材料化学综合实验课堂教学模式改革的探索与实践

唐培松，徐敏虹，王坤燕，潘国祥

(湖州师范学院 工学院；浙江 湖州 313000)



材料化学综合实验课堂教学模式改革的探索与实践

唐培松，徐敏虹，王坤燕，潘国祥

(湖州师范学院 工学院；浙江 湖州 313000)

针对材料化学综合实验传统教学过程中普遍存在的以老师为中心的灌输式教学法，学生被动待哺、“按方抓药”、照搬照抄验证实验的课堂教学模式，探索了以学生为中心的研究式教学法，学生主动学习、小组讨论、师生互动完成实验的开放式课堂教学模式。通过实施实验方案小组化和借助实验教学课程网站平台引入“答疑”与结果“展示”环节，充分发挥学生的主观能动性，锻炼和提高学生的实践动手能力，从而培养学生的创新思维和创新能力。

材料化学；综合实验；教学模式；教学改革

在2015年3月的“两会”上，李克强总理提出了“大众创业、万众创新”的理念，完美地诠释了“新时代中国梦”的精髓。2016年4月，在教育部科学技术委员会换届大会上，袁贵仁部长在讲话中指出：引导高校打破学科界限、实现交叉融合、改进科研组织模式，加强应用研究和协同创新，着力培养大众创业、万众创新的生力军。这要求作为培养人才主要载体的高校必须在传授学生专业基础知识的同时，加大培养学生创新创业能力的力度，全面提升学生的综合素质和能力[1～2]。实验教学在高校培养高质量创新人才中具有独特的作用[3～4]，但传统的实验教学，在教学过程中通常主要是强调通过验证性实验来加深学生对理论知识的理解和巩固，常常忽视了对学生创新意识的培养，未能使学生的创新能力得到足够的培养和提高[5～6]。因此，针对传统的、落后的实验教学模式与方法，在实验教学中深化课堂教学模式的改革，促进创新人才培养已成为时代发展的必然要求。本文围绕湖州师范学院材料化学专业的必修课程“材料化学综合实验”，结合近年来的课堂教学模式改革与实践，谈谈如何深化材料化学综合实验课堂教学模式的改革，从而加强学生创新意识与创新能力的培养。

一、材料化学综合实验传统教学模式存在的主要问题

材料化学综合实验传统的实验教学模式基本上是以“学生课前预习→老师上课讲解→学生上课模仿实验→完成实验报告”为主[7]。即实验课前，学生预习教师预先准备好的实验指导书或讲义，包括依据实验教学计划安排的实验内容、实验原理和方法、仪器设备的使用过程、实验操作步骤和数据处理方法等。实验课上课时，实验员提前准备好实验材料和调试好仪器设备，教师按照教材或讲义将实验的原理、方法和步骤等再做较为详尽的讲解，尤其是可能的结果和注意事项。然后，学生按照教材或讲义“照方抓药”去操作；实验结束后，回去简单分析实验数据和完成实验报告[8]。这种传统的实验教学模式，过多地强调通过验证性实验来加深学生对理论知识的理解和巩固，实验结果早在预料之中，整个实验过程差不多都是在完成和验证老师准备好的一切，忽视了对学生实践动手能力和创新意识的培养[5～6]。

这样的教学模式必然会产生如下的弊端[7～8]：①预习环节流于形式，一部分学生根本不去查阅资料和思考，因为他们知道老师上课时一切都会讲解和准备好的；②整个教学过程中，教师是教学的中心，起着主导作用，学生基本上处于被动学习的状态，容易导致学生缺乏实验热情，被动应付；③学生完全模仿教材或讲义，无需动脑，学生没有自己发现问题和解决问题的过程；同时由于学生知识基础和能力存在差异，老师提供的实验项目较难满足学生个性化的需要，学生没有发挥主观能动性的机会，容易导致实验过程中部分学生成为了“旁观者”；④部分学生根本不认真分析实验数据和结果就完成实验报告，甚至直接照抄别人的结果或者任意修改实验数据来达到与教师预测的结果相一致。可见这种传统的实验课堂教学模式不仅忽视了学生科学素养的培养，压抑了学生学习的主动性和积极性，而且埋没了学生的创新能力，甚至助长了学生的弄虚作假和不诚信。这与“2010-2020年国家中长期教育改革和发展规划纲要”提出的培养数以千万计的拔尖创新人才的目标是相矛盾的。

二、材料化学综合实验新教学模式的主要做法

本实验课程拟构建的新教学模式主要采取以下方法[3～8]：实验课的实验项目以开放式题目为主—实施实验方案小组化，实验全程以学生为主—师生互动，构建实验教学课程网站平台—引入“答疑”与结果“展示”环节。

(一)实验项目以开放式题目为主—实施实验方案小组化

为激发学生对实验的兴趣和主观能动性，我们的实验项目都以开放式的题目为主，比如我们开设的部分实验项目为：溶胶-凝胶法制备纳米薄膜材料、水热法制备纳米材料、沉淀法制备纳米材料、微波法制备纳米材料、稀土铁酸盐的制备及带隙测试、稀土铁酸盐的光催化性能评价、高品位无机铁黄颜料的制备、材料的TG-DTA分析、耐热氧化铁颜料的制备及其表征、材料的相结构与形貌分析等。这些实验项目都有很多种实施方案，我们要求学生通过文献的查阅和思考，自己设计实验方案，实行每个小组一个实验方案。这满足了学生个性化的需要，给予了学生发挥主观能动性的机会。又比如在“水热法制备纳米材料”实验中，针对目前应用最为广泛的四种纳米粉体TiO2、SiO2、CaCO3和BaTiO3，将学生分为四大组，分别制备不同的纳米化合物，而且在每一大组内再分为五个小组实施不同的方案(如2个小组试验原料浓度的影响、2个小组试验温度的影响和1个小组试验时间的影响等)，谁也不知道各自的实验究竟是什么结果。实验结束后，实验结果在网络平台上进行公开对比，方案的优劣一目了然。由于实行了实验方案小组化，突破了“照方抓药”的传统，实验由可预知性变成了不可预知性，将极大地调动学生探索实验的兴趣，培养了学生实验中严谨的科学态度和创新意识。

(二)实验全程以学生为主—师生互动

以往实验项目的设计和讲解全部由老师来完成，是一种“老师是演员，学生是观众”的形式。而学生通过查阅文献设计了自己的方案，在通过网络平台互动修改的基础上，教师对所有学生的实验方案做到“心中有数”；实验课开始时，抽有代表性的实验小组学生来讲解自己设计实验的基本原理、主要步骤和注意事项，老师进行指导和点评，以改变过去“以老师为中心”的填鸭式教学，变为“以学生为中心”的师生互动模式，充分发挥学生的主观能动性，潜移默化中培养学生发现问题和解决问题的能力。

(三)构建实验教学课程网站平台—引入“答疑”与结果“展示”环节

在互联网技术和智能手机高度发达的今天，借助网络平台来实现教学过程的互动和答疑是快捷和高效的。为了保证学生设计的方案具有可操作性学生在设计实验方案时就把相关实验方案和问题通过课程网站平台传给任课老师，老师对其存在的问题进行指导和答疑。实验结束时把实验结果也传到课程网站平台上，实验报告也要求上交电子稿，通过网络平台来“展示”各小组实验结果，同学之间可以讨论和比较，老师进行总结和点评。让学生把实验过程和结果“晒”出来，在网络平台上进行“攀比”。在对比中找差距，这使得学生更关心自己的实验方案和结果，更好地激发了学生的实验兴趣。有了兴趣和“攀比”，就创造了有助于提高和培养学生的创新能力的环境和机会。

三、实施材料化学综合实验新教学模式的保障措施

为了促进新教学模式的顺利实施，我们从更新实验项目和开放实验室空间、强化教师团队指导和优化教学方法、改进实验成绩考核方法三个方面采取了保障措施。

(一)实验项目和开放实验室空间

针对传统教材存在的验证性实验偏多，设计性实验偏少；基础理论性偏多，生产实践性偏少；老师指令性偏多，学生自主性偏少；模仿照搬式偏多，创新研究型偏少等“四多四少”现象，我们根据专业的特点和要求，对实验大纲进行了多次修订，加强实验基本操作的基础上，有选择地大量压缩验证性实验，淘汰过时性实验，每年都有针对性的更新实验项目，增设综合性和设计性实验。在选择实验项目时，注意实验项目的典型性、先进性和应用性，激发学生探究兴趣，培养学生实事求是的科学态度。另外，由于实验项目以开放式题目为主，实施实验方案小组化，因此在具体实验过程中总是存在学生完不成实验的情况，为此我们开放了特别的实验室空间，允许学生在没有课的时候进入实验完成未完成的实验。

(二)强化教师团队指导和优化教学方法

由于实施实验方案小组化，学生的个性化问题较多，我们成立了实验教学团队，及时回答学生通过网站课程平台、实验教学QQ群和微信群等途径提出的问题，满足不同水平学生的实际需求。教学团队教师间还经常交流教学方法、教学手段和教学技巧，在教学方法上，提倡“教师少讲，学生多练”，要求学生勤思多练、举一反三、触类旁通。在教学方式上，实行必修实验与选修实验相结合，遵循“模块化、渐进式、多层次和开放式”的教学思路去精选实验内容，注意实验项目的典型性、创新性、先进性和应用性。

(三)实验成绩考核方法的改进

改变了以往学生实验成绩期终考核通常以平时的实验报告和期末实验理论测试成绩为主来评定成绩的做法，一方面将学生实验方案的设计、实验课上讲解的情况与发言、实验操作过程与记录、课程网站平台上的实验结果讨论与报告等作为评定平时成绩的主要依据(占60%)；另一方面实行一人一组的期终实验操作考试，并且操作考试的题目实行开放式，老师拟定开放式的题目，考试时学生抽取题目后自拟方案后进行实验(占40%)。这必将调动学生平时实验的积极性，为锻炼和提高学生的实践动手能力打下基础。

总之，以学生为中心，构建了开放式、讨论式、研究式的实验课堂教学模式，有利于激发学生的实验兴趣，有利于发挥学生的主观能动性，有利于培养学生科学认真的态度，有利于培养学生的实践动手能力，有利于培养学生的创新意识和创新能力等。在材料化学专业实行新教学模式改革的相关班级，学生获得的大学生科研项目、发表的论文、学科竞赛获奖和国家专利授权等方面都得到了明显的提升。这与《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》提出的“充分调动学生学习积极性和主动性，激励学生刻苦学习，奋发有为”的要求，以及培养数以千万计的拔尖创新人才的目标是一致的。

[1]李楠. 高校创新创业人才培养学制教学改革研究[J]. 产业与科技论坛, 2016, 15(9).

[2]赵丽娟. 高校创新创业教育的现状与对策思考[J]. 产业与科技论坛, 2016, 15(10).

[3]冯其红，胡伟，王增宝. 改革实验教学模式 培养大学生的工程实践能力[J]. 实验室研究与探索, 2013, 32(2).

[4]白璐，田晓柱，牛炳韬，等.大学生创新性实验对创新型人才培养的研究[J]. 实验室研究与探索, 2015, 34(4).

[5]徐国强，胡玉林. 材料力学实验教学模式改革的探索和实践[J]. 高校实验室工作研究, 2011(4).

[6]田英良，王亚丽，孙诗兵，等.《玻璃材料实验》课程在创新型人才培养中的探索与实践[J].教育教学论坛, 2015(14).

[7]王红, 曾秀琼, 刘秋平, 等. 基础化学实验翻转课堂教学模式的研究和实践[J]. 实验技术与管理, 2015, 32(5).

[8]徐克科, 侯佳佳. 高校实验教学模式改革研究[J].教研探索, 2009(7).An Exploration of Teaching Pattern Reform on Material Chemistry Comprehensive Experiment Course

TANG Pei-song, XU Min-hong, WANG Kun-yan, PAN Guo-xiang

(School of Engineering, Huzhou University, Huzhou 313000,China)

Aiming at changing the teacher-centered inculcation education which cause passive learning, copying verification experiment in traditional teaching process on material chemistry comprehensive experiment, this paper explores a student-centered research-type teaching approach in which students study actively, discussing with teams as well as completing the experiment through teacher-student interaction. The introduction of “questions” and results “display” via dividing into groups for various lab programs and experiment teaching network platform could give full play to the subjective initiative of students, and it helps to train and improve students' ability, thus cultivating students' creative thinking and ability.

material chemistry;comprehensive experiment;teaching pattern;teaching reform

2016-05-15

浙江省教育厅高等教育课堂教学改革项目(编号：kg2013421)；湖州师范学院中青年教师卓越教学能力培养计划专题项目(编号：2014ZYJH023)。

唐培松，男，副教授，研究方向：无机纳米光催化材料。

G642.0

A

1009-1734(2016)06-0024-04