功能材料专业研究型实验教学模式探索

王显威， 朱倩倩， 王小二， 刘一璞， 刘 慧， 徐林海， 贾鹏博

(河南师范大学 物理与材料科学学院， 河南 新乡 453007)

功能材料专业研究型实验教学模式探索

王显威， 朱倩倩， 王小二， 刘一璞， 刘 慧， 徐林海， 贾鹏博

(河南师范大学 物理与材料科学学院， 河南 新乡 453007)

实验教学是功能材料专业重要的实践教学环节，需要努力提高学生对实验教学的兴趣，充分调动学生的主观能动性，激发学生的创新能力，培养他们的实验素养。结合研究型实验和功能材料专业的特点，本文提出了具有功能材料专业特色的基于课题型的研究型实验教学模式。从新教学模式开展的必要性及开展方式等方面进行阐述，并对其教学效果及存在问题进行了分析与讨论。在实践教学中，该教学模式充分调动了学生主动探索的积极性，培养了学生严谨的科研思维习惯和团队协作精神；同时还达到了优化知识结构，丰富实践经验，强化综合能力的目的。该模式得到老师和同学的广泛认可，取得了良好的教学效果。

教学模式； 研究型实验； 实验教学； 功能材料

0 引 言

国家中长期教育改革和发展规划纲要要求：坚持能力为重。为适应现代社会对学生能力的要求,实验教学成为本科教学中一个重要的环节和手段[1-3]，特别是在学生的综合素质和创新能力的培养方面具有重要的作用，因此高等院校对学生进行基本的科研实验训练将成为必修课程[4-9]。如何逐步提高学生对科研实验的兴趣、培养学生的科研实验素养成为实验教学过程中的关键。

功能材料专业为2010年教育部为适应国家战略性新兴产业发展的要求而特设的专业，我院于2011年申请了该新专业。功能材料专业主要培养学生掌握功能材料的基础和专业知识，力求培养能在功能材料的制备、改性、加工成型及应用等领域从事科学研究、技术开发、工艺设计、生产等方面的优秀创新型人才，其需要很好地将理论与实验相结合，实验教学研究显得尤为重要。为了使高年级功能材料专业的学生能够掌握基本的科学研究方法和养成基本的科学素养，我院功能材料专业根据专业特点开展了基于课题型的研究型实验，最大限度发挥本院的师资优势，我们在开设研究型实验过程中采用了具有科学性、先进性、前沿性、可行性、开放式等特点的基于课题型的实验教学模式[10]。

学生在一些备选课题中自主选题后，实验过程中不受实验课时和本科教学 实验资源的限制，摆脱了传统实验教学中时空观念的束缚，充分调动学生的主观能动性和主动探索的积极性，从而更好的发挥学生所学的知识及掌握。进而展开更好的科研思维训练，培养学生的团队协作意识、自主学习能力、搜集文献资料的能力、实地动手操作能力，以及根据已有知识和技能分析、解决问题的能力[11-12]。这种实验教学模式可以很好地优化知识结构，丰富实践经验，强化能力培养，更有利于培养社会所需要的应用型与研究型人才。

1 实施基于课题型的研究型实验教学的必要性

在传统实验教学方法中，虽是学生动手做实验，但却是教师主导整个实验教学过程。学生只是按照老师的指示机械地完成实验任务，在整个实验过程中缺乏独立思考环节，不能发挥主动性，科研思维和创新思维也不易得到很好地训练，更不用说对实验提出创新性的见解。这种被动接受知识的教学模式不能实现实验教学的最初宗旨[13]。此外，在整个实验过程中学生并不知道实验内容是如何筛选的，对实验内容的理解也是模棱两可，只是在老师的指导下，学生参与实验材料的准备和实验过程的操作。学生抱着听实验课的心理去上实验课，在没有自主思考只听从安排的实验过程中，自然会出现对实验讲义生搬硬套的情况，故在实验过程中即使出现错误学生也难以发觉。如此一来，学生失去了探索新知识的欲望，也使得学生对实验教学丧失了兴趣，科研思维和创新思维的培养也成为无稽之谈。因此，要培养出有思想、有活力、敢创新、有能力的高素质人才，我们需要摆脱传统教育观念的束缚，改善传统的教学方式。彻底改变传统的以教师为主体的教学模式，坚守以学生为主导，让学生能够独立自主的在实验中探索和发现，并将理论课本中的知识很好地应用到实验中，逐步摆脱对老师的依赖心理，逐步转变为“学生为主、教师为辅、师生互动、主动探索、教学相长”的一种教育新气象[14]。

新型教学模式有利于培养学生科研思维，严谨的科研习惯，创新精神和团队协作精神，对以后的学习生活都会有很大的帮助。此外，该教学模式不仅能更好地提高学生的主观能动性，也能使学生对实践后获取的知识有更深刻的认识。基于课题型的研究型教学模式，注重个性发展，营造了一种自主学习的氛围，以课题为基础系统训练学生的综合素质，使每个学生都能经历一个基本科学研究的过程：文献资料的搜集与阅读、研究问题的提出、研究方案设计、实验分析与讨论、数据整理与总结、实验报告及论文撰写等，这一完整的研究实验过程的体验可使学生对科研实验有一个系统而全面的认识。

2 基于课题型的研究型教学模式的开展

为了使基于课题型的研究型教学模式更好的开展，我院设有本科生专业研究型实验室，同时为充分利用学校的师资资源，采取与我校的部分科研课题组和研究室合作，充分利用各科研平台的大型仪器设备资源和人力资源。此外，本科生专业研究型实验室实施全日制开放制度，从而充分发挥学校的教学资源，使学生的时间更加自由，旨在提高学生的自主探究能力，培养学生的创新意识。

首先组织同学根据实验教师给定的课题进行自由组队，每队一个学期只须完成一个课题。为保证每个队员都得到锻炼，队员限4人以内，并设立小组长，由组长统一分配实验任务。继而组员根据确定的研究课题查找相关的资料，关注该课题最新科研动向，自主设计实验方案。通过不断探讨，不断优化最初设计的实验方案，最后将修订好的实验方案呈现给导师，并通过PPT的形式讲解小组的研究背景及研究思路，导师和学生一同探讨修订完善实验方案，确定最终的实验方案[15-16]。确定实验方案之后，学生就可以利用实验课的正常时间和课余时间去完成实验方案所规划的实验。正常的实验课时间内，学生可以充分和老师交流实验过程中遇到的问题，讨论解决问题的途径，然后利用实验课时间和业余时间去继续实验，另外为了督促学生完成实验方案，会在学期中安排实验中期答辩。

整个实验的顺利完成依靠几个环节来保障：平时交流、中期答辩、学期末答辩和提交的研究报告及论文等，导师并通过学生在这些不同环节中的综合表现情况进行打分。期末答辩属于总结汇报性质的考核，答辩过程设置导师提问、学生提疑和实验心得分享三个环节，导师通过提问的方式考察学生对知识的掌握情况，学生通过提疑实现对知识的进一步理解。最后实验心得的交流，即是对整个实验过程的总结，也可以很好地将实验过程中的经验交流传递给其他同学，使学生在知识整理、自主学习、团队协作、发现及解决问题等各方面能力得到极大提升。

例如在2013级学生开展研究型实验过程中，一个小组选定超级电容器作为研究课题，经过调研后决定研究锰氧化物的电化学性能。经过小组讨论并向导师讲解实验方案后，该小组设定的实验方案是：研究锶元素的掺杂量对材料电化学性能的影响。为保证实验更好地进行，在实验开始前该小组学习并掌握了相关仪器的原理和使用方法，例如样品制备过程中要用到的真空干燥箱、恒温水浴锅、马弗炉等仪器，此外还有对样品进行表征的仪器如X射线衍射仪和电化学工作站等。在实验方案实施过程中学生随时进行组内或组间的自由式、开放式讨论，确保交流的有效性、及时性。在实验后期的数据整理与分析以及论文撰写过程中，组长根据组员特点明确分工，在发挥各自特长的基础上相互学习，共同进步。在学期末顺利完成了该课题，撰写了研究报告并做了期末答辩，同时该小组还撰写了一篇研究论文投到一家期刊上，并被录用。

3 基于课题型的研究型实验教学模式的教学效果及存在问题

功能材料专业研究型实验教学中采用该方式进行教学的实践表明，经过一个学期的实验教学，学生最终都可以撰写一份完整的研究报告，学生也普遍反映该实验教学模式对自己的实验能力提高很大，因而该实验教学模式是较为成功的。

但是在我们采用该方式进行教学的过程中我们也发现了一些问题，和传统教学模式相比，该方式需要指导老师投入更多的精力去指导学生，同时对指导教师科研素质的要求也相对更高。因而如果要推广该教学模式，需要有较丰富科研经验的教师承担该教学任务，同时实验教师额外付出的辛勤努力也应该得到认可，这就需要学校管理部门去引导或鼓励。我们深知研究型实验教学的改革是一个既漫长而又艰巨的工作，相信我们能在今后的教学实践中不断探索，不断发现问题，并不断完善该实验教学模式。

4 结 语

基于课题型的研究型实验教学模式不仅适应了教学改革的要求，较好激发学生的学习探究兴趣，而且可以培养学生的自主学习能力、探索精神、创新精神和科学研究素质，从而使学生的实验综合能力和总体素质得到较大提升。

[1] 邵兴国，王宏顺，王 滨，积极开设综合性设计性实验提高学生动手能力和创新能力[J].实验室研究与探索，2002，21(专辑)：21-23.

[2] 高洪旺，现代教育技术条件下研究型实验教学模式的探讨[J].实验室科学，2008(2)：21-22.

[3] 李小昱，王 为，胡 波，研究型实验教学改革的探索与思考[J].实验室研究与探索，2008， 27(6)：106-108.

[4] 曾燕屏，刘国权，王 浩，等.金属材料及热处理研究型实验教学模式构建与实施[J].中国冶金教育，2014(1)：45-46,50.

[5] 冯根生，冯 婷，杜春荣.基于学科特点的研究型实验教学模式建设[J].实验技术与管理，2012，29(3)：240-241.

[6] 孙维民，赵丽军，赵 褰，等. 开设研究性与创新性实验提高学生创新能力[J].实验室研究与探索，2012，31(7)：125-126.

[7] 王 颖，曾 霞，范 芳，等.“综合型-设计型-研究型”实验教学模式的探究[J].实验科学与技术，2012，10(6)：45-47.

[8] 张 华，史仪凯，袁小庆.探索培养创新意识的实验教学模式[J].电气电子教学学报，2010，32(增刊)：125-127.

[9] 刘永德，汪 毅.开设研究型实验培养学生的创新能力[J].实验室研究与探索，2004， 23(12)：175-177.

[10] 陈 森，张师平，吴 平.基于课题型的研究性实验教学模式探索与实践[J].实验室研究与探索，2013，32(7): 172-174，135.

[11] 吕恒林，周淑春，吴元周.土木工程材料课程实验教学改革探讨与实践[J].高等建筑教育， 2006，15(4)：90-92，103.

[12] 熊晓君.实施开放式-研究性实验教学[J].上海理工大学学报，2005，27(3)：41-42，80.

[13] 何炎明，王宏斌，戚康标，等.以创新能力培养为核心实施开放式研究性实验教学[J].实验室研究与探索， 2009，28(6):202-204.

[14] 陈 灵，彭成红.加强研究性实验教学提高学生的创新能力[J].实验室研究与探索, 2010，29(8): 203-205.

[15] 赵京山，李爱英，候建明，等.研究型实验教学模式在生物化学实验课教学中的应用研究[J].中国高等医学教育, 2013(4): 61-62.

[16] 周玉松，曹 慧. 整合实验实训中心培养技能创新型人才[J].实验室研究与探索， 2014， 33(1):200-203.

Teaching Mode Exploration of Research Type Experiment for Functional Materials Major

WANG Xianwei, ZHU Qianqian, WANG Xiaoer, LIU Yipu, LIU Hui, XU Linhai, JIA Pengbo

(College of Physics and Materials Science, Henan Normal University, Xinxiang 453007, Henan, China)

The experimental teaching is an important part of practical teaching section for functional materials major. It is needed to improve the students’ interest in experimental teaching, to mobilize students’ subjective initiative sufficiently, to stimulate their creative ability, to cultivate their skills on scientific research experiment. According to the characteristics of the research experiment and functional materials professional, the teaching mode of research type experiment based on professional characteristics of functional materials major is put forward in the present study The teaching mode combines the characteristics of functional materials major and the characteristics of research experiments. The present paper expounds the necessity and the method of the new teaching mode, and the teaching effect and existing problems are also analyzed. In practical process, the teaching mode arouses students’ enthusiasm sufficiently, and cultivates the students’ rigorous thinking method in scientific manner and the team cooperation spirit. Also, the goal of optimizing knowledge structure, enriching practical experience and strengthening the mixed ability is achieved. The teaching mode has been widely recognized by teachers and students, and it has achieved good teaching results.

teaching modes; research type experiment; experimental teaching； functional materials

2016-08-12

国家自然科学基金(51402091);河南师范大学博士启动基金(11114);国家大学生创新训练计划项目(201410476037);河南师范大学功能材料新专业建设项目(5101022000018)

王显威(1981-)，男，河南开封人，博士，副教授，硕士生导师，从事功能材料研究。

Tel.:15836112697；E-mail：xwwang2000@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)08-0184-03