以培养学生创新能力为导向的“材料加工实验”的教学改革与实践

高喜平 姚大虎 赫玉欣 余志强 陆 昶 李军波 马军营

(河南科技大学 化工与制药学院，河南 洛阳 471003)

“材料加工实验”是我校材料化学专业的一门专业必修实验课，本实验课以“高分子材料加工与成型”为理论基础，课程体系注重理论教学和实践教学相统一。“材料加工实验”课程的主要教学内容是利用常见的高分子材料成型与加工设备来制备、改性高分子材料。通过“材料加工实验”的开设，一方面增强学生对理论教学中所了解的材料加工、成型设备的感性认识，深入理解理论知识，掌握常见的高分子材料加工与成型设备的使用方法；另一方面，通过设备对高分子材料进行制备及改性，进一步提高学生对材料组成、结构与性能之间的理解，进而提高学生对高分子材料知识的综合运用能力。因此，开展好“材料加工实验”这门课，对高分子材料方向的学生具有重要的意义。

目前，学生普遍重视理论课程的学习，而轻视实践课程的学习。实际上，实验教学与理论教学相比具有直观性、实践性、综合性、设计性与创新性，在培养学生的动手操作能力、知识综合应用能力和创新实践能力方面起着至关重要的作用[1]。

高分子材料作为三大材料之一，是一种发展相对较晚的新型材料品种，但其快速发展使得其在经济、生活领域得到了越来越广泛的应用。随着科技的发展和需求的不断变化，各种各样的新材料、新技术和材料的新性能及新应用等会不断涌现，这就要求学生不但掌握高分子材料相关的专业基础知识和相应的实践能力，同时还必须要有较强的创新能力。为了培养高分子材料方向学生的创新能力，根据人才培养方案和和课程教学目标的相关要求，结合学院现有的实验条件，对“材料加工实验”课程在教学模式、教学内容、考核评价体系等方面进行了改革探索。

1 实验教学模式的改革

传统的实验教学模式，一般是由老师根据实验教学内容对实验进行相应的讲解、演示，学生再根据实验项目进行相应的实验操作。这种教学模式，在实验过程中学生仅需要严格地按照操作规程操作仪器、测试实验样品并进行数据分析及报告撰写等，而缺乏独立的实验设计、思考以及分析问题、解决问题的能力。在这种单一的实验教学模式下，学生更多的是培养了实验的动手操作能力和仪器设备的相关操作方法，而缺乏对实验的综合了解、设计以及独立分析、解决问题的机会。因此，为了改善这种教师主导实验教学模式的缺陷，“材料加工实验”的指导教师根据课程特点，采取能调动学生学习自主性、自发性的以学生为实验主体的实验教学模式。在实验教学过程中，采取教师主要讲解相关加工、成型设备的原理、设备构成、操作方法及操作步骤等，将实验题目分配给学生，由学生根据实验题目去查阅相关的文献资料，然后自主设计实验的相关方案，再与老师讨论方案的可行性并修正，最后独立自主地根据完善后的实验方案开展相关实验、测试及撰写报告等。

这种以学生为主体的实验教学模式，可以充分发挥学生学习的主观能动性，学生通过对实验项目文献资料的调研，既可以锻炼文献资料的查阅能力，又能通过阅读文献增加对实验项目的充分了解，进而扩大知识面。同时，通过自主设计实验方案、独立地进行实验设备的操作、实验测试及数据分析、报告撰写等，既可以充分发挥学生的独立分析问题、解决问题的能力，又能培养学生的科研意识和创新能力。因此，通过实验教学模式的改革，达到让学生从思想上转变之前认知性、验证性实验的以教师为主体的教学模式，从而起到培养学生独立分析问题、解决问的能力和创新意识及创新思维的效果。

2 实验教学内容的改革

高校的实验项目大多是依附于理论课程的教学需要而开设的，因此，开展的实验项目多为对课本理论知识的进一步说明及验证，实验学时较少，实验操作较为简单，很多实验是认知性和验证性实验，对于学生综合素质和创新能力的提高起不到应有的推动作用。而为了培养和提高学生的综合素质和创新意识，开展综合性、设计性以及创新性实验项目就显得尤为必要。为此，我们在“材料加工实验”中优化了实验项目，全部设置为综合性、设计性实验项目，同时结合实验指导教师的研究领域和方向，引入一些具有新颖性和前沿性的实验题目，从而让学生对高分子材料研究领域和前沿有一定的认识，提高他们学习专业的兴趣和增加学生对专业最新发展方向的了解。

2.1 优化实验教学内容，强化综合性、设计性实验教学

对于我校的“材料加工实验”，主要是面向高分子材料方向的学生，实验的教学目的一方面是让学生进一步了解和掌握高分子材料相关加工、成型设备的原理、结构及操作方法等，另一方面是利用常见的高分子材料成型加工设备制备高分子材料，并进行相应的性能测试及分析等。根据实验室现有的实验条件，实验教师先对设备的原理、结构及组成、操作方法及步骤、使用注意事项等进行讲解，并演示设备的使用，然后学生根据老师布置的综合性、设计性实验项目利用设备进行相应的实验。通过该步骤的实验教学，一方面让学生充分了解相关设备的加工成型原理及熟练掌握常见的高分子材料加工设备如挤出机、注塑机、平板硫化机及真空辅助成型设备的使用方法，并利用设备制备一些常见的高分子材料，锻炼和提高学生的实验动手操作能力；另一方面，学生通过查阅相关文献资料，自主设计实验方案，实验方案经过与实验指导教师充分沟通、交流的可行性后，由学生根据修正后的实验方案独立自主开展试样的制备、性能测试与表征、数据的分析与处理、报告的撰写等过程，通过这一系列的操作，让学生完全熟悉和了解与科研相关的实验步骤。这种与科研步骤紧密相关的综合性、设计性实验教学内容，既锻炼和增强了学生综合运用相关知识解决问题的能力，又提高了学生的创新意识和创新能力。

2.2 优化实验教学项目，增加实验的新颖性

高分子材料随着科学技术的快速发展，新材料、材料的新性能及新的用途等不断涌现，如果实验题目还是保持传统高分子材料的内容不更新，就显得实验项目陈旧，缺乏与时代紧密相连的新颖性，难以充分调动学生的学习兴趣和积极性，而且也会使学生缺乏对高分子材料发展领域最新前沿的了解，因此会使得教学效果不理想。为了让学生通过“材料加工实验”进一步了解高分子材料的制备、改性及新的发展及利用，指导教师优选一些具有典型特征的实验项目，并根据自己的科研方向布置了部分具有高分子材料领前沿性的研究方向作为实验题目，比如针对高分子材料共混与改性方向，设置了一些高分子材料增强、增韧、增容等方面的实验项目；针对高分子材料应用时存在易燃的问题，设置了一些当下研究比较热的无卤阻燃的实验项目；针对近些年柔性传感器研究比较热，设置了一些柔性导电高分子材料在柔性传感器方面制备及应用的实验项目，等。通过这些与科研、应用及时代发展等紧密相联系实验项目的开展，更好地激发学生的学习爱好与兴趣，可以充分调动学生学习的积极性、主动性，从而达到通过实验教学新颖性的改革来提高学生学习效果的目的；同时，一些具有科研领域前沿性项目的引入，可以拓宽学生的知识面和提高学生了解高分子材料发展的方向，这对提高学生的创新意识和创新能力具有很大的帮助。

3 实验评价体系的改革

实验教学的改革是一个系统性的变化，不仅包括实验教学理念的转变、实验教学模式的改革、实验教学内容的更新等，尤其要重视实验考核评价体系的改革。开展实验教学考核评价体系的改革，是提升学生创新思维及创新能力的重要途径[2]。实验考核评价体系对培养学生的动手操作能力、实验技能、独立解决问题的能力以及创新意识与创新能力等具有重要的作用，完善与合理的全过程实验考核评价体系可以促进学生创新能力的培养与提高；重视实验结果而忽略过程的考核评价体系，则不利于学生创新能力的培养。因此，为了实现通过“材料加工实验”这门专业课来提高学生的创新意识与能力这一目标，实验指导教师设计全过程督导与考核的评价体系，不仅仅只关注实验报告的结果，而更关注学生学生文献查阅、方案设计、实验过程中独立解决问题的能力以及学习态度等，从而全面、客观地给予学生综合的评价，达到通过实验考核评价体系来促进学生创新意识与创新能力的培养这一目标。为此，“材料加工实验”的指导教师改变传统实验教学重结果轻过程的评价体系，调整评价思路，加强和完善实验教学过程管理，优化实验综合成绩的评价指标，加大实验过程中学生独立自主设计方案、实验及数据分析等方面成绩占比。

实验考核可包括：实验基本操作、实验报告以及创新意识与创新能力等方面。实验成绩主要包括两大块：实验报告成绩和实验的平时成绩。评价的基本思路是：弱化实验报告成绩占比，同时，在实验报告里要重点查看学生对数据的分析处理及对数据结果的深入讨论、分析方面；突出实验平时成绩的比重，尤其是课题设计思路、实验中存在问题的解决能力、专业知识理解掌握及运用等方面。实验平时成绩主要有以下几方面组成：出勤率、实验操作技能、文献资料的查阅及课题方案的设计、实验中独立解决问题的能力、专业知识的综合运用、同组同学的成绩互评等，尤其要加强课题自主设计及开展、独立解决实验中存在问题的能力及专业知识综合运用方面的占比。实验指导教师根据实验报告成绩和平时成绩每部分所占比例的不同，全面、综合评价学生实验全过程的表现及结果，成绩考核重点突出学生创新意识、综合运用知识能力及创新能力方面的锻炼和培养，从而起到通过评价体系的改革来促进学生创新意识及创新能力培养、锻炼与提高的目的。

4 实践运行情况

基于培养学生创新能力为导向的“材料加工实验”的初步改革与实践，通过对学生进行访谈，学生普遍反映通过综合性、设计性、创新性实验项目的开展，既锻炼了动手操作能力，更重要的是让学生自觉自主地完全设计实验方案、独立地进行实验操作、数据处理及讨论分析等，培养和提高了学生的创新意识及思维。同时，通过让学生参与一些当前研究较热的高分子材料领域的实验项目，既可以让学生了解高分子材料领域的一些前沿知识，拓宽他们的知识面；又可以通过具有新颖性的实验项目提高学生学习的兴趣和积极性，从而起到提学习效果及培养创新意识及创新能力的作用。

5 结束语

“材料加工实验”是高分子材料方向的专业必修课，是学生了解常见高分子材料加工及成型设备结构及掌握这些设备操作方法的一个重要环节，开展好这门实验课不但能让学生更好理解理相关论知识，而且可以掌握相关设备的操作方法及常规高分子材料的制备、改性及测试等；同时，更重要的是可以设计好实验教学体系，通过对本门实验课教学模式、教学内容以及评价体系的改革，提高学生的动手操作能力、独立解决问题的能力以及培养和提高学生的创新意识、创新思维和创新能力，从而响应国家对创新型人才培养的要求。经过相应的改革与实践，结果表明这些措施的实施，可以多方面培养和提高学生的动手操作能力、查阅文献的能力、独立分析和解决问题能力、创新能力以及团队合作意识等。