纳米材料导论课程融入高等教育分析

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纳米材料导论课程融入高等教育分析

摘要:专业选修课是对必修课的补充和提升,有利于构建本科教育的完善专业知识体系。以辩证唯物主义哲学理论为导引,探索高校教学原则在本科教学实践中贯彻的科学路径,其宗旨是实现高校教学实践科学性和思想性的统一,使本科生在构建完善的专业知识体系的同时,树立辩证唯物主义的世界观。

关键词:高等教育;选修课;纳米材料导论;科学世界观

高等教育突出专业教育,高等学校根据自身的性质和社会需求设置专业,各个专业设置相应课程来完成专门人才定向培养。高校课程根据对专业的适用性可分为必修课程和选修课程。前者是重点讲授本专业必须掌握的基础知识和技能,教学内容具有系统性、完整性和相对稳定性,后者则是作为必修的一种补充,有利于培养学生专业特长,系统构建专业知识和专业技能。在高校教育目标实现过程中,高等学校教学原则始终处于指导地位。教学规则是根据教学目的和教学规律制定出来的对教学的基本要求,对教学过程实施起到约束和规范作用,是成功进行教学活动必须贯彻的准则。如何在教学实践环节中,灵活运用、落实高等学校教学原则,是高校教师必须直面的重要课题。纳米材料导论是苏州大学材料专业开设的选修课,重点介绍纳米材料的基本概念和基本性质,着重介绍纳米粒子、纳米薄膜、纳米固体等材料的制备方法和基本性能。该课作为材料学专业重要选修课之一,如何在教学过程中,深入践行高等学校教学原则是本文探究的重点。

一、教学实践中选修课教学的科学性与思想性统一

本科教育过程是专业科学知识体系构建过程,同时也是本科生世界观逐步确立的过程。高等学校教学的首要原则是科学性和思想性统一。科学性要求教学要客观传授专业科学理论,而思想性则要求教学要体现社会主义教育的政治方向,培养学生树立正确的世界观和人生观。在纳米材料导论课程教学过程中,针对纳米材料特性这一章节中,重点揭示材料构效关系中所蕴含的哲学原理,即利用唯物辩证法的量变质变关系原理引导学生认知纳米材料特性。材料是人类赖以生产和生活的物质基础。材料是客观的物质,纷繁的材料构成了多彩的物质世界,层次的划分使复杂的物质世界变得清晰而富于条理。物质可分为若干层次,每个层次又可分为若干个亚层次。目前,三层次理论为人们所共识,即以典型尺度划分,物质可分为微观、宏观、宇观三个层次,不同层次的物质服从不同的运动规律。微观世界到宏观世界尺寸的划分不应当是截然的,具有一定的模糊性,即它们之间必然存在一个介观,处于介观领域的物质其典型尺寸为1~100nm(小于1nm为微观世界;大于100nm为宏观世界),该范围也称为纳米尺寸范围。这一过渡区域的特点表现为宏观规律和微观规律的互相交叠。一方面,牛顿经典力学的规律尚起重要作用;另一方面,量子力学的各种效应已十分显著,其结果是出现了新的尺寸效应。其中,既有本构特性变化的尺寸效应,又有新的物理和化学机制出现的尺寸效应。具体表现为宏观块状物质的本构特性与特征尺寸无关,而当物质的特征尺寸减小到某一临界值时,其本构特性变成与特征尺寸相关,或者出现新的物理和化学机制,即纳米尺寸效应,其包括小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等。团聚是纳米材料制备过程中材料尺寸控制的关键。纳米材料在制备过程中容易发生团聚,造成团聚发生的内因是由于纳米材料尺寸极小,比表面过大,比表面能过高,使材料体系处于不稳定状态,有自发通过接触团聚增大颗粒尺寸,降低比表面能使体系趋于稳定的趋势。造成团聚的外因是材料制备或煅烧过程中存在着范德华力、氢键和毛细管效应。这里小尺寸,高比表面能是团聚发生的根据,是第一位的,它决定着纳米材料团聚发生的基本趋势;而范德华力、氢键和毛细管效应是团聚发生的外部条件,它是第二位的,对事物的发展起着加速或促进作用,外因必须通过内因而起作用。学生通过辩证分析,在掌握教学知识点的同时,确立辩证唯物主义科学世界观,实现了纳米材料教学实践中科学性和思想性的统一。

二、纳米材料导论教学中实践教学与科学研究相结合

本科教育过程是知识的传承,更是科学研究方法的领略,通过个性的抽象思考,领悟共性的哲学精髓,将会开启本科生的创新之路。高教理论研究表明,探索、研究的本质是对未知领域的求索,而教学是已知的传承,二者的区别在于认识的客观对象不同,任务也不一样。但是两种认识过程又是互相依存和互相转化的。在专业选修课教学过程中,高校教师在传授系统知识的同时,有必要向学生传授一些科学研究的思维方法,在学生的兴趣中埋下探索的火种,实现科学思维的启迪。尖晶石型氮氧化物是一种新型的陶瓷材料,具有出色的光学性能、力学性能、热学性能、介电性能等,但氮氧铝制备相当复杂。尖晶石型氮氧化铝合成有三种方法,最普遍的方法是碳热还原氮化氧化铝法;第二种方法以金属铝为原料,借助燃烧反应来氧化氮化制备氮氧化铝;第三种方法是用气相反应合成氮氧化铝。这些方法的共同的特点是制备过程必须在高温下进行,高温、氮气、金属铝是合成不可缺少的条件;碳热还原氮化氧化法中,高温、氮、碳是必备的条件,因此,只要具备上述两种条件,就能够合成氮氧铝。经典爆轰理论表明,含能材料TNT爆轰,瞬间可释放出很高的能量,形成高温、高压、强冲击波能量场,高温、氮、碳均已具备的条件下,适当引入铝粉,就可以实现氮氧铝的制备。通过对自己课题组已有科研成果的介绍,将具体的思考方法传授给学生,经过综述、归纳分析,让学生感受到创新不光是靠偶然的灵感和顿悟,是有章法可循的。这种将研究方法和教学方法相互渗透的方式,能有效启迪学生们的创造性思维。

三、高等教育教学中理论与实践的多元化

理论源于实践,实践是理论的最终归宿,“从实践中来,再回到到实践中去”,理论知识才有望夯实、提升并得到发展。课堂教学以纲要为引领,以教材为蓝本系统地传授专业知识。教材具有通识理论的普适性,但绝大多数学生缺乏实践历练,很难对经典的理论有深刻体会,课堂教学所构建的知识体系难免平面化。如何使知识体系鲜活、立体,则是教学实践中必须直面的问题。如今,科研已成为高校教师教学实践之外的实践活动的主战场。立足这一优势,结合教师科研课题,有计划地组织学生开展科研实践活动,可激发学生们学习的热情,加深对教材基础理论的理解。纳米材料导论这门选修课在苏州大学2008级材料化学班开课期间,作为选修课教师,我将自己的实验室向本科生开放,让学生从课堂走进实验室,立足选修课,申请校级或省级大学生创新课题,把所学到的理论知识与实践相印证,这种实践训练不但加深了学生对基础知识的理解,同时也培养了本科生科研创新精神。经过训练,苏州大学2008级材化专业周秀峰同学在本科三年级便在国际期刊上发表了SCI收录论文,四年级申请国家发明专利获批,因成绩优秀顺利保研;本科毕业论文被评为江苏省高校本科毕业论文一等奖。同届参与实验锻炼的2008级材料化学班的朱艳菁同学也发表了国际性的学术论文,顺利保研。实践证明,本科学生利用业余时间,积极参加科研活动,既开阔了视野,更实现了理论和实践对接,使知识体系由平面化向立体化丰富,顺利完成理论知识从书本中来到实验室中去的跨越。

四、结束语

高等教育是培养高级专门人才的一种社会活动,树立先进的教育观念,掌握正确的高等教育方法,有助于高校教师按照高等教育的内在规律从事高教工作。将哲学、教育学、心理学有机地融合在教育实践当中,以高等教育教学原则为准则,以辩证唯物主义哲学理论为引导,借助课堂教学和实验室辅助实践教学相结合,可有效完成构建本科教育专业知识体系,同时培养学生确立辩证唯物主义科学世界观,真正实现高等教育科学性和思想性的有机统一。

参考文献:

[1]周川.简明高等教育学[M].南京:河海大学出版社,2006:05.

[2]曹茂盛.纳米材料导论[M].哈尔滨工业大学出版社,2001:08.

[3]张立德,牟季美.纳米材料和纳米结构[M].北京:科学出版社,2020:1.

[4]郝泽芃.纳米材料及其技术的应用前景探讨[J].科技经济导刊,2018,26(32):66.

作者:王作山 郑敏 单位:苏州大学