王顯威， 朱倩倩， 王小二， 劉一璞， 劉 慧， 徐林海， 賈鵬博

(河南師范大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院， 河南 新鄉(xiāng) 453007)

功能材料專業(yè)研究型實驗教學(xué)模式探索

王顯威， 朱倩倩， 王小二， 劉一璞， 劉 慧， 徐林海， 賈鵬博

(河南師范大學(xué) 物理與材料科學(xué)學(xué)院， 河南 新鄉(xiāng) 453007)

實驗教學(xué)是功能材料專業(yè)重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，需要努力提高學(xué)生對實驗教學(xué)的興趣，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)他們的實驗素養(yǎng)。結(jié)合研究型實驗和功能材料專業(yè)的特點，本文提出了具有功能材料專業(yè)特色的基于課題型的研究型實驗教學(xué)模式。從新教學(xué)模式開展的必要性及開展方式等方面進行闡述，并對其教學(xué)效果及存在問題進行了分析與討論。在實踐教學(xué)中，該教學(xué)模式充分調(diào)動了學(xué)生主動探索的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲兴季S習(xí)慣和團隊協(xié)作精神；同時還達到了優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，豐富實踐經(jīng)驗，強化綜合能力的目的。該模式得到老師和同學(xué)的廣泛認(rèn)可，取得了良好的教學(xué)效果。

教學(xué)模式； 研究型實驗； 實驗教學(xué)； 功能材料

0 引 言

國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要要求：堅持能力為重。為適應(yīng)現(xiàn)代社會對學(xué)生能力的要求,實驗教學(xué)成為本科教學(xué)中一個重要的環(huán)節(jié)和手段[1-3]，特別是在學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面具有重要的作用，因此高等院校對學(xué)生進行基本的科研實驗訓(xùn)練將成為必修課程[4-9]。如何逐步提高學(xué)生對科研實驗的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的科研實驗素養(yǎng)成為實驗教學(xué)過程中的關(guān)鍵。

功能材料專業(yè)為2010年教育部為適應(yīng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求而特設(shè)的專業(yè)，我院于2011年申請了該新專業(yè)。功能材料專業(yè)主要培養(yǎng)學(xué)生掌握功能材料的基礎(chǔ)和專業(yè)知識，力求培養(yǎng)能在功能材料的制備、改性、加工成型及應(yīng)用等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計、生產(chǎn)等方面的優(yōu)秀創(chuàng)新型人才，其需要很好地將理論與實驗相結(jié)合，實驗教學(xué)研究顯得尤為重要。為了使高年級功能材料專業(yè)的學(xué)生能夠掌握基本的科學(xué)研究方法和養(yǎng)成基本的科學(xué)素養(yǎng)，我院功能材料專業(yè)根據(jù)專業(yè)特點開展了基于課題型的研究型實驗，最大限度發(fā)揮本院的師資優(yōu)勢，我們在開設(shè)研究型實驗過程中采用了具有科學(xué)性、先進性、前沿性、可行性、開放式等特點的基于課題型的實驗教學(xué)模式[10]。

學(xué)生在一些備選課題中自主選題后，實驗過程中不受實驗課時和本科教學(xué) 實驗資源的限制，擺脫了傳統(tǒng)實驗教學(xué)中時空觀念的束縛，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性和主動探索的積極性，從而更好的發(fā)揮學(xué)生所學(xué)的知識及掌握。進而展開更好的科研思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的團隊協(xié)作意識、自主學(xué)習(xí)能力、搜集文獻資料的能力、實地動手操作能力，以及根據(jù)已有知識和技能分析、解決問題的能力[11-12]。這種實驗教學(xué)模式可以很好地優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，豐富實踐經(jīng)驗，強化能力培養(yǎng)，更有利于培養(yǎng)社會所需要的應(yīng)用型與研究型人才。

1 實施基于課題型的研究型實驗教學(xué)的必要性

在傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法中，雖是學(xué)生動手做實驗，但卻是教師主導(dǎo)整個實驗教學(xué)過程。學(xué)生只是按照老師的指示機械地完成實驗任務(wù)，在整個實驗過程中缺乏獨立思考環(huán)節(jié)，不能發(fā)揮主動性，科研思維和創(chuàng)新思維也不易得到很好地訓(xùn)練，更不用說對實驗提出創(chuàng)新性的見解。這種被動接受知識的教學(xué)模式不能實現(xiàn)實驗教學(xué)的最初宗旨[13]。此外，在整個實驗過程中學(xué)生并不知道實驗內(nèi)容是如何篩選的，對實驗內(nèi)容的理解也是模棱兩可，只是在老師的指導(dǎo)下，學(xué)生參與實驗材料的準(zhǔn)備和實驗過程的操作。學(xué)生抱著聽實驗課的心理去上實驗課，在沒有自主思考只聽從安排的實驗過程中，自然會出現(xiàn)對實驗講義生搬硬套的情況，故在實驗過程中即使出現(xiàn)錯誤學(xué)生也難以發(fā)覺。如此一來，學(xué)生失去了探索新知識的欲望，也使得學(xué)生對實驗教學(xué)喪失了興趣，科研思維和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)也成為無稽之談。因此，要培養(yǎng)出有思想、有活力、敢創(chuàng)新、有能力的高素質(zhì)人才，我們需要擺脫傳統(tǒng)教育觀念的束縛，改善傳統(tǒng)的教學(xué)方式。徹底改變傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式，堅守以學(xué)生為主導(dǎo)，讓學(xué)生能夠獨立自主的在實驗中探索和發(fā)現(xiàn)，并將理論課本中的知識很好地應(yīng)用到實驗中，逐步擺脫對老師的依賴心理，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩W(xué)生為主、教師為輔、師生互動、主動探索、教學(xué)相長”的一種教育新氣象[14]。

新型教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生科研思維，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲辛?xí)慣，創(chuàng)新精神和團隊協(xié)作精神，對以后的學(xué)習(xí)生活都會有很大的幫助。此外，該教學(xué)模式不僅能更好地提高學(xué)生的主觀能動性，也能使學(xué)生對實踐后獲取的知識有更深刻的認(rèn)識?；谡n題型的研究型教學(xué)模式，注重個性發(fā)展，營造了一種自主學(xué)習(xí)的氛圍，以課題為基礎(chǔ)系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生的綜合素質(zhì)，使每個學(xué)生都能經(jīng)歷一個基本科學(xué)研究的過程：文獻資料的搜集與閱讀、研究問題的提出、研究方案設(shè)計、實驗分析與討論、數(shù)據(jù)整理與總結(jié)、實驗報告及論文撰寫等，這一完整的研究實驗過程的體驗可使學(xué)生對科研實驗有一個系統(tǒng)而全面的認(rèn)識。

2 基于課題型的研究型教學(xué)模式的開展

為了使基于課題型的研究型教學(xué)模式更好的開展，我院設(shè)有本科生專業(yè)研究型實驗室，同時為充分利用學(xué)校的師資資源，采取與我校的部分科研課題組和研究室合作，充分利用各科研平臺的大型儀器設(shè)備資源和人力資源。此外，本科生專業(yè)研究型實驗室實施全日制開放制度，從而充分發(fā)揮學(xué)校的教學(xué)資源，使學(xué)生的時間更加自由，旨在提高學(xué)生的自主探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

首先組織同學(xué)根據(jù)實驗教師給定的課題進行自由組隊，每隊一個學(xué)期只須完成一個課題。為保證每個隊員都得到鍛煉，隊員限4人以內(nèi)，并設(shè)立小組長，由組長統(tǒng)一分配實驗任務(wù)。繼而組員根據(jù)確定的研究課題查找相關(guān)的資料，關(guān)注該課題最新科研動向，自主設(shè)計實驗方案。通過不斷探討，不斷優(yōu)化最初設(shè)計的實驗方案，最后將修訂好的實驗方案呈現(xiàn)給導(dǎo)師，并通過PPT的形式講解小組的研究背景及研究思路，導(dǎo)師和學(xué)生一同探討修訂完善實驗方案，確定最終的實驗方案[15-16]。確定實驗方案之后，學(xué)生就可以利用實驗課的正常時間和課余時間去完成實驗方案所規(guī)劃的實驗。正常的實驗課時間內(nèi)，學(xué)生可以充分和老師交流實驗過程中遇到的問題，討論解決問題的途徑，然后利用實驗課時間和業(yè)余時間去繼續(xù)實驗，另外為了督促學(xué)生完成實驗方案，會在學(xué)期中安排實驗中期答辯。

整個實驗的順利完成依靠幾個環(huán)節(jié)來保障：平時交流、中期答辯、學(xué)期末答辯和提交的研究報告及論文等，導(dǎo)師并通過學(xué)生在這些不同環(huán)節(jié)中的綜合表現(xiàn)情況進行打分。期末答辯屬于總結(jié)匯報性質(zhì)的考核，答辯過程設(shè)置導(dǎo)師提問、學(xué)生提疑和實驗心得分享三個環(huán)節(jié)，導(dǎo)師通過提問的方式考察學(xué)生對知識的掌握情況，學(xué)生通過提疑實現(xiàn)對知識的進一步理解。最后實驗心得的交流，即是對整個實驗過程的總結(jié)，也可以很好地將實驗過程中的經(jīng)驗交流傳遞給其他同學(xué)，使學(xué)生在知識整理、自主學(xué)習(xí)、團隊協(xié)作、發(fā)現(xiàn)及解決問題等各方面能力得到極大提升。

例如在2013級學(xué)生開展研究型實驗過程中，一個小組選定超級電容器作為研究課題，經(jīng)過調(diào)研后決定研究錳氧化物的電化學(xué)性能。經(jīng)過小組討論并向?qū)熤v解實驗方案后，該小組設(shè)定的實驗方案是：研究鍶元素的摻雜量對材料電化學(xué)性能的影響。為保證實驗更好地進行，在實驗開始前該小組學(xué)習(xí)并掌握了相關(guān)儀器的原理和使用方法，例如樣品制備過程中要用到的真空干燥箱、恒溫水浴鍋、馬弗爐等儀器，此外還有對樣品進行表征的儀器如X射線衍射儀和電化學(xué)工作站等。在實驗方案實施過程中學(xué)生隨時進行組內(nèi)或組間的自由式、開放式討論，確保交流的有效性、及時性。在實驗后期的數(shù)據(jù)整理與分析以及論文撰寫過程中，組長根據(jù)組員特點明確分工，在發(fā)揮各自特長的基礎(chǔ)上相互學(xué)習(xí)，共同進步。在學(xué)期末順利完成了該課題，撰寫了研究報告并做了期末答辯，同時該小組還撰寫了一篇研究論文投到一家期刊上，并被錄用。

3 基于課題型的研究型實驗教學(xué)模式的教學(xué)效果及存在問題

功能材料專業(yè)研究型實驗教學(xué)中采用該方式進行教學(xué)的實踐表明，經(jīng)過一個學(xué)期的實驗教學(xué)，學(xué)生最終都可以撰寫一份完整的研究報告，學(xué)生也普遍反映該實驗教學(xué)模式對自己的實驗?zāi)芰μ岣吆艽?，因而該實驗教學(xué)模式是較為成功的。

但是在我們采用該方式進行教學(xué)的過程中我們也發(fā)現(xiàn)了一些問題，和傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，該方式需要指導(dǎo)老師投入更多的精力去指導(dǎo)學(xué)生，同時對指導(dǎo)教師科研素質(zhì)的要求也相對更高。因而如果要推廣該教學(xué)模式，需要有較豐富科研經(jīng)驗的教師承擔(dān)該教學(xué)任務(wù)，同時實驗教師額外付出的辛勤努力也應(yīng)該得到認(rèn)可，這就需要學(xué)校管理部門去引導(dǎo)或鼓勵。我們深知研究型實驗教學(xué)的改革是一個既漫長而又艱巨的工作，相信我們能在今后的教學(xué)實踐中不斷探索，不斷發(fā)現(xiàn)問題，并不斷完善該實驗教學(xué)模式。

4 結(jié) 語

基于課題型的研究型實驗教學(xué)模式不僅適應(yīng)了教學(xué)改革的要求，較好激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探究興趣，而且可以培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、探索精神、創(chuàng)新精神和科學(xué)研究素質(zhì)，從而使學(xué)生的實驗綜合能力和總體素質(zhì)得到較大提升。

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Teaching Mode Exploration of Research Type Experiment for Functional Materials Major

WANG Xianwei, ZHU Qianqian, WANG Xiaoer, LIU Yipu, LIU Hui, XU Linhai, JIA Pengbo

(College of Physics and Materials Science, Henan Normal University, Xinxiang 453007, Henan, China)

The experimental teaching is an important part of practical teaching section for functional materials major. It is needed to improve the students’ interest in experimental teaching, to mobilize students’ subjective initiative sufficiently, to stimulate their creative ability, to cultivate their skills on scientific research experiment. According to the characteristics of the research experiment and functional materials professional, the teaching mode of research type experiment based on professional characteristics of functional materials major is put forward in the present study The teaching mode combines the characteristics of functional materials major and the characteristics of research experiments. The present paper expounds the necessity and the method of the new teaching mode, and the teaching effect and existing problems are also analyzed. In practical process, the teaching mode arouses students’ enthusiasm sufficiently, and cultivates the students’ rigorous thinking method in scientific manner and the team cooperation spirit. Also, the goal of optimizing knowledge structure, enriching practical experience and strengthening the mixed ability is achieved. The teaching mode has been widely recognized by teachers and students, and it has achieved good teaching results.

teaching modes; research type experiment; experimental teaching； functional materials

2016-08-12

國家自然科學(xué)基金(51402091);河南師范大學(xué)博士啟動基金(11114);國家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項目(201410476037);河南師范大學(xué)功能材料新專業(yè)建設(shè)項目(5101022000018)

王顯威(1981-)，男，河南開封人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，從事功能材料研究。

Tel.:15836112697；E-mail：xwwang2000@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)08-0184-03