應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下的材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程改革*

胡雅莉，李廷斌

(泰山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，山東 泰安 271000)

進(jìn)入21世紀(jì)之后,隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)應(yīng)用型人才和實(shí)用型職業(yè)人才的需求有了進(jìn)一步的增長(zhǎng)，很多高校抓住機(jī)遇，轉(zhuǎn)型發(fā)展、特色發(fā)展，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量，增強(qiáng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展能力。如何培養(yǎng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求人才，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，是每個(gè)應(yīng)用性高校面臨的困境[1]，2010年教育部啟動(dòng)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，這對(duì)于培養(yǎng)優(yōu)秀的應(yīng)用型本科人才起到了十分重要的示范和引導(dǎo)作用，同時(shí)也對(duì)我國(guó)應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)提出了新的要求及挑戰(zhàn)[2]。眾多院校針對(duì)應(yīng)用型本科教育的建設(shè)，在學(xué)校定位、人才培養(yǎng)模式、專業(yè)設(shè)置、課程體系及實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了創(chuàng)新實(shí)踐改革，取得了一定的成效，但仍存在一些亟待解決的問(wèn)題。潘懋元先生指出，要落實(shí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)，必須要落實(shí)人才培養(yǎng)旳具體問(wèn)題，而首當(dāng)其沖是課程建設(shè)問(wèn)題[3]。所以對(duì)于我們教師來(lái)說(shuō)，需要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，改革教學(xué)模式，創(chuàng)新教學(xué)方法，全面提高學(xué)生的實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)，為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和現(xiàn)代化奠定堅(jiān)實(shí)的人力資源優(yōu)勢(shì)，提升國(guó)家的核心競(jìng)爭(zhēng)力和綜合國(guó)力。

1 材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

材料科學(xué)基礎(chǔ)是我們學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)必修的基礎(chǔ)理論課程，在整個(gè)專業(yè)課教學(xué)中占有非常重要的地位，因?yàn)樗瞧渌嚓P(guān)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的先導(dǎo)，同時(shí)又是一門(mén)基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐緊密結(jié)合的課程。材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是與材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)配套的實(shí)踐環(huán)節(jié)，以提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為宗旨，以培養(yǎng)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才為目標(biāo)。從目前的教學(xué)看，教師在實(shí)驗(yàn)課堂上，依然處于教師講課、學(xué)生聽(tīng)課，然后教師演示、學(xué)生操作的形態(tài)。教學(xué)方法比較單調(diào)、乏味，在課堂教學(xué)中比較注重教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)形式循規(guī)蹈矩，課堂氛圍沒(méi)有多大活力和生機(jī)。教師在講授學(xué)生實(shí)驗(yàn)原理時(shí)，往往只注重知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的傳授，不夠重視有效引導(dǎo)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理并沒(méi)有做到有效理解，實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏一定的內(nèi)涵和生命力。知識(shí)一味地灌輸，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)思維缺乏引導(dǎo)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不太注重與學(xué)生溝通和相互合作，學(xué)生感受不到實(shí)驗(yàn)的奧秘，也體驗(yàn)不到實(shí)驗(yàn)操作成功的喜悅，就會(huì)出現(xiàn)學(xué)生厭煩上實(shí)驗(yàn)課等情形。

目前，我院的材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而且大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室老師的指導(dǎo)下，按照實(shí)驗(yàn)說(shuō)明機(jī)械式逐步進(jìn)行的。在完成實(shí)驗(yàn)后，有些學(xué)生甚至不知道做實(shí)驗(yàn)的目的和意義，學(xué)生缺乏實(shí)驗(yàn)過(guò)程與相關(guān)理論知識(shí)的整合理解，更談不上獨(dú)立思考及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。同時(shí)，一些實(shí)驗(yàn)的操作要求是重復(fù)性的。學(xué)生經(jīng)常因?yàn)橹貜?fù)類似的實(shí)驗(yàn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)失去興趣，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)采取敷衍的態(tài)度。比如，實(shí)驗(yàn)之一是用原子力顯微鏡觀察各種組織的標(biāo)樣，每一個(gè)樣品的觀察步驟是一樣的，學(xué)生開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)時(shí)興趣很高，但做完兩三個(gè)樣品后就失去了興致，草草完成剩下的實(shí)驗(yàn)，這樣很難使學(xué)生真正掌握實(shí)驗(yàn)知識(shí)，學(xué)生的主觀能動(dòng)性得不到充分發(fā)揮。因此，針對(duì)傳統(tǒng)材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，結(jié)合我校高分子材料專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)方案，對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革，包括教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)類型及實(shí)驗(yàn)考核方式等，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率和水平。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

2.1 順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，運(yùn)用信息技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)

對(duì)于課堂上知識(shí)的講述方式已經(jīng)不在局限于傳統(tǒng)的黑板、教材，對(duì)于一些抽象的內(nèi)容還得學(xué)生自己進(jìn)行思考?？萍嫉陌l(fā)展，帶動(dòng)了教育的教學(xué)用具，想在課堂上講到有機(jī)化合物的模型，我們可以利用相應(yīng)的教具直觀展示；實(shí)驗(yàn)中有一些是比較危險(xiǎn)的，或是沒(méi)有足夠的儀器設(shè)備來(lái)滿足學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的要求，這個(gè)時(shí)候就可以利用一些軟件來(lái)進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。這些軟件不但可以保證學(xué)生的安全，避免風(fēng)險(xiǎn)，還可以彌補(bǔ)課堂的空缺，同時(shí)也可以滿足學(xué)生的求知欲和探索欲，加深對(duì)知識(shí)的理解。

近幾年，學(xué)校引入了超星電子學(xué)習(xí)通、雨課堂等線上教學(xué)與管理系統(tǒng)，為開(kāi)展線上教學(xué)提供了有利保障。應(yīng)用新的教學(xué)平臺(tái)，我們可以將材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的微課，拓展閱讀資料等發(fā)布于平臺(tái)上，供學(xué)生隨時(shí)觀看學(xué)習(xí)。材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程采取線上線下融合的混合教學(xué)方式，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。任課教師在實(shí)驗(yàn)開(kāi)課前，先將本次實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)大綱、實(shí)驗(yàn)演示視頻、課程教學(xué)ppt及操作流程上傳學(xué)習(xí)通，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，容易出錯(cuò)的地方提示學(xué)生反復(fù)觀看，通過(guò)課前小測(cè)驗(yàn)、疑難解答等師生互動(dòng)形式，督促學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)，有助于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的充分理解，提高學(xué)習(xí)興趣。如果有學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的某些知識(shí)點(diǎn)不理解，還可以通過(guò)一些微課視頻，像MOOC、雨課堂等進(jìn)行解疑答惑，同時(shí)還可以通過(guò)微信、QQ等聊天工具隨時(shí)詢問(wèn)老師或者同學(xué)。

在授課過(guò)程中，教師必須明白自己的啟發(fā)，幫助，引導(dǎo)的用處。學(xué)生才是自我學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體。教師要?jiǎng)?chuàng)設(shè)利用課堂環(huán)境，盡可能地開(kāi)發(fā)學(xué)生的主觀動(dòng)機(jī)和自我思考的能動(dòng)性，多多開(kāi)展師生能進(jìn)行雙向溝通以及小組、群體、伙伴之間交流的活動(dòng)任務(wù)，讓學(xué)生自發(fā)地挖掘答案，內(nèi)在動(dòng)力推動(dòng)著發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，加深對(duì)知識(shí)的理解、掌握。

2.2 科學(xué)應(yīng)用專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果

現(xiàn)如今，在教學(xué)中經(jīng)常使用的專業(yè)軟件有Gwyddion、Gaussian、ChemDraw、Mercury、Diamond等。Gwyddion是一款掃描探針顯微鏡和輪廓測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)可視化和處理工具，包括SPM，即AFM、STM、MFM、SNOM/NSOM......對(duì)一般圖像和二維數(shù)據(jù)分析很有用。比如我們用原子力顯微鏡觀察聚合物形態(tài)實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生利用Gwyddion軟件，將觀察到的晶體薄膜的表面形貌進(jìn)行圖形處理，這樣不僅完成了教學(xué)大綱要求掌握的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且使學(xué)生們學(xué)會(huì)使用一種圖形處理軟件，培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的能力。Diamond是一款智能的電腦化學(xué)繪圖軟件，該軟件可以對(duì)不同類型的晶體結(jié)構(gòu)模型繪制，比如線狀，球棍狀或空間堆積狀，多面體形式等，并且模型能根據(jù)需要進(jìn)行移動(dòng)、縮放、旋轉(zhuǎn)等操作。Diamond可以很方便的操作部分原子、鍵、多面體，從而繪制出理想的圖片甚至制作成動(dòng)畫(huà)文件[4]。在金屬晶體結(jié)構(gòu)的鋼球堆積模型分析實(shí)驗(yàn)中，原子結(jié)構(gòu)本身是比較抽象的，我們可以借助軟件先讓學(xué)生找出三種晶體結(jié)構(gòu)原子密排面和原子密排方向，以及四面體間隙和八面體間隙的位置和分布，使學(xué)生熟練掌握三種晶體結(jié)構(gòu)的特征，然后再用鋼球按最密排面堆垛的順序堆垛出面心立方和密排六方晶體結(jié)構(gòu)。這樣讓學(xué)生生動(dòng)形象的感知晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更有利于學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理，增加其學(xué)習(xí)興趣與探究欲望。

2.3 走出實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)模式，提升創(chuàng)造力

“學(xué)以 致用”,學(xué)習(xí)的根本目的是為了應(yīng)用。應(yīng)用型人才的培養(yǎng)的根本目的還是要學(xué)生們將所學(xué)知識(shí)真正應(yīng)用到服務(wù)社會(huì)中去。所以我們可以適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)聯(lián)系，帶領(lǐng)學(xué)生走出實(shí)驗(yàn)室，真正走入企業(yè)，走入車間，了解企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀，將企業(yè)需要解決的問(wèn)題作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目去完成。這樣不僅完成了實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)任務(wù)，同時(shí)提高學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力，激勵(lì)創(chuàng)新精神，樹(shù)立新時(shí)代社會(huì)責(zé)任感，能為國(guó)家建設(shè)提供具有創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的應(yīng)用型、復(fù)合型人才。另外，還可以開(kāi)展讓學(xué)生到其他高?；蛘吲c其他高校的學(xué)生相互交換等等一系列的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，通過(guò)與不同高校學(xué)生之間的交流與合作，能夠進(jìn)一步開(kāi)闊同學(xué)們的視野、增長(zhǎng)知識(shí)面、活躍思維能力,取長(zhǎng)補(bǔ)短，全面提升學(xué)生的創(chuàng)造力[5]。

3 實(shí)驗(yàn)類型的改革

3.1 改進(jìn)基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)技能

基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)往往是由教師講解實(shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容，學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)教材的步驟進(jìn)行操作，可以使學(xué)生盡快熟悉材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，熟練掌握使用儀器設(shè)備，形成規(guī)范的材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能和素養(yǎng)，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。在整個(gè)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生只是按照實(shí)驗(yàn)流程機(jī)械的操作實(shí)驗(yàn)，而沒(méi)有獨(dú)立思考的過(guò)程，不利于學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，也失去了實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)的初衷。對(duì)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，例如，玻璃線膨脹系數(shù)測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，由單品種實(shí)驗(yàn)樣品變?yōu)樗姆N不同的玻璃樣品，測(cè)定同等條件下線膨脹系數(shù)的差異，理解不同組織結(jié)構(gòu)對(duì)材料膨脹系數(shù)的影響，實(shí)驗(yàn)完成后再分小組討論總結(jié)，這樣不僅使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定原理與方法的理解加深，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探究欲望，有利于綜合素質(zhì)的提升。

3.2 增開(kāi)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，注重學(xué)生個(gè)性化發(fā)展

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是啟發(fā)性最明顯的教學(xué)手段，能調(diào)動(dòng)和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，也是今后實(shí)驗(yàn)教學(xué)最主要發(fā)展方向。在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要根據(jù)老師給定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，自己查閱資料并與老師討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在老師的指導(dǎo)下完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)。比如我們新增的晶體結(jié)晶過(guò)程觀察及結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)，就是讓學(xué)生充分發(fā)揮自身能力的綜合性實(shí)驗(yàn)。這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)利用材料科學(xué)基礎(chǔ)所學(xué)知識(shí)，不僅要包含制備單晶體的基本方法，也要涵蓋晶體常用的分析測(cè)試手段。我們要求學(xué)生先查詢相關(guān)文獻(xiàn)資料，主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)配方，制定實(shí)驗(yàn)方案，將單晶體制備、晶體結(jié)構(gòu)表征、紅外光譜分析及熱重一差熱曲線的測(cè)定等整合成為一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這樣從原料的準(zhǔn)備開(kāi)始，然后制備晶體，最后性能測(cè)試與結(jié)構(gòu)表征，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程完全由學(xué)生自主設(shè)計(jì)操作，實(shí)驗(yàn)教師只做輔助指導(dǎo)與安全監(jiān)督。通過(guò)開(kāi)設(shè)這種綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性得到充分發(fā)揮，既豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)涵，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的層次，使得學(xué)生的綜合素養(yǎng)得到了提升，也培養(yǎng)了學(xué)生的工程觀念[6]。

增加設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生可以自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，注重學(xué)生個(gè)性的發(fā)展。利用學(xué)校提供的網(wǎng)上教學(xué)管理系統(tǒng)，采取循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)開(kāi)放管理模式。每學(xué)期初，教師在網(wǎng)上公布本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、時(shí)間，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間、興趣愛(ài)好學(xué)選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，有充分的時(shí)間讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)自己的構(gòu)想。這種模式類似學(xué)生的理論選修課，學(xué)生可以從開(kāi)放的眾多設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)驗(yàn)中選擇自己感興趣的，也能夠很容易的從教師那里獲得個(gè)別化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，輕松跨越時(shí)間和空間的限制。同時(shí)，這樣的開(kāi)放式模式也為其他相關(guān)專業(yè)的學(xué)生提供了一個(gè)很好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使對(duì)材料科學(xué)感興趣或者以后有意愿從事相關(guān)領(lǐng)域工作的學(xué)生可以參與進(jìn)來(lái)。

4 考核方式的改革

改變傳統(tǒng)的“一考定級(jí)”的實(shí)驗(yàn)考試模式，采用平時(shí)成績(jī)和考試成績(jī)綜合評(píng)定。評(píng)價(jià)方式為過(guò)程性評(píng)價(jià)，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程及期末操作考試等多種方式進(jìn)行課程綜合評(píng)價(jià)。平時(shí)成績(jī)40%；期末操作考試60%，以實(shí)驗(yàn)操作考試方式進(jìn)行。

(1)平時(shí)成績(jī)，包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)(30%)和出勤(10%)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求：實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)原始記錄、數(shù)據(jù)處理、作圖、誤差計(jì)算和誤差分析、實(shí)驗(yàn)討論和改進(jìn)措施。

(2)考試成績(jī)，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行操作考試，由學(xué)生抽簽決定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。操作過(guò)程表現(xiàn)要求：操作的認(rèn)真程度，熟練程度，觀察能力，實(shí)驗(yàn)操作的條理性，獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

5 結(jié) 語(yǔ)

應(yīng)用型人才的培養(yǎng)是以培養(yǎng)技術(shù)和實(shí)踐應(yīng)用能力為主，所以，要想培養(yǎng)更多的應(yīng)用型人才，實(shí)驗(yàn)在教學(xué)環(huán)節(jié)中是必不可少的。但實(shí)驗(yàn)不能僅停留在形式上，只有將實(shí)驗(yàn)落實(shí)到實(shí)處，才能真正提升學(xué)生各方面的能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教師要在重結(jié)論掌握的同時(shí)更注重過(guò)程的學(xué)習(xí)和掌握，真正地讓學(xué)生作為課堂的主人，讓學(xué)生積極主動(dòng)地參與知識(shí)的發(fā)展、發(fā)生的整個(gè)過(guò)程，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高學(xué)生的實(shí)踐水平和能力。需要注意的是在重視教學(xué)方法的多樣性，也要注重有效的學(xué)習(xí)結(jié)果，不要為了多樣性而多樣性。在應(yīng)用型人才教培養(yǎng)模式的教育理念下，再多的教學(xué)花樣也是為了讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)中得到能力的鍛煉、知識(shí)素養(yǎng)的提升。習(xí)主席說(shuō)過(guò)“青年一代有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)，國(guó)家就有前途，民族就有希望”。只有用多種方式方法培養(yǎng)學(xué)生各方面的能力，才能讓他們扛起未來(lái)國(guó)家建設(shè)的大旗。這需要教育工作者們親身實(shí)踐，用不斷的實(shí)踐摸索出一條行之有效的教學(xué)途徑。