科研第二课堂助力《材料化学》课程改革的实践与思考

王 珊

(吉林化工学院 材料科学与工程学院，吉林 吉林 132022)

为应对国家战略布局及科技发展的需要，教育部倡导高校积极开展新工科建设活动。所谓新工科建设，意义在于培养的工科人才需具有强的知识底蕴的同时，还需具有创新创业、跨界整合等高素质能力[1]。为积极响应国家号召，各高校积极推进相关专业课程建设及改革工作，并引发了广泛的思考[2-4]。《材料化学》课程是我校材料科学与工程专业开设的一门特色专业必修课。材料化学是关于材料的结构、性能、制备和应用的化学，从化学角度出发讲述材料科学与工程四个基本要素的内容及相互间联系[5]。是各类材料在实际应用中的理论基础。该课程作为一门材料学与化学交叉形成的学科课程，随着新材料时代的不断发展与进步，现有教学过程中存在的内容老化、学科交叉与融合不够深入等问题逐渐突出，另外，传统的课堂教学学习方式存在一定的被动性、依赖性、统一性、虚拟性及认同性，重理论、轻实践，重分数、轻能力，使得向社会输出的毕业生在实际工作中缺乏实际分析问题、解决问题的能力，同时对实际研究中的创造性创新能力也较为匮乏[6]。以科研第二课堂的形式对《材料化学》课程教学内容及教学方式进行了改革，并对改革实践进行了总结与思考。

一、课程改革主要内容与方式

(一) 基于学科背景合理调整教学内容——课堂内融入最新材料化学相关科研成果

《材料化学》是讲述关于材料结构、制备、性能及应用的化学，是在化学学科、材料学科的基础上延伸出来的，在化学和材料学的知识相互交叉、碰撞、渗透的过程中形成的一种新兴的边域学科。材料化学在新材料的发现、制备和修饰工艺的发展以及材料的表征方法的等领域都做出了巨大的贡献，而且在原子和分子水平上设计新材料方面有着广阔的应用前景和发展空间。材料化学课程的开设使学生培养初步分析、探究并解决生活中所接触到的材料中存在的实际化学问题的能力，通过该课程的学习，学生可以更加熟悉材料相关领域中的一些知识，在实际生活中更加容易掌握材料的性质与结构之间的相互关系等。材料化学课程内容较为繁复，以曾兆华、杨建文编著《材料化学》(第二版)为例，全书共十章，包括绪论、材料的结构、材料的性能、材料化学热力学、材料的制备、电子与微电子材料、光子材料、生物医用材料、高复合性能材料、纳米材料等教学内容。吉林化工学院材料科学与工程专业建于2011年，以培养无机特色专业人才为目标；同时，按照培养方案的调整，目前2017级、2018级材科专业的材料化学课程由48学时缩减至40学时，因此需要对教学内容进行适当的删减和补充，以更好地适应学生整体知识体系的构建。在2019-2021两个学年的教学内容中，针对材科专业2017级、2018级学生的教学内容进行了合理性的调整：注重理论概念的理解和产生作用机理，不过多要求学生掌握公式推导过程。特别着重对材料的电学、磁学、光学等性能知识讲解，同时与科研前沿相结合，为后续课程及第二课堂科研实践环节打下坚实的基础。例如在超导材料课程讲授中，引入磁悬浮的演示视频，让学生直观的体会科学的奥妙；在压电材料课程的讲授中，引入最新科研前沿“纳米发电机”的相关研究等。在高分子结构部分引入获得2000年诺贝尔化学奖的导电高分子以及目前生物医学上广泛应用的热敏高分子材料等相关介绍。让学生切身接触优秀科研成果所带来的魅力，实现对所学知识“看得到，听得懂，摸得着。”另外，结合时下最新时事，将美国打压华为技术，中国尚未突破的新材料的尖端科技体系引入到课堂中，引入课程思政的元素，激发学生的爱国热情与学习兴趣，让学生真切感受到“少年强则国强”的使命感。此外，材料化学课程与材料学科科研前沿紧密相关，因此将专题讲座适当地引入到课堂中，让学生了解专业的前沿领域与材料化学课程之间的知识体系关联，对于学生确立自身研究兴趣和未来的就业方向有着非常重要的指引性作用。

(二) 科研第二课堂的建设

《材料化学》课程涉及材料的结构、性能、制备及应用等多方面的知识模块，课程具有内容多、概念多、理论抽象等特点。为使知识模块具体化，使学生可切身实践接触所学知识，建设了与《材料化学》相连的科研第二课堂。首先，在讲述理论课程后，学生对所学知识有了一定的理论基础，对学生布置了课后创新型作业，让学生自己动手搜索文献，了解相关学科前沿，以小组为单位做成文献综述报告，鼓励学生团队代表上台利用多媒体进行讲解，团队成员补充、培养学生精益求精的工匠精神，增强学生团队意识和合作精神，从而使学生掌握重点。初步实现了第一课堂与第二课堂的有机串联。其次，在讲述相关理论知识后，以在研科研项目为基础，为学生提供了科研实验室开放平台，结合相关的研究方向，设计了与《材料化学》课程相关的科研实验，让学生走进实验室，参与科研实践，同时将所学理论知识融会贯通，提高学生动手及创新能力的同时使学生切身感受到学以致用的成就感。

二、课程改革效果评价

针对18级材科专业的学生所开展的《材料化学》课程改革，在“超星学习通”平台发布了相关问题的问卷调查，结果如图1所示。

图1 18级材科专业学生对改革后的《材料化学》课程满意程度问卷调查结果

本年级材科专业共有88人，有65人参与调查，占总人数的73.86%。在参与问卷调查的学生中，有73.2%的学生认为通过改革后的课程学习对科研前言知识了解较多；同时86.2%的学生认为授课教师将科研前言内容与课程理论知识相融合很好、很必要，学到了很多知识；83.1%的学生认为通过本门课程的学习，对知识的理解能力及创新能力的培养有很大帮助；且93.9%的学生认为进入实验室接触科研实验(参与第二课堂)对所学知识的进一步理解与掌握有很大帮助。

综上所述，在本轮科研第二课堂助力《材料化学》课程改革对学生掌握知识及相关应用起到了积极的正面影响，学生的满意度及预期效果较为理想，达到了一定的培养目标。

三、《材料化学》课程改革的思考

经过一个学期的课程改革实践，初步完成了科研融入课堂的基本课程改革目标。且根据调查结果显示目前课程改革收到的效果较为理想，学生满意度及能力提升度较高。现阶段的教育已经不再是传统的面对面简单授课模式，随着社会科技水平的不断提升，社会对青年人才的要求也在不断提升。当学生毕业步入社会，社会对人才的需求不再是简单的一张学位证书，而是需要真正的具有一定知识底蕴同时又具有相关领域创新能力的人才。这与国家倡导的新时代工科建设的理念不谋而合。这就意味着在课堂教育上要打破传统的“我讲你听”的授课方式，以更加开阔的知识体系以及更加灵活的知识讲授方式来重组课堂，让学生以多维度的形式融入课堂，使学生在切身参与的同时不知不觉吸收相关理论基础知识，同时打破学生“考试分数至上”的传统观念[7]，让学生拓宽眼界、参与科技前沿活动，提升个人的创新能力[8]。

随着现代社会科技的发展，课堂的形式也不拘泥于传统的教室授课方式，“智慧课堂”的所谓智慧，在于灵活性、丰富性、多元化性。接下来，在课程改革中，线上线下相融合的教学方式也将逐渐开展，计划充分利用网络提供的丰富知识体系，进一步丰盈授课内容，同时可开展线上调研、线上讨论、线上科研/生产方案模拟设计等活动，将第一课堂与第二课堂进行有机的串联，注重学生独立探索能力的培养，来实现提升学生学以致用，创新创业的能力的培养目标，为社会输送优质人才[9-10]。

四、结 语

初步完成了首轮科研第二课堂助力《材料化学》的课程改革活动，基于学科背景合理地调整了教学内容，在课堂上引入了最新材料化学相关科研成果的介绍，让学生对枯燥的理论知识能够看得到，摸得着。同时以主持的科研项目为背景，建设了《材料化学》第二课堂，让学生在学习理论基础后加以运用，提升个人创新能力。本轮课程改革对学生学习起到了积极正面的影响，学生满意度较高。未来的智慧课堂不仅是传统的课程讲授，在授课内容及方式上需要更大的覆盖范围及灵活度。智慧课堂的构建不只是简单信息的课堂融合，还需要青年教师不断提升自我，不断在实践中探索，将科研工作与专业知识进行有机的融合。