提升学生核心能力的专业实验教学改革初探

刘 丽，董立谨，申文竹，刘婉颖，武元鹏

（西南石油大学 新能源与材料学院，四川 成都 610500）

大学生核心能力的培养关系到我国人才队伍的建设，是提升国家竞争力的关键。在当前教育背景下，大学生的学习能力、职业能力、创新能力与合作竞争能力的培养已然成为在校学习培养的关键［1］。实验教学是理论与实践相结合的重要教学环节，是开展创新教育的重要课堂，在培养学生核心素养的环境下，加强实验教学是提高学生综合能力的重要手段，对激发学生兴趣、发散学生思维与培养创新意识具有非常积极的作用［2］。材料学科是实践性较强的学科，结合本专业学科特点，如何在新工科背景下进行实验教学改革以加强对学生专业实践能力培养值得探讨［3］。

一、我院“腐蚀与防护专业综合实验”课程现状及存在的问题

（一）实验教学情况

“腐蚀与防护专业综合实验”是西南石油大学新能源与材料学院（以下简称我院）独立设置的一门综合型实验课，是材料科学与工程专业核心实验课之一，共48学时，包含8个实验项目，每个项目8学时，学生自选6个项目完成即可。“腐蚀与防护专业综合实验”涉及金属表面处理、涂层制备、油气田环境腐蚀、电化学表征等多个模块，着重让学生掌握金属腐蚀原理与应用、腐蚀与防护测试技术、工程材料及其耐蚀性、材料防腐蚀技术与工程等课程知识涵盖的基本实验技能和基本操作方法，具备运用课程知识分析和解释实验结果的能力，为学生将来从事腐蚀相关工程技术工作打下坚实的基础，在能源行业材料腐蚀与防护人才培养中发挥着重要作用。

（二）存在的主要问题

近年来，虽然实验条件发生了很大改变，仪器设备、教学资源较以往大幅增加，实验课程从零散的实验项目变成独立设课的综合性实验课程，但是教学模式却未发生大的改变，主要体现在：（1）实验教学方法单一，未能真正体现出以学生为主体。学生被动根据指导书的要求，按照固有的实验步骤、测试方法和工艺路线开展实验，不能发挥学生的主观能动性，削弱了对学生创新能力的培养。（2）实验项目相对比较简单，未能真正体现综合性、创新性。现有的实验项目虽然涉及本领域各个方向，但总体来说操作简单，学生兴趣不浓，削弱了对学生工程能力的培养。（3）考核评价方式单一，未能调动学生实验的积极性。在现在的实验成绩评定中大比例是以实验报告结果为主，虽然每组学生人数有所减少，但固有模式做出的实验结果大同小异，削弱了对学生的实验技能和实践创新能力的培养。这种传统的教学模式已与工程教育专业认证中学生为主体及产出导向等教育观念严重脱节，既不能达到开发学生思维的目的，也无法调动学生的实验积极性，导致学生实验学习态度散慢、动手能力不强、创新能力差。

因此，根据工程教育专业认证和卓越工程师教育培养计划对学生实践和创新能力培养的要求［4］，该实验课程亟须进行改革。

二、实验教学方法改革策略

（一）改革方案

在人才培养过程中，以实践能力培养为主线，建立不同层次的实验项目，采用不同的教学模式和学习方式。综合型实验的目的在于通过实验内容、方法、手段的综合，提升学生综合实验的能力，体现对学生能力、素质的综合培养；设计型实验的目的则在于通过学生对实验的自主设计，体现学生学习的主动性，培养学生运用所学知识解决问题的能力，因此，两种实验的教学模式与学习方式有所不同［5］。“腐蚀与防护专业综合实验”作为一门独立的课程，主要以综合型实验为主，为了提升学生的实践能力和创新意识，本课程采用自主学习、启发式和小组合作式结合的实验模式，体现出一定的创新研究性，鼓励学生通过自主学习，并经小组成员共同研究与分析后，完成方案设计，最终形成实验报告。

（二）主要内容

以课程中“镀镍层的制备与防腐性能实验”项目为依托，按照图1所示进行教学设计，重构实验教学内容，重塑实验能力标准，紧密结合该学科方向的专业特色和行业发展要求，并将思政元素切入实验教学，让学生能够设计实验工艺流程，并在设计环节中体现创新意识，培养学生从事专业相关工作必备的技术和能力；让学生有能力分析和解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论，培养学生的研究能力；让学生以个人和团队相结合的方式设计讨论方案，培养学生的团队意识和沟通能力。

图1 实验教学过程设计

1.将思政元素融入实验教学，提升学生的综合素养。实验教学是高校培育人才的重要环节，如何将思想政治教育和实验教学有机结合，是近年来教学改革普遍关注的课题［6］。为了更好地落实立德树人根本任务，培养油气田行业腐蚀与防护专业高质量的技术人才，必须要利用好课堂教学环节，加强思想政治教育，将实事求是精神、勇于探索精神融入实验课，培养出综合素质高的优秀人才。结合海洋防腐工程、油气集输管线防腐工程等案例，让学生了解金属腐蚀与防腐蚀问题同现代科技发展和人民的生活息息相关，有志于将所学知识与国家发展相结合，服务于社会经济发展。

2.加强信息化建设，开展实验前线上预习和交流，促进学生自主学习能力的养成。针对学生自主学习不足、创新意识欠缺的问题，开展线上+线下混合式教学改革，利用学习通App和班级QQ群开展线上课堂交流，针对“镀镍层的制备与防腐性能实验”项目，将动态化的实验原理和实验过程演示流程图、实验教学录像等多种教学资源上传到平台，要求学生观看案例视频进行学习，基本理解该实验项目应该掌握的知识点，清楚基本的操作规程和注意事项，并能根据预习情况提出相关问题并在线讨论，加强师生之间的互动交流，提高学生学习的主动性和积极性。

3.以学生为中心，促进一个转变：以教为主→以学为主，提升学生的专业核心能力。要提升学生的核心能力，必须转变一个观念，那就是将以教为主改变为以学为主，深入推进启发式教学。近年来，随着课程改革的不断深入，课程教学模式已经或多或少发生了改变，逐步将学生放在主体地位，但多数教学还是以教师讲授、提问和学生被动回答为主，学生的探究和思考空间不多。为了改变这种教学模式，真正体现以学生为主体的教育观念，本项目要求学生课前必须通过在线预习撰写预习报告，在充分调研文献资料的基础上借助实验指导书上的内容设计工艺配方，并以小组形式（每小组2～3人）开展可行性讨论，最终确定一个实验方案在课堂上进行实施。教师的主要任务是启发学生，审核学生所设计的实验方案是否可行，确定有无危险性操作并适当地给出自己的意见和建议，引导学生解决实验过程中可能出现的问题。在方案设计通过之后，由实验室专任教师准备实验器材和药品，引导学生分组实施。

以本项目为例，学生通过文献调阅并结合指导书优化工艺配方，选择不同的工艺（可选择电镀或者化学镀工艺进行实验），经过指导教师审核后即可开展实验，获得所制备的镀层；然后，学生通过对镀层外观形貌观察，硬度、厚度测试，以及耐腐蚀性能的表征等评价镀层的性能，进一步反馈实验方案的优劣，并探讨改进方法，以有效提升工程设计能力和工程创新能力。

4.改变考核方式，促进一个转变：以结果评价为主→将结果和过程评价相结合，进行量化考核。将传统只依据实验报告撰写情况评定成绩的方式，转变成微信平台预习答题、预习报告、课堂问答、操作过程考核及实验结果汇报、效果评价等多种形式相结合的方式。量化考核包括实验预习、签到考勤、实验过程操作、实验报告撰写四个部分。预习答题主要针对实验项目中支撑专业技能的重要知识，比如实验原理、方案设计情况、关键操作点的考核；实验过程主要考查学生的动手能力、小组协作能力及解决实验过程中出现的各类问题的能力；实验报告主要考虑其完整性、规范性、实验结果分析的深度和正确性。

5.将大精设备应用于实验教学，拓展项目的深度。大精设备是高校进行实验教学、科学研究的重要平台，对于学生动手能力、思维能力和创新实践能力的培养至关重要，尤其对于工科院校的大学生来说，能否使用大精设备是体现其科研素质和创新能力的一个重要标志［7］。由于大精仪器设备相对台套数有限，测试任务繁重，在日常工作中真正使用和受益的大多是教师和研究生，用于本科教学的时间相对较少，不利于本科生创新能力的培养。

为了更好地让学生了解实验机理，本项目将X射线衍射仪、扫描电镜、电化学工作站等多个设备列入实验教学。设备的原理和使用方法由主管设备的专任教师讲解，学生以小组形式进行网上预约测试，在科研助理的指导下完成实验。通过数据处理和对比分析，学生会对不同工艺条件所制备镀层的优缺点有更深入的了解，进一步评定自己所设计实验方案的成功性，不仅拓展了项目的深度，也为学生后期的毕业设计和科研深造打下了基础。

要提升学生的核心能力，必须改变传统的实验授课方法，创新实验教学理念，正确把握教与学的关系，以教师为主向以学生为主转变，教师引导学生思考和设计，尊重和培养学生的学习主体地位，激发学生的思考能力和求知欲。通过实验设计、探索创新等环节，培养学生的科学精神和创新思维，提高学生的综合素养；通过学习、讨论、分析、汇报，培养学生用所学知识处理问题、解决问题的能力，提高学生的工程素养。