應用型材料化學專業實驗教學的新探討

吳艷光，杜飛鵬，張云飛，劉 輝，張 橋

(武漢工程大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢 430073)

應用型材料化學專業實驗教學的新探討

吳艷光，杜飛鵬，張云飛，劉 輝，張 橋

(武漢工程大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢 430073)

材料化學是一門交叉科學，文章針對傳統的材料化學專業實驗教學模式不利于培養學生的自主研學能力和創新應用能力的問題，依據我校材料化學專業實驗教學的多年經驗，從實驗教學的內容、自主實驗教學的方法、綜合應用型人才的培養和考核方式等方面，對培養學生的實驗動手能力、科研能力和創新意識的新教學模式進行了探討。新的教學模式不僅能提高學生的實驗興趣、主觀能動性以及發現問題和解決問題的應用能力，還能激發學生的學習靈感和探索精神。

材料化學；實驗教學；應用型人才；改革

材料化學專業是研究材料的制備、組成、結構、性能及應用的科學，它從化學的角度探索材料的微觀結構對其宏觀性能的影響。材料化學專業是我國許多高等學校開設的重要專業，是打造出系統掌握材料科學的基本理論和技能，能在材料科學與工程及其相關領域從事科研、教學和管理工作的材料化學高級應用型人才[1]。材料化學專業的學生必須有寬口徑的材料學基礎知識和化學理論，同時又必須具有現代化儀器操作技能和創新能力，善于創造性地把化學理論及材料學基礎知識成功地轉化為科學技術和社會生產力[2]。材料化學專業實驗是材料化學專業課程的重要組成部分，其目標不僅要傳授學生掌握材料化學常規的實驗方法和技能，訓練學生敏銳的觀察和分析問題的能力，更重要的是培養學生具備嚴謹的科學態度和創新思維[3]。武漢工程大學2005年建立了材料化學專業，經過多年的實驗教學探索，建立了以前沿科學研究融入至材料化學專業實驗的新型教學模式、教學方法以及先進的實驗室教學管理辦法，更好的培養我校材料化學專業學生的實驗探索能力和創新思維。下面，結合本校多年來材料化學專業的辦學經驗和基于應用型人才培養的目標要求，主要就專業實驗教學方面做一些探索和研究。

1 材料化學專業實驗課程體系的發展特點

材料化學專業實驗教學在專業教學活動中具有重要的作用，它是培養學生理論知識的應用能力、鍛煉職業和崗位技能、實現應用型人才培養目標的重要教學環節[4]。材料化學專業實驗是在學生開設了化學基礎課和材料化學專業主干課，并進行了基礎化學實驗后開設的課程[5]。其主要特點有：(1)面向大材料的實驗課程體系。美國國家研究委員會的專題報告強調，材料科學與工程本科生的課程應盡可能強調學習和研究各種材料，正確評價各類材料之間的競爭關系，應讓學生從總體上去理解材料科學與工程[6]。而材料化學專業實驗是根據大材料為目標，在材料化學基礎課程上開設的專業課程；(2)能體現科研與應用能力培養的密切聯系。材料化學專業實驗與科學研究課題結合緊密，如材料化學專業綜合實驗是將專業理論知識運用到相關產品的研發和實際生產中，在實驗過程中培養學生解決實際問題的能力，提高學生的實踐應用能力。(3)多層次實驗體系。材料化學專業實驗包括基礎技能型、設計型以及綜合型等多個層次，每個層次的側重點以及培養目標均有所差別。

材料化學專業實驗課程體系設置以加強對材料化學專業知識的理解和應用，加強專業實踐技能訓練，培養學生的創新思維和創新能力為目標。其教學理念，教學方法，實驗內容以及考評制度等均是專業實驗教學改革和探討的內容。

2 傳統材料化學專業實驗教學模式存在的不足

材料化學專業是一門理工科專業，其發展與當今科學技術的進步和國民經濟的快速發展具有很大的關系。材料化學專業實驗教學是國家實施大學生素質教育、促進知識向實踐能力轉化的重要而有效的科學途徑，其注重激發學生的創新意識和主動探索科學實驗的精神，啟迪學生的學習方法，培養學生的自主學習能力、動手能力、分析和解決問題的能力[7]。目前，國內許多高校開設了材料化學專業實驗，主要包括材料的合成與制備實驗、材料的加工與設計實驗以及材料的性能與測試實驗等，其內容大部分是重復性和驗證性的實驗。然而，傳統的實驗內容、陳舊的教學材料、設備以及填鴨式的教學模式不足以培養學生的學習自主性、創新思維和應用能力。因此，在實驗教學過程中，教學內容、教學方法以及策略急需優化和改革，讓學生能自主去學習和創新，讓學生在“學會”的基礎上上升到“會學”和“會用”的高度，于是，改革現在材料化學專業實驗陳舊的教學模式是培養出適用新世紀應用創新性人才急需解決的問題[8-9]。近年來，我校及其他學校均積極進行了實驗教學改革與有利的探討，摸索出了許多新型的教學模式和教學方法[10]。

3 應用型材料化學專業實驗教學模式的建立

3.1 改革專業實驗教學內容

傳統的材料化學專業實驗內容是一些基礎技能的培訓和經典的實驗項目，不能反映出材料化學專業的新知識、新技術對其發展的要求。因此，要改革優化傳統的實驗教學內容，增加一些應用型、設計型和綜合型的新實驗內容。在優化實驗教學內容時，需要遵循以下幾個方面的依據：(1)材料化學專業實驗內容應盡量豐富，包括高分子材料、無機非金屬材料和金屬材料等，充分的體現專業寬口徑人才培養模式；(2)不要與基礎實驗的有關內容重復，注重各種材料功能改性、性能測試分析以及新技術鄰域的應用；(3)必須結合材料化學科學研究前沿，注重實驗設備、技術的先進性；(4)以設計型、綜合型實驗為主，重點培養學生的實踐應用能力和創新能力。如我校材料化學專業實驗在增加了一些新型碳材料、能源材料、功能膜材料、熱電材料以及高性能工程材料的基礎上，同時將熱分析儀、納米粒度儀、X-射線衍射儀、掃描電鏡、萬能試驗機以及電化學分析儀等先進設備的應用融入到實驗中去，使學生在日后畢業論文和科研工作中對材料的檢測技術的應用提前打下良好的基礎。

3.2 建立一支高效的教師隊伍

教師是引領、指導和管理學生日常學習進程、提高學生綜合素養的重要力量。高效、專業的教師隊伍在專業實驗教學過程中的作用至關重要。材料化學專業實驗涉及到的內容寬廣、科學交叉性強，學生要在短暫的實踐內掌握老師傳授的實驗教學內容并非易事，因此，具備專業知識扎實、專業技能深厚的實驗教學隊伍是必不可少的。針對此問題，我們應對專業實驗教師隊伍進行重組，改革以往教師組成單一的不利局面，組建一支高學歷、專業性強且在科研領域經驗豐富的實驗教學教師隊伍。例如，可將之前分管一些高端先進設備的老師納入到實驗教學老師隊伍中，因為他們具備專業的設備測試技能，可指導學生材料測試實驗課程。專業、高效的師資隊伍才能培養學生的專業實驗技能、提高學生的創新意識和實踐應用能力。

3.3 專業實驗教學與科研互動結合

專業實驗必須能有利于培養學生將化學、材料學科的理論知識轉化為科學技術和生產力的能力，使學生具備現代化儀器設備的操作技能和創新能力。常規的實驗缺乏科學研究的系統性和連貫性，與現實生產技術脫離較遠。因此，將最新的材料學科研究成果引入至專業實驗教學體系中，擴大學生的知識面，開闊學生的科學視野，是培養創新應用型高級技術人才的必要途徑。實驗教學過程中，可以依托國家級、省級或校級重點實驗室，以及各專業科研教師的自然科學基金項目或與企業簽訂的橫向項目支持，來保證給學生開展優質的材料化學專業實驗。堅持專業實驗與科研及生產實踐相結合，鼓勵相關專業老師吸納本科生直接參與科研實驗過程，以此來激發學生學習的興趣和潛能，豐富專業實驗的內容，為學生提供良好的實驗環境。

3.4 建立開放式的專業實驗教學模式

“自主開放式”專業實驗教學是一種新型的實驗教學模式，即結合教師的科研課題，學生通過自主參與探索研究，使研究成果轉換成本科專業實驗教學內容。學生可以根據自己的愛好進行選題，綜合運用之前學習的理論基礎知識，自主設計實驗方案，并完成實驗過程，主動發現、解決研究過程中出現的技術問題。例如，在涉及到材料測試方法的實驗課程時，學生除了掌握一些先進設備如X-射線衍射儀、紅外/紫外光譜儀、掃描電子顯微鏡等的基本原理和簡單用途之外，還可以利用課余時間參與到使用這些儀器設備的科研實驗中，進一步掌握該儀器的具體操作、測試時碰到簡單問題的解決方法以及儀器的維護保養等知識。

專業實驗課教師基本都是學校的科研骨干，其研究的課題一般均具新穎性、探索性、前沿性和系統性的特點。因此，學生在課余時間，可主動找相關老師進行請教，完成自己專業實驗研究，這不僅有利于學生緊跟科研熱點和激發自己的科研潛能，更有利于提高學生的科研素養和專業實驗的教學效果。此外，在實施“自主開放式”專業實驗教學的計劃時，我們必須要做好“自主開放式平臺的搭建”、“實驗教學環節的制定”以及“科學完善的能力評定體系”三個環節。近幾年來，武漢工程大學材料化學專業在開放式實驗教學方面做了不少工作，也取得了較好的成效。本專業每屆均有不少本科生參與到了老師的科研課題中，提高了學生的科研興趣和科研能力，畢業后大部分學生進入了更好的學校繼續深造。

3.5 完善專業實驗室管理體制

隨著學生數量的增加和培養要求的提高，本科生實驗較多，學生人數和指導教師也較多，實驗室出現使用混亂、儀器設備使用效率低以及衛生條件差的現象常有發生。因此，制定出科學完整的實驗室管理體制是保證教學和科研質量的必要途徑。例如，實驗室儀器和藥品的采購管理辦法、實驗室開放管理辦法以及實驗室日常管理條例等規章制度必須制定完整。儀器設備作為學校的固定資產，必須確保固定資產卡片、賬目以及實物的一致性。每臺設備必須有使用情況記錄本，詳細記錄每次使用時的具體時間、使用人以及設備的運行情況等內容，并定期有專人進行檢查。此外，每臺儀器必須落實到個人進行保養、維護和檢查管理。只有健全、科學和系統的一套實驗室管理體制才能保證實驗室安全、正常的高效運行，才能提高實驗教學和科學研究的質量。

4 構建科學的考評制度，提高實驗教學質量

構建科學的考評制度能有效的促進專業實驗教學效果，對學生的實驗課程評估應采取多元化和實驗全過程的評定方法，即最終總成績應主要包括：實驗預習(占20%)、實驗過程(占50%)和實驗報告(占30%)三個學習部分的成績。(1)實驗預習，該階段由老師課前查看預習報告，主要考察學生的文獻查閱能力等準備工作以及檢查學生對基礎知識的掌握程度；(2)實驗過程，該部分成績占最終成績的50%比率，由指導教師現場觀察和記載。主要考察學生的學習態度、動手能力、觀察能力、對專業知識的運用能力和解決實際問題的能力；(3)實驗報告，由教師課后評閱，主要考察學生的學習效果，材料的撰寫能力和書寫的態度。

對于開放性的設計實驗，學生在老師的幫助下選取課題、設計實驗，自主完成實驗以及最后提交實驗報告，指導老師會從上述各部分分別進行評定，最后綜合給出總成績?？茖W、規范、標準化的成績評定體系能有效的調動學生的學習積極性，培養學生嚴謹的治學態度，大大的提高專業實驗的教學效果。

5 結束語

材料化學專業是隨著時代科學技術不斷發展而產生的一個新型專業，每一個學校的專業特色和側重點不一樣，但經過改革優化實驗教材的內容、重組實驗教學人員、加強科研與專業實驗的緊密結合、探索出新型的開放式實驗教學模式以及制定出系統、科學、健全的實驗室管理體制，均能不同程度的提高材料化學專業實驗的教學質量和培養效果。實驗教學思想觀念、教學手段和方法以及科學的教學管理制度的改革和實踐，不僅有利于拓寬學生的專業知識面，提高其科研技能，更有利于培養學生的創新思維、科研素養和綜合應用能力。

[1] 王麗梅.基于創新應用型人才培養的高分子化學實驗教學體系建設[J].高分子通報，2012(9)：97-100.

[2] 田 俐，劉勝利，申少華，等.教學與科研互動培養創新型應用人才-材料化學專業實驗教學新模式探討[J].當代教育理論與實踐，2011，3(7)：70-73.

[3] 任志宇，陳志敏，李明霞.材料化學“自主開放”實驗教學模式的構建[J].黑龍江教育，2015(1)：1-2.

[4] 邱玉娥，張秀玲，張存蘭，等. 基于化學化工類應用型人才培養的實踐教學體系的構建與實踐—以德州學院化學化工學院為例[J].黑龍江畜牧獸醫，2016(14)：222-225.

[5] 王學業，黎華明.材料化學專業實驗的優化設計與實踐[J].化工高等教育，2013(5)：59-62.

[6] 羅春華，董秋靜，廖榮寶，等.材料化學專業實驗課程體系的探討[J].宿州學院學報,2010，25(5)：121-123.

[7] 曾 明.基于素質教育的應用型創新人才培養模式改革研究[J].黑龍江教育：高教研究與評估版，2014(3)：73-75.

[8] 馮其紅，胡 偉，王增寶.改革實驗教學模式培養大學生的工程實踐能力[J].實驗室研究與探索，2013,32(2)：130-132.

[9] 周 桃.大學化學實驗教學中培養學生自主學習能力的研究[D].長春：吉林大學，2010.

[10] 李書明，沈 秀，戎紅仁.高校實驗教學隊伍建設的探索[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2012(4)：85-86.

(本文文獻格式：吳艷光，杜飛鵬，張云飛，等.應用型材料化學專業實驗教學的新探討[J].山東化工,2017,46(7):169-170,172.)

New Exploring on Experiment Teach of Material Chemistry Speciality and Its Function on Application

WuYanguang,DuFeipeng,ZhangYunfei,LiuHui,ZhangQiao

(School of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430073, China)

Materials chemistry is a cross science，and this paper aims at the problem that the traditional material chemistry experimental teaching mode is not conducive to the cultivation of students' ability of independent study and innovation. On the basis of many years' experience in experimental teaching of material chemistry in our university, this paper explored new teaching mode from four as-pects, these are the experiment teaching content, independent experiment teaching method, the training and examination methods of comprehensive application talents. This teaching mode aims to pay attention to cultivate students’ experimental ability, scientific research ability and innovation consciousness. The new teaching mode can not only improve the students' experimental interesting, subjective initiative and the ability to find and solve problems,but also stimulate students' learning inspiration and exploration spirit.

material chemistry; experiment teaching; application talents; reform

2017-02-21

武漢工程大學2016年教學研究項目“基于應用型材料化學本科專業實驗實踐教學體系的改革和構建研究” (編號：X2016013)

吳艷光(1983—)，男，湖北咸寧人，博士，講師，材料化學專業副主任，主要從事功能高分子材料的研究與教學工作。

G642

B

1008-021X(2017)07-0169-02