以培養學生創新能力為導向的“材料加工實驗”的教學改革與實踐

高喜平 姚大虎 赫玉欣 余志強 陸 昶 李軍波 馬軍營

(河南科技大學 化工與制藥學院，河南 洛陽 471003)

“材料加工實驗”是我校材料化學專業的一門專業必修實驗課，本實驗課以“高分子材料加工與成型”為理論基礎，課程體系注重理論教學和實踐教學相統一。“材料加工實驗”課程的主要教學內容是利用常見的高分子材料成型與加工設備來制備、改性高分子材料。通過“材料加工實驗”的開設，一方面增強學生對理論教學中所了解的材料加工、成型設備的感性認識，深入理解理論知識，掌握常見的高分子材料加工與成型設備的使用方法；另一方面，通過設備對高分子材料進行制備及改性，進一步提高學生對材料組成、結構與性能之間的理解，進而提高學生對高分子材料知識的綜合運用能力。因此，開展好“材料加工實驗”這門課，對高分子材料方向的學生具有重要的意義。

目前，學生普遍重視理論課程的學習，而輕視實踐課程的學習。實際上，實驗教學與理論教學相比具有直觀性、實踐性、綜合性、設計性與創新性，在培養學生的動手操作能力、知識綜合應用能力和創新實踐能力方面起著至關重要的作用[1]。

高分子材料作為三大材料之一，是一種發展相對較晚的新型材料品種，但其快速發展使得其在經濟、生活領域得到了越來越廣泛的應用。隨著科技的發展和需求的不斷變化，各種各樣的新材料、新技術和材料的新性能及新應用等會不斷涌現，這就要求學生不但掌握高分子材料相關的專業基礎知識和相應的實踐能力，同時還必須要有較強的創新能力。為了培養高分子材料方向學生的創新能力，根據人才培養方案和和課程教學目標的相關要求，結合學院現有的實驗條件，對“材料加工實驗”課程在教學模式、教學內容、考核評價體系等方面進行了改革探索。

1 實驗教學模式的改革

傳統的實驗教學模式，一般是由老師根據實驗教學內容對實驗進行相應的講解、演示，學生再根據實驗項目進行相應的實驗操作。這種教學模式，在實驗過程中學生僅需要嚴格地按照操作規程操作儀器、測試實驗樣品并進行數據分析及報告撰寫等，而缺乏獨立的實驗設計、思考以及分析問題、解決問題的能力。在這種單一的實驗教學模式下，學生更多的是培養了實驗的動手操作能力和儀器設備的相關操作方法，而缺乏對實驗的綜合了解、設計以及獨立分析、解決問題的機會。因此，為了改善這種教師主導實驗教學模式的缺陷，“材料加工實驗”的指導教師根據課程特點，采取能調動學生學習自主性、自發性的以學生為實驗主體的實驗教學模式。在實驗教學過程中，采取教師主要講解相關加工、成型設備的原理、設備構成、操作方法及操作步驟等，將實驗題目分配給學生，由學生根據實驗題目去查閱相關的文獻資料，然后自主設計實驗的相關方案，再與老師討論方案的可行性并修正，最后獨立自主地根據完善后的實驗方案開展相關實驗、測試及撰寫報告等。

這種以學生為主體的實驗教學模式，可以充分發揮學生學習的主觀能動性，學生通過對實驗項目文獻資料的調研，既可以鍛煉文獻資料的查閱能力，又能通過閱讀文獻增加對實驗項目的充分了解，進而擴大知識面。同時，通過自主設計實驗方案、獨立地進行實驗設備的操作、實驗測試及數據分析、報告撰寫等，既可以充分發揮學生的獨立分析問題、解決問題的能力，又能培養學生的科研意識和創新能力。因此，通過實驗教學模式的改革，達到讓學生從思想上轉變之前認知性、驗證性實驗的以教師為主體的教學模式，從而起到培養學生獨立分析問題、解決問的能力和創新意識及創新思維的效果。

2 實驗教學內容的改革

高校的實驗項目大多是依附于理論課程的教學需要而開設的，因此，開展的實驗項目多為對課本理論知識的進一步說明及驗證，實驗學時較少，實驗操作較為簡單，很多實驗是認知性和驗證性實驗，對于學生綜合素質和創新能力的提高起不到應有的推動作用。而為了培養和提高學生的綜合素質和創新意識，開展綜合性、設計性以及創新性實驗項目就顯得尤為必要。為此，我們在“材料加工實驗”中優化了實驗項目，全部設置為綜合性、設計性實驗項目，同時結合實驗指導教師的研究領域和方向，引入一些具有新穎性和前沿性的實驗題目，從而讓學生對高分子材料研究領域和前沿有一定的認識，提高他們學習專業的興趣和增加學生對專業最新發展方向的了解。

2.1 優化實驗教學內容，強化綜合性、設計性實驗教學

對于我校的“材料加工實驗”，主要是面向高分子材料方向的學生，實驗的教學目的一方面是讓學生進一步了解和掌握高分子材料相關加工、成型設備的原理、結構及操作方法等，另一方面是利用常見的高分子材料成型加工設備制備高分子材料，并進行相應的性能測試及分析等。根據實驗室現有的實驗條件，實驗教師先對設備的原理、結構及組成、操作方法及步驟、使用注意事項等進行講解，并演示設備的使用，然后學生根據老師布置的綜合性、設計性實驗項目利用設備進行相應的實驗。通過該步驟的實驗教學，一方面讓學生充分了解相關設備的加工成型原理及熟練掌握常見的高分子材料加工設備如擠出機、注塑機、平板硫化機及真空輔助成型設備的使用方法，并利用設備制備一些常見的高分子材料，鍛煉和提高學生的實驗動手操作能力；另一方面，學生通過查閱相關文獻資料，自主設計實驗方案，實驗方案經過與實驗指導教師充分溝通、交流的可行性后，由學生根據修正后的實驗方案獨立自主開展試樣的制備、性能測試與表征、數據的分析與處理、報告的撰寫等過程，通過這一系列的操作，讓學生完全熟悉和了解與科研相關的實驗步驟。這種與科研步驟緊密相關的綜合性、設計性實驗教學內容，既鍛煉和增強了學生綜合運用相關知識解決問題的能力，又提高了學生的創新意識和創新能力。

2.2 優化實驗教學項目，增加實驗的新穎性

高分子材料隨著科學技術的快速發展，新材料、材料的新性能及新的用途等不斷涌現，如果實驗題目還是保持傳統高分子材料的內容不更新，就顯得實驗項目陳舊，缺乏與時代緊密相連的新穎性，難以充分調動學生的學習興趣和積極性，而且也會使學生缺乏對高分子材料發展領域最新前沿的了解，因此會使得教學效果不理想。為了讓學生通過“材料加工實驗”進一步了解高分子材料的制備、改性及新的發展及利用，指導教師優選一些具有典型特征的實驗項目，并根據自己的科研方向布置了部分具有高分子材料領前沿性的研究方向作為實驗題目，比如針對高分子材料共混與改性方向，設置了一些高分子材料增強、增韌、增容等方面的實驗項目；針對高分子材料應用時存在易燃的問題，設置了一些當下研究比較熱的無鹵阻燃的實驗項目；針對近些年柔性傳感器研究比較熱，設置了一些柔性導電高分子材料在柔性傳感器方面制備及應用的實驗項目，等。通過這些與科研、應用及時代發展等緊密相聯系實驗項目的開展，更好地激發學生的學習愛好與興趣，可以充分調動學生學習的積極性、主動性，從而達到通過實驗教學新穎性的改革來提高學生學習效果的目的；同時，一些具有科研領域前沿性項目的引入，可以拓寬學生的知識面和提高學生了解高分子材料發展的方向，這對提高學生的創新意識和創新能力具有很大的幫助。

3 實驗評價體系的改革

實驗教學的改革是一個系統性的變化，不僅包括實驗教學理念的轉變、實驗教學模式的改革、實驗教學內容的更新等，尤其要重視實驗考核評價體系的改革。開展實驗教學考核評價體系的改革，是提升學生創新思維及創新能力的重要途徑[2]。實驗考核評價體系對培養學生的動手操作能力、實驗技能、獨立解決問題的能力以及創新意識與創新能力等具有重要的作用，完善與合理的全過程實驗考核評價體系可以促進學生創新能力的培養與提高；重視實驗結果而忽略過程的考核評價體系，則不利于學生創新能力的培養。因此，為了實現通過“材料加工實驗”這門專業課來提高學生的創新意識與能力這一目標，實驗指導教師設計全過程督導與考核的評價體系，不僅僅只關注實驗報告的結果，而更關注學生學生文獻查閱、方案設計、實驗過程中獨立解決問題的能力以及學習態度等，從而全面、客觀地給予學生綜合的評價，達到通過實驗考核評價體系來促進學生創新意識與創新能力的培養這一目標。為此，“材料加工實驗”的指導教師改變傳統實驗教學重結果輕過程的評價體系，調整評價思路，加強和完善實驗教學過程管理，優化實驗綜合成績的評價指標，加大實驗過程中學生獨立自主設計方案、實驗及數據分析等方面成績占比。

實驗考核可包括：實驗基本操作、實驗報告以及創新意識與創新能力等方面。實驗成績主要包括兩大塊：實驗報告成績和實驗的平時成績。評價的基本思路是：弱化實驗報告成績占比，同時，在實驗報告里要重點查看學生對數據的分析處理及對數據結果的深入討論、分析方面；突出實驗平時成績的比重，尤其是課題設計思路、實驗中存在問題的解決能力、專業知識理解掌握及運用等方面。實驗平時成績主要有以下幾方面組成：出勤率、實驗操作技能、文獻資料的查閱及課題方案的設計、實驗中獨立解決問題的能力、專業知識的綜合運用、同組同學的成績互評等，尤其要加強課題自主設計及開展、獨立解決實驗中存在問題的能力及專業知識綜合運用方面的占比。實驗指導教師根據實驗報告成績和平時成績每部分所占比例的不同，全面、綜合評價學生實驗全過程的表現及結果，成績考核重點突出學生創新意識、綜合運用知識能力及創新能力方面的鍛煉和培養，從而起到通過評價體系的改革來促進學生創新意識及創新能力培養、鍛煉與提高的目的。

4 實踐運行情況

基于培養學生創新能力為導向的“材料加工實驗”的初步改革與實踐，通過對學生進行訪談，學生普遍反映通過綜合性、設計性、創新性實驗項目的開展，既鍛煉了動手操作能力，更重要的是讓學生自覺自主地完全設計實驗方案、獨立地進行實驗操作、數據處理及討論分析等，培養和提高了學生的創新意識及思維。同時，通過讓學生參與一些當前研究較熱的高分子材料領域的實驗項目，既可以讓學生了解高分子材料領域的一些前沿知識，拓寬他們的知識面；又可以通過具有新穎性的實驗項目提高學生學習的興趣和積極性，從而起到提學習效果及培養創新意識及創新能力的作用。

5 結束語

“材料加工實驗”是高分子材料方向的專業必修課，是學生了解常見高分子材料加工及成型設備結構及掌握這些設備操作方法的一個重要環節，開展好這門實驗課不但能讓學生更好理解理相關論知識，而且可以掌握相關設備的操作方法及常規高分子材料的制備、改性及測試等；同時，更重要的是可以設計好實驗教學體系，通過對本門實驗課教學模式、教學內容以及評價體系的改革，提高學生的動手操作能力、獨立解決問題的能力以及培養和提高學生的創新意識、創新思維和創新能力，從而響應國家對創新型人才培養的要求。經過相應的改革與實踐，結果表明這些措施的實施，可以多方面培養和提高學生的動手操作能力、查閱文獻的能力、獨立分析和解決問題能力、創新能力以及團隊合作意識等。