“稀土材料与应用”课程教学模式探索

江庆政，黄维清

（江西理工大学，江西赣州 341000）

一、“稀土材料与应用”课程介绍

本课程以“金属学”“稀土元素化学”“现代仪器分析与测试”等为选修课程，是为高年级冶金工程专业学生开设的专业选修课程。“稀土材料与应用”课程开设的目的是拓展学生稀土功能材料相关内容的知识面，通过对各种稀土材料的性质、作用原理、制备技术、应用现状和发展趋势等相关理论基础知识的学习，掌握各稀土材料的制备技术及稀土在各类材料中所起作用的机理，重点掌握稀土磁性材料、稀土储氢及稀土发光材料的性能、制备技术、应用领域及其发展前沿动态，为学生们以后从事稀土功能材料的设计与生产工作奠定一定的基础。课程主要教学目标有2个。第一个教学目标是：通过本门课程的学习，学生在掌握相关文献查询方法的基础上，能较好运用稀土元素在各类材料中所起作用的机理较深入地分析稀土材料的制备过程及其相关应用领域，培养学生分析问题和解决问题的能力。对应的毕业要求指标点是：掌握科研文献高效查询的途径和检索方法，能够利用各种资源寻求解决复杂冶金问题的多种可选方案和较优方案。第二个教学目标是：通过课堂教学与自主学习相结合，培养学生的自主学习能力，强化学生终身学习的思想意识；同时，使学生能够追踪稀土材料领域最新的研究成果和进展，初步掌握从事稀土功能材料研究的基本方法，为改进现有稀土材料制备工艺、发展新材料、有预见性地控制生产打下基础。对应的毕业要求指标点是：能够认识到在当前社会发展的大背景下自主学习和终身学习的必要性，具有通过跟踪本专业的学科前沿和发展趋势，从而获取和掌握新知识的能力。

教师采用“讲授式”“案例式”“启发式”等多种教学方法，结合翻转课堂形式，通过让学生分组自主查阅相关文献资料的基础上制作幻灯片并在课堂上进行汇报展示，加深学生对所学稀土材料的发展前沿与应用动态的理解，锻炼和培养学生资料查询、检索和文献综述的能力。

“稀土材料与应用”课程共32学时，2个学分，主要包含以下章节的内容：稀土资源及其材料应用、稀土元素及其化合物的结构与性质、稀土材料的制备、稀土玻璃和陶瓷材料、稀土发光材料、稀土磁性材料、稀土储氢材料和稀土催化材料。由于学时有限，而涉及到的教学内容较多，本课程对稀土磁性材料和稀土发光材料两类应用较为广泛的稀土功能材料进行了重点讲授。本课程的考核由两部分组成，基础理论和基础知识的掌握程度主要以期末考查形式提交科技论文。论文为综述一类稀土材料，包括材料的制备原理，制备方法与技术、国内外研究前沿与热点、主要应用领域及对材料性能的要求，相关产业瓶颈等；平时表现由课堂表现、课堂报告和课后作业方面进行综合考核。

二、“稀土材料与应用”课程问卷调查结果

为充分了解课程教学效果和总结教学经验，面向2021年度和2022年度选修了该门课程的冶金专业学生就“稀土材料与应用”的课程内容、授课方式、学习效果、改进建议等多个方面进行了问卷调查。问卷调查主要设置了学生专业背景分析、课程教学方式、课程教学内容、课程授课效果四个方面，每个方面的问卷内容和调查结果如下。

（一）学生专业背景分析

该方面设置的问题有“你认为‘稀土材料与应用’这门课在哪个年级段开设比较合适？”“你对稀土材料学领域最新的研究成果是通过哪些渠道了解到的？”

由于稀土材料学专业性强、涉及面广、概念繁多，且与冶金、物理、化学、电子信息等多学科交叉和渗透[1]，需要先修“金属学”“稀土元素化学”“现代仪器分析与测试”等课程，认为此课程应在大三或大四开设的同学比例高达92%。学生们对稀土材料相关知识的了解大多来自于任课教师的课堂讲解，其次是通过查阅资料、课外阅读或电视、新闻报道等途径了解。

（二）课程教学方式

“稀土材料与应用”课程与稀土材料产业直接对口，授课教师不仅要有较好的理论知识功底，还需要有一定的产业实践经验。目前，该课程的教学仍然较多依赖多媒体设备，以课堂理论知识教学为主，教学方式不够丰富，未能充分培养和提升学生的创新和实践能力。张明远等[2]人认为，现行教学体系中对学生工程素质方面能力的培养程度不够，冶金专业学生工程意识不足，而培养出具有工程实践能力和创新能力的冶金专业本科生却是卓越工程师和高素质冶金专业人才的关键一环。

为充分了解学生对课程教学方式的建议，该方面设置的问题有：“你是否希望‘稀土材料与应用’这门课有课程实践环节？”“你认为哪种教学模式比较适合‘稀土材料与应用’这门课？”“这门课程采用的授课方法，哪些你比较感兴趣？”“你认为教师在该课程教学上还需要做哪些改进？请写上你建议的内容”。

仅有2.63%同学选择了单纯的线上教学来开展该课程的教学，大部分同学都认为线下教学更适合此课程。60.53%的同学倾向于采用案例式教学法来进行授课，44.74%的同学也选择了参观研学体验式教学法，且超过一半的同学希望此门课程开设实践环节方面的内容。本门课程32学时全部是理论教学，学生在对此课程的改进建议中，主要集中在开设教学实践方面，比例达到36.84%，而针对教学内容、教学模式、教学方法方面的建议较少。理论教学课程之余，带领选课学生参观了50公斤级烧结钕铁硼中试示范线，同学们在现场观察并对稀土永磁材料的主要制备工序提出了针对性的问题，表现出了浓厚的学习兴趣，达到了在实践中学习的效果。

（三）课程教学内容

学科交叉融合是自然科学发展的必然趋势[3]，诺贝尔奖中已有将近一半的奖项颁给了学科交叉的合作研究[4]。把握交叉学科的发展是一流大学建设的重要内容[5]。如英国牛津大学、剑桥大学、美国麻省理工学院等很早就从课程设置、内容挖掘、选课制度等各方面积极推进学科间的交叉融合[6-7]。我国高等院校于20世纪90年代末逐渐开始摸索学科交叉课程的教学模式。针对冶金传统学科与其他学科之间的交叉融合，国内高校也进行了相关的探索。

“稀土材料与应用”课程涉及到的理论知识点较多且较为枯燥，较难激发学生的学习热情。教师可利用融合教学与交叉学科知识以丰富教学内容，充分将理论知识与实际应用生动结合起来，从而提起学生的学习兴趣，提升学生的自主思考和学习能力，加深学生对稀土材料的全面认识。

课程教学内容方面设置的问题主要有“你认为‘稀土材料与应用’课程中是否需要融合交叉学科的知识点？”“你认为稀土材料与应用这门课程如果采用“1+X”教学模式，与哪些学科知识进行融合教学比较好（备注：采用“1+X”教学模式，即稀土材料方向+X个交叉学科，如物理、化学、稀土采选、冶炼分离、环境保护）”“你希望通过‘稀土材料与应用’这门课，能了解哪些交叉学科专业知识点？”“你对本课程讲解的内容能掌握到什么程度？”“通过本课程的学习，哪些内容你掌握得较好?”“你认为‘稀土材料与应用’课程的难易程度如何？”

笔者通过调查问卷发现，“稀土材料与应用”这门课程应融合交叉学科知识点进行授课的同学比例高达86.84%，且主要集中于与物理和化学学科知识的融合教学。大部分同学希望通过此门课程了解环境保护、稀土采选方面的交叉学科的知识点。同学们对稀土磁性材料和稀土发光材料表现出较为浓厚的学习兴趣，感兴趣同学的比例分别达到了55%和63%，这可能与相关内容的学时较多，内容讲解较为详细有一定的关联。86.84%的同学认为此门课程内容难易适中，10.53%的同学认为偏难，偏难点主要集中于相关稀土材料的基础理论研究方面，如稀土磁性材料的矫顽力增强机制。

（四）课程授课效果

该方面设置的问题有：“通过本课程的学习，你会对稀土材料学习产生兴趣吗?”“本课程学习之后，你是否会继续关心稀土材料的未来发展?”“你在学习‘稀土材料与应用’这门课中最大的收获是什么？”

所有同学都对稀土材料的相关知识表现出了一定的兴趣。通过本课程的学习，学生后续会关注稀土领域相关进展的学生比例高达97.37%，且有55.26%的学生表示在碰到相关报道后会进一步关注和学习了解。

本次问卷最后一题调研了学生在学习这门课之后的收获，学生们的回答主要有：“对稀土材料及其应用有了更全面的了解”“学会了稀土永磁材料的制备技术及相关应用领域”“了解到了稀土材料在各个领域的应用现状以及发展趋势”“通过这门课程，了解到了稀土产业的大致现状，以及各种稀土材料的具体应用领域以及相关的技术和制备方法，对稀土以及稀土的应用有了更加直观和更深层次的了解”。从中可以看出，该课程取得了较好的教学效果，在一定程度上激发了学生对稀土材料的学习兴趣，有效提高了学生对稀土材料及其相关应用领域的关注度。

三、“稀土材料与应用”课程教学改进建议

稀土材料涉及种类繁多，应用领域较广。课程学时有限，无法将每一种稀土材料的制备关键技术、原理、应用领域和研究前沿等详细讲解，如何充分利用有限的学时，优化课堂教学效果，提高同学们对稀土材料的认知能力？教师需要不断地改进教学内容和教学方法。针对以上问卷调查结果，可从以下三个方面来进一步来优化教学模式：

一是注重学科交叉，将物理、化学、冶金、选矿、矿物加工、电子信息等学科知识与稀土材料的制备、应用等融合教学。例如，在讲解稀土永磁关键制备技术时，教师通过提问学生“为什么钕铁硼主要选用质量百分比为20：80或者25：75的镨钕合金作为原材料”，引导学生将稀土材料学与采矿学、矿物加工、冶金学科知识连接起来，树立稀土全产业链的整体意识。随着我国碳达峰和碳中和政策的提出，稀土材料加速向新能源领域渗透，可将稀土永磁材料、稀土储氢材料、稀土催化材料在环境保护、节能降耗等方面进行着重讲解。

二是挖掘稀土材料应用实例，最大程度提升学生学习兴趣和优化课堂教学效果。以磁力起重设备为例，一方面，讲述稀土永磁起重设备的节电效果；另一方面，有效避免了原来电磁铁起重设备断电引起的严重安全事故。同时，提问稀土永磁起重设备是如何巧妙地吊起和卸载钢铁材料，增加课堂趣味度以提升学生对枯燥稀土磁性材料理论知识的学习热情。

三是理论联系实践，牢牢把握稀土材料科研前沿，注重将枯燥的理论知识与产业实践有机结合。教师通过带领学生参观国家稀土功能材料创新中心、稀土材料相关省级重点实验室并采用线上方式邀请稀土产业技术人员讲解产业现状与技术瓶颈，加深学生对课堂知识点及稀土材料产业关键技术的认知，培养学生的工程意识和创新能力。