面向創新-應用型人才培養的材料化學實驗教學改革

梁姣利，賈雪婭

(伊犁師范大學化學與環境科學學院，新疆 伊寧 835000 )

教育是國之大計，加快推進教育現代化，堅持深化教育改革創新，培養應用型，創新型，復合型人才是新時代特色社會主義背景下對高等教育培養人才的要求。實驗教學工作是高校人才培養體系中重要的組成部分，是培養學生實踐能力和創新精神的高素質應用性人才的重要途徑[1-3]。實驗教學是學生在理論學習的基礎上，對所學理論知識進一步的加深與鞏固。實驗教學使學生獲得傳統知識和技術，鍛煉學生的動手能力，分析問題、解決問題的能力，培養學生的創新精神，是其他教學不可比擬的。

材料化學專業實驗教學是與理論知識相關聯又獨立的教學，是實踐教學的重要環節，對大學生的實踐技能，創新能力的培養起到至關重要的作用。隨著教育改革的不斷強化，深化實驗室教學體系改革也成為培養應用-創新型人才的重要方面。

1 材料化學實驗教學的現狀與存在的問題

1.1 實驗教學體系系統性差

高校的實驗教學與理論教學具有一定的聯系，又具有一定的獨立性。材料化學的實驗課基本都是依附于材料化學理論課的基礎上進行教學，幾乎沒有單獨設置實驗課程。課程設置分列出金屬材料、高分子材料、無機材料三個方向，形成“單一課程，單一實驗室，單人管理”的模式，各個實驗課之間，實驗項目之間脫節，沒有形成連貫性和系統性[4]。

1.2 實驗教學內容滯后

高等學校開設的材料化學實驗課程多為基礎驗證性實驗，幾乎不存在設計性實驗，綜合實驗以及探究性等多層次實驗[5]。基礎型驗證實驗內容都是比較傳統，經典的實驗，教學內容更新慢，無法體現現代學科發展前沿的知識，部分內容明顯滯后于學科研究的發展。基礎型驗證實驗僅僅是學生按照教師或者實驗指導書的要求進行操作，不讓或者很少讓學生進行獨立思考和細致觀察，很難激起學生的學習興趣，培養學生的創新和探索等科學素質[6-7]。

1.3 實驗教學形式，方式單一

材料化學實驗教學模式是按照教材或者講義(實驗指導)，告知學生實驗目的、實驗原理、實驗方法、實驗注意事項以及實驗數據記錄表格等。在學生進行實驗之前向學生詳細講解實驗全過程，學生只需要按照實驗步驟操作一遍。實驗教學方式單一，教師在課堂進行板書講解，多為“言傳身教”的教學方式，學生需要有限的空間和時間內掌握實驗要領，這種單一的教學方式會限制教學質量的提升[8]。

2 材料化學實驗教學改革的重要意義

目前，材料化學實驗教學內容主要集中在驗證性實驗和常規性實驗操作，學生獨立操作實驗的機會少，造成學生缺乏自主學習能力，思辨能力，創新能力以及探究精神。依據學校材料化學專業人才培養目標體系-培養具有創新意識的應用型人才，實驗教學不僅要求學生掌握實驗操作的基本技能，具有發現問題、分析問題和解決問題的能力，而且要求學生具有很強的創新性，即就是能在現有知識和經驗的基礎上，提出新問題并設計新實驗，探索新觀點，最終形成新思想或者新理念。因此，進行材料化學實驗教學改革可以改善目前材料化學的實驗現狀，提升教學質量，增強學生的思辨能力，邏輯思維能力，探索精神等，同時對培養具有創新意識的應用型人才具有十分重要的意義。

3 材料化學實驗教學改革

現有的實驗教學體系，教學內容，教學方法很難滿足新時代深化教育改革的要求，不能完全適應具有創新意識的應用型人才培養目標和體系。材料化學實驗教學改革勢在必行，結合學校專業的教學現狀，對實驗教學改革設想為：

3.1 材料化學實驗教學體系的構建

材料化學實驗在培養學生的實踐能力、創新能力、思辨能力等起著重要的作用，但是傳統的實驗教學基本都是依附于理論教學，強調對理論知識的鞏固和理解，弱化了創新，創造能力的培養。材料化學實驗室之間相對獨立，封閉性較高，實驗室之間關聯性較差；相近課程之間購置重復設備和儀器，重復利用率低，提高實驗室建設經費資本。實驗室師資隊伍結構不合理，技術人員總量不足，基本都是兼職教師，沒有專職的實驗教師，具有高水平的專職實驗教師就更沒有了，造成實驗教學質量不高[9]。

針對上述情況，首先，要求材料化學實驗教學可以形成獨立的教學體系，設立實驗課程的教材，教案，教學大綱，教學進度等，實驗課的教學目標必須與培養具有創新意識的應用型人才目標相適應，實現實驗教學獨立的課程體系。其次，各實驗室之間應尋找關聯點，有機的將金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料三大材料方向結合起來，構建成專業大類相同的知識和技能的平臺實驗室。建立材料制備與合成實驗室，材料結構實驗，以及材料性能測試與表征實驗室，三個實驗室由材料制備-材料結構分析-到材料性能測試與表征形成系統的材料綜合實驗，實驗室之間相互關聯，形成連貫性和系統性。在實驗教學中系統性，綜合型實驗室可以使學生從材料制備做起，對材料的結構進行分析，進而對材料的性能進行測試與表征，最終學生通過匯總和分析實驗的各種信息和數據[10]，培養學生全面的實驗綜合能力，良好的邏輯思維能力，創新能力，以及探索精神等。

最后，學校或者學院應該制定相關的政策，加強實驗室教師建設工作，培養一批具有高水平的實驗教學帶頭人，穩定實驗教學骨干隊伍，聘請材料化學行業企業專家骨干參與學校的實驗教學和實驗室建設，做到實驗教學成果與科研成果同樣的獎勵措施。

3.2 實驗教學內容設計

材料化學實驗是以材料為對對象，以化學為手段，研究材料的制備，結構與性能之間的關系，進而創造新材料的課程[11]。傳統的材料化學實驗教學內容為大多為孤立的驗證性實驗，實驗項目之間沒有關聯，沒有形成一套完備的材料制備，結構與性能分析的科研理念，只是為了實驗而實驗，學生的創新能力，探索能力等科學素養無法培養。實驗教學內容改革考慮以下幾個方面：

(1)教學內容層次化：建立驗證型、趣味型、綜合型、設計型等多層次的實驗內容。

實驗教學內容主要由驗證型實驗向趣味型、綜合型、設計型、探究型等轉化，縮小驗證型實驗的課時量，增大趣味型、綜合型、設計型、探究型實驗的課時量。

趣味型實驗可以設置一些與工業生產相近的實驗或者設置一些與生活緊密聯系的生活材料的實驗，例如涂料、陶瓷粉體制備，護膚品、有機玻璃相框、隱形眼鏡等實驗。趣味型實驗激發學生上實驗課的興趣，使學生自主對實驗內容進行分析，進而設計實驗內容，優化實驗條件，制作出符合自己心意的“產品”。趣味型實驗可以培養學生對科學的濃厚興趣，創新能力以及自主探索新知識的科學精神。

綜合型實驗的內容復雜，涉及的知識范圍很廣，包含不同的知識點。綜合型實驗內容可以將金屬材料，高分子材料，無機材料兩者或者三者內容混合設置在一個實驗項目里面，例如Sic改性環氧樹脂材料的制備與表征，學生在實驗過程中可以切實感受到無機材料與高分子材料的區別與聯系。此類實驗可以從材料應用出發，采用“材料應用→材料所需性能→材料結構分析→選擇原材料”的逆向思維，設計確定好實驗的原材料，開始制作實驗“產品”。按照“原料選擇→材料制備或合成(包括實驗方法的選擇，制備或合成儀器的選用)→材料性能的檢測和表征”的實驗內容進行實驗，在實驗過程中學生不但鞏固所學的理論知識，鍛煉實驗技術能力和實踐能力，并建立正確的邏輯思維能力和培養嚴謹的科研態度。

設計型實驗是教師預先給定實驗設計的要求，學生通過查閱相關的文獻著作和資料，自主獨立設計實驗方案并完成實驗。在實驗的過程中，學生要對實驗現象、實驗數據和實驗結果進行記錄，實驗失敗要分析原因，并給出改進措施，不斷進行探索和嘗試；實驗成功要總結規律，并對實驗的影響因素進行分析，形成實驗報告。設計型實驗不但鍛煉學生發現問題，分析問題進而解決問題的能力，充分發揮學生主觀能動性，體現“學生為主體，教師為主導”的教育理念，而且培養學生事實探究能力和實踐創新能力科研素質。

(2)教學內容與科研接軌：以科研成果為基礎，培養學生創新-應用能力。

目前，材料化學實驗教學內容更新慢，部分實驗內容與學科發展前沿落差較大。為此，實驗教學內容融合教師科研成果，將科研項目成果進行提煉，依據學校現有條件，設置符合本科要求的實驗內容。“玻纖增強環氧樹脂耐磨防腐涂料”、“納米多孔金屬的結構與性能研究”、“以分散劑表面張力控形的聚合物制備研究”等科研項目經過提煉，可以結合項目內容設置具有創新型的研究型實驗。學生在實驗的過程中接觸到最新的研究成果，對學科發展前沿有所了解，提高學生的科研興趣，培養學生在科研成果基礎上進行創新，創造的能力。除此之外，學院與地區相關的企業進行“零距離”溝通，獲得企業所需的高技能應用型人才所需的實踐技能，實驗教學內容圍繞企業要求設置，提高學生實踐應用能力。

3.3 教學形式，方法改革

材料化學實驗教學方法沿用傳統的教學方式，在有限的空間和時間內進行教學，學生按照講義進行實驗操作，學生很難在有限的空間和時間內學習和掌握實驗內容的全部知識點，這種單一的教學方式，教學方法降低學生興趣，限制教學質量的提高。實驗教學方法改革可以充分提高學生的學習興趣，使學生在無限的時間和空間內學習掌握實驗內容，更快更好地掌握實驗知識與操作[12]，并使學生能運用已有的知識積累，自主獨立設計實驗、探究實驗。

(1)實驗室面授為主，多媒體教學為輔

充分利用網絡教學平臺，將實驗的內容，實驗操作演示以MOOC網絡課程呈現給學生，在視頻中突出實驗的重點，難點，實驗注意事項等等，讓學生在上實驗課之前對實驗設備和儀器的使用方法和實驗內容有直觀的認識，實驗課上進行親自操作，學生可以較快地熟悉和掌握實驗內容的知識點。在學校現有的條件下，有些實驗項目(高溫，高壓危險項目或者沒有儀器設備)無法開展，通過模擬仿真實驗過程，演示實驗過程，使學生對實驗課內容有前面的了解和掌握，拓寬學生的視野，畢業后能夠快速地適應企業。建立材料化學實驗網站，開辟學生答疑、討論區，學生對在預習實驗，操作實驗以及對實驗結果存在的問題進行提問和討論，教師定期進行答疑。多媒體教學可以彌補傳統教學的時間、空間限制，發揮學生主觀能動性，自主學習，培養創新、探索的能力。

(2)教學由“以教師為主”轉變為“以學生為主體、教師為主導”，即就是教學方法從教學模式向啟發式、討論試，探究式轉變，進一步激發學生的自主學習積極性和創造、創新能力。

實驗教學內容多為綜合型實驗和設計型實驗，教師給出實驗課題，學生帶著實驗課題查閱相關文獻資料，設計實驗方案。在實驗課之前，學生們對查閱的資料和實驗方案進行討論，加深學生對實驗課題的理解。學生以小組的形式向教師匯報資料查閱情況和方案設計情況，教師對各實驗方案進行指導，學生再進行實驗操作。這種啟發式、討論試，探究式教學方法改善教學效果；提高學生的科研興趣；培養學生的邏輯思維能力，完全適應用-創新型人才的培養目標體系。

4 結 語

堅持深化教育改革創新，改革實驗教學體系是現代化教育的要求。培養應用-創新型人才要求我校材料化學實驗課進行課程改革：采用多媒體教學輔助手段，使用啟發式，討論式等教學方法，設置與科研，企業接軌的學科發展前沿的教學內容等。構建完善的教學體系，更新教學理念和教學內容，改革教學方法，不斷探索新的教學模式，對培養復合型，創新型與應用型的人才具有十分重要的意義。