高校材料類專業項目式實驗教學模式探索與實踐

夏委委，黃 斌，傅茂森

（西北工業大學材料學院 陜西 西安 710072）

黨的二十大報告強調：“堅持為黨育人、為國育才，全面提高人才自主培養質量，著力造就拔尖創新人才，聚天下英才而用之?！备叩仍盒Ｗ鳛樗茉旄咚刭|人才的重要平臺，承載著培養優秀人才的歷史重任。如何培育出能滿足當代社會需求的多元化人才，是教育工作者必須深思的問題。實驗教學作為高等教育教學體系的關鍵組成部分，致力于幫助學生進一步鞏固專業知識，培養學生的綜合創新意識和動手實踐能力，激發學生的團隊協作精神和獨立解決問題的能力，是實現高素養、高技能人才培養不可或缺的重要環節。為滿足當今社會對高素質人才的需求，很多高校對實驗教學體系進行了一定的探索和改進，如引入虛擬仿真項目，利用虛實結合的手段增強學生的興趣；開設如3D打印等創新性實驗課程，幫助學生開闊眼界、接觸前沿學科等。然而，當前實驗教學依然存在一些問題。

①實驗項目設置不合理。當前的實驗項目多為驗證性實驗，即根據已知的實驗原理，按照事先設計好的步驟檢驗已知的實驗結果。在這個過程中，學生只是簡單機械地重復而沒有過多的思考，不利于培養創造力和發散性思維。且實驗課程多以基礎實驗為主，各實驗間的關聯性較弱，學生所學知識難以形成完整體系。此外，很多實驗項目內容長時間不變，與當前科技發展和社會脫節，限制了學生視野和知識面。

②教學模式以“灌輸式”為主。在當前的實驗教學中，實驗時間、過程和目的多為教師提前統一制訂，課堂教學以教師為主，學生只能被動模仿教師的實驗過程，忽略了學生的主體作用。灌輸式教學模式注重學生對知識的記憶和機械模仿，忽略了對學生獨立思考能力和對知識融會貫通能力的培養，導致學生的興趣度低，無法學以致用。

③考核內容不全面。目前大多數實驗課程的考核方式以實驗報告或大作業為主，主要衡量學生對知識點的記憶，考查數據結果是否正確，分析是否合理，而對學生在整個實驗過程中的實踐動手能力和發現問題、解決問題的能力缺乏有效的監督和合理的評價，導致學生在實驗教學中注意力不集中，甚至出現課堂缺席、多份實驗報告大面積雷同等問題。

1 項目式實驗教學模式的優勢

項目式實驗教學是近年來隨著教學改革不斷推進而出現的新型教學方式，起源于美國，以杜威的“做中學”理論為基礎，強調學生的學習應當從實際項目中產生，從解決問題中獲得。項目式教學作為一種強調學生主動參與，以實際項目為引導，以培養創新精神和綜合能力為目標的教學模式，正逐漸受到廣泛關注。它的核心在于，學生在系統地完成具有應用背景實驗項目的過程中，進一步鞏固專業知識并學以致用。這種教學方式著重培養學生分析問題和解決問題的能力，是提高實驗課程教學質量、培養適應新時代發展需求的科學研究與工程應用創新型人才的重要手段。在這種模式下，學生不再是被動地接受知識，而是成為學習的主體，積極參與項目的規劃、實施和評價。

1.1 面向具體問題開展學習研究

項目式實驗教學除了要求學生掌握傳統的實驗課程基礎知識和實驗操作方法外，還需要結合項目研究內容查找相關文獻資料開展以點帶面的系統學習，提高學生在課堂外自主學習研究的能力。通過文獻檢索與閱讀可以促使學生更為清晰地了解所在領域的技術發展前沿動態；結合實驗課程項目具體要求開展研究工作能夠讓學生將基礎知識學以致用，激發對本學科專業的興趣；通過對實驗過程的推理分析、效果預判、實操檢驗等鍛煉學生分析問題、描述問題以及解決問題的邏輯能力，做到知其然更知其所以然；通過對實驗數據的整理分析、實驗報告編寫可以提高學生的寫作能力，為后續科技論文和畢業論文的寫作打下良好基礎。

1.2 促進“教”與“學”雙向互動

教師需凝練本課程中的相關知識點，綜合考慮學生已有的專業基礎知識，將其融會貫通至課程項目中。在項目式教學過程中，教師的角色發生轉變，不再是傳統意義上的知識傳授者，而是項目主體的指導者和輔助者。項目式實驗課程的實施不再是傳統意義上的灌輸式教學，而是將學生思考、探索、交流、實驗、對比分析等環節融入課程教學中，實現教師“教”與學生“學”的雙向互動。以項目管理的方式定期舉辦研討，開展內部或對外交流，不再是傳統實驗課程中教師講完—學生做實驗—學生交報告—教師打分的教學模式，形式上更加靈活，課堂氛圍更加活躍，更能夠達到傳道授業與解惑的效果。

1.3 循序漸進中發掘并培養人才

教師精心設計實驗項目，引入相關領域的科學或工程問題，全面激發學生的發散性和創新性思維，不再以傳統流水線式的實驗報告成績評估教學效果，既可以激勵有想法愿意探索嘗試的學生涉足更深更廣的專業領域，也可以讓教師在眾多學生中發掘人才重點培養。項目式實驗教學能循序漸進地引導學生關注國家發展之所需，養成敢于擔當、勇于探索的良好品質，努力提升自身的自主創新能力與專業實踐能力。

2 項目式教學法在功能納米材料實驗課程中的應用

“功能納米材料綜合實驗”課程在學生已經完成相關必修課的基礎上開設，學生已經詳細學習了有關納米材料特性、制備工藝和結構表征的基礎知識。但由于學生并未獨立進行過實驗操作，所以項目的選取應綜合考慮教學大綱和實驗的難易程度，使學生在力所能及的范圍內進行綜合設計性實驗。在整個項目選取過程中，教師起引導和協助作用，帶領學生查閱該領域最新的研究成果，挖掘領域內面臨的重要科學問題，明確學生所要完成的實驗內容，協助學生制訂具有實用性和前沿性的項目課題。項目執行計劃安排在大三下學期，項目周期設定為16 課時，主要包括前期文獻調研、課題選定、實驗基礎知識學習、學生分組與任務實施、實驗過程監督與分析研討以及實驗總結與綜合考評。

2.1 項目選題與計劃制訂

教師帶領學生進行文獻調研，通過查閱文獻，了解前沿學科和當前研究熱點，引出當前社會面臨的問題。以能源危機和環境污染為切入點，說明開發綠色能源的重要性。根據太陽能等二次能源作用不連續的特點，介紹不同類型的儲能技術。以效率和環保程度為衡量標準，選取直接甲醇燃料電池為研究對象。根據甲醇燃料電池的工作原理，強調催化劑材料在燃料電池中的重要性。結合當前催化劑領域的研究現狀和研究思路，確定功能納米材料實驗課程的項目式課題：Pt 基催化劑制備表征與性能測試綜合實驗。

教師根據項目選題制訂課程計劃，設計五個實驗項目：基于還原法制備不同實驗條件下的Pt基納米材料；測量不同催化劑的甲醇氧化特性；通過微結構表征工具（X 射線衍射儀、掃描電鏡和透射電鏡）探索不同材料的結構。在項目實施過程中，分析結構對電化學性能的影響，并通過調控工藝參數控制材料的結構，進而優化催化性能。通過上述方案設計和計劃制訂，學生可以直觀地了解項目設計的背景，同時能夠深入理解“工藝決定結構，結構影響性能”這句話的含義，對培養學生在后續的科研工作中根據實際工程問題設計實驗項目的能力意義重大。通過上述思路，學生進一步了解了所學專業在整個生產應用中的作用，深入認識實際工程問題，完成并優化項目設計。

2.2 自由組隊與任務執行

在該課程的設計中，涉及不同實驗條件下材料的制備。為在有限的時間內學習更多知識，學生自由分組，進行對照實驗。如第一組學生制備的實驗條件為：無還原劑、有絡合劑；第二組：無絡合劑、有還原劑；第三組：有還原劑和絡合劑。學生分組后同時進行樣品制備，通過對比實驗現象初步認識不同反應物的作用。在制備結束后，每組學生測量自己樣品的電化學性能和微觀結構，直觀了解工藝對于性能的重要性。對于實驗中發現的問題，學生可以自主討論尋求解決方法，在問題未能得到解決時可尋求教師的幫助。在該授課模式下，學生參與度高，對知識點的認識會更加清楚透徹。此外，在學習知識的同時，還進一步鍛煉了學生的團隊協作能力和分析問題、發現問題的能力。

2.3 過程監督與研討交流

教師實時監控實驗過程，確保每組學生都能嚴格遵守設備操作規程和實驗室安全管理制度，保證人身安全和設備安全。試驗進程中，時刻提醒學生注意實驗細節，確保實驗按計劃進行。在實驗過程中，及時收集學生的意見和建議，建立詳細有效的反饋制度。定期安排會議，討論實驗數據，評估實驗效果，以便及時調整實驗方案。項目實施過程中，全過程監督和研討交流，最大程度保證實驗結果的客觀性和真實性，調動團隊成員的積極性，同時增強團隊凝聚力。

2.4 實驗分析與綜合考評

考評模式由以實驗報告為主轉變為全過程綜合評價，即以項目選題衡量學生的方案設計能力，以實驗參與程度衡量學生的實踐動手能力，以不同實驗方案數據的對比衡量學生分析問題的能力，以實驗進行的順利程度和討論過程衡量學生的團隊協作能力，以實驗報告衡量學生對基礎知識點的掌握情況。改革后的考核模式可綜合評價學生在整個實驗過程中的表現，對學生養成良好的科學素養有一定促進作用。在調動學生積極性和主觀能動性的同時，避免了實驗過程中部分學生的“搭車”現象。

3 總結

文章針對目前高校實驗課程存在的實驗項目設置不合理、“灌輸式”教學模式和單一化考核方式等問題進行思考，將項目驅動式教學模式引入材料學科的實驗課程中。以功能納米材料實驗為例，通過選取具有一定應用背景的課題，以分組合作、學生為主的方式授課，綜合衡量學生對基礎知識的掌握程度和實驗過程中的綜合表現，助力高素質綜合型創新型人才培養，對提升學生的社會適應度和競爭力意義重大。