材料化学专业实验教学探索与实践*

2022-03-24白凌云

广州化工 2022年5期

王军，白凌云，黄隆

(江西科技师范大学材料与机电学院，江西南昌 330013)

新材料已经成为世界各国必争的战略性产业，材料科学与工程学科担负着新材料研发、设计、生产、制备的重任[1]。材料化学专业是材料科学与工程和化学交叉形成的一个专业，培养掌握材料科学和化学基本知识，具有材料制备和性能分析的基本能力的应用型人才。

随着现代科技的发展，材料化学专业在新材料、信息、能源、环境等领域的作用越来越重要。目前，国内超过170所高校开设了材料化学专业，江西科技师范大学自2006年开始招收材料化学专业本科生，结合学校的办学定位，制定了材料化学专业人才培养，确定了以培养“具有一定的科学研究、技术开发能力和创新意识”的应用型高级人才为目标。

对于理工科学生而言，实验课程能将理论课程中的知识应用于实际问题的解决，具有验证理论、培养能力、提升专业素质的作用，在实现人才培养目标中具有重要地位[2]。材料化学专业人才培养方案中的实验课程包含基础实验和专业实验，主要实验课程如图1所示。在实验课程体系中，专业实验既是基础实验的延伸，又是为学生到具体岗位从事专业工作做铺垫，专业实验对学生创新创业能力的培养具有独特的作用，本文在分析材料化学专业实验教学现状的基础上，介绍我校材料化学专业实验教学经验，并分析材料化学专业实验在提升创新意识和创业能力中的作用。

图1 我校材料化学专业实验课程体系Fig.1 Course system of material chemistry professional experiment in our university

1 材料化学专业实验教学现状分析

1.1 材料化学专业实验教学没有统一标准

材料化学专业是理工结合、学科交叉的专业，在新能源材料、信息技术、航空领域、环境保护等前沿科学中发挥了重要作用[3]。材料化学专业涉及内容广，涵盖学科多，尽管很多高校都设置了材料化学专业，但不同学校，材料化学专业归属于不同学院，有些在化学化工学院，有些在材料科学与工程学院，这导致了在材料化学专业实验的教学过程中，仁者见仁、智者见智，对于具体的教学内容，难以形成统一的标准。

普遍存在的一种情况是，结合各自学校材料化学专业建设的基础，以及学校所在地区经济社会发展状况、学校优势学科等客观条件，选择专业实验教学方向和具体内容。如吉林化工学院提出了四类实验教学模块(专业必修实验、专业选修实验、学科大类平台实验、个性化特色实验)，构建了材料化学专业实验教学新模式[4]。农林类院校材料化学专业则将生物质材料、农用功能材料融入到专业实验教学中[5]。

材料化学专业实验教学内容缺乏统一标准有其历史原因，早在1987年，国家教委修订的全国理科专业目录中，在化学学科中增设了材料化学等应用性和边缘交叉性学科专业。而在2012年，中华人民共和国教育部在《普通高等学校本科专业目录》中，将材料化学专业划入工学材料类。现在已出版的各种材料化学专业实验指导书，在具体教学内容上，还未形成统一的认识。鉴于此，制定统一的实验教学指导书，可以为材料化学专业实验教学确定参考标准，势在必行。

1.2 材料化学专业实验项目间关联性低

在没有统一的实验教材的情况下，材料化学专业实验教学时，很多高校通过发动专业教师及科研人员投身于本科生实验教学，这样做不仅有助于促进科研服务教学，还能帮助本科生加深对专业的认识，提高学生的专业素养。

然而，材料化学专业属于学科交叉的专业，从事该专业的教师往往具有不同的研究方向和兴趣，在专业实验开设过程中，实验项目来源于教师的科研项目，这些项目的方向相差很大，造成了专业实验项目关联性低，学生在学习的过程中很难深入思考，专业实验课程教学效果不理想[6]。

1.3 材料化学专业实验教学条件有待提升

实验教学条件包括软件条件和硬件条件。软件条件包括师资、教学大纲、实验指导书等。大多数材料化学专业具有高学历、高职称教师，但从事专业实验教学的实验教师往往比较匮乏，实验项目指导往往由从事理论课教学的专业老师兼任，他们本身有理论课程教学和科研任务，实验教学上投入的时间和精力不足。同时，实验教学大纲很难及时更新，更没有与实验课程对应的实验教学书。

硬件条件方面包括实验室和仪器设备等，基于科研课题衍生的专业实验项目，由于用到昂贵的科研仪器设备，能开设的实验组数有限，本科生动手操作的可能性较小，而且科研实验用房普遍较为紧张，很难长时间容纳大量学生进行实验教学，实验过程中，对学生动手能力的提升不足。

2 我校材料化学专业实验教学经验

2.1 整合学院资源，优化材料化学专业实验教学条件

在实验教师队伍建设上，学院确定了以博士、教授牵头的专业实验教师队伍，在实验教师相对缺乏的情况下，固定了部分老师在教学过程中，以实验教学为主。经过十余年的发展，材料化学专业实验教师队伍相对固定，并在实际教学过程中，形成了自己的教学特色。

在硬件方面，充分利用学院拥有的省级重点实验室仪器设备，充实到材料化学专业实验教学中。通过分小组轮流交叉教学的方式，让更多的学生接触到先进的仪器设备，在拓展学生视野，加强学生对专业的认识以及熟悉专业发展前沿上发挥了积极作用。

2.2 教学过程中，以问题引导的专业实验教学法培养学生创新意识

作为应用型理工科专业，材料化学专业实验在提高学生实践能力和创新素质上具有特殊的地位。将“问题”贯穿实验教学过程中，让学生带着“问题”来上课，伴着“问题”进行实验探索。在教学过程中，通过实验项目的整合，加强实验项目之间的关联性，增强专业实验课前后进行实验项目间的联系。

具体来讲，在材料化学专业实验中，通过 “环境污染”、“金属腐蚀”、“固体表面起雾”等生活中常见的问题，引导学生分析问题，并尝试解决问题。带着解决问题想思路，向同学们讲解相应的具体实验项目。采用这种教学方法后，不仅能激发学生的学习兴趣，同时，学生在进行实验前，对实验目的的认识更加清晰，实验过程中，对实验原理和实验步骤的理解更加深入，实验课程后，对实验的反思更加有针对性。

专业实验项目中涉及的实验参数均不固定，学生在实验过程中，本着解决“问题”的目的，设计实验参数，经指导老师确认后，进行尝试，并对实验结果进行分析和讨论。这样的教学方法不仅能让学生在本科阶段掌握材料研究的方法和步骤，了解新方法、新技术，接受新知识，还能培养学生创新意识，提高学生创新创业能力。

2.3 创新思维训练方法融入专业实验课程教学，提升学生创新能力

创新能力的培养是提升学生就业能力的重要途径[7]，随着年龄的增长，思考问题的方式固定化，创新能力受到束缚，在材料化学专业实验教学过程中，引入创新思维训练方法，提升学生创新能力。

“思维导图”是个人发散式思维方式形成的工具，“头脑风暴”能帮助团队快速找到大量解决问题的方法。在材料化学专业实验教学过程中，在指导老师向同学们介绍 “问题”后，要求同学们用思维导图对问题进行深入分析，各实验小组采用头脑风暴，对解决“问题”的方法进行讨论，然后在指导老师的辅导下，评价各种问题解决方案，并在老师的指导下确定实验参数、实验步骤及具体实验内容。这样做既调动了学生的积极性、主动性，也培养了学生的创新思维能力。

专业实验中加大综合类实验、设计类实验项目的比例，让学生在实验过程中能深入思考，并将创新创业课程中学习到的创新思维方法运用到专业实验课程中，不断提升学生的创新素质和能力。