探索功能材料基础实验课程教改促进本科生创新型人才培养

宋文利 张小娟 王昭 梁栋 赵媛 郝凌云

【摘要】本文以“功能材料基础实验教学、创新实验竞赛、科技创新项目”为内容，以“实验课程的教学改革”为宗旨，总结了功能材料基础实验教学中存在的问题，并进行思考与探索，提出了该门课程教学改革的一些思路和方法，最终目的是培养学生的理论思考和实际动手能力，提升材料专业学生的实验创新素质，成为高素质应用型人才。

【关键词】功能材料  实验课程  创新型

【基金项目】金陵科技学院博士启动基金（项目编号：jit-b-202027），“材料表面与界面优秀课程”建设项目，2020年江苏高校“青蓝工程”青中年学术带头人培养对象项目，江苏省高校一流本科专业建设项目（材料科学与工程）。

【中图分类号】G642;TB30-4   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）42-0185-02

功能材料是我国2021年发布的《“十四五”规划和2035远景目标（草案）》中要重点支持和发展的学科方向，因此加快培育和发展新功能材料产业，支撑战略性新兴产业发展，构建国际竞争新优势具有重要的战略意义。这也意味着对功能材料和材料科学与工程类专业的高等教育教学提出了更高的要求。功能材料是以基础和应用科学以及功能材料工程学为背景的交叉型学科，这种多元化交叉学科的特点相应地要求高等教育人员设置专业课程方案时必须涵盖化学、生物、物理、数学、工程设计等领域的相关基础理论和实践知识，才能快速培养出适应材料相关行业和企业发展需要的高素质材料人才[1]。

基础实验教学作为应用型人才培养中极其重要的教学环节，主要目的是培养学生将所学理论知识链接实践应用的能力，逐步养成发现问题、独立思考问题、发挥主观能动性自主动手验证问题等一系列探索科学问题的研究思路[2]。《功能材料基础实验》是专业限选实践课程，大三下学期开课，学生已具备有机化学、无机化学、高分子化学与物理、材料分析和研究方法等专业基础理论知识。课程设置的优点在于，学生可以结合所学的理论基础知识更透彻地理解具体实验内容。课程内容主要参考自编实验指导书，比较全面地涵盖了化学及物理分离沉淀法、热碱（氢氧化鈉和碳酸钠）分解法、溶液胶体凝胶法、本体聚合、化学交联法等多种基本制备方法，还采用了红外光谱仪、万能拉力试验机和接触角测量仪等各种精密的大型仪器设备对课内所得的功能材料进行结构表征及性能分析和探索，可为本科生的毕业设计和出校后进入材料相关企业工作做好的理论和实验上的准备[3-4]。作者从事高分子化学与物理、生物材料制备与工艺、功能材料基础实验的相关教学工作具有一定的教学经验，将就如何更好地开展基础实验教学，总结教学内容和经验，提出相关见解如下：

一、功能材料基础实验教学现状与改革思考

（一）多模式辅助实验教学

功能材料结构复杂，学生只通过实验指导书或者语言难以形成直观认知，材料表征的各种仪器设备的构造、原理、基本使用等也难以通过简单的图文讲解清楚。因此多模式辅助教学的应用为现代的教学改革提供一个方便形象的工具。区别于传统的教学方式，多模式教学在向学生展示教学内容的方面具有很好的效果，教师的讲解更加具体化和形象化[4]。同时，多媒体课件、动画视频教学使得多种信息如实验描述性文字、实验装置图像和实验解说声音可集于一体，内容可以清晰地展示，最大限度地激发学生对所学知识和基础实验操作的兴趣。教师根据实验内容轮流选取同学参与实验准备，总结各实验环节的现象和存在的问题。教师鼓励学生自主录制实验短片，结合课件介绍仪器的使用操作及注意事项，视频和形象直接，调动学生实验热情。

（二）培养学生发现和解决问题的能力

学习该课程的学生通过对课程内容的预习，在课前找到疑问。学生通过学院开设的科学信息检索相关课程学习，具备较高的信息素养，可以充分利用网联网资源络进行检索，积极就疑问进行总结、交流和探讨。引导学生充分利用学校的数字图书馆和文献数据库，拓展学生课下自主学习知识的途径，加强检索相关文献的训练，鼓励学生独立思考自己或同学提出的疑问，形成具体解决方案，化被动接受为主动获取。课上让学生组织实验小组讨论，激发学生自主创新的兴趣，总结实验中遇到的关键问题，鼓励学生自发找寻感兴趣的创新性研究方向，扩充本科生的专业理论和实践知识的涉及面、提高他们的动手实验能力，借此课程实现对课堂教室里所学材料知识的深层次理解，这比传统方法更能调动学生的学习积极性。

（三）依托本科生导师制，开展科研训练，引导学生提出创新性实验

针对本校学生特点，探索建立一种新型培养人才的模式。教师充分利用课堂以外的时间指导本科生开展科研训练，将学生作为科研助手，实现教师开展科研实验教学与学生积极参与创新性实验训练的共赢结果。这种培养模式将本科生参与课外科研实验的积极性和教师科研指导有机结合起来，最大限度地提高教师的教学科研效率，调动学生参与科学实验的积极性。

二、以课程上的教学改革促创新型人才的培养

通过课程教改，不仅可以使教学内容更加丰富，也赋予了它更多的科学创新性和研究方向上的前瞻性。此外，课程教学改革还可以最大限度地激发学生积极探索创新性科学问题的兴趣。教师在实验课上有目标地带领学生观察并记录实验过程中看到的现象，及时记录观察中提出的问题，筛选出学生感兴趣的科学问题，有针对性地进行科学问题研讨，并鼓励学生整理讨论结果，参加创新实验竞赛。在此过程中，学生会对探究科学问题产生兴趣，对相关实验创新竞赛产生向往，并会将这份参赛热情和创新研究成果反馈到实验教学课程中，最终形成这么一个良性闭环：课程—竞赛—科研三者互相促进和影响。在这个闭环下，功能材料基础实验教学课程、科研创新与实验创新竞赛会有机结合，这也极大地提高了实验创新课程在功能材料人才培养方案中发挥的影响力[5]，如图1所示。

以科研融入教学的改革思路，将教师的相关科学研究、教育教学改革上的成果成功引入到基础实验课程中，扩充创新型实验课的教学内容，在这种思路的默默影响下，学生的科研思维和系统研究科学问题的方法会得到充分锻炼。相关教师在教学内容里增加部分自己的科研项目可以显著加强教师和学生课堂上的互动和交流，教师与学生为探讨共同问题而相互了解。这种师生互动能拉近距离，便于教师在教学语言和方式上充分调动学生的创新思维意识，启迪学生的思考能动性。最终教师在实验教学中发挥了更大的影响力，不仅提升了课堂上的教学效果，也提高了实践创新课程的教育教学质量。

同时，本人计划在材料制备及工艺实验室建立了本科生的创新实验教学室，尝试将该教学室对相关专业学生随时开放，促进“江苏省大学生创新创业训练项目”和创新实验项目的开展。这些创新项目获得了省市和学校的充分资助，学生在参与项目研究的过程中可以发挥他们的科研潜力和动手能力。教师可以充分利用研究成果，鼓励学生参与各类实验创新竞赛，进一步提升本科生对创新型科研项目的兴趣。此外，學生在参与实验创新竞赛和科研项目中拓展出的探索和解决问题的新方法和新思路，可以丰富基础实验的教育和教学内容，从而扩充教学课程的内容设置，促进教学改革。最重要的是，培养本科生在整个实验过程中积极探索研究科学问题的思维，训练系统的科学研究方法，为学生毕业后进入材料领域，从事新材料研究工作打好基础，进而培养出高质量和高素质的综合型新材料人。

三、总结

综上所述，功能材料作为一门新兴交叉学科的专业基础课，对于立足于材料尤其是功能材料专业的学生来说，对课程的教学内容和教学模式上必须进行一系列的优化和创新，以适应人才培养与学科发展的要求。我们针对功能材料基础实验课程的教学内容、方法、模式进行了探索和研究，并提出具体的可行性改革方法，期望通过该课程教学改革让学生在充分地理解理论基础知识的同时，提高利用所学理论指导实验的动手操作能力，引导学生自主探索科学问题，进而培养出理论基础知识牢固、实验操作能力优秀、具有探索创新科学问题思维的优秀材料人才。

参考文献：

[1]王永利.浅淡工科大学生实践创新能力培养体系的构建与实践[J].中国高等教育，2010（19）：57-58.

[2]李远勋，张杨，吴林冬.无机功能材料实验教学改革的探索[J].科技创新导报，2018（6）：250-251.

[3]周珺.以物理实验课程教改促进新工科本科生创新型人才培养的探索[J].大学物理实验，2020，33（5）：81-83.

[4]舒龙龙，周耐根，徐建宁.材料类专业中科研融入教学法的应用探索[J].教育教学论坛，2019（2）：189-191.

[5]赵晓宇.对现阶段高校学科技能竞赛工作的反思[J].大学教育，2013（10）：12-14.

作者简介：

宋文利（1983年-），女，讲师，博士，研究方向为生物功能材料。

郝凌云（1966年-），女，教授，博士，研究方向为功能材料。