功能材料專(zhuān)業(yè)研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院， 河南 新鄉(xiāng) 453007)

功能材料專(zhuān)業(yè)研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院， 河南 新鄉(xiāng) 453007)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是功能材料專(zhuān)業(yè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，需要努力提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)。結(jié)合研究型實(shí)驗(yàn)和功能材料專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，本文提出了具有功能材料專(zhuān)業(yè)特色的基于課題型的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。從新教學(xué)模式開(kāi)展的必要性及開(kāi)展方式等方面進(jìn)行闡述，并對(duì)其教學(xué)效果及存在問(wèn)題進(jìn)行了分析與討論。在實(shí)踐教學(xué)中，該教學(xué)模式充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)探索的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S習(xí)慣和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；同時(shí)還達(dá)到了優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化綜合能力的目的。該模式得到老師和同學(xué)的廣泛認(rèn)可，取得了良好的教學(xué)效果。

教學(xué)模式； 研究型實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 功能材料

0 引 言

國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要要求：堅(jiān)持能力為重。為適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)學(xué)生能力的要求,實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為本科教學(xué)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)和手段[1-3]，特別是在學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面具有重要的作用，因此高等院校對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本的科研實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練將成為必修課程[4-9]。如何逐步提高學(xué)生對(duì)科研實(shí)驗(yàn)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的科研實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的關(guān)鍵。

功能材料專(zhuān)業(yè)為2010年教育部為適應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求而特設(shè)的專(zhuān)業(yè)，我院于2011年申請(qǐng)了該新專(zhuān)業(yè)。功能材料專(zhuān)業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生掌握功能材料的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，力求培養(yǎng)能在功能材料的制備、改性、加工成型及應(yīng)用等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等方面的優(yōu)秀創(chuàng)新型人才，其需要很好地將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究顯得尤為重要。為了使高年級(jí)功能材料專(zhuān)業(yè)的學(xué)生能夠掌握基本的科學(xué)研究方法和養(yǎng)成基本的科學(xué)素養(yǎng)，我院功能材料專(zhuān)業(yè)根據(jù)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)開(kāi)展了基于課題型的研究型實(shí)驗(yàn)，最大限度發(fā)揮本院的師資優(yōu)勢(shì)，我們?cè)陂_(kāi)設(shè)研究型實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用了具有科學(xué)性、先進(jìn)性、前沿性、可行性、開(kāi)放式等特點(diǎn)的基于課題型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[10]。

學(xué)生在一些備選課題中自主選題后，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不受實(shí)驗(yàn)課時(shí)和本科教學(xué) 實(shí)驗(yàn)資源的限制，擺脫了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中時(shí)空觀念的束縛，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和主動(dòng)探索的積極性，從而更好的發(fā)揮學(xué)生所學(xué)的知識(shí)及掌握。進(jìn)而展開(kāi)更好的科研思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)、自主學(xué)習(xí)能力、搜集文獻(xiàn)資料的能力、實(shí)地動(dòng)手操作能力，以及根據(jù)已有知識(shí)和技能分析、解決問(wèn)題的能力[11-12]。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式可以很好地優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化能力培養(yǎng)，更有利于培養(yǎng)社會(huì)所需要的應(yīng)用型與研究型人才。

1 實(shí)施基于課題型的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法中，雖是學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，但卻是教師主導(dǎo)整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程。學(xué)生只是按照老師的指示機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中缺乏獨(dú)立思考環(huán)節(jié)，不能發(fā)揮主動(dòng)性，科研思維和創(chuàng)新思維也不易得到很好地訓(xùn)練，更不用說(shuō)對(duì)實(shí)驗(yàn)提出創(chuàng)新性的見(jiàn)解。這種被動(dòng)接受知識(shí)的教學(xué)模式不能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最初宗旨[13]。此外，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生并不知道實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是如何篩選的，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解也是模棱兩可，只是在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作。學(xué)生抱著聽(tīng)實(shí)驗(yàn)課的心理去上實(shí)驗(yàn)課，在沒(méi)有自主思考只聽(tīng)從安排的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，自然會(huì)出現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)講義生搬硬套的情況，故在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中即使出現(xiàn)錯(cuò)誤學(xué)生也難以發(fā)覺(jué)。如此一來(lái)，學(xué)生失去了探索新知識(shí)的欲望，也使得學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)喪失了興趣，科研思維和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)也成為無(wú)稽之談。因此，要培養(yǎng)出有思想、有活力、敢創(chuàng)新、有能力的高素質(zhì)人才，我們需要擺脫傳統(tǒng)教育觀念的束縛，改善傳統(tǒng)的教學(xué)方式。徹底改變傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式，堅(jiān)守以學(xué)生為主導(dǎo)，讓學(xué)生能夠獨(dú)立自主的在實(shí)驗(yàn)中探索和發(fā)現(xiàn)，并將理論課本中的知識(shí)很好地應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)中，逐步擺脫對(duì)老師的依賴(lài)心理，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生為主、教師為輔、師生互動(dòng)、主動(dòng)探索、教學(xué)相長(zhǎng)”的一種教育新氣象[14]。

新型教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生科研思維，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲辛?xí)慣，創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，對(duì)以后的學(xué)習(xí)生活都會(huì)有很大的幫助。此外，該教學(xué)模式不僅能更好地提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也能使學(xué)生對(duì)實(shí)踐后獲取的知識(shí)有更深刻的認(rèn)識(shí)?；谡n題型的研究型教學(xué)模式，注重個(gè)性發(fā)展，營(yíng)造了一種自主學(xué)習(xí)的氛圍，以課題為基礎(chǔ)系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生的綜合素質(zhì)，使每個(gè)學(xué)生都能經(jīng)歷一個(gè)基本科學(xué)研究的過(guò)程：文獻(xiàn)資料的搜集與閱讀、研究問(wèn)題的提出、研究方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)分析與討論、數(shù)據(jù)整理與總結(jié)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及論文撰寫(xiě)等，這一完整的研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程的體驗(yàn)可使學(xué)生對(duì)科研實(shí)驗(yàn)有一個(gè)系統(tǒng)而全面的認(rèn)識(shí)。

2 基于課題型的研究型教學(xué)模式的開(kāi)展

為了使基于課題型的研究型教學(xué)模式更好的開(kāi)展，我院設(shè)有本科生專(zhuān)業(yè)研究型實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)為充分利用學(xué)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(tái)的大型儀器設(shè)備資源和人力資源。此外，本科生專(zhuān)業(yè)研究型實(shí)驗(yàn)室實(shí)施全日制開(kāi)放制度，從而充分發(fā)揮學(xué)校的教學(xué)資源，使學(xué)生的時(shí)間更加自由，旨在提高學(xué)生的自主探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

首先組織同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)教師給定的課題進(jìn)行自由組隊(duì)，每隊(duì)一個(gè)學(xué)期只須完成一個(gè)課題。為保證每個(gè)隊(duì)員都得到鍛煉，隊(duì)員限4人以?xún)?nèi)，并設(shè)立小組長(zhǎng)，由組長(zhǎng)統(tǒng)一分配實(shí)驗(yàn)任務(wù)。繼而組員根據(jù)確定的研究課題查找相關(guān)的資料，關(guān)注該課題最新科研動(dòng)向，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。通過(guò)不斷探討，不斷優(yōu)化最初設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，最后將修訂好的實(shí)驗(yàn)方案呈現(xiàn)給導(dǎo)師，并通過(guò)PPT的形式講解小組的研究背景及研究思路，導(dǎo)師和學(xué)生一同探討修訂完善實(shí)驗(yàn)方案，確定最終的實(shí)驗(yàn)方案[15-16]。確定實(shí)驗(yàn)方案之后，學(xué)生就可以利用實(shí)驗(yàn)課的正常時(shí)間和課余時(shí)間去完成實(shí)驗(yàn)方案所規(guī)劃的實(shí)驗(yàn)。正常的實(shí)驗(yàn)課時(shí)間內(nèi)，學(xué)生可以充分和老師交流實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，討論解決問(wèn)題的途徑，然后利用實(shí)驗(yàn)課時(shí)間和業(yè)余時(shí)間去繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，另外為了督促學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)方案，會(huì)在學(xué)期中安排實(shí)驗(yàn)中期答辯。

整個(gè)實(shí)驗(yàn)的順利完成依靠幾個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)保障：平時(shí)交流、中期答辯、學(xué)期末答辯和提交的研究報(bào)告及論文等，導(dǎo)師并通過(guò)學(xué)生在這些不同環(huán)節(jié)中的綜合表現(xiàn)情況進(jìn)行打分。期末答辯屬于總結(jié)匯報(bào)性質(zhì)的考核，答辯過(guò)程設(shè)置導(dǎo)師提問(wèn)、學(xué)生提疑和實(shí)驗(yàn)心得分享三個(gè)環(huán)節(jié)，導(dǎo)師通過(guò)提問(wèn)的方式考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，學(xué)生通過(guò)提疑實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的進(jìn)一步理解。最后實(shí)驗(yàn)心得的交流，即是對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的總結(jié)，也可以很好地將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)交流傳遞給其他同學(xué)，使學(xué)生在知識(shí)整理、自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、發(fā)現(xiàn)及解決問(wèn)題等各方面能力得到極大提升。

例如在2013級(jí)學(xué)生開(kāi)展研究型實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一個(gè)小組選定超級(jí)電容器作為研究課題，經(jīng)過(guò)調(diào)研后決定研究錳氧化物的電化學(xué)性能。經(jīng)過(guò)小組討論并向?qū)熤v解實(shí)驗(yàn)方案后，該小組設(shè)定的實(shí)驗(yàn)方案是：研究鍶元素的摻雜量對(duì)材料電化學(xué)性能的影響。為保證實(shí)驗(yàn)更好地進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前該小組學(xué)習(xí)并掌握了相關(guān)儀器的原理和使用方法，例如樣品制備過(guò)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(duì)樣品進(jìn)行表征的儀器如X射線(xiàn)衍射儀和電化學(xué)工作站等。在實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施過(guò)程中學(xué)生隨時(shí)進(jìn)行組內(nèi)或組間的自由式、開(kāi)放式討論，確保交流的有效性、及時(shí)性。在實(shí)驗(yàn)后期的數(shù)據(jù)整理與分析以及論文撰寫(xiě)過(guò)程中，組長(zhǎng)根據(jù)組員特點(diǎn)明確分工，在發(fā)揮各自特長(zhǎng)的基礎(chǔ)上相互學(xué)習(xí)，共同進(jìn)步。在學(xué)期末順利完成了該課題，撰寫(xiě)了研究報(bào)告并做了期末答辯，同時(shí)該小組還撰寫(xiě)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(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的教學(xué)效果及存在問(wèn)題

功能材料專(zhuān)業(yè)研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用該方式進(jìn)行教學(xué)的實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生最終都可以撰寫(xiě)一份完整的研究報(bào)告，學(xué)生也普遍反映該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣吆艽?，因而該?shí)驗(yàn)教學(xué)模式是較為成功的。

但是在我們采用該方式進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中我們也發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，該方式需要指導(dǎo)老師投入更多的精力去指導(dǎo)學(xué)生，同時(shí)對(duì)指導(dǎo)教師科研素質(zhì)的要求也相對(duì)更高。因而如果要推廣該教學(xué)模式，需要有較豐富科研經(jīng)驗(yàn)的教師承擔(dān)該教學(xué)任務(wù)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)教師額外付出的辛勤努力也應(yīng)該得到認(rèn)可，這就需要學(xué)校管理部門(mén)去引導(dǎo)或鼓勵(lì)。我們深知研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革是一個(gè)既漫長(zhǎng)而又艱巨的工作，相信我們能在今后的教學(xué)實(shí)踐中不斷探索，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并不斷完善該實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于課題型的研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式不僅適應(yīng)了教學(xué)改革的要求，較好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探究興趣，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、探索精神、創(chuàng)新精神和科學(xué)研究素質(zhì)，從而使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)綜合能力和總體素質(zhì)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(guó)家自然科學(xué)基金(51402091);河南師范大學(xué)博士啟動(dòng)基金(11114);國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410476037);河南師范大學(xué)功能材料新專(zhuān)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目(5101022000018)

王顯威(1981-)，男，河南開(kāi)封人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)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