基于群体创新的大学生自主设计性实验体系

朱超，彭湘红

（江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）

基于群体创新的大学生自主设计性实验体系

朱超，彭湘红

（江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056）

以高分子材料与工程专业特色与江汉大学服务地方的发展战略为出发点，以高分子材料与工程专业的“综合性实验”和“材料产品设计”两门实验课程为基础，从设计理念、目标、组队机制、研究方向选择机制等方面系统介绍了基于群体创新的高分子材料类大学生自主设计性实验体系的架构。这一体系的运行，可以充分锻炼大学生的群体创新能力，提高大学生的工程创新能力。

教学改革；群体创新；自主设计性实验体系；高分子材料与工程

高分子材料与工程是实践性很强的专业，其科学研究、产品设计和生产管理要求良好的团队协作和群体创新能力。本项目以高分子材料与工程专业的“综合性实验”和“材料产品设计”两门实验课程为基础，对高分子材料与工程实验进行了初步的改革、探索、创新与实践，建立了基于群体创新和团队协作的高分子材料与工程专业大学生自主设计性实验体系。该体系要求学生在教师指导下，综合运用所学的高分子化学、高分子物理、高分子加工、功能高分子材料、高分子材料改性等专业知识，查阅相关资料，自行设计实验方案，系统完成高分子分子设计、高分子合成、高分子材料加工、高分子材料改性及应用性能表征等实验内容，并能较好运用所学的专业知识解决实验中遇到的问题，能较好的解释实验现象和实验结果。该方案以学生的实践技能训练为主要内容，以学生的工程思维培养为主体，全面培养学生的动手能力，创新思维能力，综合运用知识的能力和分析问题、解决问题的能力，帮助学生了解自己的知识缺陷和人格缺陷并及时有效地弥补以更好地应对未来的挑战［1］。

1 实验体系的设计思路

建立群体创新实验体系是基于群体创新［2-6］和团队协作的高分子材料与工程专业大学生自主设计性实验体系的核心。其具体设计思路是：建立基础高分子化学与物理实验、高分子加工成型实验、高分子综合实验、高分子产品设计、学生科研和毕业论文等不间断的实践体系，使之具有课内实验和课外实践两个渠道，基础、提高和创新3个层次，文献综合、研究方案设计、研究实施和研究报告与答辩4个环节的特点。

2 实验体系的培养目标

探索群体合作式、环节贯通式、项目互动式和立体辐射式的群体创新人才培养实践的实现模式，逐步发展面向高分子材料与工程专业学生群体的合作式学习与实践创新人才培养模式。具体做法是：基于“兴趣分群体，群体组团队，团队显特长”为群体创新特征的思想［7］，从主动学习与实践的基础出发，针对高分子材料与工程专业课程设计、专业实习、毕业设计、课外科技活动等集中性实践环节［8］的特点，进行跨环节“面—线—点”贯通式培养。

该实验体系以教师的科研方向为主导，帮助学生认知高分子材料的先进发展方向，为其未来的发展提供专业指导。通过该体系的补充，形成了高分子材料与工程专业实验项目的3个层次：基本技能实验、综合性实验、创新性实验，给学生提供了一个自主学习自主实验的平台、机会，学生可以系统地掌握高分子材料的制备及性能表征的方法，完善了知识结构，培养了工程创新能力。

3 实验体系的团队组队机制

3.1 团队组队原则与核心

团队遵循自由组合的原则，人数以3～5人为宜，人数过多管理不易，过少体现不出协同作用。以特优生和专长生为团队的核心，加强团队的能力和执行力培养，提前步入导师制培养阶段，即针对每个特优生和专长生的特点，指派专人专职负责，并以团队领导的要求进行培养，实现尖子生的亮点培养。

3.2 团队组成方式与结构

在组队过程中必须考虑成员知识基础、兴趣、个性、配合程度、参与意愿等，比如将有相同就业预期的同学进行组合，将希望读研读博进一步深造的同学根据研究兴趣和将来可能的研究方向进行组合。一般而言，基于共同目标而形成的团队，更容易获得成功。

按照“特长分群体，群体组团队，团队显特长”的指导思想，将不同背景的学生分成若干小组，如文献小组、方案小组、合成实验小组、性能检测小组、研究报告小组、研究答辩小组等。然后从每个小组里面抽出1人组成一个特长不同、能力互补的团队。每个团队从零开始，在教师指导下，综合运用所学的高分子化学、高分子物理、高分子加工、功能高分子材料、高分子材料改性等专业知识，查阅相关文献，自行设计实验方案，系统完成高分子设计、合成，高分子材料加工、改性及应用性能表征等实验内容并撰写研究总结、以答辩形式进行成果展示。

4 实验体系的实施与效果

4.1 实验体系的基本结构

该实验体系的研究方向选择机制采取必选与任选相结合的模式，贯彻因材施教、个性培养的原则，充分发挥教师的主导作用。表1为2010级高分子材料专业学生自主设计的实验体系实验项目设置。

必选项目面向高分子材料与工程的全体学生，采用大班教学的方式，重点巩固高分子材料与工程的基本知识与理论，训练高分子材料与工程的基本研究方法和基本实验技能。必选的大班教学在全部课时里占60%的比例，这是被动的学习和接受的过程。这样的方式是必需的也是有效率的。

在必选的实验项目中，为了贯彻因材施教、个性培养的原则，尊重不同背景、不同未来预期的同学，准备了两个模块：模块一为综合+综合+设计；模块二为综合+设计+设计。未来预期非本专业就业的同学可以选择模块一，而未来希望本专业方向就业或继续深造的同学可以选择模块二。必选的综合实验是具有工程特色的综合性实验项目，其目的是加强学生的工程能力和综合分析能力的培养，如苯乙烯聚合的综合实验，从单体的精制、引发剂的精制、苯乙烯的聚合方法的选择、苯乙烯的聚合、聚苯乙烯的成型加工再到综合应用毛细管粘度计、红外光谱、差示扫描量热仪（DSC）、熔融指数仪、万能材料实验机等测试仪器对高分子相对分子质量、聚合物分子结构、聚合物玻璃化温度、聚苯乙烯材料的热性能、机械性能等性质进行表征，加深结构与性能之间关系的理解。综合实验项目将理论与工程相结合，提高学生的工程能力，帮助学生进一步掌握实验程序、熟练使用有关仪器设备、深化对高分子化学与物理基本知识和基本理论的掌握、熟练基本实验技术、初步尝试科学研究方法，为下一步的任选设计性实验热身。

表1 高分子材料专业学生自主设计的实验项目设置表Tab.1Experimental projects of independent designing experimental system by college students

4.2 实验体系的实施效果

高分子材料与工程专业要在学科专业上形成特色，必须按照“理论基础与工程实践相结合、专业能力与综合素质相促进、学科知识与创新意识相匹配”的原则，以市场需求为导向，以综合素质培养和工程实践训练相结合的原则改进高分子材料与工程专业的创新实验培养方案。表2总结了江汉大学创新实验研究选题机制与目的。

表2 创新实验研究选题机制与目的Tab.2Mechanism and purpose of research topic selection in innovation experiment system

设计性实验以学生为主体，教师为导向，教师根据自己的研究方向和项目，给出指导性的项目说明，学生团队根据自己的兴趣能力等进行抉择，每组任选一题，收集有关资料，自行设计研究方案，自行选择原料、设备与表征方法，并进行实验、表征并写出报告。在自主选题方面，充分发挥学生的想象力、积极性和创造力，可以对教师给出的子课题进行发挥，教师给学生提供必要的技术支持与理论指导。教师的指导贯穿查找文献、确定方案、合成与成型、性能检测、研究总结、成果展示等整个研究过程。学生自主选题结合教师的研究项目，通过创新实验与科研相结合，用高水平的科研可以带动高分子材料与工程的实验教学水平。

如江汉大学刘学清指导的“生物可降解无卤阻燃塑料的制备和性能测试”来源于武汉市科技攻关项目，紧贴武汉市电子材料的阻燃材料市场需求，直接服务于武汉市地方经济。这一开放性、创新性的科研子课题要求学生从无卤阻燃剂的选择开始，了解并选择合适的可降解树脂共混∕共聚基材如聚乳酸、聚己内酯或聚乙烯醇等生物可降解原料，学习高分子共混物的熔融制备方法并初探如何解决共混体系的相分离问题，熟悉聚合物熔融共混工艺；了解螺杆挤出机基本操作；掌握测试塑料阻燃性能的基本操作；掌握测定热塑性聚合物熔体流动速度的方法。既强化了“三基”（基础理论、基础技能、基础方法），又熟悉了一般的科研流程，也为即将到来的就业或深造进行了准备。

又如朱超等指导的“壳聚糖纤维的制备及其性能的测定”项目来源于与湖北中烟工业有限责任公司合作的横向课题“新型可降解丝束滤嘴的开发及工艺研究”，是产学研结合的项目。要求学生了解甲壳素∕壳聚糖类天然高分子的结构特征和溶剂特性，掌握甲壳素∕壳聚糖的溶解方法和过程，掌握湿法纺丝的原理，了解湿法纺丝的设备，优化湿法纺丝制备壳聚糖纤维的工艺，并对壳聚糖纤维的热性能和机械性能进行表征。

另外，部分学生希望继续攻读硕博学位，他们希望在本科阶段提前接触科学研究的前沿领域，我们也为这部分同学提供了选择。比如曹一平老师指导的“多功能三维形状记忆高分子”项目，李晓勇、陈胜球团队首次将该技术应用到形状记忆聚乳酸（PLA）上，结合PLA及其共聚物具有优良的生物可降解性和生物相容性等特点，并采用3D打印技术，设计并制备了多功能的三维形状记忆聚乳酸3D模型。

5 结语

基于群体创新的高分子材料类大学生自主设计性实验体系在提高全体学生素质［9］和推进群体创新人才培养的同时，也可以锻炼和培养参与教师的团队指导能力。这一体系推进以来，学生和教师的共同成长，构成了基于群体创新和团队协作的高分子材料与工程专业大学生自主设计性实验体系的双赢局面。

（References）

［1］张立今.创新型高校建设的改革方向与发展路径［J］.中国成人教育，2009，19：10-11.

［2］张兴学，张朋柱.研讨群体创新及其绩效的研究评述与展望［J］.系统管理学报，2009，18（1）：89-94.

［3］罗茜，刘畅.基于媒介生态系统的大学生群体创新能力挖掘［J］.中小企业管理与科技，2011，1：142.

［4］李世伟.创新实践教育与创新人才培养［J］.现代制造技术与装备，2010，6：82-84.

［5］隋志刚，牟永贵.群体知识创新理论与高校创新人才的培养［J］.黑龙江高教研究，2009，11：141-142.

［6］程光旭.努力实现人才培养模式改革的新突破［J］.中国高等教育，2009（1）：24-27.

［7］江建军，杜刚，马新国，等.面向群体创新人才培养模式的探索与实践［J］.美中教育评论，2007，6：9-14.

［8］周莉萍.院系指导学生社团群体创新的实践［J］.高等工程教育研究，2007，6：91-93.

［9］胡火金.教师队伍建设与大学生创新素质的培养［J］.福建论坛：社科教育版，2011，12：197-198.

（责任编辑：叶冰）

Independent Designing Experimental System by College Students Based on Group Innovation

ZHU Chao，PENG Xianghong
(School of Chemistry and Environmental Engineering,Jianghan University,Wuhan 430056,Hubei,China)

Beginning with the feature of the major of polymer material&engineering and the developing strategy of Jianghan University which is serving for local area,based on comprehensive experiment curriculum and product designing curriculum of polymer material&engineering，from the aspects of design concept，chief goal，team arrangement and study areas,introduces the independent designing experimental system based on group innovation.The implement of the system will improve the students′group innovation ability and creative ability in engineering.

teaching reform；group innovation；independent designing experimental system；poly⁃mer material and engineering

TQ016；G642

A

1673-0143（2014）04-0094-04

2014-05-22

武汉市教育局教研资助项目（2011009）

朱超（1968—），男，副教授，博士，研究方向：功能高分子。