功能材料專業研究型實驗教學模式探索

王顯威， 朱倩倩， 王小二， 劉一璞， 劉 慧， 徐林海， 賈鵬博

(河南師范大學 物理與材料科學學院， 河南 新鄉 453007)

功能材料專業研究型實驗教學模式探索

王顯威， 朱倩倩， 王小二， 劉一璞， 劉 慧， 徐林海， 賈鵬博

(河南師范大學 物理與材料科學學院， 河南 新鄉 453007)

實驗教學是功能材料專業重要的實踐教學環節，需要努力提高學生對實驗教學的興趣，充分調動學生的主觀能動性，激發學生的創新能力，培養他們的實驗素養。結合研究型實驗和功能材料專業的特點，本文提出了具有功能材料專業特色的基于課題型的研究型實驗教學模式。從新教學模式開展的必要性及開展方式等方面進行闡述，并對其教學效果及存在問題進行了分析與討論。在實踐教學中，該教學模式充分調動了學生主動探索的積極性，培養了學生嚴謹的科研思維習慣和團隊協作精神；同時還達到了優化知識結構，豐富實踐經驗，強化綜合能力的目的。該模式得到老師和同學的廣泛認可，取得了良好的教學效果。

教學模式； 研究型實驗； 實驗教學； 功能材料

0 引 言

國家中長期教育改革和發展規劃綱要要求：堅持能力為重。為適應現代社會對學生能力的要求,實驗教學成為本科教學中一個重要的環節和手段[1-3]，特別是在學生的綜合素質和創新能力的培養方面具有重要的作用，因此高等院校對學生進行基本的科研實驗訓練將成為必修課程[4-9]。如何逐步提高學生對科研實驗的興趣、培養學生的科研實驗素養成為實驗教學過程中的關鍵。

功能材料專業為2010年教育部為適應國家戰略性新興產業發展的要求而特設的專業，我院于2011年申請了該新專業。功能材料專業主要培養學生掌握功能材料的基礎和專業知識，力求培養能在功能材料的制備、改性、加工成型及應用等領域從事科學研究、技術開發、工藝設計、生產等方面的優秀創新型人才，其需要很好地將理論與實驗相結合，實驗教學研究顯得尤為重要。為了使高年級功能材料專業的學生能夠掌握基本的科學研究方法和養成基本的科學素養，我院功能材料專業根據專業特點開展了基于課題型的研究型實驗，最大限度發揮本院的師資優勢，我們在開設研究型實驗過程中采用了具有科學性、先進性、前沿性、可行性、開放式等特點的基于課題型的實驗教學模式[10]。

學生在一些備選課題中自主選題后，實驗過程中不受實驗課時和本科教學 實驗資源的限制，擺脫了傳統實驗教學中時空觀念的束縛，充分調動學生的主觀能動性和主動探索的積極性，從而更好的發揮學生所學的知識及掌握。進而展開更好的科研思維訓練，培養學生的團隊協作意識、自主學習能力、搜集文獻資料的能力、實地動手操作能力，以及根據已有知識和技能分析、解決問題的能力[11-12]。這種實驗教學模式可以很好地優化知識結構，豐富實踐經驗，強化能力培養，更有利于培養社會所需要的應用型與研究型人才。

1 實施基于課題型的研究型實驗教學的必要性

在傳統實驗教學方法中，雖是學生動手做實驗，但卻是教師主導整個實驗教學過程。學生只是按照老師的指示機械地完成實驗任務，在整個實驗過程中缺乏獨立思考環節，不能發揮主動性，科研思維和創新思維也不易得到很好地訓練，更不用說對實驗提出創新性的見解。這種被動接受知識的教學模式不能實現實驗教學的最初宗旨[13]。此外，在整個實驗過程中學生并不知道實驗內容是如何篩選的，對實驗內容的理解也是模棱兩可，只是在老師的指導下，學生參與實驗材料的準備和實驗過程的操作。學生抱著聽實驗課的心理去上實驗課，在沒有自主思考只聽從安排的實驗過程中，自然會出現對實驗講義生搬硬套的情況，故在實驗過程中即使出現錯誤學生也難以發覺。如此一來，學生失去了探索新知識的欲望，也使得學生對實驗教學喪失了興趣，科研思維和創新思維的培養也成為無稽之談。因此，要培養出有思想、有活力、敢創新、有能力的高素質人才，我們需要擺脫傳統教育觀念的束縛，改善傳統的教學方式。徹底改變傳統的以教師為主體的教學模式，堅守以學生為主導，讓學生能夠獨立自主的在實驗中探索和發現，并將理論課本中的知識很好地應用到實驗中，逐步擺脫對老師的依賴心理，逐步轉變為“學生為主、教師為輔、師生互動、主動探索、教學相長”的一種教育新氣象[14]。

新型教學模式有利于培養學生科研思維，嚴謹的科研習慣，創新精神和團隊協作精神，對以后的學習生活都會有很大的幫助。此外，該教學模式不僅能更好地提高學生的主觀能動性，也能使學生對實踐后獲取的知識有更深刻的認識。基于課題型的研究型教學模式，注重個性發展，營造了一種自主學習的氛圍，以課題為基礎系統訓練學生的綜合素質，使每個學生都能經歷一個基本科學研究的過程：文獻資料的搜集與閱讀、研究問題的提出、研究方案設計、實驗分析與討論、數據整理與總結、實驗報告及論文撰寫等，這一完整的研究實驗過程的體驗可使學生對科研實驗有一個系統而全面的認識。

2 基于課題型的研究型教學模式的開展

為了使基于課題型的研究型教學模式更好的開展，我院設有本科生專業研究型實驗室，同時為充分利用學校的師資資源，采取與我校的部分科研課題組和研究室合作，充分利用各科研平臺的大型儀器設備資源和人力資源。此外，本科生專業研究型實驗室實施全日制開放制度，從而充分發揮學校的教學資源，使學生的時間更加自由，旨在提高學生的自主探究能力，培養學生的創新意識。

首先組織同學根據實驗教師給定的課題進行自由組隊，每隊一個學期只須完成一個課題。為保證每個隊員都得到鍛煉，隊員限4人以內，并設立小組長，由組長統一分配實驗任務。繼而組員根據確定的研究課題查找相關的資料，關注該課題最新科研動向，自主設計實驗方案。通過不斷探討，不斷優化最初設計的實驗方案，最后將修訂好的實驗方案呈現給導師，并通過PPT的形式講解小組的研究背景及研究思路，導師和學生一同探討修訂完善實驗方案，確定最終的實驗方案[15-16]。確定實驗方案之后，學生就可以利用實驗課的正常時間和課余時間去完成實驗方案所規劃的實驗。正常的實驗課時間內，學生可以充分和老師交流實驗過程中遇到的問題，討論解決問題的途徑，然后利用實驗課時間和業余時間去繼續實驗，另外為了督促學生完成實驗方案，會在學期中安排實驗中期答辯。

整個實驗的順利完成依靠幾個環節來保障：平時交流、中期答辯、學期末答辯和提交的研究報告及論文等，導師并通過學生在這些不同環節中的綜合表現情況進行打分。期末答辯屬于總結匯報性質的考核，答辯過程設置導師提問、學生提疑和實驗心得分享三個環節，導師通過提問的方式考察學生對知識的掌握情況，學生通過提疑實現對知識的進一步理解。最后實驗心得的交流，即是對整個實驗過程的總結，也可以很好地將實驗過程中的經驗交流傳遞給其他同學，使學生在知識整理、自主學習、團隊協作、發現及解決問題等各方面能力得到極大提升。

例如在2013級學生開展研究型實驗過程中，一個小組選定超級電容器作為研究課題，經過調研后決定研究錳氧化物的電化學性能。經過小組討論并向導師講解實驗方案后，該小組設定的實驗方案是：研究鍶元素的摻雜量對材料電化學性能的影響。為保證實驗更好地進行，在實驗開始前該小組學習并掌握了相關儀器的原理和使用方法，例如樣品制備過程中要用到的真空干燥箱、恒溫水浴鍋、馬弗爐等儀器，此外還有對樣品進行表征的儀器如X射線衍射儀和電化學工作站等。在實驗方案實施過程中學生隨時進行組內或組間的自由式、開放式討論，確保交流的有效性、及時性。在實驗后期的數據整理與分析以及論文撰寫過程中，組長根據組員特點明確分工，在發揮各自特長的基礎上相互學習，共同進步。在學期末順利完成了該課題，撰寫了研究報告并做了期末答辯，同時該小組還撰寫了一篇研究論文投到一家期刊上，并被錄用。

3 基于課題型的研究型實驗教學模式的教學效果及存在問題

功能材料專業研究型實驗教學中采用該方式進行教學的實踐表明，經過一個學期的實驗教學，學生最終都可以撰寫一份完整的研究報告，學生也普遍反映該實驗教學模式對自己的實驗能力提高很大，因而該實驗教學模式是較為成功的。

但是在我們采用該方式進行教學的過程中我們也發現了一些問題，和傳統教學模式相比，該方式需要指導老師投入更多的精力去指導學生，同時對指導教師科研素質的要求也相對更高。因而如果要推廣該教學模式，需要有較豐富科研經驗的教師承擔該教學任務，同時實驗教師額外付出的辛勤努力也應該得到認可，這就需要學校管理部門去引導或鼓勵。我們深知研究型實驗教學的改革是一個既漫長而又艱巨的工作，相信我們能在今后的教學實踐中不斷探索，不斷發現問題，并不斷完善該實驗教學模式。

4 結 語

基于課題型的研究型實驗教學模式不僅適應了教學改革的要求，較好激發學生的學習探究興趣，而且可以培養學生的自主學習能力、探索精神、創新精神和科學研究素質，從而使學生的實驗綜合能力和總體素質得到較大提升。

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Teaching Mode Exploration of Research Type Experiment for Functional Materials Major

WANG Xianwei, ZHU Qianqian, WANG Xiaoer, LIU Yipu, LIU Hui, XU Linhai, JIA Pengbo

(College of Physics and Materials Science, Henan Normal University, Xinxiang 453007, Henan, China)

The experimental teaching is an important part of practical teaching section for functional materials major. It is needed to improve the students’ interest in experimental teaching, to mobilize students’ subjective initiative sufficiently, to stimulate their creative ability, to cultivate their skills on scientific research experiment. According to the characteristics of the research experiment and functional materials professional, the teaching mode of research type experiment based on professional characteristics of functional materials major is put forward in the present study The teaching mode combines the characteristics of functional materials major and the characteristics of research experiments. The present paper expounds the necessity and the method of the new teaching mode, and the teaching effect and existing problems are also analyzed. In practical process, the teaching mode arouses students’ enthusiasm sufficiently, and cultivates the students’ rigorous thinking method in scientific manner and the team cooperation spirit. Also, the goal of optimizing knowledge structure, enriching practical experience and strengthening the mixed ability is achieved. The teaching mode has been widely recognized by teachers and students, and it has achieved good teaching results.

teaching modes; research type experiment; experimental teaching； functional materials

2016-08-12

國家自然科學基金(51402091);河南師范大學博士啟動基金(11114);國家大學生創新訓練計劃項目(201410476037);河南師范大學功能材料新專業建設項目(5101022000018)

王顯威(1981-)，男，河南開封人，博士，副教授，碩士生導師，從事功能材料研究。

Tel.:15836112697；E-mail：xwwang2000@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)08-0184-03