科研與教學(xué)深度融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐*

宮玉梅，郭 靜，趙 秒，王 艷，管福成，夏 英，張 鴻，劉元法，拖曉航，于 躍，張 森

(大連工業(yè)大學(xué)紡織與材料工程學(xué)院，遼寧 大連 116034)

1 實(shí)驗(yàn)改革的提出

教學(xué)工作和科研工作是高校所有工作中的兩個(gè)中心環(huán)節(jié)，以高水平科學(xué)研究促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)水平的提升，是保障高校教學(xué)質(zhì)量的重要途徑。國(guó)家“十三五”規(guī)劃綱要、教育部工作要點(diǎn)都指出，要大力推進(jìn)科教融合發(fā)展。隨著“科教興國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施和深化,以培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的應(yīng)用型人才為目標(biāo)的高等學(xué)校在科研與教學(xué)結(jié)合這一方面顯得有些被動(dòng)和不適應(yīng)。因此,探討并理順高等學(xué)?？蒲泄ぷ髋c教學(xué)工作的關(guān)系，探索并建立科研與教學(xué)深度融合機(jī)制，在當(dāng)前的形勢(shì)下具有十分重要的理論價(jià)值和實(shí)踐意義[1-5]。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等教育中特別是對(duì)工科專業(yè)教育不可缺少的重要環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的重要使命。中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)長(zhǎng)期密切關(guān)注高?？蒲信c教學(xué)深度融合問題，并將“高?？蒲信c教學(xué)深度融合教改經(jīng)驗(yàn)的綜合研究”列入學(xué)會(huì)“‘十三五’高等教育科學(xué)研究規(guī)劃課題重點(diǎn)調(diào)研課題”。貫徹落實(shí)學(xué)校關(guān)于全面提高本科教學(xué)質(zhì)量若干意見，以改革和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)常態(tài)為主線，以突破和解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)薄弱環(huán)節(jié)為重點(diǎn)，著力推進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新、實(shí)驗(yàn)課程結(jié)構(gòu)優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及手段改革等幾方面工作，探索有利于創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以達(dá)到循序漸進(jìn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)思維、綜合性實(shí)驗(yàn)技能、初步的科學(xué)研究和較強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力的目的?！秳?chuàng)新探究試驗(yàn)》將培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)思維、綜合性實(shí)驗(yàn)技能、初步的科學(xué)研究和較強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力，在培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才中發(fā)揮重要作用。

課程改革的出發(fā)點(diǎn)來源于企業(yè)人力資源提出的對(duì)畢業(yè)生的要求，他們明確提出招碩士研究生，原因是在用人過程中，企業(yè)家們發(fā)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)的本科畢業(yè)生存在的一些普遍現(xiàn)象在于在一些數(shù)據(jù)的收集和處理時(shí)出現(xiàn)了混亂和不知所措的情況。高分子材料與工程專業(yè)開設(shè)本課程的目的是使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際、提高創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，提高學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新及實(shí)踐能力。我們?cè)诟叻肿硬牧吓c工程專業(yè)《創(chuàng)新探究試驗(yàn)》課程中加入由教師當(dāng)前科研項(xiàng)目中抽提出的一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)用于本科生的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮科研和教學(xué)的協(xié)同作用,從而促進(jìn)學(xué)校的可持續(xù)發(fā)展。并希望通過實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)：1.使學(xué)生能夠獨(dú)立完成聚合物分析與檢測(cè)的基本實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行一定的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；2.進(jìn)一步加深對(duì)高分子材料成型的基本原理的理解，正確使用高分子材料成型設(shè)備；3.能正確記錄和科學(xué)地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正確撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4.培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣，了解專業(yè)前沿；5.培養(yǎng)創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)思維、綜合實(shí)驗(yàn)技能、初步的科學(xué)研究和較強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力；6.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，提高觀察、分析和解決問題的能力。

2 科研與教學(xué)深度融合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

高分子創(chuàng)新探究試驗(yàn)是學(xué)生畢業(yè)前的最后一門大型實(shí)驗(yàn)課，為了充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新能力和培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用人才中的作用，以科學(xué)研究促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)水平的提升，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新及實(shí)踐能力，我們對(duì)創(chuàng)新探究試驗(yàn)的項(xiàng)目進(jìn)行了更新，課程結(jié)構(gòu)更突出專業(yè)的系統(tǒng)性，并引入問題教學(xué)，就實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式和教學(xué)手段進(jìn)行了創(chuàng)新，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和數(shù)據(jù)的處理進(jìn)行強(qiáng)化等。

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的確定

2016年，應(yīng)學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的要求，在沿襲最初1周實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上，在《創(chuàng)新探究試驗(yàn)》課程中加入大量由老師的科研項(xiàng)目中提取出來的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)延長(zhǎng)至3周。初期選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如圖1所示。

圖1 教師討論選定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目Fig.1 The experimentalprojects discussed and selected by teachers

將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為三類，包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)。

(1)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括綜合性和設(shè)計(jì)性兩類實(shí)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)將綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，進(jìn)行高吸水差別化纖維的制備和天然纖維素纖維接枝改性的嘗試，分析實(shí)驗(yàn)原理，組合實(shí)驗(yàn)條件，并對(duì)所改性或制備的纖維進(jìn)行性能的測(cè)試；而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)包括三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別涉及纖維和塑料的成型以及性能測(cè)試，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并論證和實(shí)施，以期使學(xué)生掌握聚合物成型加工和性能測(cè)試以及結(jié)構(gòu)分析的知識(shí)。

(2)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，針對(duì)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的聚合物加工工程和聚合物溶液的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合聚合物溶液細(xì)流凝固成纖的機(jī)理，設(shè)計(jì)微型濕法紡絲機(jī)，就老師提供的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)裝備組裝成套并應(yīng)用于紡制聚丙烯腈纖維，分別考察聚合物溶液濃度、凝固浴組成、溫度、紡絲速度等因素對(duì)纖維性能的影響。通過動(dòng)手自制紡絲機(jī)加深對(duì)纖維濕法成型過程中各工藝要素的理解，提高實(shí)驗(yàn)興趣。

(3)為了使學(xué)生了解學(xué)術(shù)前沿，改革中將增設(shè)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就教師的科研項(xiàng)目提取出幾類實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括纖維的功能差別化及生物質(zhì)纖維的再生成型加工和聚合物功能過濾膜的成型等，實(shí)驗(yàn)前學(xué)生按興趣分組選擇，然后與各類課題指導(dǎo)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的探討、實(shí)驗(yàn)方法的選擇以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的討論與分析等，使學(xué)生了解學(xué)科前沿，加深對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)，并學(xué)習(xí)一些新的聚合物成型方法，拓寬專業(yè)視野，使該實(shí)驗(yàn)課程既接地氣(基礎(chǔ))，又通前沿(教師科研)。

經(jīng)歷了兩屆學(xué)生的參與和實(shí)施后，學(xué)生通過虛擬實(shí)驗(yàn)可以加深理解濕法紡絲的原理，進(jìn)行濕法紡絲的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，但實(shí)際操作中由于涉及一些簡(jiǎn)單電器的組裝和紡絲凝固浴、水洗浴的配置，此過程中教師很難顧及每位學(xué)生的安全，很難推廣全班參與。然而通過實(shí)施過程中教師和學(xué)生的討論和總結(jié)，最終設(shè)計(jì)并定制了微型濕法紡絲機(jī)，已經(jīng)在高分子材料與工程16級(jí)的創(chuàng)新探究試驗(yàn)課程中應(yīng)用。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)過程的嘗試，經(jīng)過教師與學(xué)生共同參與的討論，并邀請(qǐng)校外專家對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和教學(xué)方法進(jìn)行鑒定，決定將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目改成了4個(gè)必做的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)+2個(gè)選做的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的模式，如圖2所示。

圖2 學(xué)生教師共同實(shí)施討論后確定的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目Fig.2 The experimental projects determined after students and teachers implementing and discussion

2.2 課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

我們將確定的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行整合分類，將一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)成如下的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑孩倬C合性實(shí)驗(yàn)：沿襲以前的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)儀器，回憶實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)即可。②設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：采用“問題式”教學(xué)模式，學(xué)生需要提前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)路徑的設(shè)定，以及實(shí)驗(yàn)條件的解析和實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定等，分組進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的分析，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行各參數(shù)的嘗試，實(shí)驗(yàn)結(jié)束根據(jù)制備的產(chǎn)品性能對(duì)比總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。③創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)：同樣采用“問題式”教學(xué)模式，學(xué)生分組與老師討論通過濕法紡絲制備聚丙烯腈纖維中可能存在的問題，這些問題在纖維濕法成型中如何解決，然后分別尋找解決方案，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)的分析，并對(duì)方案進(jìn)行論證，反映在實(shí)驗(yàn)儀器的組裝上如何解決，最后通過組裝儀器、紡絲、成品的纖維紡制過程獲得有一定拉伸性能的纖維，通過纖維性能比較各方法和問題解決的對(duì)癥與否。④項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)：項(xiàng)目意在將教師在研的科研項(xiàng)目拿出一部分讓每個(gè)本科生參與其中，通過實(shí)際操作接觸學(xué)科前沿，培養(yǎng)學(xué)習(xí)專業(yè)的興趣并樹立深入鉆研的信心，培養(yǎng)學(xué)生正確的研究思路和研究方法，使學(xué)生進(jìn)行學(xué)科前沿的研究與涉獵，激發(fā)學(xué)生熱情及研究積極性，加深對(duì)專業(yè)的認(rèn)識(shí)。

2.3 教學(xué)模式的改革

在沿襲原來實(shí)驗(yàn)方法中分組合作的基礎(chǔ)上，引入如下新的教學(xué)方法和手段：①構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化虛擬實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)儀器不能滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作時(shí)提高學(xué)生對(duì)所提問題的認(rèn)識(shí)和尋找解決思路，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量；②引入“問題式”和“案例式”教學(xué)，學(xué)生分組就聚丙烯腈纖維材料的濕法成型提出問題、分析問題、討論問題，然后通過網(wǎng)絡(luò)化虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行成型微型濕法紡絲機(jī)所需儀器的組裝，然后實(shí)際配制聚合物溶液，通過紡絲實(shí)驗(yàn)獲得纖維并檢測(cè)纖維性能而解決問題，根據(jù)纖維制品的性質(zhì)評(píng)判實(shí)驗(yàn)方案方法的優(yōu)劣；③引入項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，參與課程改革的各位教師根據(jù)各自的研究課題提取適合學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的歸類實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，參與項(xiàng)目課題組的討論和實(shí)驗(yàn)研究，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)研究的熱情和積極性；使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)了解高分子使用的新途徑，掌握一種高分子加工的新方法。

3 科研與教學(xué)深度融合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的效果

3.1 學(xué)生受益

通過科研與教學(xué)融合實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降拈_展，使全體學(xué)生能夠盡早地了解學(xué)科前沿，掌握科學(xué)研究需要經(jīng)歷的程序和實(shí)驗(yàn)過程，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲蟹椒ê涂蒲辛?xí)慣。對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生已然掌握了綜合利用已掌握的知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行說明和解釋；對(duì)于設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)就實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目提出問題并進(jìn)行研究方案和研究路徑的設(shè)計(jì)，引經(jīng)據(jù)典地對(duì)方案的合理性進(jìn)行論證，然后通過實(shí)驗(yàn)獲得結(jié)果并詳細(xì)討論和分析。在此過程中，學(xué)生經(jīng)常圍繞一個(gè)提出的問題進(jìn)行小組討論并擇優(yōu)選定路線，提高了學(xué)習(xí)的自主性和對(duì)科研的興趣，使考研數(shù)量明顯增加，2017以來已經(jīng)連續(xù)三年專業(yè)學(xué)生考研數(shù)量比2016年增加100%。另外，通過科研與教學(xué)融合的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生還可以總結(jié)分析數(shù)據(jù)，練習(xí)寫作和發(fā)表科技論文或申請(qǐng)專利，并參與各種競(jìng)賽活動(dòng)，豐富課余時(shí)間的生活。

3.2 師資建設(shè)

為了培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的應(yīng)用型人才，教師的教育思想已經(jīng)轉(zhuǎn)變，教育觀念已經(jīng)更新，堅(jiān)持以學(xué)生為本，以強(qiáng)化學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、基本素質(zhì)和創(chuàng)新實(shí)踐能力培養(yǎng)為宗旨，以更新課程內(nèi)容、重構(gòu)課程教學(xué)體系為核心，以深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及手段改革為重點(diǎn)，以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)條件完善為保障，全面推進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革工作，完善實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，牢固樹立實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)在人才培養(yǎng)中的重要作用。因此，課程由原來2位教師+1位實(shí)驗(yàn)教師的教師組合擴(kuò)大到全體教研室教師共同參與，積極發(fā)揮新進(jìn)博士研究生教師在讀書期間研究工作積累經(jīng)驗(yàn)和研究成果的傳播，既可達(dá)到老教師帶新教師的傳幫帶作用，又可與時(shí)俱進(jìn)，將一些工學(xué)博士掌握的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技巧和工程方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)適應(yīng)寬口徑就業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用型人才。

4 改革的思考和不足

改革的思考：將科研與教學(xué)深度融合應(yīng)用于本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)合格的應(yīng)用型人才是積極的和可持續(xù)的。參與實(shí)驗(yàn)課程改革的2013級(jí)同學(xué)和2014級(jí)同學(xué)均已經(jīng)畢業(yè)，目前就職于浙江恒逸石化集團(tuán)公司，他們接受新知識(shí)和新技術(shù)的能力明顯得到提高。2013級(jí)的畢業(yè)生(2017年畢業(yè))在企業(yè)工作一年有余，已經(jīng)有2名同學(xué)獲得了“恒逸新人獎(jiǎng)”，1名同學(xué)表現(xiàn)在解決車間難題時(shí)能力卓著，獲得“操作小能手”稱號(hào)。2014級(jí)的畢業(yè)生(2018年畢業(yè))工作半年多，他們積極為企業(yè)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，也分別為企業(yè)解決了一些難題。2015級(jí)學(xué)生申請(qǐng)專利1項(xiàng)，獲得各種競(jìng)賽獎(jiǎng)項(xiàng)多項(xiàng)等。改革的不足：由于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的提取來源于教師當(dāng)前的研究?jī)?nèi)容，有一些結(jié)果還未得到充分驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)條件的微小變化，可能會(huì)造成結(jié)果的偏離，需要學(xué)生坦然接受。