材料化學(xué)“自主開放”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建分析論文
一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的弊端
材料化學(xué)專業(yè)是化學(xué)與材料科學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域中十分活躍的專業(yè)，近年來對(duì)促進(jìn)科學(xué)及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到越來越重要的作用，成為21世紀(jì)化學(xué)發(fā)展中的重要學(xué)科。作為材料化學(xué)專業(yè)課程的重要組成部分——材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)，其目標(biāo)不僅要訓(xùn)練學(xué)生掌握材料化學(xué)常規(guī)的實(shí)驗(yàn)方法和技能，培養(yǎng)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)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、創(chuàng)新思維和綜合能力。所以，材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施素質(zhì)教育、促進(jìn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化的重要而有效的途徑，它可以更大程度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，啟迪學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)觀察、思考、實(shí)踐、分析和解決問題的能力，是理論教學(xué)所不能替代的。目前，國(guó)內(nèi)各高校開設(shè)的材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)主要包括材料化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)、材料合成與制備實(shí)驗(yàn)、材料結(jié)構(gòu)與性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)等，所涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是重復(fù)性的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。然而，陳舊的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和“照方抓藥”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，不僅難以激發(fā)學(xué)生的興趣，而且學(xué)生處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，忽視了對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)�！笆谥贼~，不如授之以漁”。因而，在教學(xué)過程中，除了基本的教學(xué)任務(wù)外，還應(yīng)更多地涉及學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)方法，讓學(xué)生在“學(xué)會(huì)”的基礎(chǔ)上達(dá)到“會(huì)學(xué)”的目的。因此，構(gòu)建以學(xué)生為主體的材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以適應(yīng)新世紀(jì)對(duì)材料化學(xué)人才的需求是函待解決的問題。近幾年，各高校積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，建立了多種化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式。黑龍江大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)也推進(jìn)了專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)改革，在“自主開放”專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建和實(shí)施上進(jìn)行了有益的探索
二、“自主開放”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的內(nèi)涵與特點(diǎn)
“自主開放”式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即將部分科研成果轉(zhuǎn)化為本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生以小組為單位，根據(jù)自身興趣、理解以及實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，自主選題并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。不同于傳統(tǒng)的化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)，“自主開放式”專業(yè)實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容編排上不僅緊密聯(lián)系材料化學(xué)領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)，而且本身是系統(tǒng)性、科學(xué)性的完整課程體系，具有探究性、新穎性、前沿性和應(yīng)用性的特點(diǎn)，可激發(fā)學(xué)生的研學(xué)興趣。此外，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，學(xué)生是主體，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生探究問難、建立自主研學(xué)方法，能更好地從科學(xué)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)技能、發(fā)現(xiàn)分析和解決問題能力等多角度提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生具有創(chuàng)新和實(shí)踐精神�！白灾鏖_放”專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的構(gòu)建主要包括三個(gè)部分：搭建“自主開放式”專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)、建立多角度能力評(píng)定體系。
三、“自主開放”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的搭建
“自主開放”式專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依托于黑龍江大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程—材料加工與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建需考慮四方面問題：
�。�1）材料化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)；
�。�2）實(shí)驗(yàn)課題的.多樣性、普適性、可操作性以及綜合性；
�。�3）材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器是否可以滿足合成實(shí)驗(yàn)、物性表征以及性能測(cè)試的需求；
�。�4）本專業(yè)教師是否熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、相關(guān)的合成方法和性能測(cè)試，從而有效地指導(dǎo)學(xué)生。
實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、指導(dǎo)教師科研領(lǐng)域以及教學(xué)和科研儀器等進(jìn)行梳理、整合，構(gòu)建了以復(fù)合微球合成及性能測(cè)試為目標(biāo)的開放式實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其目的是讓學(xué)生理解材料的構(gòu)效關(guān)系。該平臺(tái)涉及膠體微球、半導(dǎo)體氧化物和貴金屬納米粒子等多種材料的合成方法以及性能測(cè)試。利用這個(gè)平臺(tái)學(xué)生要獨(dú)立完成兩個(gè)系列實(shí)驗(yàn)，并規(guī)定所合成的材料要具有指定的性能。實(shí)驗(yàn)教材只給出各種膠體微球的性質(zhì)、應(yīng)用領(lǐng)域及相關(guān)機(jī)理，并列舉一些相關(guān)文獻(xiàn)；而各種材料的合成方法、性能表征、性能測(cè)試方法以及各種材料復(fù)合對(duì)性能影響均不體現(xiàn)。學(xué)生合成什么復(fù)合微球、如何合成、如何表征、如何測(cè)試性能，均需通過調(diào)研文獻(xiàn)、歸納總結(jié)和設(shè)計(jì)，并實(shí)施操作，從而充分體現(xiàn)“自主開放”式專業(yè)實(shí)驗(yàn)的自主性、開放性和探究性。
四、“自主開放”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施策略
實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利進(jìn)行的關(guān)鍵在于各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的細(xì)致籌劃、準(zhǔn)備和緊密銜接。為此，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)建成后，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師根據(jù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，分組查閱文獻(xiàn)并歸納總結(jié)膠體微球（包括碳膠球、聚合物膠球以及無機(jī)氧化物膠球）、微球表面功能化、半導(dǎo)體氧化物以及貴金屬的合成方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)備了相關(guān)的藥品、儀器以及性能測(cè)試系統(tǒng)，并在學(xué)院測(cè)試平臺(tái)申請(qǐng)了材料表征，以確認(rèn)實(shí)驗(yàn)合成的產(chǎn)品物質(zhì)結(jié)構(gòu)和形貌。
“自主開放”專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的具體實(shí)施步驟主要山選題、文獻(xiàn)調(diào)研、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作以及總結(jié)匯報(bào)五部分構(gòu)成。開課前，實(shí)驗(yàn)教師統(tǒng)一講解“自主開放”專業(yè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)、操作方式，提供文獻(xiàn)檢索范圍，并規(guī)定五個(gè)階段的截止時(shí)間。實(shí)驗(yàn)組自主選擇所要合成的復(fù)合膠體微球、合成方法、物性表征和性能測(cè)試。在選題階段指導(dǎo)教師有意識(shí)地引導(dǎo)部分學(xué)生用不同的方法合成同種材料，或者用同種方法合成不同種材料，使各實(shí)驗(yàn)組的課題具有一定的關(guān)聯(lián)性和交叉性。實(shí)驗(yàn)組根據(jù)選題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。指導(dǎo)教師審核實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性、可行性及安全性，并檢查實(shí)驗(yàn)所需儀器、試劑是否齊備等。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段的討論，指導(dǎo)教師引導(dǎo)學(xué)生修改和完善實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案修正后，學(xué)生還需考慮實(shí)驗(yàn)中涉及的藥品使用注意事項(xiàng)、儀器選擇及使用方法、操作步驟等問題。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程中，指導(dǎo)教師不僅監(jiān)督學(xué)生操作的規(guī)范性和安全性，并給予及時(shí)的指導(dǎo)或幫助；而且隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出問題，啟迪學(xué)生獨(dú)立思考，提高分析和解決問題的能力。只有當(dāng)學(xué)生在操作過程出現(xiàn)遺漏和錯(cuò)誤時(shí)，指導(dǎo)教師才會(huì)提示學(xué)生并提供必要的講解。
課后學(xué)生不僅要提交系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)總結(jié)匯報(bào)。各實(shí)驗(yàn)組闡述本組實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)理念、控制步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)中的問題和經(jīng)驗(yàn)。通過總結(jié)交流，學(xué)生不僅可以系統(tǒng)地理解不同合成方法對(duì)同種材料性能的影響、不同材料性能差異的原因，加深對(duì)材料結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的認(rèn)知，而且可以了解多種合成方法、多種材料性能，大大拓展了學(xué)生的知識(shí)面和思維方法。同時(shí)，通過共同分享實(shí)驗(yàn)成功的經(jīng)驗(yàn)或失敗的教訓(xùn)，增強(qiáng)自我效能感，為今后從事課題研究打下基礎(chǔ)。
五、構(gòu)建多角度“自主開放”實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力評(píng)價(jià)體系
不同于常規(guī)實(shí)驗(yàn)課程的考核，“自主開放”實(shí)驗(yàn)的考核重點(diǎn)不再局限于實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、記錄翔實(shí)、報(bào)告完整，而是更重視對(duì)學(xué)生能力的考核與評(píng)價(jià)，因而加大了能力測(cè)評(píng)的權(quán)重（約占60%。指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)，如選題依據(jù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案討論、文獻(xiàn)探討、課堂提問、具體實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的酌量、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)總結(jié)匯報(bào)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量等，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能、自主研學(xué)、創(chuàng)新能力和科學(xué)思維等綜合能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。
經(jīng)過三年的教學(xué)實(shí)踐，“自主開放”式實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系逐步完善，已經(jīng)發(fā)展為材料化學(xué)專業(yè)特色教學(xué)模式，而且取得了理想的教學(xué)效果。學(xué)生們普遍反映這種“自主研學(xué)”、“開放選擇”式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具有趣味性、挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性，不僅極大地激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和積極性，而且學(xué)生也從中掌握了從事科學(xué)研究的基本方法和途徑。這類系統(tǒng)的綜合性實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生將本科期間學(xué)習(xí)的化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能有機(jī)地結(jié)合起來，形成了更加完整和深入的認(rèn)知。另外，學(xué)生具有無窮的潛力，在實(shí)驗(yàn)過程中常常出現(xiàn)一些意想不到的結(jié)果，反過來也鞭策教師做更深入的探究。
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