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摘要：針對“新基建”背景下納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿課程的教學(xué)實際，分析其多學(xué)科交叉的特點，從優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、拓展教學(xué)資源、完善評價體系等方面，探索跨學(xué)科創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，探討符合“新基建”需求的新型人才培養(yǎng)理念和實踐教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：新基建；納米材料科學(xué)與技術(shù)；教學(xué)改革

隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速演進(jìn)，以“新基建”多學(xué)科交叉為特征的人才培養(yǎng)目標(biāo)對教學(xué)工作提出了新的要求。近年來，納米材料科學(xué)與技術(shù)是世界上爆炸式發(fā)展的最廣闊和多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，在信息、材料、能源、環(huán)境、微電子、生物、醫(yī)學(xué)和國防等方面顯示了廣泛的應(yīng)用前景。因此，立足于“新基建”建設(shè)理念和人才培養(yǎng)總體方向，納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)資源和評價體系等方面進(jìn)行了探索，提出了全方位優(yōu)化方案，努力培養(yǎng)適應(yīng)國家“新基建”要求的創(chuàng)新人才。

一、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

納米材料科學(xué)與技術(shù)是了解納米材料理論前沿、應(yīng)用前景和最新發(fā)展動態(tài)及納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r的學(xué)科。該課程以納米材料發(fā)展為主線，了解納米材料發(fā)展的重大事件，討論納米材料和技術(shù)的最新動態(tài)和發(fā)展趨勢。納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿課程對實施材料通才教育，開闊學(xué)生視野起到重要的作用。為使學(xué)生了解各領(lǐng)域納米材料的研究方法、應(yīng)用前景和最新發(fā)展動態(tài)，教學(xué)內(nèi)容選擇方面考慮到更多方面的應(yīng)用需求。講授納米半導(dǎo)體材料及器件研究前沿、納米功能材料在環(huán)境和能源領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展前景；介紹納米生物技術(shù)研究前沿，了解納米生物材料及納米生物技術(shù)研究前沿、應(yīng)用及發(fā)展前景；介紹新概念納米構(gòu)造及功能化，了解新概念微納加工方法、納米器件構(gòu)造及功能化前沿研究等。通過在教學(xué)內(nèi)容上精心選擇納米材料與技術(shù)領(lǐng)域的最新科技進(jìn)展，注重與生活實踐緊密聯(lián)系，重視理論聯(lián)系實際。把最新科研成果與問題引入課堂教學(xué)，設(shè)問留疑，組織課堂討論，使學(xué)生對國內(nèi)外納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿現(xiàn)狀與趨勢有較為全面的了解。例如，在向未來社會發(fā)展的進(jìn)程中，人類活動對于智能化的需求，使得智能傳感器成為研究熱點。目前智能傳感器技術(shù)發(fā)展有三種趨勢。一是新材料應(yīng)用。傳感器技術(shù)的重要基礎(chǔ)是敏感材料的不斷發(fā)展，如低維納米材料等。隨著科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，將會有更多適用于傳感器的新型材料誕生。新材料的開發(fā)利用使得傳感器高性能化、微型化、集成化、多功能化、低成本化。二是新工藝采用。隨著微納技術(shù)、三維技術(shù)等的不斷開發(fā)，對于新型傳感器未來的產(chǎn)業(yè)化、商品化將會有很大的促進(jìn)作用。三是新型傳感器設(shè)計。這種新型傳感器主要具備柔性、透明、多功能、小型化和高性能等特點，需要在新原理、新材料和新技術(shù)等諸多方面進(jìn)行不斷創(chuàng)新[1]?；谝陨纤悸罚谡n堂教學(xué)中以石墨烯基應(yīng)力、應(yīng)變傳感器為例，闡述納米傳感器的設(shè)計、組裝、原理及其性能調(diào)控，并介紹柔性應(yīng)力、應(yīng)變傳感器在健康監(jiān)控、柔性觸摸屏、柔性電子皮膚等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過上述教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生在掌握基本概念和基本理論的基礎(chǔ)上，獲得更多新材料、新技術(shù)及材料研究新進(jìn)展等知識內(nèi)容和研究方法。

二、創(chuàng)新教學(xué)方法

由于納米材料科學(xué)及技術(shù)前沿的多學(xué)科交叉性特點，知識跨度范圍大，講授內(nèi)容難以一本或幾本教材覆蓋，教學(xué)過程中采用開放式授課，突破教材束縛，使教材由主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)變?yōu)檩o助地位。例如，為了適應(yīng)5G與人工智能時代的要求，高性能電子器件及光電子器件一直是半導(dǎo)體工業(yè)追逐的目標(biāo)。傳統(tǒng)體相半導(dǎo)體材料顯然無法滿足未來半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)展的需要，納米半導(dǎo)體材料由于具有獨特的物理、化學(xué)特性，在納米計算機(jī)、納米生物探測器及納米微型機(jī)械等應(yīng)用領(lǐng)域顯示出了強(qiáng)大的生命力。其中，二維層狀材料由于具有原子層厚度和表面無懸掛鍵等特點，被視為納米電子學(xué)和光電子學(xué)最有希望的材料之一。二維材料厚度方向的尺寸遠(yuǎn)小于目前最小硅基晶體管的制程，這是其應(yīng)用于高性能晶體管的巨大優(yōu)勢。目前，已開發(fā)的二維材料具有金屬性、半金屬性、半導(dǎo)體性及絕緣性，且部分二維半導(dǎo)體材料的帶隙可以通過改變層數(shù)、施加應(yīng)力和電場等方法調(diào)節(jié)。另外，二維材料普遍具有柔性、透明的特征，這在可穿戴器件及透明電子產(chǎn)品領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景[2]。上述相關(guān)內(nèi)容成果由于均是近年來的最新研究成果，不會在已有的教科書中體現(xiàn)，而是需要綜合相關(guān)各高水平學(xué)術(shù)期刊的論文，吸納相關(guān)領(lǐng)域前沿成果。此外，從學(xué)生認(rèn)知特點出發(fā)，構(gòu)建節(jié)點化知識結(jié)構(gòu)體系，凸顯前沿性、交叉性與綜合性的學(xué)科教學(xué)特點，實現(xiàn)由“灌輸知識”向“培養(yǎng)能力”的轉(zhuǎn)變。采用小組討論方式授課。在課前布置任務(wù)，學(xué)生在課下準(zhǔn)備相關(guān)資料。上課時各小組自由討論，教師針對討論中存在的問題進(jìn)行補(bǔ)充、糾正和擴(kuò)展。

三、整合教學(xué)資源

國家納米科學(xué)中心是納米領(lǐng)域國家級科研院所，擁有一流的師資力量。為了進(jìn)一步提升本校納米材料與技術(shù)專業(yè)的國內(nèi)和國際競爭力，加強(qiáng)學(xué)校與科研院所的合作，2012年北京科技大學(xué)與國家納米科學(xué)中心簽訂了關(guān)于聯(lián)合培養(yǎng)納米專業(yè)本科生的合作協(xié)議，為探索培養(yǎng)高層次納米材料專業(yè)人才的創(chuàng)新模式提供了良好的實踐平臺[3]。為此，從納米科學(xué)對高端前沿材料人才的要求出發(fā)，充分發(fā)揮高校和研究院所的科研優(yōu)勢，把優(yōu)質(zhì)科研資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，定期邀請納米領(lǐng)域知名專家講授納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿最新研究成果與進(jìn)展。例如，納米材料與技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，納米技術(shù)可應(yīng)用于靶向藥物運輸和基因治療，采用納米材料運輸基因或藥物能夠在提高治療效果的同時減輕對其它細(xì)胞的傷害。納米中心的一些專家在這一領(lǐng)域有深厚的研究基礎(chǔ)，并在前沿方向取得了非常優(yōu)異的成果。通過邀請這一領(lǐng)域的專家授課，并與學(xué)生一起探討，獲得了良好的教學(xué)效果。通過推進(jìn)產(chǎn)教融合、校企合作，構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研合作協(xié)同育人機(jī)制。集聚優(yōu)質(zhì)教育資源，強(qiáng)化高校、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)等多元主體之間的協(xié)同，打破體制壁壘，探索共建組織架構(gòu)和育人模式，建立并完善了課程體系和研究型教學(xué)方法，全面提高了教育教學(xué)水平，提升了人才培養(yǎng)質(zhì)量。

四、完善成績評價體系

對學(xué)生成績進(jìn)行評價應(yīng)基于人才培養(yǎng)核心理念，著重考慮學(xué)生應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)[4]。教學(xué)評價更多體現(xiàn)在學(xué)習(xí)成果方面[5]。學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度評價是專業(yè)教學(xué)改革的重要措施，對教學(xué)活動的持續(xù)改進(jìn)起指導(dǎo)作用。以往本課程考核的主要方式是通過考試評定學(xué)生成績，但考試是教學(xué)手段，而不是目的。另一種考核方式是學(xué)生期末提交一篇關(guān)于納米材料科學(xué)與技術(shù)前沿方面的研究報告，雖然能反映學(xué)生一定的文獻(xiàn)綜合能力，但無法檢測其基礎(chǔ)理論知識的掌握程度。為了提高授課效果，采用多元評價標(biāo)準(zhǔn)，將課堂提問、分組討論、小論文/報告考核、考試考核等結(jié)合起來，形成一套完整的評價體系。通過對學(xué)生學(xué)習(xí)成果的總體掌握，為進(jìn)一步提升教學(xué)質(zhì)量提供指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐旻軒.石墨烯基柔性應(yīng)力/應(yīng)變傳感器的設(shè)計、構(gòu)筑與性能研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2018.

[2]李峰.二維MoS2力光電耦合性能調(diào)控及器件應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D].北京：北京科技大學(xué)，2018.

[3]秦子，廖慶亮，張錚，等.“新工科”背景下多方協(xié)同育人的納米專業(yè)實踐教學(xué)平臺構(gòu)建[J].中國冶金教育，2019（3）：59-61.

[4]高相勝，昝濤，王民.工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求達(dá)成度評價方法和步驟[J].教育教學(xué)論壇，2016（51）：206-208.

[5]王天寶，程衛(wèi)東.基于CDIO的創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J].高等工程教育研究，2010（1）：25-31.

作者:齊俊杰 單位:北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院