基于創新性人才培養的材料專業實驗教學改革*

董愛娟高蕊叢中笑王春美

（1、同濟大學浙江學院土木工程系，浙江嘉興314051 2、同濟大學浙江學院實驗中心，浙江嘉興314051）

基于創新性人才培養的材料專業實驗教學改革*

董愛娟1高蕊1叢中笑2王春美2

（1、同濟大學浙江學院土木工程系，浙江嘉興314051 2、同濟大學浙江學院實驗中心，浙江嘉興314051）

專業實驗教學是培養學生創新能力的有效途徑。文章在明確實驗教學目標的前提下，從實驗教學體系、教學模式、教學質量監控和考核評價體系等幾方面開展教學改革，通過增加綜合類和設計類實驗項目，強化創新能力的培養，形成了“基礎驗證-綜合運用-創新設計”為特色的材料專業三層次實驗教學體系（TES）和多元化教學模式，初步建立了完善課前預習、強化實驗過程、重視實驗報告的內容、格式與結果思考三部分組成的考核評價體系。

材料專業；實驗；創新；教學改革

新世紀以來，我國經濟與科技迅速發展，培養具有創新意識和創新能力的應用型人才，是目前我國高校教學改革與研究的重要方向。實驗教學是高校實踐類教學的重要組成部分，實驗教學的開展不僅有利于學生加深理解相應的理論知識，而且還能啟發學生獨立思考、激發學生勇于探索精神。因此，實驗教學對于創新性人才的培養起著十分重要的作用［1］。材料專業實驗是我校材料科學與工程專業學生的一門重要的專業實驗課，涉及不同材料的制備、性能檢測、加工成型、配方設計等多學科知識，是一門綜合的專業實驗課，一般開設在大三和大四年級。我校作為一所新辦的獨立學院，與母體同濟大學在學生培養方面存在著明顯的差異，調整專業培養方案、深化教育教學改革和提高教學質量已成為我校現階段的主要工作內容之一。因此，根據我校的實際情況，我們對材料專業實驗教學開展了改革與研究，轉變原有教學觀念，確立新的教學目標，建立了三層次實驗教學體系（TES），采取了新的教學模式和新考核評價體系，將創新能力的培養貫穿整個實驗教學過程，并取得了良好的教學效果。

一、轉變教學觀念，明確教學目標

專業實驗在教育體制中一直處于“從屬”、“次要”的地位。材料專業實驗教學改革首先要轉變原有的教學觀念，要充分意識到專業實驗教學在學生培養方案中的重要性，不僅僅是對理論知識的鞏固、驗證、理解或達到具體研究目標，而且更重要的是起到培養學生探索未知材料領域的基本方法、實驗技能、創新能力和其他綜合素質的作用［2］。根據我校材料專業人才培養目標的定位，確定了材料專業實驗教學目標：使學生進一步鞏固對材料科學與工程基本理論知識的理解，并初步建立關于材料結構、性能與應用之間相互關系的知識結構體系；引導學生初步形成科學研究與工程意識，能夠獨自開展實驗設計、材料制備、加工成型、性能測試和數據處理分析等工作，提高其綜合應用所學專業知識和技能，培養其解決實際生產問題的能力，增強其創新意識。因此，材料專業實驗教學改革應重點加強培養學生的創新能力和綜合實踐能力，堅持知識傳授和能力培養全面協調發展。在課程設置上處理好與理論教學、實習和畢業設計等其他教學環節的銜接、融合和交叉等問題，將理論教學與實踐教學有機結合起來，使之成為培養學生創新意識和實踐能力的重要獨立環節［3］。

二、重視創新意識培養，建立三層次實驗教學體系

材料專業實驗長期以來依附理論專業課程，以基礎類和驗證性實驗為主，綜合類和設計類實驗偏少，學生難以將所學的知識融會貫通，更難將實際生產聯系起來。因而達不到培養學生的綜合實踐能力，不能激發學生的創新精神，更談不上培養應用型人才。因此，我們對材料專業實驗教學項目進行了優化調整。實驗內容體現與時俱進，增加綜合性和設計性實驗項目比例。在實驗教學安排上，根據其他專業教學進度，體現由簡單到復雜、由單一到綜合，層次分明、循序漸進，形成了具有自身特點的三層次實驗教學體系（TES，Three-level Experimental teaching System），即“基礎驗證-綜合運用-創新設計”為特色的實驗教學體系。

基礎驗證實驗的主要目的是加深鞏固所學理論知識，要求學生掌握實驗的基本原理和實驗方法，掌握相關實驗設備原理并熟練操作，培養其基本的實驗技能和分析處理實驗數據的能力［4］。結合我校大部分材料專業畢業生的工作去向和技能要求，我們開設了水泥、砂漿和混凝土等常用建筑材料的基本性能測定，聚醋酸乙烯酯、苯乙烯等有機高分子的合成、粘度法測聚合物分子量、偏光顯微鏡測聚合物結晶等10項基礎驗證性實驗項目。

圖1　三層次實驗教學體系（TES）示意圖

圖2　涂料綜合實驗流程圖

綜合運用實驗在強化專業實驗操作技能的同時，重點培養學生綜合運用所學知識和專業技能，發現問題、分析問題和解決問題的能力［5］。例如苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液的制備，是一項單一的基礎類驗證性實驗，要求學生掌握乳液聚合的基本實驗方法和了解乳液聚合的工藝特點。但學生缺乏對該技術的應用了解，無法正確評價產品性能。因此我們將該實驗與涂料工藝綜合性實驗整合為涂料綜合性實驗，即依次進行實驗預習，苯-丙乳液合成，乳液性能檢測，苯-丙乳膠漆配方設計，涂膜，漆膜性能測試（如硬度、耐水性、耐磨性、附著力、抗沖擊性等），與市售苯-丙乳液性能對比，分析性能差異的主要因素，總結，撰寫實驗報告。一方面，培養學生的專業實驗技能與綜合分析能力；另一方面，加深學生對乳液合成技術、涂料基本組成和性能檢測方法的認識，提高實驗的積極主動性。

創新設計實驗是指由指導教師提出實驗課題，讓學生查閱資料、設計實驗方案、經實驗教師審定和指導后，進行有目的的探索性實驗。該類實驗留給學生獨立思考的空間，有利于培養學生的探索精神和創新意識［6］。例如聚氯乙烯增塑糊的制備及涂刮成型試驗，要求學生以某一組分作為變量因素自行設計實驗方案包括配方設計、成型工藝、相關實驗參數和性能測試方法，經指導教師審定后，開展實驗，最后綜合分析，形成實驗報告。在教學上真正實現了從“以教師為中心”到“以學生為中心”的轉變，指導教師只是參與實驗方案的審定與指導，并在實驗過程適當提出問題，引導學生思考。該類實驗的開設，改變學生原有被動的學習狀態，有利于激發他們的求知欲、想象力和探索精神，有利于培養學生的綜合創新能力，使學生能更快的適應后期的畢業設計和勝任今后的專業工作。

三、依據不同層次特點，建立多元化教學模式

為充分體現學生在專業實驗教學過程中的主體性，激發對實驗的興趣，利于達到教學目標。我們根據不同層次實驗考核要求和學生的學習深入程度，建立了多元化的教學模式。

在基礎驗證類實驗中采用提示性教學，根據所創設的實驗情景，提出問題，學生在回答的過程中不斷思考，以強化基本實驗操作技能和基本理論知識。例如，在膨脹計測定聚合物的玻璃化轉變溫度（Tg）實驗項目中，聚合物的Tg很抽象，難以理解，通過學生測定毛細管柱高與溫度變化的關系曲線，引出自由體積理論，進而提出Tg的定義；通過不同升溫速率下測得的Tg，提出影響聚合物Tg的因素。實踐證明，通過創設實驗情景，激發學生思考，有利于加強學生學習的主動性，提高實驗效率。

根據綜合運用實驗的特點，學生有一定的實驗基礎，可采用啟發式教學方法，帶動學生思考，引導學生形成綜合考慮問題的思維方式。例如，在砂漿基本性能試驗項目中，如何判定砂漿工作性的好壞，學生可以帶著問題，測定砂漿的稠度和分層度，再聯系到砂漿的保水性，進行綜合分析后，最終確定其工作性。這類實驗不僅要求學生掌握具體某項實驗的理論與操作技能，而且能兼顧該類實驗中涉及到的不同因素，最終有一個綜合分析與判定，突出強調實驗的應用性。

創新設計實驗要求學生獨立設計實驗并實施，是專業實驗中要求最高的一類實驗，一般安排在大四。由于實驗并不是完全按照實驗指導教師設定進行，此類實驗適合于探究式教學。教師作為輔助角色，主要是啟發學生如何完善實驗方案，如何解決實驗中出現的問題，使學生體驗和思考實驗研究的基本思路和研究方法，從而不斷提高創新意識和綜合實踐能力［7］。例如，在塑料的綜合性實驗項目中，在某些條件下，塑煉加工過程中的PVC樹脂有可能會出現顏色加深的現象，作為指導教師可根據實際情況提出問題，引導學生思考與討論，并完善解決方案。

四、創新實驗教學質量監控和考核評價體系

實驗教學質量監控是指通過對教學質量的持續監督和控制，把影響教學質量的諸多因素有機協調、統一組織，按照一定的程序有機地進行［8］。我校通過督導專家巡視、聽課、抽查實驗報告，定期開展師生座談會、問卷調查等，及時總結實驗教學過程中存在的問題，并根據結果，及時反饋相應的實驗教師，以此來加強實驗教學質量監控。

以往僅從實驗報告無法準確的判定學生的真實實驗水平和實驗成績。我們采取過程控制的評價管理模式，由課前預習、實驗過程、實驗報告三部分組成，分別占總評成績的20％、40％和40％。在實驗前，強調實驗預習報告質量與預習效果，采取隨機提問的方式進行抽查；在實驗過程中，重視實驗操作規范，獨立思考，數據的完整性等方面進行考察；在實驗結束后，以實驗報告的完整規范、對實驗結果分析的深入與否等進行考核。

通過建立多渠道、速反饋的教學質量監督機制和多元化、重過程的考核評價體系，有利于促進和加強教師實驗教學質量的進一步提高，有利于增強學生對專業實驗課的重視，在很大程度上可以提高學生的學習積極性。

五、結束語

在以創新性人才培養為目的的專業實驗教學改革過程中，學生的創新能力與實驗教學內容、教學手段、教學方法和評價標準等緊密相關。我們通過對材料專業實驗教學的一系列改革與優化，增加了綜合運用和創新設計類實驗的比例，建立了具有自身特點的三層次實驗教學體系（TES），使實驗教學內容安排更加合理；引入提示性、啟發式和探究式多元化教學模式和多元化考核評價體系，使教學手段更加豐富多樣，使考核評價標準更加科學，提高了學生的學習積極性。在今后的教學工作中，我們將繼續完善實驗教學體系。在實驗教學內容方面，增加學生自主設計類實驗項目，實驗內容緊密結合當前本校專業教師的科研成果與企業實用技術，為學生提供更多的選擇；充分利用多媒體資源，在教學內容和方法上更加豐富多彩，使學生學習積極性和主觀能動性充分發揮出來，進一步加強培養創新能力。

［1］王忠，王金愛.發揮實驗室作用，培養創新性人才［J］.實驗技術與管理，2006，23（5）：125-127.

［2］何峰，馮小平，謝峻林.材料專業設計性實驗教學改革與實踐［J］.實驗室科學，2012，15（2）：9-12.

［3］梁麗.構建分層次實驗教學體系，培養創新型人才［J］.實驗室研究與探索，2014，23（1）：217-219.

［4］董麗萍，劉宇.面向應用型人才培養的實驗教學體系研究［J］.實驗技術與管理，2007，24（9）：121-124.

［5］汪大海，付強.材料物理與化學專業綜合性實驗教學改革初探［J］.實驗室研究與探索，2011，30（1）：103-105

［6］劉穎，侯建軍，黃亮.“電子技術課程設計”精品課程建設與改革實踐［J］.電氣電子教學學報，2008，30（2）：3-4.

［7］王峰，黃薇，劉書銀，等.多元化化學實驗教學模式的探索與實踐［J］.山東化工，2014，43：172-174.

［8］錢波.應用型工科院校多元化實驗教學體系的創新探究［J］.實驗室研究與探索，2011，30（8）：121-124.

Professional experiment teaching is an effective way to cultivate students'innovative ability.Under the prerequisite of clarifying the experimental teaching objectives，teaching reform of material specialty has been carried out from the aspects of experimental teaching system，teaching mode，teaching quality monitoring and evaluation system.By increasing the comprehensive and designing experimental projects，the innovation ability has been strengthened.And finally formed a characteristic"basic verification-integrated use-innovative design"for Three-level Experimental teaching System（TES）and diversified teaching mode，established a system of assessment and evaluation，which consists of three parts，namely，pre-class preview，experimental process and experimental report.

material specialty；experiment；innovation；teaching reform

G642

A

2096-000X（2016）22-0148-03

同濟大學浙江學院教改項目（2016.1）

董愛娟（1984-），女，浙江，講師，碩士，主要從事納米復合材料、高分子材料改性方向的教學與科研工作。