材料化學綜合實驗課堂教學模式改革的探索與實踐

唐培松，徐敏虹，王坤燕，潘國祥

(湖州師范學院 工學院；浙江 湖州 313000)

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材料化學綜合實驗課堂教學模式改革的探索與實踐

唐培松，徐敏虹，王坤燕，潘國祥

(湖州師范學院 工學院；浙江 湖州 313000)

針對材料化學綜合實驗傳統教學過程中普遍存在的以老師為中心的灌輸式教學法，學生被動待哺、“按方抓藥”、照搬照抄驗證實驗的課堂教學模式，探索了以學生為中心的研究式教學法，學生主動學習、小組討論、師生互動完成實驗的開放式課堂教學模式。通過實施實驗方案小組化和借助實驗教學課程網站平臺引入“答疑”與結果“展示”環節，充分發揮學生的主觀能動性，鍛煉和提高學生的實踐動手能力，從而培養學生的創新思維和創新能力。

材料化學；綜合實驗；教學模式；教學改革

在2015年3月的“兩會”上，李克強總理提出了“大眾創業、萬眾創新”的理念，完美地詮釋了“新時代中國夢”的精髓。2016年4月，在教育部科學技術委員會換屆大會上，袁貴仁部長在講話中指出：引導高校打破學科界限、實現交叉融合、改進科研組織模式，加強應用研究和協同創新，著力培養大眾創業、萬眾創新的生力軍。這要求作為培養人才主要載體的高校必須在傳授學生專業基礎知識的同時，加大培養學生創新創業能力的力度，全面提升學生的綜合素質和能力[1～2]。實驗教學在高校培養高質量創新人才中具有獨特的作用[3～4]，但傳統的實驗教學，在教學過程中通常主要是強調通過驗證性實驗來加深學生對理論知識的理解和鞏固，常常忽視了對學生創新意識的培養，未能使學生的創新能力得到足夠的培養和提高[5～6]。因此，針對傳統的、落后的實驗教學模式與方法，在實驗教學中深化課堂教學模式的改革，促進創新人才培養已成為時代發展的必然要求。本文圍繞湖州師范學院材料化學專業的必修課程“材料化學綜合實驗”，結合近年來的課堂教學模式改革與實踐，談談如何深化材料化學綜合實驗課堂教學模式的改革，從而加強學生創新意識與創新能力的培養。

一、材料化學綜合實驗傳統教學模式存在的主要問題

材料化學綜合實驗傳統的實驗教學模式基本上是以“學生課前預習→老師上課講解→學生上課模仿實驗→完成實驗報告”為主[7]。即實驗課前，學生預習教師預先準備好的實驗指導書或講義，包括依據實驗教學計劃安排的實驗內容、實驗原理和方法、儀器設備的使用過程、實驗操作步驟和數據處理方法等。實驗課上課時，實驗員提前準備好實驗材料和調試好儀器設備，教師按照教材或講義將實驗的原理、方法和步驟等再做較為詳盡的講解，尤其是可能的結果和注意事項。然后，學生按照教材或講義“照方抓藥”去操作；實驗結束后，回去簡單分析實驗數據和完成實驗報告[8]。這種傳統的實驗教學模式，過多地強調通過驗證性實驗來加深學生對理論知識的理解和鞏固，實驗結果早在預料之中，整個實驗過程差不多都是在完成和驗證老師準備好的一切，忽視了對學生實踐動手能力和創新意識的培養[5～6]。

這樣的教學模式必然會產生如下的弊端[7～8]：①預習環節流于形式，一部分學生根本不去查閱資料和思考，因為他們知道老師上課時一切都會講解和準備好的；②整個教學過程中，教師是教學的中心，起著主導作用，學生基本上處于被動學習的狀態，容易導致學生缺乏實驗熱情，被動應付；③學生完全模仿教材或講義，無需動腦，學生沒有自己發現問題和解決問題的過程；同時由于學生知識基礎和能力存在差異，老師提供的實驗項目較難滿足學生個性化的需要，學生沒有發揮主觀能動性的機會，容易導致實驗過程中部分學生成為了“旁觀者”；④部分學生根本不認真分析實驗數據和結果就完成實驗報告，甚至直接照抄別人的結果或者任意修改實驗數據來達到與教師預測的結果相一致?？梢娺@種傳統的實驗課堂教學模式不僅忽視了學生科學素養的培養，壓抑了學生學習的主動性和積極性，而且埋沒了學生的創新能力，甚至助長了學生的弄虛作假和不誠信。這與“2010-2020年國家中長期教育改革和發展規劃綱要”提出的培養數以千萬計的拔尖創新人才的目標是相矛盾的。

二、材料化學綜合實驗新教學模式的主要做法

本實驗課程擬構建的新教學模式主要采取以下方法[3～8]：實驗課的實驗項目以開放式題目為主—實施實驗方案小組化，實驗全程以學生為主—師生互動，構建實驗教學課程網站平臺—引入“答疑”與結果“展示”環節。

(一)實驗項目以開放式題目為主—實施實驗方案小組化

為激發學生對實驗的興趣和主觀能動性，我們的實驗項目都以開放式的題目為主，比如我們開設的部分實驗項目為：溶膠-凝膠法制備納米薄膜材料、水熱法制備納米材料、沉淀法制備納米材料、微波法制備納米材料、稀土鐵酸鹽的制備及帶隙測試、稀土鐵酸鹽的光催化性能評價、高品位無機鐵黃顏料的制備、材料的TG-DTA分析、耐熱氧化鐵顏料的制備及其表征、材料的相結構與形貌分析等。這些實驗項目都有很多種實施方案，我們要求學生通過文獻的查閱和思考，自己設計實驗方案，實行每個小組一個實驗方案。這滿足了學生個性化的需要，給予了學生發揮主觀能動性的機會。又比如在“水熱法制備納米材料”實驗中，針對目前應用最為廣泛的四種納米粉體TiO2、SiO2、CaCO3和BaTiO3，將學生分為四大組，分別制備不同的納米化合物，而且在每一大組內再分為五個小組實施不同的方案(如2個小組試驗原料濃度的影響、2個小組試驗溫度的影響和1個小組試驗時間的影響等)，誰也不知道各自的實驗究竟是什么結果。實驗結束后，實驗結果在網絡平臺上進行公開對比，方案的優劣一目了然。由于實行了實驗方案小組化，突破了“照方抓藥”的傳統，實驗由可預知性變成了不可預知性，將極大地調動學生探索實驗的興趣，培養了學生實驗中嚴謹的科學態度和創新意識。

(二)實驗全程以學生為主—師生互動

以往實驗項目的設計和講解全部由老師來完成，是一種“老師是演員，學生是觀眾”的形式。而學生通過查閱文獻設計了自己的方案，在通過網絡平臺互動修改的基礎上，教師對所有學生的實驗方案做到“心中有數”；實驗課開始時，抽有代表性的實驗小組學生來講解自己設計實驗的基本原理、主要步驟和注意事項，老師進行指導和點評，以改變過去“以老師為中心”的填鴨式教學，變為“以學生為中心”的師生互動模式，充分發揮學生的主觀能動性，潛移默化中培養學生發現問題和解決問題的能力。

(三)構建實驗教學課程網站平臺—引入“答疑”與結果“展示”環節

在互聯網技術和智能手機高度發達的今天，借助網絡平臺來實現教學過程的互動和答疑是快捷和高效的。為了保證學生設計的方案具有可操作性學生在設計實驗方案時就把相關實驗方案和問題通過課程網站平臺傳給任課老師，老師對其存在的問題進行指導和答疑。實驗結束時把實驗結果也傳到課程網站平臺上，實驗報告也要求上交電子稿，通過網絡平臺來“展示”各小組實驗結果，同學之間可以討論和比較，老師進行總結和點評。讓學生把實驗過程和結果“曬”出來，在網絡平臺上進行“攀比”。在對比中找差距，這使得學生更關心自己的實驗方案和結果，更好地激發了學生的實驗興趣。有了興趣和“攀比”，就創造了有助于提高和培養學生的創新能力的環境和機會。

三、實施材料化學綜合實驗新教學模式的保障措施

為了促進新教學模式的順利實施，我們從更新實驗項目和開放實驗室空間、強化教師團隊指導和優化教學方法、改進實驗成績考核方法三個方面采取了保障措施。

(一)實驗項目和開放實驗室空間

針對傳統教材存在的驗證性實驗偏多，設計性實驗偏少；基礎理論性偏多，生產實踐性偏少；老師指令性偏多，學生自主性偏少；模仿照搬式偏多，創新研究型偏少等“四多四少”現象，我們根據專業的特點和要求，對實驗大綱進行了多次修訂，加強實驗基本操作的基礎上，有選擇地大量壓縮驗證性實驗，淘汰過時性實驗，每年都有針對性的更新實驗項目，增設綜合性和設計性實驗。在選擇實驗項目時，注意實驗項目的典型性、先進性和應用性，激發學生探究興趣，培養學生實事求是的科學態度。另外，由于實驗項目以開放式題目為主，實施實驗方案小組化，因此在具體實驗過程中總是存在學生完不成實驗的情況，為此我們開放了特別的實驗室空間，允許學生在沒有課的時候進入實驗完成未完成的實驗。

(二)強化教師團隊指導和優化教學方法

由于實施實驗方案小組化，學生的個性化問題較多，我們成立了實驗教學團隊，及時回答學生通過網站課程平臺、實驗教學QQ群和微信群等途徑提出的問題，滿足不同水平學生的實際需求。教學團隊教師間還經常交流教學方法、教學手段和教學技巧，在教學方法上，提倡“教師少講，學生多練”，要求學生勤思多練、舉一反三、觸類旁通。在教學方式上，實行必修實驗與選修實驗相結合，遵循“模塊化、漸進式、多層次和開放式”的教學思路去精選實驗內容，注意實驗項目的典型性、創新性、先進性和應用性。

(三)實驗成績考核方法的改進

改變了以往學生實驗成績期終考核通常以平時的實驗報告和期末實驗理論測試成績為主來評定成績的做法，一方面將學生實驗方案的設計、實驗課上講解的情況與發言、實驗操作過程與記錄、課程網站平臺上的實驗結果討論與報告等作為評定平時成績的主要依據(占60%)；另一方面實行一人一組的期終實驗操作考試，并且操作考試的題目實行開放式，老師擬定開放式的題目，考試時學生抽取題目后自擬方案后進行實驗(占40%)。這必將調動學生平時實驗的積極性，為鍛煉和提高學生的實踐動手能力打下基礎。

總之，以學生為中心，構建了開放式、討論式、研究式的實驗課堂教學模式，有利于激發學生的實驗興趣，有利于發揮學生的主觀能動性，有利于培養學生科學認真的態度，有利于培養學生的實踐動手能力，有利于培養學生的創新意識和創新能力等。在材料化學專業實行新教學模式改革的相關班級，學生獲得的大學生科研項目、發表的論文、學科競賽獲獎和國家專利授權等方面都得到了明顯的提升。這與《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》提出的“充分調動學生學習積極性和主動性，激勵學生刻苦學習，奮發有為”的要求，以及培養數以千萬計的拔尖創新人才的目標是一致的。

[1]李楠. 高校創新創業人才培養學制教學改革研究[J]. 產業與科技論壇, 2016, 15(9).

[2]趙麗娟. 高校創新創業教育的現狀與對策思考[J]. 產業與科技論壇, 2016, 15(10).

[3]馮其紅，胡偉，王增寶. 改革實驗教學模式 培養大學生的工程實踐能力[J]. 實驗室研究與探索, 2013, 32(2).

[4]白璐，田曉柱，牛炳韜，等.大學生創新性實驗對創新型人才培養的研究[J]. 實驗室研究與探索, 2015, 34(4).

[5]徐國強，胡玉林. 材料力學實驗教學模式改革的探索和實踐[J]. 高校實驗室工作研究, 2011(4).

[6]田英良，王亞麗，孫詩兵，等.《玻璃材料實驗》課程在創新型人才培養中的探索與實踐[J].教育教學論壇, 2015(14).

[7]王紅, 曾秀瓊, 劉秋平, 等. 基礎化學實驗翻轉課堂教學模式的研究和實踐[J]. 實驗技術與管理, 2015, 32(5).

[8]徐克科, 侯佳佳. 高校實驗教學模式改革研究[J].教研探索, 2009(7).An Exploration of Teaching Pattern Reform on Material Chemistry Comprehensive Experiment Course

TANG Pei-song, XU Min-hong, WANG Kun-yan, PAN Guo-xiang

(School of Engineering, Huzhou University, Huzhou 313000,China)

Aiming at changing the teacher-centered inculcation education which cause passive learning, copying verification experiment in traditional teaching process on material chemistry comprehensive experiment, this paper explores a student-centered research-type teaching approach in which students study actively, discussing with teams as well as completing the experiment through teacher-student interaction. The introduction of “questions” and results “display” via dividing into groups for various lab programs and experiment teaching network platform could give full play to the subjective initiative of students, and it helps to train and improve students' ability, thus cultivating students' creative thinking and ability.

material chemistry;comprehensive experiment;teaching pattern;teaching reform

2016-05-15

浙江省教育廳高等教育課堂教學改革項目(編號：kg2013421)；湖州師范學院中青年教師卓越教學能力培養計劃專題項目(編號：2014ZYJH023)。

唐培松，男，副教授，研究方向：無機納米光催化材料。

G642.0

A

1009-1734(2016)06-0024-04