李瑩 儲耀卿 李楊 劉志福
【摘要】實驗教學是高校教學的重要組成部分,在培養(yǎng)本科生動手能力、科學思維及創(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)行實驗教學存在的問題,提出了引入科學研究的創(chuàng)造性、創(chuàng)新性和系統(tǒng)性,來改變本科生傳統(tǒng)實驗教學模式存在的弊端,為培養(yǎng)本科生的綜合素質(zhì)提供借鑒。
【關鍵詞】實驗課程? 教學新模式? 光電材料
【中圖分類號】TB30-4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2019)14-0053-01
實驗課程是高校實踐教學的重要環(huán)節(jié),是培養(yǎng)學生操作技能和實驗設計能力、發(fā)現(xiàn)和解決問題能力以及科學、創(chuàng)新思維方式的主要手段,為學生創(chuàng)造具有探索性的學習環(huán)境[1, 2]。目前實驗教學模式存在諸多不足:1)綜合實驗教學仍停留在“基本知識、基本原理和基本操作”的層面,激發(fā)不了學生的實驗興趣。2)實驗教學內(nèi)容陳舊、實驗方法偏重模擬和驗證,不利于培養(yǎng)學生的主動學習和思維創(chuàng)新。3)實驗設備陳舊、與現(xiàn)代科研和企業(yè)使用技術脫節(jié)[3, 4],使得實驗結(jié)果誤差大而無法很好的與理論結(jié)合,嚴重影響實驗課的教學體驗和教學質(zhì)量。
針對以上問題,實驗教學需進行改革,將理論、實踐、科研有機的結(jié)合在一起,改善實驗教學體系和實驗內(nèi)容,利用科研的前沿性、綜合性、創(chuàng)新性,將其融入實驗教學中,以提高實驗課的教學水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量。如將科研項目“白光LED用熒光粉的研究”引入到光電材料實驗的教學中,不僅讓本科生了解熒光粉的研究歷史及目前研究的新進展,還可掌握研究的系統(tǒng)方法,另外使實驗教學具有創(chuàng)新性、系統(tǒng)性,對學生實踐能力、創(chuàng)新能力和科學思維能力的培養(yǎng)起積極作用。
1.將科研項目引入實驗教學
科研是我國高校教師的重要工作之一,實驗教學是理工科學生消化、理解并運用基礎原理,接受科學思維和創(chuàng)新意識培養(yǎng)的重要平臺。但對本科生而言,并沒有太多機會接觸科研項目,而實驗課幾乎是唯一能讓本科生將理論知識與實際相結(jié)合的途徑。
傳統(tǒng)的實驗教學模式偏重驗證性實驗,對實驗方法和技能的綜合應用訓練較少。且從實驗內(nèi)容、操作步驟的確定到設備的準備均由教師完成,整個實驗課學生處于被動,嚴重限制了學生自主能動性的發(fā)揮。通過將科研項目引入到實驗教學中,可極大程度地調(diào)動學生的主動性,全方位提高本科生的專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。對此,我國一些高校已進行了初步嘗試,如復旦大學物理實驗課、西南科技大學化學實驗課。我們在光電材料實驗課中,引入了科研項目“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,讓學生們認識到原料粒徑和純度對性能的影響。其次采用絲網(wǎng)印刷技術將漿料印刷到導電玻璃基片,讓學生了解工業(yè)生產(chǎn)的流程,體會知識對人類社會的推進作用[5]。熒光粉的研究實驗,讓學生了解到照明方式的變革人類發(fā)展的貢獻,同時熟悉白光LED的集成方式及熒光粉的研究進展,從粉料的制備、點膠封裝到光強測試,再到軟件模擬分析散熱過程等,使學生們親密接觸了學科較新的發(fā)展動向,培養(yǎng)了學生分析、解決問題的能力及團隊協(xié)作、科學思維和開拓創(chuàng)新意識。
2.轉(zhuǎn)化科研項目為實驗教學內(nèi)容的實施策略
由于科研項目的研究內(nèi)容多、涉及面廣,因而不能直接作為本科生的實驗教學內(nèi)容,需經(jīng)過篩選、拆分及一定的加工。首先,實驗項目的設立,要難易適中,要具有綜合性和創(chuàng)新性。通過分析梳理項目內(nèi)容,結(jié)合本科生理論知識找尋與專業(yè)課相關知識點,設立實驗項目。其次,各實驗環(huán)節(jié)的設計,以科研項目的技術資料為基礎,進行適當裁剪、簡化,進一步細化為若干難度適中的子任務,同時保證實驗內(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子任務。在制備實驗中,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,具體的配方按化學計量比和非計量比分組配置。在保證安全的前提下,讓學生體會將知識轉(zhuǎn)化為能力的樂趣,調(diào)動其參與科研活動的熱情,培養(yǎng)學生的主動思維和實踐創(chuàng)新能力。所得產(chǎn)物,我們利用X-射線衍射儀進行物相鑒定,確定物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和化學組成,運用顯微鏡觀察其形貌特征。最后,通過點膠封裝技術制作LED燈珠,使用積分球測試LED燈珠的光、色、電等參數(shù),并分析測試光強度分布。整個過程讓學生熟悉了科研的系統(tǒng)性,培養(yǎng)了其獨立設計、操作、解決實驗問題以及對實驗數(shù)據(jù)的處理能力。通過對實驗現(xiàn)象的觀察、數(shù)據(jù)的記錄和結(jié)果的分析,使學生們獲得了豐富的關于LED的認識,同時達到了對理論知識熟練掌握和深刻理解的目的。
3.將科研設備和技術引入到實驗教學
因長期以來對本科生實驗教學的疏忽,導致高校實驗教學設備陳舊,與現(xiàn)代科研和企業(yè)使用技術嚴重脫節(jié)。在測試中出現(xiàn)嚴重偏差,致使實驗結(jié)果無法呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,與理論知識不符,影響了實驗課的教學體驗和教學質(zhì)量。各高校都對科研項目投入了大量的財力,科研用設備都有一定的先進性和精準度,若將科研設備同樣用于教學,使先進的儀器不僅為科研服務,也向本科生開放,不僅可有效提高設備的利用率,還可使本科生了解現(xiàn)代分析技術,更利于與企業(yè)實踐接軌。
4.改革的意義
科研項目引入到本科生實驗教學,對培養(yǎng)學生科學思維和創(chuàng)新能力提升有明顯的作用。科研項目的引入改變了學生對實驗課的體驗感,極大地調(diào)動了其參與的積極性。改變了傳統(tǒng)實驗課偏重驗證性實驗、學生被動“照方抓藥”的模式。科研與實驗教學的結(jié)合,反過來又帶動了理論知識的學習和對科技熱點的關注,使主動學習性更強。另外,該模式推動了實驗教學內(nèi)容和體系的更新,對學生的實驗代入感更強,本科生通過接受科學研究的鍛煉,有利于調(diào)動他們主動學習的積極性和探索未知領域的興趣,以及透過現(xiàn)象剖析事物本質(zhì)的科學思維能力??傊?,該模式的實驗課,增加了學生在實驗課中的體驗,提高了實驗教學質(zhì)量,同時培養(yǎng)學生動手操作能力、科研思維能力和對現(xiàn)代測試分析技術的掌握。
5.結(jié)語
綜上所述,科研項目是現(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、細化引入到本科生實驗教學內(nèi)容中,不僅有效地解決了實驗教學內(nèi)容陳舊、設備技術落后的問題,同時也讓實驗教學變身為工程實踐教學,為本科生的繼續(xù)深造打下基礎,增強本科生從事工業(yè)生產(chǎn)的實踐能力。
參考文獻:
[1]宋紅杰,郭彩紅,熊慶等. 基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索型分析科學實驗的設計[J].實驗技術與管理,2017(9):20-22.
[2]邢紅宏,梁承紅,張紀磊. 充分利用綜合性實驗培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)[J].實驗室研究與探索,2013(02):165-167.
[3]丁彩紅,吳喜如.機械綜合實驗教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索,2012(4):318-321.
[4]耿紅霞,蔣小林.綜合性實驗教學改革探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2015(5):147-149.
[5]劉志福,儲耀卿,李楊.應用技術背景下的光電材料實驗改革思路探討[J].科技資訊.2016(25):81