1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了通过电流的导线周围存在磁场,即“电生磁”的物理现象;
1831年,英国物理学家法拉第发现了闭合回路中磁通量变化可发生感应电流,即“磁生电”的物理现象;
1865年,英國物理學家麥克斯韋在研究中總結出了“麥克斯韋方程組”,通過“場”的看法將電學與磁學二者緊密結合。
這些理工科大學生耳熟能詳的科學發展史,揭示著電學與磁學之間密不行分的聯系。然而,大部门人往往將注意力聚焦于生活中無處不在的“電”,而對看不見摸不著的“磁”鮮有關注。
爲了增強质料科學相關專業研究生對磁學理論的了解,2002年,蘭中文教授牽頭開設了“鐵磁學”這門課程。20多年來,課程始終立足于鐵磁學理論基礎,在課程建設上屢次優化革新,並乐成入選學校第一批“研究生精品課程”建設名單。
返璞归真:突出“知识型学科”本质
“使學生能從微觀物理本質來看待质料宏觀性能變化的規律和機理,提高分析問題息争決問題的能力,增強思辨能力和集成創新能力,爲研究新型质料和提高质料性能打好基礎,是課程開設初衷之所在。”課程的首任主講教師,蘭中文教授感伤地說道。
作爲质料科學與工程、质料與化工、電子信息质料與元器件等專業的基礎課,“鐵磁學”致力于讓同學們從磁的角度認識和理解物質的屬性,爲质料的設計、合成、加工、分析、表征以及應用打好基礎。
怎樣更好地幫助同學們理解抽象的理論知識?如何讓差异基礎的學生在課上真正學有所獲?課程組提出了“因材施教、優化課件、案例描述”三大舉措,基礎单薄學生先通過自學、個別輔導等強化基礎,理論基礎紮實的學生,則側重于拓展其知識視野,深化專業理解,並使用動畫等教學輔助手段,通過生活中常見的事例將抽象的物理看法和理論形象化,深化學生的理解。
生動形象的舉例经常出現在課程的講述中,講到自旋波時,老師舉了“兩人三足”的例子:“如奔跑中有同學因某種原因跌倒,就相當于磁矩受外界影響産生了自旋翻轉,一個自旋的翻轉會導致相鄰自旋的翻轉,形成此起彼伏的波動。如果把他們看成是電子自旋,就形成了自旋波。”
爲了進一步提高課程教學質量,課程組還精心組織了一系列的教師交流討論會,經常開展隨堂聽課,洞察教學的每一個細節,並精心制作了一系列的典型教學微視頻和引導課,幫助學生越发直觀和深入地理解課程知識。此外,課程組還廣泛收集學生的聽課反饋,不斷調整和優化教學方式,並力求使教學內容越发貼近學生的實際需求。
“課程組老師認真嚴謹,幫助同學們克服了從宏觀世界到微觀世界認知轉變中的種種困難。”质料學院2021級博士研究生吳濤說。從原理性的磁性分類、磁性來源,到較爲深奧的分子場理論、超交換作用,“鐵磁學”由淺入深,爲學子打開了磁性世界的大門。
鐵磁學作爲重要的物理學分支,其課程教材的更新與完善對于培養新一代科研創新人才至關重要。爲了確保課程內容緊跟學科發展前沿,蘭中文親自手寫了三本課程講義,字裏行間都透露著對知識的尊重和對教育事業的熱愛。如今,課程負責人的交接棒已然傳到四川省學術和技術帶頭人、质料與能源學院副院長孫科教授手中,並組成了精幹的課程組,“鐵磁學”在傳承中行穩致遠。
雙管齊下:形成“教學互促”機制
課程組在多年的教學事情實踐中總結出了一套行之有效的經驗。首先,對課程的六章內容根據難易水平進行學時劃分,在此基礎上進行啓發式教學,讓學生提出問題,引入教學內容,圍繞本學時重點和難點,深入分析,互動交流,把學生的注意力牢牢吸引在中心內容上,然後歸納總結,提煉結論,總體做到“深入淺出”。
從2023年開始,在已有教學積累的基礎上,課程組進行了“大班授課、小班研討”的教學革新,即在大班講授的基礎上,課程從教學實際需求出發,將80人左右的大班分爲40人左右的兩個小班,圍繞課程內容開展小班研討。學生通過查閱文獻、梳理歸納、小組研究、答疑總結的前期准備,在課上進行小組交流、碰撞思辨、教師點評、相互啓發。
這一課程革新加深了學生對課程知識的掌握,取得了良好的教學效果。“大班授課、小班研討”這種方式激發了同學們的學習熱情和創新精神。同學們也更願意上台展示自我,並在其他同學的分享中獲取更多樣的思路,不僅擴充了眼界,也在同輩相助學習中提升了能力。”課程助教、质料與能源學院2021級博士研究生馬澤南對此深有體會。
此外,課程組充实依托高水平教師隊伍,持續加強與科研團隊的交流相助及科研項目的深度融合,配合完成相關課題攻關,鼓勵學生依托課程資源,積極參與科學研究,構建了“教學-實驗-科研”三位一體協同機制。“這樣可以有效加深學生對教學內容的理解,認識到課程內容不是虛無缥缈的,而是觸手可及的。”課程組認爲,課程與項目二者在融合中相輔相成、相得益彰。
爲了進一步引導學生從解決實際問題出發,課程組注重加強與兄弟高校和研究院所資源共享和優勢互補,尤其是推動质料與理工醫等各學科的密切相助與互動,形成互爲適應的教育資源治理和應用服務新機制,充实發揮學校特色學科建設與科學研究的強有力支撐作用。
截至目前,課程組與中電科技集團重慶聲光電有限公司、中國電科第九研究所、廣東東陽光磁性质料有限公司、四川京都龍泰科技有限公司、松山湖质料實驗室等科研生産單位構建了持續性研究生校企聯合培養模式,建设了良好的相助關系,形成了大開放、大協作的教學-科研-人才相助共贏新花样。
課程思政:樹牢科技報國信念
“如何進一步提高我校研究生培養質量,更好服務國家發展是我們必須認真深入思考的問題。”在22年的課程建設曆程中,課程組始終注重強化“課程思政”建設,突出求真務實、開拓創新、精益求精的工匠精神,將“中國制造2025”、“新质料産業‘十四五’發展規劃”等磁性領域中國家重大戰略編入課程。
蘭中文認爲,曆史傳承在“鐵磁學”的課程思政建設中占有舉足輕重的职位。“因爲會有部门人不從曆史縱向的維度看待科技發展,所以我舉了‘中國古代四大發明’之一司南的例子,讲明兩千多年前中國昔人就會靈活地將磁現象運用于生産生活之中。”在課堂上,課程組通過闡述我國近代科學技術的發展曆程,來增強同學們的文化自信。
在孫科看來,通過課程思政教育使同學們樹立正確的科研價值觀同樣不行或缺。任何一門課都有自己的內在思想,課程思政最基础是要把這種專業內容中所蘊含的思想性挖掘和展示給學生,從而喚醒、激活和促使學生形成自己的思想,自覺踐行社會主義焦点價值觀。“簡言之,課程思政就是用科學思想和價值觀塑造來引領我們的課程教學革新,就像鹽溶于水。”孫科說道。
在探討“原子的殼層結構及其磁性”時,課程組提出质料的磁特性是原子磁矩的宏觀呈現,增強學生求真務實、開拓創新的科學素養,有機融入國家與個人看法,引導學生構建國家-個人“命運配合體”;在講授“自發磁化唯象理論”、“自發磁化交換作用理論”時,課程組瞄准當今鐵磁、反鐵磁、亞鐵磁三種常見磁性质料領域世界前沿科技和國家重大需求,結合電子信息质料領域中的卡脖子技術等熱點話題,不僅點燃學生對科學創新探索的熱情,更能激發各人建設世界科技強國的使命感、責任感與緊迫感。
展望課程未來建設,孫科說,課程組正在著手編撰《鐵磁學》教材,計劃引入更多現代的實驗要领和理論模型,確保學生能夠掌握最前沿的鐵磁學知識。同時,教材還將增加對新興技術如磁存儲、磁傳感器等領域的介紹,以培養學生的創新思維息争決實際問題的能力。
“未來,課程組將以培養引領新质料發展與創新的學術精英、行業精英和創業精英作爲目標,助力我國磁性质料的生産領域由‘並跑’變爲‘領跑’,爲我國高水平科技自立自強貢獻成電力量。”老師們笃定地說。