“以學(xué)生為中心” 綜合能力培養(yǎng)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索與實(shí)踐

王愛萍

摘? ? 要： 以高校工程教育認(rèn)證體系創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)思路為導(dǎo)向，在材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課上，開展“以學(xué)生為中心，綜合能力培養(yǎng)為主導(dǎo)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)施。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上，加強(qiáng)與院科研及實(shí)際工程結(jié)合;教學(xué)過程注重過程教學(xué)，改革教學(xué)方法、課程考核體系，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為中心、問題為導(dǎo)向，以研究式學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)為橋梁，加強(qiáng)綜合能力培養(yǎng)。實(shí)踐證明，本實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的應(yīng)用，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效率，全面提高學(xué)生綜合能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué);以學(xué)生為中心;綜合能力培養(yǎng);綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G640? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2019）06-0084-03

高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際動手能力和綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)和手段，是提高學(xué)生綜合能力、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力，促進(jìn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)提高的重要途徑和有效手段[1-5]。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性，挖掘他們的潛能;如何有效提高學(xué)生分析問題、解決問題能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，促進(jìn)自主學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)，成為現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)中加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，其中增加綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)或研究性實(shí)踐活動在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所占比例，對鍛煉和提高學(xué)生的實(shí)踐能力、研究能力和創(chuàng)新能力具有重要意義[6-9]。

1952 年，美國心理學(xué)家羅杰斯在哈佛大學(xué)舉辦的

“課堂教學(xué)如何影響人的行為”學(xué)術(shù)探討會上，首次提出“以學(xué)生為中心”的觀念，并將其應(yīng)用到本科教育層面。以學(xué)生為中心的教學(xué)模式中，教師和學(xué)生不僅區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)者和學(xué)習(xí)者的角色，還共同擔(dān)任研究者的工作，其教學(xué)模式是一種討論式的模式，是師生在教學(xué)過程中共同研討學(xué)問，通過解決學(xué)生實(shí)際問題而達(dá)到學(xué)習(xí)知識的教學(xué)活動。在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中采用“以學(xué)生為中心”的教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)對學(xué)生知識獲得與能力培養(yǎng)并重，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)，獨(dú)立分析、以小組討論為基本形式進(jìn)行合作組織設(shè)計實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以實(shí)驗(yàn)實(shí)踐形式“立竿見影”解決問題，培養(yǎng)和調(diào)動學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性和能動性。

中國海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院針對學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)方式（如驗(yàn)證性、演示型實(shí)驗(yàn)教學(xué)）的局限性，以納米材料概論實(shí)驗(yàn)課程為載體，開展以“以學(xué)生為中心，綜合能力培養(yǎng)為主導(dǎo)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與實(shí)施，以學(xué)生自主研究式學(xué)習(xí)與實(shí)踐為橋梁，采用綜合性設(shè)計性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將教授專業(yè)知識應(yīng)用技能與培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力、科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力結(jié)合起來，提升工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

一、課程改革內(nèi)容

（一）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，重點(diǎn)突出

學(xué)院“納米材料概論實(shí)驗(yàn)課”是與材料化學(xué)與工程專業(yè)理論課相配套的實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)生在前期專業(yè)理論課內(nèi)學(xué)習(xí)的專業(yè)知識處于碎片狀態(tài)，亟待加強(qiáng)專業(yè)知識系統(tǒng)性應(yīng)用、專業(yè)理論知識與科研實(shí)踐或工程應(yīng)用的串聯(lián)性，采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法難以達(dá)到滿意教學(xué)效果。針對以上學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)特點(diǎn)以及創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求，我們立足于“目標(biāo)導(dǎo)向（產(chǎn)出導(dǎo)向）”的教育取向，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱。教學(xué)大綱明確以創(chuàng)新型、實(shí)踐型人才培養(yǎng)為目標(biāo);要求學(xué)生掌握和應(yīng)用納米材料的基礎(chǔ)知識、結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計、制備及應(yīng)用、特性等專業(yè)理論知識，為新型應(yīng)用型納米材料的研究和開發(fā)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。納米材料概論實(shí)驗(yàn)課在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)模式和考核體系等幾方面進(jìn)行改革并實(shí)施，側(cè)重添加與專業(yè)科研方向、現(xiàn)實(shí)生活或?qū)嶋H工程緊密聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增強(qiáng)專業(yè)理論知識實(shí)用性和系統(tǒng)應(yīng)用性;重點(diǎn)突出“以學(xué)生為中心”自主學(xué)習(xí)的過程引導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)生所學(xué)的專業(yè)理論知識與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的結(jié)合，探索納米材料制備工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)與功能性之間的關(guān)系、強(qiáng)化學(xué)生的科研能力和工程意識，提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計與實(shí)施

綜合性實(shí)驗(yàn)是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關(guān)知識的實(shí)驗(yàn)[10-11]。設(shè)計性實(shí)驗(yàn)是指根據(jù)給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠛蛯?shí)驗(yàn)條件， 由學(xué)生自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)踐或?qū)崿F(xiàn)的實(shí)驗(yàn)[12-13]。具體到本實(shí)驗(yàn)課程改革，利用學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研平臺資源，整合專業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，開展從納米材料制備到器件性能分析的遞進(jìn)式、系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將單一性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)體系改造升級為綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)平臺，突破傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課中各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容獨(dú)立的現(xiàn)象;同時實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上包含設(shè)計成分，采用試劑種類選擇化、實(shí)驗(yàn)方法和條件多樣化等措施，學(xué)生分組討論設(shè)計實(shí)驗(yàn)并予以實(shí)施，將書本上的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自己的實(shí)驗(yàn);最終進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和討論以及實(shí)驗(yàn)報告的撰寫，完成整個實(shí)驗(yàn)課的過程?！凹{米材料概論實(shí)驗(yàn)課”采用綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，既突出專業(yè)基礎(chǔ)知識的應(yīng)用，又兼顧納米材料制備與功能性相關(guān)分析。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容突出專業(yè)知識實(shí)用性，同時兼顧納米材料實(shí)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和新型材料開發(fā)。

具體在實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施過程中，教師提出實(shí)驗(yàn)研究目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生開展相關(guān)文獻(xiàn)查閱、納米材料制備方案設(shè)計、制備樣品的過程分析及后處理過程、結(jié)構(gòu)設(shè)計、性能測試及分析等過程實(shí)施。教師將科研思維和實(shí)際產(chǎn)業(yè)生成模式引入本科教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行納米材料制備方案設(shè)計、組裝工藝與實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品器件性能之間的關(guān)系分析，達(dá)到材料與工程專業(yè)學(xué)生專業(yè)知識學(xué)習(xí)、科研能力、工程能力等綜合能力訓(xùn)練的目的。

本綜合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容體系的設(shè)置上，既包括了納米材料的制備方法，又包含功能性壓電器件組裝工藝;既包括了傳統(tǒng)制備工藝（如液相合成工藝）、結(jié)構(gòu)表征方式（如材料TG/DSC和XRD測試分析）和器件性能測試手段（鐵電性能測試），也包含目前最先進(jìn)的合成手段（如自組裝法、微波合成等）與表征手段（如納米激光粒度分析儀），將學(xué)院先進(jìn)科研儀器設(shè)備和實(shí)際產(chǎn)業(yè)測試手段應(yīng)用于本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)，真正實(shí)現(xiàn)了專業(yè)理論與實(shí)踐的結(jié)合，達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的教學(xué)目的。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法改革

納米材料概論實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中遵循“以學(xué)生為中心，教師為引導(dǎo)”的教學(xué)理念[14-17]，以問題引導(dǎo)式教學(xué)方法，強(qiáng)調(diào)“實(shí)驗(yàn)過程”中學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、探索創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程為：學(xué)生明確以制備分散性良好、性能良好的納米鈦酸鋇材料為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo);以3—4名學(xué)生為一組，將每一小節(jié)實(shí)驗(yàn)課程分解為：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)討論、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)報告書寫等幾個步驟。實(shí)驗(yàn)過程以小組為單位，實(shí)驗(yàn)前要求小組內(nèi)進(jìn)行預(yù)習(xí)討論，確定納米材料制備實(shí)驗(yàn)方案，討論影響因素;實(shí)驗(yàn)課上，小組間討論實(shí)驗(yàn)方案，由教師合理點(diǎn)評設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案;各小組將討論最終實(shí)驗(yàn)方案用于實(shí)驗(yàn);規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作;整個過程中教師起指導(dǎo)的作用;學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的困難或問題，要求學(xué)生盡可能自己探索思考，利用專業(yè)理論知識對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予合理解釋并解決，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析要求;特別是對實(shí)驗(yàn)過程分析或是大型儀器分析實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)學(xué)生科研思維培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，加強(qiáng)專業(yè)分析軟件應(yīng)用，規(guī)范實(shí)驗(yàn)報告書寫，嚴(yán)格要求科研論文規(guī)范實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)報告結(jié)果分析。整個實(shí)驗(yàn)流程使學(xué)生動手的能力、分析問題的能力、解決問題的能力等得到全面提高。

本實(shí)驗(yàn)課教學(xué)方法特點(diǎn)是在給學(xué)生介紹納米材料制備原理、儀器設(shè)備操作方法、安全規(guī)范的基礎(chǔ)上，學(xué)生分小組討論，自行設(shè)計并實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，完成整個綜合性、系統(tǒng)性和設(shè)計性實(shí)驗(yàn)流程;應(yīng)用儀器分析表征等相關(guān)專業(yè)軟件，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果的分析和討論;最終完成整個體系實(shí)驗(yàn)報告撰寫。采用研究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程前明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，整個實(shí)驗(yàn)課程中提出問題和發(fā)現(xiàn)問題、查閱文獻(xiàn)，學(xué)生自己或是小組討論提出解決問題的思路并通過實(shí)驗(yàn)實(shí)踐;實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上環(huán)環(huán)相扣，納米材料制備條件設(shè)計，過程分析的設(shè)計以及最終納米材料功能性分析密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)程實(shí)施遵循科學(xué)研究模式和產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)模式，學(xué)生的系統(tǒng)分析專業(yè)問題能力、科研實(shí)施能力和專業(yè)實(shí)踐能力得到長足鍛煉。

教師在教學(xué)過程中，始終把握以“學(xué)生學(xué)習(xí)”為本，內(nèi)化、深化學(xué)生主動思考和主動學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，采用變化多樣的教學(xué)方式，加強(qiáng)學(xué)生科研思維和工程能力培養(yǎng)與鍛煉，在小組討論、實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)報告撰寫中加強(qiáng)和注重學(xué)生“四基”和“四能”的培養(yǎng)?！八幕奔矗夯緦I(yè)知識、基本實(shí)驗(yàn)技能、基本科研素質(zhì)和基本合作經(jīng)驗(yàn);“四能”即分析問題能力、解決問題能力、發(fā)現(xiàn)問題能力和提出問題能力。

（四）完善課程評價體系

實(shí)驗(yàn)課程考核體系突出“以學(xué)生為中心”的過程考核模式，實(shí)施多元化考核制度?？己瞬辉俸唵蔚乜磳?shí)驗(yàn)結(jié)果，而是注重對學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的考核和評價。實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容中預(yù)習(xí)報告占15%、實(shí)驗(yàn)過程占45%、實(shí)驗(yàn)報告占40%。其中實(shí)驗(yàn)過程考核包括對學(xué)生的文獻(xiàn)資料調(diào)研、小組討論、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計、實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與表達(dá)能力等方面全過程地進(jìn)行考察。

二、教學(xué)改革效果

“以學(xué)生為中心”綜合能力培養(yǎng)的納米材料概論實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施改革以來，實(shí)驗(yàn)課上教學(xué)效果明顯。具體表現(xiàn)為采用綜合設(shè)計型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)過程實(shí)施中有明顯的分層步驟， 其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是“納米材料制備”“實(shí)驗(yàn)條件及方法探索”“結(jié)構(gòu)或功能設(shè)計”和“性能分析”等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)難度呈臺階式遞進(jìn)， 能牽引學(xué)生的探究性思維， 即實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有鮮明的探究性，學(xué)生參與度高，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中充滿生機(jī)和活力。整個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系完整和連貫，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中積極思考，課堂討論熱烈，實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)積極;實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生逐步建立科研思維模式，提高學(xué)生專業(yè)知識學(xué)習(xí)和實(shí)踐的主動性和探索性。

實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)際生產(chǎn)工程對接，具有一定實(shí)際應(yīng)用價值的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分激發(fā)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐和動手實(shí)踐興趣;實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程既有對學(xué)生前期專業(yè)理論學(xué)習(xí)的檢驗(yàn)和總結(jié)內(nèi)容，又有獨(dú)立思考和協(xié)作處理工程實(shí)際問題能力的實(shí)踐環(huán)節(jié)，對學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)態(tài)度以及意志力的培養(yǎng)有了長足鍛煉。同時對學(xué)生實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)后整理分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)處理和撰寫實(shí)驗(yàn)報告等提出規(guī)范性要求，提高學(xué)生的科技寫作能力。

相比“填鴨式”課堂教學(xué)，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)[18-19]，該實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革實(shí)施以來，學(xué)生在專業(yè)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計、實(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)報告撰寫等各方面自主學(xué)習(xí)能力都得到了長足的鍛煉，專業(yè)知識的實(shí)踐更讓學(xué)生印象深刻，真正實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合，教師也看到了學(xué)生們在專業(yè)學(xué)習(xí)方面意想不到的效果。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場學(xué)生的反應(yīng)和學(xué)生的問卷調(diào)查，均顯示學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)課投入度和滿意度較高，達(dá)到實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的教學(xué)目的。

三、結(jié)語

“以學(xué)生為中心”綜合能力培養(yǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式實(shí)施，不僅在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上夯實(shí)學(xué)生基本知識與基本技能，實(shí)驗(yàn)過程中注重學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)和實(shí)施;綜合性設(shè)計性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為學(xué)生創(chuàng)造了專業(yè)層面的設(shè)計、思考與提升的空間，學(xué)生實(shí)驗(yàn)投入度和滿意度明顯提升，激發(fā)了學(xué)生對追求科學(xué)研究的興趣，有效培養(yǎng)了學(xué)生的分析問題、專業(yè)實(shí)踐能力、科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力。特別在實(shí)驗(yàn)考核和評價體系改革中，實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心，以能力本位的學(xué)習(xí)，圍繞具體任務(wù)、團(tuán)組合作式學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)了學(xué)生探求未知領(lǐng)域的勇氣與信心，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、科研工作素養(yǎng)等綜合能力。

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[14]楊彩霞，鄒曉東.以學(xué)生為中心的高校教學(xué)質(zhì)量保障：理念建構(gòu)與改進(jìn)策略[J].教育發(fā)展研究，2015，（3）.

[15]廖潔丹，肖文，陳麗純.“以學(xué)生為中心”的教學(xué)改革與創(chuàng)新人才培養(yǎng)——以生物工程下游技術(shù)課程為例[J].教育現(xiàn)代化，2017，（17）.

[16]張愛武.自主創(chuàng)新環(huán)境下“食品分析”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2018，（2）.

[17]李春香，姚忠平，甘陽，等.能源化工新專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，（4）.

[18]朱征宇，曾令秋，楊廣超.以學(xué)生為中心的討論式互動教學(xué)探索[J].計算機(jī)教育，2017，（3）.

[19]聶瑤，皮家甜，郭文龍.高校材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革探討[J].當(dāng)代化工研究，2018，（4）.