提升材料類專業學生創新能力培養模式的研究

肖卓豪 汪永清

摘 要：理論與實踐相結合是材料類專業的顯著特點，材料類學生創新能力的培養必須從改善實驗教學方式與內容入手。針對當前材料類專業教學所存在的問題并結合國外高校的成功經驗，對形勢下材料類學生創新能力培養模式進行了初步探討，提出了三種創新性人才培養模式。

關鍵詞：材料科學；創新能力；培養模式

“創新是一個民族進步的靈魂，是一個國家興旺發達不竭的動力”， 江澤民同志這一論斷揭示了人類社會進步和發展的本質，指出培養創新型人才是順應時代發展的必然要求。作為領導未來社會潮流、引領科技發展的當代大學生，應是創新的代表，尤其是材料類學生，更是承擔了改變我國傳統材料先天不足、新材料產業崛起乏力尷尬局面的重任，因此在全面實施素質教育的今天，如何對材料類大學生進行創造思維和創新能力的培養，已成為一個非常突出的問題。

針對材料類學生創新能力的培養，傳統方式絕大部分僅限于實驗教學的改進，這種改進的缺點在于實驗教學本身不可能做到因材施教、不能針對學生的興趣愛好進行個別的、行之有效的引導、從而實現創新潛能的開發，其結果必然是使學生共性多、被動多，所以基于改進型實驗教學的培養模式其實培養的是學生的模仿能力而非創新能力。因此，從個性培養角度出發，對材料類學生進行創新能力培養模式的研究，對于培養青年創新型人才具有積極意義。

1 材料類專業教學與實驗的現狀分析

材料被認為是社會進步的物質基礎和先導， 對國民經濟和國防建設起著關鍵的支撐作用，尤其是作為高技術領域重要組成部分的新材料，與信息、生命、能源并稱為現代文明和社會發展的四大支柱。因此，我國高校對材料類專業學生的培養一直非常重視，在恢復高考以后的幾十年中，材料類專業人才在推動高新技術產業發展，促進傳統產業升級換代和增強綜合國力等方面立下了汗馬功勞。然而自1999年高校擴招以來，材料類學生招生數量急劇上升，盡管培養學生人數顯著增加，但是學生的創新能力卻不斷引起各界的懷疑與爭議。究其原因，主要是由于教學的軟硬件條件與方法不能滿足材料類學生創新能力實際培養的需求，具體表現在以下幾個方面：

1.1 在內教學內容上過于封閉

多年不變的教學體系和教學內容與當前高速發展的前沿科學新理論、新技術嚴重脫節。如很多高校目前采用的教材仍然是十幾年甚至幾十年前出版的教材，很多目前已經解決的技術難題與已被證明存在理論缺陷的原理仍然當作為必修的重點內容。

1.2 在教學方式上過于死板

板書與多媒體展示不能有效結合，多媒體展示作為一種新型的教學手段被濫用。盡管多媒體教學在幫助學生理解某些教學內容方面有其獨特的優勢，但并不是每一門課程都適用于該種形式，尤其是理論知識較多，概念性、推導性較強的課程由于學生的思維進度很難跟上多媒體演示的速度因而并不適用于多媒體教學。

1.3 培養學生創新能力的實踐環節相對不足，學生動手機會少

材料類教學的目的是圍繞材料的組成-工藝-結構-性能探討其中的規律性，這決定了材料類學科的理論學習需要與實踐緊密結合。而絕大部分高校實驗室出于實驗設備維護等方面的原因其實驗室開放程度很低，學生不能自主學習與實踐，嚴重阻礙了學生的個性發展。

1.4 教學實驗中驗證性、原理性實驗項目較多， 探索性、創新性實驗較少

很顯然，驗證性、原理性實驗是一種典型的重復性實驗，只要“依葫蘆畫瓢”都能夠較好的完成，這種培養模式最終培養的只是學生的模仿能力；探索性、創新性的實驗因為其結果的不確定性與較高的成本和較長的周期而未能在教學實踐環節得到充分運用，這對材料類學生創新潛力的挖掘顯然是不夠的。

盡管教學實踐環節中存在弊端在所難免，但是以上這些弊端已相當嚴重地阻礙了學生學習的主動性、積極性、創造性以及現代科學思維方法的形成。因此， 在材料類學生的教學與實驗中， 針對教學內容與實踐環節進行改革，探討學生創新能力的培養模式已勢在必行。

2 國外大學生創新能力培養模式概況

上世紀90年代以來，材料類大學生創新教育在世界各國得到不同程度的重視，并形成了各具特色的創新體系，其中美國、英國、德國、日本的創新教育最具代表性。這些國家的高校根據社會對材料類人才的需求進行教育改革，在創新教育中投入大量的資金對實驗設備進行不斷改進、對教師舉行不定期的素質培訓，常年舉辦材料制備競賽活動和學術交流活動，關鍵是能充分利用科技優勢和企業優勢針對培養學生的實踐能力進行實踐環節的改革、培養材料類學生的創新能力。

美國大學自20世紀90年代以來，不斷進行教育創新，堅持一個“中心”、三個“結合”：即以學生為中心，課內與課外相結合，科學與人文相結合，教學與研究相結合，逐漸形成了獨具特色的創新人才培養模式。英國在創新人才培養上，以提高學生的獨立思考能力和開放性思維能力為訓練的重點；其培養創新型人才的特色在于強調教育的實踐目的，注重訓練學生思考的能力以及批判性思辨和多學科知識交叉，因此英國所培養的學生科研創新能力非常突出，長期以來素有“科研在英國，開發在美國”的說法。法國在教育方式上，非常注重理論與實踐相結合，在學習科學知識的基礎上同時學習工程技術；明確要求學生到企業實習并與企業長期保持密切合作的關系。日本在創新人才培養模式上成功發展了特色鮮明的“產官學一體化”和“工業實驗室”為主的教育模式，極大的刺激了學生的自主學習能力與創新能力

3 新形勢下材料類專業學生創新能力培養模式

3.1 以導師制為基礎的創新能力培養模式

在實踐能力和創新能力培養方面，牛津大學的導師制是最為成功的模式之一。“導師制”的具體實施方案是每個導師分別指導4～10名學生，對學生教學和輔導負責，并兼顧指導學生的一般福利和生活行為等方面，其顯著特征在于以“個別指導”、“因材施教”區別于以授課為中心的一般教學活動。

很顯然，“導師制”本身并不是牛津大學的獨創，中國古代私學和官學中的“私塾”與“師儒訓導”就是一種典型的“導師制”教學模式；現代各國的研究生教育也是一種“導師制”。牛津大學的成功在于將“導師制”教學引入了大學本科生的培養模式，并與其他培養模式形成鮮明對比。“導師制”的優勢在于其一方面能夠對學生實行因材施教、進行個性化培養，從而顯著提高其獨立創新能力；另一方面則表現在有利于提高教師素質、促進教學質量的提升，從而形成良性循環，促進“教學相長”。

近代導師制在我國實行最早的是浙江大學，2000年初浙江大學全面推行大學生導師制，北京大學在2002年也推出了大學生導師制，2004年以來，導師制在清華大學、哈爾濱工業大學、廈門大學、南開大學、廣東外語外貿大學和南京財經大學等大學得到陸續推廣并取得一定的成效。

3.2 基于開放式實驗教學的創新能力培養模式

所謂開放式實驗教學是指實驗時間、空間、內容和教學方法等是開放的，學生能夠根據自己的興趣愛好和時間對實驗進行自主選擇，這種培養模式能為學生的主動學習和個性發展創造良好的條件與環境，從教學理念上體現了以人為本的思想，能有效地解決當前實驗教學中存在的問題。時間開放是指學生可以根據自身需要安排實驗時間，不受實驗既定課程表的限制；空間開放是指實驗室面向全體學生開放，學生通過預約可以自由地學習使用實驗室儀器設備，這樣學生在實驗過程中就能夠得心應手地使用儀器設備，從而提高實驗質量；內容開放是指學生開展實驗不受原先實驗指導書和教科書的束縛，可以根據個人興趣愛好和實驗室的實際條件出發，從實驗室構建的實驗庫中調用自己感興趣的內容進行實驗，同時實驗庫還會隨著實驗室條件建設以及兄弟院校之間的交流不斷更新，從而滿足學生日益增長的個性化需求，最大程度地激發學生的創造潛能。

開放式實驗教學能促進教學觀念和學風的轉變，充分體現了以學生為中心的教學觀念。由于每個學生選擇的實驗時間和內容差異很大，實驗前需要閱讀教材與參考資料，使學生改被動學習為主動學習，從而促進教學質量的提高。此外，開放式實驗教學能夠滿足不同層次、不同興趣愛好的學生的要求，從而實現個性化教學，有利于學生綜合素質和創新能力的培養。

3.3 基于探索式實驗教學的創新能力培養模式

探索式實驗教學是指通過對現實生產生活中存在的問題進行試探性的實驗，以期獲得較好的解決方案。這種培養模式主要是利用大學生好奇心強、求知欲旺的特點，引導材料類學生對與材料相關的現象進行仔細觀察和分析，進而提出問題、解決問題。探索式實驗教學通過設計綜合性較大、探索性較強的實驗讓學生在實驗中體會科研的真諦，讓學生帶著問題主動地查找資料和文獻，在這一過程中逐漸地掌握找資料查文獻的方法和規律，并不斷豐富自己的知識內涵和解決實際問題的能力，從而確實提高學生的創新水平和創新能力。在探索式實驗教學過程中，指導老師應當扮好“導師”角色，不斷地對學生進行指導與檢查，指導老師應針對學生提出的問題盡可能給以適當的解答，以滿足他們的好奇心，激勵他們去主動探究知識的奧秘。探索式實驗教學是改革傳統的驗證性實驗教學的有效途徑，該培養模式在使學生掌握有關基礎知識和技能的同時，更容易獲得較高的創新意識和創新能力。

4 結語

材料類專業是理論與實踐結合非常緊密的專業，學生必須在實驗中通過對材料組成-工藝-結構-性能之間的關系進行不斷實踐與探索，才能夠真正理解教科書上的理論性內容，從而達到對知識的融會貫通，才能利用所學的知識解決實際問題、指導生產。傳統的教學模式與簡單的實驗教學模式的改進已不能滿足對材料類創新型人才培養的需求。新時期新形勢下的材料類專業教學模式，可以將以導師制為基礎的培養模式與基于開放式實驗教學的創新能力培養模式或基于探索式實驗教學的創新能力培養模式相結合，并根據各自院校不同專業特點從教學內容以及教學技術上不斷完善、不斷更新，讓學生在實踐中培養創新意識與創新能力。

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本文系基金：江西省高等學校教學改革研究課題（JXJG-14-11-11），研究成果。