《材料化学综合实验》课程创新创业教育研究与实践

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（南昌航空大学环境与化学工程学院 江西 330063）

深化高等学校创新创业教育改革是国家实施创新驱动发展战略的迫切需要，十八大以来，党中央、国务院和教育部持续发布有关创新创业教育的文件和要求，全国高校师生广泛参与，我校积极响应并分批次进行创新创业课程改革和立项。《材料化学综合实验》课程是材料化学专业的核心课程，针对传统实验教学存在的创新创业教育问题，我们在教学方法、教学内容、考核方式、学习困难学生帮扶等方面进行改革，探索出切实可行的实施方法，并取得了良好的教学效果和阶段性成果，我校材料化学专业继2019年入选省“一流本科专业”后，进一步成功入选2020年度国家一流本科专业建设名单。教育部高等教育司司长在2020年11月的一次教育部新闻发布会上表示，教育部通过六大举措深化高校创新创业教育改革，可以概括为“六个起来”。《材料化学综合实验》课程也要坚持“抓课程，让根基强起来”。

1.优化教学内容

(1)“专创融合导向”的培养方案和教学大纲优化

《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见（国办发〔2015〕36号）》中明确指出，结合专业，树立先进的创新创业理念。而本科人才培养方案是高等学校实现人才培养目标和质量规格要求的总体计划和具体实施方案，是学校组织和管理教学过程的依据[1-2]。完善与国家创新创业教育要求相适应的培养方案和教学大纲，首先要将创新创业理念和目标融入其中。

在培养方案中把提高学生创新创业能力列为重点目标，并与学生毕业后5年目标相结合，毕业要求包括知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、材料化学与社会、环境和可持续发展、职业规划、个人和团队、沟通、项目管理、终身学习与创新创业能力等12个部分。优化了创新创业改革早、成效好的课程学时设置，比如大幅度增加《材料化学综合实验》学时，由原来的48学时提高到64学时。

在教学大纲的优化中，主要有以下几点：一是强化创新创业能力培养，本课程的主要目标是通过实验使学生加深对专业基础及专业课程中有关理论的理解，使学生有初步设计实验的能力及一定的科研能力，并增强创新创业能力，为大四毕业论文的顺利进行及未来从事材料生产工艺、研发、创新创业等，打下一个良好的基础。同时，支撑专业毕业目标中相应指标点的达成。二是建立课程目标与培养方案中毕业要求指标点建立密切的支撑关系，12个毕业目标指标点与4个课程目标均有对应关系。三是在专业实验教学中融入思政元素，注重立德树人。

(2)紧扣创新创业教育要素进行实验项目优化

创新创业教育要跟专业高度结合，抛开专业谈创新如无米之炊。教育目的、教育内容、教育手段与方法为大学生创新创业教育的基础要素[3]。对于实验教学，实验项目是基础要素的重中之重。一方面，必须增加知识广度，在材料化学综合实验内容的选择上，要求反映材料化学专业课的新知识、新技术，这样可以提高学生的实验兴趣，在先修理论课程《材料科学导论》《材料合成化学》改革基础上进一步优化[4-5]。另一方面，在项目中适当地融入创新创业意识和方法，使学生树立产品的标准意识、知识产权保护意识和创业精神，并掌握基本的科学研究方法。比如在涂料的制备及应用实验中，要求学生对照国标进行性能检测，让学生明白产品从研发、生产、检测、办理合格证、到市场售卖的完整过程，授课过程中举例校友创办涂料相关企业的经历，让学生掌握创业的基本流程并树立对新产品等知识产权的保护意识。比如在石墨烯制备实验中，拓展各种掺杂对其性能的促进作用，讲述时举例最新的魔角石墨烯在超导方面的前景，为同学们拓展创新思路。

提高综合性、设计性实验项目开设比例。材料化学综合实验的实验内容应强调科学的前沿性，又有材料化学、材料现代测试方法的内容，涉及知识点较多，仪器及测试技术多，必须加大综合性、设计性的实验项目比例，训练学生基本实验技能，激励学生主动去思考问题，掌握材料的制备、表征、应用的方法，锻炼了学生专业基础知识，增强了探索、创新的科学热情。

将设计性实验项目升级为创新设计性实验。传统的教育模式已经无法适应现代人才培养的需要，平衡好创新创业教育要素中教育者、受教育者两个主体的关系尤为关键[3]。改进或创造新的事物、方法、元素、路径、环境等必定要付出艰辛的努力。在当前国家和教育部门大力推行和要求下，教育者愿意投入时间进行课程创新。但受教育者内心是比较抵触的，因为他们长期以来形成了对教师的依赖。必须要采取切实可行的方式激发学生的学习动力。

实验项目与教师科研及生产实际紧密结合。与教师科研课题相结合或来自于生产实际有利于学生主观能动性和创造力的发挥，也有利于理解基本理论，掌握实际技能，全面提高创新创业能力和素质。比如与全球领先的眼镜公司进行经常性合作交流，主要涉及的实验项目是在眼镜镀膜和镜架形变方面，一方面促进了学生的创新兴趣，另一方面促进了就业，近三年接纳本专业毕业生20余人。这种“项目制”大大促进了学生与校友和企业的交流以及为地方经济服务的意识。

2.教学过程及方法改革情况

(1)增设创新创业讲座

在课程开设的第一节课，开设创新创业教育专题讲座，主要内容涉及本课程主要内容、本课程创新创业教育目标、创新思维方法、设计性实验流程和创新成果表达方式（包括专利、论文的撰写方法）、考核方式等。采用案例教学，通过创新创业典型案例引导同学们进入创新创业教育学习，激发学习动力，克服畏难情绪。

(2)多样化教学方法

创新和使用多样化教学方法，在保障实验安全的前提下减少详细实验步骤的讲解，在教学中增加“选项目、查资料、写方案、讨论方案、做PPT总结汇报”等环节，对学生实验和探索过程中采用基于问题、项目、案例的互动式、研讨式教学方式，组建实验小组进行自主、合作、探究的学习方式。

充分运用现代教学手段。对耗时长、高温高压条件、激光激发等特殊的实验需引入虚拟仿真实验。比如激光诱导化学气相沉积法制备超微粉，对沉积粉体颗粒大小和均匀性起到决定性作用的是粒子流的输运过程和动力学特征，依赖于反应器内的激光束发射装置、反应焰及捕集装置设计，实验前的模拟可以让学生直观了解内部构件及优化条件的着力点，可以更形象地掌握实验原理及过程。从而提高学生的学习兴趣，达到预期的实验教学效果。

(3)加大开放力度，实施“项目跟踪制”

创新创业教育受传统课表、实验仪器限制、统一管理等约束不少，要突破和创新不仅要在内容上，在时间、空间和管理制度上也需要跟进。在内容上不固定题目，只分析案例，每年根据学校的学科定位和发展前沿列几个主题，供同学们参考，也可以自定主题。比如将近年的热门材料氧化石墨烯、g-C3N4、Mxene等引入实验中。在空间上不局限于本实验室，要拓展仪器的使用范围，可以建立课程群，让更多的专兼职导师参与指导实验，扩大仪器的共享。管理制度上对创新设计性实验易采取开放化模式，给与更大的自由度。

实施“项目跟踪制”，课堂结束并不意味着项目结束，可以与毕业论文、毕业实习结合起来，延伸课堂时间，进行持续跟进与创新，甚至毕业后下一届学生接着跟踪，继续创新。通过建立项目跟踪库，学生可以随时通过学习通等调阅项目库，避免每一届学生都是从零开始，这样可以增加创新的深度，完善持续的创新机制。

(4)实施分层次教学，加强对学习困难学生的帮扶

实施小班化教学，在学校的大力支持下，实行30人左右的大班实验教学缩减为15人左右的小班教学，提高老师与每位学生的互动与交流。同时减少小组人数，增加锻炼机会。通过增加仪器台套数，增加单班实验次数，改进实验室等方式实现由2人一组到1人一组的转变。学生动手能力得到很大提高。在创新设计性实验中，一人一题。发现学习能力强的学生，采用分层次教学，对学习有困难的学生实施精准帮扶。

分层次教学。综合性设计性实验采用分层次教学，以创新设计性实验为例，分为A、B、C、D四个层次。A1层次是自由选题，创新性较强，目标是在项目实施过程中产生专利论文等创新成果；A2层次是创业项目，生产新产品或对某一产品配方进行改进，按照国标方法设置检验流程；A3层次是校友企业或实习企业征集与课程有关的项目，进行合作与初步实验，成为实习预演项目，为实习和就业拓宽渠道；B层次是综述文献过程中产生自己的想法，实验项目具有较明显的创新想法；C层次是选择文献方法进行验证或稍微改变条件实验；D层次是针对学习有困难的同学在反复努力还有可能完不成的情况下，由老师指定或引导进行创新实验。下表是2017-2020年本课程分层次教学统计表。

表1 分层次教学各层次人数分布情况统计

从表中数据可以看出，选择A级项目的同学数量在逐年上升，C级以下项目在逐年减少，D级项目在17级学生中减少为零，而B级以上比例呈逐年上升趋势。这主要得益于案例教学、示范引导、优秀学生、项目引领和分层次教学方案的实施及对学生的帮扶。

3.考核方式改革情况

(1)增加创新能力考核比重

考核方式从传统的基础知识和操作能力考核为主转变为“以基础知识运用能力、创新能力、撰写文案能力考核相结合的方式”，特别注重创新设计性实验的考核，降低实验结果好坏的考核占比，增加ppt答辩环节，增加专利成果、论文成果及企业认可度等考核内容，具体考核方式如下（以创新设计性实验为例）：

设计性实验项目总评=方案设计×（30%）+操作与报告×（30%）+ppt规范×20%+答辩成绩×20%（也可以用论文初稿、专利初稿、产品合格证等代替ppt规范和答辩成绩两项，即论文初稿或专利初稿×40%）。

(2)增加创新过程考核比重

改变传统实验教学考核中过度关注产品产率、外观、性能测试结果等，着重对学生思维过程的跟踪，关注对学生创新方法的评价和科学素养的养成，关注对归纳文献能力的考核、撰写文案能力和表达能力的考核。我们实施创新设计性实验的一般过程是：案例引导—选题—选题问询—文献调研—方案核心—方案答辩与可行性建议—综述撰写—方案调整与完善—方案实施—过程指导—论文式报告—项目答辩与评价—创新成果提炼。其中的“一问询二答辩”是教学过程考核的重要环节。选题问询主要是了解和考查学生的兴趣、知识结构及对题目的理解程度并提出建议。方案核心包括项目名称、主要仪器和药品、实验框图、创新点、主要参考文献五个部分，要求学生高度凝练在1页A4纸内。方案答辩主要考查学生对创新点的理解，对实验过程的把握及对文献的归纳能力，也可以减少学生因可行性问题做重复工作。项目答辩与评价则全面考查学生的创新能力、实验技能、数据分析、总结归纳、文案撰写能力，并根据创新程度给与创新成果评价。通过过程考核让学生加深对课题的理解，掌握科学研究一般方法，提高创新思维能力。

(3)强化专利创新成果产出

专利教育是创新创业教育体系中的重要一环[6]，创新创业成果转化成专利形式有利于成果的保护和转化。为此，我们提出基于专利创新成果产出的教育模式（PIOBE）。学生学习本课程的原始驱动力主要来源于获得学分，但对他们来讲，创新创业教育改革后的难度和时间投入明显超出一般课程同等学分的时间投入，再加上本课程是在大四上学期，大多数学生在考研、找工作或考公务员等。需要新的驱动力，专利成果一定程度上可以体现创新性，实验项目可以为考研面试增加知识面，工作面试增加就业方向。下表是材料化学专业近年分层次教学、创新成果及升学率相关数据统计。

从表中数据可以看出，B级以上比例呈逐年上升趋势，与之对应的本科生在课程教学中产出的成果数量也呈逐年上升趋势，学生的升学率也在逐年上升。

改进创新创业学分的认定办法，健全创新创业学分积累与转换制度是创新创业训练课程建设的重要内容[7]。这种考核方式实施以来，愿意投入时间进行创新设计性实验的同学比例逐年上升，从改革初期的30%左右上升到超过80%，专利申请成功率也从只有1项上升到每年6-7项，虽然最终不是每一个同学都能产出创新成果，但同学们花时间花精力去设计项目的热情逐渐升高，最后收获的掌握科学研究的方法和技巧，减少了抱怨，增强了对课程的满意度。当然，在专利申请过程中也要提醒学生避免简单申请，一定要设法提高专利质量和转化率，不能只注重数量。

4.结语

深化高校创新创业教育改革是国家实施创新驱动发展战略的需要，也是中国高等教育综合改革的需要。“抓课程，让根基强起来”是普及创新创业教育的基础。我们对《材料化学综合实验》课程进行创新创业教育改革与建设，制定出“专创融合导向”的培养方案和教学大纲，紧扣创新创业教育要素优化教学内容，将设计性实验项目升级为创新设计性实验，鼓励学生在开放、包容的环境下获得试错的机会，指导学生解决实际问题、申请专利等，使学生得到认可，体验成功。通过实行小班化教学，循序渐进，典型引领，分层次教学，增加创新能力考核比重、基于专利创新成果产出的教育模式等。《材料化学综合实验》课程创新创业教育实施过程中切实可行的做法取得了良好的教学效果，并形成了可持续的改革思路和模式，学生创新创业能力得到了提升，受到了同行和专家的一致好评，具有较好的推广价值。