吳艷光，杜飛鵬，張云飛，劉 輝，張 橋

(武漢工程大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073)

應(yīng)用型材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)的新探討

吳艷光，杜飛鵬，張云飛，劉 輝，張 橋

(武漢工程大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073)

材料化學(xué)是一門交叉科學(xué)，文章針對傳統(tǒng)的材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主研學(xué)能力和創(chuàng)新應(yīng)用能力的問題，依據(jù)我校材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)的多年經(jīng)驗，從實驗教學(xué)的內(nèi)容、自主實驗教學(xué)的方法、綜合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)和考核方式等方面，對培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力、科研能力和創(chuàng)新意識的新教學(xué)模式進行了探討。新的教學(xué)模式不僅能提高學(xué)生的實驗興趣、主觀能動性以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的應(yīng)用能力，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)靈感和探索精神。

材料化學(xué)；實驗教學(xué)；應(yīng)用型人才；改革

材料化學(xué)專業(yè)是研究材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用的科學(xué)，它從化學(xué)的角度探索材料的微觀結(jié)構(gòu)對其宏觀性能的影響。材料化學(xué)專業(yè)是我國許多高等學(xué)校開設(shè)的重要專業(yè)，是打造出系統(tǒng)掌握材料科學(xué)的基本理論和技能，能在材料科學(xué)與工程及其相關(guān)領(lǐng)域從事科研、教學(xué)和管理工作的材料化學(xué)高級應(yīng)用型人才[1]。材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生必須有寬口徑的材料學(xué)基礎(chǔ)知識和化學(xué)理論，同時又必須具有現(xiàn)代化儀器操作技能和創(chuàng)新能力，善于創(chuàng)造性地把化學(xué)理論及材料學(xué)基礎(chǔ)知識成功地轉(zhuǎn)化為科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)力[2]。材料化學(xué)專業(yè)實驗是材料化學(xué)專業(yè)課程的重要組成部分，其目標不僅要傳授學(xué)生掌握材料化學(xué)常規(guī)的實驗方法和技能，訓(xùn)練學(xué)生敏銳的觀察和分析問題的能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生具備嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新思維[3]。武漢工程大學(xué)2005年建立了材料化學(xué)專業(yè)，經(jīng)過多年的實驗教學(xué)探索，建立了以前沿科學(xué)研究融入至材料化學(xué)專業(yè)實驗的新型教學(xué)模式、教學(xué)方法以及先進的實驗室教學(xué)管理辦法，更好的培養(yǎng)我校材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的實驗探索能力和創(chuàng)新思維。下面，結(jié)合本校多年來材料化學(xué)專業(yè)的辦學(xué)經(jīng)驗和基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標要求，主要就專業(yè)實驗教學(xué)方面做一些探索和研究。

1 材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系的發(fā)展特點

材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)在專業(yè)教學(xué)活動中具有重要的作用，它是培養(yǎng)學(xué)生理論知識的應(yīng)用能力、鍛煉職業(yè)和崗位技能、實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[4]。材料化學(xué)專業(yè)實驗是在學(xué)生開設(shè)了化學(xué)基礎(chǔ)課和材料化學(xué)專業(yè)主干課，并進行了基礎(chǔ)化學(xué)實驗后開設(shè)的課程[5]。其主要特點有：(1)面向大材料的實驗課程體系。美國國家研究委員會的專題報告強調(diào)，材料科學(xué)與工程本科生的課程應(yīng)盡可能強調(diào)學(xué)習(xí)和研究各種材料，正確評價各類材料之間的競爭關(guān)系，應(yīng)讓學(xué)生從總體上去理解材料科學(xué)與工程[6]。而材料化學(xué)專業(yè)實驗是根據(jù)大材料為目標，在材料化學(xué)基礎(chǔ)課程上開設(shè)的專業(yè)課程；(2)能體現(xiàn)科研與應(yīng)用能力培養(yǎng)的密切聯(lián)系。材料化學(xué)專業(yè)實驗與科學(xué)研究課題結(jié)合緊密，如材料化學(xué)專業(yè)綜合實驗是將專業(yè)理論知識運用到相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和實際生產(chǎn)中，在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，提高學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。(3)多層次實驗體系。材料化學(xué)專業(yè)實驗包括基礎(chǔ)技能型、設(shè)計型以及綜合型等多個層次，每個層次的側(cè)重點以及培養(yǎng)目標均有所差別。

材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系設(shè)置以加強對材料化學(xué)專業(yè)知識的理解和應(yīng)用，加強專業(yè)實踐技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為目標。其教學(xué)理念，教學(xué)方法，實驗內(nèi)容以及考評制度等均是專業(yè)實驗教學(xué)改革和探討的內(nèi)容。

2 傳統(tǒng)材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)模式存在的不足

材料化學(xué)專業(yè)是一門理工科專業(yè)，其發(fā)展與當今科學(xué)技術(shù)的進步和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展具有很大的關(guān)系。材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)是國家實施大學(xué)生素質(zhì)教育、促進知識向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的重要而有效的科學(xué)途徑，其注重激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和主動探索科學(xué)實驗的精神，啟迪學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動手能力、分析和解決問題的能力[7]。目前，國內(nèi)許多高校開設(shè)了材料化學(xué)專業(yè)實驗，主要包括材料的合成與制備實驗、材料的加工與設(shè)計實驗以及材料的性能與測試實驗等，其內(nèi)容大部分是重復(fù)性和驗證性的實驗。然而，傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容、陳舊的教學(xué)材料、設(shè)備以及填鴨式的教學(xué)模式不足以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、創(chuàng)新思維和應(yīng)用能力。因此，在實驗教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及策略急需優(yōu)化和改革，讓學(xué)生能自主去學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，讓學(xué)生在“學(xué)會”的基礎(chǔ)上上升到“會學(xué)”和“會用”的高度，于是，改革現(xiàn)在材料化學(xué)專業(yè)實驗陳舊的教學(xué)模式是培養(yǎng)出適用新世紀應(yīng)用創(chuàng)新性人才急需解決的問題[8-9]。近年來，我校及其他學(xué)校均積極進行了實驗教學(xué)改革與有利的探討，摸索出了許多新型的教學(xué)模式和教學(xué)方法[10]。

3 應(yīng)用型材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)模式的建立

3.1 改革專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的材料化學(xué)專業(yè)實驗內(nèi)容是一些基礎(chǔ)技能的培訓(xùn)和經(jīng)典的實驗項目，不能反映出材料化學(xué)專業(yè)的新知識、新技術(shù)對其發(fā)展的要求。因此，要改革優(yōu)化傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容，增加一些應(yīng)用型、設(shè)計型和綜合型的新實驗內(nèi)容。在優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容時，需要遵循以下幾個方面的依據(jù)：(1)材料化學(xué)專業(yè)實驗內(nèi)容應(yīng)盡量豐富，包括高分子材料、無機非金屬材料和金屬材料等，充分的體現(xiàn)專業(yè)寬口徑人才培養(yǎng)模式；(2)不要與基礎(chǔ)實驗的有關(guān)內(nèi)容重復(fù)，注重各種材料功能改性、性能測試分析以及新技術(shù)鄰域的應(yīng)用；(3)必須結(jié)合材料化學(xué)科學(xué)研究前沿，注重實驗設(shè)備、技術(shù)的先進性；(4)以設(shè)計型、綜合型實驗為主，重點培養(yǎng)學(xué)生的實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。如我校材料化學(xué)專業(yè)實驗在增加了一些新型碳材料、能源材料、功能膜材料、熱電材料以及高性能工程材料的基礎(chǔ)上，同時將熱分析儀、納米粒度儀、X-射線衍射儀、掃描電鏡、萬能試驗機以及電化學(xué)分析儀等先進設(shè)備的應(yīng)用融入到實驗中去，使學(xué)生在日后畢業(yè)論文和科研工作中對材料的檢測技術(shù)的應(yīng)用提前打下良好的基礎(chǔ)。

3.2 建立一支高效的教師隊伍

教師是引領(lǐng)、指導(dǎo)和管理學(xué)生日常學(xué)習(xí)進程、提高學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要力量。高效、專業(yè)的教師隊伍在專業(yè)實驗教學(xué)過程中的作用至關(guān)重要。材料化學(xué)專業(yè)實驗涉及到的內(nèi)容寬廣、科學(xué)交叉性強，學(xué)生要在短暫的實踐內(nèi)掌握老師傳授的實驗教學(xué)內(nèi)容并非易事，因此，具備專業(yè)知識扎實、專業(yè)技能深厚的實驗教學(xué)隊伍是必不可少的。針對此問題，我們應(yīng)對專業(yè)實驗教師隊伍進行重組，改革以往教師組成單一的不利局面，組建一支高學(xué)歷、專業(yè)性強且在科研領(lǐng)域經(jīng)驗豐富的實驗教學(xué)教師隊伍。例如，可將之前分管一些高端先進設(shè)備的老師納入到實驗教學(xué)老師隊伍中，因為他們具備專業(yè)的設(shè)備測試技能，可指導(dǎo)學(xué)生材料測試實驗課程。專業(yè)、高效的師資隊伍才能培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實驗技能、提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐應(yīng)用能力。

3.3 專業(yè)實驗教學(xué)與科研互動結(jié)合

專業(yè)實驗必須能有利于培養(yǎng)學(xué)生將化學(xué)、材料學(xué)科的理論知識轉(zhuǎn)化為科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的能力，使學(xué)生具備現(xiàn)代化儀器設(shè)備的操作技能和創(chuàng)新能力。常規(guī)的實驗缺乏科學(xué)研究的系統(tǒng)性和連貫性，與現(xiàn)實生產(chǎn)技術(shù)脫離較遠。因此，將最新的材料學(xué)科研究成果引入至專業(yè)實驗教學(xué)體系中，擴大學(xué)生的知識面，開闊學(xué)生的科學(xué)視野，是培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型高級技術(shù)人才的必要途徑。實驗教學(xué)過程中，可以依托國家級、省級或校級重點實驗室，以及各專業(yè)科研教師的自然科學(xué)基金項目或與企業(yè)簽訂的橫向項目支持，來保證給學(xué)生開展優(yōu)質(zhì)的材料化學(xué)專業(yè)實驗。堅持專業(yè)實驗與科研及生產(chǎn)實踐相結(jié)合，鼓勵相關(guān)專業(yè)老師吸納本科生直接參與科研實驗過程，以此來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和潛能，豐富專業(yè)實驗的內(nèi)容，為學(xué)生提供良好的實驗環(huán)境。

3.4 建立開放式的專業(yè)實驗教學(xué)模式

“自主開放式”專業(yè)實驗教學(xué)是一種新型的實驗教學(xué)模式，即結(jié)合教師的科研課題，學(xué)生通過自主參與探索研究，使研究成果轉(zhuǎn)換成本科專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好進行選題，綜合運用之前學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)知識，自主設(shè)計實驗方案，并完成實驗過程，主動發(fā)現(xiàn)、解決研究過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題。例如，在涉及到材料測試方法的實驗課程時，學(xué)生除了掌握一些先進設(shè)備如X-射線衍射儀、紅外/紫外光譜儀、掃描電子顯微鏡等的基本原理和簡單用途之外，還可以利用課余時間參與到使用這些儀器設(shè)備的科研實驗中，進一步掌握該儀器的具體操作、測試時碰到簡單問題的解決方法以及儀器的維護保養(yǎng)等知識。

專業(yè)實驗課教師基本都是學(xué)校的科研骨干，其研究的課題一般均具新穎性、探索性、前沿性和系統(tǒng)性的特點。因此，學(xué)生在課余時間，可主動找相關(guān)老師進行請教，完成自己專業(yè)實驗研究，這不僅有利于學(xué)生緊跟科研熱點和激發(fā)自己的科研潛能，更有利于提高學(xué)生的科研素養(yǎng)和專業(yè)實驗的教學(xué)效果。此外，在實施“自主開放式”專業(yè)實驗教學(xué)的計劃時，我們必須要做好“自主開放式平臺的搭建”、“實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的制定”以及“科學(xué)完善的能力評定體系”三個環(huán)節(jié)。近幾年來，武漢工程大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)在開放式實驗教學(xué)方面做了不少工作，也取得了較好的成效。本專業(yè)每屆均有不少本科生參與到了老師的科研課題中，提高了學(xué)生的科研興趣和科研能力，畢業(yè)后大部分學(xué)生進入了更好的學(xué)校繼續(xù)深造。

3.5 完善專業(yè)實驗室管理體制

隨著學(xué)生數(shù)量的增加和培養(yǎng)要求的提高，本科生實驗較多，學(xué)生人數(shù)和指導(dǎo)教師也較多，實驗室出現(xiàn)使用混亂、儀器設(shè)備使用效率低以及衛(wèi)生條件差的現(xiàn)象常有發(fā)生。因此，制定出科學(xué)完整的實驗室管理體制是保證教學(xué)和科研質(zhì)量的必要途徑。例如，實驗室儀器和藥品的采購管理辦法、實驗室開放管理辦法以及實驗室日常管理條例等規(guī)章制度必須制定完整。儀器設(shè)備作為學(xué)校的固定資產(chǎn)，必須確保固定資產(chǎn)卡片、賬目以及實物的一致性。每臺設(shè)備必須有使用情況記錄本，詳細記錄每次使用時的具體時間、使用人以及設(shè)備的運行情況等內(nèi)容，并定期有專人進行檢查。此外，每臺儀器必須落實到個人進行保養(yǎng)、維護和檢查管理。只有健全、科學(xué)和系統(tǒng)的一套實驗室管理體制才能保證實驗室安全、正常的高效運行，才能提高實驗教學(xué)和科學(xué)研究的質(zhì)量。

4 構(gòu)建科學(xué)的考評制度，提高實驗教學(xué)質(zhì)量

構(gòu)建科學(xué)的考評制度能有效的促進專業(yè)實驗教學(xué)效果，對學(xué)生的實驗課程評估應(yīng)采取多元化和實驗全過程的評定方法，即最終總成績應(yīng)主要包括：實驗預(yù)習(xí)(占20%)、實驗過程(占50%)和實驗報告(占30%)三個學(xué)習(xí)部分的成績。(1)實驗預(yù)習(xí)，該階段由老師課前查看預(yù)習(xí)報告，主要考察學(xué)生的文獻查閱能力等準備工作以及檢查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度；(2)實驗過程，該部分成績占最終成績的50%比率，由指導(dǎo)教師現(xiàn)場觀察和記載。主要考察學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、動手能力、觀察能力、對專業(yè)知識的運用能力和解決實際問題的能力；(3)實驗報告，由教師課后評閱，主要考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，材料的撰寫能力和書寫的態(tài)度。

對于開放性的設(shè)計實驗，學(xué)生在老師的幫助下選取課題、設(shè)計實驗，自主完成實驗以及最后提交實驗報告，指導(dǎo)老師會從上述各部分分別進行評定，最后綜合給出總成績。科學(xué)、規(guī)范、標準化的成績評定體系能有效的調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，大大的提高專業(yè)實驗的教學(xué)效果。

5 結(jié)束語

材料化學(xué)專業(yè)是隨著時代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展而產(chǎn)生的一個新型專業(yè)，每一個學(xué)校的專業(yè)特色和側(cè)重點不一樣，但經(jīng)過改革優(yōu)化實驗教材的內(nèi)容、重組實驗教學(xué)人員、加強科研與專業(yè)實驗的緊密結(jié)合、探索出新型的開放式實驗教學(xué)模式以及制定出系統(tǒng)、科學(xué)、健全的實驗室管理體制，均能不同程度的提高材料化學(xué)專業(yè)實驗的教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)效果。實驗教學(xué)思想觀念、教學(xué)手段和方法以及科學(xué)的教學(xué)管理制度的改革和實踐，不僅有利于拓寬學(xué)生的專業(yè)知識面，提高其科研技能，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科研素養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力。

[1] 王麗梅.基于創(chuàng)新應(yīng)用型人才培養(yǎng)的高分子化學(xué)實驗教學(xué)體系建設(shè)[J].高分子通報，2012(9)：97-100.

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[10] 李書明，沈 秀，戎紅仁.高校實驗教學(xué)隊伍建設(shè)的探索[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2012(4)：85-86.

(本文文獻格式：吳艷光，杜飛鵬，張云飛，等.應(yīng)用型材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)的新探討[J].山東化工,2017,46(7):169-170,172.)

New Exploring on Experiment Teach of Material Chemistry Speciality and Its Function on Application

WuYanguang,DuFeipeng,ZhangYunfei,LiuHui,ZhangQiao

(School of Materials Science and Engineering, Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430073, China)

Materials chemistry is a cross science，and this paper aims at the problem that the traditional material chemistry experimental teaching mode is not conducive to the cultivation of students' ability of independent study and innovation. On the basis of many years' experience in experimental teaching of material chemistry in our university, this paper explored new teaching mode from four as-pects, these are the experiment teaching content, independent experiment teaching method, the training and examination methods of comprehensive application talents. This teaching mode aims to pay attention to cultivate students’ experimental ability, scientific research ability and innovation consciousness. The new teaching mode can not only improve the students' experimental interesting, subjective initiative and the ability to find and solve problems,but also stimulate students' learning inspiration and exploration spirit.

material chemistry; experiment teaching; application talents; reform

2017-02-21

武漢工程大學(xué)2016年教學(xué)研究項目“基于應(yīng)用型材料化學(xué)本科專業(yè)實驗實踐教學(xué)體系的改革和構(gòu)建研究” (編號：X2016013)

吳艷光(1983—)，男，湖北咸寧人，博士，講師，材料化學(xué)專業(yè)副主任，主要從事功能高分子材料的研究與教學(xué)工作。

G642

B

1008-021X(2017)07-0169-02