新工科背景下地方本科高校实验课程教学改革探讨——以高分子化学实验课程为例

聂胜强 陈舒忆 成 刚 左成光 覃 慧

（1.贵阳学院<化学与材料工程学院>，贵州 贵阳 550005；2.贵阳市食品药品检验检测中心，贵州 贵阳 550005）

随着我国经济的发展和社会的进步，制造业的振兴对人才培养也提出了更高的要求。 工科是制造业的基础和关键，在我国产业结构调整的关键时期，工科教育在高等教育体系中的地位和水平是实现国家制造业转型和升级以及提升国家制造业竞争力的重要体现。 在这样的背景下，“天大行动”“复旦共识”和“北京指南”的提出，为“新工科”人才培养模式和方向指明了方向[1]。 对于工科培养而言，实践是工程的本质和创新的基础，而实验课程是培养工程实践能力和创新创业能力的基础性课程[2]。 因此，“新工科”的建设过程中，对实验课程的教学有了更严格的要求。 地方高校不仅要对接当地经济，也应该在“新工科”背景下，逐步探索和实践实验课程体系的教学改革，培养更多符合当地需求市场的工程技术应用人才，推动当地制造业的振兴和产业结构的调整。

1 地方本科高校实验课程教学现状分析

1.1 实验项目的问题分析

实验是自然科学的基础[3]。 以高分子化学实验课程为例， 高分子化学实验是验证高分子化学理论，提高学生的逻辑分析和解决问题能力的一门专业基础课。 但现行高分子化学实验的教学通常以聚合方法为主线设置实验项目，存在实验项目老旧，可个性化选择的实验项目少的现象。 绝大多数实验项目如“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合” 等属于验证性实验项目，真正的综合性、设计性实验项目较为缺乏。 同时，实验项目的设置和地方产业需求的脱节，造成学生在后续的实习实践环节缺乏独立解决问题的能力。

1.2 教师实验教学方式的问题

“天大行动”指出，高校应提高学生的设计思维、工程思维、批判性思维和数字化思维，培养具有工程创新力的人才。 创新能力的培养是关键。 教师在此环节中的引领起到了重要的作用。 实验课程不同于理论课程，实验课程的教师应起到启发和引领作用而非被动式地向学生灌输实验步骤等内容。 在传统实验课程的教学模式中，每个实验项目都被设定在一个特定的框架内，实验目的、实验原理、实验步骤等一系列框架内的实验项目使学生程序化操作的同时也限制了教师在实验课程教学过程中引领作用的发挥。

1.3 学生学情分析

学生是学习的主体，“新工科”背景下的人才培养对学生的创新能力、分析解决实际问题的能力都提出了更严格的要求。 现在地方高校实验课程项目的设置多以验证性实验为主，被动式地接受成为学生在实验课程学习的主要方式， 不利于学生主观能动性的发挥。 同时，互联网日益发展的今天，高校学生成为主要的网络 “原住民”。 传统的教学手段已不能提起高校“网络原住民”学习的热情[4]。 如何激发“网络原住民”参与学习的主动性势必成为“新工科”背景下培养学生创新能力以及分析解决问题能力的关键。

1.4 实验教学保障的问题

实验教学是高等院校课堂教学的重要组成部分，也是培养大学生动手能力和创新能力的重要途径[5]。“新工科” 人才培养计划对地方高校的实验教学保障体系提出了更高的要求。 在地方高校经费不足的条件下，一次性投入已经成为实验教学设备以及场所的投入的主要方式。 在这样的方式下，实验课程教学改革实施难度加大。 同时，地方高校和本地企业的校企联动的不足，地方高校与企业流于形式上的合作方式也不利于地方高校实验教学体系的保障[6]。

2 新工科建设背景下地方本科高校实验教学改革的基本理论分析

2.1 新工科建设背景下地方本科高校的定位分析

“复旦共识”对“新工科”背景下地方本科院校地做出了定位，“复旦共识”指出：地方高校需主动对接地方经济社会发展需要和企业技术创新要求，把握行业人才需求方向，充分利用地方资源，增强学生的就业创业能力，培养大批具有较强行业背景和工程实践能力的应用型人才。 地方高校产业化建立的起点是区域产业及企业需求，而人才培养和资源共享是产业化建立的根本动力[7]。 对于地方高校而言，对接产业布局，立足产业布局调整，开展深层次校企合作，服务产业需求，培养工程基础领域的专业人才是履行自身使命、体现自身特色的根本要求[8]。

2.2 新工科建设背景下地方本科高校实验教学的基本原则

在对接产业布局，立足产业布局调整，服务本地产业需求的定位基础上，实验课程需要突出培养学生更加扎实的工程基础知识，还需要培养学生更加敏锐和发散的创新思维能力，让学生足以应对将来工作中实际遇到的复杂工程问题。 因此，基于学习产出的教育模式（OBE）在实验教学过程中的引入，将使学生掌握内容的方式从解决课程之中所出现的固定问题，拓展到解决未出现的或者隐性的开放问题上，促进学生工程思维和能力的提升[9]。 从学生本位的角度出发，在实验项目的设置上进阶匹配学生的学情和本地产业需求，在教学方式上针对学生网络“原住民”的特点，适当引入微课等互联网相关教学模式可更加激发学生学习的热情，促使传统灌输式的教学模式向主动学习模式的转变，提升学生学习的主观能动性。

2.3 新工科建设背景下地方本科高校实验教学的保障机制

服务本地产业需求是“新工科”背景下地方本科高校的基本定位之一，深化校企合作是“新工科”背景下技能型人才培养的重要途径和模式， 是人才培养过程中学校和企业零距离接触的有效措施[10]。 地方本科高校在与本地企业合作的形式上可开展多种方式。 在开设紧密结合本地产业需求的实验项目的基础上， 高校和企业合作的实验教学方式可引导学生对抽象理论知识的具象化，锻炼学生分析解决实际工程问题的能力。在这种校企联动的合作机制下， 企业的应用型人才与高校将在实验课程的实施过程中形成共同保障。

3 新工科背景下地方本科高校高分子化学实验教学改革实践

高分子化学是高分子材料专业最主要的必修课之一，作为《高分子化学》理论课程的实践环节，高分子化学实验课程担负着向学生传授实验操作，使学生在实践中认识、运用和把握高分子科学理论的重要作用。 “新工科”背景下，地方本科高校高分子化学实验课程的教学应秉承突出实用， 服务地方产业的原则，在学生本位的基础上着重培养学生创新意识以及工程思维。

3.1 实验项目及教学过程突出应用

高分子化学实验是一门专业实验课，实验项目的设置上应在实践理论的基础上培养学生解决实际问题的能力， 而以往的实验项目通常为验证性实验，如“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合”。 传统的教学仅仅让学生通过固定的实验步骤，物料加入量等教材或讲义上的描述重复实验，观察实验现象，学生解决实际问题的能力并没有得到锻炼。 同样以“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合”实验为例，让学生理解本体聚合过程中发生的自动加速现象以及思考解决方案才是本实验的关键目的。 因此在实验教学过程中，指导教师可先设置一组实验让学生观察自动加速现象引发的暴聚实例， 使学生在此环节中了解暴聚产生的原因以及现象。 在随后的实验中，可让学生根据先前实验的方案，自行调整实验步骤、 原料的加入量等各项实验参数，并在指导教师的带领下自行解决先前实验中发生的由于自动加速现象而产生的暴聚。 通过这样的实验项目设置以及教学模式， 既可以提高学生对实验的兴趣，也可以在教学过程中提高学生分析解决实际问题的能力。

3.2 引入网络教学手段

随着信息化时代的到来，为提高高校“网络原住民”自主学习的热情，可在教学过程中引入网络教学手段，从而使教学方法更加的多样化。 微课作为最近几年新型的教学模式，与传统的教学过程由于其具有针对性强，存储方便等特点，更适合于实验教学这种需要教学手段灵活的教学环节[11-12]。 例如，在乳液聚合实验环节的教学过程中，指导教师可首先通过实验模型模拟的方式向学生展示乳液聚合过程中的乳化作用、聚合过程中单体液滴和胶束以及乳胶粒的变化情况，使抽象的反应机理具体化，使学生在后续的实验操作中更能直观地观察和分析乳液聚合实施过程的，从本质上掌握反应机理。 在这样的教学手段下，学生在实验中遇到的问题可结合实验模型和实验机理进行分析解决问题的方案，从而使学生分析问题和解决问题的能力得到提高。

3.3 校企联动实践理论

“新工科”背景下，地方本科高校人才培养模式应遵循服务本地，突出实用的原则，高分子化学实验课程的教学上也应适应地方产业的需求。 传统教学模式下高分子化学实验课程的实验项目仅仅只是对聚合过程的验证，但企业更希望高校培养的学生能够掌握从聚合开始到制备出实际产品的整个过程，因此在高分子化学实验课程的实验模块的设计上， 可加入聚合、成型制备、表征检测等整套的产品制备流程让学生在实验室理解高分子产品从原料到产品的生产环节。 例如，在悬浮聚合实验环节中，可开设悬浮聚合聚苯乙烯小球的实验项目，制备出的聚苯乙烯小球通过开设后续实验的方式，让学生自行查阅资料进行如磺化、氯甲基化等改性制备出离子交换树脂，并进行离子交换能力的检测。 使整个实验过程成为一个完整的产品制备体系。 这样的综合实验能使在学生掌握理论知识的过程中培养其工程思维。 其次，在这种产业化综合实验的基础上，可与相关的企业联合以选做的模式开设进一步实验，收集企业在生产过程中需要存在的相关问题形成实验项目，让学有余力的学生在校企指导教师的指导下完成对实验项目的探究。 通过这种校企联动的实验培养模式，在提高学生解决实际问题的同时，也能训练学生的创新思维能力，更好地培养学生的工程思维以及素养。

4 结语

“新工科” 背景下的人才培养更注重学生工程实践能力的培养，地方本科高校实验教学改革应在对接产业布局，立足产业布局调整，服务本地产业需求的定位基础上，突出实验项目的应用属性，以校企联动为保障，同时引入互联网等多元化的教学手段发挥学生学习的主观能动性， 好地培养学生的创新能力、工程思维以及工程素养。