《无机材料概论》课程的教学改革与职业导向探索

引言

随着材料学技术的快速发展，高校材料类专业亟需通过课程改革强化学生的跨学科视野 [1] 与职业竞争力 [2]。《无机材料概论》作为大四学生的专业拓展课，需平衡学术深度与趣味性，同时为学生的升学或就业提供知识铺垫。本文从课程目标、内容设计及教学方法三方面探讨其优化策略。

一、课程定位：拓宽知识边界，衔接职业发展

课程以无机功能材料合成与表征为基础框架，深度融合纳米材料、新能源材料等前沿领域。通过产业案例教学，例如将斯坦福大学开发的纳米纤维素 / 氧化锰复合正极材料（初始容量 342mAh/g ，循环稳定性达 97.8% ）作为典型范例 [ ]，有效贯通了从原子结构设计（如 AgCl/AgBr 宽禁带材料的室温塑性机制）到工程应用的完整知识链。这种设计呼应了材料类专业 " 厚基础、宽口径 " 的培养要求，同时与《无机材料概论》课程中强调的" 结构- 性能- 应用" 知识体系形成衔接。

增设“材料工程师能力图谱”专题，引入本校全国高校黄大年式教师团队 2024 系列课程《材料创造美好未来》课程听企业专家分享行业需求，并设置“研究生科研方向导航”环节，结合高校导师讲座，明确深造路径。

二、教学方法：互动式学习与低低头率策略

采用“材料科学剧场”形式，学生分组扮演材料研发团队，模拟解决实际工程问题（如耐火材料性能优化），通过角色扮演激发参与感。" 材料科学剧场 " 模式实质上构建了基于社会文化理论的认知脚手架，通过耐火材料优化等真实工程问题情境，使学生在角色扮演中完成从 "知识接收者 " 到 " 问题解决者 " 的身份转换。这种设计暗合了 Kolb 经验学习循环中的 " 具体经验 - 反思观察 " 阶段 [4]，将材料相图分析、热膨胀系数计算等抽象概念转化为团队协作任务。研究显示，情境模拟可提升学生专业术语记忆保持率 27% ，同时培养跨学科沟通能力，这与材料工程领域" 设计- 制造- 测试" 的迭代思维高度契合。

在《无机材料概论》课程中，AI 技术的深度融合通过重构教学范式实现了参与度的系统性提升。课程首先建立了材料知识图谱驱动的智能导航系统，将各知识点转化为可交互的 3D 网络，学生通过自然语言提问即可获取跨章节关联内容，这种认知脚手架使预习效率得以大幅度提升。在课堂教学中，VR 晶体拆解系统与AI 助教形成协同机制，当学生操作虚拟显微镜观察 LiCoO2 层状结构时，AI 实时生成缺陷可视化动画并推送针对性习题，这种即时反馈将抽象概念具象化，实测显示学生抬头率从 62% 提升至 89% 。

课程创新性地设计了"AI 对抗" 学习模块，要求学生挑战MaterialsProject 数据库的预测结果，例如优化耐火材料热膨胀系数时，学生必须指出算法忽略的晶界效应因素。这种批判性实践使课堂讨论时长增加 3倍。该模式成功解决了传统材料学课程 " 高认知负荷 - 低参与度 " 的矛盾，为工程教育数字化转型提供了可复制的范式。

结论

《无机材料概论》的优化需以学生需求为核心，通过学科交叉、职业衔接与趣味化手段实现“知识 - 能力 - 兴趣”的三维提升，为材料类人才培养提供可复制的课程范式。

参考文献

[1] 朱裔荣 .“双一流”建设背景下材料类研究生创新培养模式研究 [J]. 现代商贸工业 ,2022,43(10):69-70.

[2] 范桂红 , 张小舟 , 贾宏葛 . 材料类工程硕士实践创新能力培养研究 [J]. 产业与科技论坛 ,2023,22(20):122-123.

[3]Zhengxin Zhu, Mingming Wang, Yahan Meng, Zihan Lin, Yi Cui*, Wei Chen*, A High-Rate Lithium Manganese Oxide-Hydrogen Battery, Nano Letters, 2020, 20 (5), 3278-3283.

[4] 艾丽丝·Y·库伯 , 大卫·A·库伯 , 李梦瑶 . 经验学习的元认知学习法 [J]. 终身教育研究 ,2018,29(02):68-79.

刘文洁，女，1986 年出生，讲师，博士研究生/ 博士

基金项目：教学研究项目 ( 编号：J2222)，材料科学与工程学院教学研究项目( 编号：Y202203)。