探索功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教改促進(jìn)本科生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

宋文利 張小娟 王昭 梁棟 趙媛 郝凌云

【摘要】本文以“功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競賽、科技創(chuàng)新項(xiàng)目”為內(nèi)容，以“實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革”為宗旨，總結(jié)了功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，并進(jìn)行思考與探索，提出了該門課程教學(xué)改革的一些思路和方法，最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的理論思考和實(shí)際動手能力，提升材料專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新素質(zhì)，成為高素質(zhì)應(yīng)用型人才。

【關(guān)鍵詞】功能材料? 實(shí)驗(yàn)課程? 創(chuàng)新型

【基金項(xiàng)目】金陵科技學(xué)院博士啟動基金（項(xiàng)目編號：jit-b-202027），“材料表面與界面優(yōu)秀課程”建設(shè)項(xiàng)目，2020年江蘇高?！扒嗨{(lán)工程”青中年學(xué)術(shù)帶頭人培養(yǎng)對象項(xiàng)目，江蘇省高校一流本科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目（材料科學(xué)與工程）。

【中圖分類號】G642;TB30-4? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）42-0185-02

功能材料是我國2021年發(fā)布的《“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)（草案）》中要重點(diǎn)支持和發(fā)展的學(xué)科方向，因此加快培育和發(fā)展新功能材料產(chǎn)業(yè)，支撐戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展，構(gòu)建國際競爭新優(yōu)勢具有重要的戰(zhàn)略意義。這也意味著對功能材料和材料科學(xué)與工程類專業(yè)的高等教育教學(xué)提出了更高的要求。功能材料是以基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)以及功能材料工程學(xué)為背景的交叉型學(xué)科，這種多元化交叉學(xué)科的特點(diǎn)相應(yīng)地要求高等教育人員設(shè)置專業(yè)課程方案時(shí)必須涵蓋化學(xué)、生物、物理、數(shù)學(xué)、工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)理論和實(shí)踐知識，才能快速培養(yǎng)出適應(yīng)材料相關(guān)行業(yè)和企業(yè)發(fā)展需要的高素質(zhì)材料人才[1]。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)中極其重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，主要目的是培養(yǎng)學(xué)生將所學(xué)理論知識鏈接實(shí)踐應(yīng)用的能力，逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題、獨(dú)立思考問題、發(fā)揮主觀能動性自主動手驗(yàn)證問題等一系列探索科學(xué)問題的研究思路[2]。《功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)》是專業(yè)限選實(shí)踐課程，大三下學(xué)期開課，學(xué)生已具備有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)與物理、材料分析和研究方法等專業(yè)基礎(chǔ)理論知識。課程設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于，學(xué)生可以結(jié)合所學(xué)的理論基礎(chǔ)知識更透徹地理解具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。課程內(nèi)容主要參考自編實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，比較全面地涵蓋了化學(xué)及物理分離沉淀法、熱堿（氫氧化鈉和碳酸鈉）分解法、溶液膠體凝膠法、本體聚合、化學(xué)交聯(lián)法等多種基本制備方法，還采用了紅外光譜儀、萬能拉力試驗(yàn)機(jī)和接觸角測量儀等各種精密的大型儀器設(shè)備對課內(nèi)所得的功能材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征及性能分析和探索，可為本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和出校后進(jìn)入材料相關(guān)企業(yè)工作做好的理論和實(shí)驗(yàn)上的準(zhǔn)備[3-4]。作者從事高分子化學(xué)與物理、生物材料制備與工藝、功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)教學(xué)工作具有一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，將就如何更好地開展基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，總結(jié)教學(xué)內(nèi)容和經(jīng)驗(yàn)，提出相關(guān)見解如下：

一、功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與改革思考

（一）多模式輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

功能材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生只通過實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書或者語言難以形成直觀認(rèn)知，材料表征的各種儀器設(shè)備的構(gòu)造、原理、基本使用等也難以通過簡單的圖文講解清楚。因此多模式輔助教學(xué)的應(yīng)用為現(xiàn)代的教學(xué)改革提供一個(gè)方便形象的工具。區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，多模式教學(xué)在向?qū)W生展示教學(xué)內(nèi)容的方面具有很好的效果，教師的講解更加具體化和形象化[4]。同時(shí)，多媒體課件、動畫視頻教學(xué)使得多種信息如實(shí)驗(yàn)描述性文字、實(shí)驗(yàn)裝置圖像和實(shí)驗(yàn)解說聲音可集于一體，內(nèi)容可以清晰地展示，最大限度地激發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作的興趣。教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容輪流選取同學(xué)參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，總結(jié)各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的現(xiàn)象和存在的問題。教師鼓勵學(xué)生自主錄制實(shí)驗(yàn)短片，結(jié)合課件介紹儀器的使用操作及注意事項(xiàng)，視頻和形象直接，調(diào)動學(xué)生實(shí)驗(yàn)熱情。

（二）培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力

學(xué)習(xí)該課程的學(xué)生通過對課程內(nèi)容的預(yù)習(xí)，在課前找到疑問。學(xué)生通過學(xué)院開設(shè)的科學(xué)信息檢索相關(guān)課程學(xué)習(xí)，具備較高的信息素養(yǎng)，可以充分利用網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)資源絡(luò)進(jìn)行檢索，積極就疑問進(jìn)行總結(jié)、交流和探討。引導(dǎo)學(xué)生充分利用學(xué)校的數(shù)字圖書館和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫，拓展學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)知識的途徑，加強(qiáng)檢索相關(guān)文獻(xiàn)的訓(xùn)練，鼓勵學(xué)生獨(dú)立思考自己或同學(xué)提出的疑問，形成具體解決方案，化被動接受為主動獲取。課上讓學(xué)生組織實(shí)驗(yàn)小組討論，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新的興趣，總結(jié)實(shí)驗(yàn)中遇到的關(guān)鍵問題，鼓勵學(xué)生自發(fā)找尋感興趣的創(chuàng)新性研究方向，擴(kuò)充本科生的專業(yè)理論和實(shí)踐知識的涉及面、提高他們的動手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，借此課程實(shí)現(xiàn)對課堂教室里所學(xué)材料知識的深層次理解，這比傳統(tǒng)方法更能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（三）依托本科生導(dǎo)師制，開展科研訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生提出創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

針對本校學(xué)生特點(diǎn)，探索建立一種新型培養(yǎng)人才的模式。教師充分利用課堂以外的時(shí)間指導(dǎo)本科生開展科研訓(xùn)練，將學(xué)生作為科研助手，實(shí)現(xiàn)教師開展科研實(shí)驗(yàn)教學(xué)與學(xué)生積極參與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的共贏結(jié)果。這種培養(yǎng)模式將本科生參與課外科研實(shí)驗(yàn)的積極性和教師科研指導(dǎo)有機(jī)結(jié)合起來，最大限度地提高教師的教學(xué)科研效率，調(diào)動學(xué)生參與科學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性。

二、以課程上的教學(xué)改革促創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)

通過課程教改，不僅可以使教學(xué)內(nèi)容更加豐富，也賦予了它更多的科學(xué)創(chuàng)新性和研究方向上的前瞻性。此外，課程教學(xué)改革還可以最大限度地激發(fā)學(xué)生積極探索創(chuàng)新性科學(xué)問題的興趣。教師在實(shí)驗(yàn)課上有目標(biāo)地帶領(lǐng)學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)過程中看到的現(xiàn)象，及時(shí)記錄觀察中提出的問題，篩選出學(xué)生感興趣的科學(xué)問題，有針對性地進(jìn)行科學(xué)問題研討，并鼓勵學(xué)生整理討論結(jié)果，參加創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)競賽。在此過程中，學(xué)生會對探究科學(xué)問題產(chǎn)生興趣，對相關(guān)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競賽產(chǎn)生向往，并會將這份參賽熱情和創(chuàng)新研究成果反饋到實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中，最終形成這么一個(gè)良性閉環(huán)：課程—競賽—科研三者互相促進(jìn)和影響。在這個(gè)閉環(huán)下，功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程、科研創(chuàng)新與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競賽會有機(jī)結(jié)合，這也極大地提高了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新課程在功能材料人才培養(yǎng)方案中發(fā)揮的影響力[5]，如圖1所示。

以科研融入教學(xué)的改革思路，將教師的相關(guān)科學(xué)研究、教育教學(xué)改革上的成果成功引入到基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中，擴(kuò)充創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容，在這種思路的默默影響下，學(xué)生的科研思維和系統(tǒng)研究科學(xué)問題的方法會得到充分鍛煉。相關(guān)教師在教學(xué)內(nèi)容里增加部分自己的科研項(xiàng)目可以顯著加強(qiáng)教師和學(xué)生課堂上的互動和交流，教師與學(xué)生為探討共同問題而相互了解。這種師生互動能拉近距離，便于教師在教學(xué)語言和方式上充分調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)新思維意識，啟迪學(xué)生的思考能動性。最終教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮了更大的影響力，不僅提升了課堂上的教學(xué)效果，也提高了實(shí)踐創(chuàng)新課程的教育教學(xué)質(zhì)量。

同時(shí)，本人計(jì)劃在材料制備及工藝實(shí)驗(yàn)室建立了本科生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)室，嘗試將該教學(xué)室對相關(guān)專業(yè)學(xué)生隨時(shí)開放，促進(jìn)“江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目”和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展。這些創(chuàng)新項(xiàng)目獲得了省市和學(xué)校的充分資助，學(xué)生在參與項(xiàng)目研究的過程中可以發(fā)揮他們的科研潛力和動手能力。教師可以充分利用研究成果，鼓勵學(xué)生參與各類實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競賽，進(jìn)一步提升本科生對創(chuàng)新型科研項(xiàng)目的興趣。此外，學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競賽和科研項(xiàng)目中拓展出的探索和解決問題的新方法和新思路，可以豐富基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教育和教學(xué)內(nèi)容，從而擴(kuò)充教學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置，促進(jìn)教學(xué)改革。最重要的是，培養(yǎng)本科生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中積極探索研究科學(xué)問題的思維，訓(xùn)練系統(tǒng)的科學(xué)研究方法，為學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)入材料領(lǐng)域，從事新材料研究工作打好基礎(chǔ)，進(jìn)而培養(yǎng)出高質(zhì)量和高素質(zhì)的綜合型新材料人。

三、總結(jié)

綜上所述，功能材料作為一門新興交叉學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，對于立足于材料尤其是功能材料專業(yè)的學(xué)生來說，對課程的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式上必須進(jìn)行一系列的優(yōu)化和創(chuàng)新，以適應(yīng)人才培養(yǎng)與學(xué)科發(fā)展的要求。我們針對功能材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、模式進(jìn)行了探索和研究，并提出具體的可行性改革方法，期望通過該課程教學(xué)改革讓學(xué)生在充分地理解理論基礎(chǔ)知識的同時(shí)，提高利用所學(xué)理論指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的動手操作能力，引導(dǎo)學(xué)生自主探索科學(xué)問題，進(jìn)而培養(yǎng)出理論基礎(chǔ)知識牢固、實(shí)驗(yàn)操作能力優(yōu)秀、具有探索創(chuàng)新科學(xué)問題思維的優(yōu)秀材料人才。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

宋文利（1983年-），女，講師，博士，研究方向?yàn)樯锕δ懿牧稀?/p>

郝凌云（1966年-），女，教授，博士，研究方向?yàn)楣δ懿牧稀?/p>