董愛娟高蕊叢中笑王春美

（1、同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院土木工程系，浙江嘉興314051 2、同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心，浙江嘉興314051）

基于創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革*

董愛娟1高蕊1叢中笑2王春美2

（1、同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院土木工程系，浙江嘉興314051 2、同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心，浙江嘉興314051）

專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效途徑。文章在明確實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)的前提下，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)模式、教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和考核評(píng)價(jià)體系等幾方面開展教學(xué)改革，通過(guò)增加綜合類和設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，強(qiáng)化創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，形成了“基礎(chǔ)驗(yàn)證-綜合運(yùn)用-創(chuàng)新設(shè)計(jì)”為特色的材料專業(yè)三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（TES）和多元化教學(xué)模式，初步建立了完善課前預(yù)習(xí)、強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程、重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容、格式與結(jié)果思考三部分組成的考核評(píng)價(jià)體系。

材料專業(yè)；實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新；教學(xué)改革

新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技迅速發(fā)展，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才，是目前我國(guó)高校教學(xué)改革與研究的重要方向。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校實(shí)踐類教學(xué)的重要組成部分，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展不僅有利于學(xué)生加深理解相應(yīng)的理論知識(shí)，而且還能啟發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考、激發(fā)學(xué)生勇于探索精神。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)起著十分重要的作用［1］。材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的一門重要的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，涉及不同材料的制備、性能檢測(cè)、加工成型、配方設(shè)計(jì)等多學(xué)科知識(shí)，是一門綜合的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課，一般開設(shè)在大三和大四年級(jí)。我校作為一所新辦的獨(dú)立學(xué)院，與母體同濟(jì)大學(xué)在學(xué)生培養(yǎng)方面存在著明顯的差異，調(diào)整專業(yè)培養(yǎng)方案、深化教育教學(xué)改革和提高教學(xué)質(zhì)量已成為我校現(xiàn)階段的主要工作內(nèi)容之一。因此，根據(jù)我校的實(shí)際情況，我們對(duì)材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展了改革與研究，轉(zhuǎn)變?cè)薪虒W(xué)觀念，確立新的教學(xué)目標(biāo)，建立了三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（TES），采取了新的教學(xué)模式和新考核評(píng)價(jià)體系，將創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程，并取得了良好的教學(xué)效果。

一、轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，明確教學(xué)目標(biāo)

專業(yè)實(shí)驗(yàn)在教育體制中一直處于“從屬”、“次要”的地位。材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革首先要轉(zhuǎn)變?cè)械慕虒W(xué)觀念，要充分意識(shí)到專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生培養(yǎng)方案中的重要性，不僅僅是對(duì)理論知識(shí)的鞏固、驗(yàn)證、理解或達(dá)到具體研究目標(biāo)，而且更重要的是起到培養(yǎng)學(xué)生探索未知材料領(lǐng)域的基本方法、實(shí)驗(yàn)技能、創(chuàng)新能力和其他綜合素質(zhì)的作用［2］。根據(jù)我校材料專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位，確定了材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)：使學(xué)生進(jìn)一步鞏固對(duì)材料科學(xué)與工程基本理論知識(shí)的理解，并初步建立關(guān)于材料結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用之間相互關(guān)系的知識(shí)結(jié)構(gòu)體系；引導(dǎo)學(xué)生初步形成科學(xué)研究與工程意識(shí)，能夠獨(dú)自開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、材料制備、加工成型、性能測(cè)試和數(shù)據(jù)處理分析等工作，提高其綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)和技能，培養(yǎng)其解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力，增強(qiáng)其創(chuàng)新意識(shí)。因此，材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合實(shí)踐能力，堅(jiān)持知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)全面協(xié)調(diào)發(fā)展。在課程設(shè)置上處理好與理論教學(xué)、實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等其他教學(xué)環(huán)節(jié)的銜接、融合和交叉等問題，將理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使之成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力的重要獨(dú)立環(huán)節(jié)［3］。

二、重視創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)，建立三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)期以來(lái)依附理論專業(yè)課程，以基礎(chǔ)類和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合類和設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)偏少，學(xué)生難以將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，更難將實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)。因而達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，不能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，更談不上培養(yǎng)應(yīng)用型人才。因此，我們對(duì)材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體現(xiàn)與時(shí)俱進(jìn)，增加綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比例。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排上，根據(jù)其他專業(yè)教學(xué)進(jìn)度，體現(xiàn)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單一到綜合，層次分明、循序漸進(jìn)，形成了具有自身特點(diǎn)的三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（TES，Three-level Experimental teaching System），即“基礎(chǔ)驗(yàn)證-綜合運(yùn)用-創(chuàng)新設(shè)計(jì)”為特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的主要目的是加深鞏固所學(xué)理論知識(shí)，要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法，掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備原理并熟練操作，培養(yǎng)其基本的實(shí)驗(yàn)技能和分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力［4］。結(jié)合我校大部分材料專業(yè)畢業(yè)生的工作去向和技能要求，我們開設(shè)了水泥、砂漿和混凝土等常用建筑材料的基本性能測(cè)定，聚醋酸乙烯酯、苯乙烯等有機(jī)高分子的合成、粘度法測(cè)聚合物分子量、偏光顯微鏡測(cè)聚合物結(jié)晶等10項(xiàng)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

圖1　三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（TES）示意圖

圖2　涂料綜合實(shí)驗(yàn)流程圖

綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)在強(qiáng)化專業(yè)實(shí)驗(yàn)操作技能的同時(shí)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力［5］。例如苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液的制備，是一項(xiàng)單一的基礎(chǔ)類驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生掌握乳液聚合的基本實(shí)驗(yàn)方法和了解乳液聚合的工藝特點(diǎn)。但學(xué)生缺乏對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用了解，無(wú)法正確評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能。因此我們將該實(shí)驗(yàn)與涂料工藝綜合性實(shí)驗(yàn)整合為涂料綜合性實(shí)驗(yàn)，即依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，苯-丙乳液合成，乳液性能檢測(cè)，苯-丙乳膠漆配方設(shè)計(jì)，涂膜，漆膜性能測(cè)試（如硬度、耐水性、耐磨性、附著力、抗沖擊性等），與市售苯-丙乳液性能對(duì)比，分析性能差異的主要因素，總結(jié)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。一方面，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能與綜合分析能力；另一方面，加深學(xué)生對(duì)乳液合成技術(shù)、涂料基本組成和性能檢測(cè)方法的認(rèn)識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)的積極主動(dòng)性。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是指由指導(dǎo)教師提出實(shí)驗(yàn)課題，讓學(xué)生查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、經(jīng)實(shí)驗(yàn)教師審定和指導(dǎo)后，進(jìn)行有目的的探索性實(shí)驗(yàn)。該類實(shí)驗(yàn)留給學(xué)生獨(dú)立思考的空間，有利于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識(shí)［6］。例如聚氯乙烯增塑糊的制備及涂刮成型試驗(yàn)，要求學(xué)生以某一組分作為變量因素自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案包括配方設(shè)計(jì)、成型工藝、相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)和性能測(cè)試方法，經(jīng)指導(dǎo)教師審定后，開展實(shí)驗(yàn)，最后綜合分析，形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在教學(xué)上真正實(shí)現(xiàn)了從“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”的轉(zhuǎn)變，指導(dǎo)教師只是參與實(shí)驗(yàn)方案的審定與指導(dǎo)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程適當(dāng)提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考。該類實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，改變學(xué)生原有被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，有利于激發(fā)他們的求知欲、想象力和探索精神，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合創(chuàng)新能力，使學(xué)生能更快的適應(yīng)后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)和勝任今后的專業(yè)工作。

三、依據(jù)不同層次特點(diǎn)，建立多元化教學(xué)模式

為充分體現(xiàn)學(xué)生在專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的主體性，激發(fā)對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，利于達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。我們根據(jù)不同層次實(shí)驗(yàn)考核要求和學(xué)生的學(xué)習(xí)深入程度，建立了多元化的教學(xué)模式。

在基礎(chǔ)驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)中采用提示性教學(xué)，根據(jù)所創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)情景，提出問題，學(xué)生在回答的過(guò)程中不斷思考，以強(qiáng)化基本實(shí)驗(yàn)操作技能和基本理論知識(shí)。例如，在膨脹計(jì)測(cè)定聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，聚合物的Tg很抽象，難以理解，通過(guò)學(xué)生測(cè)定毛細(xì)管柱高與溫度變化的關(guān)系曲線，引出自由體積理論，進(jìn)而提出Tg的定義；通過(guò)不同升溫速率下測(cè)得的Tg，提出影響聚合物Tg的因素。實(shí)踐證明，通過(guò)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情景，激發(fā)學(xué)生思考，有利于加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，提高實(shí)驗(yàn)效率。

根據(jù)綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，學(xué)生有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，可采用啟發(fā)式教學(xué)方法，帶動(dòng)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生形成綜合考慮問題的思維方式。例如，在砂漿基本性能試驗(yàn)項(xiàng)目中，如何判定砂漿工作性的好壞，學(xué)生可以帶著問題，測(cè)定砂漿的稠度和分層度，再聯(lián)系到砂漿的保水性，進(jìn)行綜合分析后，最終確定其工作性。這類實(shí)驗(yàn)不僅要求學(xué)生掌握具體某項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的理論與操作技能，而且能兼顧該類實(shí)驗(yàn)中涉及到的不同因素，最終有一個(gè)綜合分析與判定，突出強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性。

創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并實(shí)施，是專業(yè)實(shí)驗(yàn)中要求最高的一類實(shí)驗(yàn)，一般安排在大四。由于實(shí)驗(yàn)并不是完全按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師設(shè)定進(jìn)行，此類實(shí)驗(yàn)適合于探究式教學(xué)。教師作為輔助角色，主要是啟發(fā)學(xué)生如何完善實(shí)驗(yàn)方案，如何解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，使學(xué)生體驗(yàn)和思考實(shí)驗(yàn)研究的基本思路和研究方法，從而不斷提高創(chuàng)新意識(shí)和綜合實(shí)踐能力［7］。例如，在塑料的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，在某些條件下，塑煉加工過(guò)程中的PVC樹脂有可能會(huì)出現(xiàn)顏色加深的現(xiàn)象，作為指導(dǎo)教師可根據(jù)實(shí)際情況提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考與討論，并完善解決方案。

四、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控和考核評(píng)價(jià)體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控是指通過(guò)對(duì)教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)監(jiān)督和控制，把影響教學(xué)質(zhì)量的諸多因素有機(jī)協(xié)調(diào)、統(tǒng)一組織，按照一定的程序有機(jī)地進(jìn)行［8］。我校通過(guò)督導(dǎo)專家巡視、聽課、抽查實(shí)驗(yàn)報(bào)告，定期開展師生座談會(huì)、問卷調(diào)查等，及時(shí)總結(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中存在的問題，并根據(jù)結(jié)果，及時(shí)反饋相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教師，以此來(lái)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。

以往僅從實(shí)驗(yàn)報(bào)告無(wú)法準(zhǔn)確的判定學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗(yàn)水平和實(shí)驗(yàn)成績(jī)。我們采取過(guò)程控制的評(píng)價(jià)管理模式，由課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告三部分組成，分別占總評(píng)成績(jī)的20％、40％和40％。在實(shí)驗(yàn)前，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告質(zhì)量與預(yù)習(xí)效果，采取隨機(jī)提問的方式進(jìn)行抽查；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，重視實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，獨(dú)立思考，數(shù)據(jù)的完整性等方面進(jìn)行考察；在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的完整規(guī)范、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的深入與否等進(jìn)行考核。

通過(guò)建立多渠道、速反饋的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)督機(jī)制和多元化、重過(guò)程的考核評(píng)價(jià)體系，有利于促進(jìn)和加強(qiáng)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提高，有利于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的重視，在很大程度上可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

五、結(jié)束語(yǔ)

在以創(chuàng)新性人才培養(yǎng)為目的的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革過(guò)程中，學(xué)生的創(chuàng)新能力與實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等緊密相關(guān)。我們通過(guò)對(duì)材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一系列改革與優(yōu)化，增加了綜合運(yùn)用和創(chuàng)新設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)的比例，建立了具有自身特點(diǎn)的三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系（TES），使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容安排更加合理；引入提示性、啟發(fā)式和探究式多元化教學(xué)模式和多元化考核評(píng)價(jià)體系，使教學(xué)手段更加豐富多樣，使考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更加科學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在今后的教學(xué)工作中，我們將繼續(xù)完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面，增加學(xué)生自主設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密結(jié)合當(dāng)前本校專業(yè)教師的科研成果與企業(yè)實(shí)用技術(shù)，為學(xué)生提供更多的選擇；充分利用多媒體資源，在教學(xué)內(nèi)容和方法上更加豐富多彩，使學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主觀能動(dòng)性充分發(fā)揮出來(lái)，進(jìn)一步加強(qiáng)培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

［1］王忠，王金愛.發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室作用，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2006，23（5）：125-127.

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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

同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院教改項(xiàng)目（2016.1）

董愛娟（1984-），女，浙江，講師，碩士，主要從事納米復(fù)合材料、高分子材料改性方向的教學(xué)與科研工作。