提升材料类专业学生创新能力培养模式的研究

肖卓豪 汪永清

摘 要：理论与实践相结合是材料类专业的显著特点，材料类学生创新能力的培养必须从改善实验教学方式与内容入手。针对当前材料类专业教学所存在的问题并结合国外高校的成功经验，对形势下材料类学生创新能力培养模式进行了初步探讨，提出了三种创新性人才培养模式。

关键词：材料科学；创新能力；培养模式

“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达不竭的动力”， 江泽民同志这一论断揭示了人类社会进步和发展的本质，指出培养创新型人才是顺应时代发展的必然要求。作为领导未来社会潮流、引领科技发展的当代大学生，应是创新的代表，尤其是材料类学生，更是承担了改变我国传统材料先天不足、新材料产业崛起乏力尴尬局面的重任，因此在全面实施素质教育的今天，如何对材料类大学生进行创造思维和创新能力的培养，已成为一个非常突出的问题。

针对材料类学生创新能力的培养，传统方式绝大部分仅限于实验教学的改进，这种改进的缺点在于实验教学本身不可能做到因材施教、不能针对学生的兴趣爱好进行个别的、行之有效的引导、从而实现创新潜能的开发，其结果必然是使学生共性多、被动多，所以基于改进型实验教学的培养模式其实培养的是学生的模仿能力而非创新能力。因此，从个性培养角度出发，对材料类学生进行创新能力培养模式的研究，对于培养青年创新型人才具有积极意义。

1 材料类专业教学与实验的现状分析

材料被认为是社会进步的物质基础和先导， 对国民经济和国防建设起着关键的支撑作用，尤其是作为高技术领域重要组成部分的新材料，与信息、生命、能源并称为现代文明和社会发展的四大支柱。因此，我国高校对材料类专业学生的培养一直非常重视，在恢复高考以后的几十年中，材料类专业人才在推动高新技术产业发展，促进传统产业升级换代和增强综合国力等方面立下了汗马功劳。然而自1999年高校扩招以来，材料类学生招生数量急剧上升，尽管培养学生人数显著增加，但是学生的创新能力却不断引起各界的怀疑与争议。究其原因，主要是由于教学的软硬件条件与方法不能满足材料类学生创新能力实际培养的需求，具体表现在以下几个方面：

1.1 在内教学内容上过于封闭

多年不变的教学体系和教学内容与当前高速发展的前沿科学新理论、新技术严重脱节。如很多高校目前采用的教材仍然是十幾年甚至几十年前出版的教材，很多目前已经解决的技术难题与已被证明存在理论缺陷的原理仍然当作为必修的重点内容。

1.2 在教学方式上过于死板

板书与多媒体展示不能有效结合，多媒体展示作为一种新型的教学手段被滥用。尽管多媒体教学在帮助学生理解某些教学内容方面有其独特的优势，但并不是每一门课程都适用于该种形式，尤其是理论知识较多，概念性、推导性较强的课程由于学生的思维进度很难跟上多媒体演示的速度因而并不适用于多媒体教学。

1.3 培养学生创新能力的实践环节相对不足，学生动手机会少

材料类教学的目的是围绕材料的组成-工艺-结构-性能探讨其中的规律性，这决定了材料类学科的理论学习需要与实践紧密结合。而绝大部分高校实验室出于实验设备维护等方面的原因其实验室开放程度很低，学生不能自主学习与实践，严重阻碍了学生的个性发展。

1.4 教学实验中验证性、原理性实验项目较多， 探索性、创新性实验较少

很显然，验证性、原理性实验是一种典型的重复性实验，只要“依葫芦画瓢”都能够较好的完成，这种培养模式最终培养的只是学生的模仿能力；探索性、创新性的实验因为其结果的不确定性与较高的成本和较长的周期而未能在教学实践环节得到充分运用，这对材料类学生创新潜力的挖掘显然是不够的。

尽管教学实践环节中存在弊端在所难免，但是以上这些弊端已相当严重地阻碍了学生学习的主动性、积极性、创造性以及现代科学思维方法的形成。因此， 在材料类学生的教学与实验中， 针对教学内容与实践环节进行改革，探讨学生创新能力的培养模式已势在必行。

2 国外大学生创新能力培养模式概况

上世纪90年代以来，材料类大学生创新教育在世界各国得到不同程度的重视，并形成了各具特色的创新体系，其中美国、英国、德国、日本的创新教育最具代表性。这些国家的高校根据社会对材料类人才的需求进行教育改革，在创新教育中投入大量的资金对实验设备进行不断改进、对教师举行不定期的素质培训，常年举办材料制备竞赛活动和学术交流活动，关键是能充分利用科技优势和企业优势针对培养学生的实践能力进行实践环节的改革、培养材料类学生的创新能力。

美国大学自20世纪90年代以来，不断进行教育创新，坚持一个“中心”、三个“结合”：即以学生为中心，课内与课外相结合，科学与人文相结合，教学与研究相结合，逐渐形成了独具特色的创新人才培养模式。英国在创新人才培养上，以提高学生的独立思考能力和开放性思维能力为训练的重点；其培养创新型人才的特色在于强调教育的实践目的，注重训练学生思考的能力以及批判性思辨和多学科知识交叉，因此英国所培养的学生科研创新能力非常突出，长期以来素有“科研在英国，开发在美国”的说法。法国在教育方式上，非常注重理论与实践相结合，在学习科学知识的基础上同时学习工程技术；明确要求学生到企业实习并与企业长期保持密切合作的关系。日本在创新人才培养模式上成功发展了特色鲜明的“产官学一体化”和“工业实验室”为主的教育模式，极大的刺激了学生的自主学习能力与创新能力

3 新形势下材料类专业学生创新能力培养模式

3.1 以导师制为基础的创新能力培养模式

在实践能力和创新能力培养方面，牛津大学的导师制是最为成功的模式之一。“导师制”的具体实施方案是每个导师分别指导4～10名学生，对学生教学和辅导负责，并兼顾指导学生的一般福利和生活行为等方面，其显著特征在于以“个别指导”、“因材施教”区别于以授课为中心的一般教学活动。

很显然，“导师制”本身并不是牛津大学的独创，中国古代私学和官学中的“私塾”与“师儒训导”就是一种典型的“导师制”教学模式；现代各国的研究生教育也是一种“导师制”。牛津大学的成功在于将“导师制”教学引入了大学本科生的培养模式，并与其他培养模式形成鲜明对比。“导师制”的优势在于其一方面能够对学生实行因材施教、进行个性化培养，从而显著提高其独立创新能力；另一方面则表现在有利于提高教师素质、促进教学质量的提升，从而形成良性循环，促进“教学相长”。

近代导师制在我国实行最早的是浙江大学，2000年初浙江大学全面推行大学生导师制，北京大学在2002年也推出了大学生导师制，2004年以来，导师制在清华大学、哈尔滨工业大学、厦门大学、南开大学、广东外语外贸大学和南京财经大学等大学得到陆续推广并取得一定的成效。

3.2 基于开放式实验教学的创新能力培养模式

所谓开放式实验教学是指实验时间、空间、内容和教学方法等是开放的，学生能够根据自己的兴趣爱好和时间对实验进行自主选择，这种培养模式能为学生的主动学习和个性发展创造良好的条件与环境，从教学理念上体现了以人为本的思想，能有效地解决当前实验教学中存在的问题。时间开放是指学生可以根据自身需要安排实验时间，不受实验既定课程表的限制；空间开放是指实验室面向全体学生开放，学生通过预约可以自由地学习使用实验室仪器设备，这样学生在实验过程中就能够得心应手地使用仪器设备，从而提高实验质量；内容开放是指学生开展实验不受原先实验指导书和教科书的束缚，可以根据个人兴趣爱好和实验室的实际条件出发，从实验室构建的实验库中调用自己感兴趣的内容进行实验，同时实验库还会随着实验室条件建设以及兄弟院校之间的交流不断更新，从而满足学生日益增长的个性化需求，最大程度地激发学生的创造潜能。

开放式实验教学能促进教学观念和学风的转变，充分体现了以学生为中心的教学观念。由于每个学生选择的实验时间和内容差异很大，实验前需要阅读教材与参考资料，使学生改被动学习为主动学习，从而促进教学质量的提高。此外，开放式实验教学能够满足不同层次、不同兴趣爱好的学生的要求，从而实现个性化教学，有利于学生综合素质和创新能力的培养。

3.3 基于探索式实验教学的创新能力培养模式

探索式实验教学是指通过对现实生产生活中存在的问题进行试探性的实验，以期获得较好的解决方案。这种培养模式主要是利用大学生好奇心强、求知欲旺的特点，引导材料类学生对与材料相关的现象进行仔细观察和分析，进而提出问题、解决问题。探索式实验教学通过设计综合性较大、探索性较强的实验让学生在实验中体会科研的真谛，让学生带着问题主动地查找资料和文献，在这一过程中逐渐地掌握找资料查文献的方法和规律，并不断丰富自己的知识内涵和解决实际问题的能力，从而确实提高学生的创新水平和创新能力。在探索式实验教学过程中，指导老师应当扮好“導师”角色，不断地对学生进行指导与检查，指导老师应针对学生提出的问题尽可能给以适当的解答，以满足他们的好奇心，激励他们去主动探究知识的奥秘。探索式实验教学是改革传统的验证性实验教学的有效途径，该培养模式在使学生掌握有关基础知识和技能的同时，更容易获得较高的创新意识和创新能力。

4 结语

材料类专业是理论与实践结合非常紧密的专业，学生必须在实验中通过对材料组成-工艺-结构-性能之间的关系进行不断实践与探索，才能够真正理解教科书上的理论性内容，从而达到对知识的融会贯通，才能利用所学的知识解决实际问题、指导生产。传统的教学模式与简单的实验教学模式的改进已不能满足对材料类创新型人才培养的需求。新时期新形势下的材料类专业教学模式，可以将以导师制为基础的培养模式与基于开放式实验教学的创新能力培养模式或基于探索式实验教学的创新能力培养模式相结合，并根据各自院校不同专业特点从教学内容以及教学技术上不断完善、不断更新，让学生在实践中培养创新意识与创新能力。

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本文系基金：江西省高等学校教学改革研究课题（JXJG-14-11-11），研究成果。