《材料化學綜合實驗》課程創新創業教育研究與實踐

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（南昌航空大學環境與化學工程學院 江西 330063）

深化高等學校創新創業教育改革是國家實施創新驅動發展戰略的迫切需要，十八大以來，黨中央、國務院和教育部持續發布有關創新創業教育的文件和要求，全國高校師生廣泛參與，我校積極響應并分批次進行創新創業課程改革和立項。《材料化學綜合實驗》課程是材料化學專業的核心課程，針對傳統實驗教學存在的創新創業教育問題，我們在教學方法、教學內容、考核方式、學習困難學生幫扶等方面進行改革，探索出切實可行的實施方法，并取得了良好的教學效果和階段性成果，我校材料化學專業繼2019年入選省“一流本科專業”后，進一步成功入選2020年度國家一流本科專業建設名單。教育部高等教育司司長在2020年11月的一次教育部新聞發布會上表示，教育部通過六大舉措深化高校創新創業教育改革，可以概括為“六個起來”?！恫牧匣瘜W綜合實驗》課程也要堅持“抓課程，讓根基強起來”。

1.優化教學內容

(1)“專創融合導向”的培養方案和教學大綱優化

《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見（國辦發〔2015〕36號）》中明確指出，結合專業，樹立先進的創新創業理念。而本科人才培養方案是高等學校實現人才培養目標和質量規格要求的總體計劃和具體實施方案，是學校組織和管理教學過程的依據[1-2]。完善與國家創新創業教育要求相適應的培養方案和教學大綱，首先要將創新創業理念和目標融入其中。

在培養方案中把提高學生創新創業能力列為重點目標，并與學生畢業后5年目標相結合，畢業要求包括知識、問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具、材料化學與社會、環境和可持續發展、職業規劃、個人和團隊、溝通、項目管理、終身學習與創新創業能力等12個部分。優化了創新創業改革早、成效好的課程學時設置，比如大幅度增加《材料化學綜合實驗》學時，由原來的48學時提高到64學時。

在教學大綱的優化中，主要有以下幾點：一是強化創新創業能力培養，本課程的主要目標是通過實驗使學生加深對專業基礎及專業課程中有關理論的理解，使學生有初步設計實驗的能力及一定的科研能力，并增強創新創業能力，為大四畢業論文的順利進行及未來從事材料生產工藝、研發、創新創業等，打下一個良好的基礎。同時，支撐專業畢業目標中相應指標點的達成。二是建立課程目標與培養方案中畢業要求指標點建立密切的支撐關系，12個畢業目標指標點與4個課程目標均有對應關系。三是在專業實驗教學中融入思政元素，注重立德樹人。

(2)緊扣創新創業教育要素進行實驗項目優化

創新創業教育要跟專業高度結合，拋開專業談創新如無米之炊。教育目的、教育內容、教育手段與方法為大學生創新創業教育的基礎要素[3]。對于實驗教學，實驗項目是基礎要素的重中之重。一方面，必須增加知識廣度，在材料化學綜合實驗內容的選擇上，要求反映材料化學專業課的新知識、新技術，這樣可以提高學生的實驗興趣，在先修理論課程《材料科學導論》《材料合成化學》改革基礎上進一步優化[4-5]。另一方面，在項目中適當地融入創新創業意識和方法，使學生樹立產品的標準意識、知識產權保護意識和創業精神，并掌握基本的科學研究方法。比如在涂料的制備及應用實驗中，要求學生對照國標進行性能檢測，讓學生明白產品從研發、生產、檢測、辦理合格證、到市場售賣的完整過程，授課過程中舉例校友創辦涂料相關企業的經歷，讓學生掌握創業的基本流程并樹立對新產品等知識產權的保護意識。比如在石墨烯制備實驗中，拓展各種摻雜對其性能的促進作用，講述時舉例最新的魔角石墨烯在超導方面的前景，為同學們拓展創新思路。

提高綜合性、設計性實驗項目開設比例。材料化學綜合實驗的實驗內容應強調科學的前沿性，又有材料化學、材料現代測試方法的內容，涉及知識點較多，儀器及測試技術多，必須加大綜合性、設計性的實驗項目比例，訓練學生基本實驗技能，激勵學生主動去思考問題，掌握材料的制備、表征、應用的方法，鍛煉了學生專業基礎知識，增強了探索、創新的科學熱情。

將設計性實驗項目升級為創新設計性實驗。傳統的教育模式已經無法適應現代人才培養的需要，平衡好創新創業教育要素中教育者、受教育者兩個主體的關系尤為關鍵[3]。改進或創造新的事物、方法、元素、路徑、環境等必定要付出艱辛的努力。在當前國家和教育部門大力推行和要求下，教育者愿意投入時間進行課程創新。但受教育者內心是比較抵觸的，因為他們長期以來形成了對教師的依賴。必須要采取切實可行的方式激發學生的學習動力。

實驗項目與教師科研及生產實際緊密結合。與教師科研課題相結合或來自于生產實際有利于學生主觀能動性和創造力的發揮，也有利于理解基本理論，掌握實際技能，全面提高創新創業能力和素質。比如與全球領先的眼鏡公司進行經常性合作交流，主要涉及的實驗項目是在眼鏡鍍膜和鏡架形變方面，一方面促進了學生的創新興趣，另一方面促進了就業，近三年接納本專業畢業生20余人。這種“項目制”大大促進了學生與校友和企業的交流以及為地方經濟服務的意識。

2.教學過程及方法改革情況

(1)增設創新創業講座

在課程開設的第一節課，開設創新創業教育專題講座，主要內容涉及本課程主要內容、本課程創新創業教育目標、創新思維方法、設計性實驗流程和創新成果表達方式（包括專利、論文的撰寫方法）、考核方式等。采用案例教學，通過創新創業典型案例引導同學們進入創新創業教育學習，激發學習動力，克服畏難情緒。

(2)多樣化教學方法

創新和使用多樣化教學方法，在保障實驗安全的前提下減少詳細實驗步驟的講解，在教學中增加“選項目、查資料、寫方案、討論方案、做PPT總結匯報”等環節，對學生實驗和探索過程中采用基于問題、項目、案例的互動式、研討式教學方式，組建實驗小組進行自主、合作、探究的學習方式。

充分運用現代教學手段。對耗時長、高溫高壓條件、激光激發等特殊的實驗需引入虛擬仿真實驗。比如激光誘導化學氣相沉積法制備超微粉，對沉積粉體顆粒大小和均勻性起到決定性作用的是粒子流的輸運過程和動力學特征，依賴于反應器內的激光束發射裝置、反應焰及捕集裝置設計，實驗前的模擬可以讓學生直觀了解內部構件及優化條件的著力點，可以更形象地掌握實驗原理及過程。從而提高學生的學習興趣，達到預期的實驗教學效果。

(3)加大開放力度，實施“項目跟蹤制”

創新創業教育受傳統課表、實驗儀器限制、統一管理等約束不少，要突破和創新不僅要在內容上，在時間、空間和管理制度上也需要跟進。在內容上不固定題目，只分析案例，每年根據學校的學科定位和發展前沿列幾個主題，供同學們參考，也可以自定主題。比如將近年的熱門材料氧化石墨烯、g-C3N4、Mxene等引入實驗中。在空間上不局限于本實驗室，要拓展儀器的使用范圍，可以建立課程群，讓更多的專兼職導師參與指導實驗，擴大儀器的共享。管理制度上對創新設計性實驗易采取開放化模式，給與更大的自由度。

實施“項目跟蹤制”，課堂結束并不意味著項目結束，可以與畢業論文、畢業實習結合起來，延伸課堂時間，進行持續跟進與創新，甚至畢業后下一屆學生接著跟蹤，繼續創新。通過建立項目跟蹤庫，學生可以隨時通過學習通等調閱項目庫，避免每一屆學生都是從零開始，這樣可以增加創新的深度，完善持續的創新機制。

(4)實施分層次教學，加強對學習困難學生的幫扶

實施小班化教學，在學校的大力支持下，實行30人左右的大班實驗教學縮減為15人左右的小班教學，提高老師與每位學生的互動與交流。同時減少小組人數，增加鍛煉機會。通過增加儀器臺套數，增加單班實驗次數，改進實驗室等方式實現由2人一組到1人一組的轉變。學生動手能力得到很大提高。在創新設計性實驗中，一人一題。發現學習能力強的學生，采用分層次教學，對學習有困難的學生實施精準幫扶。

分層次教學。綜合性設計性實驗采用分層次教學，以創新設計性實驗為例，分為A、B、C、D四個層次。A1層次是自由選題，創新性較強，目標是在項目實施過程中產生專利論文等創新成果；A2層次是創業項目，生產新產品或對某一產品配方進行改進，按照國標方法設置檢驗流程；A3層次是校友企業或實習企業征集與課程有關的項目，進行合作與初步實驗，成為實習預演項目，為實習和就業拓寬渠道；B層次是綜述文獻過程中產生自己的想法，實驗項目具有較明顯的創新想法；C層次是選擇文獻方法進行驗證或稍微改變條件實驗；D層次是針對學習有困難的同學在反復努力還有可能完不成的情況下，由老師指定或引導進行創新實驗。下表是2017-2020年本課程分層次教學統計表。

表1 分層次教學各層次人數分布情況統計

從表中數據可以看出，選擇A級項目的同學數量在逐年上升，C級以下項目在逐年減少，D級項目在17級學生中減少為零，而B級以上比例呈逐年上升趨勢。這主要得益于案例教學、示范引導、優秀學生、項目引領和分層次教學方案的實施及對學生的幫扶。

3.考核方式改革情況

(1)增加創新能力考核比重

考核方式從傳統的基礎知識和操作能力考核為主轉變為“以基礎知識運用能力、創新能力、撰寫文案能力考核相結合的方式”，特別注重創新設計性實驗的考核，降低實驗結果好壞的考核占比，增加ppt答辯環節，增加專利成果、論文成果及企業認可度等考核內容，具體考核方式如下（以創新設計性實驗為例）：

設計性實驗項目總評=方案設計×（30%）+操作與報告×（30%）+ppt規范×20%+答辯成績×20%（也可以用論文初稿、專利初稿、產品合格證等代替ppt規范和答辯成績兩項，即論文初稿或專利初稿×40%）。

(2)增加創新過程考核比重

改變傳統實驗教學考核中過度關注產品產率、外觀、性能測試結果等，著重對學生思維過程的跟蹤，關注對學生創新方法的評價和科學素養的養成，關注對歸納文獻能力的考核、撰寫文案能力和表達能力的考核。我們實施創新設計性實驗的一般過程是：案例引導—選題—選題問詢—文獻調研—方案核心—方案答辯與可行性建議—綜述撰寫—方案調整與完善—方案實施—過程指導—論文式報告—項目答辯與評價—創新成果提煉。其中的“一問詢二答辯”是教學過程考核的重要環節。選題問詢主要是了解和考查學生的興趣、知識結構及對題目的理解程度并提出建議。方案核心包括項目名稱、主要儀器和藥品、實驗框圖、創新點、主要參考文獻五個部分，要求學生高度凝練在1頁A4紙內。方案答辯主要考查學生對創新點的理解，對實驗過程的把握及對文獻的歸納能力，也可以減少學生因可行性問題做重復工作。項目答辯與評價則全面考查學生的創新能力、實驗技能、數據分析、總結歸納、文案撰寫能力，并根據創新程度給與創新成果評價。通過過程考核讓學生加深對課題的理解，掌握科學研究一般方法，提高創新思維能力。

(3)強化專利創新成果產出

專利教育是創新創業教育體系中的重要一環[6]，創新創業成果轉化成專利形式有利于成果的保護和轉化。為此，我們提出基于專利創新成果產出的教育模式（PIOBE）。學生學習本課程的原始驅動力主要來源于獲得學分，但對他們來講，創新創業教育改革后的難度和時間投入明顯超出一般課程同等學分的時間投入，再加上本課程是在大四上學期，大多數學生在考研、找工作或考公務員等。需要新的驅動力，專利成果一定程度上可以體現創新性，實驗項目可以為考研面試增加知識面，工作面試增加就業方向。下表是材料化學專業近年分層次教學、創新成果及升學率相關數據統計。

從表中數據可以看出，B級以上比例呈逐年上升趨勢，與之對應的本科生在課程教學中產出的成果數量也呈逐年上升趨勢，學生的升學率也在逐年上升。

改進創新創業學分的認定辦法，健全創新創業學分積累與轉換制度是創新創業訓練課程建設的重要內容[7]。這種考核方式實施以來，愿意投入時間進行創新設計性實驗的同學比例逐年上升，從改革初期的30%左右上升到超過80%，專利申請成功率也從只有1項上升到每年6-7項，雖然最終不是每一個同學都能產出創新成果，但同學們花時間花精力去設計項目的熱情逐漸升高，最后收獲的掌握科學研究的方法和技巧，減少了抱怨，增強了對課程的滿意度。當然，在專利申請過程中也要提醒學生避免簡單申請，一定要設法提高專利質量和轉化率，不能只注重數量。

4.結語

深化高校創新創業教育改革是國家實施創新驅動發展戰略的需要，也是中國高等教育綜合改革的需要?！白フn程，讓根基強起來”是普及創新創業教育的基礎。我們對《材料化學綜合實驗》課程進行創新創業教育改革與建設，制定出“專創融合導向”的培養方案和教學大綱，緊扣創新創業教育要素優化教學內容，將設計性實驗項目升級為創新設計性實驗，鼓勵學生在開放、包容的環境下獲得試錯的機會，指導學生解決實際問題、申請專利等，使學生得到認可，體驗成功。通過實行小班化教學，循序漸進，典型引領，分層次教學，增加創新能力考核比重、基于專利創新成果產出的教育模式等?！恫牧匣瘜W綜合實驗》課程創新創業教育實施過程中切實可行的做法取得了良好的教學效果，并形成了可持續的改革思路和模式，學生創新創業能力得到了提升，受到了同行和專家的一致好評，具有較好的推廣價值。