基于创新性人才培养的材料专业实验教学改革*

董爱娟高蕊丛中笑王春美

（1、同济大学浙江学院土木工程系，浙江嘉兴314051 2、同济大学浙江学院实验中心，浙江嘉兴314051）

基于创新性人才培养的材料专业实验教学改革*

董爱娟1高蕊1丛中笑2王春美2

（1、同济大学浙江学院土木工程系，浙江嘉兴314051 2、同济大学浙江学院实验中心，浙江嘉兴314051）

专业实验教学是培养学生创新能力的有效途径。文章在明确实验教学目标的前提下，从实验教学体系、教学模式、教学质量监控和考核评价体系等几方面开展教学改革，通过增加综合类和设计类实验项目，强化创新能力的培养，形成了“基础验证-综合运用-创新设计”为特色的材料专业三层次实验教学体系（TES）和多元化教学模式，初步建立了完善课前预习、强化实验过程、重视实验报告的内容、格式与结果思考三部分组成的考核评价体系。

材料专业；实验；创新；教学改革

新世纪以来，我国经济与科技迅速发展，培养具有创新意识和创新能力的应用型人才，是目前我国高校教学改革与研究的重要方向。实验教学是高校实践类教学的重要组成部分，实验教学的开展不仅有利于学生加深理解相应的理论知识，而且还能启发学生独立思考、激发学生勇于探索精神。因此，实验教学对于创新性人才的培养起着十分重要的作用［1］。材料专业实验是我校材料科学与工程专业学生的一门重要的专业实验课，涉及不同材料的制备、性能检测、加工成型、配方设计等多学科知识，是一门综合的专业实验课，一般开设在大三和大四年级。我校作为一所新办的独立学院，与母体同济大学在学生培养方面存在着明显的差异，调整专业培养方案、深化教育教学改革和提高教学质量已成为我校现阶段的主要工作内容之一。因此，根据我校的实际情况，我们对材料专业实验教学开展了改革与研究，转变原有教学观念，确立新的教学目标，建立了三层次实验教学体系（TES），采取了新的教学模式和新考核评价体系，将创新能力的培养贯穿整个实验教学过程，并取得了良好的教学效果。

一、转变教学观念，明确教学目标

专业实验在教育体制中一直处于“从属”、“次要”的地位。材料专业实验教学改革首先要转变原有的教学观念，要充分意识到专业实验教学在学生培养方案中的重要性，不仅仅是对理论知识的巩固、验证、理解或达到具体研究目标，而且更重要的是起到培养学生探索未知材料领域的基本方法、实验技能、创新能力和其他综合素质的作用［2］。根据我校材料专业人才培养目标的定位，确定了材料专业实验教学目标：使学生进一步巩固对材料科学与工程基本理论知识的理解，并初步建立关于材料结构、性能与应用之间相互关系的知识结构体系；引导学生初步形成科学研究与工程意识，能够独自开展实验设计、材料制备、加工成型、性能测试和数据处理分析等工作，提高其综合应用所学专业知识和技能，培养其解决实际生产问题的能力，增强其创新意识。因此，材料专业实验教学改革应重点加强培养学生的创新能力和综合实践能力，坚持知识传授和能力培养全面协调发展。在课程设置上处理好与理论教学、实习和毕业设计等其他教学环节的衔接、融合和交叉等问题，将理论教学与实践教学有机结合起来，使之成为培养学生创新意识和实践能力的重要独立环节［3］。

二、重视创新意识培养，建立三层次实验教学体系

材料专业实验长期以来依附理论专业课程，以基础类和验证性实验为主，综合类和设计类实验偏少，学生难以将所学的知识融会贯通，更难将实际生产联系起来。因而达不到培养学生的综合实践能力，不能激发学生的创新精神，更谈不上培养应用型人才。因此，我们对材料专业实验教学项目进行了优化调整。实验内容体现与时俱进，增加综合性和设计性实验项目比例。在实验教学安排上，根据其他专业教学进度，体现由简单到复杂、由单一到综合，层次分明、循序渐进，形成了具有自身特点的三层次实验教学体系（TES，Three-level Experimental teaching System），即“基础验证-综合运用-创新设计”为特色的实验教学体系。

基础验证实验的主要目的是加深巩固所学理论知识，要求学生掌握实验的基本原理和实验方法，掌握相关实验设备原理并熟练操作，培养其基本的实验技能和分析处理实验数据的能力［4］。结合我校大部分材料专业毕业生的工作去向和技能要求，我们开设了水泥、砂浆和混凝土等常用建筑材料的基本性能测定，聚醋酸乙烯酯、苯乙烯等有机高分子的合成、粘度法测聚合物分子量、偏光显微镜测聚合物结晶等10项基础验证性实验项目。

图1　三层次实验教学体系（TES）示意图

图2　涂料综合实验流程图

综合运用实验在强化专业实验操作技能的同时，重点培养学生综合运用所学知识和专业技能，发现问题、分析问题和解决问题的能力［5］。例如苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液的制备，是一项单一的基础类验证性实验，要求学生掌握乳液聚合的基本实验方法和了解乳液聚合的工艺特点。但学生缺乏对该技术的应用了解，无法正确评价产品性能。因此我们将该实验与涂料工艺综合性实验整合为涂料综合性实验，即依次进行实验预习，苯-丙乳液合成，乳液性能检测，苯-丙乳胶漆配方设计，涂膜，漆膜性能测试（如硬度、耐水性、耐磨性、附着力、抗冲击性等），与市售苯-丙乳液性能对比，分析性能差异的主要因素，总结，撰写实验报告。一方面，培养学生的专业实验技能与综合分析能力；另一方面，加深学生对乳液合成技术、涂料基本组成和性能检测方法的认识，提高实验的积极主动性。

创新设计实验是指由指导教师提出实验课题，让学生查阅资料、设计实验方案、经实验教师审定和指导后，进行有目的的探索性实验。该类实验留给学生独立思考的空间，有利于培养学生的探索精神和创新意识［6］。例如聚氯乙烯增塑糊的制备及涂刮成型试验，要求学生以某一组分作为变量因素自行设计实验方案包括配方设计、成型工艺、相关实验参数和性能测试方法，经指导教师审定后，开展实验，最后综合分析，形成实验报告。在教学上真正实现了从“以教师为中心”到“以学生为中心”的转变，指导教师只是参与实验方案的审定与指导，并在实验过程适当提出问题，引导学生思考。该类实验的开设，改变学生原有被动的学习状态，有利于激发他们的求知欲、想象力和探索精神，有利于培养学生的综合创新能力，使学生能更快的适应后期的毕业设计和胜任今后的专业工作。

三、依据不同层次特点，建立多元化教学模式

为充分体现学生在专业实验教学过程中的主体性，激发对实验的兴趣，利于达到教学目标。我们根据不同层次实验考核要求和学生的学习深入程度，建立了多元化的教学模式。

在基础验证类实验中采用提示性教学，根据所创设的实验情景，提出问题，学生在回答的过程中不断思考，以强化基本实验操作技能和基本理论知识。例如，在膨胀计测定聚合物的玻璃化转变温度（Tg）实验项目中，聚合物的Tg很抽象，难以理解，通过学生测定毛细管柱高与温度变化的关系曲线，引出自由体积理论，进而提出Tg的定义；通过不同升温速率下测得的Tg，提出影响聚合物Tg的因素。实践证明，通过创设实验情景，激发学生思考，有利于加强学生学习的主动性，提高实验效率。

根据综合运用实验的特点，学生有一定的实验基础，可采用启发式教学方法，带动学生思考，引导学生形成综合考虑问题的思维方式。例如，在砂浆基本性能试验项目中，如何判定砂浆工作性的好坏，学生可以带着问题，测定砂浆的稠度和分层度，再联系到砂浆的保水性，进行综合分析后，最终确定其工作性。这类实验不仅要求学生掌握具体某项实验的理论与操作技能，而且能兼顾该类实验中涉及到的不同因素，最终有一个综合分析与判定，突出强调实验的应用性。

创新设计实验要求学生独立设计实验并实施，是专业实验中要求最高的一类实验，一般安排在大四。由于实验并不是完全按照实验指导教师设定进行，此类实验适合于探究式教学。教师作为辅助角色，主要是启发学生如何完善实验方案，如何解决实验中出现的问题，使学生体验和思考实验研究的基本思路和研究方法，从而不断提高创新意识和综合实践能力［7］。例如，在塑料的综合性实验项目中，在某些条件下，塑炼加工过程中的PVC树脂有可能会出现颜色加深的现象，作为指导教师可根据实际情况提出问题，引导学生思考与讨论，并完善解决方案。

四、创新实验教学质量监控和考核评价体系

实验教学质量监控是指通过对教学质量的持续监督和控制，把影响教学质量的诸多因素有机协调、统一组织，按照一定的程序有机地进行［8］。我校通过督导专家巡视、听课、抽查实验报告，定期开展师生座谈会、问卷调查等，及时总结实验教学过程中存在的问题，并根据结果，及时反馈相应的实验教师，以此来加强实验教学质量监控。

以往仅从实验报告无法准确的判定学生的真实实验水平和实验成绩。我们采取过程控制的评价管理模式，由课前预习、实验过程、实验报告三部分组成，分别占总评成绩的20％、40％和40％。在实验前，强调实验预习报告质量与预习效果，采取随机提问的方式进行抽查；在实验过程中，重视实验操作规范，独立思考，数据的完整性等方面进行考察；在实验结束后，以实验报告的完整规范、对实验结果分析的深入与否等进行考核。

通过建立多渠道、速反馈的教学质量监督机制和多元化、重过程的考核评价体系，有利于促进和加强教师实验教学质量的进一步提高，有利于增强学生对专业实验课的重视，在很大程度上可以提高学生的学习积极性。

五、结束语

在以创新性人才培养为目的的专业实验教学改革过程中，学生的创新能力与实验教学内容、教学手段、教学方法和评价标准等紧密相关。我们通过对材料专业实验教学的一系列改革与优化，增加了综合运用和创新设计类实验的比例，建立了具有自身特点的三层次实验教学体系（TES），使实验教学内容安排更加合理；引入提示性、启发式和探究式多元化教学模式和多元化考核评价体系，使教学手段更加丰富多样，使考核评价标准更加科学，提高了学生的学习积极性。在今后的教学工作中，我们将继续完善实验教学体系。在实验教学内容方面，增加学生自主设计类实验项目，实验内容紧密结合当前本校专业教师的科研成果与企业实用技术，为学生提供更多的选择；充分利用多媒体资源，在教学内容和方法上更加丰富多彩，使学生学习积极性和主观能动性充分发挥出来，进一步加强培养创新能力。

［1］王忠，王金爱.发挥实验室作用，培养创新性人才［J］.实验技术与管理，2006，23（5）：125-127.

［2］何峰，冯小平，谢峻林.材料专业设计性实验教学改革与实践［J］.实验室科学，2012，15（2）：9-12.

［3］梁丽.构建分层次实验教学体系，培养创新型人才［J］.实验室研究与探索，2014，23（1）：217-219.

［4］董丽萍，刘宇.面向应用型人才培养的实验教学体系研究［J］.实验技术与管理，2007，24（9）：121-124.

［5］汪大海，付强.材料物理与化学专业综合性实验教学改革初探［J］.实验室研究与探索，2011，30（1）：103-105

［6］刘颖，侯建军，黄亮.“电子技术课程设计”精品课程建设与改革实践［J］.电气电子教学学报，2008，30（2）：3-4.

［7］王峰，黄薇，刘书银，等.多元化化学实验教学模式的探索与实践［J］.山东化工，2014，43：172-174.

［8］钱波.应用型工科院校多元化实验教学体系的创新探究［J］.实验室研究与探索，2011，30（8）：121-124.

Professional experiment teaching is an effective way to cultivate students'innovative ability.Under the prerequisite of clarifying the experimental teaching objectives，teaching reform of material specialty has been carried out from the aspects of experimental teaching system，teaching mode，teaching quality monitoring and evaluation system.By increasing the comprehensive and designing experimental projects，the innovation ability has been strengthened.And finally formed a characteristic"basic verification-integrated use-innovative design"for Three-level Experimental teaching System（TES）and diversified teaching mode，established a system of assessment and evaluation，which consists of three parts，namely，pre-class preview，experimental process and experimental report.

material specialty；experiment；innovation；teaching reform

G642

A

2096-000X（2016）22-0148-03

同济大学浙江学院教改项目（2016.1）

董爱娟（1984-），女，浙江，讲师，硕士，主要从事纳米复合材料、高分子材料改性方向的教学与科研工作。