高校材料类专业项目式实验教学模式探索与实践

夏委委，黄 斌，傅茂森

（西北工业大学材料学院 陕西 西安 710072）

党的二十大报告强调：“坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之。”高等院校作为塑造高素质人才的重要平台，承载着培养优秀人才的历史重任。如何培育出能满足当代社会需求的多元化人才，是教育工作者必须深思的问题。实验教学作为高等教育教学体系的关键组成部分，致力于帮助学生进一步巩固专业知识，培养学生的综合创新意识和动手实践能力，激发学生的团队协作精神和独立解决问题的能力，是实现高素养、高技能人才培养不可或缺的重要环节。为满足当今社会对高素质人才的需求，很多高校对实验教学体系进行了一定的探索和改进，如引入虚拟仿真项目，利用虚实结合的手段增强学生的兴趣；开设如3D打印等创新性实验课程，帮助学生开阔眼界、接触前沿学科等。然而，当前实验教学依然存在一些问题。

①实验项目设置不合理。当前的实验项目多为验证性实验，即根据已知的实验原理，按照事先设计好的步骤检验已知的实验结果。在这个过程中，学生只是简单机械地重复而没有过多的思考，不利于培养创造力和发散性思维。且实验课程多以基础实验为主，各实验间的关联性较弱，学生所学知识难以形成完整体系。此外，很多实验项目内容长时间不变，与当前科技发展和社会脱节，限制了学生视野和知识面。

②教学模式以“灌输式”为主。在当前的实验教学中，实验时间、过程和目的多为教师提前统一制订，课堂教学以教师为主，学生只能被动模仿教师的实验过程，忽略了学生的主体作用。灌输式教学模式注重学生对知识的记忆和机械模仿，忽略了对学生独立思考能力和对知识融会贯通能力的培养，导致学生的兴趣度低，无法学以致用。

③考核内容不全面。目前大多数实验课程的考核方式以实验报告或大作业为主，主要衡量学生对知识点的记忆，考查数据结果是否正确，分析是否合理，而对学生在整个实验过程中的实践动手能力和发现问题、解决问题的能力缺乏有效的监督和合理的评价，导致学生在实验教学中注意力不集中，甚至出现课堂缺席、多份实验报告大面积雷同等问题。

1 项目式实验教学模式的优势

项目式实验教学是近年来随着教学改革不断推进而出现的新型教学方式，起源于美国，以杜威的“做中学”理论为基础，强调学生的学习应当从实际项目中产生，从解决问题中获得。项目式教学作为一种强调学生主动参与，以实际项目为引导，以培养创新精神和综合能力为目标的教学模式，正逐渐受到广泛关注。它的核心在于，学生在系统地完成具有应用背景实验项目的过程中，进一步巩固专业知识并学以致用。这种教学方式着重培养学生分析问题和解决问题的能力，是提高实验课程教学质量、培养适应新时代发展需求的科学研究与工程应用创新型人才的重要手段。在这种模式下，学生不再是被动地接受知识，而是成为学习的主体，积极参与项目的规划、实施和评价。

1.1 面向具体问题开展学习研究

项目式实验教学除了要求学生掌握传统的实验课程基础知识和实验操作方法外，还需要结合项目研究内容查找相关文献资料开展以点带面的系统学习，提高学生在课堂外自主学习研究的能力。通过文献检索与阅读可以促使学生更为清晰地了解所在领域的技术发展前沿动态；结合实验课程项目具体要求开展研究工作能够让学生将基础知识学以致用，激发对本学科专业的兴趣；通过对实验过程的推理分析、效果预判、实操检验等锻炼学生分析问题、描述问题以及解决问题的逻辑能力，做到知其然更知其所以然；通过对实验数据的整理分析、实验报告编写可以提高学生的写作能力，为后续科技论文和毕业论文的写作打下良好基础。

1.2 促进“教”与“学”双向互动

教师需凝练本课程中的相关知识点，综合考虑学生已有的专业基础知识，将其融会贯通至课程项目中。在项目式教学过程中，教师的角色发生转变，不再是传统意义上的知识传授者，而是项目主体的指导者和辅助者。项目式实验课程的实施不再是传统意义上的灌输式教学，而是将学生思考、探索、交流、实验、对比分析等环节融入课程教学中，实现教师“教”与学生“学”的双向互动。以项目管理的方式定期举办研讨，开展内部或对外交流，不再是传统实验课程中教师讲完—学生做实验—学生交报告—教师打分的教学模式，形式上更加灵活，课堂氛围更加活跃，更能够达到传道授业与解惑的效果。

1.3 循序渐进中发掘并培养人才

教师精心设计实验项目，引入相关领域的科学或工程问题，全面激发学生的发散性和创新性思维，不再以传统流水线式的实验报告成绩评估教学效果，既可以激励有想法愿意探索尝试的学生涉足更深更广的专业领域，也可以让教师在众多学生中发掘人才重点培养。项目式实验教学能循序渐进地引导学生关注国家发展之所需，养成敢于担当、勇于探索的良好品质，努力提升自身的自主创新能力与专业实践能力。

2 项目式教学法在功能纳米材料实验课程中的应用

“功能纳米材料综合实验”课程在学生已经完成相关必修课的基础上开设，学生已经详细学习了有关纳米材料特性、制备工艺和结构表征的基础知识。但由于学生并未独立进行过实验操作，所以项目的选取应综合考虑教学大纲和实验的难易程度，使学生在力所能及的范围内进行综合设计性实验。在整个项目选取过程中，教师起引导和协助作用，带领学生查阅该领域最新的研究成果，挖掘领域内面临的重要科学问题，明确学生所要完成的实验内容，协助学生制订具有实用性和前沿性的项目课题。项目执行计划安排在大三下学期，项目周期设定为16 课时，主要包括前期文献调研、课题选定、实验基础知识学习、学生分组与任务实施、实验过程监督与分析研讨以及实验总结与综合考评。

2.1 项目选题与计划制订

教师带领学生进行文献调研，通过查阅文献，了解前沿学科和当前研究热点，引出当前社会面临的问题。以能源危机和环境污染为切入点，说明开发绿色能源的重要性。根据太阳能等二次能源作用不连续的特点，介绍不同类型的储能技术。以效率和环保程度为衡量标准，选取直接甲醇燃料电池为研究对象。根据甲醇燃料电池的工作原理，强调催化剂材料在燃料电池中的重要性。结合当前催化剂领域的研究现状和研究思路，确定功能纳米材料实验课程的项目式课题：Pt 基催化剂制备表征与性能测试综合实验。

教师根据项目选题制订课程计划，设计五个实验项目：基于还原法制备不同实验条件下的Pt基纳米材料；测量不同催化剂的甲醇氧化特性；通过微结构表征工具（X 射线衍射仪、扫描电镜和透射电镜）探索不同材料的结构。在项目实施过程中，分析结构对电化学性能的影响，并通过调控工艺参数控制材料的结构，进而优化催化性能。通过上述方案设计和计划制订，学生可以直观地了解项目设计的背景，同时能够深入理解“工艺决定结构，结构影响性能”这句话的含义，对培养学生在后续的科研工作中根据实际工程问题设计实验项目的能力意义重大。通过上述思路，学生进一步了解了所学专业在整个生产应用中的作用，深入认识实际工程问题，完成并优化项目设计。

2.2 自由组队与任务执行

在该课程的设计中，涉及不同实验条件下材料的制备。为在有限的时间内学习更多知识，学生自由分组，进行对照实验。如第一组学生制备的实验条件为：无还原剂、有络合剂；第二组：无络合剂、有还原剂；第三组：有还原剂和络合剂。学生分组后同时进行样品制备，通过对比实验现象初步认识不同反应物的作用。在制备结束后，每组学生测量自己样品的电化学性能和微观结构，直观了解工艺对于性能的重要性。对于实验中发现的问题，学生可以自主讨论寻求解决方法，在问题未能得到解决时可寻求教师的帮助。在该授课模式下，学生参与度高，对知识点的认识会更加清楚透彻。此外，在学习知识的同时，还进一步锻炼了学生的团队协作能力和分析问题、发现问题的能力。

2.3 过程监督与研讨交流

教师实时监控实验过程，确保每组学生都能严格遵守设备操作规程和实验室安全管理制度，保证人身安全和设备安全。试验进程中，时刻提醒学生注意实验细节，确保实验按计划进行。在实验过程中，及时收集学生的意见和建议，建立详细有效的反馈制度。定期安排会议，讨论实验数据，评估实验效果，以便及时调整实验方案。项目实施过程中，全过程监督和研讨交流，最大程度保证实验结果的客观性和真实性，调动团队成员的积极性，同时增强团队凝聚力。

2.4 实验分析与综合考评

考评模式由以实验报告为主转变为全过程综合评价，即以项目选题衡量学生的方案设计能力，以实验参与程度衡量学生的实践动手能力，以不同实验方案数据的对比衡量学生分析问题的能力，以实验进行的顺利程度和讨论过程衡量学生的团队协作能力，以实验报告衡量学生对基础知识点的掌握情况。改革后的考核模式可综合评价学生在整个实验过程中的表现，对学生养成良好的科学素养有一定促进作用。在调动学生积极性和主观能动性的同时，避免了实验过程中部分学生的“搭车”现象。

3 总结

文章针对目前高校实验课程存在的实验项目设置不合理、“灌输式”教学模式和单一化考核方式等问题进行思考，将项目驱动式教学模式引入材料学科的实验课程中。以功能纳米材料实验为例，通过选取具有一定应用背景的课题，以分组合作、学生为主的方式授课，综合衡量学生对基础知识的掌握程度和实验过程中的综合表现，助力高素质综合型创新型人才培养，对提升学生的社会适应度和竞争力意义重大。