“材料化学”课程中研究型教学模式的实践与思考

曹春华,王亚珍,刘 立

(江汉大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056)



“材料化学”课程中研究型教学模式的实践与思考

曹春华,王亚珍,刘 立

(江汉大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430056)

以“材料化学”课程为例，介绍了采用以课题驱动、学研结合为教学方法，增加创设探究性问题和设计性实验、改进相应考核方式和评价体系为具体实施手段的研究型教学模式的探索。通过研究学教学模式的实践，使本课程教学效果得到了提高，增强了学生的学习兴趣、自主学习能力和科研素养，并进一步提出了在课程中实践研究型教学模式的意义、存在的问题和改进思路。

研究型教学；课程改革；材料化学

为适应现代社会科技发展和化学专业发展中学科交叉的需要，江汉大学很早就对化学专业开设了“材料化学”这门专业课。该课程是一门典型的以基础理论和科研、实践紧密结合为特征的学科，理论性较强且微观抽象[1-2]，如果只是一味地“灌输式”教学，容易使理论与实践脱节，使教学与科研脱节，不利于对学生独立思考能力、动手能力以及科研素养的提高，课堂教学效果欠佳。近几年，笔者在该课程中探索研究型教学模式的具体实施，取得了较理想的教学效果。

1 “材料化学”课程中研究型教学模式的实践

开设本课程主要是为了帮助化学专业的学生理解化学在新材料发展中的重要作用，以及为学生毕业后从事新材料的研究与开发工作奠定良好基础；此外，学校提出要在学生中实现全员科研，这对学生科研素养的培养提出了更大的挑战，对专业课程教学提出了更高的要求。基于此，我们旨在突破传统的教学模式，采用研究型的课题化教学方法，即以课题载体、任务驱动、学生主体、学研结合、素质渗透，让学生在研究中学习知识，在实践中检验理论，以训练学生的科学研究素质，培养创新意识、创新能力和自主学习能力。因此，我们将本课程教学内容中的一部分内容作为理论研究课题(课题A)，分为四大主课题，每个主课题又分为若干个子课题；另外，选取1个综合设计性实验作为实践研究课题(课题B)；同时以适当的考核评价体系和调查报告作为辅助手段进行研究型教学的实践。

1.1 实施理论研究课题，培养自主学习能力

本课程教材第1～5章[3]涉及绪论，材料的结构、性能、制备等基本知识，理论概念较多、系统且较难，因而这部分内容仍以教师讲授法为主；同时布置课题任务并分组，为课题引入和启动期(20学时)；教材第6～10章的内容为各类材料的具体应用介绍，将其作为理论研究课题内容(16学时)，并划分为四大主课题，即电子与微电子材料的研究、光子材料的研究、生物医用材料的研究以及高性能复合材料和纳米材料的研究；对应于四个主课题，将全班学生分为四个课题组，每组6～9人。每个课题组选取1人作为课题组负责人(组长)，组长与本组成员协商将本组课题的研究内容分成若干个子课题，并分配给本组每位成员，然后通过查阅资料文献，研究学习后做出研究报告，以ppt等形式进行20～30分钟的口头汇报以验收结题。每个大组将被进行绩效考核，某课题组汇报后，其他组成员及教师则作为课题验收的评审进行打分和评价。

本课程的课题化教学以科学研究的管理、设计、实施、汇报等实际工作为核心，引入虚拟的某研究所或某高校的科研情境：研究机构派出的科研主管(教师)给四个课题组负责人(四个大组组长)下发有真实意义的任务(课题)委托书，要求在规定时间内完成相应的课题任务。每个主课题的任务委托书上都包括该课题的名称，研究的主要内容，相关的教学大纲要求及汇报的时间安排。

随着课题化教学的实施，教师的身份、行为、结果都是不断变化的。课题任务布置时，教师的身份是任务委托方；课题任务进行时，教师的身份可能有如下四种：一是指导者，二是过程控制者，三是问题记录员，四是点评及评审员。下任务后会指导学生查阅相关文献资料，并根据需要给每个课题组提供适当的网络资源、图片、视频、动画等素材；在每个课题组汇报前一周，都会组织该组成员进行相关研究内容的讨论和交流，回答每位成员在研究学习中的困惑，帮助学生理解研究课题的重难点，并完善汇报用的ppt；课题汇报过程中记录好每位学生的准备情况、讲述情况、讨论发言情况等，为项目的点评、相关知识的讲解做好准备；学生讲述完后，教师针对研究内容涉及到的知识进行总结性讲解，并组织各课题组进行评价。在教师的引导和指导下，大多数同学都较好地完成了这项课题任务。

1.2 实施实践研究课题，提高科研素养

在该课程中增加实践研究课题(4～6学时)，即一个综合设计性实验——“还原沉淀法制备磁性壳聚糖及吸附性能研究”。此实验综合性较强，并具有典型性，涉及到课程中的高分子材料、无机纳米材料、复合材料以及常用的化学液相合成法；同时实验可操作性强，通过教师的预实验及科研实践表明，此实验目的明确，操作时间适中，绝大多数学生可以在规定的时间内完成本实验。

在实验开始前2周下发实践课题(课题B)任务书，给定实验题目，任务书上提供简单的关于壳聚糖和实验制备原理的介绍、可提供的仪器和试剂、实验要求及一部分参考文献，而关于制备的具体步骤、吸附性能测试方法及吸附条件的选择，则要求学生通过查阅文献获得，并以小组为单位设计出实验方案，要求每个小组吸附性能测试实验的条件选择不能重复。利用课堂及课外时间，教师根据学生提交的实验设计方案，与学生集体或个别讨论，理清实验的目的、原理及整体思路、具体步骤和预期结果等，以便有条不紊地完成预期的研究内容，并要求学生认真处理数据，得出相应规范化图表，完成实验报告。

1.3 构建新的考核评价体系，增强学习兴趣

随着教学模式的改变，必须建立与之配套的考核评价方法。在课题化教学中注重对学生完成课题任务的过程考核评价，因此，要翔实地跟踪学生的一切，通过事实来客观、真实地考核评价学生的学习效果，即在课题任务的完成过程中考核评价学生的各种能力形成、各种素质形成、各种知识运用的情况。由此，我们构建了全面的考核评价体系。课程的整个考核采用百分制，进行形成性评价(或表现性评价)和终结性评价相结合的考核方式，整个考核内容由四大部分构成，即：平时表现(10%)、课题A完成成绩(25%)、课题B完成成绩(15%)和理论考核(50%)综合而得。课题A、B将被细化成多项，并按一定权重逐项具体评价。

为避免课题组中有同学完成任务时吃大锅饭、偷懒，对课题A、B项目完成情况设计评价分配为：学生自我评价(10%)，课题组组长对组员贡献评价(20%)，其他组对本课题完成情况的评价(30%)，科研主管(教师)对课题组小组评价(40%)。

2“材料化学”课程中对研究型教学模式的思考

2.1 实施研究型教学的意义

作为辅助手段，我们设计了两份调查问卷。一份课前发放，旨在了解学生在以往学习时老师采用的教学方法和模式、自己的学习方法存在的问题和不足；对科研是否有兴趣；希望自身哪些方面的能力得到提高；对自主学习和综合设计性实验的认识。充分了解学生情况，以便在研究型教学模式实施过程中寻求对策，提高教学效果；另一份在全部课程结束后发放，调查学生学习本课程后收获和提高，对教学的意见和建议等，以便找到问题，进一步改进。通过调查问卷以及和学生的交流，笔者认为在本课程中探索研究型教学模式的实践成效是显著的，具有主要体现在：

2.1.1 学习内容课题化，学生在研究中自主学习、协作学习

在教师引导和指导下，学生以课题为载体，以做汇报的任务为驱动，通过阅读教材和查阅资料主动研究学习所讲内容，最终形成ppt并走上讲台进行模拟的学术小报告，这一方式培养了他们的文献检索、制作ppt和进行讲座的能力，更重要的是很大程度上调动了学生自主学习的能动性，培养了自学能力；同时由于同一主课题里知识的连贯性，小组成员间也会互相讨论、沟通，进行协作学习，也培养了学生团队协作精神。通过学研结合的自主学习，也促使学生了解到材料化学领域的最新研究进展，培养他们对教材内容的兴趣并找到自己的科研兴趣，另一方面可以让学生看到自己知识结构的不足，在学习中自觉地去完善自己。通过连续几个学期的尝试，我们感到教学效果比较好，有的学生经常在下课后围着教师交流，提出各种材料学领域的前沿问题与教师探讨；有些表现突出的学生积极加入到大学生科研的队伍中，开展科研实验。

2.1.2 开设设计性实验，学生在实践中检验理论、掌握理论

学生在课堂中获取的知识只有在实践中才能消化、理解和掌握，并在实践中检验理论、获得创新。只有将理论教学与实践教学紧密结合，才能使学生具备扎实的理论基础和熟练的实验操作技能，才能够具备从事应用性研究的能力[4]。我们开设的综合设计性实验是在教师的指导下，由学生通过查阅文献按要求自主设计实验步骤和实验方案，由学生独立操作，获得实验结果，提交实验报告和结论。学生进行自主学习和实践，不仅培养了学生独立思考与动手能力、提高了科研素养，同时也提高了学生学习化学和材料科学的兴趣；拓宽了知识面。这种设计性实验和专业教学相结合，相互促进，学生用专业知识指导实践，同时又在实践中更深刻的理解专业知识，学以致用。另外，在完成设计性实验过程中，小组成员互相帮助和配合，进一步强化了团队合作精神。

2.1.3 设计课程评价体系，注重学生能力形成

考核评价必须随着教学方法的改变而变化[5]。课题化教学效果的考核评价不同于传统课程的考核评价，传统课程的考核只能考核学生对知识点的理解与部分应用，对学生能力形成、素质渗透等内容不能很好考核评价；课题化教学的考核评价特点是将能力、素质、知识的考核评价融合于课题任务的完成过程之中；传统课程的效果受教师控制程度大，而课题化教学的效果由学生自己控制。这种评价体系更能全面检测学生的学习效果，科学地评价学生的综合素质和创新能力。另外，课题组之间进行互评，评委的角色促使学生换位思考，有助于加深对于知识的理解，和对自身综合能力的客观审视。

2.2 研究型教学模式存在的问题及改进思路

通过调查问卷我们深入了解到学生们对本课程研究型教学模式实践的认可与支持，但也发现了实践过程中存在的问题与不足，主要表现在课题A的汇报阶段，由于有些课题的研究内容较多，而学时相对较少，致使有的学生讲述时间较长，这样造成互动环节有所缺失，使听汇报同学的兴趣和积极性逐渐减弱。今后拟从两方面进行改善，一是在学时不变的条件下，适当减少部分课题的研究内容，同时加强对学生的指导，对汇报时间进行有效控制；二是在某学生讲解完后，对所讲内容的重点和难点组织进行深入的研讨和交流，加大相互探讨的力度，务必使大多数同学参与其中。例如可以引入问题教学法，在某学生讲解前，提出涉及重难点的几个问题，让其他学生在听的过程中寻求答案，并在讲解完后组织讨论，得出正确解答，这样既调动了大部分学生的积极性，又突出了知识的重难点。

3 结 语

在“材料化学”课程中应用研究型教学模式，采用课题驱动、探索性实验、讨论式教学等教学方法，创设探究性问题和设计性实验，改进相应考核方式和评价体系，将知识“灌输”式教学向师生共同探究式教学转变，将单一的课堂讲授向多样化教学方式转变，将注重理论教学向教学科研结合转变以及将传统的闭卷考试向多种考核评价方式转变。通过这些转变，激发学生的学习与研究的兴趣，提高学生学习研究的自主性、语言表达能力、自我展示的能力、创新能力、实际动手能力及团队协作能力。此外，也为高校的研究型教学提供理论依据和参考，希望我们进行的课题化研究型教学模式的探索和实践能对其他课程，尤其是实践应用性较强的课程的教学有一定的启发。

[1] 冯芳，王东田，庄虹.“材料化学导论”课程教学改革与研究[J].广东化工，2012，39(6)：239-240.

[2] 付鹏.材料化学专业《材料化学》课程建设与教学实践[J].广州化工，2010，38(9)：208-209.

[3] 曾兆华，杨建文.材料化学[M].北京：化学工业出版社，2013：1-160.

[4] 宋彩霞，胡正水.一个材料化学综合性实验的设计及探讨[J].化工高等教育，2012(2)：73-75.

[5] 侯文顺，胡英杰.关于项目化教学改革的考核评价探索[J].辽宁教育行政学院学报，2008，25(10)：12-13.

Practice and Thought of Developing Research-oriented Teaching in Materials Chemistry Course

CAOChun-hua,WANGYa-zhen,LIULi

(School of Chemical and Environmental Engineering, Jianghan University, Hubei Wuhan 430056, China)

Taking the Materials Chemistry course as an example, the research-oriented teaching mode was explored by adopting the project-driven pattern, combining teaching and research as the teaching method, increasing the creation of the inquiry problem and the designed experiment, and improving the corresponding examination methods and the evaluation system. Through the practice of research teaching mode, the teaching effect was improved, and the students’ learning interest, self-learning ability and scientific literacy were enhanced. The significance, problems and improvement of the practice of research-oriented teaching mode in curriculum were put forward.

research-oriented teaching; curriculum reform; Materials Chemistry

武汉市市属高校教学研究项目(No.2014069)。

曹春华(1979-)，女，博士，讲师，主要从事材料化学的教学与研究。

G640

B

1001-9677(2016)022-0188-03