浅谈综合实验设计与综合能力的提高

王静+时志强+纪秀杰

【摘 要】随着环境污染和能源枯竭的加重，国内很多公司对于新能源材料的专业人才的需求旺盛。如何在学校中培养符合用人单位需求的专业人才，早日形成专业人才培养特色成为各高校新能源专业面临的重要问题。综合实验一般涉及多门课程知识及多种实验手段，让学生参与实验的设计，对提高学生专业意识、学习积极性、实际动手能力以及团队合作精神很有成效。

【关键词】综合实验；创造能力；实验设计

综合性实验是指实验内容涉及课程的综合知识或与课程相关的系统性实验。具体做法是将教学大纲要求的某些基本的实验方法和实验手段有机地综合在某一个实验中，达到完整的、综合的实验目的。综合实验课程体系的建立，在高校经过数年的实践，已经证明了通过综合实验可以培养学生创新意识和综合能力。符合培养知识、能力、素质综合发展的创新型人才的方向。

“超级电容器的组装及电容性能的测试与分析”和“静电纺丝纤维的制备及性能研究”是天津工业大学材料学院无机非金属材料教研室针对新能源产业方向开设的综合实验，两项实验开展五年来，对于如何提高学生实验的主动性，培养学生综合分析问题和解决问题的能力大有益处。结合“超级电容器的组装及电容性能的测试与分析”和“静电纺丝纤维的制备及性能研究”，以下谈谈笔者在实验教学过程中对教学方法及实验设计的体会。

1.实验内容的“接地气”

俗话说：兴趣是最好的老师，提高学生兴趣，寓学于乐是提高实验教学成果的最佳方式。充电电池等新型能源设备，在我们生活中非常常见，如：手机的电池，笔记本电脑电池等等，人们尤其是年轻人越来越关注电池使用寿命和容量的大小问题。因此，开设“超级电容器的组装及电容性能的测试与分析”快充特性的“超级电池”会受到广大同学的欢迎，从兴趣出发，抓住同学们的好奇心。从纽扣电容器的电极材料制备出发，进行半电池的组装，测试，就能够让同学们自己动手制作电池，再亲自测试其寿命和容量，在不同的倍率条件下进行测试考察快充快放对整个电池容量的影响。此时，可以给同学们提出问题，万能充到底对电池有没有影响？ipad 数据线能不能给苹果手机充电？给手机充电时先插电源，还是先手机端？同学们各抒己见，讨论激烈。

在重点和难点部分，使用教学仪器进行现场讲解，加深学生对树脂配方调节的方法和注意事项的记忆，事半功倍。最后由学生亲自操作，在学生自己操作的过程中，再次体会仪器的使用和操作顺序，补充在观摩视频和教师讲解中没有注意的事项，查漏补缺，达到系统全面掌握仪器使用的目的。这些方法，在最大程度上吸引了学生兴趣，通过开放型的实验设计，引导学生思考和学习成型工艺的特点和要点的区分和记忆。

2.实验内容的“复合性”

实验内容的复合性是综合实验的重要特征。对基础课而言， 实验内容一般为本课程的知识综合或系列课程知识综合。而专业课则常常涉及相关课程或多门课程的综合知识。目的在于培养学生知识的综合能力和综合知识的应用能力。选择教学实验内容的原则是：综合性、基础性、典型性、可操作性。基于上述原则， 考虑到不同专业学生的知识储备状况。综合实验的同学一般为大四的同学，已经系统的学习了本专业的专业实验课程，对于基本实验和制备实验的操作性比较强，对于制备材料和产品性能的系统研究和综合评价相对较少。因此，在“超级电容器的组装及电容性能的测试与分析”和“静电纺丝纤维的制备及性能研究”中，考察基本操作的制备实验只占40%，一般为前期的准备实验，而对产品进行评价作为主要研究内容。本综合实验中涉及多种电化学测试方法：恒流充放电仪、电化学工作站，Arbin充放电仪和AUTOLAB综合测试仪等；可以全面的对制品性能进行测量。

3.实验内容的“实践性”

大四的毕业生同学面临着考研和就业的双重选择，由于一直在接受学校教育，对于社会上行业实际需求和工作内容充满着好奇。本实验涉及的超级电容器制备已经具备较为完整的中试生产线，可以让同学们对社会实践有更深一步的认识。如超级电容器的制作过程可以分为“备料→混料→调浆→涂膜→低温干燥→压膜→冲片→高温干燥→称量质量→转移至手套箱→组装→封口”，中试线对应每一步操作都有相应的仪器设备，如调浆需要混浆机进行混料，进而保证浆料的均一性，防止局部活性物质组分不同，进而保证极片和制品的电化学性能。涂膜在企业生产中都使用间歇涂布机，实验室具备一台3米干燥箱的间歇涂布机，其操作都是在企业中的实际操作，对于学生动手操作能力的提高具有极大的帮助，也为其就业提供一个好的实践经历。

4.实验结果的“表达性”

实验后，教师针对实验要求学生进行数据处理或者实验思考总结。一般情况下我们向同学们讲解origin等作图软件的使用方法，通过事例数据的反复练习使同学们熟练掌这种作图软件，它能满足大部分本科生的作图需求，帮助同学们节省了以往手动作图的时间，同时提高实验结果的科学性和准确性，有利于科学研究的开展。综合实验的实验报告不仅要求同学们对实验相关的数据学会处理，同时还要求各组同学进行PPT汇报，同时其他组同学可以针对不同问题进行提问，这样汇报人及其所在小组在數据的总结中就会条件反射的进行多方面的思考，进行达到更好的理解实验内容和资料收集的目的。另外，口头汇报对于语言表达能力的提高也很有帮助。

5.结束语

综合实验把基础理论知识， 各种实验技能和实验方法加以归纳、分析、相互渗透。综合实验的实施， 全方位锻炼了学生的综合能力。做为一名实验教学工作者， 力争在巧设综合实验方面下功夫， 提高数量， 保证质量。培养出更多知识、能力、素质综合发展的创新型人才。endprint