基于创新能力培养的新能源材料与器件专业实验教学的探讨

周晓明，任 驰，高丽丽*

(1．北华大学 材料科学与工程学院，吉林 吉林 132013；2.北华大学 理学院，吉林 吉林 132013)

为更好地应对全球变暖与气候变化，推行可持续发展的低碳、绿色经济已成为世界各国的共识[1]。优化能源结构、发展新型清洁能源，加强新技术的研发与投入已逐渐成为世界各国经济发展的重要部分[2]。在此背景下，世界各国对新能源领域人才的需求与培养与日俱增[3-4]。为有力支撑、护航我国新能源产业的发展，教育部于2010年增设了新能源材料与器件专业。新能源材料与器件专业不仅涉及的学科较多，学科间的交叉程度也很高，这就为本专业人才的培养提出了新的且更高的要求，培养的学生不仅要扎实地掌握新能源、新材料及器件等全方面学科的理论知识，具备综合分析问题和全面解决实际问题的能力，还应具有更为出色的创新能力。

1 新能源材料与器件专业的专业实验教学创新能力培养现状与改革探讨

本科生的创新往往是突破现有、将所学理论知识加以新用，是将理论知识更高质化的具体应用与开拓发展。本科生的创新能力产生离不开扎实的理论基础与实验技能，其中，实验是加深巩固所学理论知识并将其具体应用的重要过程，实验教学是培养具有创新能力高素质人才教育的重要环节。大多数新能源材料与器件专业的实验课程可简单划分为基础实验课程和专业实验课程，基础实验课程可以培养学生的实验技能、观察能力与分析问题能力，专业实验课程可以培养学生的解决问题能力、科学思维及领域内的创新能力。由于新能源材料与器件专业是新兴专业，课程设置和教学内容安排并没有十分完善，都处在探索发展的过程中，尤其是专业实验教学，往往存在着一些弊端，这主要体现在教学设备短缺、师资力量相对不足、教学形式单一、评价考核方式没有创新能力体现等[5-8]，这些致使学生的创新能力培养严重不足。针对这些问题，提出以下基于创新能力培养的新能源材料与器件专业的专业实验教学探讨。

1.1 更新、转变教师教育思维和理念

基于创新能力培养的教学模式对于提高授课质量，培养具有创新能力的高素质人才具有重要意义。为了使新能源材料与器件专业学生的创新能力能够在专业实验课程中得到更有效地培养与提高，教师需要对传统教学思维和理念进行适时地更新与调整。首先教师在教学中要主动转变自身角色，由传统专业实验教学的主导角色转变为引导角色，实现以教师“教”为主转变为以学生“学”为主，在整个实验课程中，提升学生的参与度，突出学生的主体地位，引导、启发学生积极思维，培养学生的探索和创新能力。教师要将教学任务由课中扩展到课前、课中、课后。在学生课前的专业实验预习环节，教师应适当的布置一些有助于培养学生创新能力的学习任务，巧妙的设置科学问题，激发学生的学习兴趣，使学生在预习基础知识的同时，学会专业性的思考，进而促使学生进行自主性学习和研究性学习。课中教师应将课前预留的科学问题融入专业实验教学环节当中，让学生自己寻找答案，并适时进行指导性的讲解与扩展。课堂教学任务结束后，教师还应尽可能地设置一些有助于学生创新能力培养的综合性问题，让学生课后进入到实验室或相关教师课题组进行相关课题研究，培养学生自己独立思考、动手解决寻找答案的科学习惯，从而对学生的创新能力进行更为深入地层进式培养。

1.2 加大投入力度，精选设计实验内容

新能源材料与器件专业的专业实验教学对实验平台的要求很高，往往需要较为复杂烦琐、且价格较为昂贵的实验设备，很多学校的新能源材料与器件专业由于成立时间较短，在专业实验教学仪器设备方面还很不完善[9-10]，这就要求学校加大资金投入力度，完善专业实验教学条件和设施。此外，在满足基础教学的条件下，基于创新能力的培养，在新能源材料与器件专业的专业实验中，还应该加强综合实验和设计性实验平台的建设，以更好地满足具有创新能力的高素质人才培养的需要。

1.3 引育结合，加大师资力量建设

专业实验的创新离不开相关专业领域教师的引导，而新能源材料与器件专业在很多学校中都是依托在其他的材料专业、物理专业或是化学专业的基础之上新建而成，师资力量相对薄弱，引进的师资往往都投入到专业理论课的教学中或是学科科研研究工作中，开展实验教学的实验教师的数量和专业水平都有限，大多数学校往往忽视了实验教师师资队伍的建设。新能源材料与器件专业是实验与理论知识并重的专业，在学生培养中，实验教学占有重大的比例，因此，专业应加大相关专任教师的投入力度，可以安排部分理论授课教师加入专业实验教学当中，特别是鼓励高水平的科研教师承担专业实验教学任务，这样才能更好地抓住科学前沿，精选、设计适宜学生创新能力培养的专业实验内容，将理论课程所学到的知识真正地贯彻到基于创新能力培养的专业实验教学当中。

1.4 改变、创新传统专业实验的授课模式

传统的专业实验教学模式通常是教师先讲解实验原理，再依据实验原理演示实验操作过程，最后学生根据实验原理，按照老师的操作过程和实验指导书自己独立完成实验操作和实验数据的测量与处理。在教师讲授和实验演示操作过程中，老师和学生几乎全程没有交流，学生在操作过程中遇到问题，老师也只是简单的指出错在哪里，并没有具体的解释与指导，整个实验过程并没有学生独立的思考过程和创新能力的培养。因此，改变传统专业实验的授课模式、创新教学方法和手段势在必行。在实验课堂中教师可以根据专业实验内容开展引导式教学、启发式教学、学生参与和讨论式教学等，在实验教学实施中科学地设置问题引导学生，使学生参与到专业实验的探索过程以及设计环节当中，激发学生的创新思维和科研兴趣。尽量减少教师演示学生不能实际动手操作的实验，对于实验仪器过于昂贵的实验项目，教师在实验演示过程中更应该注重设置递进式的科学问题，尽可能多地加入提问、讨论等培养环节，在实验演示过程中启发学生思维，培养学生的创新能力。

1.5 加强具有创新能力培养的虚拟仿真专业实验项目的开发

新能源材料与器件专业所开设的专业实验大多数都需要复杂且高昂的实验设备，一方面，很多学校在实验室建设方面往往资金投入不足，缺少开展相关专业实验所需要的仪器设备；另一方面，很多专业实验需要用到有毒有害的试剂药品，实验周期也很长，这就使得一些更为专业且贴近工业生产的实验项目无法开设，而这些实验项目往往是培养学生创新能力最好的实验，有助于学生对新能源领域进行更深层次地研究与探索。所以加强可用于培养新能源材料与器件专业学生创新能力的虚拟仿真专业实验项目的开发，更有针对性地增加综合性实验和模拟生产实践，对于培养具有创新能力的新能源领域人才具有十分重要的意义。虚拟仿真专业实验项目不仅可以突破时空和实验条件的限制，使那些需要昂贵仪器和有毒有害试剂的专业实验项目通过简单的计算机操作即可以完成，也可以通过模拟生产线设置相关专业问题，激发学生的创新思维，解决生产过程中所遇到的各种问题，使所开设的专业实验最大程度地贴近生产实践。除此之外，还可以通过设置产品或成果指标，让学生以研发工程师的身份独立完成产品的研发与设计，在模拟生产实践过程中培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。

1.6 构建融入创新能力培养的考评机制

传统专业实验课程成绩的评定主要分为两部分：一是学生实验操作，实践动手能力的考评；二是学生实验报告撰写、数据处理的考评，显然这种传统形式的考核评价方式并没有体现出对学生创新能力的考评，整个实验过程也没有反映出对学生创新能力的培养，仅仅是学生机械的掌握实验过程，观察一下实验现象，再对实验数据进行简单的处理与验证。因此，在推动基于创新能力培养的新能源材料与器件专业实验教学改革中，不仅要在专业实验教学过程中引入创新能力培养的教育环节，更要注重对学生创新能力的考评，应构建一套融入创新能力培养的新的科学考核评价机制，科学地加入创新能力考核环节，这样才能更好地落实与促进学生创新能力的培养与提升。具体如：改变专业实验课程的考核内容和考核权重，在传统的考核评价机制中引入10%～20%权重的创新能力考评，科学的设置创新能力考核内容，例如以学生独立开展设计性实验或是研究性课题作为考核内容之一，这样不仅可以使专业实验教师在教学中注重学生创新能力的培养，鼓励学生进行创新实践，学生本人也会更加注重自身创新能力的培养与提高。

2 结 语

基于创新能力培养的新能源材料与器件专业的专业实验教学改革与探索，不仅要将创新培养理念贯穿到专业实验教学的各个环节当中，更要注重教师教学理念及授课模式的改变与创新，加大资金投入力度搭建创新实验平台，根据学校和专业的实际情况精选设计实验内容，加强虚拟仿真专业实验项目的开发，构建融入创新能力培养的新的科学考评机制，加强学生创新意识的自我培养，使走出校门的学生更加符合创新社会发展的需要。