研究性教學(xué)方法在發(fā)光材料課程中的應(yīng)用

馬云峰 徐家躍

摘? 要：發(fā)光材料的課程中發(fā)光理論部分教學(xué)是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)，是發(fā)光材料應(yīng)用部分教學(xué)的基礎(chǔ)，以往采用先理論后應(yīng)用的順序教學(xué)，教學(xué)效果差，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性受損嚴(yán)重。為此，本文采用研究性教學(xué)方法實(shí)施教學(xué)，踐行“實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)”辯證唯物論的認(rèn)識(shí)提升論和知行統(tǒng)一觀，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：發(fā)光材料 研究性教學(xué) 教學(xué)方法 創(chuàng)新能力 積極性

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1674-098X（2021）07（b）-010-03

Application of Research Teaching Method in Luminescent Materials Course

MA Yunfeng? XU Jiayue

（School of Materials Science and Engineering， Shanghai Institute of Technology， Shanghai， 201418? China）

Abstract： In the course of luminescent materials， the teaching of luminescent theory is the key and difficult point， which is the basis of the teaching of the application of luminescent materials. In the past， the sequential teaching of theory before application was adopted， the teaching effect was poor， and the students' learning enthusiasm was seriously damaged. Therefore， this paper adopts the research teaching method to implement teaching， practice the epistemology of "practice cognition re practice re cognition" dialectical materialism and the concept of unity of knowledge and practice， improve students' learning enthusiasm， and cultivate students' learning ability and innovation ability.

Key Words： Luminescent materials; Research teaching; Teaching method; Innovation ability; Enthusiasm

發(fā)光材料是一種將能量吸收、傳遞并轉(zhuǎn)化為光輻射的材料。在現(xiàn)代社會(huì)的各行各業(yè)中，發(fā)光材料扮演著非常重要的角色，被廣泛應(yīng)用于光信息傳遞、傳感器、計(jì)算機(jī)、生物分子探針、太陽能光電轉(zhuǎn)換和航空航天等高科技領(lǐng)域?？萍嫉陌l(fā)展使得新的概念和技術(shù)在發(fā)光材料領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，新的應(yīng)用在技術(shù)上經(jīng)常要求新型的激發(fā)源擁有不同的化學(xué)和物理?xiàng)l件。為了滿足技術(shù)和驅(qū)動(dòng)裝置上對發(fā)光材料的性能要求，近幾十年，各高校、科研院所和企業(yè)大力投入發(fā)光材料研究，發(fā)光材料研究領(lǐng)域煥發(fā)出蓬勃生機(jī)[1]。

發(fā)光材料學(xué)作為材料學(xué)的一個(gè)重要分支，是發(fā)光學(xué)和材料學(xué)交叉形成的熱門學(xué)科。它涵蓋光致發(fā)光、電致發(fā)光、聲致發(fā)光、化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光等領(lǐng)域[2]。隨著學(xué)科的發(fā)展和教改的深入，要求“材料物理”的專業(yè)面拓寬，系統(tǒng)性加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)為國家培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和工程實(shí)踐能力的材料科學(xué)技術(shù)人才的目標(biāo)。為此，本校針對材料物理專業(yè)的高年級本科生的學(xué)力水平，開設(shè)了這一門“發(fā)光材料”專業(yè)選修課，共設(shè)32學(xué)時(shí)，計(jì)為2學(xué)分。將發(fā)光材料的廣泛應(yīng)用與學(xué)生已掌握的基礎(chǔ)理論知識(shí)結(jié)合，開闊學(xué)生視野，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。

在《發(fā)光材料》的授課中，如何更加充分地發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，是重點(diǎn)考慮的問題。通過對各類教學(xué)方法的適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)和可行性分析，結(jié)合發(fā)光材料課程的培養(yǎng)目標(biāo)及課程內(nèi)容設(shè)置，選用研究性教學(xué)方法，設(shè)計(jì)實(shí)施方案，克服講授法的弊端，比如學(xué)生對教師所教知識(shí)感覺枯燥乏味，產(chǎn)生厭倦抵觸情緒，接受知識(shí)的效果差等，重點(diǎn)解決“怎么教、怎么學(xué)”的問題，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力。

1? 發(fā)光材料課程的特點(diǎn)

發(fā)光材料的課程授課內(nèi)容主要包括3個(gè)部分：（1）發(fā)光機(jī)制;（2）發(fā)光材料的制備與性能表征;（3）各類發(fā)光材料的特點(diǎn)及應(yīng)用介紹。第一部分教學(xué)重理論，第二部分教學(xué)重實(shí)踐，第三部分教學(xué)重理論實(shí)踐的結(jié)合。課程內(nèi)容符合“實(shí)踐—認(rèn)識(shí)—再實(shí)踐—再認(rèn)識(shí)”的認(rèn)識(shí)提升論和知行統(tǒng)一觀。

2? 研究性教學(xué)法的特點(diǎn)

研究性教學(xué)是研究作為教學(xué)的手段，學(xué)生通過接觸科技前沿，開闊視野探索未知。研究性學(xué)習(xí)注重研究探索的過程，而不是已知的知識(shí)，注重學(xué)生的求知意識(shí)、探索精神、創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)，而不注重現(xiàn)成知識(shí)的識(shí)記學(xué)習(xí)[3]。

研究性學(xué)習(xí)的根本目標(biāo)是注重展示知識(shí)從產(chǎn)生到應(yīng)用的過程，切實(shí)提高學(xué)生收集信息處理信息的能力、通過科學(xué)手段獲取新知識(shí)的能力，鍛煉學(xué)生分析解決科研問題的能力以及培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

研究性教學(xué)方法的特征主要表現(xiàn)在[4]：（1）注重培養(yǎng)實(shí)踐能力;（2）注重學(xué)生對科研的感受力;（3）強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)的意識(shí)。

研究性教學(xué)方法的類型包括[5-6]：（1）探究式教學(xué)方法;（2）課題研究教學(xué)方法;（3）實(shí)踐教學(xué)方法;（4）案例教學(xué)方法;（5）問題引入教學(xué)方法。

3? 研究性教學(xué)法的實(shí)施

3.1 提煉課程思政元素（2學(xué)時(shí)）

發(fā)光材料概述章節(jié)講授，要有意培養(yǎng)學(xué)生的愛國情懷、理想信念、創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)探索精神和社會(huì)責(zé)任意識(shí)等。例如，我國科學(xué)家研發(fā)的鍺酸鉍、鎢酸鉛等閃爍晶體參與國際競爭，被成功用于歐洲核子研究中心的大型電磁量能器和美國通用電氣公司PET醫(yī)療設(shè)備;被用于悟空號深空探測器，成功實(shí)現(xiàn)暗物質(zhì)探測，以此激發(fā)學(xué)生的集體榮譽(yù)感和實(shí)干精神。中科院上海光機(jī)所打破國外技術(shù)封鎖，取得大尺寸激光釹玻璃批量制造關(guān)鍵技術(shù)的突破，自主發(fā)明并建成具有中國特色的首條大尺寸激光釹玻璃連續(xù)熔煉線。部分指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，滿足了我國激光聚變研究的重大戰(zhàn)略需求。培養(yǎng)學(xué)生的工匠精神，敢于拼搏、敢為人先、敢于超越的競爭意識(shí)。

3.2 開設(shè)科普講座（2學(xué)時(shí)）

請發(fā)光材料領(lǐng)域的專家學(xué)者，開設(shè)關(guān)于發(fā)光材料的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀及前沿研究的科普講座，鼓勵(lì)學(xué)生積極提問，并與專家學(xué)者保持溝通。通過開辦科普講座，激發(fā)學(xué)生的研究熱情。

3.3 課題設(shè)計(jì)（6學(xué)時(shí)）

（1）教師提議多個(gè)研究方向，學(xué)生依個(gè)人興趣進(jìn)行調(diào)研。學(xué)生充分調(diào)研后，各自擬定一個(gè)題目，與教師商議，最后定題。在此過程中，教師要考慮實(shí)驗(yàn)的可行性、創(chuàng)新性和任務(wù)量。

（2）定題后學(xué)生各自進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，并作調(diào)研報(bào)告。教師對報(bào)告進(jìn)行針對性點(diǎn)評。報(bào)告內(nèi)容包括材料的研究背景;研究內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案、可行性分析、擬解決的關(guān)鍵問題。全班32個(gè)學(xué)生對各個(gè)學(xué)生的報(bào)告進(jìn)行評分，評分依據(jù)為：研究背景60分，為重點(diǎn)考查部分，考查學(xué)生是否能全面、準(zhǔn)確、深入淺出地說出該課題的研究背景;研究內(nèi)容10分、實(shí)驗(yàn)方案10分、可行性分析10分、擬解決的關(guān)鍵問題10分，這后面40分的評分依據(jù)評分學(xué)生的興趣和價(jià)值取向，帶有很強(qiáng)的主觀性。特別說明的是：教師在全體學(xué)生評分前的點(diǎn)評階段，重點(diǎn)把這4個(gè)部分的核心要點(diǎn)一一指出，補(bǔ)足學(xué)生的知識(shí)短板。

（3）按照得分高低評出4個(gè)課題，成立課題組，課題發(fā)起人定為課題組長，教師抽出一節(jié)課的時(shí)間，對4個(gè)課題分別進(jìn)行講解，學(xué)生和教師互動(dòng)，對4個(gè)課題的各個(gè)方面進(jìn)行充分理解，學(xué)生和學(xué)生互動(dòng)協(xié)商，組成8人一組的4個(gè)小組，建立4個(gè)微信群，用于后面課題討論及文件共享。

3.4 實(shí)施研究（8學(xué)時(shí)）

（1）發(fā)光材料的制備和性能表征實(shí)驗(yàn)是一個(gè)漫長的過程，為了確保各課題按照實(shí)驗(yàn)方案有序地開展，教師將自己名下的4個(gè)研究生分別派往4個(gè)實(shí)驗(yàn)小組全程指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

（2）教師在現(xiàn)場對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究方法的指導(dǎo)，讓學(xué)生了解發(fā)光材料研究的基本步驟，熟悉查閱資料的方法、掌握科研的數(shù)據(jù)處理技能。教會(huì)學(xué)生學(xué)會(huì)使用印象筆記，每天小組長代表小組成員通過印象筆記共享、編輯文件，匯報(bào)研究的進(jìn)展情況及研究中遇到的問題，教師通過與學(xué)生的交流和小組活動(dòng)記錄，隨時(shí)了解并評價(jià)每個(gè)小組及每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，并提供有針對性的指導(dǎo)。

（3）通過教師和各小組組長、研究生及組員的不斷交流、互動(dòng)，改進(jìn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，通過不斷的實(shí)驗(yàn)精進(jìn)，達(dá)到或部分達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，視實(shí)驗(yàn)難度而定，即可結(jié)束實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段。

3.5 處理結(jié)果、撰寫報(bào)告（2學(xué)時(shí)）

在撰寫結(jié)題報(bào)告時(shí)，各小組要進(jìn)一步討論資料是否真實(shí)、論據(jù)是否全面、觀點(diǎn)是否清晰。同時(shí)教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)整理資料、加工處理信息，學(xué)會(huì)以恰當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)研究結(jié)果，研究結(jié)果的表達(dá)堅(jiān)持實(shí)事求是的原則。

3.6 交流研討實(shí)驗(yàn)結(jié)果（2學(xué)時(shí)）

學(xué)生收集、整理和提煉到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分小組制作圖、表、課件和匯報(bào)研究成果，總結(jié)科研過程的心得體會(huì)，然后在教師組織下，各小組進(jìn)行研討交流，進(jìn)行思維的碰撞。需要注意的是，學(xué)生要注重相互借鑒、學(xué)習(xí)、理解和包容，秉承客觀分析和辯證思考的科研精神，培養(yǎng)敢于和善于申辯的膽識(shí)和氣魄。

3.7 啟發(fā)式教學(xué)（2學(xué)時(shí)）

發(fā)光材料的性質(zhì)，取決于該材料的顯微組織、化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)、表面和界面等不同層次的結(jié)構(gòu)特性，而原子結(jié)構(gòu)則是討論發(fā)光性質(zhì)的基礎(chǔ)。發(fā)光機(jī)制[7]涉及原子結(jié)構(gòu)、原子光譜、輻射躍遷、非輻射和能量傳遞過程等理論知識(shí)，這些知識(shí)晦澀難懂，主要采用講授法，充分貫徹啟發(fā)式教學(xué)原則，講中有導(dǎo)，講中有練。講授的內(nèi)容應(yīng)聯(lián)系舊知識(shí)，做到溫故而知新，講授抽象的概念或原理，應(yīng)盡量采用探究式、討論式教學(xué)方式，力求形象化，便于理解。對教學(xué)內(nèi)容要精心組織，做到知識(shí)結(jié)構(gòu)條理有序，主次分明和重點(diǎn)突出。講授過程中要借助先進(jìn)教學(xué)硬件環(huán)境。在發(fā)光機(jī)制這一章節(jié)的學(xué)習(xí)中，要組織學(xué)生進(jìn)行小組討論，對不懂的知識(shí)點(diǎn)要查缺補(bǔ)漏，通過課外加深對固體物理的復(fù)習(xí)和量子力學(xué)的自學(xué)，爭取盡早學(xué)通、弄懂發(fā)光機(jī)制的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析和討論打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

3.8 強(qiáng)化理論的學(xué)習(xí)（2學(xué)時(shí)）

各課題小組進(jìn)行組分—結(jié)構(gòu)—性能的變化規(guī)律的研究，并研究規(guī)律背后的發(fā)光機(jī)理。結(jié)合發(fā)光機(jī)制章節(jié)的學(xué)習(xí)，勤于思考，具體情況具體分析，理論結(jié)合實(shí)踐強(qiáng)化對理論的學(xué)習(xí)。

3.9 發(fā)光材料案例教學(xué)（4學(xué)時(shí)）

經(jīng)過研究性教學(xué)前期的探究式教學(xué)、課題研究教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、問題引入教學(xué)后，為進(jìn)一步拓展學(xué)生的知識(shí)面，對發(fā)光材料的應(yīng)用章節(jié)進(jìn)行豐富多彩的案例教學(xué)，系統(tǒng)講授不同激發(fā)源和裝置要求的發(fā)光材料的定義、特點(diǎn)、分類、典型材料、應(yīng)用及發(fā)展前景。重點(diǎn)是對發(fā)光機(jī)理進(jìn)行系統(tǒng)分析和探討。將發(fā)光材料按種類做成一個(gè)個(gè)案例，引入思政元素，加強(qiáng)對學(xué)生的價(jià)值觀塑造和人格完善。

3.10 理論應(yīng)用于實(shí)踐加強(qiáng)研究性教學(xué)（2學(xué)時(shí)）

相信在理論和實(shí)踐的結(jié)合學(xué)生對發(fā)光材料的認(rèn)識(shí)中有了質(zhì)的飛躍。學(xué)生可將理論認(rèn)識(shí)回歸到實(shí)踐研究中，通過發(fā)光機(jī)制的探討，從組分—結(jié)構(gòu)—性能的關(guān)系出發(fā)，繼續(xù)優(yōu)化材料的發(fā)光性能，使其更好地應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)生活中。

4? 結(jié)語

發(fā)光材料的研究和應(yīng)用不僅需要較強(qiáng)的光電子學(xué)及固體物理的理論知識(shí)，還需要較強(qiáng)的理論結(jié)合實(shí)際、動(dòng)手實(shí)踐的能力。通過運(yùn)用研究性教學(xué)法，帶著所研究的課題學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)和發(fā)揮了學(xué)生的創(chuàng)造能力。從課題著手，以研究性教學(xué)的實(shí)踐促進(jìn)理論教學(xué)并以此拓展應(yīng)用的教學(xué)方法，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)，并在相互協(xié)作中促進(jìn)并完善學(xué)生的人格。

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