教学与科研互动培养创新型应用人才——材料化学专业实验教学新模式探讨

教学与科研互动培养创新型应用人才——材料化学专业实验教学新模式探讨摘要：结合实际情况和学生培养目标，建立了与科研课题相结合的材料化学专业实验教学新模式。

本文以《材料分析方法》课程为例，从修订教材、重组教学人员、开放实验室及建立互馈机制几个方面出发对传统的《材料分析方法》的实验教学内容、教学方法、考核体系等进行了改革，以期培养学生的自主创新意识、实验操作技能及科研能力。

实践表明：与科研课题相结合的材料化学实验教学新模式有利于引发学生的求知欲，有利于发挥学生的主观能动性和激发学生的创造力，从而培养新世纪全面发展的创新型应用人才。

关键词：材料化学；实验教学；教学模式；教学改革21世纪是知识经济占国际经济主导地位的世纪。

面向21世纪的教育，就是面向知识经济的教育。

而创新精神和实践能力是知识经济发展的强劲动力，创新意识的强弱和实践能力的优劣成为人才素质高低的重要标志。

教学在培养民族创新精神和培养创造型人才方面，肩负着特殊的使命。

而实验教学是高等院校教学体系的重要组成部分，在培养学生创新精神和实践能力方面有着不可替代的作用。

材料化学专业是一门应用型理工科专业。

在科学技术高度发达的今天，作为材料化学专业的学生必须有宽口径的材料学基础知识和化学理论，同时又必须具有现代化仪器操作技能和创新能力，善于创造性地把化学理论及材料学基础知识成功地转化为科学技术和社会生产力。

而传统的材料化学专业实验教学模式中，实验内容的设置常常是按教学大纲要求机械设定的，忽略了实验项目间的有机连续性；实验课的考核方法也过于简单，多以实验报告为依据；实验教学人员单一、固定等，大大影响了学生实验的兴趣和主动性，不利于实验课教学质量的提高，也不利于学牛创造能力的培养。

这种旧的实验教学模式显然已经不适用于21世纪的材料化学专业综合性的应用型创新人才的培养。

为适应现代社会发展的需要，有必要改革旧的实验教学模式，建立新型的复合型创新人才的培养模式。

在多年材料化学专业课程的教学过程中，教研组成员总结教学经验，提出了“科研与教学互动”的教学理念，建立了与科研课题相结合的材料化学专业实验教学新模式。

实践证明：与科研课题相结合的材料化学实验教学新模式的建立，对于培养学生学习和实验的激情，调动学生的积极性和主动性，激发学生科研的潜能，提高学生实践操作能力，组织协调能力、解决问题能力以及培养创新型的全方位发展的综合性优秀人才具有非常重要的作用。

下面以《材料分析方法》（以下简称《材分》）课程实验教学为个案，针对我校的材料化学专业本科生实验教学新模式进行介绍。

一新实验教学组织模式的建立材料化学专业为我校特色专业，这为实验教学的改革与创新提供了基础设施和经费资助。

根据该专业本科生的课时安排和难易程度，教研课题组成员开始尝试对《材分》课程的实验教学内容进行改编、更新和重整，将教师研究课题的基金融人到实验教学中，形成了与科研课题相结合的新的实验教学组织模式。

“氟化钇钠纳米基质材料的可控制备与发光性能研究”是目前课题组的一项研究课题，该项目是利用液相化学合成方法可控制备具有特定形貌且结构新颖的纳米级NaYF4发光基质材料，并对所制备的发光材料进行物相、成分、形貌、结构分析及测定其发光性质。

该课题的实验内容大体包括发光材料的制备、发光材料的表征以及发光材料的性能测试3个部分。

而《材分》课程内容涉及到材料表征部分。

由于我校本科生《材分》实验的课时只有48学时，无法满足本课题第二部分整个实验的用时。

为了解决这一矛盾，我们对原来的科研项目的内容及顺序根据本科生《材分》实验课时分配做了相应调整，大致布局如图1，使之既能满足学生在有限的课时内完成《材分》课程的实验，又能让学生较为完整的接触到有关材料的分析方法。

这种《材分》实验教学新组织模式综合考虑了材料分析方法的统一性和连贯性，各个表征实验通过一种公有材料有机地整合为一个综合性的分析实验，各实验间具有很强的逻辑性和互验性，前一个实验的结果可能就是下一个实验的佐证。

实验内容既有材料学前沿性内容，又有分析化学内容，并结合了材料化学相关基础理论知识，所涉及的技术面广、操作复杂，强调了实验的综合性、探索性和连续性。

这种由孤立的、单一性的验证性实验向设计性、综合性、应用性实验转变，不仅达到了训练学生基本实验技能的教学要求，同时也激励学生主动去思考问题，激发了学生学习专业基础知识的兴趣及探索、创造的科研热情。

二实验教学改革的措施1．《材分》实验教材的修订实验教材是重要的课程资源，体现实验教学的内容和教学方法，是进行实验教学的载体，具有普适性。

目前，很多有关材料分析方法的教材，其着重点不同，教学内容也是不同的，因此，现有的实验教材不可能兼顾到所有的学校和学生。

根据我校材料化学专业的特色性，结合教研组的相关科研课题，我们对以往的《材分》实验教材进行适当地删减、增添、整改及调换，编写了新的《材分》实验教材；同时，建立《材分》实验网络课程，有PPT讲稿、电子教案，其中有大型仪器设备的图片、实验操作的演示动画、教师教学的视频等多媒体教学素材及试题库，既有基本的理论知识介绍，又有直观形象的实验操作，简单明了，趣味性强，便于学生理解和学习。

这样，也为学生提供了自主的、可交互的学习平台，在学生掌握实验方法、操作步骤和全面实施实验过程以及进行研究性学习、全面提高学生素质方面起到了重要的作用。

2．教学人员的重组教师在给学生传授知识、解答学生疑问、引导学生学习及能力提高等方面起着非常重要的引导作用。

要想在《材分》实验这门具有学科交叉、内容宽厚、涉及知识面广的课程教学中，学生能在最短时间里以最快的速度理解实验内容和掌握实验要领，具有深厚专业基础知识和技能的教师是必不可少的。

就这个问题，我们大胆提出了重组实验教学人员的设想，改变了以往专职专用的单一实验人员的构成模式，组成了一支高学历、高职称、专业性强、富教学和科研经验的中青年教师队伍，分管各实验室的现代大型贵重仪器设备，并从事该课程相关部分的实验教学及实验的指导工作，如分管X射线衍射仪的教师从事XRD实验的教学，分管扫描电镜的教师负责SEM实验的教学等，这就有利于学生对专业理论知识的掌握和实验方法的应用，有利于学生对学科前沿的了解和创新思想的启发，也有利于学生培养科学的思维方式和全面提高各方面的综合素养。

3．实验室的开放材料分析方法课程实验的目的是让学生了解X射线粉末衍射仪( XRD)、电子显微镜(SEM，TEM)等近代分析仪器设备的原理、应用方法、适用条件范围及在材料研究中的应用情况，培养学生解决问题的能力。

如果学生要完全细致地了解和学会每种分析仪器设备的原理、构造、测试方法及应用注意事项等，课时有限的《材分》课堂实验教学是远远不够的。

为解决该问题，我们在平时或实验开始前开放实验室，有意向地接受学生去实验室实地考察，或鼓励学生加入教师科研团队进行前期的培训。

学生利用实验室开放的机会，可以单独向实验室教师或研究生学习相关的仪器使用技术和基础的实验操作细节，了解课题组研究的大体方向及内容，从而为更快地进入科研角色、掌握实验技能作好充分的准备，同时，也能更好地培养学生的团队意识、科研思维及创新精神等。

4．科学客观的实验成绩评价体系的建立科学性和客观性的学生实验课程成绩考核机制有利于学生的主动性和积极性的发挥，否则会影响到学生知识、素质和能力的协调发展，因此，建立一个科学客观的学生实验成绩评定体系是很必要的。

在与科研课题相结合的《材分》实验教学新模式中，学生实验成绩评定包括2个方面：平时成绩和考试成绩。

平时成绩由实验预习、实验设计、实验操作、实验报告和实验习惯5个部分构成，为总成绩的70%。

在每次实验前，教师提前向学生布置实验任务预习，让学生了解实验的目的、原理与操作，设计实验方案和写出实验报告；在下一次上课前教师对学生的预习情况进行短时间的考核，给出成绩。

学生实验前，教师进行理论讲授，并根据学生设计的方案评价其可行性，以减少学生的模糊认识和保证实验的安全进行。

实验开始后，教师通过现场巡回指导回答学生的疑问，指正学生的实验操作。

教师根据学生的实验报告、实验习惯等，给出学生的实验成绩。

考试成绩包括理论考试成绩和实验操作成绩，占总成绩的30%。

教师就教材实验内容对学生进行理论考试，让学生加深实验印象，巩固实验原理和操作等；同时，教师可就学生操作过程中易犯的错误出些题目，让学生抽签考核实验操作并加以肯定或纠正，使学生能进一步提高其基本实验技能。

5．建立互馈制度在实验教学过程中，师生间的信息互馈是对实验教学活动的一种评价，是实验教学活动中不可缺少的重要环节。

建立良好的互馈制度是搞好实验教学、提高教学质量的保证。

我们建立的信息互馈主要包括对教学方法、教学内容、教学工具、师生互评、师生情感等几个方面。

在每次实验后，我们随意约上一些学生，了解学生对实验内容的把握度、实验操作的熟练度、教学方法的认可度、教师教学的态度等的反馈信息；或者学生可以匿名纸条的形式提出意见和建议等。

学生对实验内容和操作的熟练程度是对教师所授内容的一种反馈。

教师应根据反馈的情况总结经验，以改进实验教学；同时，教师还必须及时地对学生存在的毛病加以指正和巩固，让学生明白什么是对、什么是错。

互馈制度的建立有利于教学相长。

三实验教学模式改革的效果将科研课题导入《材分》实验技术教学中，这一改革举措能满足大三学生强烈的求知欲望。

通过几年的实践，以及改革措施的不断改进和完善，与科研课题相结合的《材分》实验教学受到了学生的好评，也取得了良好的教学效果，学生的综合素质得到了全面的发展和显著的提高：(1)改变了传统的灌输式教学模式和缺乏创新性的验证实验，引发了学生强烈的学习兴趣，发挥了学生学习的主观能动性，培养了学生独立思考的习惯和创新意识；(2)通过设计实验与准备实验材料、撰写详尽的实验记录提高了学生实验动手能力和仪器操作能力，培养了学生的总结概括和书面表达能力；(3)培养了学生良好的科研素质和团队精神，养成了认真、求是的科研态度，以及提高了学生分析与解决问题的能力；(4)培养了学生严谨的科学思维，使学生能尽快地进入毕业论文与设计、毕业实习等后续研究性学习阶段；也为学生从事研究生学习和走上社会工作打下坚实的基础。

改革以来，学生的课程论文、毕业论文60%以上均来自教师的科研项目。

通过参与专业教师的科研课题，学生很轻松地完成了《材分》的实验教学任务，也很顺利地达到了毕业论文的要求，并有部分学生在国内或国外材料学期刊杂志、会议上发表相关学术论文，这为他们在同学中树立榜样作用和进一步深造做好了铺垫。

学生毕业后，也得到了用人单位的青睐及各方面能力的肯定。

总之，与科研课题相结合的实验教学新模式可以增加实验技术教学的多样性、实用性和先进性，对培养新世纪全面发展的综合性创新人才起着至关重要的作用。