新工科背景下化學專業(yè)綜合實驗教學改革

王其 陸峰

[摘? ? ? ? ? ?要]? 專業(yè)綜合實驗作為一門重要的實踐課程，具有提升大學生創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素質(zhì)的功能，是培養(yǎng)新工科創(chuàng)新型人才不可或缺的環(huán)節(jié)。針對目前實驗教學中存在的問題，結(jié)合南京郵電大學材料科學與工程學院有機生物電子學等優(yōu)勢學科，對集中實踐性課程光電材料設(shè)計與應用綜合實驗進行教學改革探索研究，從授課內(nèi)容、授課方式、考核評價方式等方面進行探討創(chuàng)新，突出大學生創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素質(zhì)的提升，為新工科創(chuàng)新人才的培養(yǎng)服務。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 新工科;綜合實驗;實踐教學;創(chuàng)新能力

[中圖分類號]? G647 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）23-0116-02

近年來，隨著國家高等教育的不斷改革發(fā)展，如何培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的科技型人才已經(jīng)成為高等教育的核心任務，其中大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果對高等教育質(zhì)量的評判至關(guān)重要。作為高等教育的重要組成部分，實驗教學有利于理論與實際的結(jié)合，可以鍛煉學生分析問題、解決問題的能力，具有提升大學生創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素質(zhì)的功能，是培養(yǎng)新工科創(chuàng)新型人才不可或缺的環(huán)節(jié)。化學作為一門基礎(chǔ)學科，其與多個學科、行業(yè)相互交叉、滲透，應用范圍涉及生活中的各個方面，極大地促進了社會的發(fā)展。同時，化學又是一門實踐學科，可以有效地將理論與實際相結(jié)合，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素質(zhì)等方面具有關(guān)鍵性作用。

南京郵電大學材料科學與工程學院主要圍繞有機電子學、有機顯示材料與器件及生物電子學三個方向展開研究，以發(fā)展先進材料及技術(shù)等為基礎(chǔ)，進一步研究在醫(yī)學、信息、物理、化學、生物等領(lǐng)域的應用，是多學科交叉的研究基地，同時也是南京郵電大學建設(shè)江蘇高水平大學和世界一流學科的重要組成部分。學院建設(shè)有省部共建有機電子與信息顯示國家重點實驗室培育基地、江蘇省有機光電子學科綜合訓練中心、江蘇省生物傳感材料與技術(shù)重點實驗室等特色專業(yè)實驗室，為大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃、大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽等相關(guān)競賽提供了良好的平臺。學院設(shè)有高分子材料與工程系、材料化學系及材料物理系，擁有完整的“本—碩—博—博后”人才培養(yǎng)方法。學院開設(shè)無機化學、分析化學、物理化學及有機化學等專業(yè)課程，但傳統(tǒng)化學實驗課程（無機化學實驗、物理化學實驗、有機化學實驗、分析化學實驗等）大多為驗證型實驗，且實驗之間的相互聯(lián)系性較少，不利于學生科研思維及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。綜合性實驗具有較好的探索性、設(shè)計性及自主性，教師或者學生可以設(shè)計與學科前沿內(nèi)容相關(guān)的趣味性實驗，可有效提高學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識、科研能力及綜合素質(zhì)。

光電材料設(shè)計與應用綜合實驗是學院面向高分子材料與工程系、材料化學系及材料物理系學生開設(shè)的集中實踐性課程。為了進一步適應社會發(fā)展需要，按照新工科創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，結(jié)合我院有機電子學及生物電子學等優(yōu)勢學科，從授課內(nèi)容、授課模式、考核評價方式等方面對光電材料設(shè)計與應用綜合實驗進行初步教學改革探索研究。

一、實驗項目內(nèi)容的改革

與傳統(tǒng)實驗相比，綜合實驗具有一定的新穎性、探索性、設(shè)計性及實用性等特點，更加注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素質(zhì)。隨著國內(nèi)高校實驗教學改革的發(fā)展，結(jié)合學院有機生物電子學等優(yōu)勢學科，按照新工科創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求，對光電材料設(shè)計與應用綜合實驗項目內(nèi)容進行改革，提高學生的自主學習能力、探索能力、設(shè)計能力及分析問題、解決問題的能力，從而培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力及科研素質(zhì)的新工科創(chuàng)新人才。

（一）實驗項目前沿性

以往該課程以單獨的光電材料制備為主，對光電材料的分析表征及應用研究極少。隨著對本科生儀器設(shè)備的不斷投入，光電材料設(shè)計與應用綜合實驗課程結(jié)構(gòu)已得到較好的改善。然而部分實驗項目依然比較陳舊，缺乏前沿性。隨著科技的發(fā)展，光電材料已經(jīng)在太陽能電池、信息存儲、生物醫(yī)藥及超導材料等眾多領(lǐng)域中起到至關(guān)重要的作用。如果在實驗課程中引入光電材料相關(guān)前沿內(nèi)容，使學生掌握光電材料應用的最新成果，不僅可以保證實驗內(nèi)容的科學性、前沿性，而且可以激發(fā)學生的學習能力、探索能力及設(shè)計能力。學院在有機電子學及生物電子學等領(lǐng)域具有雄厚的科研實力，設(shè)計制備了大量新型光電材料，并對光電材料性能及應用做了大量系統(tǒng)的研究，這為該課程實驗項目內(nèi)容的選擇提供了大量素材。

（二）實驗項目針對性

學院共設(shè)有高分子材料與工程、材料化學及材料物理三個專業(yè)，按照三個專業(yè)的培養(yǎng)要求、培養(yǎng)目標及理論課程安排，對不同專業(yè)學生針對性、特異性安排實驗內(nèi)容。如對高分子材料與工程專業(yè)，安排學生設(shè)計制備新型共軛高分子聚合物，探索共軛高分子聚合物的吸收及發(fā)射等光物理化學性質(zhì)，最后研究共軛高分子聚合物在太陽能電池、器件及重大疾病診療領(lǐng)域的初步應用。對材料化學專業(yè)，安排學生設(shè)計制備具有光、電、磁等多功能性能的復合納米粒子，進一步研究該復合納米粒子在生物傳感、能源等領(lǐng)域的應用。對材料物理專業(yè)，重點講授量子點發(fā)光二極管、有機電致發(fā)光二極管、太陽能電池等半導體光電子器件的制備原理及工藝改進。

（三）實驗項目開放性

由于實驗課程時長有限，無法保證每個學生均較好地掌握相關(guān)實驗內(nèi)容，因此在沒有教學安排的情況下實驗室可以對學生開放，提供學生實踐創(chuàng)新的平臺，拓寬學生學習的空間及視野。學生可以再次重復進行以往實驗內(nèi)容，也可以根據(jù)教師安排自主設(shè)計實驗項目、查找文獻、擬定實驗方案并完成實驗計劃。

二、教學形式的改革

（一）融合多元教學方法

良好的教學方法是大學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要因素。傳統(tǒng)的教學方式大多為教師占用大部分課堂時間講授實驗內(nèi)容，學生占用一小部分時間簡單練習實驗項目;同時學生做的實驗內(nèi)容千篇一律，缺乏差異性，這種方式不利于學生創(chuàng)新實踐能力及科研能力的培養(yǎng)。因此，為了啟發(fā)學生創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生創(chuàng)新實踐能力及科研能力，達到教學目的，需要對現(xiàn)有的教學方法進行改革。近年來，翻轉(zhuǎn)課堂備受人們的關(guān)注，在該模式下學生擁有學習的主動權(quán)，課前可以通過閱讀書籍、查閱文獻或觀看相關(guān)微視頻等方式完成實驗項目的學習，課堂上帶著疑惑及問題聽講，會更加專注課程的學習，能夠達到更深層次的理解，同時培養(yǎng)了學生的實踐能力。對教師而言，考慮到學生個體差異性，其擁有更多的時間與學生進行溝通、交流及討論，引導學生思考問題、分析問題及解決問題，提高學生科研素質(zhì)。另外，積極探索其他教學方法及模式，如自助式教學、探究性學習、混合式學習等，讓學生變成學習的主體，激發(fā)學生創(chuàng)新及科研興趣，啟發(fā)學生創(chuàng)新及科研思維，創(chuàng)設(shè)良好的創(chuàng)新科研氛圍。

（二）增加學生實驗設(shè)計自主性

傳統(tǒng)實驗教學中學生按照教師給定的實驗方案、實驗條件進行驗證性實驗，學生往往“照方抓藥”，缺乏對實驗的深入思考與總結(jié)，這顯然不利于學生科研能力及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，極大地阻礙了學生獨自開展科研及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動，因此教師在給定實驗課題時，需要學生自己通過文獻檢索、查閱資料等方式自行設(shè)計實驗方案、實驗條件。學生通過對文獻的查閱、調(diào)研及綜述，可以對某個領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行全面的了解和掌握，可以極大地提高創(chuàng)新思維和科研能力。如教師給出一系列不同的給體單元及受體單元，安排學生自己設(shè)計合成具有近紅外吸收性質(zhì)的共軛高分子聚合物。學生通過網(wǎng)上文獻調(diào)研及書籍查閱，可以設(shè)計出許多具有不同結(jié)構(gòu)、不同形態(tài)的共軛高分子聚合物，進一步對共軛高分子聚合物結(jié)構(gòu)表征及光物理化學性質(zhì)等進行測試，同時對共軛高分子聚合物的潛在應用進行調(diào)查與研究。在該過程中，學生對材料的選擇、設(shè)計合成、性質(zhì)表征及潛在應用的相互關(guān)系的知識得到較大的提高，極大地激發(fā)了學生自主學習、獨立思考、分析問題及解決問題的熱情，培養(yǎng)了學生創(chuàng)新思維、科研能力及綜合素質(zhì)。學生自行設(shè)計實驗方案也是對教師的考驗。教師需要指導學生在不同實驗條件下進行實驗，同時確保實驗的可靠性及安全性。

（三）鼓勵學生參加競賽

除了完成本綜合實驗的相關(guān)內(nèi)容外，積極鼓勵學生參加相關(guān)競賽，如“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學生節(jié)能減排社會實踐與科技競賽等。學生可以依據(jù)光電材料設(shè)計與應用綜合實驗內(nèi)容，結(jié)合南京郵電大學特色及材料院有機生物電子學等優(yōu)勢學科，進一步對實驗內(nèi)容進行衍生、豐富及擴展，形成具有較高創(chuàng)新性的競賽項目。學校應積極鼓勵本科生與碩士生及博士生一起進行學術(shù)項目申請或?qū)W術(shù)討論，培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力、科研能力、工作能力及綜合素質(zhì)。

（四）完善考核方式

本次改革主要注重學生創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素質(zhì)的訓練培養(yǎng)，傳統(tǒng)的實驗考核評價方式大多看重實驗報告、輕視實驗過程，這種方式顯然不適合大學生創(chuàng)新思維及科研能力的培養(yǎng)。實驗考核評價應與教學中學生設(shè)計實驗方案情況、討論情況及提問情況等過程密切相關(guān)，即注重實驗過程化考核。在翻轉(zhuǎn)課堂教學中，教師擁有充分的時間和學生探討，較容易掌握學生對實驗內(nèi)容的理解情況及實驗設(shè)計內(nèi)容，進一步對學生的預習情況及積極主動性進行評價。對于較好的實驗設(shè)計方案，應讓學生說明設(shè)計思路并給予一定的加分。實驗過程中，考查學生對實驗儀器的使用能力、動手能力、分析問題及解決問題的能力，從而更加真實地了解學生的情況。對于學生自主設(shè)計的實驗，建議學生自己設(shè)計撰寫實驗報告內(nèi)容，進一步考查學生的實驗報告撰寫能力及數(shù)據(jù)處理能力，這樣既避免了實驗報告的雷同，又提高了學生的創(chuàng)新意識、科研能力及學術(shù)表達能力。

三、總結(jié)

隨著國家高等教育的不斷改革發(fā)展，如何培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的科技型人才已經(jīng)成為高等教育的核心任務。本文對南京郵電大學集中實踐性課程光電材料設(shè)計與應用綜合實驗進行教學探索改革，按照創(chuàng)新人才培養(yǎng)要求，結(jié)合我院有機生物電子學等優(yōu)勢學科，從授課內(nèi)容、授課模式等方面對光電材料設(shè)計與應用綜合實驗進行了初步教學探討創(chuàng)新，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、科研能力及綜合素質(zhì)，建立符合社會及高等教育發(fā)展的新模式，為培養(yǎng)新工科創(chuàng)新人才打下基礎(chǔ)。

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