“轉(zhuǎn)動課堂”模式下工科實踐教學(xué)的探索與改革

王 彬 王宇薇 孫小飛

（1.渤海大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院，遼寧 錦州 121013；2.錦州師范高等?？茖W(xué)校環(huán)境科學(xué)學(xué)院，遼寧 錦州 121000；3.渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 錦州 121013）

在我國高等教育工作中，工科專業(yè)教育占有非常重要的地位。在世界新一輪科技革命以及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)向信息化、數(shù)字化轉(zhuǎn)變的大背景下，加強(qiáng)工科教育的改革，提升創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)質(zhì)量，有利于支撐和促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)模式的順利轉(zhuǎn)型。教育部在2017 年2 月發(fā)布了《高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實踐的通知》，為深化高校的工科教育改革提出了全新的具有挑戰(zhàn)性的要求。隨后，教育部多次召開關(guān)于新工科的研討會，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”，是我國新工科建設(shè)進(jìn)入一個全新階段的標(biāo)志[1-2]。

目前，我國的經(jīng)濟(jì)模式具有新業(yè)態(tài)、新技術(shù)、新模式、新產(chǎn)業(yè)的特點，隨著世界石油資源價格的不斷上漲，我國新能源產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展。無論是新能源材料的創(chuàng)新和制造，還是新能源產(chǎn)業(yè)鏈的建立和拓展，又或是新能源產(chǎn)品的檢測和應(yīng)用，以及新能源行業(yè)監(jiān)督管理中新技術(shù)和新模式的開發(fā)和運行，所有這些環(huán)節(jié)都需要優(yōu)秀的工科技術(shù)人才來建設(shè)和支撐，因此，滿足新工科戰(zhàn)略要求的新能源專業(yè)的教學(xué)改革和創(chuàng)新勢在必行。

實踐教學(xué)在新工科教育戰(zhàn)略中具有重要的地位和意義，是培養(yǎng)新時代創(chuàng)新型和應(yīng)用型科技人才的重要環(huán)節(jié)[3-4]。本文以渤海大學(xué)新能源材料與器件專業(yè)為例，探索在新工科戰(zhàn)略要求下，工科專業(yè)實踐教學(xué)體系的改革和完善。

渤海大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院新能源材料與器件專業(yè)成立于2013 年，為學(xué)校重點建設(shè)的新興專業(yè)，擁有實驗室42 個，實驗室建筑面積超過2000 平方米，實驗教學(xué)設(shè)備近1000 臺（套），總價值超過1500 萬元。本專業(yè)非常注重產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，擁有一個省級重點實驗室，為錦州市乃至遼寧省新能源行業(yè)輸送了大批的優(yōu)秀人才。新能源材料與器件專業(yè)作為新興的工科類專業(yè)，具有很強(qiáng)的應(yīng)用性，對學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力具有較高的要求。本專業(yè)的教學(xué)團(tuán)隊在實踐教學(xué)過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，根據(jù)新能源行業(yè)的需要調(diào)整實踐教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化實踐教學(xué)方法，構(gòu)建符合新能源材料與器件專業(yè)職業(yè)特征的實踐教學(xué)體系，形成具有專業(yè)特色的教學(xué)模式，強(qiáng)化創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)，為專業(yè)建設(shè)提供支撐，全面提升新能源材料與器件專業(yè)人才的培養(yǎng)質(zhì)量，以適應(yīng)新工科建設(shè)對創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。經(jīng)過長期積累沉淀，我們建立了一套基于“轉(zhuǎn)動課堂”模式的實踐教學(xué)體系。

1 基于“轉(zhuǎn)動課堂”模式的實踐教學(xué)體系的重要意義

1.1 有助于培養(yǎng)更優(yōu)秀的新能源人才

專業(yè)主修能力的培養(yǎng)要難于專業(yè)一般能力和專業(yè)主要能力的培養(yǎng)，其更加注重培養(yǎng)學(xué)生在某個專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力和實踐能力[5]?；凇稗D(zhuǎn)動課堂”模式的新能源材料與器件專業(yè)的實踐教學(xué)體系，加大了對學(xué)生專業(yè)主修能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)出的學(xué)生具有更強(qiáng)的專業(yè)技能，因此，能夠有效滿足新能源行業(yè)對專業(yè)化人才的需求，同時，極大地縮短了我專業(yè)培養(yǎng)的學(xué)生適應(yīng)相關(guān)企業(yè)的時間，能夠更快地實現(xiàn)自己的價值并且為企業(yè)創(chuàng)造價值，充分體現(xiàn)出我專業(yè)更優(yōu)秀人才培養(yǎng)的優(yōu)勢和特點。

1.2 有助于建立規(guī)范的新能源人才培養(yǎng)體系

新能源材料與器件專業(yè)是渤海大學(xué)建立的新興的工科類專業(yè)，可以借鑒的其他學(xué)校的成功經(jīng)驗較少。經(jīng)過十年的實驗教學(xué)改革與完善，我們建立的實踐教學(xué)體系重點培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)主修能力，實踐教學(xué)內(nèi)容與實際行業(yè)領(lǐng)域緊密結(jié)合，成功實現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容的專業(yè)化、系統(tǒng)化和工程化，確保本專業(yè)人才的培養(yǎng)方向和內(nèi)容緊密結(jié)合新能源行業(yè)的需求，提升了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的水平和質(zhì)量，為建立規(guī)范的新能源人才培養(yǎng)體系奠定了基礎(chǔ)。

1.3 有助于增強(qiáng)新能源人才的行業(yè)競爭力

在本專業(yè)建立的基于“轉(zhuǎn)動課堂”的實踐教學(xué)體系中，更多形式、不同層次的實踐教學(xué)內(nèi)容與理論教學(xué)內(nèi)容環(huán)環(huán)相扣，相輔相成，實現(xiàn)了實踐教學(xué)與理論教學(xué)的緊密結(jié)合。同時，通過鼓勵學(xué)生在企業(yè)進(jìn)行交流實習(xí)，了解行業(yè)相關(guān)工藝創(chuàng)新需求、工程新技術(shù)原理等，不僅增強(qiáng)了學(xué)生的理論功底和實踐能力，還使學(xué)生提前掌握了相關(guān)的行業(yè)背景，在實際的生產(chǎn)線上提高了綜合知識運用能力，創(chuàng)新意識和責(zé)任擔(dān)當(dāng)精神，有助于增強(qiáng)新能源人才未來的行業(yè)競爭力。

1.4 有助于提升專業(yè)教師的專業(yè)素質(zhì)和能力

在“轉(zhuǎn)動課堂”實踐教學(xué)體系中，由本專業(yè)教師和企業(yè)工程技術(shù)人才組成實踐授課小組，教師以自己的專業(yè)知識為教學(xué)基礎(chǔ)，企業(yè)的工程技術(shù)人才具有豐富的實踐經(jīng)驗，兩者結(jié)合，實踐教學(xué)師資隊伍的水平和能力得到顯著提高。由于企業(yè)技術(shù)人才的加入，使得“工程技術(shù)導(dǎo)向”的新工科實踐教學(xué)理念直接貫穿于實踐教學(xué)中，這對本專業(yè)教師在制定實踐目標(biāo)、設(shè)計實踐方案、監(jiān)控實踐過程和評價實踐成果等方面提出了更高的要求，有助于提升本專業(yè)教師的專業(yè)素質(zhì)和能力。

2 新能源材料與器件專業(yè)實踐課程體系的構(gòu)成

新能源材料與器件是研究新能源領(lǐng)域相關(guān)材料的元素組成、晶體結(jié)構(gòu)、材料制備、材料性質(zhì)和材料應(yīng)用等基本要素以及這些要素之間關(guān)系的新興科學(xué)。新能源材料與器件綜合了化學(xué)、材料科學(xué)、物理學(xué)、計算科學(xué)等多門理工科學(xué)科。

新能源材料與器件的實踐課程體系由三個模塊組成：第一個模塊是公共基礎(chǔ)實驗，包括計算機(jī)基本技能、基礎(chǔ)物理實驗和基礎(chǔ)化學(xué)實驗等；第二個模塊是專業(yè)基礎(chǔ)實驗，包括材料工程基礎(chǔ)實驗、材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗等；第三個模塊是專業(yè)實驗，主要包括一些與新能源材料與器件行業(yè)相關(guān)的設(shè)計性實驗。

目前，公共基礎(chǔ)實驗和專業(yè)基礎(chǔ)實驗已經(jīng)按照專業(yè)認(rèn)證的要求進(jìn)行了課程體系的改革和完善。本文重點討論專業(yè)設(shè)計實驗?zāi)K在“轉(zhuǎn)動課堂”模式下進(jìn)行的相關(guān)實驗課程體系的改革和完善。根據(jù)新能源材料與器件專業(yè)培養(yǎng)計劃的要求，專業(yè)實驗?zāi)K由驗證性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗三部分組成。

1.驗證性實驗?zāi)K，包括變溫霍爾效應(yīng)實驗、半導(dǎo)體C-V 特性實驗、硅單晶少子壽命測試實驗等，學(xué)生通過操作實驗設(shè)備增強(qiáng)動手能力，通過分析測試數(shù)據(jù)得到實驗結(jié)論，進(jìn)一步掌握專業(yè)相關(guān)的基本定律和原理。驗證性實驗?zāi)K有效地鞏固了學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。

2.在鞏固了學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握的基礎(chǔ)上，學(xué)生運用這些基本原理進(jìn)行拓展性的綜合性實驗，包括四探針測量薄層電阻實驗、大壓力下功率器件失效分析實驗、晶閘管靜態(tài)參數(shù)綜合測試實驗等，綜合性實驗?zāi)K有效地鍛煉學(xué)生將多個知識點進(jìn)行融會貫通，形成一個較為完整的知識體系。

3.在設(shè)計性實驗?zāi)K環(huán)節(jié)，學(xué)生可以根據(jù)指導(dǎo)教師的科研方向，由教師提出實驗要求，學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新性實驗過程。例如催化材料制備與催化性能研究方向的綜合設(shè)計實驗，學(xué)生首先要根據(jù)所進(jìn)行的催化反應(yīng)設(shè)計材料制備的工藝過程，然后對所制備的材料進(jìn)行成分分析、結(jié)構(gòu)測試以及形貌表征，接下來進(jìn)行相關(guān)的催化反應(yīng)，分析材料的催化效率以及催化壽命等關(guān)鍵性質(zhì)，最后進(jìn)行綜合評價。在設(shè)計性實驗?zāi)K環(huán)節(jié)中，學(xué)生自己設(shè)計、操作并完成實驗，鍛煉了他們分析問題、解決問題的能力。設(shè)計性實驗?zāi)K激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)一步增強(qiáng)了他們對基礎(chǔ)理論知識的理解和運用，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高他們的創(chuàng)新能力，養(yǎng)成科學(xué)規(guī)范的實踐品格。

3 基于“轉(zhuǎn)動課堂”模式的實踐教學(xué)體系改革的內(nèi)容

1.在“轉(zhuǎn)動課堂”的理論課精講中，引入與理論知識關(guān)聯(lián)的驗證性實驗內(nèi)容，豐富理論精講內(nèi)容，增強(qiáng)實踐教學(xué)效果。目前，在新能源材料與器件專業(yè)轉(zhuǎn)型為“應(yīng)用型”專業(yè)的背景下，在理論精講教學(xué)中，由于理論精講內(nèi)容較為深入，導(dǎo)致學(xué)生不容易理解理論課程內(nèi)容，造成學(xué)生厭學(xué)現(xiàn)象。將驗證性實驗內(nèi)容引入理論精講具有以下優(yōu)點：

（1）以實踐為出發(fā)點，理論為支撐點，形成教學(xué)與實踐結(jié)合的理論教學(xué)模式，有利于學(xué)生系統(tǒng)的理解專業(yè)理論知識，同時又對實踐應(yīng)用有了初步了解。

（2）將驗證性實驗內(nèi)容引入到理論課精講中，例如變溫霍爾效應(yīng)實驗等，能夠更清楚、更直觀地使學(xué)生理解一些概念抽象、理論性強(qiáng)的專業(yè)知識點，了解所學(xué)的專業(yè)知識點在實際應(yīng)用中的作用，兩者結(jié)合，學(xué)生可以更牢固地掌握理論課程內(nèi)容。

2.在“轉(zhuǎn)動課堂”的課上討論中，引入知識點交叉的綜合性實驗內(nèi)容，討論專業(yè)應(yīng)用中存在的實際問題，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時鞏固學(xué)生對專業(yè)知識的掌握。在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，老師在上面講，學(xué)生在下面聽，通常都是老師一個人在臺上唱“獨角戲”，與臺下的學(xué)生沒有互動。在基于“轉(zhuǎn)動課堂”的實踐教學(xué)模式中，增加了大量的課堂討論環(huán)節(jié)，在課堂討論環(huán)節(jié)中，教師引入知識點交叉的綜合性實驗內(nèi)容，將專業(yè)應(yīng)用中存在的實際問題列舉出來，學(xué)生根據(jù)自己掌握的理論基礎(chǔ)知識暢所欲言，與老師、同學(xué)進(jìn)行深入的分析和討論。但同時，討論的題目應(yīng)該結(jié)合專業(yè)實際，要具有明確的目的性，不能盲目地討論。將知識點交叉的綜合性實驗內(nèi)容引入到“轉(zhuǎn)動課堂”的討論中具有以下優(yōu)點[6]：

（1）老師能夠從學(xué)生們的分析和討論中了解學(xué)生對知識點理解和掌握的程度，更好地把控課程教學(xué)內(nèi)容的深度和教學(xué)速度，從而制定更有效的教學(xué)方案，提升了教師的專業(yè)素質(zhì)。

（2）學(xué)生們不僅鍛煉了自己的交流表達(dá)能力，拓展了科學(xué)思維，也能夠通過相互間的互動和溝通，鍛煉和鞏固所學(xué)的知識點，并發(fā)現(xiàn)自己的知識盲區(qū)，拓展知識面，提高了應(yīng)用型人才的質(zhì)量。

（3）討論內(nèi)容緊扣專業(yè)應(yīng)用的實際問題，與專業(yè)發(fā)展方向緊密結(jié)合，有助于增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)知識的系統(tǒng)化和時效性，使他們了解行業(yè)最前沿的發(fā)展動態(tài)和科學(xué)問題，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的深度。

3.在“轉(zhuǎn)動課堂”的課下教學(xué)中，引入設(shè)計性實驗內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生課下學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生對知識的理解，提高教學(xué)效果。課下教學(xué)中的實踐教學(xué)，可以結(jié)合課上的理論內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的拓展，根據(jù)學(xué)生興趣引入設(shè)計性實驗內(nèi)容，更進(jìn)一步接近新能源材料與器件的實際應(yīng)用，學(xué)生可以走進(jìn)科研實驗室，在教師的指導(dǎo)下，設(shè)計新能源材料的制備方案、學(xué)習(xí)材料的表征技術(shù)、分析材料的相關(guān)性質(zhì)、進(jìn)行簡單的材料應(yīng)用。通過課下的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，可以有效地拓展學(xué)生的知識面，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高他們的創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語

通過對“轉(zhuǎn)動課堂”模式下新能源材料與器件專業(yè)實踐教學(xué)的改革和完善，實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的緊密結(jié)合。在“轉(zhuǎn)動課堂”的不同階段引入不同模塊的實驗內(nèi)容，有助于加深學(xué)生對抽象概念和復(fù)雜原理的理解，鞏固了學(xué)生對專業(yè)知識的掌握，有效地拓展了學(xué)生的知識面。本文對探索更加有效的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才的培養(yǎng)模式具有一定的實踐意義。