功能材料课程教学改革探索*

孙交通, 陈凤贵, 周 丹, 彭 程

(1 长江师范学院材料科学与工程学院，重庆 408100；2 长江师范学院化学化工学院，重庆 408100)

功能材料是指具有优良的物理、化学、生物等特性或其相互转化的功能，且用于非承载目的的材料[1]。由于计算机信息技术、生物工程技术和能源技术等高新技术的快速发展对材料提出了越来越高的要求，使得以功能材料为代表的新材料的研究与开发成为材料科学中最活跃的前沿学科之一。在当前第四次工业革命的背景下功能材料正日益成为各国重点发展的高科技领域。《功能材料》作为材料类专业学生必修的一门重要课程，它的出发点和落脚点就是使学生掌握各种功能材料的组成与结构、制备合成、功能特点和内在的原理机制以及它们的应用领域，重点能够理解材料的结构与功能之间的相互关系。作为一门深度交叉的前沿学科，《功能材料》涵盖的内容繁多，包括电性材料、磁性材料、光学材料、能源材料、纳米材料、智能材料、形状记忆材料、隐身材料、梯度功能材料、生物医用材料、功能催化剂和功能膜材料等，涉及到电学、磁学、光学、声学、无机化学、有机化学、高分子化学和生物学等众多学科领域。不同的功能材料的学科基础差别很大，涉及到数量众多且复杂的理论，需要有很多门诸如大学物理、固体物理学、晶体学基础、大学化学、无机化学、高分子化学、材料科学基础和材料物理性能等等先导课程作为基础。对于任课教师和学生来说，想要讲透和学懂绝大多数的功能材料并不是一件容易的事。因此需要结合专业定位，对功能材料课程的教学内容进行筛选，并通过改革教学方式和考核评价方法等来提升教学质量，培养学生的专业综合能力。

1 当前功能材料课程面临的主要问题

1.1 教学内容与专业方向或定位不符

目前出版发行的可供《功能材料》课程使用的教材有十数种之多，大多为国内的知名教授所编写，代表性的教材有周馨我教授主编的《功能材料学》，殷景华教授主编的《功能材料概论》，陈玉安教授主编的《现代功能材料》，李廷希教授主编的《功能材料导论》等。其中既有章节较多，内容覆盖面广的教材，也有为适应编者所在学校的课程教学而进行适度删减后的教材。大部分高校开设功能材料课程的课时一般只有48个学时左右，通常不太可能把一本大而全的教材的内容都讲解透彻，因此对于材料科学与工程、材料物理和材料化学等不同的专业来说，教学内容必须要做出恰当的取舍，与专业方向相适应；而不是完全按着同一本教材的内容，照搬全部章节。

即使是同一个专业，不同学校的专业定位也不尽相同，以材料化学专业为例，不同高校往往依托于自身的优势师资而形成了自己的专业培养特色，比如以无机非金属材料或高分子材料或环境材料或新能源材料等为特色[2,3]。所以即使专业名称相同，但其培养方案中的课程设置都相差较大，因而导致了在知识架构中起着承上启下作用的功能材料课程的侧重点也要有所不同。

1.2 教学方式方法落后

多年以前各高校基本都普及了多媒体教学，教师备课和讲课主要通过制作和演示电子课件来实现，相较于以写教案和板书为主的备课和讲授方式，一定程度上可以提高授课效率，同时结合图片、动画或视频等教学资料可以吸引学生的注意力，激发他们的学习兴趣。但是在智能手机普及、移动互联网高度发展和对学生的创新能力培养日益重要的今天，仅仅借助于多媒体技术的讲授法教学已经远远不能满足教育教学改革的需要。慕课(MOOC)、小规模限制性在线课程(SPOC)、雨课堂、翻转课堂、对分课堂等新的教学工具和教学模式不断涌现，对每一位处在教学一线的教师都提出了更高的要求[4,5]。因此我们不能停留在过去的课堂讲讲课件、课后做做作业、考前划划重点的简单灌输式的教学模式，而是要不断学习新的教学方法、手段、模式和理念，并在此基础上进一步发展和更新。只有这样，我们的教育才能真正培养出适应社会需求的人才。

1.3 考核评价方式过于单一

考勤、作业和考试是目前大多数教师对学生进行考核评价的三个基本要素。然而学生考而不勤的现象比比皆是:人虽然来到课堂，神却没有跟随，不是在睡觉就是在玩手机的现象并不少见；布置的课后作业相互抄袭的情况更是屡禁不绝；而最后的考试则往往为了让大部分学生能够顺利过关而不得不一再地通过各种方式降低要求。如此种种貌合神离的考核评价方式既起不到督促学生学习的作用，也无法较为公平地评判每一个学生，使得认真学习的同学丧失了进取心。因此学生学习热情不高，整体学风不佳和考核评价方式不当有着莫大的关系。

2 应对的改革措施

2.1 教学内容精心选择与设计

增加课程量，压减每门课程的课时数成为了当前高等教育改革的总趋势，因此必须通过优化教学内容和提高教学效率来弥补时间上的不足。功能材料课程的教学目标是通过系统的学习使学生掌握与本专业相关的各种功能材料的结构与组成、合成与制备、性能特点和应用领域。考虑到本课程的课时有限，哪些内容需要精讲，哪些内容学生可以自学，需要任课教师结合本专业的定位与培养特色认真思考。以本校的材料化学专业为例，从学生就业、深造和师资变化等因素综合考量，最新修订的2019版人才培养方案将本科生的专业培养方向从混凝土、陶瓷和玻璃为主的无机非金属材料调整为有机高分子材料。因此在没有开设功能高分子材料课程的情况下，与培养方案相适应地，功能材料课程的教学大纲和教学内容也需要做出调整。比如在形状记忆材料这一章中的形状记忆高分子材料，导电材料中的导电高分子，分离膜材料中的高分子膜材料，智能材料中的电色窗口和刺激响应性高分子材料，催化剂中的离子交换树脂等等需要重点讲解。而对于贮氢合金、功能陶瓷、半导体材料、磁性材料和光学材料等以金属或无机非金属材料为核心的章节则可以略讲或让学生自学。

如何利用好有限的课堂时间，实现课堂高效率，建设丰富的课程资源库至关重要。这其中包括必不可少的案例库和拓展学习资料库。该课程的特点在于重定性轻定量，较多地讲解功能材料的结构、原理和应用，很少涉及令学生感到枯燥的定量计算。因此多选取学生熟悉的或身边的案例进行讲解说明，能起到事半功倍的效果。比如在讲述光致发光材料时以纸币的防伪油墨技术作为应用例证；在学习电色窗口这一功能材料时，坐过波音787客机的同学会对可变色舷窗的工作原理的理解更深刻。另外，引用一些发表在国际主流学术期刊上有趣的最新研究成果作为旁证，比如选取以刺激响应性高分子为基础制备的靶向药物载体的例子来说明该类高分子的应用前景，同样能将知识点更有效地传授给学生。这样既可以让学生了解功能材料的研究前沿，开阔他们的视野，又可以培养他们对科研的兴趣，对于将来继续追求深造的学生具有一定的指导意义。

2.2 教学方法多样化

在当前大学课程的教学时间普遍压缩的情况下，如何更高效地实现传授知识，培养能力和塑造价值观的教学目标，对每一位一线教师的教学能力都是很大的挑战。从教学时间这个角度来看，向课外要时间，将学习延伸到课堂之外，将线上和线下教学混合，成为教学改革的一个重要方向，不论是近些年风靡教育界的翻转课堂，还是当前备受关注的对分课堂皆是如此。翻转课堂是借助MOOC、SPOC等教学视频将知识传授环节转移到课下的在线学习；而对分课堂则是以线上推送课后作业的方式完成知识的内化吸收过程并为下次课的课堂讨论做准备。两者分别通过将预习时间和复习时间最大化来延长教学时间。

除了增加学生自学时间之外，教师还可以通过提高线下课堂的趣味性和互动性，以吸引学生积极参与课堂教学。比如在采用讲授法时，随时借助雨课堂等工具进行课堂测验，及时了解学生对知识的掌握情况；在采用讨论法时，尽可能让每个学生都有机会通过ppt等方式展示讨论的结果，给他们自我展示的机会。建立自信心和培养沟通、分析问题等能力是讨论法教学的优势，必须充分发挥。

最后，提高学生的学习积极性才能从根本上改善他们的学习状态和提高学习效率。尽量避免试图通过说教的方式来唤起学生的学习兴趣。枯燥的说教往往会适得其反，以身边鲜活的好故事生动地诠释才能取得意想不到的效果。以半导体材料这一节为例，向学生们讲述目前我国在半导体材料为基础的集成电路产业方面受到美国政府的无理打压和制裁的现状，能够更好地培养学生的家国情怀，激发他们树立科技报国的信念，同时在引导学生树立正确的人生观和价值观上，可以收到“随风潜入夜，润物细无声“的良好效果。

2.3 教学全过程考核

课程考核的最终目的不仅仅是为了评判学生的学习成效，更是为了督促学生认真学习，掌握知识和锤炼能力，因此强调过程的考核至关重要。只有对全员全过程的学习效果的准确掌握，才能及时做出调整和警示。对于课后作业无法准确地反馈学生学习的真实水平，那就调整为课堂作业，通过雨课堂等手段推送习题，当堂完成，并将每次的课堂测验成绩作为过程分，计入最后的总成绩中。这样既可以了解学生真实的学习效果，又能激励学生重视学习。平时成绩(占比40%)还包括讨论发言和回答问题等课堂表现、实践环节的表现和实验总结报告。期末考核则以课程论文的形式进行，每个学生选择一个不同的功能材料课题，调研文献，总结概括，提交论文，制作ppt并课堂汇报，其余同学提问，依据论文和答辩表现给出期末成绩(占比60%)。这种严格的过程考核才能够既调动学生的主观能动性，又培养学生的综合能力和创新素养。

3 结 语

随着高新科技对材料的性能提出了越来越高的要求，以功能材料为代表的新材料迎来了飞速发展，功能材料课程的教学也面临着更大的挑战。只有在优化教学内容、更新教学方法和改善考核方式上面下功夫，才能真正提高教学质量，培养材料类专业学生的专业素养和创新能力以适应社会的需要。