高校實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)新模式的探索

李瑩 儲耀卿 李楊 劉志福

【摘要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)的重要組成部分，在培養(yǎng)本科生動(dòng)手能力、科學(xué)思維及創(chuàng)新能力、提升綜合素質(zhì)方面有重要意義。本文通過分析該校現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題，提出了引入科學(xué)研究的創(chuàng)造性、創(chuàng)新性和系統(tǒng)性，來改變本科生傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的弊端，為培養(yǎng)本科生的綜合素質(zhì)提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)課程? 教學(xué)新模式? 光電材料

【中圖分類號】TB30-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）14-0053-01

實(shí)驗(yàn)課程是高校實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生操作技能和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、發(fā)現(xiàn)和解決問題能力以及科學(xué)、創(chuàng)新思維方式的主要手段，為學(xué)生創(chuàng)造具有探索性的學(xué)習(xí)環(huán)境[1， 2]。目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在諸多不足：1）綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍停留在“基本知識、基本原理和基本操作”的層面，激發(fā)不了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、實(shí)驗(yàn)方法偏重模擬和驗(yàn)證，不利于培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和思維創(chuàng)新。3）實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊、與現(xiàn)代科研和企業(yè)使用技術(shù)脫節(jié)[3， 4]，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差大而無法很好的與理論結(jié)合，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)體驗(yàn)和教學(xué)質(zhì)量。

針對以上問題，實(shí)驗(yàn)教學(xué)需進(jìn)行改革，將理論、實(shí)踐、科研有機(jī)的結(jié)合在一起，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，利用科研的前沿性、綜合性、創(chuàng)新性，將其融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。如將科研項(xiàng)目“白光LED用熒光粉的研究”引入到光電材料實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，不僅讓本科生了解熒光粉的研究歷史及目前研究的新進(jìn)展，還可掌握研究的系統(tǒng)方法，另外使實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有創(chuàng)新性、系統(tǒng)性，對學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和科學(xué)思維能力的培養(yǎng)起積極作用。

1.將科研項(xiàng)目引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)

科研是我國高校教師的重要工作之一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理工科學(xué)生消化、理解并運(yùn)用基礎(chǔ)原理，接受科學(xué)思維和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的重要平臺。但對本科生而言，并沒有太多機(jī)會接觸科研項(xiàng)目，而實(shí)驗(yàn)課幾乎是唯一能讓本科生將理論知識與實(shí)際相結(jié)合的途徑。

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式偏重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)方法和技能的綜合應(yīng)用訓(xùn)練較少。且從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作步驟的確定到設(shè)備的準(zhǔn)備均由教師完成，整個(gè)實(shí)驗(yàn)課學(xué)生處于被動(dòng)，嚴(yán)重限制了學(xué)生自主能動(dòng)性的發(fā)揮。通過將科研項(xiàng)目引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可極大程度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，全方位提高本科生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。對此，我國一些高校已進(jìn)行了初步嘗試，如復(fù)旦大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課、西南科技大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課。我們在光電材料實(shí)驗(yàn)課中，引入了科研項(xiàng)目“染料敏化太陽能電池的研究”和“白光LED用熒光粉的研究”等。學(xué)生們對太陽能電池是很熟悉的，但其從制備、封裝到性能測試的過程是足以能引起大家興趣的。首先是TiO2漿料的制備，讓學(xué)生們認(rèn)識到原料粒徑和純度對性能的影響。其次采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將漿料印刷到導(dǎo)電玻璃基片，讓學(xué)生了解工業(yè)生產(chǎn)的流程，體會知識對人類社會的推進(jìn)作用[5]。熒光粉的研究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解到照明方式的變革人類發(fā)展的貢獻(xiàn)，同時(shí)熟悉白光LED的集成方式及熒光粉的研究進(jìn)展，從粉料的制備、點(diǎn)膠封裝到光強(qiáng)測試，再到軟件模擬分析散熱過程等，使學(xué)生們親密接觸了學(xué)科較新的發(fā)展動(dòng)向，培養(yǎng)了學(xué)生分析、解決問題的能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作、科學(xué)思維和開拓創(chuàng)新意識。

2.轉(zhuǎn)化科研項(xiàng)目為實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)施策略

由于科研項(xiàng)目的研究內(nèi)容多、涉及面廣，因而不能直接作為本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，需經(jīng)過篩選、拆分及一定的加工。首先，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)立，要難易適中，要具有綜合性和創(chuàng)新性。通過分析梳理項(xiàng)目內(nèi)容，結(jié)合本科生理論知識找尋與專業(yè)課相關(guān)知識點(diǎn)，設(shè)立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其次，各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，以科研項(xiàng)目的技術(shù)資料為基礎(chǔ)，進(jìn)行適當(dāng)裁剪、簡化，進(jìn)一步細(xì)化為若干難度適中的子任務(wù)，同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完整性。

以“白光LED用熒光粉的研究”為例，將其裁剪為制備、結(jié)構(gòu)分析及性能測試三個(gè)子任務(wù)。在制備實(shí)驗(yàn)中，我們選取工藝流程簡單的固相合成法，原料選擇無毒的碳酸鹽及二氧化硅制備硅酸鹽熒光粉，具體的配方按化學(xué)計(jì)量比和非計(jì)量比分組配置。在保證安全的前提下，讓學(xué)生體會將知識轉(zhuǎn)化為能力的樂趣，調(diào)動(dòng)其參與科研活動(dòng)的熱情，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)思維和實(shí)踐創(chuàng)新能力。所得產(chǎn)物，我們利用X-射線衍射儀進(jìn)行物相鑒定，確定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成，運(yùn)用顯微鏡觀察其形貌特征。最后，通過點(diǎn)膠封裝技術(shù)制作LED燈珠，使用積分球測試LED燈珠的光、色、電等參數(shù)，并分析測試光強(qiáng)度分布。整個(gè)過程讓學(xué)生熟悉了科研的系統(tǒng)性，培養(yǎng)了其獨(dú)立設(shè)計(jì)、操作、解決實(shí)驗(yàn)問題以及對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理能力。通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)的記錄和結(jié)果的分析，使學(xué)生們獲得了豐富的關(guān)于LED的認(rèn)識，同時(shí)達(dá)到了對理論知識熟練掌握和深刻理解的目的。

3.將科研設(shè)備和技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)

因長期以來對本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的疏忽，導(dǎo)致高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備陳舊，與現(xiàn)代科研和企業(yè)使用技術(shù)嚴(yán)重脫節(jié)。在測試中出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，致使實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，與理論知識不符，影響了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)體驗(yàn)和教學(xué)質(zhì)量。各高校都對科研項(xiàng)目投入了大量的財(cái)力，科研用設(shè)備都有一定的先進(jìn)性和精準(zhǔn)度，若將科研設(shè)備同樣用于教學(xué)，使先進(jìn)的儀器不僅為科研服務(wù)，也向本科生開放，不僅可有效提高設(shè)備的利用率，還可使本科生了解現(xiàn)代分析技術(shù)，更利于與企業(yè)實(shí)踐接軌。

4.改革的意義

科研項(xiàng)目引入到本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和創(chuàng)新能力提升有明顯的作用。科研項(xiàng)目的引入改變了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的體驗(yàn)感，極大地調(diào)動(dòng)了其參與的積極性。改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課偏重驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、學(xué)生被動(dòng)“照方抓藥”的模式。科研與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的結(jié)合，反過來又帶動(dòng)了理論知識的學(xué)習(xí)和對科技熱點(diǎn)的關(guān)注，使主動(dòng)學(xué)習(xí)性更強(qiáng)。另外，該模式推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和體系的更新，對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)代入感更強(qiáng)，本科生通過接受科學(xué)研究的鍛煉，有利于調(diào)動(dòng)他們主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性和探索未知領(lǐng)域的興趣，以及透過現(xiàn)象剖析事物本質(zhì)的科學(xué)思維能力。總之，該模式的實(shí)驗(yàn)課，增加了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中的體驗(yàn)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力、科研思維能力和對現(xiàn)代測試分析技術(shù)的掌握。

5.結(jié)語

綜上所述，科研項(xiàng)目是現(xiàn)在科技最新的研究方向和未來的發(fā)展方向，通過一定的剪裁、細(xì)化引入到本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，不僅有效地解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、設(shè)備技術(shù)落后的問題，同時(shí)也讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)變身為工程實(shí)踐教學(xué)，為本科生的繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)，增強(qiáng)本科生從事工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)踐能力。

參考文獻(xiàn)：

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