基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新能源材料與器件專業(yè)實驗教學(xué)的探討

周曉明，任 馳，高麗麗*

(1．北華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.北華大學(xué) 理學(xué)院，吉林 吉林 132013)

為更好地應(yīng)對全球變暖與氣候變化，推行可持續(xù)發(fā)展的低碳、綠色經(jīng)濟已成為世界各國的共識[1]。優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展新型清潔能源，加強新技術(shù)的研發(fā)與投入已逐漸成為世界各國經(jīng)濟發(fā)展的重要部分[2]。在此背景下，世界各國對新能源領(lǐng)域人才的需求與培養(yǎng)與日俱增[3-4]。為有力支撐、護航我國新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，教育部于2010年增設(shè)了新能源材料與器件專業(yè)。新能源材料與器件專業(yè)不僅涉及的學(xué)科較多，學(xué)科間的交叉程度也很高，這就為本專業(yè)人才的培養(yǎng)提出了新的且更高的要求，培養(yǎng)的學(xué)生不僅要扎實地掌握新能源、新材料及器件等全方面學(xué)科的理論知識，具備綜合分析問題和全面解決實際問題的能力，還應(yīng)具有更為出色的創(chuàng)新能力。

1 新能源材料與器件專業(yè)的專業(yè)實驗教學(xué)創(chuàng)新能力培養(yǎng)現(xiàn)狀與改革探討

本科生的創(chuàng)新往往是突破現(xiàn)有、將所學(xué)理論知識加以新用，是將理論知識更高質(zhì)化的具體應(yīng)用與開拓發(fā)展。本科生的創(chuàng)新能力產(chǎn)生離不開扎實的理論基礎(chǔ)與實驗技能，其中，實驗是加深鞏固所學(xué)理論知識并將其具體應(yīng)用的重要過程，實驗教學(xué)是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力高素質(zhì)人才教育的重要環(huán)節(jié)。大多數(shù)新能源材料與器件專業(yè)的實驗課程可簡單劃分為基礎(chǔ)實驗課程和專業(yè)實驗課程，基礎(chǔ)實驗課程可以培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能、觀察能力與分析問題能力，專業(yè)實驗課程可以培養(yǎng)學(xué)生的解決問題能力、科學(xué)思維及領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新能力。由于新能源材料與器件專業(yè)是新興專業(yè)，課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容安排并沒有十分完善，都處在探索發(fā)展的過程中，尤其是專業(yè)實驗教學(xué)，往往存在著一些弊端，這主要體現(xiàn)在教學(xué)設(shè)備短缺、師資力量相對不足、教學(xué)形式單一、評價考核方式?jīng)]有創(chuàng)新能力體現(xiàn)等[5-8]，這些致使學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)嚴(yán)重不足。針對這些問題，提出以下基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新能源材料與器件專業(yè)的專業(yè)實驗教學(xué)探討。

1.1 更新、轉(zhuǎn)變教師教育思維和理念

基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)模式對于提高授課質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才具有重要意義。為了使新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力能夠在專業(yè)實驗課程中得到更有效地培養(yǎng)與提高，教師需要對傳統(tǒng)教學(xué)思維和理念進行適時地更新與調(diào)整。首先教師在教學(xué)中要主動轉(zhuǎn)變自身角色，由傳統(tǒng)專業(yè)實驗教學(xué)的主導(dǎo)角色轉(zhuǎn)變?yōu)橐龑?dǎo)角色，實現(xiàn)以教師“教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生“學(xué)”為主，在整個實驗課程中，提升學(xué)生的參與度，突出學(xué)生的主體地位，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生積極思維，培養(yǎng)學(xué)生的探索和創(chuàng)新能力。教師要將教學(xué)任務(wù)由課中擴展到課前、課中、課后。在學(xué)生課前的專業(yè)實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，教師應(yīng)適當(dāng)?shù)牟贾靡恍┯兄谂囵B(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的學(xué)習(xí)任務(wù)，巧妙的設(shè)置科學(xué)問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在預(yù)習(xí)基礎(chǔ)知識的同時，學(xué)會專業(yè)性的思考，進而促使學(xué)生進行自主性學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)。課中教師應(yīng)將課前預(yù)留的科學(xué)問題融入專業(yè)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，讓學(xué)生自己尋找答案，并適時進行指導(dǎo)性的講解與擴展。課堂教學(xué)任務(wù)結(jié)束后，教師還應(yīng)盡可能地設(shè)置一些有助于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的綜合性問題，讓學(xué)生課后進入到實驗室或相關(guān)教師課題組進行相關(guān)課題研究，培養(yǎng)學(xué)生自己獨立思考、動手解決尋找答案的科學(xué)習(xí)慣，從而對學(xué)生的創(chuàng)新能力進行更為深入地層進式培養(yǎng)。

1.2 加大投入力度，精選設(shè)計實驗內(nèi)容

新能源材料與器件專業(yè)的專業(yè)實驗教學(xué)對實驗平臺的要求很高，往往需要較為復(fù)雜煩瑣、且價格較為昂貴的實驗設(shè)備，很多學(xué)校的新能源材料與器件專業(yè)由于成立時間較短，在專業(yè)實驗教學(xué)儀器設(shè)備方面還很不完善[9-10]，這就要求學(xué)校加大資金投入力度，完善專業(yè)實驗教學(xué)條件和設(shè)施。此外，在滿足基礎(chǔ)教學(xué)的條件下，基于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在新能源材料與器件專業(yè)的專業(yè)實驗中，還應(yīng)該加強綜合實驗和設(shè)計性實驗平臺的建設(shè)，以更好地滿足具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要。

1.3 引育結(jié)合，加大師資力量建設(shè)

專業(yè)實驗的創(chuàng)新離不開相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域教師的引導(dǎo)，而新能源材料與器件專業(yè)在很多學(xué)校中都是依托在其他的材料專業(yè)、物理專業(yè)或是化學(xué)專業(yè)的基礎(chǔ)之上新建而成，師資力量相對薄弱，引進的師資往往都投入到專業(yè)理論課的教學(xué)中或是學(xué)科科研研究工作中，開展實驗教學(xué)的實驗教師的數(shù)量和專業(yè)水平都有限，大多數(shù)學(xué)校往往忽視了實驗教師師資隊伍的建設(shè)。新能源材料與器件專業(yè)是實驗與理論知識并重的專業(yè)，在學(xué)生培養(yǎng)中，實驗教學(xué)占有重大的比例，因此，專業(yè)應(yīng)加大相關(guān)專任教師的投入力度，可以安排部分理論授課教師加入專業(yè)實驗教學(xué)當(dāng)中，特別是鼓勵高水平的科研教師承擔(dān)專業(yè)實驗教學(xué)任務(wù)，這樣才能更好地抓住科學(xué)前沿，精選、設(shè)計適宜學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的專業(yè)實驗內(nèi)容，將理論課程所學(xué)到的知識真正地貫徹到基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的專業(yè)實驗教學(xué)當(dāng)中。

1.4 改變、創(chuàng)新傳統(tǒng)專業(yè)實驗的授課模式

傳統(tǒng)的專業(yè)實驗教學(xué)模式通常是教師先講解實驗原理，再依據(jù)實驗原理演示實驗操作過程，最后學(xué)生根據(jù)實驗原理，按照老師的操作過程和實驗指導(dǎo)書自己獨立完成實驗操作和實驗數(shù)據(jù)的測量與處理。在教師講授和實驗演示操作過程中，老師和學(xué)生幾乎全程沒有交流，學(xué)生在操作過程中遇到問題，老師也只是簡單的指出錯在哪里，并沒有具體的解釋與指導(dǎo)，整個實驗過程并沒有學(xué)生獨立的思考過程和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，改變傳統(tǒng)專業(yè)實驗的授課模式、創(chuàng)新教學(xué)方法和手段勢在必行。在實驗課堂中教師可以根據(jù)專業(yè)實驗內(nèi)容開展引導(dǎo)式教學(xué)、啟發(fā)式教學(xué)、學(xué)生參與和討論式教學(xué)等，在實驗教學(xué)實施中科學(xué)地設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生參與到專業(yè)實驗的探索過程以及設(shè)計環(huán)節(jié)當(dāng)中，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研興趣。盡量減少教師演示學(xué)生不能實際動手操作的實驗，對于實驗儀器過于昂貴的實驗項目，教師在實驗演示過程中更應(yīng)該注重設(shè)置遞進式的科學(xué)問題，盡可能多地加入提問、討論等培養(yǎng)環(huán)節(jié)，在實驗演示過程中啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1.5 加強具有創(chuàng)新能力培養(yǎng)的虛擬仿真專業(yè)實驗項目的開發(fā)

新能源材料與器件專業(yè)所開設(shè)的專業(yè)實驗大多數(shù)都需要復(fù)雜且高昂的實驗設(shè)備，一方面，很多學(xué)校在實驗室建設(shè)方面往往資金投入不足，缺少開展相關(guān)專業(yè)實驗所需要的儀器設(shè)備；另一方面，很多專業(yè)實驗需要用到有毒有害的試劑藥品，實驗周期也很長，這就使得一些更為專業(yè)且貼近工業(yè)生產(chǎn)的實驗項目無法開設(shè)，而這些實驗項目往往是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力最好的實驗，有助于學(xué)生對新能源領(lǐng)域進行更深層次地研究與探索。所以加強可用于培養(yǎng)新能源材料與器件專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力的虛擬仿真專業(yè)實驗項目的開發(fā)，更有針對性地增加綜合性實驗和模擬生產(chǎn)實踐，對于培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的新能源領(lǐng)域人才具有十分重要的意義。虛擬仿真專業(yè)實驗項目不僅可以突破時空和實驗條件的限制，使那些需要昂貴儀器和有毒有害試劑的專業(yè)實驗項目通過簡單的計算機操作即可以完成，也可以通過模擬生產(chǎn)線設(shè)置相關(guān)專業(yè)問題，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，解決生產(chǎn)過程中所遇到的各種問題，使所開設(shè)的專業(yè)實驗最大程度地貼近生產(chǎn)實踐。除此之外，還可以通過設(shè)置產(chǎn)品或成果指標(biāo)，讓學(xué)生以研發(fā)工程師的身份獨立完成產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計，在模擬生產(chǎn)實踐過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實際問題的能力。

1.6 構(gòu)建融入創(chuàng)新能力培養(yǎng)的考評機制

傳統(tǒng)專業(yè)實驗課程成績的評定主要分為兩部分：一是學(xué)生實驗操作，實踐動手能力的考評；二是學(xué)生實驗報告撰寫、數(shù)據(jù)處理的考評，顯然這種傳統(tǒng)形式的考核評價方式并沒有體現(xiàn)出對學(xué)生創(chuàng)新能力的考評，整個實驗過程也沒有反映出對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，僅僅是學(xué)生機械的掌握實驗過程，觀察一下實驗現(xiàn)象，再對實驗數(shù)據(jù)進行簡單的處理與驗證。因此，在推動基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新能源材料與器件專業(yè)實驗教學(xué)改革中，不僅要在專業(yè)實驗教學(xué)過程中引入創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教育環(huán)節(jié)，更要注重對學(xué)生創(chuàng)新能力的考評，應(yīng)構(gòu)建一套融入創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新的科學(xué)考核評價機制，科學(xué)地加入創(chuàng)新能力考核環(huán)節(jié)，這樣才能更好地落實與促進學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提升。具體如：改變專業(yè)實驗課程的考核內(nèi)容和考核權(quán)重，在傳統(tǒng)的考核評價機制中引入10%～20%權(quán)重的創(chuàng)新能力考評，科學(xué)的設(shè)置創(chuàng)新能力考核內(nèi)容，例如以學(xué)生獨立開展設(shè)計性實驗或是研究性課題作為考核內(nèi)容之一，這樣不僅可以使專業(yè)實驗教師在教學(xué)中注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，鼓勵學(xué)生進行創(chuàng)新實踐，學(xué)生本人也會更加注重自身創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與提高。

2 結(jié) 語

基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新能源材料與器件專業(yè)的專業(yè)實驗教學(xué)改革與探索，不僅要將創(chuàng)新培養(yǎng)理念貫穿到專業(yè)實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)當(dāng)中，更要注重教師教學(xué)理念及授課模式的改變與創(chuàng)新，加大資金投入力度搭建創(chuàng)新實驗平臺，根據(jù)學(xué)校和專業(yè)的實際情況精選設(shè)計實驗內(nèi)容，加強虛擬仿真專業(yè)實驗項目的開發(fā)，構(gòu)建融入創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新的科學(xué)考評機制，加強學(xué)生創(chuàng)新意識的自我培養(yǎng)，使走出校門的學(xué)生更加符合創(chuàng)新社會發(fā)展的需要。