王國平　陶玉強　金靈華

摘? ? 要：“功能陶瓷”涉及粉體制備與表征、成型、燒結(jié)、后加工、各種功能陶瓷及納米陶瓷等內(nèi)容，是一門理論知識與實際應(yīng)用聯(lián)系緊密的課程。作者結(jié)合教學(xué)實際，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)師資、教學(xué)方法和考核方式等方面進行了教學(xué)改革，通過增加前沿進展、引進企業(yè)師資、增加研討課與翻轉(zhuǎn)課堂、走出課堂、強調(diào)實踐教學(xué)以及改革考核方式等，調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生解決實際問題的欲望，喚起了學(xué)生的創(chuàng)新沖動，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：功能陶瓷;教學(xué)改革;創(chuàng)新型人才

中圖分類號：G642.0? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）03-0020-03

國家要振興， 要長久興旺發(fā)達，必須要有一大批能續(xù)寫輝煌的創(chuàng)新型人才。創(chuàng)新型人才越多，就越能在國際競爭的浪潮中引領(lǐng)潮流。我國的華為公司就是一個典型的例子，其在5G光交換、光芯片等技術(shù)領(lǐng)域一日千里，短短的十余年內(nèi)就從名不見經(jīng)傳的小公司成長到令美國等西方發(fā)達國家聞之色變的高科技公司。華為公司之所以能做到如今，是因為其聚集了一批世界級的優(yōu)秀科學(xué)家，招攬了近十萬優(yōu)秀的創(chuàng)新型人才，為其克服了一道道技術(shù)難關(guān)，在茫茫征途中找到了前行的方向。覆蓋全球的“未來種子”項目，也將為華為贏得更加輝煌的未來。創(chuàng)新型人才在公司和國家建設(shè)中的作用日益彰顯，國家尤為重視創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

探索創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)方法，是時代賦予大學(xué)的使命。為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的無機非金屬材料高級工程技術(shù)專業(yè)人才，我們優(yōu)化了無機非金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱[1]，同時鼓勵任課教師在各門課程的教學(xué)教改中融入創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在課堂教學(xué)中注入創(chuàng)新能力已成為世界教育改革的熱點，成為我國教育改革的焦點[2]。

“功能陶瓷”涉及粉體制備與表征、成型、燒結(jié)、后加工、各種功能陶瓷及納米陶瓷等內(nèi)容，是理論知識與實際應(yīng)用聯(lián)系緊密的一門課。因此，該課程的講授不能僅注重理論知識的講解，學(xué)生學(xué)習(xí)也不能只局限于理論知識的掌握，而應(yīng)將理論與實踐密切聯(lián)系起來。但現(xiàn)實情況是：課程教師一般缺乏實踐經(jīng)驗，無法將兩者完美地結(jié)合在一起。為此，筆者結(jié)合教學(xué)實際，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)師資、教學(xué)方法和考核方式等方面進行了教學(xué)改革探索，意在加強理論與實際的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、改革教學(xué)內(nèi)容，增加前沿進展

隨著技術(shù)的進步和新材料的出現(xiàn)，功能陶瓷的應(yīng)用不斷拓展，新型功能陶瓷得以相繼開發(fā)，新的制備工藝層出不窮。為與時俱進，我們在“功能陶瓷”的教學(xué)過程中，不斷添加學(xué)科新進展和新成果，比如：“新型功能陶瓷、新型成型與燒結(jié)工藝、光電陶瓷、壓電陶瓷、納米陶瓷、納米薄膜陶瓷、敏感陶瓷、仿生陶瓷和納米復(fù)合陶瓷等”，豐富授課內(nèi)容，拓寬學(xué)術(shù)視野，保持學(xué)科活力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維，力爭站在學(xué)科前沿的高度上，培養(yǎng)具有國際視野和前沿視角且適應(yīng)未來科技發(fā)展的創(chuàng)新型人才。通過介紹學(xué)科前沿進展，指出學(xué)科前沿中有待完善之處，以期提高學(xué)生探究學(xué)習(xí)的興趣和熱情，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望。

應(yīng)該指出的是：由于功能陶瓷的前沿領(lǐng)域眾多，沒有一個教師能對所有的前沿了如指掌，為此特安排多個教師尤其是新引進的博士參與授課。之所以強調(diào)安排新引進的博士授課，是因為他們在完成博士畢業(yè)論文的過程中，閱讀了大量文獻，對所研究領(lǐng)域的歷史淵源、研究進展和未來的發(fā)展方向爛熟于心;對相關(guān)領(lǐng)域中存在的問題看得準(zhǔn)、看得透;對于問題的解決，他們既能從理論方面進行分析，又能從實踐方面提出一套甚至好幾套解決方案。這樣每堂課學(xué)生就好像聽一個個精彩絕倫的故事，充滿了趣味性和探索性，學(xué)生聽課熱情明顯高漲，上課思如潮涌，探究和解決問題的欲望在學(xué)生心中萌動，提問的學(xué)生明顯增多。

例如：在碳納米管復(fù)合陶瓷中，很難實現(xiàn)碳納米管在復(fù)合陶瓷中的均勻分散。這種不均勻分散不利于碳納米管優(yōu)異性能的充分發(fā)揮，導(dǎo)致復(fù)合陶瓷的性能不理想，碳納米管的利用率也低，碳納米管的添加量增加，造成碳納米管不必要的浪費和陶瓷性能的降低，使得碳納米管與其他碳材料的比較優(yōu)勢得不到體現(xiàn)。因此，我們提出：在制備碳納米管復(fù)合陶瓷時，急需解決碳納米管的團聚問題。在持續(xù)不斷的學(xué)科前沿講授過程中，學(xué)生的創(chuàng)新意識不知不覺開始萌芽。課后，宋健、彭啟榮等同學(xué)通過查閱相關(guān)文獻，了解碳納米材料的性能及其相關(guān)知識，提出了“碳納米管的分散及其在復(fù)合材料中的應(yīng)用”這一創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，完成了部分相關(guān)的實驗研究，在學(xué)術(shù)創(chuàng)新思維和實踐方面得到了一定的訓(xùn)練。

二、引進企業(yè)師資

在高校，任課教師常常來自于高校畢業(yè)生，其理論知識豐富，但少有工程實踐的經(jīng)歷。如果能從企業(yè)請來工程經(jīng)驗和設(shè)計經(jīng)驗豐富的工程師開設(shè)專題講座、座談、答疑、研討和指導(dǎo)專項實訓(xùn)等，打造一支專兼結(jié)合、理論與實踐結(jié)合的專業(yè)教學(xué)團隊，介紹國內(nèi)外功能陶瓷的生產(chǎn)及其所遇到的實際問題，將生產(chǎn)實踐帶入課堂，定能活躍課堂氣氛，喚醒學(xué)生的工程意識，激發(fā)學(xué)生自發(fā)解決實際問題的欲望，喚起學(xué)生的創(chuàng)新沖動。在長期的工程和設(shè)計實踐中，這些工程師積累了大量的實踐經(jīng)驗，一些工程案例和設(shè)計案例他們早已信手拈來。由于所列舉的案例都是自己親身經(jīng)歷，親手設(shè)計，所以他們把每個案例都講得栩栩如生，學(xué)生也聽得津津有味。一堂課轉(zhuǎn)瞬即逝，許多學(xué)生常常感覺到意猶未盡，課后里三層外三層，纏著工程師們問問題。特別值得一提的是：在講解的過程中，工程師們常常會將實際工程操作和設(shè)計中所遇到的問題，在課堂上呈現(xiàn)給學(xué)生。學(xué)生根據(jù)理論知識，你一言我一語，提出自己的解決方案，最后工程師們再闡述自己是如何根據(jù)理論與實踐經(jīng)驗解決一個又一個問題的。通過一個又一個生動活潑的工程案例和設(shè)計案例，點化了學(xué)生的工程思想，確保了該課程的教學(xué)內(nèi)容血肉豐滿、教學(xué)過程趣味橫生，做到抽象的內(nèi)容形象化，枯燥的內(nèi)容生動化。

比如：在工程氮化硅電子陶瓷薄膜的生產(chǎn)中，如果條件控制不當(dāng)，很容易出現(xiàn)薄膜脆裂現(xiàn)象。問題提出后，很多學(xué)生結(jié)合所學(xué)理論知識，提出了自己的解決方案。之后，工程師又通過介紹陶瓷薄膜的生產(chǎn)工藝（即先將陶瓷原料溶于溶劑配成泥漿，然后將其涂覆干燥制得前驅(qū)體薄膜，接著高溫?zé)Y(jié)得到陶瓷薄膜），引導(dǎo)學(xué)生進一步思考，最后發(fā)現(xiàn)要解決陶瓷薄膜的脆裂問題，應(yīng)從原材料的選擇、退火溫度、氣氛的控制和襯底的選擇等因素綜合考慮。

三、改革教學(xué)方式

（一）增加研討課與翻轉(zhuǎn)課堂

在“功能陶瓷”這門課中，許多新興領(lǐng)域趣味橫生，若將研討課和翻轉(zhuǎn)課堂等引入課程教學(xué)，并通過案例討論、問題研討、學(xué)生制作PPT及登臺講解、課堂辯論和學(xué)術(shù)爭論等靈活多樣的教學(xué)方式，讓學(xué)生在課堂內(nèi)外都參與到教學(xué)過程，以調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情，加深學(xué)生對相關(guān)知識的認識與理解，促進學(xué)生對相關(guān)知識的主動吸收與消化。

自從3D打印風(fēng)靡全球以來，各種相關(guān)技術(shù)如雨后春筍，破土而出。只要一臺3D打印機，就可以打印出形形色色的產(chǎn)品。人人都可以做，人人都可以創(chuàng)造，這非常有利于充分展現(xiàn)每個人的創(chuàng)新能力，學(xué)生對3D打印也表現(xiàn)了濃厚的興趣。在講授成型方法時，我們要求學(xué)生就3D打印技術(shù)專題查閱文獻，制作課件，然后開展翻轉(zhuǎn)課堂和研討。學(xué)生能從3D打印技術(shù)的原理、實際操作以及應(yīng)用和未來等幾個方面來介紹，課件圖片精美，動畫簡短生動，引人入勝;部分學(xué)生還能就3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中的熱點難點問題展開深入討論。例如：在3D打印生物組織或器官時，不同組織是由特有的細胞組成的，肝臟主要為肝細胞，心臟主要為心肌細胞，皮膚主要為上皮細胞，那么到底選擇什么類型的細胞來進行。另外，在經(jīng)歷了3D打印環(huán)境之后，如何保證細胞還能夠保持自身的生物活性等問題。

針對一些專題，開展研討課辯論與翻轉(zhuǎn)課堂，“以學(xué)生為中心”“以學(xué)習(xí)成效為導(dǎo)向”，實現(xiàn)教師、學(xué)生的雙向互動，推進學(xué)生自主學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生思考并參與知識研究，調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，實現(xiàn)“研究與自由教學(xué)相統(tǒng)一”，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性和創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題的能力，提升成就獲得感，從而促進教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。在研討、辯論和翻轉(zhuǎn)課的引領(lǐng)下，學(xué)生積極開展實驗研究，踴躍參與創(chuàng)新實踐，撰寫項目研究報告和創(chuàng)新課題標(biāo)書。近年來，無機材料專業(yè)每年都有學(xué)生申請了國家、省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目并得以立項。例如：2017年李奔可等申請的“新型氧化鋯陶瓷指紋識別蓋板”項目，獲地方高校國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目立項;2016年，蘇建民等申請的“多孔鈦陽極氧化制備TiO2納米管的研究”項目獲湖南省大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目立項。一些學(xué)生還發(fā)表了科研論文，如：在《南華大學(xué)學(xué)報》上，蘇建民發(fā)表了《多孔鈦負載TiO2納米管復(fù)合材料的制備及其光催化性能研究》一文;彭啟榮同學(xué)等在國際SCI期刊《J.Electrochem. Sci.》上發(fā)表了題為《Impr-

oving the Rate Performance of Manganese Dioxide by Doping with Cu2+， Co2+ and Ni2+ ions》一文。

（二）走出課堂

一般地，課堂教學(xué)都是在教室里完成。讓課堂教學(xué)走出課堂，學(xué)生感到新鮮，也有些好奇。當(dāng)然，并不是所有教學(xué)內(nèi)容都適合走出課堂。對于一些抽象、難理解以及實踐操作性較強的教學(xué)內(nèi)容，最好能結(jié)合實踐，走出課堂，開展課堂外教學(xué)。特別是有關(guān)設(shè)備和儀器等內(nèi)容，未參與科研的學(xué)生平時較少涉及;課堂教學(xué)中，沒有實物，學(xué)生缺乏感性認識，理解掌握有一定的難度。即便反復(fù)講解，即便結(jié)合動畫講解，也效果甚微。因此，我們改變了教學(xué)方式，先在較短的時間內(nèi)，通過動畫等方式，介紹基本原理，然后將學(xué)生帶出課堂，到企業(yè)或設(shè)備現(xiàn)場，待見到實物或目睹相關(guān)操作過程后，學(xué)生便會豁然開朗。

（三）強調(diào)實踐教學(xué)

“實踐出真知”“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”。理論和創(chuàng)新源于實踐，離開了實踐，理論和創(chuàng)新就成了無源之水，無本之木。只有加強實踐，才能讓學(xué)生更好地掌握好理論知識，發(fā)現(xiàn)問題，找到創(chuàng)新的突破口。通過驗證性實驗，訓(xùn)練學(xué)生的基本動手能力，這是教學(xué)過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)。但在驗證性實驗中，機械性操作多，學(xué)生自主思考和探索少，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)近乎為零。為此，在“功能陶瓷”這門課中，我們以“問題和產(chǎn)品”為導(dǎo)向，強化設(shè)計性和綜合型實驗，有機融合了功能陶瓷的基礎(chǔ)理論、實驗設(shè)計、實驗方法及性能等，加強了各環(huán)節(jié)的內(nèi)在聯(lián)系。

比如，結(jié)合教師的研究方向，將“高性能、低能耗的微電機械系統(tǒng)用氧化鋯陶瓷制備”等課題作為綜合實

驗，給出具體目標(biāo)，并在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己設(shè)計材料配方、成型、燒結(jié)、組成結(jié)構(gòu)分析以及性能檢測等，然后實驗制備目標(biāo)產(chǎn)品。實踐表明：學(xué)生在獨立設(shè)計和實驗操作中，提高了分析、解決問題的能力和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)了理論與實踐的結(jié)合[3]。即便實驗失敗，學(xué)生也因親歷設(shè)計和實驗而得到了足夠的訓(xùn)練。部分學(xué)生還能夠通過分析總結(jié)，發(fā)現(xiàn)問題，重新設(shè)計實驗方案，找到切實可行的解決辦法[4]。

（四）推進項目化教學(xué)

在項目中學(xué)習(xí)，在探索中學(xué)習(xí)，進程看似漫長，但學(xué)生能夠從中獲得個人感興趣的知識，對知識所掌握的深度、廣度和持久性等，遠非傳統(tǒng)教學(xué)所能比擬。教師引導(dǎo)，學(xué)生獨立開展項目，將理論與實踐結(jié)合，通過提出項目、查閱文獻、撰寫項目計劃書、提出解決方案和進行實驗驗證等，學(xué)生既夯實了專業(yè)核心知識，也學(xué)到了書本外的知識，拓寬了知識面，提高了分析實踐能力，增強了創(chuàng)新意識。比如：2019年陳宇龍等同學(xué)在申請及實踐國家級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目“負載納米催化劑多孔

玻璃的制備及其光催化性能的研究”的進程中，既掌握了納米材料的相關(guān)特性，又對材料的孔結(jié)構(gòu)和催化性能有所掌握，還對玻璃的相關(guān)知識也有所涉獵，尤為重要的是還能就如何提高光催化性能提出建設(shè)性的解決方案;周俊虎等同學(xué)在省級“模擬中放廢液水合陶瓷固化體的制備與性能研究”項目中各方面能力也得到了一定的錘煉。

四、改革考核方式

（一）嚴(yán)格過程考核

過程考核貫穿于“功能陶瓷”的教學(xué)過程始終，加強教學(xué)環(huán)節(jié)的全過程管理，加大過程考核成績在課程總成績中的比重，將過程考核與卷面考核的比例定為7：3。通過過程管理，督促學(xué)生認真學(xué)習(xí)，并掌握相關(guān)理論知識。對于課堂表現(xiàn)活躍，積極參與提問、研討課、辯論和翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)生，平時成績應(yīng)適當(dāng)給予加分。過程考核既要重視學(xué)生的出勤，也要重視學(xué)生在課堂內(nèi)外的表現(xiàn)。比如：提問、回答問題、研討課表現(xiàn)、翻轉(zhuǎn)課堂效果、課堂筆記及作業(yè)等均要在考核之列，并特別注重提問、研討課、辯論和翻轉(zhuǎn)課堂中的表現(xiàn)。

（二）健全能力與知識考核并重的多元化學(xué)業(yè)考核評價體系

綜合應(yīng)用筆試、口試以及非標(biāo)準(zhǔn)答案考試等多種考核形式，全面考核學(xué)生對知識的掌握和運用。期末考核既可以以某一種方式進行，也可以多種方式相結(jié)合?？己朔绞街饕幸韵聨追N。

1.以論文方式進行。給定幾個不同的功能陶瓷生產(chǎn)工藝，讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，分別闡述其優(yōu)缺點，并就其不足提出相應(yīng)的解決辦法?？己顺煽冎饕鶕?jù)其分析能力、解決辦法的可行性和先進性等來進行評判。

2.給定課題或生產(chǎn)實踐問題，讓學(xué)生提出方案或設(shè)

想。給定課題，讓學(xué)生自己查閱相關(guān)文獻，綜述特定課題的最新進展，提出自己的設(shè)想;也可以提出生產(chǎn)實踐問題，讓學(xué)生通過調(diào)研，了解相關(guān)知識，提出解決方案;還可以提供一些前沿文獻，讓學(xué)生閱讀并提出自己的設(shè)想，說明其設(shè)想的可行性等，考核成績可根據(jù)設(shè)想或方案的可行性和先進性來評判。

3.以口試方式進行。學(xué)生就某種特定的功能陶瓷，介紹其生產(chǎn)工藝，說明生產(chǎn)過程中與眾不同之處及其需要特別注意的地方，闡述生產(chǎn)中還存在的問題及自己的設(shè)想等。課程考核在注重過程考核和知識掌握的同時，增加了分析問題與解決問題能力的考核，即知識遷移能力的考核，以強化學(xué)生的創(chuàng)新思維。

總之，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，應(yīng)滲透到每一門課程中，要常抓不懈，要讓學(xué)生體會到創(chuàng)新思維無處不在，無時不在。具體到“功能陶瓷”這門課，由于課程本身理論和實踐聯(lián)系緊密，因此，教學(xué)過程中必須強化實踐訓(xùn)練，加強理論和實踐兩者間的聯(lián)系。本文以培養(yǎng)無機材料創(chuàng)新型人才為出發(fā)點，結(jié)合實踐和新工科理念，從前沿進展、教學(xué)師資、教學(xué)方法和考核方式等諸多方面進行了相關(guān)改革，以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。實踐表明：文中所述的教學(xué)改革在一定程度上調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)了學(xué)生解決實際問題的欲望，喚起了學(xué)生的創(chuàng)新沖動，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，是一套行之有效的方法。

參考文獻：

[1]王國平，謝睿，陶玉強，等.優(yōu)化培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].廣州化工，2018（17）.

[2]羅玲，馮發(fā)金，孫群群，等.對分課堂：創(chuàng)新時代課堂教學(xué)改革的新模式[J].體育科技文獻通報，2019（1）.

[3]李玲.在教學(xué)中培養(yǎng)創(chuàng)新型人才——關(guān)于《功能材料與納米技術(shù)》課程教學(xué)的一點思考[J].中山大學(xué)學(xué)報論叢，2004（3）.

[4]張全爭，趙娣芳.《納米材料學(xué)》的教學(xué)優(yōu)化與改革[J].廣東化工，2014（24）.

[責(zé)任編輯? 包玉紅]

收稿日期：2020-06-08

作者簡介：王國平（1972—），男，湖南衡陽人，南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教授，博士，主要從事能源材料和化工工藝研究。

基金項目：湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目“工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式的探索與實踐”（2016SJG02）;湖南省普通高等學(xué)校教學(xué)改革研究項目“新工科背景下地方高校材料類專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索與實踐——以無機非金屬材料工程專業(yè)為例”（192JSJ039）;南華大學(xué)校級教學(xué)改革項目“軟件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源在《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程教學(xué)中的應(yīng)用”（2018XJG-YB71）