面向創(chuàng)新-應用型人才培養(yǎng)的材料化學實驗教學改革

梁姣利，賈雪婭

(伊犁師范大學化學與環(huán)境科學學院，新疆 伊寧 835000 )

教育是國之大計，加快推進教育現(xiàn)代化，堅持深化教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)應用型，創(chuàng)新型，復合型人才是新時代特色社會主義背景下對高等教育培養(yǎng)人才的要求。實驗教學工作是高校人才培養(yǎng)體系中重要的組成部分，是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)應用性人才的重要途徑[1-3]。實驗教學是學生在理論學習的基礎(chǔ)上，對所學理論知識進一步的加深與鞏固。實驗教學使學生獲得傳統(tǒng)知識和技術(shù)，鍛煉學生的動手能力，分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，是其他教學不可比擬的。

材料化學專業(yè)實驗教學是與理論知識相關(guān)聯(lián)又獨立的教學，是實踐教學的重要環(huán)節(jié)，對大學生的實踐技能，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到至關(guān)重要的作用。隨著教育改革的不斷強化，深化實驗室教學體系改革也成為培養(yǎng)應用-創(chuàng)新型人才的重要方面。

1 材料化學實驗教學的現(xiàn)狀與存在的問題

1.1 實驗教學體系系統(tǒng)性差

高校的實驗教學與理論教學具有一定的聯(lián)系，又具有一定的獨立性。材料化學的實驗課基本都是依附于材料化學理論課的基礎(chǔ)上進行教學，幾乎沒有單獨設(shè)置實驗課程。課程設(shè)置分列出金屬材料、高分子材料、無機材料三個方向，形成“單一課程，單一實驗室，單人管理”的模式，各個實驗課之間，實驗項目之間脫節(jié)，沒有形成連貫性和系統(tǒng)性[4]。

1.2 實驗教學內(nèi)容滯后

高等學校開設(shè)的材料化學實驗課程多為基礎(chǔ)驗證性實驗，幾乎不存在設(shè)計性實驗，綜合實驗以及探究性等多層次實驗[5]?；A(chǔ)型驗證實驗內(nèi)容都是比較傳統(tǒng)，經(jīng)典的實驗，教學內(nèi)容更新慢，無法體現(xiàn)現(xiàn)代學科發(fā)展前沿的知識，部分內(nèi)容明顯滯后于學科研究的發(fā)展?；A(chǔ)型驗證實驗僅僅是學生按照教師或者實驗指導書的要求進行操作，不讓或者很少讓學生進行獨立思考和細致觀察，很難激起學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和探索等科學素質(zhì)[6-7]。

1.3 實驗教學形式，方式單一

材料化學實驗教學模式是按照教材或者講義(實驗指導)，告知學生實驗目的、實驗原理、實驗方法、實驗注意事項以及實驗數(shù)據(jù)記錄表格等。在學生進行實驗之前向?qū)W生詳細講解實驗全過程，學生只需要按照實驗步驟操作一遍。實驗教學方式單一，教師在課堂進行板書講解，多為“言傳身教”的教學方式，學生需要有限的空間和時間內(nèi)掌握實驗要領(lǐng)，這種單一的教學方式會限制教學質(zhì)量的提升[8]。

2 材料化學實驗教學改革的重要意義

目前，材料化學實驗教學內(nèi)容主要集中在驗證性實驗和常規(guī)性實驗操作，學生獨立操作實驗的機會少，造成學生缺乏自主學習能力，思辨能力，創(chuàng)新能力以及探究精神。依據(jù)學校材料化學專業(yè)人才培養(yǎng)目標體系-培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的應用型人才，實驗教學不僅要求學生掌握實驗操作的基本技能，具有發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，而且要求學生具有很強的創(chuàng)新性，即就是能在現(xiàn)有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出新問題并設(shè)計新實驗，探索新觀點，最終形成新思想或者新理念。因此，進行材料化學實驗教學改革可以改善目前材料化學的實驗現(xiàn)狀，提升教學質(zhì)量，增強學生的思辨能力，邏輯思維能力，探索精神等，同時對培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的應用型人才具有十分重要的意義。

3 材料化學實驗教學改革

現(xiàn)有的實驗教學體系，教學內(nèi)容，教學方法很難滿足新時代深化教育改革的要求，不能完全適應具有創(chuàng)新意識的應用型人才培養(yǎng)目標和體系。材料化學實驗教學改革勢在必行，結(jié)合學校專業(yè)的教學現(xiàn)狀，對實驗教學改革設(shè)想為：

3.1 材料化學實驗教學體系的構(gòu)建

材料化學實驗在培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力、思辨能力等起著重要的作用，但是傳統(tǒng)的實驗教學基本都是依附于理論教學，強調(diào)對理論知識的鞏固和理解，弱化了創(chuàng)新，創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。材料化學實驗室之間相對獨立，封閉性較高，實驗室之間關(guān)聯(lián)性較差；相近課程之間購置重復設(shè)備和儀器，重復利用率低，提高實驗室建設(shè)經(jīng)費資本。實驗室?guī)熧Y隊伍結(jié)構(gòu)不合理，技術(shù)人員總量不足，基本都是兼職教師，沒有專職的實驗教師，具有高水平的專職實驗教師就更沒有了，造成實驗教學質(zhì)量不高[9]。

針對上述情況，首先，要求材料化學實驗教學可以形成獨立的教學體系，設(shè)立實驗課程的教材，教案，教學大綱，教學進度等，實驗課的教學目標必須與培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的應用型人才目標相適應，實現(xiàn)實驗教學獨立的課程體系。其次，各實驗室之間應尋找關(guān)聯(lián)點，有機的將金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料三大材料方向結(jié)合起來，構(gòu)建成專業(yè)大類相同的知識和技能的平臺實驗室。建立材料制備與合成實驗室，材料結(jié)構(gòu)實驗，以及材料性能測試與表征實驗室，三個實驗室由材料制備-材料結(jié)構(gòu)分析-到材料性能測試與表征形成系統(tǒng)的材料綜合實驗，實驗室之間相互關(guān)聯(lián)，形成連貫性和系統(tǒng)性。在實驗教學中系統(tǒng)性，綜合型實驗室可以使學生從材料制備做起，對材料的結(jié)構(gòu)進行分析，進而對材料的性能進行測試與表征，最終學生通過匯總和分析實驗的各種信息和數(shù)據(jù)[10]，培養(yǎng)學生全面的實驗綜合能力，良好的邏輯思維能力，創(chuàng)新能力，以及探索精神等。

最后，學?；蛘邔W院應該制定相關(guān)的政策，加強實驗室教師建設(shè)工作，培養(yǎng)一批具有高水平的實驗教學帶頭人，穩(wěn)定實驗教學骨干隊伍，聘請材料化學行業(yè)企業(yè)專家骨干參與學校的實驗教學和實驗室建設(shè)，做到實驗教學成果與科研成果同樣的獎勵措施。

3.2 實驗教學內(nèi)容設(shè)計

材料化學實驗是以材料為對對象，以化學為手段，研究材料的制備，結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，進而創(chuàng)造新材料的課程[11]。傳統(tǒng)的材料化學實驗教學內(nèi)容為大多為孤立的驗證性實驗，實驗項目之間沒有關(guān)聯(lián)，沒有形成一套完備的材料制備，結(jié)構(gòu)與性能分析的科研理念，只是為了實驗而實驗，學生的創(chuàng)新能力，探索能力等科學素養(yǎng)無法培養(yǎng)。實驗教學內(nèi)容改革考慮以下幾個方面：

(1)教學內(nèi)容層次化：建立驗證型、趣味型、綜合型、設(shè)計型等多層次的實驗內(nèi)容。

實驗教學內(nèi)容主要由驗證型實驗向趣味型、綜合型、設(shè)計型、探究型等轉(zhuǎn)化，縮小驗證型實驗的課時量，增大趣味型、綜合型、設(shè)計型、探究型實驗的課時量。

趣味型實驗可以設(shè)置一些與工業(yè)生產(chǎn)相近的實驗或者設(shè)置一些與生活緊密聯(lián)系的生活材料的實驗，例如涂料、陶瓷粉體制備，護膚品、有機玻璃相框、隱形眼鏡等實驗。趣味型實驗激發(fā)學生上實驗課的興趣，使學生自主對實驗內(nèi)容進行分析，進而設(shè)計實驗內(nèi)容，優(yōu)化實驗條件，制作出符合自己心意的“產(chǎn)品”。趣味型實驗可以培養(yǎng)學生對科學的濃厚興趣，創(chuàng)新能力以及自主探索新知識的科學精神。

綜合型實驗的內(nèi)容復雜，涉及的知識范圍很廣，包含不同的知識點。綜合型實驗內(nèi)容可以將金屬材料，高分子材料，無機材料兩者或者三者內(nèi)容混合設(shè)置在一個實驗項目里面，例如Sic改性環(huán)氧樹脂材料的制備與表征，學生在實驗過程中可以切實感受到無機材料與高分子材料的區(qū)別與聯(lián)系。此類實驗可以從材料應用出發(fā)，采用“材料應用→材料所需性能→材料結(jié)構(gòu)分析→選擇原材料”的逆向思維，設(shè)計確定好實驗的原材料，開始制作實驗“產(chǎn)品”。按照“原料選擇→材料制備或合成(包括實驗方法的選擇，制備或合成儀器的選用)→材料性能的檢測和表征”的實驗內(nèi)容進行實驗，在實驗過程中學生不但鞏固所學的理論知識，鍛煉實驗技術(shù)能力和實踐能力，并建立正確的邏輯思維能力和培養(yǎng)嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度。

設(shè)計型實驗是教師預先給定實驗設(shè)計的要求，學生通過查閱相關(guān)的文獻著作和資料，自主獨立設(shè)計實驗方案并完成實驗。在實驗的過程中，學生要對實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果進行記錄，實驗失敗要分析原因，并給出改進措施，不斷進行探索和嘗試；實驗成功要總結(jié)規(guī)律，并對實驗的影響因素進行分析，形成實驗報告。設(shè)計型實驗不但鍛煉學生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題進而解決問題的能力，充分發(fā)揮學生主觀能動性，體現(xiàn)“學生為主體，教師為主導”的教育理念，而且培養(yǎng)學生事實探究能力和實踐創(chuàng)新能力科研素質(zhì)。

(2)教學內(nèi)容與科研接軌：以科研成果為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生創(chuàng)新-應用能力。

目前，材料化學實驗教學內(nèi)容更新慢，部分實驗內(nèi)容與學科發(fā)展前沿落差較大。為此，實驗教學內(nèi)容融合教師科研成果，將科研項目成果進行提煉，依據(jù)學校現(xiàn)有條件，設(shè)置符合本科要求的實驗內(nèi)容?！安＠w增強環(huán)氧樹脂耐磨防腐涂料”、“納米多孔金屬的結(jié)構(gòu)與性能研究”、“以分散劑表面張力控形的聚合物制備研究”等科研項目經(jīng)過提煉，可以結(jié)合項目內(nèi)容設(shè)置具有創(chuàng)新型的研究型實驗。學生在實驗的過程中接觸到最新的研究成果，對學科發(fā)展前沿有所了解，提高學生的科研興趣，培養(yǎng)學生在科研成果基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，創(chuàng)造的能力。除此之外，學院與地區(qū)相關(guān)的企業(yè)進行“零距離”溝通，獲得企業(yè)所需的高技能應用型人才所需的實踐技能，實驗教學內(nèi)容圍繞企業(yè)要求設(shè)置，提高學生實踐應用能力。

3.3 教學形式，方法改革

材料化學實驗教學方法沿用傳統(tǒng)的教學方式，在有限的空間和時間內(nèi)進行教學，學生按照講義進行實驗操作，學生很難在有限的空間和時間內(nèi)學習和掌握實驗內(nèi)容的全部知識點，這種單一的教學方式，教學方法降低學生興趣，限制教學質(zhì)量的提高。實驗教學方法改革可以充分提高學生的學習興趣，使學生在無限的時間和空間內(nèi)學習掌握實驗內(nèi)容，更快更好地掌握實驗知識與操作[12]，并使學生能運用已有的知識積累，自主獨立設(shè)計實驗、探究實驗。

(1)實驗室面授為主，多媒體教學為輔

充分利用網(wǎng)絡教學平臺，將實驗的內(nèi)容，實驗操作演示以MOOC網(wǎng)絡課程呈現(xiàn)給學生，在視頻中突出實驗的重點，難點，實驗注意事項等等，讓學生在上實驗課之前對實驗設(shè)備和儀器的使用方法和實驗內(nèi)容有直觀的認識，實驗課上進行親自操作，學生可以較快地熟悉和掌握實驗內(nèi)容的知識點。在學?，F(xiàn)有的條件下，有些實驗項目(高溫，高壓危險項目或者沒有儀器設(shè)備)無法開展，通過模擬仿真實驗過程，演示實驗過程，使學生對實驗課內(nèi)容有前面的了解和掌握，拓寬學生的視野，畢業(yè)后能夠快速地適應企業(yè)。建立材料化學實驗網(wǎng)站，開辟學生答疑、討論區(qū)，學生對在預習實驗，操作實驗以及對實驗結(jié)果存在的問題進行提問和討論，教師定期進行答疑。多媒體教學可以彌補傳統(tǒng)教學的時間、空間限制，發(fā)揮學生主觀能動性，自主學習，培養(yǎng)創(chuàng)新、探索的能力。

(2)教學由“以教師為主”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W生為主體、教師為主導”，即就是教學方法從教學模式向啟發(fā)式、討論試，探究式轉(zhuǎn)變，進一步激發(fā)學生的自主學習積極性和創(chuàng)造、創(chuàng)新能力。

實驗教學內(nèi)容多為綜合型實驗和設(shè)計型實驗，教師給出實驗課題，學生帶著實驗課題查閱相關(guān)文獻資料，設(shè)計實驗方案。在實驗課之前，學生們對查閱的資料和實驗方案進行討論，加深學生對實驗課題的理解。學生以小組的形式向教師匯報資料查閱情況和方案設(shè)計情況，教師對各實驗方案進行指導，學生再進行實驗操作。這種啟發(fā)式、討論試，探究式教學方法改善教學效果；提高學生的科研興趣；培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，完全適應用-創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標體系。

4 結(jié) 語

堅持深化教育改革創(chuàng)新，改革實驗教學體系是現(xiàn)代化教育的要求。培養(yǎng)應用-創(chuàng)新型人才要求我校材料化學實驗課進行課程改革：采用多媒體教學輔助手段，使用啟發(fā)式，討論式等教學方法，設(shè)置與科研，企業(yè)接軌的學科發(fā)展前沿的教學內(nèi)容等。構(gòu)建完善的教學體系，更新教學理念和教學內(nèi)容，改革教學方法，不斷探索新的教學模式，對培養(yǎng)復合型，創(chuàng)新型與應用型的人才具有十分重要的意義。