综合性实验教学改革探索与实践

耿红霞， 蒋小林

(清华大学 航天航空学院，北京 100084)



综合性实验教学改革探索与实践

耿红霞， 蒋小林

(清华大学 航天航空学院，北京 100084)

以锂电池为主线，设计了综合性、创新性实验教学项目，让学生掌握各个实验之间的系统性和关联性，不仅可以激发学生的创新积极性，还可以应用所学的知识分析问题和解决问题，培养和增强了学生的综合实践能力和创新能力，从而有利于新世纪高素质创新人才的培养。

综合性实验教学； 锂电池； 创新能力

0 引 言

综合性实验教学是高校教学的重要组成部分，是实施高等教育的一种有效方式，是培养学生的创新思维和创新能力的重要教学环节。不仅使学生深入系统的掌握理论知识，带着好奇的眼光初步了解探索科学研究领域，培养动手能力，还可通过专业综合创新实验的训练增加学生对科研领域中先进课题实验技能、原理、研究现状及发展前景的认知，系统掌握科学前沿问题所涉及的实验知识体系，培养学生的科研素养和能力，增强学生的科学探索与创新精神，提高综合实践能力，应用所学的理论知识指导实验，使理论与实践有机结合，培养学生独立分析和解决科学问题的能力，夯实学生迈向科研学术或者新科技领域的坚实道路，为高科技领域人才的培养提供重要的支撑，对于培养的高层次、高素质、多样化、创新人才具有重要的意义。

按照高质量人才创新培养模式的要求，设立专门的创新实验教学体系，使学生在掌握基础实验的同时，通过创新探究性实验的增设，充分调动学生的积极性和自主性，提高学生的观察判断、思维分析和理论实践的综合能力[1-3]。

1 综合性实验教学的改革创新思路和方法

1.1 实验教学的创新思路

为了积极响应和执行《中共中央国务院关于深化改革全面推进素质教育的决定》中提出的“抓紧建立更新教学内容的机制，加强课程的综合性和实践性，重视实验课教学，培养学生的实际操作能力”的重要精神，面向新世纪创新人才培养的核心需求，设计创新性的实验教学课程，实现传统实验课程由“验证型”、“参与型”向“开放型”、“开发型”转变,搭建具备基础实验和自我创新型实验条件的具有综合性、系统性、创新设计型的实验平台，促进学生知识、思维、能力和素质的全面协调发展[4]。

1.2 综合性实验教学的改革方法

依据实验教学的培养计划和目标，为了给学生创造自由创新的空间，培养学生独立综合实践能力，发挥学生的自主能动性，培养学生的科学思维、创新思维，掌握解决实际工程问题的科学方法，有必要建立一个区别于基础实验的综合性、系统性实验，既可以满足实验教学的不同层次目的，还可以使实验教学和理论教学紧密结合，促使学生带着实际科学问题做实验，用理论指导实验，用实验验证理论，使两者成为一个有机的整体，在实践中让学生深刻体会这一点。我们以锂电池为主线，设计了综合性实验教学项目、教学方法、教学内容及流程。比如，先向学生展示各种商品化的锂电池，再让学生观察拆卸我们实验室自己制作的锂电池，了解其结构和原理，待学生有了兴趣和研究的动力后，通过提出一系列的问题如“你所知道的锂电池都用在什么领域场合？为什么锂电池的续航能力随着技术的进步越来越好？”随着提问问题的深入和学生的认真思考，让学生认识到为什么要做这一系列的实验项目，了解所涉及的实验内容，从而让学生充分了解整个教学实验的各实验的系统性、关联性、必然性及重要性，激发学生进行综合创新的兴趣和积极主动性，积累知识的同时，应用所学的知识进行实践创新，提高学生的综合设计能力和测试分析各种性能的实践能力，从而达到高素质创新性人才的培养目标。

2 综合性实验教学的内容

2.1 综合性实验教学的设计原则

综合性、创新性实验教学不同于传统的实验教学模式，传统的教学实验大多数是验证性的简单实验，内容单一死板，各个实验之间的联系较少，缺乏系统性和综合性。而综合性实验教学所涉及的实验目标是最大程度的发挥学生的潜在能力，培养学生独立动脑能力和动手能力，提高学生的创新思维和创新能力的综合素质，设计的教学实验具有创新和发展性，注重各个实验之间的联系，切实注意实验知识点的连贯性、系统性、整体性和综合性，使得学生在现有的实验知识层面上，可以通过查阅有关的文献资料或者和老师的沟通交流等途径获得新的实验知识和实验技能，在进行实验的同时学习新的实验知识和实验技能，从而达到学生综合素质和实验技能的整体提升[5-8]。

2.2 综合性实验教学内容

先向学生展示各种商品化的锂电池，再让学生观察拆卸我们实验室自己制作的锂电池，了解其结构和原理，用万用表测量锂电池的电压，并让有电的电池带动二极管工作，学生会兴趣盎然的动手操作，然后我们提出问题“你所以知道的锂电池都用在什么领域场合？为什么锂电池的续航能力随着技术的进步越来越好？”让学生带着这些问题思考究竟是什么因素决定了锂电池的性能，锂电池的构成部分主要是什么？在现有的知识体系里，学生会回答锂电池的组成部分是正极、负极和电解质材料等。那么指导老师抓住一个组成部分，比如电解质材料，紧接着向学生提问电解质材料有哪些类型？其中无机固体电解质的优势是什么？以及怎么制造无机固体电解质？又有哪些测试表征手段？通过这一系列的提问，让学生认识到为什么要做这一系列的实验项目，了解所涉及的实验内容，从而让学生充分了解整个教学实验的各实验的系统性、关联性、必然性及重要性，可以使学生系统的掌握锂电池基础理论知识、锂电池制造的实验技术和性能测试技能，以及组成锂电池材料(电极和电解质等)的制备和性能表征，充分调动学生进行创新性实验的积极性。

根据上面提出的问题和实验室现有条件，综合型实验教学项目共包括5个实验课题，即锂电池材料的观察和拆卸；电解质材料的制备；XRD实验；SEM实验；电性能测试实验。然后指导老师先介绍锂电池的基础知识，包括锂电池领域研究现状及发展前景、先进课题实验技能和原理，让学生系统了解锂电池科学前沿问题所涉及的实验知识体系。例如，通过丰富的资料让学生了解多姿多彩的锂电池世界，引导学生从材料科学的角度解释锂离子电池的续航能力为什么越来越强大？同时让学生对一块锂电池的“诞生”过程有个深入的了解，进一步引导学生对锂电池材料的微观世界进行探究和思考。然后说明本实验教学项目的研究意义、目的及整个实验内容安排和教学时间流程，以及实验过程中注意事项和安全问题，指导学生查阅相关的文献资料，了解掌握锂电池材料的相关知识、制备技术和表征方法等。通过介绍让学生对该实验教学课题的研究内容、研究方法和相关实验技术以及现代表征分析设备有个初步的了解和认识。在老师的指导下，学生充分发挥自主能动性，从查阅参考文献、设计实验方案，独立操作仪器设备、解决实验过程中所遇到的问题和失败、实验数据整理和讨论、以及实验报告的撰写都是让他们独立进行，在实际训练中培养学生观察问题、分析问题、解决问题的能力，综合应用能力和创新能力[9-13]。

3 综合实验的教学效果

综合性实验教学项目的设立从科学问题的提出引出实验的目的、内容以及整个实验流程，使学生产生思考和探索的浓厚兴趣，有目的的查阅文献资料，独立操作现代仪器设备完成实验，并独立整理和分析实验结果，总结实验规律，不仅学习掌握了丰富的理论和实验知识，还掌握了现代分析测试技术，培养了工程意识和独立解决问题的能力。可以使学生很容易的理解所学的知识的系统化，关联化，真正了解科学实验的全过程以及知识的系统性、连贯性和综合性，将所学知识系统有机的结合起来，综合运用理论和实验知识独立自主的解决实际科学问题和工程问题，有效地培养了学生的综合创新思维和能力，同时对学生主动探索科学世界的钻研精神有很大的锻炼和提升，得以训练的科研精神和创造能力无论在以后的工作中还是学术研究中都非常有益。

综合性实验教学改革是以整体优化为目标的，根据高校人才培养目标要求，按学科专业对实验教学内容和课程体系进行优化整合，做到实验教学和理论教学的相互协调促进，完善了实验教学的知识结构，丰富了实验内容，使综合实验教学更科学，更系统[14-16]。

4 结 语

综合性实验教学的改革和创新，不仅增加丰富了实验教学内容和项目，在符合高等教育培养高科技人才的要求下，使学生充分地更大限度地利用实验室的设备仪器进行实验研究，增加了实验教学的内容和方法，极大的调动了学生进行实践创新的积极性，激发主动实验研究的钻研精神和实际能力，提高了学生对专业课程学习的兴趣，全面巩固和掌握了所学的实验和理论知识。实践证明，综合性实验教学的创新性改革取得了良好的教学效果，综合性实验教学改革是进行高水平创新型人才培养的好方法。

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Research and Practice of Comprehensive Experimental Teaching

GENGHong-xia,JIANGXiao-lin

(School of Aerospace, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

A comprehensive and creative experimental course was designed in terms of lithium battery. It makes the students understand and master the systematicness and necessity of the entire project. The teaching reform can not only improve the interests of the students’ creativity, but also help them to analyze and resolve the questions encountered during the experiments effectively. It can train and improve the comprehensive practice and innovative abilities of students, so it is very important to cultivate qualified scientific and technical talents in the new century.

comprehensive experimental teaching； lithium battery； creative ability

2014-06-23

国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51202122)

耿红霞(1977-)，女，山东菏泽人，博士，工程师，主要从事材料科学、实验力学方面的研究与教学工作。

Tel.：13581652190;E-mail：ghxia@tsinghua.edu.cn

G 642.423

A

1006-7167(2015)05-0147-03