基于實踐創新平臺的分層次專業實踐教學探索與實踐

花 蕾 王曉東 陸克祥 高 蕊 董愛娟 潘曉燕 王曉慶

（同濟大學浙江學院土木工程系 浙江嘉興 314051）

應用型本科高校人才培養定位為依托當地經濟發展，根據企業的實際需求，培養具有較強的動手能力、綜合實踐能力，并具備一定的從事專業研發和創新能力的人才[1]。高校在應用型人才培養過程中除了在學科定位、專業設置、教學研究、教學模式、教學效果等方面進行改革之外，應該注重發揮實踐教學在人才培養中的作用[2]。同時應用型人才的培養應更強調人才在實踐過程的訓練和應用能力的培養，不僅在教學內容、教學組織上要突破傳統的教學模式，增加專業實踐、專業實訓和專業實習的學分占專業課程學分的比例，減少驗證性實驗，加強創新性、綜合性實驗，而且特別要重視走產學研相結合的、企業需求的應用型人才培養道路。

作為工科專業教育的本質特征，實踐教學主要作用為讓學生通過動手實踐的方式深入地理解所學的理論知識，提升分析問題與解決問題的能力。目前各個高校實踐教學條件顯著改善，但是在工科實踐教學中含金量比較高的創新性實驗以及自主設計的研究性實驗均開發不足，主要表現為：教學方法比較傳統和刻板，大多是給定實驗流程、實驗材料，學生只需要機械地操作，缺少主動思考。

傳統的工科專業培養體系中，課外創新實踐活動被認為是專業培養體系的補充和拓展，兩者一直是主次關系、從屬關系。專業培養計劃里的“專業實踐”教學實驗活動與課外 “創新實踐”活動差異在于教學理念和方式的不同。前者突出老師的“教”，通常以局限的課堂授課以及集體、單一的實踐形式為主體；后者則是突出教師的“引”，以一種開放形式展開、提倡以學生為主體，強調培養學生的探索、創新實踐的能力[2]。此外，課內教學實踐活動由于受教材、實驗條件及學時等限制，不能隨意改變，缺乏靈活度；而課外教學實踐活動的靈活度及自由度很大，可以根據學生所在年級、專業知識背景等設計實驗的內容。因此本次教學改革實踐證明，“創新實踐”類課外實踐活動的地位與培養計劃里面的專業實踐活動有著同樣重要的地位，它們是相輔相成、相互促進的平等關系。

“材料科學與工程”學科是一門多學科交叉的學科，在當今的科技發展中占有極其重要的地位，是對人才創新及實踐能力要求比較高的工科專業。本教學改革實踐主要以筆者所在學院的材料科學與工程專業為例，探討通過搭建“第二課堂+大學生創新”的課外實踐教學平臺，實現對學生進行分層次專業實踐活動。希望通過這次教學實踐改革，讓學生在短短四年的時間掌握扎實理論基礎的同時，實現多維度綜合素質能力的提高，達到應用型本科對人才培養需求。

一、教學實踐改革的內容

（一）創新實踐平臺的搭建

“第二課堂”是指第一課堂以外的教學活動，“第二課堂”的形式可以多樣化，內容豐富，在開發學生潛能，激發學生興趣方面發揮著重要的作用[3]?！按髮W生創新”通常是學生在獲取知識技能的過程中觀察能力、理解能力、創造力和實踐能力提高的一種表現[4]。通過大學生創新活動，旨在強化大學生的創新實踐能力，提升大學生的綜合專業素質。本教學改革為學生搭建“第二課堂+大學生創新”的課外實踐平臺，在此平臺上可以實現由課內專業教學拓展到課外專業實踐的教學實踐的新模式。本次教學改革的專業培養模式如圖1所示，主要分為三個階段：第一階段為專業入門階段，第二階段為專業深入階段，第三階段為專業素質提高階段。

圖1 分層次實踐教學的培養模式

1.專業入門階段

此階段主要依托“第二課堂”，針對1～2年級的學生開展與專業知識相結合的趣味性專業實驗，讓他們在實踐過程中對專業逐步建立起感性認識，進而產生專業學習的興趣。此類實驗的特點簡單、趣味并帶有一定程度的啟發性，例如 “導電材料”“神奇的光催化材料”“材料3D結構模型圖構建”、從“荷葉效應到超疏水表面的構建”“3D打印樹脂液的配制與打印成型”等趣味實驗受到了學生的歡迎。

2.專業深入階段

本階段主要依托“第二課堂”和“大學生創新項目”平臺針對大學2～3年級的學生開設的、與專業實驗相關的、驗證性或探索性的實驗。此類實驗以專業課程配設傳統的實驗項目為主，但作為開放性實驗時則增加一定的難度，不再是按照常規的實驗教學大綱展開，而是進行了一定程度的拓展：一是教材僅給出實驗提綱和儀器使用說明，不提供詳盡的操作步驟；二是改變原教材中的部分實驗內容，比如試劑、儀器、實驗方法等；三是直接給出實驗結果，讓學生根據所學的專業知識，查找資料，在此基礎上設計新的實驗步驟。此類實踐活動，帶有自主性、應變性，同時需要學生根據所學的知識進行一定帶有探索過程的思考。例如，“熱失重（TGA）分析聚合物的熱降解行為”“掃描電鏡（SEM）觀察鈣礬石在水泥基體中分散”，在此類實驗項目中學生可以對專業核心課程材料研究方法中測試儀器的理論進行深入理解學習。通過完成“納米智能水泥基復合材料的性能研究”“納米水泥基復合材料的抗硫酸鹽性能研究”“功能性納米涂料的制備”“聚醋酸乙烯酯合成條件的探究”實驗項目，學生可以對學校開設專業基礎實驗進一步深入理解的同時，還可以學習大型儀器分析、表征材料的性能特點等專業技能。

3.專業素質提高階段

本階段主要通過省、校級大學生創新活動平臺，對學有余力的3～4年級學生開展創新實踐活動。目前有三種類型的大學生創新課題，第一種是學生自主的創新課題，由學生自主提出項目內容，專業導師參與指導；第二種是與教師科研項目相結合的課題。本科學生的專業知識有限，對學科的前沿了解不多，難以提出具有創新性的項目，專業教師可積極引導學生參與自己的科研項目，并將大學生創新的內容與教師的科研項目相結合，學生在教師的指導下完成大學生創新實踐項目的申請；第三種則是利用校企合作平臺，教師引導學生將大學生創新的內容與企業的實際需求相結合。通過參與校企合作的項目，可以提高學生解決實際生產以及工程問題的能力。例如“廢棄秸稈/石膏制備生態建筑裝飾板材的研究”項目是學生自主創新的課題； 而“3D打印納米AT改性光敏樹脂的制備與性能研究”“基于傳感特性多形貌納米聚苯胺的制備與研究”這類項目均來自于教師科研項目；“注射用透明質酸鈉凝膠小樣的制備與表征”及“易回收、可重復利用的納米TiO2/石墨烯復合光催化材料的制備”此類課題來自于校企合作的項目?！癗iCo2O4/石墨烯/碳納米管三元電極材料的制備與表征”這類具有前言性的熱門課題獲得了省級大學生創新項目的立項支持。

（二）分層次實踐教學的組織形式

1.短期開放

對于趣味性的專業實驗，可采用短期開放的形式。教師制定好實驗計劃，與實驗室管理人員確認后安排指導實驗的時間，學生可以在安排的時間內到實驗室參與實驗活動。此外，重點實驗室的大型儀器也可以通過短期開放的形式向學生進行開放，學生可以先向實驗室提出申請，實驗室安排時間后，學生在教師的指導下完成儀器的操作過程。

2.常規開放

基礎驗證性實驗將作為常規開放實驗教學融入到常態的教學實驗中。例如，專業實驗課程因儀器套數所限，教學中常采用循環輪轉制，因此可以合理安排同學進行實驗。這時，同一間實驗室里既有做規定實驗的，又有做自主性實驗的，教學氣氛相當活躍。

3.長期開放

對于獲得大學生創新項目支助、參與教師科研項目及校企合作項目的學生，在教師指導下完成實驗方案的計劃，可以申請長期使用實驗室完成項課題中的研究工作，實驗室可以對這部分同學實施長期開放。

二、激勵保障機制

為了調動學生參與第二課堂和大學生創新活動的積極性，吸納更多學生參與到創新實踐活動中，學校出臺了一系列的激勵和保障政策：

1.科研經費保障

大學生創新及第二課堂立項的課題，學校均會給與一定的實驗經費支持。學生可以在教師的指導下合理地使用經費開展相關的創新實踐活動。

2.制度保障

本校為了應用型人才培養的需要，出臺了一系列實踐創新類學分認定的試點政策。對于第二課堂的實踐活動，學生在實踐活動周期結束以后，按照要求提交學分認定的申請、相關的佐證材料（實驗報告、論文、調研報告、參加活動的學時數）等經過指導教師確認合格后，上交至學校教務處可以認定創新實踐類學分；大學生創新項目則需要在項目完成后，項目組的學生向教務處提交學分認定的申請、結題證明等材料認定創新實踐類學分。

三、取得的成績

經過近三年的教學實踐改革發現，材料科學與工程專業的學生參加創新實踐平臺的人數逐年增加。據統計，2015級學生在大學一年級報名參加“第二課堂”學生占總人數的11.1%，2016級學生一年級報名參加“第二課堂”的學生占總人數的18.9%，而2017級學生一年級參加“第二課堂”活動的學生人數達到總人數的90%，越來越多的學生愿意參加課外實踐活動來提高自己的動手實踐能力。經過幾年的積累，學生在創新實踐領域取得了一些成績，從2016年初到2019年末，材料科學與工程學生申請校級大學生創新項目21項，獲得浙江省新苗人才創新項目立項支持5項，12人次發表科技論文6篇。

四、存在的問題

1.實驗室管理問題：實驗室為學生提供了創新實踐的環境和場地，因此需要建立一系列的管理規章制度規范學生在課外參與實踐活動的行為。材料實驗室針對學生課外實踐活動的管理和運行建立了“大型儀器設備的使用、維護與管理”“第二課堂實驗室活動規章管理制度”“大學生創新實驗的管理與安排”等規章制度。但是對于學生自主性的、創新性的專業實踐活動管理卻比較困難。[5]

2.教師對實踐類課程的認識：傳統的教學中，教師在專業課的授課過程中更注重理論知識的傳授，對實驗教學工作重視不夠，對學生常規的實驗教學要求比較低，只需要他們完成教學要求中的實驗任務，缺乏對學生創新實踐能力的培養。

3.學生時間安排：平時學生專業課程學習任務比較重，而課外創新性的實踐活動需要花費學生不少的課余時間，特別是三、四年級學生需要在考研、專業實習及找工作等領域花費大量的時間，因此如何讓學生合理地安排時間全身心地投入到創新實踐活動是目前亟待解決的另一個問題。[6]

五、結束語

經過近三年的教學實踐發現，基于“第二課堂+大學生創新”的創新實踐平臺與“專業課課堂教學+專業實踐”是相輔相成、相互促進的平等關系，具有舉足輕重的作用。通過創新實踐平臺，學生可以更好地掌握專業知識，鍛煉創新思維，提高綜合利用專業知識分析、解決問題的能力。此外，教師通過實踐創新平臺，從一年級開始就可以吸引一些優秀的學生加入到科研團隊，實現教師科研發展與學生的綜合能力素質共贏的良性循環的局面。