朱超，彭湘紅

（江漢大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430056）

基于群體創(chuàng)新的大學生自主設計性實驗體系

朱超，彭湘紅

（江漢大學化學與環(huán)境工程學院，湖北武漢430056）

以高分子材料與工程專業(yè)特色與江漢大學服務地方的發(fā)展戰(zhàn)略為出發(fā)點，以高分子材料與工程專業(yè)的“綜合性實驗”和“材料產品設計”兩門實驗課程為基礎，從設計理念、目標、組隊機制、研究方向選擇機制等方面系統介紹了基于群體創(chuàng)新的高分子材料類大學生自主設計性實驗體系的架構。這一體系的運行，可以充分鍛煉大學生的群體創(chuàng)新能力，提高大學生的工程創(chuàng)新能力。

教學改革；群體創(chuàng)新；自主設計性實驗體系；高分子材料與工程

高分子材料與工程是實踐性很強的專業(yè)，其科學研究、產品設計和生產管理要求良好的團隊協作和群體創(chuàng)新能力。本項目以高分子材料與工程專業(yè)的“綜合性實驗”和“材料產品設計”兩門實驗課程為基礎，對高分子材料與工程實驗進行了初步的改革、探索、創(chuàng)新與實踐，建立了基于群體創(chuàng)新和團隊協作的高分子材料與工程專業(yè)大學生自主設計性實驗體系。該體系要求學生在教師指導下，綜合運用所學的高分子化學、高分子物理、高分子加工、功能高分子材料、高分子材料改性等專業(yè)知識，查閱相關資料，自行設計實驗方案，系統完成高分子分子設計、高分子合成、高分子材料加工、高分子材料改性及應用性能表征等實驗內容，并能較好運用所學的專業(yè)知識解決實驗中遇到的問題，能較好的解釋實驗現象和實驗結果。該方案以學生的實踐技能訓練為主要內容，以學生的工程思維培養(yǎng)為主體，全面培養(yǎng)學生的動手能力，創(chuàng)新思維能力，綜合運用知識的能力和分析問題、解決問題的能力，幫助學生了解自己的知識缺陷和人格缺陷并及時有效地彌補以更好地應對未來的挑戰(zhàn)［1］。

1 實驗體系的設計思路

建立群體創(chuàng)新實驗體系是基于群體創(chuàng)新［2-6］和團隊協作的高分子材料與工程專業(yè)大學生自主設計性實驗體系的核心。其具體設計思路是：建立基礎高分子化學與物理實驗、高分子加工成型實驗、高分子綜合實驗、高分子產品設計、學生科研和畢業(yè)論文等不間斷的實踐體系，使之具有課內實驗和課外實踐兩個渠道，基礎、提高和創(chuàng)新3個層次，文獻綜合、研究方案設計、研究實施和研究報告與答辯4個環(huán)節(jié)的特點。

2 實驗體系的培養(yǎng)目標

探索群體合作式、環(huán)節(jié)貫通式、項目互動式和立體輻射式的群體創(chuàng)新人才培養(yǎng)實踐的實現模式，逐步發(fā)展面向高分子材料與工程專業(yè)學生群體的合作式學習與實踐創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。具體做法是：基于“興趣分群體，群體組團隊，團隊顯特長”為群體創(chuàng)新特征的思想［7］，從主動學習與實踐的基礎出發(fā)，針對高分子材料與工程專業(yè)課程設計、專業(yè)實習、畢業(yè)設計、課外科技活動等集中性實踐環(huán)節(jié)［8］的特點，進行跨環(huán)節(jié)“面—線—點”貫通式培養(yǎng)。

該實驗體系以教師的科研方向為主導，幫助學生認知高分子材料的先進發(fā)展方向，為其未來的發(fā)展提供專業(yè)指導。通過該體系的補充，形成了高分子材料與工程專業(yè)實驗項目的3個層次：基本技能實驗、綜合性實驗、創(chuàng)新性實驗，給學生提供了一個自主學習自主實驗的平臺、機會，學生可以系統地掌握高分子材料的制備及性能表征的方法，完善了知識結構，培養(yǎng)了工程創(chuàng)新能力。

3 實驗體系的團隊組隊機制

3.1 團隊組隊原則與核心

團隊遵循自由組合的原則，人數以3～5人為宜，人數過多管理不易，過少體現不出協同作用。以特優(yōu)生和專長生為團隊的核心，加強團隊的能力和執(zhí)行力培養(yǎng)，提前步入導師制培養(yǎng)階段，即針對每個特優(yōu)生和專長生的特點，指派專人專職負責，并以團隊領導的要求進行培養(yǎng)，實現尖子生的亮點培養(yǎng)。

3.2 團隊組成方式與結構

在組隊過程中必須考慮成員知識基礎、興趣、個性、配合程度、參與意愿等，比如將有相同就業(yè)預期的同學進行組合，將希望讀研讀博進一步深造的同學根據研究興趣和將來可能的研究方向進行組合。一般而言，基于共同目標而形成的團隊，更容易獲得成功。

按照“特長分群體，群體組團隊，團隊顯特長”的指導思想，將不同背景的學生分成若干小組，如文獻小組、方案小組、合成實驗小組、性能檢測小組、研究報告小組、研究答辯小組等。然后從每個小組里面抽出1人組成一個特長不同、能力互補的團隊。每個團隊從零開始，在教師指導下，綜合運用所學的高分子化學、高分子物理、高分子加工、功能高分子材料、高分子材料改性等專業(yè)知識，查閱相關文獻，自行設計實驗方案，系統完成高分子設計、合成，高分子材料加工、改性及應用性能表征等實驗內容并撰寫研究總結、以答辯形式進行成果展示。

4 實驗體系的實施與效果

4.1 實驗體系的基本結構

該實驗體系的研究方向選擇機制采取必選與任選相結合的模式，貫徹因材施教、個性培養(yǎng)的原則，充分發(fā)揮教師的主導作用。表1為2010級高分子材料專業(yè)學生自主設計的實驗體系實驗項目設置。

必選項目面向高分子材料與工程的全體學生，采用大班教學的方式，重點鞏固高分子材料與工程的基本知識與理論，訓練高分子材料與工程的基本研究方法和基本實驗技能。必選的大班教學在全部課時里占60%的比例，這是被動的學習和接受的過程。這樣的方式是必需的也是有效率的。

在必選的實驗項目中，為了貫徹因材施教、個性培養(yǎng)的原則，尊重不同背景、不同未來預期的同學，準備了兩個模塊：模塊一為綜合+綜合+設計；模塊二為綜合+設計+設計。未來預期非本專業(yè)就業(yè)的同學可以選擇模塊一，而未來希望本專業(yè)方向就業(yè)或繼續(xù)深造的同學可以選擇模塊二。必選的綜合實驗是具有工程特色的綜合性實驗項目，其目的是加強學生的工程能力和綜合分析能力的培養(yǎng)，如苯乙烯聚合的綜合實驗，從單體的精制、引發(fā)劑的精制、苯乙烯的聚合方法的選擇、苯乙烯的聚合、聚苯乙烯的成型加工再到綜合應用毛細管粘度計、紅外光譜、差示掃描量熱儀（DSC）、熔融指數儀、萬能材料實驗機等測試儀器對高分子相對分子質量、聚合物分子結構、聚合物玻璃化溫度、聚苯乙烯材料的熱性能、機械性能等性質進行表征，加深結構與性能之間關系的理解。綜合實驗項目將理論與工程相結合，提高學生的工程能力，幫助學生進一步掌握實驗程序、熟練使用有關儀器設備、深化對高分子化學與物理基本知識和基本理論的掌握、熟練基本實驗技術、初步嘗試科學研究方法，為下一步的任選設計性實驗熱身。

表1 高分子材料專業(yè)學生自主設計的實驗項目設置表Tab.1Experimental projects of independent designing experimental system by college students

4.2 實驗體系的實施效果

高分子材料與工程專業(yè)要在學科專業(yè)上形成特色，必須按照“理論基礎與工程實踐相結合、專業(yè)能力與綜合素質相促進、學科知識與創(chuàng)新意識相匹配”的原則，以市場需求為導向，以綜合素質培養(yǎng)和工程實踐訓練相結合的原則改進高分子材料與工程專業(yè)的創(chuàng)新實驗培養(yǎng)方案。表2總結了江漢大學創(chuàng)新實驗研究選題機制與目的。

表2 創(chuàng)新實驗研究選題機制與目的Tab.2Mechanism and purpose of research topic selection in innovation experiment system

設計性實驗以學生為主體，教師為導向，教師根據自己的研究方向和項目，給出指導性的項目說明，學生團隊根據自己的興趣能力等進行抉擇，每組任選一題，收集有關資料，自行設計研究方案，自行選擇原料、設備與表征方法，并進行實驗、表征并寫出報告。在自主選題方面，充分發(fā)揮學生的想象力、積極性和創(chuàng)造力，可以對教師給出的子課題進行發(fā)揮，教師給學生提供必要的技術支持與理論指導。教師的指導貫穿查找文獻、確定方案、合成與成型、性能檢測、研究總結、成果展示等整個研究過程。學生自主選題結合教師的研究項目，通過創(chuàng)新實驗與科研相結合，用高水平的科研可以帶動高分子材料與工程的實驗教學水平。

如江漢大學劉學清指導的“生物可降解無鹵阻燃塑料的制備和性能測試”來源于武漢市科技攻關項目，緊貼武漢市電子材料的阻燃材料市場需求，直接服務于武漢市地方經濟。這一開放性、創(chuàng)新性的科研子課題要求學生從無鹵阻燃劑的選擇開始，了解并選擇合適的可降解樹脂共混∕共聚基材如聚乳酸、聚己內酯或聚乙烯醇等生物可降解原料，學習高分子共混物的熔融制備方法并初探如何解決共混體系的相分離問題，熟悉聚合物熔融共混工藝；了解螺桿擠出機基本操作；掌握測試塑料阻燃性能的基本操作；掌握測定熱塑性聚合物熔體流動速度的方法。既強化了“三基”（基礎理論、基礎技能、基礎方法），又熟悉了一般的科研流程，也為即將到來的就業(yè)或深造進行了準備。

又如朱超等指導的“殼聚糖纖維的制備及其性能的測定”項目來源于與湖北中煙工業(yè)有限責任公司合作的橫向課題“新型可降解絲束濾嘴的開發(fā)及工藝研究”，是產學研結合的項目。要求學生了解甲殼素∕殼聚糖類天然高分子的結構特征和溶劑特性，掌握甲殼素∕殼聚糖的溶解方法和過程，掌握濕法紡絲的原理，了解濕法紡絲的設備，優(yōu)化濕法紡絲制備殼聚糖纖維的工藝，并對殼聚糖纖維的熱性能和機械性能進行表征。

另外，部分學生希望繼續(xù)攻讀碩博學位，他們希望在本科階段提前接觸科學研究的前沿領域，我們也為這部分同學提供了選擇。比如曹一平老師指導的“多功能三維形狀記憶高分子”項目，李曉勇、陳勝球團隊首次將該技術應用到形狀記憶聚乳酸（PLA）上，結合PLA及其共聚物具有優(yōu)良的生物可降解性和生物相容性等特點，并采用3D打印技術，設計并制備了多功能的三維形狀記憶聚乳酸3D模型。

5 結語

基于群體創(chuàng)新的高分子材料類大學生自主設計性實驗體系在提高全體學生素質［9］和推進群體創(chuàng)新人才培養(yǎng)的同時，也可以鍛煉和培養(yǎng)參與教師的團隊指導能力。這一體系推進以來，學生和教師的共同成長，構成了基于群體創(chuàng)新和團隊協作的高分子材料與工程專業(yè)大學生自主設計性實驗體系的雙贏局面。

（References）

［1］張立今.創(chuàng)新型高校建設的改革方向與發(fā)展路徑［J］.中國成人教育，2009，19：10-11.

［2］張興學，張朋柱.研討群體創(chuàng)新及其績效的研究評述與展望［J］.系統管理學報，2009，18（1）：89-94.

［3］羅茜，劉暢.基于媒介生態(tài)系統的大學生群體創(chuàng)新能力挖掘［J］.中小企業(yè)管理與科技，2011，1：142.

［4］李世偉.創(chuàng)新實踐教育與創(chuàng)新人才培養(yǎng)［J］.現代制造技術與裝備，2010，6：82-84.

［5］隋志剛，牟永貴.群體知識創(chuàng)新理論與高校創(chuàng)新人才的培養(yǎng)［J］.黑龍江高教研究，2009，11：141-142.

［6］程光旭.努力實現人才培養(yǎng)模式改革的新突破［J］.中國高等教育，2009（1）：24-27.

［7］江建軍，杜剛，馬新國，等.面向群體創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式的探索與實踐［J］.美中教育評論，2007，6：9-14.

［8］周莉萍.院系指導學生社團群體創(chuàng)新的實踐［J］.高等工程教育研究，2007，6：91-93.

［9］胡火金.教師隊伍建設與大學生創(chuàng)新素質的培養(yǎng)［J］.福建論壇：社科教育版，2011，12：197-198.

（責任編輯：葉冰）

Independent Designing Experimental System by College Students Based on Group Innovation

ZHU Chao，PENG Xianghong
(School of Chemistry and Environmental Engineering,Jianghan University,Wuhan 430056,Hubei,China)

Beginning with the feature of the major of polymer material&engineering and the developing strategy of Jianghan University which is serving for local area,based on comprehensive experiment curriculum and product designing curriculum of polymer material&engineering，from the aspects of design concept，chief goal，team arrangement and study areas,introduces the independent designing experimental system based on group innovation.The implement of the system will improve the students′group innovation ability and creative ability in engineering.

teaching reform；group innovation；independent designing experimental system；poly?mer material and engineering

TQ016；G642

A

1673-0143（2014）04-0094-04

2014-05-22

武漢市教育局教研資助項目（2011009）

朱超（1968—），男，副教授，博士，研究方向：功能高分子。