《玻璃材料實驗》課程在創新型人才培養中的探索與實踐

田英良　王亞麗　孫詩兵　崔素萍

摘要：以培養符合時代發展和社會需要的創新型人才為目標，結合《玻璃材料實驗》課程的實驗教學體會，從傳統教學教學內容的不足、教學改革思路以及教學改革實踐進行了系統研討，通過增加實驗教學課時，注重綜合性實驗訓練，利用現代教育理念，充分借助個性化教學模式、討論學習模式、探究式學習模式，運用啟發式教學方法和探究式教學方法，建立先進科學合理的教學評價，可以促進和激發創新型學生的表現。

關鍵詞：創新人才培養；實驗教學；玻璃材料實驗；現代教育

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）14-0122-03

一、前言

高等教育主要職能在于人才培養、科學研究和社會服務，其中人才培養是最為核心所在。按照人才培養目標要求培養具有良好人文、科學素質和社會責任感，學科基礎扎實，具有自我學習能力、創新精神和創新能力的一流人才。具體包含：得到基礎研究和應用研究的訓練，具有扎實的基礎理論知識和實驗技能，動手能力強、綜合素質好；掌握科學的思維方法，具備較強的獲取知識能力，具有探索精神、創新能力和優秀的科學品質，因此，人才培養終極目標在于創新人才培養。創新人才既要有深厚的理論基礎，又要較強的實踐能力和創新能力。實踐教學可以充分發揮創新型人才培養作用，實驗教學的組織形式是相對開放的，學生有一定的自主性，完全可以成為學習的主體。實踐教學理論結合實踐的橋梁，是培養知識型人才提升為創新人才的重要途徑。實驗教學不僅能夠培養學生動手操作能力，提高運用所學理論知識來分析和解決世紀問題的能力，而且能夠培養學生的創新意識、創新思維、創新精神[1]。

本科教育是高等教育的基礎，實驗教學是本科教育特別是理、工、農、醫等學科教育的重要組成部分[2]，在培養具有知識、能力、技能等綜合素質的創新型人才方面有著理論教學不可替代的作用[3]。實驗教學是培養高水平、創新型人才的重要手段，鍛煉實驗技能，動手能力、創新思維的過程。《玻璃材料實驗》是無機非金屬材料專業的重要的實驗課程，通過實驗可以讓學生更好地認知和理解玻璃材料理論知識。傳統的玻璃材料實驗教學過多地強調通過驗證性實驗來加深學生對理論知識的理解和鞏固，忽視了對學生動手能力和創新意識的培養。因此，改革傳統的《玻璃材料實驗》教學模式與方法，在實驗教學中積極啟用現代教育理念，深化教育改革，促進創新人才培養，成為時代發展必然趨勢。

二、《玻璃材料實驗》傳統實驗教學不足

1.實驗教學時數不足。目前，高校基本沿襲20世紀90年代人才培養理念“厚基礎，寬口徑”，導致大量基礎課占用了實驗教學實踐，另外教學主管部門、教師和學生在思想上逐步形成“重理論，輕實踐”的現象，因此，最終導致實驗教學成為“雞肋”，實驗指導教師面對很少的實驗課時，即使想引導學生完成一些創新性探索實驗，也很難開展和進行相關嘗試。

2.實驗教學內容陳舊。由于實驗教學時數不足的影響，很多實驗只能開設最為基礎的實驗，這些實驗都是驗證性實驗，缺乏設計性、綜合性實驗內容。另外，實驗手段也相對落后，不能反映出當代實驗技術的發展。實驗教學方法單一。實驗課程的設置沒有充分考慮學生的不同層次的需求，實驗過程變成了老師的“獨角戲”，學生只是機械地模仿和復制一遍實驗而已。實驗結果的評估僅是依靠教師評定為主，依據學生表現、遵章守紀、實驗報告撰寫規范與否、數據處理得當與否、實驗結論正確與否等作為主要評價依據，完全忽視了學生在實驗中的主體作用和他們在實驗中的思考與探索。

3.實驗教學設備陳舊。實驗教學是為了學生完成理論知識的認知和理解，需要通過做中的思考、觀察中的理解、抽象中的提升，最終實現知識的掌握[4]。實驗是通過具體的儀器設備進行系統驗證來完成的，學生了解和掌握儀器設備的操作，實驗中鍛煉學生動手能力和觀察能力。儀器設備是支撐整個實驗進展的關鍵所在，科技的進步推動了儀器設備的更新，如果依然采用20世紀90年代以前的儀器設備進相關實驗，一是實驗效率低下，影響實驗進度，二是學生不能接觸到先進儀器設備，不了解材料相關性能測試，對于學生感興趣的性能測量項目不能完成。

4.實驗教學場地不足。1999年中國高等學校開始大規模進行擴招，導致高等學校各種教育資源普遍面臨不足問題，尤其實驗教學是一個體現最為嚴重的問題，實驗教學需要分散化教學、需要保障每個學生具有均等的實驗機會，由于實驗教學占用場地會相對較大，另外需要相關儀器設備支撐，實驗室面積緊張問題不能馬上得到緩解。很多高等學校普遍采用多組輪流實驗模式，甚至晚上也被排上實驗課，即使這樣還是不能保障每人一組或小于4人/組的實驗，這樣就很難保障每個人有實驗動手的能力鍛煉，出現一個學生“做”，幾個學生“觀摩”的場景。

二、《玻璃材料實驗》教學改革思路

1.提高師生對實驗教學的認識。近20年受傳統教育模式的影響，“重理論，輕實踐”的思想已經在教師和學生中產生根深蒂固的影響，教師不愿承擔更多的實驗教學任務，學生不愛下實驗室做實驗，即使進入實驗室也是應付的態度，因此造成了高校所培養的人才動手能力普遍下降，在社會上產生不良影響，有的用工單位甚至放棄“本科”而選擇“專科”或“職高”。基于目前的現狀，作為高校管理者和教師們要發揮實驗教學的作用，將實驗課的地位逐步提升。只有加強實驗課的重視，才能充分發揮實驗教學對創新人才培養的促進作用。

2.現代教學模式在實驗教學中的應用。在傳統實驗教學模式中，老師處于主體地位，學生作為被動接受者。實驗從講解到實驗操作，都有老師帶著學生來完成，學生成為被動接受者。這種教學模式嚴重束縛了學生主觀能動性。需要在尊重學生個性發展的基礎上，對傳統模式進行全面改革，重視發揮學生的主動性，讓學生在實驗教學中處于主體地位。這樣不僅可以減少老師的工作量，還能有效提高學生的積極性，為培養創新人才創造有利條件[5]。在實驗教學過程中充分應用現代教學模式，包括個性化教學模式、討論學習模式、探究式學習模式。

3.啟發式和探究式教學方法的應用。結合實驗教學目的和要求，以及學生的實際情況，使用各種方式和方法調動學生的求知欲，發揮其積極性和主動性，引導學生把精力集中到分析問題和解決問題上來。學生在教師的引導下，通過自己或小組探索發現問題、發現規律，從而提高獨立解決問題的能力，讓學生真正體會到自己是學習的主人。教師在教學過程中不斷鼓勵學生，使學生建立自信，在遇到困難時給予適當的知識和技能提示和支持，建立師生雙方的互信和友情。教師為了完成創新人才培養，教師需要設計一個綜合性實驗，這個實驗僅有目標性描述，沒有過程和結果。這樣教師的任務就是引導學生去“發現”、”探究”、“解決”，在實驗過程中學生必須通過自己的思考，獨立研究，運用解決問題的方法，體會實驗過程，發現事物內在規律，形成自己的概念。

4.實驗教學組織和實施形式的變化。由于《玻璃材料實驗》中的認知實驗和驗證實驗讓學生自行開展和進行，每個實驗均可單個學生獨立開展，實驗結果需要交實物、照片和實驗報告，還有實驗感想。對于創新性綜合實驗而言，一般根據學生特性讓他們進行適當組合，動手能力強和理論基礎扎實的學生相結合，男生和女生相互結合，形成3～6人的實驗小組。傳統實驗教學是在規定時間內進行的，非規定時間內實驗室不開放，現在將實驗室進行開放，包括開飯時間甚至晚上和周末時間，實驗小組可根據自己的時間來預約實驗，根據所擬定實驗方案的時間規劃，提出相關儀器設備、原材料、其他開展實驗的必要物質。在玻璃材料的性能設計方面可使用計算機仿真設計軟件，學生可以獨立進行上機計算，計算結果可作為實驗參考使用，需要經過實驗驗證。再者，專業實驗教學基本落實到教師的科研平臺上開展，分擔了實驗教學場地不足、人員擁擠等問題，同時也克服了基礎實驗室年均利用率不高的問題。在實驗過程中學生可以了解到教師所從事的前沿科學研究內容和高精尖儀器設備使用。

三、《玻璃材料實驗》教學改革實踐

1.增加實驗教學時數。2013年北京工業大學材料學院根據本科畢業生就業情況調研結果，及時推動本科教育改革，決定將本科1～2年級按統一的基礎課程進行培養，3～4年級按照專業人才培養，學生按照自己的興趣和愛好任選金屬材料、無機非金屬材料、功能材料、資源循環其中的一個教學系，進行繼續深造。《玻璃材料實驗》是無機非金屬材料教學系開設的本科實驗課，為了提升了專業實驗對創新人才培養的作用，將原來的4課時提高到8課時，理論教學為16課時，專業化理論和實踐教學課時比例達到2∶1。為《玻璃材料實驗》課程開設內容提供了課時保障，除了可以完成認知實驗和驗證實驗，還可以開展一次綜合性實驗，見表1，以前課時僅能完成認識實驗和驗證實驗。

2.啟用討論教學模式。綜合實驗《五彩琉璃飾品制作》是一個比較貼近生活的專業性實驗，但是只給出了一個相對比較寬泛的實驗命題，沒有相關實驗原理、實驗過程和注意事項的介紹，完全需要發揮實驗小組在玻璃材料方面積累的理論知識和先前的認知實驗、驗證實驗的實踐。學習小組結合學校數據庫資源查閱相關資料和信息，確定技術路線，擬定實施方案，分解實驗步驟。小組成員內部需要對上述工作進行論證和討論，然后與實驗指導老師一起再進行實驗方案的討論和審定。指導教師應該根據綜合實驗中的關鍵技術難點給予提示和引導，包括采用的成型方法是什么？這是決定整個技術路線的關鍵。琉璃和玻璃概念與內涵的差別是什么？五彩是個泛數，五彩的實現手段？玻璃著色原理如何運用？不同玻璃熔合在一起膨脹系數和軟化點不同會導致什么結果？玻璃成型借助的模具材料選用哪種更合適？玻璃制品退火工藝參數如何制定？玻璃飾品燒結后，表面采用何種處理方法？

在學生實驗過程中，教師必須予以必要的啟發性指導，在實驗結束后對實驗報告和結果進行正確性的評價，同時加強小組之間的互評，以及組員之間的相互評價。

3.建立科學合理教學評價。為使《玻璃材料實驗》課程獲得良好的教學效果，改變原來以實驗操作和實驗報告為主的傳統評價方式，建立學生實驗能力的多層次、綜合性評價辦法，弱化實驗報告在評價中的所占比例，這樣有利于引導學生綜合素質的提高，以及全面衡量學生運用知識和技能的能力。評價標準調整為：平時實驗操作和表現占25%，綜合實驗技術路線和方案占25%，綜合實驗執行效果占20%，實驗報告占10%，實驗體會與感想占10%，小組成員評價占10%。實驗成績來自多方面的綜合評價，既包括教師的評價，也有來自學生之間的評價，避免了評價的片面性，避免傳統的評價注重認真和實驗報告撰寫規范者得高分現象，通過實驗考評方法的變革可以體現出對學生的創新能力關注，可以促進和激發創新型學生的表現。

參考文獻：

[1]楊吉民.物理化學實驗在成人教育中的教學改革與創新探索[J].中國成人教育，2012，（2）：141-142.

[2]黃楷.優化實驗教學體系建設，促進創新型人才培養[J].實驗室研究與探索，2018，27（9）：79-81，98.

[3]李春偉，王桂英.創新型人才培養視角下的包裝工程專業實驗教學改革[J].中國科技信息，2013，（2）：145，168.

[4]吳疆，張攀峰，常櫻.現代教育技術教程[M].第3版.北京，人民郵電出版社，2009：22-23.

[5]馮明海，耿曉菊.創新型人才培養與高校實驗教學改革的探討[J].才智，2009，（8）：231-232.