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淺析應(yīng)用型材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)的新探討論文
材料化學(xué)專業(yè)是研究材料的制備、組成、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用的科學(xué)，它從化學(xué)的角度探索材料的微觀結(jié)構(gòu)對其宏觀性能的影響。材料化學(xué)專業(yè)是我國許多高等學(xué)校開設(shè)的重要專業(yè)，是打造出系統(tǒng)掌握材料科學(xué)的基本理論和技能，能在材料科學(xué)與工程及其相關(guān)領(lǐng)域從事科研、教學(xué)和管理工作的材料化學(xué)高級應(yīng)用型人才。材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生必須有寬口徑的材料學(xué)基礎(chǔ)知識和化學(xué)理論，同時又必須具有現(xiàn)代化儀器操作技能和創(chuàng)新能力，善于創(chuàng)造性地把化學(xué)理論及材料學(xué)基礎(chǔ)知識成功地轉(zhuǎn)化為科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)力。材料化學(xué)專業(yè)實驗是材料化學(xué)專業(yè)課程的重要組成部分，其目標(biāo)不僅要傳授學(xué)生掌握材料化學(xué)常規(guī)的實驗方法和技能，訓(xùn)練學(xué)生敏銳的觀察和分析問題的能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和創(chuàng)新思維。武漢工程大學(xué)2005 年建立了材料化學(xué)專業(yè)，經(jīng)過多年的實驗教學(xué)探索，建立了以前沿科學(xué)研究融入至材料化學(xué)專業(yè)實驗的新型教學(xué)模式、教學(xué)方法以及先進的實驗室教學(xué)管理辦法，更好的培養(yǎng)我校材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生的實驗探索能力和創(chuàng)新思維。下面，結(jié)合本校多年來材料化學(xué)專業(yè)的辦學(xué)經(jīng)驗和基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)要求，主要就專業(yè)實驗教學(xué)方面做一些探索和研究。
1 材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系的發(fā)展特點
材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)在專業(yè)教學(xué)活動中具有重要的作用，它是培養(yǎng)學(xué)生理論知識的應(yīng)用能力、鍛煉職業(yè)和崗位技能、實現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。材料化學(xué)專業(yè)實驗是在學(xué)生開設(shè)了化學(xué)基礎(chǔ)課和材料化學(xué)專業(yè)主干課，并進行了基礎(chǔ)化學(xué)實驗后開設(shè)的課程。其主要特點有:
( 1) 面向大材料的實驗課程體系。美國國家研究委員會的專題報告強調(diào)，材料科學(xué)與工程本科生的課程應(yīng)盡可能強調(diào)學(xué)習(xí)和研究各種材料，正確評價各類材料之間的競爭關(guān)系，應(yīng)讓學(xué)生從總體上去理解材料科學(xué)與工程。而材料化學(xué)專業(yè)實驗是根據(jù)大材料為目標(biāo)，在材料化學(xué)基礎(chǔ)課程上開設(shè)的專業(yè)課程;
( 2) 能體現(xiàn)科研與應(yīng)用能力培養(yǎng)的密切聯(lián)系。材料化學(xué)專業(yè)實驗與科學(xué)研究課題結(jié)合緊密，如材料化學(xué)專業(yè)綜合實驗是將專業(yè)理論知識運用到相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和實際生產(chǎn)中，在實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力，提高學(xué)生的實踐應(yīng)用能力。
( 3) 多層次實驗體系。材料化學(xué)專業(yè)實驗包括基礎(chǔ)技能型、設(shè)計型以及綜合型等多個層次，每個層次的側(cè)重點以及培養(yǎng)目標(biāo)均有所差別。材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系設(shè)置以加強對材料化學(xué)專業(yè)知識的理解和應(yīng)用，加強專業(yè)實踐技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力為目標(biāo)。其教學(xué)理念，教學(xué)方法，實驗內(nèi)容以及考評制度等均是專業(yè)實驗教學(xué)改革和探討的內(nèi)容。
2 傳統(tǒng)材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)模式存在的不足
材料化學(xué)專業(yè)是一門理工科專業(yè)，其發(fā)展與當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的進步和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展具有很大的關(guān)系。材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)是國家實施大學(xué)生素質(zhì)教育、促進知識向?qū)嵺`能力轉(zhuǎn)化的重要而有效的科學(xué)途徑，其注重激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和主動探索科學(xué)實驗的精神，啟迪學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動手能力、分析和解決問題的能力。目前，國內(nèi)許多高校開設(shè)了材料化學(xué)專業(yè)實驗，主要包括材料的合成與制備實驗、材料的加工與設(shè)計實驗以及材料的性能與測試實驗等，其內(nèi)容大部分是重復(fù)性和驗證性的實驗。然而，傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容、陳舊的教學(xué)材料、設(shè)備以及填鴨式的教學(xué)模式不足以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性、創(chuàng)新思維和應(yīng)用能力。因此，在實驗教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及策略急需優(yōu)化和改革，讓學(xué)生能自主去學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，讓學(xué)生在“學(xué)會”的基礎(chǔ)上上升到“會學(xué)”和“會用”的高度，于是，改革現(xiàn)在材料化學(xué)專業(yè)實驗陳舊的教學(xué)模式是培養(yǎng)出適用新世紀(jì)應(yīng)用創(chuàng)新性人才急需解決的問題。近年來，我校及其他學(xué)校均積極進行了實驗教學(xué)改革與有利的探討，摸索出了許多新型的教學(xué)模式和教學(xué)方法。
3 應(yīng)用型材料化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)模式的建立
3. 1 改革專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容
傳統(tǒng)的材料化學(xué)專業(yè)實驗內(nèi)容是一些基礎(chǔ)技能的培訓(xùn)和經(jīng)典的實驗項目，不能反映出材料化學(xué)專業(yè)的新知識、新技術(shù)對其發(fā)展的要求。因此，要改革優(yōu)化傳統(tǒng)的實驗教學(xué)內(nèi)容，增加一些應(yīng)用型、設(shè)計型和綜合型的新實驗內(nèi)容。在優(yōu)化實驗教學(xué)內(nèi)容時，需要遵循以下幾個方面的依據(jù):
( 1) 材料化學(xué)專業(yè)實驗內(nèi)容應(yīng)盡量豐富，包括高分子材料、無機非金屬材料和金屬材料等，充分的體現(xiàn)專業(yè)寬口徑人才培養(yǎng)模式;
( 2) 不要與基礎(chǔ)實驗的有關(guān)內(nèi)容重復(fù)，注重各種材料功能改性、性能測試分析以及新技術(shù)鄰域的應(yīng)用;
( 3) 必須結(jié)合材料化學(xué)科學(xué)研究前沿，注重實驗設(shè)備、技術(shù)的先進性;
( 4) 以設(shè)計型、綜合型實驗為主，重點培養(yǎng)學(xué)生的實踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。如我校材料化學(xué)專業(yè)實驗在增加了一些新型碳材料、能源材料、功能膜材料、熱電材料以及高性能工程材料的基礎(chǔ)上，同時將熱分析儀、納米粒度儀、X - 射線衍射儀、掃描電鏡、萬能試驗機以及電化學(xué)分析儀等先進設(shè)備的應(yīng)用融入到實驗中去，使學(xué)生在日后畢業(yè)論文和科研工作中對材料的檢測技術(shù)的應(yīng)用提前打下良好的基礎(chǔ)。
3. 2 建立一支高效的教師隊伍
教師是引領(lǐng)、指導(dǎo)和管理學(xué)生日常學(xué)習(xí)進程、提高學(xué)生綜合素養(yǎng)的重要力量。高效、專業(yè)的教師隊伍在專業(yè)實驗教學(xué)過程中的作用至關(guān)重要。材料化學(xué)專業(yè)實驗涉及到的內(nèi)容寬廣、科學(xué)交叉性強，學(xué)生要在短暫的實踐內(nèi)掌握老師傳授的實驗教學(xué)內(nèi)容并非易事，因此，具備專業(yè)知識扎實、專業(yè)技能深厚的實驗教學(xué)隊伍是必不可少的。針對此問題，我們應(yīng)對專業(yè)實驗教師隊伍進行重組，改革以往教師組成單一的不利局面，組建一支高學(xué)歷、專業(yè)性強且在科研領(lǐng)域經(jīng)驗豐富的實驗教學(xué)教師隊伍。例如，可將之前分管一些高端先進設(shè)備的老師納入到實驗教學(xué)老師隊伍中，因為他們具備專業(yè)的設(shè)備測試技能，可指導(dǎo)學(xué)生材料測試實驗課程。專業(yè)、高效的師資隊伍才能培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實驗技能、提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐應(yīng)用能力。
3. 3 專業(yè)實驗教學(xué)與科研互動結(jié)合
專業(yè)實驗必須能有利于培養(yǎng)學(xué)生將化學(xué)、材料學(xué)科的理論知識轉(zhuǎn)化為科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的能力，使學(xué)生具備現(xiàn)代化儀器設(shè)備的操作技能和創(chuàng)新能力。常規(guī)的實驗缺乏科學(xué)研究的系統(tǒng)性和連貫性，與現(xiàn)實生產(chǎn)技術(shù)脫離較遠(yuǎn)。因此，將最新的材料學(xué)科研究成果引入至專業(yè)實驗教學(xué)體系中，擴大學(xué)生的知識面，開闊學(xué)生的科學(xué)視野，是培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型高級技術(shù)人才的必要途徑。實驗教學(xué)過程中，可以依托國家級、省級或校級重點實驗室，以及各專業(yè)科研教師的自然科學(xué)基金項目或與企業(yè)簽訂的橫向項目支持，來保證給學(xué)生開展優(yōu)質(zhì)的材料化學(xué)專業(yè)實驗。堅持專業(yè)實驗與科研及生產(chǎn)實踐相結(jié)合，鼓勵相關(guān)專業(yè)老師吸納本科生直接參與科研實驗過程，以此來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和潛能，豐富專業(yè)實驗的內(nèi)容，為學(xué)生提供良好的實驗環(huán)境。
3. 4 建立開放式的專業(yè)實驗教學(xué)模式
“自主開放式”專業(yè)實驗教學(xué)是一種新型的實驗教學(xué)模式，即結(jié)合教師的科研課題，學(xué)生通過自主參與探索研究，使研究成果轉(zhuǎn)換成本科專業(yè)實驗教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生可以根據(jù)自己的愛好進行選題，綜合運用之前學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)知識，自主設(shè)計實驗方案，并完成實驗過程，主動發(fā)現(xiàn)、解決研究過程中出現(xiàn)的技術(shù)問題。例如，在涉及到材料測試方法的實驗課程時，學(xué)生除了掌握一些先進設(shè)備如X - 射線衍射儀、紅外/紫外光譜儀、掃描電子顯微鏡等的基本原理和簡單用途之外，還可以利用課余時間參與到使用這些儀器設(shè)備的科研實驗中，進一步掌握該儀器的具體操作、測試時碰到簡單問題的解決方法以及儀器的維護保養(yǎng)等知識。
專業(yè)實驗課教師基本都是學(xué)校的科研骨干，其研究的課題一般均具新穎性、探索性、前沿性和系統(tǒng)性的特點。因此，學(xué)生在課余時間，可主動找相關(guān)老師進行請教，完成自己專業(yè)實驗研究，這不僅有利于學(xué)生緊跟科研熱點和激發(fā)自己的科研潛能，更有利于提高學(xué)生的科研素養(yǎng)和專業(yè)實驗的教學(xué)效果。此外，在實施“自主開放式”專業(yè)實驗教學(xué)的計劃時，我們必須要做好“自主開放式平臺的搭建”、“實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的制定”以及“科學(xué)完善的能力評定體系”三個環(huán)節(jié)。近幾年來，武漢工程大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)在開放式實驗教學(xué)方面做了不少工作，也取得了較好的成效。本專業(yè)每屆均有不少本科生參與到了老師的科研課題中，提高了學(xué)生的科研興趣和科研能力，畢業(yè)后大部分學(xué)生進入了更好的學(xué)校繼續(xù)深造。
3. 5 完善專業(yè)實驗室管理體制
隨著學(xué)生數(shù)量的增加和培養(yǎng)要求的提高，本科生實驗較多，學(xué)生人數(shù)和指導(dǎo)教師也較多，實驗室出現(xiàn)使用混亂、儀器設(shè)備使用效率低以及衛(wèi)生條件差的現(xiàn)象常有發(fā)生。因此，制定出科學(xué)完整的實驗室管理體制是保證教學(xué)和科研質(zhì)量的必要途徑。例如，實驗室儀器和藥品的采購管理辦法、實驗室開放管理辦法以及實驗室日常管理條例等規(guī)章制度必須制定完整。儀器設(shè)備作為學(xué)校的固定資產(chǎn)，必須確保固定資產(chǎn)卡片、賬目以及實物的一致性。每臺設(shè)備必須有使用情況記錄本，詳細(xì)記錄每次使用時的具體時間、使用人以及設(shè)備的運行情況等內(nèi)容，并定期有專人進行檢查。此外，每臺儀器必須落實到個人進行保養(yǎng)、維護和檢查管理。只有健全、科學(xué)和系統(tǒng)的一套實驗室管理體制才能保證實驗室安全、正常的高效運行，才能提高實驗教學(xué)和科學(xué)研究的質(zhì)量。
4 構(gòu)建科學(xué)的考評制度，提高實驗教學(xué)質(zhì)量
構(gòu)建科學(xué)的考評制度能有效的促進專業(yè)實驗教學(xué)效果，對學(xué)生的實驗課程評估應(yīng)采取多元化和實驗全過程的評定方法，即最終總成績應(yīng)主要包括: 實驗預(yù)習(xí)( 占20%) 、實驗過程( 占50%) 和實驗報告( 占30%) 三個學(xué)習(xí)部分的成績。
( 1) 實驗預(yù)習(xí)，該階段由老師課前查看預(yù)習(xí)報告，主要考察學(xué)生的文獻查閱能力等準(zhǔn)備工作以及檢查學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度;
( 2)實驗過程，該部分成績占最終成績的50% 比率，由指導(dǎo)教師現(xiàn)場觀察和記載。主要考察學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、動手能力、觀察能力、對專業(yè)知識的運用能力和解決實際問題的能力;
( 3) 實驗報告，由教師課后評閱，主要考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，材料的撰寫能力和書寫的態(tài)度。
對于開放性的設(shè)計實驗，學(xué)生在老師的幫助下選取課題、設(shè)計實驗，自主完成實驗以及最后提交實驗報告，指導(dǎo)老師會從上述各部分分別進行評定，最后綜合給出總成績�？茖W(xué)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)化的成績評定體系能有效的調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，大大的提高專業(yè)實驗的教學(xué)效果。
5 結(jié)束語
材料化學(xué)專業(yè)是隨著時代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展而產(chǎn)生的一個新型專業(yè)，每一個學(xué)校的專業(yè)特色和側(cè)重點不一樣，但經(jīng)過改革優(yōu)化實驗教材的內(nèi)容、重組實驗教學(xué)人員、加強科研與專業(yè)實驗的緊密結(jié)合、探索出新型的開放式實驗教學(xué)模式以及制定出系統(tǒng)、科學(xué)、健全的實驗室管理體制，均能不同程度的提高材料化學(xué)專業(yè)實驗的教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)效果。實驗教學(xué)思想觀念、教學(xué)手段和方法以及科學(xué)的教學(xué)管理制度的改革和實踐，不僅有利于拓寬學(xué)生的專業(yè)知識面，提高其科研技能，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、科研素養(yǎng)和綜合應(yīng)用能力。
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