以科研為基礎滾動式拓展本科專業實驗

張明　江娟

摘要：本科教學的質量以實驗教學作為支撐，專業實驗教學是本科教學的一個重要組成部分，對培養學生的專業技能與創新能力及就業和創業能力極其重要。根據國家教學專項資金的長效資助規劃，高校專業應該制定短期、中期和長期的本科實驗室建設目標。基于作者長期的實驗教學實踐和對實驗教學的規劃經驗，認為該目標的實現可從科研活動中挖掘新的實驗，利用成熟的實驗設備和實驗技術，有計劃有步驟地逐步以滾動的方式拓展本科專業實驗教學新的方向和更有吸引力的內容。

關鍵詞：本科實驗；教學設備；實驗技術

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0265-02

一、引言

培養具有較強實踐能力的工科專業的學生，深化實踐環節，加強專業實驗，培養學生靈活運用專業知識的能力、獨立操作實驗的能力和有效處理數據的能力與教師的科研水平密切相關[1-4]。而在培養上述能力方面，最重要的是給學生提供多種多樣的專業實驗機會。通過參與專業實驗，讓學生積累足夠的專業知識、經驗和能力。學校高度重視本科實驗教學，制訂了采購教學實驗設備的計劃。如何高效地利用國家教學專項資金，開發適合本科學生的新的實驗項目以適應學生能力的培養，成為了擺在教師們面前的新的課題。由于國家提供了專項資金及學校也對實驗教學設備逐步追加投入，如何用好這些經費成為了對教師創新性的一次考驗。

本文總結了作者多年的切身經驗，提出了開發新的實驗項目的可行性方案。這些方案的實施對培養學生掌握專業技能和理解書本知識起到了積極的作用。

二、專業實驗內容設置的研究

制定短期、中期和長期的實驗室建設目標，是專業建設的重要內容。由于購買實驗設備的資金是分批逐年下撥的，專業實驗的建設也要適應，采取滾動式拓展的方式進行建設。由于學科的交叉融合，對專業實驗內容勢必有一定的影響，范圍會逐漸拓寬，建設目標也會相應調整。因此，積極開展專業實驗內容的交叉，對培養學生的科研能力、適應今后的發展是極其重要的。

在材料物理研究的范圍內，相關應用方向發展極其迅猛：太陽能材料和各種能源材料包含電池材料與技術得到了突破。因此，專業內容的設置如何能夠跟上時代的發展，關系到專業的發展和學生的就業。即專業建設的目標調整以當代的科學技術發展為基礎，以適應社會發展為基礎。同時，與之相匹配的實驗教學也必須做相應調整。在此方向，我們做了初步的嘗試和總結[5]。

三、科研實驗轉換為教學資源

隨著科學技術的不斷進步，科研方向的轉型，新的科研項目和研究內容不斷拓展，新的研究手段和研究設備不斷更新，導致了科研活力的上升，由此引發了各種新的情況。其一是高校提升本科教學人才培養的水平，將部分優秀的學生加入到科學研究行列，讓學生參與實驗活動，然而學生的知識水平有限，專業知識和分析能力有限。其二是將科研實驗轉化為本科實驗教學。這方面普遍做得較少，原因是大批量的學生參與教師的科研實驗明顯不現實，對科研會形成干擾，也會對設備造成損壞。要形成一定程度的轉化，還要做大量的具體工作，需要有專人關心。哪些實驗內容適合本科學生做實驗而不容易出現問題？組織和編寫教材和購買合適的設備及專業經費購買原材料。這些大量的工作會消耗教師大量的工作時間，且一旦實驗出現了問題又涉及承擔責任的問題。然而，隨著國家教學專項資金的資助到位，教師們不得不開發新的本科實驗以適應人才培養的需要，能夠充分利用的是在一線做實驗的研究生資源和管理設備和教師。

在科研實驗轉化為本科教學實驗方面一般可采取兩種方式，一是逐步進行，先開發出少量學生參與的設計性實驗，再通過批量采購設備開發成一般實驗；二是把逐步成熟且常做的科研實驗轉化成本科實驗，通過研究生試做，普及到本科學生教學中。在將科研實驗轉化為本科實驗教學方面做了一些探索。一些科研實驗，在經歷5年以上的實踐后，實驗設備基本成熟，程序相對固定，有利于發展成為本科學生實驗。例如，我們在制備傳統電子陶瓷的實驗內容方面，開發了若干本科實驗，又將近年來興起的水熱法制備納米顆粒，Sol-gel法制備薄膜等研究生所用的實驗方法都開設成了本科學生的必修實驗課程。隨著各類設備的逐步普及，企業中已經是常規使用的等靜壓法也普及到了本科實驗。在與企業的接觸中，壓電材料受到了特別的關注并成為了重點發展的產品，由此我們拓展了實驗內容，將測試壓電性能的相關實驗也開設到了本科實驗中，讓學生通過實驗學習理論和實用技術，以滿足學生未來在企業的發展需求。因此，根據科研和企業需求，滾動式地拓展本科專業實驗是專業實踐的良好發展之道。

科研實驗往往比較單調簡單，但會涉及一些較深的專業知識。與一般的普通實驗相比，一次實驗所花時間較少，不適宜大量學生進行。因為實驗項目和實驗時間的限制，學生不可能做深入的探討。而對于少數高水平的學生，往往能夠在實驗中提出一些問題，而逐步解決這些問題，才形成了設計性實驗[6，7]。例如，在陶瓷的預燒及燒結實驗中，專業實驗只提供有限的時間和次數，教會學生實驗的方法和基本原理；而在設計性實驗中，學生可以探討不同實驗條件對結果的影響，并有可能根據具體情況，豐富新的專業實驗的內容，這樣做實現了設計性。即設計性實驗不應該僅僅是一次完成的實驗，而是要通過一次實驗，提出問題，再提出改進的方案，再實施多次后完成。要求學生有較高的實驗水平，甚至可以和畢業設計結合在一起。

通過逐步的發展，目前已經在本校材料物理專業建設了系統的實驗模塊，結合未來的發展，主要包括：

最后，通過本科學生參與教師的科研活動，特別是參與相關實驗工作，極大地促進了科研實驗向本科實驗的轉化。

但是該模式的運行也存在以下的問題：部分科研實驗需要大型的設備，難以讓本科學生參與。由于學生人數太多，管理不善會對設備造成損壞。因此，只能是小型的費用不高的新型基礎實驗，才有適合開發本科學生能做的實驗。

四、結論

上述分析以及其他學者的工作[8，9]給我們的啟示是：專業建設是長期的任務，需要教師們密切關注企業的發展，教學生實用知識；也需要不斷總結科研實驗方法，簡化分解到本科專業實驗中，讓學生盡快掌握更多更全面的科研實驗方法和分析手段，便于學生未來的快速發展。

根據國家教學專項資金的長效資助規劃，高校專業應該制定短期、中期和長期的本科實驗室建設目標，以有效利用資助資金。本文以湖北大學材料物理專業的十多年專業實驗滾動發展為例，總結了相關經驗，并認為上述目標的實現可從科研活動中挖掘新的創新與基礎實驗，立足教學兼顧科研地采購合適的設備，以滾動方式拓展本科專業實驗教學項目。同時舉例給出了實現設計性實驗的具體方案和內容。

參考文獻：

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