以科研為基礎(chǔ)滾動式拓展本科專業(yè)實驗

張明　江娟

摘要：本科教學(xué)的質(zhì)量以實驗教學(xué)作為支撐，專業(yè)實驗教學(xué)是本科教學(xué)的一個重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能與創(chuàng)新能力及就業(yè)和創(chuàng)業(yè)能力極其重要。根據(jù)國家教學(xué)專項資金的長效資助規(guī)劃，高校專業(yè)應(yīng)該制定短期、中期和長期的本科實驗室建設(shè)目標(biāo)。基于作者長期的實驗教學(xué)實踐和對實驗教學(xué)的規(guī)劃經(jīng)驗，認(rèn)為該目標(biāo)的實現(xiàn)可從科研活動中挖掘新的實驗，利用成熟的實驗設(shè)備和實驗技術(shù)，有計劃有步驟地逐步以滾動的方式拓展本科專業(yè)實驗教學(xué)新的方向和更有吸引力的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：本科實驗；教學(xué)設(shè)備；實驗技術(shù)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）14-0265-02

一、引言

培養(yǎng)具有較強實踐能力的工科專業(yè)的學(xué)生，深化實踐環(huán)節(jié)，加強專業(yè)實驗，培養(yǎng)學(xué)生靈活運用專業(yè)知識的能力、獨立操作實驗的能力和有效處理數(shù)據(jù)的能力與教師的科研水平密切相關(guān)[1-4]。而在培養(yǎng)上述能力方面，最重要的是給學(xué)生提供多種多樣的專業(yè)實驗機會。通過參與專業(yè)實驗，讓學(xué)生積累足夠的專業(yè)知識、經(jīng)驗和能力。學(xué)校高度重視本科實驗教學(xué)，制訂了采購教學(xué)實驗設(shè)備的計劃。如何高效地利用國家教學(xué)專項資金，開發(fā)適合本科學(xué)生的新的實驗項目以適應(yīng)學(xué)生能力的培養(yǎng)，成為了擺在教師們面前的新的課題。由于國家提供了專項資金及學(xué)校也對實驗教學(xué)設(shè)備逐步追加投入，如何用好這些經(jīng)費成為了對教師創(chuàng)新性的一次考驗。

本文總結(jié)了作者多年的切身經(jīng)驗，提出了開發(fā)新的實驗項目的可行性方案。這些方案的實施對培養(yǎng)學(xué)生掌握專業(yè)技能和理解書本知識起到了積極的作用。

二、專業(yè)實驗內(nèi)容設(shè)置的研究

制定短期、中期和長期的實驗室建設(shè)目標(biāo)，是專業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容。由于購買實驗設(shè)備的資金是分批逐年下?lián)艿模瑢I(yè)實驗的建設(shè)也要適應(yīng)，采取滾動式拓展的方式進(jìn)行建設(shè)。由于學(xué)科的交叉融合，對專業(yè)實驗內(nèi)容勢必有一定的影響，范圍會逐漸拓寬，建設(shè)目標(biāo)也會相應(yīng)調(diào)整。因此，積極開展專業(yè)實驗內(nèi)容的交叉，對培養(yǎng)學(xué)生的科研能力、適應(yīng)今后的發(fā)展是極其重要的。

在材料物理研究的范圍內(nèi)，相關(guān)應(yīng)用方向發(fā)展極其迅猛：太陽能材料和各種能源材料包含電池材料與技術(shù)得到了突破。因此，專業(yè)內(nèi)容的設(shè)置如何能夠跟上時代的發(fā)展，關(guān)系到專業(yè)的發(fā)展和學(xué)生的就業(yè)。即專業(yè)建設(shè)的目標(biāo)調(diào)整以當(dāng)代的科學(xué)技術(shù)發(fā)展為基礎(chǔ)，以適應(yīng)社會發(fā)展為基礎(chǔ)。同時，與之相匹配的實驗教學(xué)也必須做相應(yīng)調(diào)整。在此方向，我們做了初步的嘗試和總結(jié)[5]。

三、科研實驗轉(zhuǎn)換為教學(xué)資源

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，科研方向的轉(zhuǎn)型，新的科研項目和研究內(nèi)容不斷拓展，新的研究手段和研究設(shè)備不斷更新，導(dǎo)致了科研活力的上升，由此引發(fā)了各種新的情況。其一是高校提升本科教學(xué)人才培養(yǎng)的水平，將部分優(yōu)秀的學(xué)生加入到科學(xué)研究行列，讓學(xué)生參與實驗活動，然而學(xué)生的知識水平有限，專業(yè)知識和分析能力有限。其二是將科研實驗轉(zhuǎn)化為本科實驗教學(xué)。這方面普遍做得較少，原因是大批量的學(xué)生參與教師的科研實驗明顯不現(xiàn)實，對科研會形成干擾，也會對設(shè)備造成損壞。要形成一定程度的轉(zhuǎn)化，還要做大量的具體工作，需要有專人關(guān)心。哪些實驗內(nèi)容適合本科學(xué)生做實驗而不容易出現(xiàn)問題？組織和編寫教材和購買合適的設(shè)備及專業(yè)經(jīng)費購買原材料。這些大量的工作會消耗教師大量的工作時間，且一旦實驗出現(xiàn)了問題又涉及承擔(dān)責(zé)任的問題。然而，隨著國家教學(xué)專項資金的資助到位，教師們不得不開發(fā)新的本科實驗以適應(yīng)人才培養(yǎng)的需要，能夠充分利用的是在一線做實驗的研究生資源和管理設(shè)備和教師。

在科研實驗轉(zhuǎn)化為本科教學(xué)實驗方面一般可采取兩種方式，一是逐步進(jìn)行，先開發(fā)出少量學(xué)生參與的設(shè)計性實驗，再通過批量采購設(shè)備開發(fā)成一般實驗；二是把逐步成熟且常做的科研實驗轉(zhuǎn)化成本科實驗，通過研究生試做，普及到本科學(xué)生教學(xué)中。在將科研實驗轉(zhuǎn)化為本科實驗教學(xué)方面做了一些探索。一些科研實驗，在經(jīng)歷5年以上的實踐后，實驗設(shè)備基本成熟，程序相對固定，有利于發(fā)展成為本科學(xué)生實驗。例如，我們在制備傳統(tǒng)電子陶瓷的實驗內(nèi)容方面，開發(fā)了若干本科實驗，又將近年來興起的水熱法制備納米顆粒，Sol-gel法制備薄膜等研究生所用的實驗方法都開設(shè)成了本科學(xué)生的必修實驗課程。隨著各類設(shè)備的逐步普及，企業(yè)中已經(jīng)是常規(guī)使用的等靜壓法也普及到了本科實驗。在與企業(yè)的接觸中，壓電材料受到了特別的關(guān)注并成為了重點發(fā)展的產(chǎn)品，由此我們拓展了實驗內(nèi)容，將測試壓電性能的相關(guān)實驗也開設(shè)到了本科實驗中，讓學(xué)生通過實驗學(xué)習(xí)理論和實用技術(shù)，以滿足學(xué)生未來在企業(yè)的發(fā)展需求。因此，根據(jù)科研和企業(yè)需求，滾動式地拓展本科專業(yè)實驗是專業(yè)實踐的良好發(fā)展之道。

科研實驗往往比較單調(diào)簡單，但會涉及一些較深的專業(yè)知識。與一般的普通實驗相比，一次實驗所花時間較少，不適宜大量學(xué)生進(jìn)行。因為實驗項目和實驗時間的限制，學(xué)生不可能做深入的探討。而對于少數(shù)高水平的學(xué)生，往往能夠在實驗中提出一些問題，而逐步解決這些問題，才形成了設(shè)計性實驗[6，7]。例如，在陶瓷的預(yù)燒及燒結(jié)實驗中，專業(yè)實驗只提供有限的時間和次數(shù)，教會學(xué)生實驗的方法和基本原理；而在設(shè)計性實驗中，學(xué)生可以探討不同實驗條件對結(jié)果的影響，并有可能根據(jù)具體情況，豐富新的專業(yè)實驗的內(nèi)容，這樣做實現(xiàn)了設(shè)計性。即設(shè)計性實驗不應(yīng)該僅僅是一次完成的實驗，而是要通過一次實驗，提出問題，再提出改進(jìn)的方案，再實施多次后完成。要求學(xué)生有較高的實驗水平，甚至可以和畢業(yè)設(shè)計結(jié)合在一起。

通過逐步的發(fā)展，目前已經(jīng)在本校材料物理專業(yè)建設(shè)了系統(tǒng)的實驗?zāi)K，結(jié)合未來的發(fā)展，主要包括：

最后，通過本科學(xué)生參與教師的科研活動，特別是參與相關(guān)實驗工作，極大地促進(jìn)了科研實驗向本科實驗的轉(zhuǎn)化。

但是該模式的運行也存在以下的問題：部分科研實驗需要大型的設(shè)備，難以讓本科學(xué)生參與。由于學(xué)生人數(shù)太多，管理不善會對設(shè)備造成損壞。因此，只能是小型的費用不高的新型基礎(chǔ)實驗，才有適合開發(fā)本科學(xué)生能做的實驗。

四、結(jié)論

上述分析以及其他學(xué)者的工作[8，9]給我們的啟示是：專業(yè)建設(shè)是長期的任務(wù)，需要教師們密切關(guān)注企業(yè)的發(fā)展，教學(xué)生實用知識；也需要不斷總結(jié)科研實驗方法，簡化分解到本科專業(yè)實驗中，讓學(xué)生盡快掌握更多更全面的科研實驗方法和分析手段，便于學(xué)生未來的快速發(fā)展。

根據(jù)國家教學(xué)專項資金的長效資助規(guī)劃，高校專業(yè)應(yīng)該制定短期、中期和長期的本科實驗室建設(shè)目標(biāo)，以有效利用資助資金。本文以湖北大學(xué)材料物理專業(yè)的十多年專業(yè)實驗滾動發(fā)展為例，總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗，并認(rèn)為上述目標(biāo)的實現(xiàn)可從科研活動中挖掘新的創(chuàng)新與基礎(chǔ)實驗，立足教學(xué)兼顧科研地采購合適的設(shè)備，以滾動方式拓展本科專業(yè)實驗教學(xué)項目。同時舉例給出了實現(xiàn)設(shè)計性實驗的具體方案和內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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