基于实践创新平台的分层次专业实践教学探索与实践

花 蕾 王晓东 陆克祥 高 蕊 董爱娟 潘晓燕 王晓庆

（同济大学浙江学院土木工程系 浙江嘉兴 314051）

应用型本科高校人才培养定位为依托当地经济发展，根据企业的实际需求，培养具有较强的动手能力、综合实践能力，并具备一定的从事专业研发和创新能力的人才[1]。高校在应用型人才培养过程中除了在学科定位、专业设置、教学研究、教学模式、教学效果等方面进行改革之外，应该注重发挥实践教学在人才培养中的作用[2]。同时应用型人才的培养应更强调人才在实践过程的训练和应用能力的培养，不仅在教学内容、教学组织上要突破传统的教学模式，增加专业实践、专业实训和专业实习的学分占专业课程学分的比例，减少验证性实验，加强创新性、综合性实验，而且特别要重视走产学研相结合的、企业需求的应用型人才培养道路。

作为工科专业教育的本质特征，实践教学主要作用为让学生通过动手实践的方式深入地理解所学的理论知识，提升分析问题与解决问题的能力。目前各个高校实践教学条件显著改善，但是在工科实践教学中含金量比较高的创新性实验以及自主设计的研究性实验均开发不足，主要表现为：教学方法比较传统和刻板，大多是给定实验流程、实验材料，学生只需要机械地操作，缺少主动思考。

传统的工科专业培养体系中，课外创新实践活动被认为是专业培养体系的补充和拓展，两者一直是主次关系、从属关系。专业培养计划里的“专业实践”教学实验活动与课外 “创新实践”活动差异在于教学理念和方式的不同。前者突出老师的“教”，通常以局限的课堂授课以及集体、单一的实践形式为主体；后者则是突出教师的“引”，以一种开放形式展开、提倡以学生为主体，强调培养学生的探索、创新实践的能力[2]。此外，课内教学实践活动由于受教材、实验条件及学时等限制，不能随意改变，缺乏灵活度；而课外教学实践活动的灵活度及自由度很大，可以根据学生所在年级、专业知识背景等设计实验的内容。因此本次教学改革实践证明，“创新实践”类课外实践活动的地位与培养计划里面的专业实践活动有着同样重要的地位，它们是相辅相成、相互促进的平等关系。

“材料科学与工程”学科是一门多学科交叉的学科，在当今的科技发展中占有极其重要的地位，是对人才创新及实践能力要求比较高的工科专业。本教学改革实践主要以笔者所在学院的材料科学与工程专业为例，探讨通过搭建“第二课堂+大学生创新”的课外实践教学平台，实现对学生进行分层次专业实践活动。希望通过这次教学实践改革，让学生在短短四年的时间掌握扎实理论基础的同时，实现多维度综合素质能力的提高，达到应用型本科对人才培养需求。

一、教学实践改革的内容

（一）创新实践平台的搭建

“第二课堂”是指第一课堂以外的教学活动，“第二课堂”的形式可以多样化，内容丰富，在开发学生潜能，激发学生兴趣方面发挥着重要的作用[3]。“大学生创新”通常是学生在获取知识技能的过程中观察能力、理解能力、创造力和实践能力提高的一种表现[4]。通过大学生创新活动，旨在强化大学生的创新实践能力，提升大学生的综合专业素质。本教学改革为学生搭建“第二课堂+大学生创新”的课外实践平台，在此平台上可以实现由课内专业教学拓展到课外专业实践的教学实践的新模式。本次教学改革的专业培养模式如图1所示，主要分为三个阶段：第一阶段为专业入门阶段，第二阶段为专业深入阶段，第三阶段为专业素质提高阶段。

图1 分层次实践教学的培养模式

1.专业入门阶段

此阶段主要依托“第二课堂”，针对1～2年级的学生开展与专业知识相结合的趣味性专业实验，让他们在实践过程中对专业逐步建立起感性认识，进而产生专业学习的兴趣。此类实验的特点简单、趣味并带有一定程度的启发性，例如 “导电材料”“神奇的光催化材料”“材料3D结构模型图构建”、从“荷叶效应到超疏水表面的构建”“3D打印树脂液的配制与打印成型”等趣味实验受到了学生的欢迎。

2.专业深入阶段

本阶段主要依托“第二课堂”和“大学生创新项目”平台针对大学2～3年级的学生开设的、与专业实验相关的、验证性或探索性的实验。此类实验以专业课程配设传统的实验项目为主，但作为开放性实验时则增加一定的难度，不再是按照常规的实验教学大纲展开，而是进行了一定程度的拓展：一是教材仅给出实验提纲和仪器使用说明，不提供详尽的操作步骤；二是改变原教材中的部分实验内容，比如试剂、仪器、实验方法等；三是直接给出实验结果，让学生根据所学的专业知识，查找资料，在此基础上设计新的实验步骤。此类实践活动，带有自主性、应变性，同时需要学生根据所学的知识进行一定带有探索过程的思考。例如，“热失重（TGA）分析聚合物的热降解行为”“扫描电镜（SEM）观察钙矾石在水泥基体中分散”，在此类实验项目中学生可以对专业核心课程材料研究方法中测试仪器的理论进行深入理解学习。通过完成“纳米智能水泥基复合材料的性能研究”“纳米水泥基复合材料的抗硫酸盐性能研究”“功能性纳米涂料的制备”“聚醋酸乙烯酯合成条件的探究”实验项目，学生可以对学校开设专业基础实验进一步深入理解的同时，还可以学习大型仪器分析、表征材料的性能特点等专业技能。

3.专业素质提高阶段

本阶段主要通过省、校级大学生创新活动平台，对学有余力的3～4年级学生开展创新实践活动。目前有三种类型的大学生创新课题，第一种是学生自主的创新课题，由学生自主提出项目内容，专业导师参与指导；第二种是与教师科研项目相结合的课题。本科学生的专业知识有限，对学科的前沿了解不多，难以提出具有创新性的项目，专业教师可积极引导学生参与自己的科研项目，并将大学生创新的内容与教师的科研项目相结合，学生在教师的指导下完成大学生创新实践项目的申请；第三种则是利用校企合作平台，教师引导学生将大学生创新的内容与企业的实际需求相结合。通过参与校企合作的项目，可以提高学生解决实际生产以及工程问题的能力。例如“废弃秸秆/石膏制备生态建筑装饰板材的研究”项目是学生自主创新的课题； 而“3D打印纳米AT改性光敏树脂的制备与性能研究”“基于传感特性多形貌纳米聚苯胺的制备与研究”这类项目均来自于教师科研项目；“注射用透明质酸钠凝胶小样的制备与表征”及“易回收、可重复利用的纳米TiO2/石墨烯复合光催化材料的制备”此类课题来自于校企合作的项目。“NiCo2O4/石墨烯/碳纳米管三元电极材料的制备与表征”这类具有前言性的热门课题获得了省级大学生创新项目的立项支持。

（二）分层次实践教学的组织形式

1.短期开放

对于趣味性的专业实验，可采用短期开放的形式。教师制定好实验计划，与实验室管理人员确认后安排指导实验的时间，学生可以在安排的时间内到实验室参与实验活动。此外，重点实验室的大型仪器也可以通过短期开放的形式向学生进行开放，学生可以先向实验室提出申请，实验室安排时间后，学生在教师的指导下完成仪器的操作过程。

2.常规开放

基础验证性实验将作为常规开放实验教学融入到常态的教学实验中。例如，专业实验课程因仪器套数所限，教学中常采用循环轮转制，因此可以合理安排同学进行实验。这时，同一间实验室里既有做规定实验的，又有做自主性实验的，教学气氛相当活跃。

3.长期开放

对于获得大学生创新项目支助、参与教师科研项目及校企合作项目的学生，在教师指导下完成实验方案的计划，可以申请长期使用实验室完成项课题中的研究工作，实验室可以对这部分同学实施长期开放。

二、激励保障机制

为了调动学生参与第二课堂和大学生创新活动的积极性，吸纳更多学生参与到创新实践活动中，学校出台了一系列的激励和保障政策：

1.科研经费保障

大学生创新及第二课堂立项的课题，学校均会给与一定的实验经费支持。学生可以在教师的指导下合理地使用经费开展相关的创新实践活动。

2.制度保障

本校为了应用型人才培养的需要，出台了一系列实践创新类学分认定的试点政策。对于第二课堂的实践活动，学生在实践活动周期结束以后，按照要求提交学分认定的申请、相关的佐证材料（实验报告、论文、调研报告、参加活动的学时数）等经过指导教师确认合格后，上交至学校教务处可以认定创新实践类学分；大学生创新项目则需要在项目完成后，项目组的学生向教务处提交学分认定的申请、结题证明等材料认定创新实践类学分。

三、取得的成绩

经过近三年的教学实践改革发现，材料科学与工程专业的学生参加创新实践平台的人数逐年增加。据统计，2015级学生在大学一年级报名参加“第二课堂”学生占总人数的11.1%，2016级学生一年级报名参加“第二课堂”的学生占总人数的18.9%，而2017级学生一年级参加“第二课堂”活动的学生人数达到总人数的90%，越来越多的学生愿意参加课外实践活动来提高自己的动手实践能力。经过几年的积累，学生在创新实践领域取得了一些成绩，从2016年初到2019年末，材料科学与工程学生申请校级大学生创新项目21项，获得浙江省新苗人才创新项目立项支持5项，12人次发表科技论文6篇。

四、存在的问题

1.实验室管理问题：实验室为学生提供了创新实践的环境和场地，因此需要建立一系列的管理规章制度规范学生在课外参与实践活动的行为。材料实验室针对学生课外实践活动的管理和运行建立了“大型仪器设备的使用、维护与管理”“第二课堂实验室活动规章管理制度”“大学生创新实验的管理与安排”等规章制度。但是对于学生自主性的、创新性的专业实践活动管理却比较困难。[5]

2.教师对实践类课程的认识：传统的教学中，教师在专业课的授课过程中更注重理论知识的传授，对实验教学工作重视不够，对学生常规的实验教学要求比较低，只需要他们完成教学要求中的实验任务，缺乏对学生创新实践能力的培养。

3.学生时间安排：平时学生专业课程学习任务比较重，而课外创新性的实践活动需要花费学生不少的课余时间，特别是三、四年级学生需要在考研、专业实习及找工作等领域花费大量的时间，因此如何让学生合理地安排时间全身心地投入到创新实践活动是目前亟待解决的另一个问题。[6]

五、结束语

经过近三年的教学实践发现，基于“第二课堂+大学生创新”的创新实践平台与“专业课课堂教学+专业实践”是相辅相成、相互促进的平等关系，具有举足轻重的作用。通过创新实践平台，学生可以更好地掌握专业知识，锻炼创新思维，提高综合利用专业知识分析、解决问题的能力。此外，教师通过实践创新平台，从一年级开始就可以吸引一些优秀的学生加入到科研团队，实现教师科研发展与学生的综合能力素质共赢的良性循环的局面。