材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)特色化的教學(xué)模式研究

王愛(ài)萍，朱志斌

(中國(guó)海洋大學(xué) 材料科學(xué)與工程研究院，山東 青島 266100)

材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)特色化的教學(xué)模式研究

王愛(ài)萍，朱志斌

(中國(guó)海洋大學(xué) 材料科學(xué)與工程研究院，山東 青島 266100)

針對(duì)中國(guó)海洋大學(xué)海洋應(yīng)用特色的材料基礎(chǔ)研究的發(fā)展方向，整合材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)特色化的教學(xué)模式。文中從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)踐性自主性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法體系、多元化多層次的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、綜合性應(yīng)用型人才的考核方式等方面，對(duì)注重培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐動(dòng)手能力及科研能力、全面提高其專(zhuān)業(yè)技能和綜合應(yīng)用素質(zhì)的特色化教學(xué)模式進(jìn)行探討和研究。

材料化學(xué)；專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)；特色化；教學(xué)模式

材料科學(xué)是一門(mén)理工結(jié)合、學(xué)科交叉的學(xué)科，在信息、能源、環(huán)境、航天等前沿科學(xué)領(lǐng)域起著越來(lái)越重要的作用[1-2]。材料科學(xué)體系是一門(mén)實(shí)用性和實(shí)驗(yàn)性都很強(qiáng)的學(xué)科,實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是驗(yàn)證理論、傳授知識(shí)、培養(yǎng)能力、提高素質(zhì)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與其他教學(xué)環(huán)節(jié)相比, 在培養(yǎng)能力和素質(zhì)方面具有不可替代的作用,成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3-4]。同時(shí)材料化學(xué)也是一門(mén)發(fā)展迅速、日新月異的學(xué)科，新理論、新技術(shù)、新方法不斷出現(xiàn)，對(duì)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的畢業(yè)生提出了更高的要求。

目前, 各高校設(shè)置材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)在專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求下都有自己的發(fā)展方向[5-6]。中國(guó)海洋大學(xué)材料科學(xué)與工程研究院作為材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)院系， 確定以海洋應(yīng)用特色的材料基礎(chǔ)研究為發(fā)展方向，在學(xué)科建設(shè)的重要策略之一就是走特色化發(fā)展道路。近幾年來(lái)，學(xué)院在材料化學(xué)這一傳統(tǒng)專(zhuān)業(yè)上，對(duì)本科生人才培養(yǎng)方面進(jìn)行了一些嘗試和創(chuàng)新，嘗試材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)作為本科生參與研究性學(xué)習(xí)的平臺(tái)實(shí)施這一特色化發(fā)展策略。本文就從整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，將實(shí)際應(yīng)用海洋技術(shù)引入材料化學(xué)本科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié),加強(qiáng)綜合性應(yīng)用型人才的考核方式等方面,對(duì)構(gòu)建材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的特色教學(xué)模式進(jìn)行探討和研究。

1 整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，適應(yīng)專(zhuān)業(yè)發(fā)展需要

教學(xué)中充分結(jié)合海洋用材料前沿科研方向，設(shè)計(jì)以學(xué)校海洋科技發(fā)展為依托，利用現(xiàn)行科研平臺(tái)，整合相關(guān)儀器設(shè)備；以提高學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰槌霭l(fā)點(diǎn)，以學(xué)科發(fā)展方向?yàn)橹骶€(xiàn)，以知識(shí)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，分層次組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生從材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)的角度思考； 以小課題的形式培養(yǎng)材料學(xué)科本科生的科研能力，并結(jié)合藍(lán)色經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)人才的需求，建立與之相適應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo)及專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從而構(gòu)建特色化材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。

1.1 緊跟專(zhuān)業(yè)方向特色，精心選擇實(shí)驗(yàn)

材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)從大三開(kāi)始開(kāi)設(shè)，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)通過(guò)前兩年的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，已掌握了實(shí)驗(yàn)的基本操作技術(shù)，更容易接受一些較為專(zhuān)業(yè)，相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。我院材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)理論課與實(shí)驗(yàn)課相銜接的原則，將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從理論課程中分離出來(lái), 建立與理論教學(xué)體系相對(duì)獨(dú)立且有機(jī)銜接的實(shí)驗(yàn)課程體系。將原來(lái)依附于理論課程的實(shí)驗(yàn)：納米材料制備與加工實(shí)驗(yàn)、材料性能測(cè)試與評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)、材料組織結(jié)構(gòu)分析與表征實(shí)驗(yàn)3門(mén)實(shí)驗(yàn)課程，重新優(yōu)化整合為具有海洋應(yīng)用針對(duì)性的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn),建立綜合性訓(xùn)練平臺(tái), 重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生材料化學(xué)的科研實(shí)驗(yàn)手段、方法和技能。通過(guò)開(kāi)設(shè)一些與無(wú)機(jī)功能材料等課程相關(guān)的典型納米無(wú)機(jī)材料或是功能材料合成實(shí)驗(yàn)、性能表征及材料在海洋中應(yīng)用技術(shù)實(shí)驗(yàn)，著力于學(xué)生動(dòng)手能力、開(kāi)放性思維的綜合訓(xùn)練, 強(qiáng)化學(xué)生的工程意識(shí)和綜合能力。讓學(xué)生了解先進(jìn)的材料合成與制備方法，掌握高技術(shù)材料性能以及材料在海洋應(yīng)用中的最佳測(cè)試技術(shù)，加大對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)力度，使他們對(duì)材料化學(xué)在海洋應(yīng)用研究領(lǐng)域有更深一步的體會(huì)，對(duì)材料制備工藝、組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的相互關(guān)系及其規(guī)律有更加明確和深刻的認(rèn)識(shí)。

1.2 精煉實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，合理實(shí)驗(yàn)編排順序

根據(jù)我院材料化學(xué)的專(zhuān)業(yè)背景和培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建海洋應(yīng)用特色專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)12個(gè)，其中10個(gè)為必修實(shí)驗(yàn)，2個(gè)選修實(shí)驗(yàn)為靈活設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考核。12個(gè)必修實(shí)驗(yàn)中既有材料的合成實(shí)驗(yàn)、材料表征實(shí)驗(yàn)也有材料性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，特別設(shè)計(jì)材料在海洋應(yīng)用環(huán)境中改性及性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

安排實(shí)驗(yàn)順序時(shí)，我們依據(jù)材料結(jié)構(gòu)和形貌決定其性能的特點(diǎn)以及實(shí)驗(yàn)連貫性的原則，盡量使兩個(gè)甚至三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼?lián)起來(lái)，形成一條鏈。例如：“金屬表面自組裝鈍化膜制備及腐蝕性能研究”這個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以掌握無(wú)機(jī)納米材料或是不同尺度(低維粒子或薄膜及大尺寸塊體)材料制備技術(shù)，制備樣品可用作材料物理性能表征實(shí)驗(yàn)原料，也可作為海洋測(cè)試技術(shù)“極化曲線(xiàn)測(cè)定”或是“鈍化膜性能分析評(píng)價(jià)技術(shù)”實(shí)驗(yàn)的試樣。這樣的實(shí)驗(yàn)安排有利于將各自獨(dú)立的單個(gè)實(shí)驗(yàn)有效地串聯(lián)起來(lái),充分考慮了材料制備及分析方法的統(tǒng)一性和連貫性。各個(gè)表征和性能實(shí)驗(yàn)通過(guò)一種共有材料有機(jī)地整合為一個(gè)綜合性的分析實(shí)驗(yàn)，各實(shí)驗(yàn)間具有很強(qiáng)的邏輯性和互驗(yàn)性，增加實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性和綜合性，更加有利于學(xué)生科學(xué)研究思路的培養(yǎng)，提高學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力。

1.3 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)，注重實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性

傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，教學(xué)內(nèi)容通常是基礎(chǔ)技能培訓(xùn)以及經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了體現(xiàn)本院材料專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和發(fā)展方向，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)立上，我們遵循“立足于提高學(xué)生能力、服務(wù)于專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)”這一理念，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊緊圍繞本專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo), 注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性和實(shí)用性, 著重培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、結(jié)果分析能力、數(shù)據(jù)處理能力和撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力；同時(shí)，將部分基礎(chǔ)操作實(shí)驗(yàn)融入綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中。這樣，即節(jié)省了有限的學(xué)時(shí)，又達(dá)到了訓(xùn)練學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的教學(xué)要求，提高了教學(xué)效果。

我們精挑細(xì)選地設(shè)計(jì)了具海洋應(yīng)用特色的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目：自組裝無(wú)機(jī)納米材料在海洋環(huán)境中的制備及應(yīng)用、溶膠凝膠法制備海洋用防污材料和防腐涂層與性能測(cè)試、耐腐型非金屬海洋工程用結(jié)構(gòu)材料制備技術(shù)及應(yīng)用研究、利用學(xué)院自己制造的浪機(jī)模擬海浪對(duì)材料腐蝕性能評(píng)價(jià)等。

在這些緊扣材料在海洋應(yīng)用特色的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，充分實(shí)現(xiàn)了材料經(jīng)典理論與海洋技術(shù)進(jìn)展相融合、課堂教學(xué)與老師的科研項(xiàng)目、海洋應(yīng)用技術(shù)實(shí)際的結(jié)合，使學(xué)生對(duì)海洋特殊用防污涂料、防腐材料以及無(wú)機(jī)非金屬功能材料合成制備、表征、改性、表面處理、化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)材料在海洋中應(yīng)用性能的影響、環(huán)境保護(hù)等都有了充分的認(rèn)識(shí)和理解，鞏固了課堂知識(shí)，拓寬了學(xué)生視野、激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)將萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、熱分析儀、紅外光譜儀、比表面儀、納米粒度儀、X射線(xiàn)衍射儀、掃描電鏡、電化學(xué)分析儀等先進(jìn)設(shè)備的應(yīng)用融入實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中去，學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，也學(xué)習(xí)到了先進(jìn)技術(shù)手段在材料表征與檢測(cè)中的應(yīng)用，起到事半功倍的作用。

2 改革教學(xué)方法，鍛煉學(xué)生獨(dú)立工作能力

傳統(tǒng)的老師教學(xué)生做的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中，學(xué)生始終處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，甚至有些學(xué)生在實(shí)驗(yàn)做完后還不知道自己記錄的數(shù)據(jù)是什么，這樣的被動(dòng)學(xué)習(xí)影響了教學(xué)的效果[7-12]。

在本實(shí)驗(yàn)體系中使用以目標(biāo)為導(dǎo)向的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生將理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)。以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)方法，不采用以前的教學(xué)方法[8-9]，讓學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)依葫蘆畫(huà)瓢，而是僅僅向?qū)W生講解基本原理和方法以及實(shí)驗(yàn)所要達(dá)成的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮到學(xué)生積極性的調(diào)動(dòng)以及學(xué)生潛能的激發(fā)，在教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)部分，學(xué)生所在小組可依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和所學(xué)的基本原理方法，經(jīng)過(guò)查閱資料、獨(dú)立思考、小組討論形成具有可行實(shí)驗(yàn)方案，例如改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法、改變?cè)吓浔?、改變反?yīng)條件、改變測(cè)量方式等。然后，通過(guò)老師對(duì)方案進(jìn)行指導(dǎo)、討論、分析、改進(jìn)形成可實(shí)施方案。在這樣反復(fù)引導(dǎo)學(xué)習(xí)的過(guò)程中既保證了教學(xué)效果，也鍛煉了學(xué)生查閱資料、獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力；同時(shí)，在海洋應(yīng)用技術(shù)教學(xué)過(guò)程中將材料引入綠色化和微型化的概念，將這些元素貫穿在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)了學(xué)生環(huán)保意識(shí)。

3 實(shí)驗(yàn)思考題設(shè)計(jì)，貼切海洋工程應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，加強(qiáng)應(yīng)用科研成果指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，突出材料在海洋應(yīng)用中的特色研究。巧妙安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，糾正學(xué)生重“結(jié)果”輕“操作”的不良習(xí)慣。鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出改進(jìn)方案，師生共同討論思考題。在實(shí)驗(yàn)思考題的設(shè)置上，增加材料在海洋應(yīng)用中實(shí)際工程出現(xiàn)的問(wèn)題；利用實(shí)驗(yàn)原理去解釋或解決材料在海洋環(huán)境應(yīng)用問(wèn)題；如何結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況合理地設(shè)計(jì)材料等。整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程使學(xué)生鞏固專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)，體驗(yàn)現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)與方法，掌握專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)技能，對(duì)工程技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行綜合實(shí)踐，對(duì)技術(shù)創(chuàng)新以及科學(xué)技術(shù)原理進(jìn)行了驗(yàn)證和體會(huì)。

4 完善成績(jī)考核制度，提高教學(xué)質(zhì)量

5 結(jié)束語(yǔ)

有針對(duì)性地構(gòu)建具有海洋應(yīng)用特色的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，順應(yīng)專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向，合理安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，改革教學(xué)方法，有利于本科專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)與科研緊密結(jié)合，有利于先進(jìn)設(shè)備和實(shí)用技術(shù)用于本科專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)，有利于資源合理利用服務(wù)于培養(yǎng)高素質(zhì)的材料專(zhuān)業(yè)應(yīng)用人才。同時(shí)也激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)去思考問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的興趣及探索、創(chuàng)新的科研熱情，全面提高其專(zhuān)業(yè)技能和綜合素質(zhì)。

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Research on the Teaching Model of Materials Chemistry Experiment Characteristics

WANG Aiping, ZHU Zhibin

(Institute of Materials Science and Engineering, Ocean University of China， Qingdao 266100, China)

In view of development direction of our marine application materials basic research, characteristic materials chemistry experiment teaching mode is been built. This paper explored and studied characteristic materials chemistry teaching mode from four aspects, these are the experiment teaching content, practical and independent experiment teaching method system, diversified multi-level experiment guidance, comprehensive application ability appraisal way. This teaching mode aims to pay attention to cultivate students’ innovation consciousness, experimental ability and scientific research ability, improve their professional skills and the quality of the integrated application.

materials chemistry; professional experiment; characteristic; teaching model

2013-12-02；修改日期: 2014-02-12

中央高校基本科研業(yè)務(wù)(中國(guó)海洋大學(xué))實(shí)驗(yàn)室研究基金資助項(xiàng)目(209201213037) 。

王愛(ài)萍(1977-)，女，博士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事功能材料方面的教學(xué)和研究工作。

G642.423;O6-3；TQ016

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.06.035