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)實驗教學(xué)、創(chuàng)新實驗競賽、科技創(chuàng)新項目”為內(nèi)容，以“實驗課程的教學(xué)改革”為宗旨，總結(jié)了功能材料基礎(chǔ)實驗教學(xué)中存在的問題，并進行思考與探索，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)生的理論思考和實際動手能力，提升材料專業(yè)學(xué)生的實驗創(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? 實驗課程? 創(chuàng)新型

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

【中圖分類號】G642;TB30-4? ?【文獻標(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遠景目標(biāo)（草案）》中要重點支持和發(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)科的特點相應(yīng)地要求高等教育人員設(shè)置專業(yè)課程方案時必須涵蓋化學(xué)、生物、物理、數(shù)學(xué)、工程設(shè)計等領(lǐng)域的相關(guān)基礎(chǔ)理論和實踐知識，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)實驗教學(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)理論知識鏈接實踐應(yīng)用的能力，逐步養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題、獨立思考問題、發(fā)揮主觀能動性自主動手驗證問題等一系列探索科學(xué)問題的研究思路[2]?！豆δ懿牧匣A(chǔ)實驗》是專業(yè)限選實踐課程，大三下學(xué)期開課，學(xué)生已具備有機化學(xué)、無機化學(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驗內(nèi)容。課程內(nèi)容主要參考自編實驗指導(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、萬能拉力試驗機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)計和出校后進入材料相關(guān)企業(yè)工作做好的理論和實驗上的準(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)實驗的相關(guān)教學(xué)工作具有一定的教學(xué)經(jīng)驗，將就如何更好地開展基礎(chǔ)實驗教學(xué)，總結(jié)教學(xué)內(nèi)容和經(jīng)驗，提出相關(guān)見解如下：

一、功能材料基礎(chǔ)實驗教學(xué)現(xiàn)狀與改革思考

（一）多模式輔助實驗教學(xué)

功能材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，學(xué)生只通過實驗指導(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，多媒體課件、動畫視頻教學(xué)使得多種信息如實驗描述性文字、實驗裝置圖像和實驗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)實驗操作的興趣。教師根據(jù)實驗內(nèi)容輪流選取同學(xué)參與實驗準(zhǔn)備，總結(jié)各實驗環(huán)節(jié)的現(xiàn)象和存在的問題。教師鼓勵學(xué)生自主錄制實驗短片，結(jié)合課件介紹儀器的使用操作及注意事項，視頻和形象直接，調(diào)動學(xué)生實驗熱情。

（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)進行檢索，積極就疑問進行總結(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，加強檢索相關(guān)文獻的訓(xùn)練，鼓勵學(xué)生獨立思考自己或同學(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)生組織實驗小組討論，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新的興趣，總結(jié)實驗中遇到的關(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，擴充本科生的專業(yè)理論和實踐知識的涉及面、提高他們的動手實驗?zāi)芰Γ璐苏n程實現(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)新性實驗

針對本校學(xué)生特點，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，實現(xiàn)教師開展科研實驗教學(xué)與學(xué)生積極參與創(chuàng)新性實驗訓(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驗的積極性和教師科研指導(dǎo)有機結(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)實驗的積極性。

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。教師在實驗課上有目標(biāo)地帶領(lǐng)學(xué)生觀察并記錄實驗過程中看到的現(xiàn)象，及時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)新實驗競賽。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)實驗創(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驗教學(xué)課程中，最終形成這么一個良性閉環(huán)：課程—競賽—科研三者互相促進和影響。在這個閉環(huán)下，功能材料基礎(chǔ)實驗教學(xué)課程、科研創(chuàng)新與實驗創(chuàng)新競賽會有機結(jié)合，這也極大地提高了實驗創(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)實驗課程中，擴充創(chuàng)新型實驗課的教學(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目可以顯著加強教師和學(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。最終教師在實驗教學(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，也提高了實踐創(chuàng)新課程的教育教學(xué)質(zhì)量。

同時，本人計劃在材料制備及工藝實驗室建立了本科生的創(chuàng)新實驗教學(xué)室，嘗試將該教學(xué)室對相關(guān)專業(yè)學(xué)生隨時開放，促進“江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目”和創(chuàng)新實驗項目的開展。這些創(chuàng)新項目獲得了省市和學(xué)校的充分資助，學(xué)生在參與項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)生參與各類實驗創(chuàng)新競賽，進一步提升本科生對創(chuàng)新型科研項目的興趣。此外，學(xué)生在參與實驗創(chuàng)新競賽和科研項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)實驗的教育和教學(xué)內(nèi)容，從而擴充教學(xué)課程的內(nèi)容設(shè)置，促進教學(xué)改革。最重要的是，培養(yǎng)本科生在整個實驗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)后進入材料領(lǐng)域，從事新材料研究工作打好基礎(chǔ)，進而培養(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)實驗課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、模式進行了探索和研究，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，提高利用所學(xué)理論指導(dǎo)實驗的動手操作能力，引導(dǎo)學(xué)生自主探索科學(xué)問題，進而培養(yǎng)出理論基礎(chǔ)知識牢固、實驗操作能力優(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：

[1]王永利.淺淡工科大學(xué)生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系的構(gòu)建與實踐[J].中國高等教育，2010（19）：57-58.

[2]李遠勛，張楊，吳林冬.無機功能材料實驗教學(xué)改革的探索[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2018（6）：250-251.

[3]周珺.以物理實驗課程教改促進新工科本科生創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的探索[J].大學(xué)物理實驗，2020，33（5）：81-83.

[4]舒龍龍，周耐根，徐建寧.材料類專業(yè)中科研融入教學(xué)法的應(yīng)用探索[J].教育教學(xué)論壇，2019（2）：189-191.

[5]趙曉宇.對現(xiàn)階段高校學(xué)科技能競賽工作的反思[J].大學(xué)教育，2013（10）：12-14.

作者簡介：

宋文利（1983年-），女，講師，博士，研究方向為生物功能材料。

郝凌云（1966年-），女，教授，博士，研究方向為功能材料。