科研项目驱动的功能材料器件基础课程教学探索

周建华 苗 蕾

（桂林电子科技大学材料科学与工程学院，广西 桂林 541004）

0 引言

人类社会即将从信息时代迈进以电子信息技术为核心的智能时代，我国也正在实施以中华民族伟大复兴为背景的“中国智造”重大战略，国家高等教育的新工科建设应运而生。 新工科建设是以能力为导向，适应和引领科技、经济和社会快速发展需求的人才培养模式，归根到底就是为社会培养更多的、更高水平的、能力更强的科技人才，以使我国在未来全球创新竞争格局中占据有利位置。

习近平总书记强调：“创新是社会进步的灵魂，创业是推动经济社会发展、改善民生的重要途径。青年学生富有想象力和创造力，是创新创业的有生力量。 ”创新创造能力是人才的核心能力， 创新创造型人才培养是高等教育面临的最大挑战。 创新创造能力是较高层次的认知能力，如分析、综合、评价[1]。因此，育人目标主要是培养学生的问题求解能力、决策能力、分析评价及创造力等。教学模式就是要走出“知识理解”的桎梏，向“知识迁移”过渡，发展成为“知识创新”。

功能材料器件基础课程是材料科学与工程专业学生的专业必修课，开设的时间是大三第一学期。 学生需要了解功能材料在材料科学中的地位以及功能材料的特点，掌握典型功能材料的基本原理、材料类型及主要用途， 使学生既有坚实的功能材料物理基础，又有一定的实用材料的基本性能和应用知识。 要求学生能够在识记的基础上全面正确地掌握基本概念和基本原理，并且能够进行综合分析和判断。 以学生为主体，不断扩充奠定学生的材料知识基础，培养文献查阅、获取和分析评述的能力，分别以自我和群组的方式开展探究实践，为创造、改良和完善材料而持续努力学习。

1 项目式教学的基本内容

学生通过学习，形成并获得预期所希望的学习成果，才算得上是达成课程目标。 基于科研项目驱动的功能材料器件基础课程教学改革的目的在于通过“科研项目驱动、在做中学”的方式指导学生完成实际科研项目来达到课程的教学目标，这样就形成了以科研项目为主线、以学生为主体的新型教学模式。 选取实际的科研项目来创设理论与实践平台，以小组协作的方式开展学习，通过主动地研究探索解决问题，实现学生对知识的掌握，可以大大地提高学生学习的积极性和主动性。

以学生为主体，让学生主动探索。 学生是学会的，不是教会的。 从教与学的关系上看，学是本原性和本体性存在，是学生学习的内因和根本。 学生不再是“满堂灌”的“填鸭式”对象，而是需要消化吸收基础知识、主动分析并解决问题的主体，因此，学生一定是教与学过程中的主体。 从能力的属性和能力的培养方面来讲，创新能力必须通过学生主动实践来培养，也只能通过具体的实践活动来表现和衡量[2]。

以教师为主导，教师是教学过程的设计者和引导者，指导和帮助学生提升能力。 教师要设计学习环境，如学习方向、内容、进程等，引导激发学生的学习兴趣，推动学生自主学习，评价和提升学生学习的能力训练效果。 在这个过程中，以身作则，培养学生探索的学习方式、自主的学习动力和创新的学习效果，促进学生养成良好的世界观、人生观和价值观。

学生在学习的过程中发现新问题，通过分析问题完成项目任务，解决新问题，也就是创新的过程。 这些问题往往都是教师科研领域或该学科的前沿，学生学习基础知识，理解与领会其中的关键问题，同时开展实验掌握科学研究的方法，从而锻炼学生的创新意识和创新思维能力。 教师和学生针对教学内容开展的知识的交流、探讨、论证、解决问题，并进行经验结果分享、学术探究和交流。 而且，学术性是创新思维培养的本质属性[3]。

从学术性这一点来讲， 应该把科研和教学打通，科教协同育人。 高等教育离开学术性就像鱼儿离了水一样，没有高水平科研和良好的高校制度环境，一流大学、一流学科建设也无从谈起。 高等教育是创新人才培养的重要基地，是高水平学术研究成果的重要源泉，所以高校应当坚持以学术为本，坚持科学研究与人才培养的紧密结合，让高水平的学术活动成为大学人才培养和科学研究高水平产出的强劲推动力。 因此，科教协同的项目式教学是科研思维训练和创新能力培养的最佳教学模式[4]。 项目式教学就是结合课程教学内容，在教师的指导下，将一个相对独立的开放性项目交由学生自主实施，包括信息的收集、方案的设计、项目实施等。 教师通过项目给学生提出新问题、新任务， 项目式教学变成人人参与的创造实践活动，注重的不是结果，而是完成项目的过程。

学生要利用学校的课程和科研资源，尽早参与和融入科研，在参与项目的研究实践过程中，加深对课程知识体系和能力培养要求的理解，进一步培养问题分析、信息收集能力、综合归纳能力等，这些都是创新思维能力。 通过这些项目可以把大量的科研资源和成果有效转化为教学资源，引入科研新方法、新进展、新成果，同时交叉融合多个学科，教师引导和带动学生共同参与完成项目，共同取得进步，学生作为主体独立思考、自由探索、自我提高。

项目式教学既是一种体验式教学，也是一种研究性教学，又是一种问题导向式教学[5]。 项目式教学反映了以学生为主体的教学思想，强调培养学生通过自主学习、讨论研究逐渐解决问题或完成项目的能力。 在教学的过程中，更注重激发学生的思考、创造力和批判精神。

2 项目式教学在功能材料器件基础课程中的实践

以功能材料器件基础课程为例开展了项目式教学模式改革，引导学生带着问题进课堂，跟着问题实施项目，在完成项目的过程中锻炼创新思维能力。 在传统的课堂上，学生需要了解掌握以下内容：功能材料和相应的器件都有哪些；半导体材料、磁记录材料、光电子材料、压电材料、湿敏材料；太阳能电池、热电制冷片、发光二极管、透明导电电极等。 教学的方式多为教师课堂讲解，学生课下做题，背诵知识点。 在这个过程中，并没有激发学生探索的兴趣，让其自主解决问题。

笔者将该课程设计成项目式教学过程，先从日常生活中所接触的一些功能材料引入：能源材料、信息功能材料、光电功能材料、敏感器件材料等。 然后，开始引导学生们讨论每种功能材料的特点。 同学们通过小组讨论给出答案。

讲授的部分与传统的教法区别不大，那么功能材料器件基础课程教学改革的重点就是接下来让学生进入项目式学习过程。 笔者选取了自身科研中的一个领域——热电转换器件设计， 引导学生开展项目探究，训练他们的科研思维和创新能力。

第一阶段，学生需要把这个项目细化，提出问题。学生需要通过自己的前期调研， 查出热电转换的原理、介绍，可以应用到哪些方面，以及优缺点分析。 同时思考自己应该如何开展设计？ 我与同伴应该如何分工合作，从而最大限度地发挥潜力？ 我的设计如何能具有可行性或先进性？ 第二阶段是方案规划。 教师为学生提供方案支持，详细讲述热电制冷和发电两种转换利用方式等。 第三阶段，学生小组合作完成设计，利用材料组装器件，并准备PPT 进行演讲。 最后在评价与反思阶段，教师点评，同伴互评，自我评价，小组内部讨论，并完成修改。 学生还需要通过社会调研，设计调查问卷， 发现人们使用热电制冷和发电器件的意愿、普及率等情况。

课程学习同时也是学生进行科研思维训练的过程。 学生确定了研究对象后，从信息检索、筛分，综合信息并提炼、归纳出解决问题的思路，整理出解决问题的过程行动方案，然后进行实证探索，开展实验，结合已具备的理论和基础知识进行结果分析， 与同学、教师讨论进一步改进，最终可以创造新的认知，提升创新的科学素养。

传统的教学模式中，教师的主要工作是教授学生知识。 现在，项目式教学更多是教会他们为什么要获取知识、如何获取以及怎么使用。 整个项目时间持续近两个月，其间不仅会涉及材料、物理、化学方面的知识，还会引入统计学上的定量、定性分析的方法，以及最终展示阶段的艺术设计。

项目驱动的教学全面提高学生的创新思维能力。在教学过程中，教师只是给出开放式科研课题，不是一味让学生完全按照实验指导书“照章办事”，在没有固定实验步骤、没有固定实验方案、没有固定实验效果的情况下，让学生综合所学发挥自己的创造力和想象力来完成项目。

项目驱动的教学提高学生的团队协作能力。 学生学会融入团队，“我为人人，人人为我”，参与到项目探索过程中，贡献自己的一分力量。 学生以小组为单位，需要了解小组成员的优势、劣势，合理分配好人力、物力资源，各司其职，在具体实施过程中还要学会如何与本组成员以及其他小组沟通协调，体会科研项目的实施方式和特点，发挥团队协作、互补互助的精神。 项目式教学过程中，完成一个项目需要小组所有成员的共同努力，每名成员明确项目工作计划、各自的分工以及合作的形式，负责信息收集、方案设计、项目实施及评价反思，并进行展示和自我评价。

课程考核对学生专业核心知识的掌握情况、运用理论知识解决复杂工程问题的能力、分析问题、解决问题的能力，包括教师的指导性评价和学生的自主性评价。 教师的评价对课堂教学起着导向作用，要关注学生个体差异，注重过程性和发展性。 学生自主性评价能让学生认清自己的长处和短处， 还能提高辨析、评判能力，激发学习的内动力。

3 结语

项目驱动的教学使得教师和学生相互依存、相互促进。 教师转变为学生学习的组织者、促进者和指导者，也鞭策自己不断提高教学和科研学术水平，为学生提供更好的教学内容和科研课题。 学生在积极主动的学习环境中激发好奇心和创造力，培养分析和解决实际问题的能力。 教师和学生共同面对复杂问题，相互探讨、迎接挑战，共同进步。