材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗課程創(chuàng)新改革舉措探索*

田永尚，王 淼，高 巖，董效良

(信陽師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南 信陽 464000)

材料化學(xué)作為一門新興的交叉學(xué)科，自1997年教育部批準(zhǔn)設(shè)置以來，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，已經(jīng)初具規(guī)模，形成一定的體系[1]。相較于材料化學(xué)理論的發(fā)展，實(shí)驗教學(xué)的發(fā)展更是相對滯后，所以說在發(fā)展前行的道路上，材料化學(xué)專業(yè)從業(yè)者任重而道遠(yuǎn)。材料化學(xué)專業(yè)在實(shí)驗設(shè)置上，要重視基礎(chǔ)，重視操作，重視創(chuàng)新，重視全局，要讓學(xué)生既能掌握知識，又能鍛煉既能；達(dá)到全面發(fā)展，全面育人。本文以信陽師范學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)理論及實(shí)驗課為基礎(chǔ)，探索材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗課程改革的創(chuàng)新舉措，以期為提高實(shí)驗教學(xué)水平和效果提供參考。

1 實(shí)驗教學(xué)過程中存在的問題

材料化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)方案要求學(xué)生具有一定的實(shí)驗設(shè)計、創(chuàng)造實(shí)驗條件以及歸納、整理、分析實(shí)驗結(jié)果，撰寫論文的能力，然而現(xiàn)有的實(shí)驗教學(xué)體系還不足以培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)踐能力。學(xué)生普遍在實(shí)驗操作，儀器設(shè)備使用，數(shù)據(jù)處理，問題討論等方面存在欠缺，究其原因，主要是由于實(shí)驗客觀條件不足、師生的主觀能動性調(diào)動不足以及管理組織形式等方面的欠缺。

1.1 實(shí)驗條件不足

實(shí)驗的目的就是理解及鞏固理論知識，以及根據(jù)理論知識設(shè)計實(shí)驗，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、獨(dú)立思考能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

但是由于客觀條件，如實(shí)驗教學(xué)條件，實(shí)驗室布置，儀器設(shè)備數(shù)量的限制。并不是每個人都能得到訓(xùn)練的機(jī)會。例如材料化學(xué)專業(yè)的實(shí)驗，對人員采取分組形式，循環(huán)實(shí)驗，每組學(xué)生人數(shù)約10人，盡可能使每個同學(xué)都得以學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，但是對于材料的合成與制備實(shí)驗，由于實(shí)驗步驟繁瑣，所以往往達(dá)不到這個目標(biāo)。而實(shí)驗中用到的高溫?zé)Y(jié)爐、壓電測試儀等設(shè)備價格較貴，占用空間大，對電路設(shè)施要求高，無法做到人手一臺。部分學(xué)生只能通過觀看老師或者同學(xué)演示，而不能親自動手操作，這大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性主動性。

1.2 師生重視程度不足

由于高校科研任務(wù)較重，一部分老師輕視教學(xué)尤其是實(shí)驗教學(xué)，投入在實(shí)驗教學(xué)的時間和精力不夠，所以實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容陳舊，缺乏創(chuàng)新，教學(xué)效果不好。由于實(shí)驗一般采用分組形式循環(huán)進(jìn)行，這也意味著同樣的實(shí)驗內(nèi)容，老師要講解五六遍之多，上課時也不會那么精心，大部分只是將相關(guān)理論操作機(jī)械性的灌輸給學(xué)生，而不會深入解釋其本質(zhì)，從而學(xué)生知其然不知所以然，造成學(xué)生對于一些知識一知半解的局面。而學(xué)生如果在沒有預(yù)習(xí)的情況下，也不大可能對內(nèi)容熟悉，再加上由于客觀條件的限制，不能親自設(shè)計操作實(shí)驗甚至不能觀看實(shí)驗流程，心理上有怠慢情緒。

1.3 實(shí)驗教學(xué)考核評價方式流于形式

實(shí)驗課程的考核多以實(shí)驗報告的形式呈現(xiàn)，而且是在課堂下完成。通過調(diào)研我們得知，幾乎所有人都能夠完成實(shí)驗報告，然而實(shí)驗報告的抄襲問題比較嚴(yán)重，有些同學(xué)的報告幾乎一模一樣，連標(biāo)點(diǎn)符號都沒有差別。而老師批改實(shí)驗報告時候也往往是以實(shí)驗報告是否完整，書寫是否整潔為標(biāo)準(zhǔn)，這就大大降低了實(shí)驗報告書寫的難度。而用心的書寫實(shí)驗報告，實(shí)際上就是對實(shí)驗的回顧，可以對出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行深入思考，甚至用創(chuàng)新的思維提出解決辦法。對于學(xué)生來講，上這樣一門課程，不少人抱著馬馬虎虎，得過且過的心態(tài)，不會主動預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。

2 關(guān)于實(shí)驗課程改革的幾點(diǎn)建議

2.1 改進(jìn)理論課程教學(xué)，并與實(shí)驗教學(xué)有機(jī)結(jié)合

理論教學(xué)部分不僅是實(shí)驗教學(xué)的必要途徑，還是培養(yǎng)學(xué)生分析問題，解決問題的前提保證[2]。理論課與實(shí)驗課是相輔相成，相互促進(jìn)，缺一不可的。鑒于師生對于理論課程重視程度要高于實(shí)驗課程，那么可以把實(shí)驗課程融入到理論課程中，例如將一些在實(shí)驗中涉及到的原理，現(xiàn)象，注意事項，在理論課中予以較詳細(xì)的講解，而把實(shí)驗操作訓(xùn)練，創(chuàng)新思考，聯(lián)系實(shí)際留給實(shí)驗課堂，這樣節(jié)約了本就較少的實(shí)驗時間。

然而隨著時代的發(fā)展變化，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)達(dá)，獲取信息的渠道增多。傳統(tǒng)單一的灌輸式理論教學(xué)已難以滿足學(xué)生對未知知識探索的渴望，知識獲取量有限，難以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。

教學(xué)方法的改革應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和規(guī)律，因材施教。提問式、體驗式和案例式講授方式可加深學(xué)生記憶和理解知識，豐富學(xué)生知識儲備[3]。

另外，科研室里的青年教師、碩博研究生可以利用課堂或課外時間教授一些實(shí)驗必備技能，比如分析表征儀器操作，數(shù)據(jù)處理軟件，作圖軟件等專業(yè)軟件。專業(yè)軟件的學(xué)習(xí)成果直接體現(xiàn)為學(xué)生實(shí)驗技能的提升，在處理數(shù)據(jù)時，可以變得得心應(yīng)手，并且極大程度的減少實(shí)驗誤差。例如本校材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生在進(jìn)行超級電容器的制備及電容性能測試實(shí)驗數(shù)據(jù)處理時，能夠熟練掌握應(yīng)用科研軟件的少之又少，有些學(xué)生甚至沒有使用或聽說過這些軟件。之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，一是因為他們對這些軟件不熟悉，沒有人教，自己又不主動學(xué)習(xí)，不知道如何使用；二是由于思維的局限性，不愿意嘗試接受新事物。而經(jīng)過老師的教導(dǎo)演示，大家愿意接受這些軟件并逐漸熟練使用。

2.2 充分利用線上教育資源

正如前面對于客觀狀況的討論，由于實(shí)驗室布局規(guī)劃問題，空間時間受限；經(jīng)費(fèi)限制，設(shè)備數(shù)量少，型號老舊，已不能滿足新時代下實(shí)驗教學(xué)對于創(chuàng)新的要求。不能使每個學(xué)生都得到應(yīng)有的鍛煉，從而使實(shí)驗教學(xué)的效果大打折扣。

《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出“強(qiáng)化教育信息化對教學(xué)改革，尤其是課程改革的服務(wù)與支撐”[4]。在這種背景下，慕課、微課、網(wǎng)絡(luò)精品課等網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)運(yùn)而生。教師可以組織學(xué)生統(tǒng)籌安排，精心設(shè)計實(shí)驗，優(yōu)化實(shí)驗過程，規(guī)范實(shí)驗操作，將理論講解部分和實(shí)驗操作部分制作成慕課，慕課包含內(nèi)容應(yīng)盡可能全面，包括實(shí)驗原理，實(shí)驗?zāi)康模瑢?shí)驗操作過程，注意事項等步驟，同時可以在慕課中增加學(xué)科前沿，介紹最新的實(shí)驗方法，實(shí)驗思路，實(shí)驗過程等。將慕課上傳至網(wǎng)絡(luò)，方便學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)，而不受時間空間的限制。通過慕課，學(xué)生可以學(xué)習(xí)整個實(shí)驗過程，便于課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)鞏固。也可以從網(wǎng)絡(luò)上下載各種相關(guān)慕課視頻，或廣泛學(xué)習(xí)或有針對性的加強(qiáng)學(xué)習(xí)，相信對于學(xué)生實(shí)驗知識的儲備和實(shí)驗技能的提升都非常有益。

和慕課類似的還有微課，微課又不同于慕課。微課視頻短小精悍，有較強(qiáng)的針對性，主要是圍繞課堂教學(xué)中的某一個知識點(diǎn)進(jìn)行的教學(xué)，其教學(xué)內(nèi)容相對精簡，教學(xué)目標(biāo)相對單一，教學(xué)主題相對明確，著重于解決教學(xué)中的重難點(diǎn)，疑點(diǎn)問題[5]。此外，線上資源非常豐富，還有各種精品課，共享課等各種視頻，這些通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的視頻，具有暫停、回放、快進(jìn)等多種功能，非常便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

另外，基于現(xiàn)代信息技術(shù)的虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)已成為高校實(shí)驗教學(xué)的重要組成部分。例如，本?；瘜W(xué)化工學(xué)院實(shí)驗中心建立有虛擬仿真教學(xué)中心，包含虛擬仿真實(shí)驗教學(xué)平臺和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)平臺。學(xué)生既可以在平臺自主學(xué)習(xí)理論知識，也可以進(jìn)入考試系統(tǒng)檢驗學(xué)習(xí)效果，還可以進(jìn)行虛擬仿真實(shí)訓(xùn)，猶如身臨其境，學(xué)習(xí)真實(shí)有效。

為了使線上學(xué)習(xí)取得較好的效果，我們建議將慕課、微課等網(wǎng)絡(luò)課的學(xué)習(xí)分為必看和選看部分。因為即便慕課、微課畫面清晰，制作精良，也未必如電影電視劇里俊男靚女那般賞心悅目，也不會像劇中故事情節(jié)那樣環(huán)環(huán)相扣引人入勝。如果沒有一顆愛學(xué)習(xí)進(jìn)取的心和較強(qiáng)的自制力，那么可能僅僅是三分鐘熱度，或者三天打魚兩天曬網(wǎng)，達(dá)不到預(yù)期的設(shè)想。所以這就需要一些強(qiáng)制手段來達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。

2.3 立足長遠(yuǎn)，將教學(xué)與科研實(shí)驗室協(xié)同開放

實(shí)驗室開放是高等教育培養(yǎng)創(chuàng)新人才、實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育目標(biāo)的客觀要求。同時，開放實(shí)驗室，可以提高實(shí)驗室及其儀器設(shè)備的利用率，不僅充分利用了教育資源，而且提高了教學(xué)質(zhì)量，也拓寬了實(shí)驗室內(nèi)涵。所以，全面開放實(shí)驗室是一件非常有意義的事情，實(shí)驗室應(yīng)當(dāng)以各種形式對學(xué)生進(jìn)行課外開放，適當(dāng)增加開放時間和開放內(nèi)容，充分發(fā)揮實(shí)驗室資源的效益。

實(shí)驗室的開放程度不高，已經(jīng)成為制約學(xué)生創(chuàng)新能力提升的關(guān)鍵因素，為了充分鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力和提升學(xué)生的創(chuàng)新思維，加大實(shí)驗室開放和共享力度，已經(jīng)成為勢在必行的趨勢。例如陜西理工大學(xué)基于實(shí)驗室開放現(xiàn)狀，提出了問題驅(qū)動型、教師主導(dǎo)型、學(xué)生自主型等實(shí)驗室開放辦法，體現(xiàn)了培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標(biāo)導(dǎo)向，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新精神，且滿足了個性化和分層次教學(xué)要求，取得了令人滿意的教學(xué)效果[6]。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)在開放科研實(shí)驗室的基礎(chǔ)上，建有大型儀器設(shè)備開放共享平臺網(wǎng)站，通過網(wǎng)站可以了解到實(shí)驗室儀器設(shè)備的詳細(xì)信息及預(yù)約使用。并通過共享平臺、建立健全維護(hù)與管理制度、加強(qiáng)人員隊伍建設(shè)等多項措施，保證實(shí)驗室及其儀器設(shè)備的開放規(guī)模及效率[7]。

囿于實(shí)驗條件，不是所有的同學(xué)都能在有限的實(shí)驗課堂進(jìn)行實(shí)驗操作，而開放實(shí)驗室，可以滿足同學(xué)們體驗自己動手操作的樂趣，增強(qiáng)自信心，對大學(xué)生人格和技能的培養(yǎng)具有非常重要的作用。此外，一些以大學(xué)生為主持人的開放實(shí)驗項目和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目也依賴于開放實(shí)驗室來完成。同時，學(xué)生在學(xué)習(xí)過慕課、微課及網(wǎng)絡(luò)課程后，也可以到開放實(shí)驗室來驗證或改進(jìn)創(chuàng)新。

2.4 在課程中引入思政元素

在課程中引入思政元素，可以增加課程的趣味性，使專業(yè)課有溫度，有深度，有情懷。興趣是最好的老師，基于興趣的學(xué)習(xí)過程是愉悅的，效果是顯著的。

材料化學(xué)實(shí)驗課程作為材料化學(xué)課程的重要組成部分，同樣要響應(yīng)把思想政治工作貫穿教學(xué)全過程的號召，但是實(shí)驗課程的思政建設(shè)環(huán)節(jié)還比較薄弱，相關(guān)成果也比較少。材料化學(xué)實(shí)驗逐漸傾向于綜合設(shè)計性與探究性實(shí)驗，更加注重學(xué)生的創(chuàng)新意識；同時，實(shí)驗課程內(nèi)容豐富，過程環(huán)節(jié)多，可塑性強(qiáng)，容易和思政教育高度融合，效果好，可以成為高等學(xué)校思政教育的主要陣地和重要舞臺。

在傳授專業(yè)知識的同時，通過挖掘其中的思政元素，可以提高學(xué)生的思想水平、政治覺悟及道德品質(zhì)，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，正確的價值觀及強(qiáng)烈的責(zé)任心等綜合素質(zhì)[8]。材料化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中蘊(yùn)含的思政元素是十分廣泛的，老師只要用心挖掘，不難找到切入點(diǎn)。從而很自然的就引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計、研發(fā)新材料的過程中，考慮優(yōu)化材料性能的同時，兼顧法規(guī)、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求，樹立綠色環(huán)保理念。

3 結(jié) 語

實(shí)驗課程包括材料化學(xué)實(shí)驗課程不僅能夠?qū)W(xué)生進(jìn)行技能培訓(xùn)，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力、動手能力及團(tuán)隊協(xié)作意識和開拓進(jìn)取精神等。這些能力及意識是大學(xué)生們以后繼續(xù)深造或者走上工作崗位必備的條件，是勇攀高峰的墊腳石和無形的寶藏，是未來成長成才的積淀。然而，實(shí)驗的改革是一項長期而艱巨的任務(wù)，不能一蹴而就，不會立竿見影，需要廣大老師等教育工作者及學(xué)生齊心協(xié)力共同促進(jìn)。當(dāng)然我們對于實(shí)驗改進(jìn)的一些探索，只是初步和基礎(chǔ)的，未來還有很長的路要走，正所謂路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。