探索功能材料基礎實驗課程教改促進本科生創新型人才培養

宋文利 張小娟 王昭 梁棟 趙媛 郝凌云

【摘要】本文以“功能材料基礎實驗教學、創新實驗競賽、科技創新項目”為內容，以“實驗課程的教學改革”為宗旨，總結了功能材料基礎實驗教學中存在的問題，并進行思考與探索，提出了該門課程教學改革的一些思路和方法，最終目的是培養學生的理論思考和實際動手能力，提升材料專業學生的實驗創新素質，成為高素質應用型人才。

【關鍵詞】功能材料? 實驗課程? 創新型

【基金項目】金陵科技學院博士啟動基金（項目編號：jit-b-202027），“材料表面與界面優秀課程”建設項目，2020年江蘇高校“青藍工程”青中年學術帶頭人培養對象項目，江蘇省高校一流本科專業建設項目（材料科學與工程）。

【中圖分類號】G642;TB30-4? ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）42-0185-02

功能材料是我國2021年發布的《“十四五”規劃和2035遠景目標（草案）》中要重點支持和發展的學科方向，因此加快培育和發展新功能材料產業，支撐戰略性新興產業發展，構建國際競爭新優勢具有重要的戰略意義。這也意味著對功能材料和材料科學與工程類專業的高等教育教學提出了更高的要求。功能材料是以基礎和應用科學以及功能材料工程學為背景的交叉型學科，這種多元化交叉學科的特點相應地要求高等教育人員設置專業課程方案時必須涵蓋化學、生物、物理、數學、工程設計等領域的相關基礎理論和實踐知識，才能快速培養出適應材料相關行業和企業發展需要的高素質材料人才[1]。

基礎實驗教學作為應用型人才培養中極其重要的教學環節，主要目的是培養學生將所學理論知識鏈接實踐應用的能力，逐步養成發現問題、獨立思考問題、發揮主觀能動性自主動手驗證問題等一系列探索科學問題的研究思路[2]。《功能材料基礎實驗》是專業限選實踐課程，大三下學期開課，學生已具備有機化學、無機化學、高分子化學與物理、材料分析和研究方法等專業基礎理論知識。課程設置的優點在于，學生可以結合所學的理論基礎知識更透徹地理解具體實驗內容。課程內容主要參考自編實驗指導書，比較全面地涵蓋了化學及物理分離沉淀法、熱堿（氫氧化鈉和碳酸鈉）分解法、溶液膠體凝膠法、本體聚合、化學交聯法等多種基本制備方法，還采用了紅外光譜儀、萬能拉力試驗機和接觸角測量儀等各種精密的大型儀器設備對課內所得的功能材料進行結構表征及性能分析和探索，可為本科生的畢業設計和出校后進入材料相關企業工作做好的理論和實驗上的準備[3-4]。作者從事高分子化學與物理、生物材料制備與工藝、功能材料基礎實驗的相關教學工作具有一定的教學經驗，將就如何更好地開展基礎實驗教學，總結教學內容和經驗，提出相關見解如下：

一、功能材料基礎實驗教學現狀與改革思考

（一）多模式輔助實驗教學

功能材料結構復雜，學生只通過實驗指導書或者語言難以形成直觀認知，材料表征的各種儀器設備的構造、原理、基本使用等也難以通過簡單的圖文講解清楚。因此多模式輔助教學的應用為現代的教學改革提供一個方便形象的工具。區別于傳統的教學方式，多模式教學在向學生展示教學內容的方面具有很好的效果，教師的講解更加具體化和形象化[4]。同時，多媒體課件、動畫視頻教學使得多種信息如實驗描述性文字、實驗裝置圖像和實驗解說聲音可集于一體，內容可以清晰地展示，最大限度地激發學生對所學知識和基礎實驗操作的興趣。教師根據實驗內容輪流選取同學參與實驗準備，總結各實驗環節的現象和存在的問題。教師鼓勵學生自主錄制實驗短片，結合課件介紹儀器的使用操作及注意事項，視頻和形象直接，調動學生實驗熱情。

（二）培養學生發現和解決問題的能力

學習該課程的學生通過對課程內容的預習，在課前找到疑問。學生通過學院開設的科學信息檢索相關課程學習，具備較高的信息素養，可以充分利用網聯網資源絡進行檢索，積極就疑問進行總結、交流和探討。引導學生充分利用學校的數字圖書館和文獻數據庫，拓展學生課下自主學習知識的途徑，加強檢索相關文獻的訓練，鼓勵學生獨立思考自己或同學提出的疑問，形成具體解決方案，化被動接受為主動獲取。課上讓學生組織實驗小組討論，激發學生自主創新的興趣，總結實驗中遇到的關鍵問題，鼓勵學生自發找尋感興趣的創新性研究方向，擴充本科生的專業理論和實踐知識的涉及面、提高他們的動手實驗能力，借此課程實現對課堂教室里所學材料知識的深層次理解，這比傳統方法更能調動學生的學習積極性。

（三）依托本科生導師制，開展科研訓練，引導學生提出創新性實驗

針對本校學生特點，探索建立一種新型培養人才的模式。教師充分利用課堂以外的時間指導本科生開展科研訓練，將學生作為科研助手，實現教師開展科研實驗教學與學生積極參與創新性實驗訓練的共贏結果。這種培養模式將本科生參與課外科研實驗的積極性和教師科研指導有機結合起來，最大限度地提高教師的教學科研效率，調動學生參與科學實驗的積極性。

二、以課程上的教學改革促創新型人才的培養

通過課程教改，不僅可以使教學內容更加豐富，也賦予了它更多的科學創新性和研究方向上的前瞻性。此外，課程教學改革還可以最大限度地激發學生積極探索創新性科學問題的興趣。教師在實驗課上有目標地帶領學生觀察并記錄實驗過程中看到的現象，及時記錄觀察中提出的問題，篩選出學生感興趣的科學問題，有針對性地進行科學問題研討，并鼓勵學生整理討論結果，參加創新實驗競賽。在此過程中，學生會對探究科學問題產生興趣，對相關實驗創新競賽產生向往，并會將這份參賽熱情和創新研究成果反饋到實驗教學課程中，最終形成這么一個良性閉環：課程—競賽—科研三者互相促進和影響。在這個閉環下，功能材料基礎實驗教學課程、科研創新與實驗創新競賽會有機結合，這也極大地提高了實驗創新課程在功能材料人才培養方案中發揮的影響力[5]，如圖1所示。

以科研融入教學的改革思路，將教師的相關科學研究、教育教學改革上的成果成功引入到基礎實驗課程中，擴充創新型實驗課的教學內容，在這種思路的默默影響下，學生的科研思維和系統研究科學問題的方法會得到充分鍛煉。相關教師在教學內容里增加部分自己的科研項目可以顯著加強教師和學生課堂上的互動和交流，教師與學生為探討共同問題而相互了解。這種師生互動能拉近距離，便于教師在教學語言和方式上充分調動學生的創新思維意識，啟迪學生的思考能動性。最終教師在實驗教學中發揮了更大的影響力，不僅提升了課堂上的教學效果，也提高了實踐創新課程的教育教學質量。

同時，本人計劃在材料制備及工藝實驗室建立了本科生的創新實驗教學室，嘗試將該教學室對相關專業學生隨時開放，促進“江蘇省大學生創新創業訓練項目”和創新實驗項目的開展。這些創新項目獲得了省市和學校的充分資助，學生在參與項目研究的過程中可以發揮他們的科研潛力和動手能力。教師可以充分利用研究成果，鼓勵學生參與各類實驗創新競賽，進一步提升本科生對創新型科研項目的興趣。此外，學生在參與實驗創新競賽和科研項目中拓展出的探索和解決問題的新方法和新思路，可以豐富基礎實驗的教育和教學內容，從而擴充教學課程的內容設置，促進教學改革。最重要的是，培養本科生在整個實驗過程中積極探索研究科學問題的思維，訓練系統的科學研究方法，為學生畢業后進入材料領域，從事新材料研究工作打好基礎，進而培養出高質量和高素質的綜合型新材料人。

三、總結

綜上所述，功能材料作為一門新興交叉學科的專業基礎課，對于立足于材料尤其是功能材料專業的學生來說，對課程的教學內容和教學模式上必須進行一系列的優化和創新，以適應人才培養與學科發展的要求。我們針對功能材料基礎實驗課程的教學內容、方法、模式進行了探索和研究，并提出具體的可行性改革方法，期望通過該課程教學改革讓學生在充分地理解理論基礎知識的同時，提高利用所學理論指導實驗的動手操作能力，引導學生自主探索科學問題，進而培養出理論基礎知識牢固、實驗操作能力優秀、具有探索創新科學問題思維的優秀材料人才。

參考文獻：

[1]王永利.淺淡工科大學生實踐創新能力培養體系的構建與實踐[J].中國高等教育，2010（19）：57-58.

[2]李遠勛，張楊，吳林冬.無機功能材料實驗教學改革的探索[J].科技創新導報，2018（6）：250-251.

[3]周珺.以物理實驗課程教改促進新工科本科生創新型人才培養的探索[J].大學物理實驗，2020，33（5）：81-83.

[4]舒龍龍，周耐根，徐建寧.材料類專業中科研融入教學法的應用探索[J].教育教學論壇，2019（2）：189-191.

[5]趙曉宇.對現階段高校學科技能競賽工作的反思[J].大學教育，2013（10）：12-14.

作者簡介：

宋文利（1983年-），女，講師，博士，研究方向為生物功能材料。

郝凌云（1966年-），女，教授，博士，研究方向為功能材料。