学科交叉下的本科生创新能力培养探索与实践

张国光 李 琴

(南昌航空大学材料科学与工程学院，江西 南昌 330063)

为主动应对新一轮科技革命与产业变革，服务国家重大战略，从2017年2月到2018年4月，教育部先后发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》、《关于推荐新工科研究与实践项目的通知》和《关于公布首批“新工科”研究与实践项目的通知》。

当前，人工智能、大数据、云计算、新材料、新能源等领域蓬勃发展、新兴和新生产业不断涌现，对当下工科高校人才培养提出更高要求，高校更需前瞻性地为未来战略必争领域的人才培养做好充分准备，培养出更多创新型、应用型、高素质复合型人才。

南昌航空大学腐蚀与防护专业方向有60多年的历史，办学特色鲜明，为国家和地方培养了大批优秀的工程技术和管理人才。

多年办学形成了较为完善的有自身特色的课程体系。作为腐蚀与防护专业方向《电化学与测试》课程的授课教师，笔者通过在授课内容中增加学科前沿知识以及适量的工程应用案例，在实验方法上不断改革，培养学生基本技能、科学思维和创新能力[1]，但是课程学时有限，学生在校期间如何将课程学习获得的知识和能力体现出来并进行提升，一直是笔者思考的问题。

因此在《电化学及测试》课程改革项目和南昌航空大学校团委负责的“三小”(小发明、小制作和小创作)项目支持下，笔者指导大三的本科生开展了近一年的超级电容器制作的项目，就如何在学科交叉下开展创新人才培养进行了探索和实践。

1 实践中提升动手能力

超级电容器是新型的储能器件，具有比锂电池更高的功率密度，在智能电网、城市交通、航空航天等领域有广阔的应用前景。

从事此项目要求学生具有电化学、材料和物理等不同学科的基础理论知识及动手实验能力。参与项目的学生全部为腐蚀与防护方向的大三本科生，不具备无机非金属材料专业的理论知识和实验技能。

有鉴于此，首先通过指导，使学生尽快掌握相关实验技能，具体就是传授实验经验和技巧，由高年级的本科生和研究生做实验示范，然后带着参加项目的本科生熟悉材料合成、电极制备、器件组装的实验过程，熟悉性能测试设备操作，最后由学生独立操作完成整个实验流程。在实验室通过传和带的过程提高学生动手实践能力。

2 实践中提升理论知识掌握程度

本科生通过实验关后，教师指导学生进入专业背景知识学习阶段，通过查、读、写三个环节培养学生自学能力、提升学生对相关专业知识掌握程度、拓展知识广度，实现学科跨界交叉融合。

参与项目的腐蚀与防护方向的大三本科生正在学习《电化学及测试》这门专业理论基础课程，“三小”项目设计到的超级电容器工作原理、性能测试原理在《电化学及测试》课堂教学中涉及的并不深入。

在项目实施过程中，教师做好指导和督导，要求学生根据教师提供的关键词查阅文献，掌握超级电容器的工作原理，结合课堂教学内容和教师制定的参考书，掌握电化学中的双电层理论和赝电容理论知识，学习循环伏安法的测试原理，运用学到的理论知识对测试结果进行分析和计算，根据教师指定的教材学习专业外的无机纳米材料合成与表征方法，结合自身实验经验，对理论与实践相结合有切身的体会。通过学生撰写报告，锻炼学生科技论文写作能力，也有助于对学到的知识进行深层次的凝练。

3 实践中提升自主学习和分析问题解决问题能力

项目的进行充满了失败，从材料的合成到电极的制备再到电极性能的测试以及最后的器件组装和性能测试，每个阶段都进行了多次反复。

项目进行中要敢于慢，例如材料的合成过程里，在学生掌握合成基本实验过程后，要求学生对项目所要合成的材料进行文献查阅，根据文献中的合成方法提出材料合成的实验步骤和参数。

纳米材料合成超出了腐蚀与防护方向的本科生专业知识和技能范围，要求学生查阅资料并归纳总结也远较教师直接布置实验方案和细节耗费时间。学生归纳并提出的方案也未必合理和完善，作为指导教师需要这样的环节让学生亲身体验实验方案确定的过程。

项目进行中要敢于错，通过学生的错误提升学生实验技能和分析问题、解决问题的能力。一个实验完成后，通过学生对实验过程和结果的描述、教师进行质疑，然后师生共同分析、再质疑，以此提升学生观察和分析问题解决问题能力。

通过对学生实验中的错误的剖析来提升学生实验技能，最终使学生明白问题出在合处，如何解决。经过这样过程，使学生发现实验技能和理论知识的不足，通过知道不足增加学习的紧迫性。这样通过老师督导、学生的动手、动嘴和动脑，学生的动手能力、理论深度和广度以及分析和解决问题的的能力得到明显提高。

总之，创新型、应用型、高素质复合型人才培养不能局限于课堂教学和依托课程的实验项目，有合适的科研性质的项目，有适当的经费支持，通过教师辅导、指导和督导，助力学生克服课程设置中的专业分割导致的局限性，加深专业知识深度、拓展知识广度，实现学科跨界交叉融合；通过学生“三动”(动手、动嘴、动脑)大幅提升动手实践能力、沟通与写作能力、自主学习能力和分析解决问题能力。