纳米材料导论课程融入高等教育教学原则实践路径研究

王作山 郑敏

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

中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2020）22-0246-02

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

本科教育過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：

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[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.

Research on the Practical Path of Higher Education Teaching Principles Applied into Introduction

of Nanostructured Materials

WANG Zuo-shan1， ZHENG Min2

（1. College of Chemistry， Chemical Engineering and Materials Science;

2. College of Textile and Clothing Engineering， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215123， China）

Abstract： Professional electives are supplements and improvement of compulsory courses， which are beneficial to building a comprehensive professional knowledge system for undergraduate education. Guided by the dialectical materialist philosophy theory， this article explores the scientific path of college teaching principles implemented in undergraduate teaching practice， for the purpose of achieving the unity of science and ideology in college teaching practice， while enabling undergraduates to build a sound professional knowledge system and scientific world view of dialectical materialism.

Key words： higher education; elective course; Introduction of Nanostructured Materials; scientific world view

收稿日期：2020-02-23

作者簡介：王作山（1969-），男（蒙古族），内蒙古通辽人，博士，副教授，研究方向：复合纳米材料制备及应用。