研究性教學(xué)在材料科學(xué)綜合實驗中的實踐

李士闊，黃方志，沈玉華，謝安建

(安徽大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)實驗教學(xué)中心，合肥 230601)

研究性教學(xué)在材料科學(xué)綜合實驗中的實踐

李士闊，黃方志，沈玉華，謝安建

(安徽大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)實驗教學(xué)中心，合肥 230601)

研究性教學(xué)是科研與教學(xué)的有機(jī)融合，是將科學(xué)的研究方法，前沿的科研動態(tài)及新穎的研究成果引入教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要途徑。通過將教師的科學(xué)研究與專業(yè)實驗教學(xué)相結(jié)合，不斷優(yōu)化更新材料科學(xué)綜合實驗內(nèi)容，改革傳統(tǒng)教學(xué)方法，形成專業(yè)辦學(xué)特色。以學(xué)生為主體，以興趣為驅(qū)動，以問題為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生探究實驗發(fā)生機(jī)制的好奇心，發(fā)揮學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性，開展協(xié)同探究，為培養(yǎng)高素質(zhì)專業(yè)創(chuàng)新人才打下堅實基礎(chǔ)。

研究性教學(xué)；綜合實驗；創(chuàng)新能力；實踐

研究性教學(xué)方法是目前高等教育教學(xué)發(fā)展的重要方向，是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要途徑[1]。美國當(dāng)代著名教育學(xué)家梅滋教授曾指出：大學(xué)不僅傳授知識，而且還應(yīng)教授研究能力，科學(xué)研究是一所大學(xué)活力的源泉。沒有研究的教學(xué)是傳遞性的教學(xué)，是把思想、思維引向過去，引向書本的教學(xué)[2]。只有研究才能持續(xù)不斷地創(chuàng)新，而創(chuàng)新是一個民族進(jìn)步的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動力。黨的十八大把提高自主創(chuàng)新能力，建設(shè)創(chuàng)新型社會作為國家戰(zhàn)略發(fā)展的核心，提升綜合國力的關(guān)鍵[3]。作為高等學(xué)校應(yīng)緊緊圍繞“堅持研究、培養(yǎng)創(chuàng)新”這個中心，為國家不斷培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)需要高素質(zhì)創(chuàng)新人才。而人才培養(yǎng)尤其是高素質(zhì)創(chuàng)新人才培養(yǎng)，離不開實驗室，離不開實驗教學(xué)[4-5]。

1 研究性教學(xué)在我校材料科學(xué)綜合實驗中的應(yīng)用

材料科學(xué)綜合實驗是一門涵蓋化學(xué)合成，結(jié)構(gòu)表征，性質(zhì)測試及材料加工的深層次、多學(xué)科性的實驗課程。對提高學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維及實踐能力具有重要的作用[6]。然而，如何順應(yīng)時代發(fā)展要求，設(shè)計更新實驗內(nèi)容，滿足日益增長的高素質(zhì)創(chuàng)新人才需要已成為當(dāng)務(wù)之急。優(yōu)化設(shè)計與材料科學(xué)熱點領(lǐng)域相關(guān)的實驗內(nèi)容，將激發(fā)學(xué)生對綜合實驗課程的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生實驗積極性和創(chuàng)造性。目前，國內(nèi)一些高校在探索改進(jìn)材料科學(xué)實驗教學(xué)中做了積極的嘗試，不斷提高實驗教學(xué)質(zhì)量[7]。安徽大學(xué)近年來在材料科學(xué)綜合實驗教學(xué)中，堅持以研究性教學(xué)方法為指導(dǎo)，精心設(shè)計和優(yōu)化實驗內(nèi)容，改革實驗教學(xué)模式，突出學(xué)生主體地位。把教師的科研實踐與實驗教學(xué)緊密結(jié)合，緊扣當(dāng)前研究熱點，增開了包含微波合成，水熱合成，金相測試，光學(xué)性質(zhì)測試及電化學(xué)性質(zhì)測試等方面的實驗內(nèi)容。注重對學(xué)生創(chuàng)新思維與實踐能力的培養(yǎng)，創(chuàng)設(shè)實驗問題情境，造成學(xué)生認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生自發(fā)性學(xué)習(xí)愿望。以學(xué)生為主體，通過信息收集、研討求索、相互影響、共同進(jìn)步。

2 實施方案

2.1 設(shè)計思路

我們不斷更新優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容，與教師的科研實踐結(jié)合，調(diào)整教學(xué)方法，建立了一套以學(xué)生為主體，以興趣為驅(qū)動，緊密聯(lián)系教師科研實踐的實驗教學(xué)模式。

2.1.1 注重學(xué)生研究興趣及創(chuàng)新思維的激發(fā)

在綜合實驗教學(xué)方案設(shè)計中，注重設(shè)置特定問題情境，促使學(xué)生自發(fā)學(xué)習(xí)。包括問題知識背景的準(zhǔn)備、引導(dǎo)學(xué)生確立研究課題、組織學(xué)生建立研究小組和指導(dǎo)學(xué)生制定實驗方案四個環(huán)節(jié)。這一階段至關(guān)重要的是要選好課題，選擇與學(xué)生學(xué)習(xí)、生活密切相關(guān)，有時代氣息而研究方向較小的專題較為合適。

2.1.2 注重學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的訓(xùn)練與提升

在實驗實施過程中，注意引導(dǎo)學(xué)生在以下4個方面下工夫：(1)多渠道、多方式檢索所需要的文獻(xiàn)資料；(2)文獻(xiàn)信息的提取，把握信息間的關(guān)聯(lián)性；(3)綜合知識判斷，得出結(jié)論；(4)在小組內(nèi)充分交流，完善得出的結(jié)論。

在這一階段對學(xué)生進(jìn)行操作方法和研究態(tài)度進(jìn)行指導(dǎo)，使學(xué)生了解和掌握文獻(xiàn)收集方法，學(xué)會判斷信息資料的真?zhèn)?、?yōu)劣，從中提煉解決問題的思路和觀點，思考所得結(jié)論的可靠性和科學(xué)性。

2.1.3 注重學(xué)生研究成果的積極評價與交流

反饋是對學(xué)生實驗過程的總結(jié)、評價和反思。培養(yǎng)學(xué)生形成以下四個方面的能力：表達(dá)成果，形成書面報告或口頭報告材料；交流成果，用報告、研討、辯論等形式進(jìn)行；評價成果，即評價成果質(zhì)量，更注重研究態(tài)度、研究過程與方法的評價；引導(dǎo)反思，使學(xué)生獲得深一層的理性認(rèn)識和操作體驗。無論表達(dá)、交流、評價或反思，都要強(qiáng)調(diào)形式的多樣化和實效性。

2.2 特色

這一基于教師科研實踐與實驗教學(xué)相結(jié)合的研究性實驗教學(xué)模式的建立和實施，立足于學(xué)生的興趣驅(qū)動和主動參與。在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，它具有以下3個特點：

(1)開放性。實驗結(jié)果沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，我們關(guān)注的是學(xué)生如何找到解決問題的切入點，形成假設(shè)；怎樣查找資料，進(jìn)行論證；怎樣形成真正屬于自己的見解。

(2)綜合性。我們從問題出發(fā)，調(diào)動學(xué)生綜合運(yùn)用本學(xué)科相關(guān)知識及主動尋找、添加沒有學(xué)過的知識，分析問題，解決問題。

(3)生活化。通過對實驗內(nèi)容的優(yōu)化更新，在教案中設(shè)置與生活密切相關(guān)的問題，鼓勵協(xié)作學(xué)習(xí)。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生養(yǎng)成在生活中發(fā)現(xiàn)問題的習(xí)慣，并將學(xué)習(xí)的知識運(yùn)用于解決實際問題，有利于改善教學(xué)與生活脫節(jié)的現(xiàn)象。

3 成效

我們在材料科學(xué)綜合實驗教學(xué)中研究性教學(xué)方法的初步實踐，取得了較好的教學(xué)效果和反饋。已有本科生在Journal of Materials Chemistry A[8]，ACS Applied Materials & Interface[9]等國際期刊以第一作者身份發(fā)表研究論文。獲得第十二屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)作品競賽“三等獎”等諸多獎勵。同時由于創(chuàng)新實踐能力的不斷提升，畢業(yè)生受到了用人單位的廣泛青睞，近三年來就業(yè)率一直位于全院前列。這表明研究性教學(xué)方法在材料科學(xué)專業(yè)綜合實驗教學(xué)中的實踐是成功的。

4 結(jié)束語

這一基于教師科研實踐與實驗教學(xué)相結(jié)合的研究性實驗教學(xué)模式，實現(xiàn)了教師科研成果的傳承，增強(qiáng)了實驗教學(xué)內(nèi)容的新穎性與實用性，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性，提升了學(xué)生科研創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)。此類教學(xué)方式的改革，營造了適宜培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力的環(huán)境，充分發(fā)揮學(xué)生在實驗中的主觀能動性，訓(xùn)練和提升學(xué)生獨(dú)立解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)符合社會需求的高素質(zhì)創(chuàng)新人才。

[1]陳棣湘，潘孟春，張圮. 麻省理工學(xué)院研究性實驗教學(xué)的啟示[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)，2013，11(2): 75-77.

[2]王偉，孟祥貴，安寅. “創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”下的實驗教學(xué)改革探索[J]. 實驗科學(xué)與技術(shù)，2013，11(2):144-146.

[3]胡錦濤.堅定不移走中國特色社會主義道路奪取中國特色社會主義新勝利:在中國共產(chǎn)黨第十八次全國代表大會上的報告[M].北京:人民出版社，2012.

[4]韓響玲，金一粟，穆克朗，等. 以實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)為核心全面推進(jìn)實驗室面向本科生開放[J]. 實驗技術(shù)與管理，2013，30(2):10-13.

[5]張友琴，王萍，朱昌平，等. 以大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃為契機(jī)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J]. 實驗技術(shù)與管理，2011，28(7):167-170.

[6]王慧萍，李曼萍，嚴(yán)敏杰，等. 材料科學(xué)綜合實驗的構(gòu)建和成效[J]. 實驗室研究與探索，2012，31(9):118-120.

[7]高春華，黃新友. 構(gòu)建以培養(yǎng)創(chuàng)新人才為目的的實驗教學(xué)新體系[J]. 實驗室科學(xué)，2010，13(4)：42-44.

[8]Zhu S， Zhang H， Chen P， et al. Self-assembled three-dimensional hierarchical graphene hybrid hydrogels with ultrathinβ-MnO2nanobelts for high performance supercapacitors [J]. Journal of Materials Chemistry A， 2015(3):1540-1548.

[9]Wu M， Chen W J， Shen Y H， et al. In situ growth of matchlike ZnO/Au plasmonic heterostructure for enhanced photoelectrochemical water splitting [J]. ACS Applied Materials & Interface， 2014(6):15052-15060.

Research-based Teaching Practice on Comprehensive Experiment of Materials Science

LI Shikuo, HUANG Fangzhi, SHEN Yuhua, XIE Anjian

(School of Chemistry and Chemical Engineering Experimental Teaching Center, Anhui University, Hefei 230601, China)

The research-based teaching is the combination of scientific research and teaching activity， which introduce the scientific research method， frontal research trend and novel research result into the teaching process. It is also the important approach for training the innovation thinking and capacity of the undergraduate. The experimental content， teaching method， and major character can be gradually optimized by the research-based teaching. The curiosity， enthusiasm and creativity of the undergraduate can be further developed by the reformed teaching method. It is very helpful for inspiring the undergraduate to investigate the reaction mechanism based on the problem-oriented and their interest-driven. These spontaneous learning and collaborative research behaviors are essential for the training high quality innovation talents.

research teaching; comprehensive experiment; innovation capacity；practice

2015-03-18；修改日期: 2015-04-21

安徽大學(xué)教學(xué)質(zhì)量工程與人才培養(yǎng)基金資助項目(xjjyxm14038)。

李士闊(1983-)，男，碩士，講師，主要從事能源催化材料的實驗教學(xué)與科研工作。

G642.423; TB3

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.04.033