手段改革

2.1 应用多样化的教学方法

将多媒体课件、传统板书和线上教学 （如慕课MOOC）手段有效地结合起来，取长补短，优化教学效果。本课程强调对理论知识点的巧妙应用，常常涉及一些较抽象的物理化学过程。利用多媒体课件中的图片、动画等功能可以将其生动形象、直观的展示给学生，有利于学生更深刻地理解概念和应用。考虑到多媒体播放速度较快的特点，对学生的反应力和注意力要求较高，难以做到兼顾整个课堂的教学效果。如果能够结合传统板书，画出思维导图，带领学生共同梳理重点知识，让学生有足够的时间消化知识，查漏补缺，增加对知识点的有效记忆，保证多数学生的学习信心和学习兴趣。另外，这次疫情普及了线上教学手段，也凸显其独特的优势。例如，利用慕课MOOC在特定的节点设置思考与话题，让全班学生进行线上课堂探讨与交流，系统自动记录课堂互动情况与出勤率，计入平时成绩。免去了繁琐的查收纸质作业与点名环节，给课堂互动增加了时间，使教学更加活跃和生动，扩展学生的思维能力。同时，这种模式还能督促一些上课爱玩电子游戏的同学将手中的电子产品化为生产力，修正学习习惯，培养学习兴趣。

2.2 开展以实践性为导向的案例教学方式

材料制备技术及理论这门课程所涉及的知识点与实际生产生活中的应用息息相关，开展以实践性为导向的案例教学方式，让学生们体会到学以致用的乐趣，产生浓厚的学习兴趣。首先，在教学过程中，精选企业发明专利进行分析，对一些新材料和新技术融入日常生活的实例进行启发式教学，鼓励学生加强对生活常识和相关科技发展的关注、理解。将处理过的碳纳米管掺入其中，经过搅拌，加热去除大部分溶剂，获得稳定凝胶。例如，福耀玻璃公司申请的专利 “一种着色薄玻璃和夹层玻璃”就是在溶胶凝胶过程中掺杂若干成分的金属氧化物，获得具有强化性能的着色薄玻璃，比同等厚度的化学钢化玻璃具有更优的力学性能；既无需经过化学钢化、也无需经过物理钢化就能够直接用于制作夹层玻璃，减少了夹层玻璃的生产步骤，降低了汽车夹层玻璃的制造难度，满足了汽车轻量化的需求；还能够减少红外线透过率，提高驾驶员乘客的舒适性。其次，分享大学生创新创业大赛中涉及材料制备技术的获奖案例，加深学生对学习内容的理解，有利于激发其对新材料、新技术的钻研热情。例如，我院学生在第三届中国 “互联网+”创新创业大赛中获奖的作品 《钦钛：便携式消毒水发生器》，就是基于电化学合成技术与理论来设计的。以此鼓励学生组合成团队申报各级别的与材料设计、材料制备相关的各类 “大学生创新创业训练计划”项目及比赛，培养学生的创新思维和实践能力，以提高学生的创新创业素养。

2.3 延伸出发现／解决问题的教学模式

很多高校在每学年的小学期都给学生安排了企业实习计划，让学生充分了解新能源材料相关的企业文化和生产过程［1，5］。并且，在前期科研促进教学的改革中［3，5］，很多学生都参与到教师的课题小组，开展新材料制备相关的科研工作。鉴于这样的实践基础，在通过材料制备技术及理论的学习后，教师可以引导学生从这些实践经历中发现科学或技术问题，要求学生以小组的形式，通过查找相关资料，合理论述并提出解决问题的方案，制作做成电子课件在课堂上轮流展示，教师进行点评，帮助学生拓展分析解决问题的思路，为培养高质量的双创人才奠定基础。

3 总结

在国家战略性扶持与期许下，新能源材料与技术的发展日新月异，为了培养出满足社会需求的高素质、创新创业型人才，材料制备技术与理论课程需要不断优化教学内容，改进教学方法，与时俱进。首先，该课程的讲授不能局限于教材中的内容，还需从其他权威渠道引入近年来新材料、新技术及其应用的最新重要成果，拓展学生的眼界、启发学生的创新思维。此外，必须注重课堂、日常生活、实验室与企业实践的结合，应用多样化的教学方法，开展以实践性为导向的案例教学方式，延伸出发现／解决问题的教学模式，培养学生的理论结合实践的能力，为新能源材料与技术领域培养高质量的创新创业型人才。