材料化学专业实验课程创新改革举措探索*
时间：2023-04-09 22:35:02 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
田永尚，王 淼，高 岩，董效良
(信阳师范学院化学化工学院，河南 信阳 464000)
材料化学作为一门新兴的交叉学科，自1997年教育部批准设置以来，经过二十多年的发展，已经初具规模，形成一定的体系[1]。相较于材料化学理论的发展，实验教学的发展更是相对滞后，所以说在发展前行的道路上，材料化学专业从业者任重而道远。材料化学专业在实验设置上，要重视基础，重视操作，重视创新，重视全局，要让学生既能掌握知识，又能锻炼既能；
达到全面发展，全面育人。本文以信阳师范学院材料化学专业理论及实验课为基础，探索材料化学专业实验课程改革的创新举措，以期为提高实验教学水平和效果提供参考。
材料化学专业培养方案要求学生具有一定的实验设计、创造实验条件以及归纳、整理、分析实验结果，撰写论文的能力，然而现有的实验教学体系还不足以培养学生的自主实践能力。学生普遍在实验操作，仪器设备使用，数据处理，问题讨论等方面存在欠缺，究其原因，主要是由于实验客观条件不足、师生的主观能动性调动不足以及管理组织形式等方面的欠缺。
1.1 实验条件不足
实验的目的就是理解及巩固理论知识，以及根据理论知识设计实验，培养学生的动手能力、独立思考能力、发现问题和解决问题的能力。
但是由于客观条件，如实验教学条件，实验室布置，仪器设备数量的限制。并不是每个人都能得到训练的机会。例如材料化学专业的实验，对人员采取分组形式，循环实验，每组学生人数约10人，尽可能使每个同学都得以学习与训练，但是对于材料的合成与制备实验，由于实验步骤繁琐，所以往往达不到这个目标。而实验中用到的高温烧结炉、压电测试仪等设备价格较贵，占用空间大，对电路设施要求高，无法做到人手一台。部分学生只能通过观看老师或者同学演示，而不能亲自动手操作，这大大降低了学生学习的积极性主动性。
1.2 师生重视程度不足
由于高校科研任务较重，一部分老师轻视教学尤其是实验教学，投入在实验教学的时间和精力不够，所以实验教学内容陈旧，缺乏创新，教学效果不好。由于实验一般采用分组形式循环进行，这也意味着同样的实验内容，老师要讲解五六遍之多，上课时也不会那么精心，大部分只是将相关理论操作机械性的灌输给学生，而不会深入解释其本质，从而学生知其然不知所以然，造成学生对于一些知识一知半解的局面。而学生如果在没有预习的情况下，也不大可能对内容熟悉，再加上由于客观条件的限制，不能亲自设计操作实验甚至不能观看实验流程，心理上有怠慢情绪。
1.3 实验教学考核评价方式流于形式
实验课程的考核多以实验报告的形式呈现，而且是在课堂下完成。通过调研我们得知，几乎所有人都能够完成实验报告，然而实验报告的抄袭问题比较严重，有些同学的报告几乎一模一样，连标点符号都没有差别。而老师批改实验报告时候也往往是以实验报告是否完整，书写是否整洁为标准，这就大大降低了实验报告书写的难度。而用心的书写实验报告，实际上就是对实验的回顾，可以对出现的一些问题进行深入思考，甚至用创新的思维提出解决办法。对于学生来讲，上这样一门课程，不少人抱着马马虎虎，得过且过的心态，不会主动预习和复习。
2.1 改进理论课程教学，并与实验教学有机结合
理论教学部分不仅是实验教学的必要途径，还是培养学生分析问题，解决问题的前提保证[2]。理论课与实验课是相辅相成，相互促进，缺一不可的。鉴于师生对于理论课程重视程度要高于实验课程，那么可以把实验课程融入到理论课程中，例如将一些在实验中涉及到的原理，现象，注意事项，在理论课中予以较详细的讲解，而把实验操作训练，创新思考，联系实际留给实验课堂，这样节约了本就较少的实验时间。
然而随着时代的发展变化，网络的发达，获取信息的渠道增多。传统单一的灌输式理论教学已难以满足学生对未知知识探索的渴望，知识获取量有限，难以实现学生的全面发展。
教学方法的改革应根据学生的认知特点和规律，因材施教。提问式、体验式和案例式讲授方式可加深学生记忆和理解知识，丰富学生知识储备[3]。
另外，科研室里的青年教师、硕博研究生可以利用课堂或课外时间教授一些实验必备技能，比如分析表征仪器操作，数据处理软件，作图软件等专业软件。专业软件的学习成果直接体现为学生实验技能的提升，在处理数据时，可以变得得心应手，并且极大程度的减少实验误差。例如本校材料化学专业学生在进行超级电容器的制备及电容性能测试实验数据处理时，能够熟练掌握应用科研软件的少之又少，有些学生甚至没有使用或听说过这些软件。之所以出现这种现象，一是因为他们对这些软件不熟悉，没有人教，自己又不主动学习，不知道如何使用；
二是由于思维的局限性，不愿意尝试接受新事物。而经过老师的教导演示，大家愿意接受这些软件并逐渐熟练使用。
2.2 充分利用线上教育资源
正如前面对于客观状况的讨论，由于实验室布局规划问题，空间时间受限；
经费限制，设备数量少，型号老旧，已不能满足新时代下实验教学对于创新的要求。不能使每个学生都得到应有的锻炼，从而使实验教学的效果大打折扣。
《教育信息化“十三五”规划》指出“强化教育信息化对教学改革，尤其是课程改革的服务与支撑”[4]。在这种背景下，慕课、微课、网络精品课等网络资源应运而生。教师可以组织学生统筹安排，精心设计实验，优化实验过程，规范实验操作，将理论讲解部分和实验操作部分制作成慕课，慕课包含内容应尽可能全面，包括实验原理，实验目的，实验操作过程，注意事项等步骤，同时可以在慕课中增加学科前沿，介绍最新的实验方法，实验思路，实验过程等。将慕课上传至网络，方便学生随时随地学习，而不受时间空间的限制。通过慕课，学生可以学习整个实验过程，便于课前预习和课后复习巩固。也可以从网络上下载各种相关慕课视频，或广泛学习或有针对性的加强学习，相信对于学生实验知识的储备和实验技能的提升都非常有益。
和慕课类似的还有微课，微课又不同于慕课。微课视频短小精悍，有较强的针对性，主要是围绕课堂教学中的某一个知识点进行的教学，其教学内容相对精简，教学目标相对单一，教学主题相对明确，着重于解决教学中的重难点，疑点问题[5]。此外，线上资源非常丰富，还有各种精品课，共享课等各种视频，这些通过网络发布的视频，具有暂停、回放、快进等多种功能，非常便于学生自主学习。
另外，基于现代信息技术的虚拟仿真实验教学已成为高校实验教学的重要组成部分。例如，本校化学化工学院实验中心建立有虚拟仿真教学中心，包含虚拟仿真实验教学平台和虚拟仿真实训平台。学生既可以在平台自主学习理论知识，也可以进入考试系统检验学习效果，还可以进行虚拟仿真实训，犹如身临其境，学习真实有效。
为了使线上学习取得较好的效果，我们建议将慕课、微课等网络课的学习分为必看和选看部分。因为即便慕课、微课画面清晰，制作精良，也未必如电影电视剧里俊男靓女那般赏心悦目，也不会像剧中故事情节那样环环相扣引人入胜。如果没有一颗爱学习进取的心和较强的自制力，那么可能仅仅是三分钟热度，或者三天打鱼两天晒网，达不到预期的设想。所以这就需要一些强制手段来达到学习的目的。
2.3 立足长远，将教学与科研实验室协同开放
实验室开放是高等教育培养创新人才、实现素质教育目标的客观要求。同时，开放实验室，可以提高实验室及其仪器设备的利用率，不仅充分利用了教育资源，而且提高了教学质量，也拓宽了实验室内涵。所以，全面开放实验室是一件非常有意义的事情，实验室应当以各种形式对学生进行课外开放，适当增加开放时间和开放内容，充分发挥实验室资源的效益。
实验室的开放程度不高，已经成为制约学生创新能力提升的关键因素，为了充分锻炼学生的实践能力和提升学生的创新思维，加大实验室开放和共享力度，已经成为势在必行的趋势。例如陕西理工大学基于实验室开放现状，提出了问题驱动型、教师主导型、学生自主型等实验室开放办法，体现了培养应用型人才的目标导向，培养了学生的实践动手能力和创新精神，且满足了个性化和分层次教学要求，取得了令人满意的教学效果[6]。湖南农业大学在开放科研实验室的基础上，建有大型仪器设备开放共享平台网站，通过网站可以了解到实验室仪器设备的详细信息及预约使用。并通过共享平台、建立健全维护与管理制度、加强人员队伍建设等多项措施，保证实验室及其仪器设备的开放规模及效率[7]。
囿于实验条件，不是所有的同学都能在有限的实验课堂进行实验操作，而开放实验室，可以满足同学们体验自己动手操作的乐趣，增强自信心，对大学生人格和技能的培养具有非常重要的作用。此外，一些以大学生为主持人的开放实验项目和大学生创新创业项目也依赖于开放实验室来完成。同时，学生在学习过慕课、微课及网络课程后，也可以到开放实验室来验证或改进创新。
2.4 在课程中引入思政元素
在课程中引入思政元素，可以增加课程的趣味性，使专业课有温度，有深度，有情怀。兴趣是最好的老师，基于兴趣的学习过程是愉悦的，效果是显著的。
材料化学实验课程作为材料化学课程的重要组成部分，同样要响应把思想政治工作贯穿教学全过程的号召，但是实验课程的思政建设环节还比较薄弱，相关成果也比较少。材料化学实验逐渐倾向于综合设计性与探究性实验，更加注重学生的创新意识；
同时，实验课程内容丰富，过程环节多，可塑性强，容易和思政教育高度融合，效果好，可以成为高等学校思政教育的主要阵地和重要舞台。
在传授专业知识的同时，通过挖掘其中的思政元素，可以提高学生的思想水平、政治觉悟及道德品质，同时培养学生的科学素养，正确的价值观及强烈的责任心等综合素质[8]。材料化学实验教学中蕴含的思政元素是十分广泛的，老师只要用心挖掘，不难找到切入点。从而很自然的就引导学生在设计、研发新材料的过程中，考虑优化材料性能的同时，兼顾法规、环保和可持续发展的要求，树立绿色环保理念。
实验课程包括材料化学实验课程不仅能够对学生进行技能培训，而且能够培养学生的独立思考能力、创新能力、动手能力及团队协作意识和开拓进取精神等。这些能力及意识是大学生们以后继续深造或者走上工作岗位必备的条件，是勇攀高峰的垫脚石和无形的宝藏，是未来成长成才的积淀。然而，实验的改革是一项长期而艰巨的任务，不能一蹴而就，不会立竿见影，需要广大老师等教育工作者及学生齐心协力共同促进。当然我们对于实验改进的一些探索，只是初步和基础的，未来还有很长的路要走，正所谓路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。
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