王洪磊，周新贵，余金山

（国防科技大学 空天科学学院 新型陶瓷纤维及其复合材料重点实验室，湖南 长沙 410073）

摘要：案例教学作为国内外高等院校研究生教育的重要教学方法，在研究生的培养过程中起着举足轻重的作用。本文从《表面与界面》研究生课程的地位和作用出发，系统分析了案例教学在这门研究生课程中的重要性，并针对课程中各主要部分的教学内容，详细介绍了案例教学在课堂教学中的具体应用。

关键词：案例教学；表面；界面；研究生课程；教育教学论坛  教师论文发表

中图分类号：G643    文献标志码：A  文章编号：*******

Application of Case Teaching in Postgraduate Course of “surface and interface”

Wang Hong-lei, Zhou Xin-gui, Yu Jin-shan

(Science and Technology on Advanced Ceramic Fibers and Composites Laboratory，College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha, Hunan 410073, China)Abstract：Case teaching, as an important teaching method in postgraduate education at home and abroad, plays an important role in the training process of postgraduate students. Starting from the position and function of "Surface and Interface" postgraduate course, this paper systematically analyzes the importance of case teaching in this postgraduate course, and aims at the teaching contents of each main part of the course, the application of case teaching in classroom teaching is introduced in detail.

Key words: Case teaching; Surface; Interface; Postgraduate course

一、 前言

研究生教育是高等教育体系中的重要组成部分，研究生培养过程中的课程设计及教学方法直接影响着研究生的培养质量。《中国学位与研究生教育发展战略报告》明确提出“培养一批具有创新能力、创业精神的高水平人才” 是我国研究生教育的培养目标^[1]。目前我国传统的“填鸭式”研究生教学方法严重制约了研究生创新能力的提升，亟待采取更有效的课堂讲授方式，使学生能更直观更生动地接受研究生课程的基础理论知识，提高其应用基础理论知识分析解决实际科研问题的能力。

案例教学模式作为一种互动式的教学方法，以具体案例为依托，教师引导学生围绕案例进行充分的分析、讨论和交流，从而使学生掌握课程的基本原理和方法^[2]。该教学方法可以充分调动学生的学习积极性，提高其主动学习能力，培养其问题意识，强化其创新思维，因此案例教学法是对传统研究生教育模式的重要改进，对培养具有较强创新能力和学习能力的创新型研究生具有重要作用。

本文针对《表面与界面》研究生课程教育中普遍存在的教学方法僵化、基础理论与科研实践脱节等问题，运用案例教学法对该门课程的课堂教育模式进了优化，针对各章节的教学内容初步建立了相应的教学案例，有效地活跃了课堂气氛，激发了学生的学习兴趣，提高了其独立发现问题解决问题的能力。

二、 《表面与界面》研究生课程的地位及作用

《表面与界面》研究生课程是国防科技大学材料科学与工程专业研究生的学科专业课程。在材料科学与工程研究领域，材料的表面与界面对材料的性能有着非常重要的影响，在材料科学与工程专业研究生的日常科研活动中，如何应用材料表面与界面的基础知识和基本理论对实验现象和结果进行科学分析，是他们必须掌握的一项重要技能。

通过开设《表面与界面》研究生课程，希望使材料科学与工程专业的研究生能够掌握材料表面与界面的基础知识、基本理论，熟悉表面与界面现象的一般规律；了解有关表面涂层与改性的方法；理解并熟悉复合材料、纳米材料及生物材料的表面界面性能特点；了解国内外在该领域的研究发展历史、现状与最新发展动态；初步具备开展相关专业科学研究的基本素养与能力，为今后开展材料科学与工程领域的科学研究工作奠定理论与实践基础^[3]。

三、 案例教学在《表面与界面》研究生课程中的重要性

案例教学是欧美等发达国家高等院校研究生教育的一种主流教学方法，最早由英国学者贝里斯于1829年在法学教育中的进行了应用，1918年美国哈佛大学工商管理学院也将该方法运用于研究生的教学实践过程中^[4]，经过历代教育工作者的不断地创新和完善，该教学方法已形成了一套比较系统的理论基础和操作模式。

目前案例教学法不仅在法学和商学等社会科学研究生教学活动中得到广泛应用，材料、信息和能源等实践性较强的理工科研究生教育也将该教学方法引入到平时的教学过程中，取得了较好的教学效果，该教学方法已成为国内外知名高等院校研究生教育的主要教学方法。

高等院校中任何一门课程的开设，都要首先理清该课程的主要讲授对象，根据讲授对象的自身专业知识水平，综合考虑课程的内容和授课形式。《表面与界面》作为一门研究生的专业课程，应从研究生的自身知识层次出发，须认识到材料科学与工程专业研究生经过本科阶段的学习，初步掌握了该专业领域相关基础理论知识和专业技能，在研究生阶段的课程学习目的是加深对理论知识的理解，能够针对自己科研工作中遇到的实际问题进行分析解决。如果在该阶段的研究生课堂教育中过于大篇幅讲授《表面与界面》的基本概念、原理和常见方法，缺乏具有前沿性和科学性的案例教学，势必会降低研究生对该门课程的兴趣，影响教学质量，所以在《表面与界面》研究生课程的课堂讲授过程中，能够有针对性的开展案例教学，对于激发研究生对这门课程的学习兴趣，使其从被动接受转变为主动汲取具有重要意义。

四、 案例教学在《表面与界面》研究生课程中的设计与实施

案例教学在《表面与界面》研究生课程中的设计与实施，一方面要求课程主讲教师具有较高的科学理论素养，另一方面对其教学组织能力也提出了更高的要求。在案例教学的设计与实施过程中，课程主讲教师应在充分结合自身科研经验及专业知识的基础上，有意识地在平时的课堂教学中优化案例教学内容和教学模式，注重将该领域中与教学内容紧密相关的的新知识和新技术转化为教学资源，增强教学内容的前沿性和创新性，使学生能够及时掌握《表面与界面》研究方向的最新发展动态，实现自身专业知识和科研能力的提升。

案例教学在《表面与界面》研究生课程教学中的应用，必须充分考虑该课程各章节的特点，有针对性地设计各章节的案例教学内容。目前，《表面与界面》课程的主要教学内容主要分为三部分，第一部分主要讲授表面与界面的基础理论知识，包括材料的表面结构、材料的界面结构和材料的表面与界面现象等；第二部分主要讲授表面与界面的基本应用技术，包括复合材料的表面与界面、纳米材料的表面与界面、生物材料的表面与界面和表面改性技术简介等；第三部分主要讲授材料的表面与界面分析测试技术，主要包括场离子显微镜和原子探针、扫描隧道显微镜、原子力显微镜和低能电子衍射等应用较为广泛的表面与界面分析测试设备。针对以上各章节的教学内容，本文作者分别从自身科研工作中所遇到的科学问题和平时关注的有关表面与界面研究领域前沿性研究成果出发，有针对性地各章节中设计了几个典型的教学案例。

《表面与界面》课程的第一部分内容主要为该领域的基础理论知识，该部分内容主要介绍基本概念和具体现象，内容相对比较抽象，如果采用传统的“填鸭式”教学方法，势必会影响学生的学习兴趣，此时开展案例教学就显得至关重要。本文作者针对该部分的具体知识点，有针对性地选择了当前该领域较为前沿又具有启发作用的案例引入到平时的课堂教学中，例如在讲授“表面原子排列”中“表面弛豫”现象时，作者根据中科院金属所卢柯院士于2017年在《Science》上发表的研究成果“Grain boundary stability governs hardening and softening in extremely fine nanograined metals”和学生进行了互动讨论，使学生更直观地认识到了“表面弛豫”在调控纳米晶金属力学性能上的重要作用^[5]。同时作者为了使学生更好地掌握“表面的组织和成分”中“金属的表面成分”这一知识点，有针对性让学生在课后查阅美国太平洋西北国家实验室Langli Luo等人在《Nature Materials》发表的最新研究结果“Atomic origins of water-vapour-promoted alloy oxidation”^[6]，并在课堂上让学生进行了分组讨论，通过该教学案例的采用，使学生对金属表面的水汽增强氧化作用有了更深刻的认识，使其在掌握基本理论的同时，对该领域的前沿性研究有了更近距离的接触，拓展了学生的科学视野。

《表面与界面》课程的第二部分主要向学生讲授表面与界面研究领域的基本应用技术，该部分内容的应用性较强，需要从大量案例中提取相关基础理论知识。由于本文作者的科研方向包括复合材料的界面研究，所以从平时的科研工作中有针对性地筛选出了几个典型案例和学生一起在课堂上进行分析讨论，例如在介绍“陶瓷基复合材料对界面的要求”时，有意识地引入“界面的结合强度对陶瓷基复合材料力学性能的影响规律”这一科学问题，通过让学生课后查找资料和课堂讨论分析等手段，使学生更形象生动地掌握了“陶瓷基复合材料的界面设计与控制”这一重要知识点。在讲授“生物材料的表面与界面”这一部分内容时，为了使学生更好地掌握“生物材料表面改性技术”这一知识要点，作者分别指定了“肝素涂层”和“尿酶”两种物质让学生分组进行课后文献查阅，在课堂上以口头报告的形式讲述了两种物质在“生物材料表面改性”上的具体应用，通过这种讲述讨论的方式，使学生更深刻地认识到了生物材料表面改性的重要性。

“表面与界面的分析测试技术”是《表面与界面》课程中和学生平时科研工作联系最紧密的一个章节，由于研究生已在本科阶段初步接触了部分材料分析测试技术，具有一定的知识基础，但是关于表面与界面方向分析测试技术的了解还有一定欠缺，特别是该领域专业技术在前沿科学研究中的应用更需重点介绍，因此本文作者针对该章节的知识要点，引导学生开展了“表面与界面分析测试技术在电池、催化、电子和生物等前沿交叉学科中的应用”为主题的交流讨论。在该案例教学过程中，师生们对以下几个表面与界面分析测试技术的典型应用进行了深入而广泛的讨论，例如由斯坦福大学崔屹教授和1997年诺贝尔物理学奖得主朱棣文等人组成的研究团队，通过冷冻电子显微镜观察到了首张原子级锂金属枝晶的图片，首次从原子结构层面观察到了锂电池爆炸的原因，为解决该问题提供了科学依据，该研究成果发表在国际学术期刊《Science》上^[7]。另外针对扫描隧道显微镜的应用，师生们以中科院物理所的两项研究成果 “利用低温扫描隧道显微镜对吸附在氧化铝薄膜上的单个萘酞菁内部不同振动模式的空间分布规律研究”和“利用扫描隧道针尖发射的电子束精确操纵Ni-Al衬底表面的金原子与分子中的硫原子进行解离和焊接，实现在复杂大分子中选键操控”为案例^{[8, 9]}，重点探讨了扫描隧道显微镜的工作原理和工作特点，使学生对扫描隧道显微镜在前沿科学研究中的应用有了更直观的认识。

五、 结语

本文从《表面与界面》研究生课程的地位和作用出发，系统分析了案例教学法在该门研究生课程中的重要性，有针对性地对《表面与界面》各章节内容的教学案例进行了详细说明，初步探讨了案例教学在这门课程中的应用效果，验证了案例教学在《表面与界面》研究生课程中的重要性。但是由于表面与界面研究方向更新发展较快，新研究新发现层出不穷，尤其是在这个信息爆炸的时代，急需针对该课程的主要知识点建立完善的案例库，满足研究生对前沿知识的需求，这是以后该门课程在案例教学中的工作重点。

参考文献：

[1] 谢桂华，许放. 研究生教育与国家创新体系[M].北京：光明日报出版社,2010:108.

[2] 王振飞. 案例教学在工科研究生教学中的应用研究[J]. 科教文汇(中旬刊), 2017, 9: 35-36.  

[3] 余金山, 刘东青, 王洪磊, 周新贵. 《表面与界面》研究生课程教学探讨[J]. 教育教学论坛, 2018, 26: 183-184.

[4] 董文军. 专业学位研究生案例教学的困境及优化策略[J]. 陕西理工大学学报(社会科学版), 2018, 36(4): 31-36.

[5] J. Hu，Y. N. Shi, X. Sauvage , K. Lu. Grain boundary stability governs hardening and softening in extremely fine nanograined metals[J]. Science, 2017, 355 (2) :1292-1296.   

[6] Langli Luo, Mao Su, Pengfei Yan, et al. Atomic origins of water-vapour-promoted alloy oxidation[J]. Nature Materials, 2018, 17: 514–518.

[7] Yuzhang Li, Yanbin Li, Allen Pei, et al. Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed by cryo–electron microscopy[J]. Science, 358(6362): 506-510.

[8] Qing Huan, Ying Jiang, et al. Spatial imaging of individual vibronic states in the interior of single molecules[J]. The Journal of Chemical Physics, 2011, 135, 014705-014509.

[9] Ying Jiang, Qing Huan, Laura Fabris, Bazan, et al. Submolecular control, spectroscopy and imaging of bond-selective chemistry in single functionalized molecules[J]. Nature Chemistry, 2013, 5: 36-41.