高分子材料与工程专业基础实验教学改革探析

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摘要：实验教学是工科专业教学的重要组成部分和提高学生综合能力的重要手段。本文借鉴美国大学理工科实验教学及管理的经验，针对我校高分子材料与工程专业基础实验教学存在的问题，提出了一系列改革思路，希望为高校实验教学改革提供借鉴。

关键词：高分子材料与工程；实验教学改革；综合能力

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）19-0026-03

我国高分子类专业设置始于1953年，其专业人才培养强调“拓宽专业，打好基础，理工结合”[1]。随着社会对高分子材料需求的日益增长，社会迫切需要大量素质高、能力强的高分子材料高级技术人才，这些人才不仅要掌握必要的科技、文化知识，更要具备较强实践能力和解决工程实际问题的能力。实验教学是高校教学活动的重要组成部分，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，是提高学生综合能力的重要手段。材料学科属于实践性较强的学科，发挥实验教学的作用对高分子材料与工程专业学生的培养更显紧迫。

一、美国高校理工科实验教学及管理的做法及经验

笔者曾作为国家公派访问学者到美国Akron大学留学访问一年，期间参观了美国其他数所理工科高校，并有幸参与了其中部分学校的理工科实验教学，了解了其实验教学特色及管理办法。

1.教学基础宽厚、扎实，教学要求很严格。美国高校理工科实验教学分三个阶段：首先，实验技术人员对学生进行仪器使用和学习的全方位指导。然后，根据学生基础阶段掌握的知识和技能，教师指导其进一步实际应用、仿真模拟实验。教师只引导、启发学生如何分析问题并找到解决方法，进而指导学生制定最优实验策略，同时给学生留下诸多开阔思路的问题。最后，布置一些设计性实验题目由学生在规定的时间内独立或以小组形式完成。学生需自行设计方案、选择仪器、分析结果、优化方案。在美国，高校和老师都十分重视把最新试验方法、技术和设备引入实验教学中，让学生及时了解、接触和掌握新事物，使学生体会到科技的进步和竞争，为其后来的学习和工作奠定坚实的基础。

2.实验教学注重能力培养，灵活教学。美国各高校实验教学课程体系相对完善且稳定，并注重将科研成果转化为实验教学内容，要求各学校每年更新实验教材，改进原有实验项目。由于实验教学是动态变化的，所以在内容、方法和技术上都有新思想和新东西产生，教师的教学方法很活，主要是提出问题、启发思路和引导争论。例如，学生通过集体讨论的方式汇报实验方案、测试和分析结果，使学生从知识运用和归纳总结等方面都得到锻炼。学生做实验时主要是靠简单的讲义和设备说明书，自己多思索，并查有关文献。教师鼓励学生在合理操作的条件下，去摸索、调试和使用各种仪器，使学生能充分发挥其科学的思维和预见性。这样，学生的动手意识和能力普遍较强。例如美国Akron大学的实验室不但全天向学生开放，且有专业人员进行指导，每个学生都有机会操纵实验室中各类仪器，并将自己的设想付诸实际，使学生的创造能力得到锻炼和提高。

3.教学方案和过程因材施教。美国高校的教学类型和过程分层次进行。理工科实验教学从博士一直延伸到本、专科层次。每个教学层次都有各自的教学大纲和模式。层次越高，设计研究和学生独立性的成分越多。在教学中，教师主要在选题和实验要求上有所区分。他们按学生的实际情况因材施教。如，笔者到美国麻省理工学院调研发现，该校大量增设选修课和实验课，充分尊重学生个性的发展。对一些新实验和综合性实验，师生一起讨论，形成一个学术自由的良好氛围，同时使学生树立自信心，在学习和训练中充分展示个人才华。课程最终成绩要根据基础知识、创新成分和实践能力来评定。

4.管理体系松中有严。美国高校实验室采取全开放式管理，以Akron大学为例，所有实验仪器都对学生无限开放，学生可以全天自由使用所有设备，每台仪器都有专人负责，学生在使用前需对相关操作规程及注意事项进行严格培训，合格后，需遵守“提前预约使用制度”及“使用过程登记制度”，即可自主操作设备。当然，每台设备有严格的安全规程，若操作不规范或恶意破坏致设备损坏，该学生将被取消所有设备的使用权。这种制度促使学生能自觉、规范地使用仪器，并保障了学生创造性、创新性的自由发挥。

二、我校高分子材料与工程专业基础实验教学存在的问题

目前，我们工科实验教学质量和水平与美国大学情况相比差距很大。我校的高分子材料实验教学存在诸多问题，主要表现在：

1.体系不合理。实验教学与理论教学是相辅相成的，既有联系，又存在相对独立性。但目前多数实验教学在内容和形式上都附属于理论教学，对实验教学的重视程度不够，未单独设课、单独考核，实验课时较少，各门实验课程、各实验之间缺少联系和配合，未形成一个有机整体，体现不出实验教学自身的连贯性和系统性。这种传统的实验教学体系，在培养学生创新精神和实践能力中发挥的作用远远不够，无法适应新世纪创新人才培养的需要[2]。

2.内容滞后。在当前专业实验教学中，传统、经典的实验内容较多，体现现代科学技术的实验少；注重实验内容与结果的实验多，培养学生实验技能的实验少；验证性实验多，培养学生创新能力的设计、研究性应用性实验少；内容单一的实验多，综合性实验少。同时实验项目统得过死，学生完全处于被动状态，实验教学质量相对不高。

3.方法单一。传统的实验教学模式是学生“照单抓药”。实验前教师把实验目的、原理、仪器使用和测试方法、实验步骤和表格及数据处理方法等进行详细的讲解，学生只需按教师的指导按部就班，很少进行独立思考和细致观察。这种教学方法使学生对教师过分依赖，也抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养，不能发挥学生的实验积极性，学生的动手能力和实践技能得不到应有的培养，教学效果差。

4.实验教学手段落后。在现代信息技术迅速发展的今天，虽然网络、多媒体等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用，但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用，不能与实际实验有机结合[3]。这样，一些高档仪器的调试和一些耗费高、时间长、毒性大、危险性高的实验，就只能听教师讲解、演示，不能实际操作。另外，网络、多媒体等现代教学技术在教学中的应用程度还是较低，还未能与实际实验教学有机结合。

三、专业基础实验教学改革的思考

上述问题影响了教学质量，制约了学生实验技能和创新思维能力的培养。笔者认为，美国教育成功的一面就是实践教学办得活、充实、新颖，这很值得我们学习。为加快我校高分子材料与工程实验教学的改革步伐，必须遵循理论与实践相结合、整体优化、培养能力为主的原则，改革实验教学体系、实验教学内容和方法、教学考核评价体系、实验教学管理和教学条件等。

1.改变实验教学体系。（1）建立独立于理论教学的实验教学体系。传统的实验教学只是理论教学的辅助手段，缺少独立的教学体系。这种体制在注重创新的时代具有很大弱势。在此体制下，高校实验室的作用受到严重制约，实验设备陈旧，师资队伍不齐、实验教学质量低下，也就谈不上创新能力的培养。另外，因原来实验室从属于教研室或系，所以实验教学的内容常从属于某一门课程；各门课程按自身需要开设实验，忽视了相关课程间的联系；且相近课程的实验内容有重复，造成仪器重复购置、利用率低、资金耗费较大等弊病。针对这种状况，为适应创新教育的要求，实验教学必须形成自己的教学体系，要打破课程间的界限，建立相互渗透的实验教学课程新体系。实验课要独立设课，有自己的教学大纲、教材，改变传统实验课单一对应理论课的做法。只有这样，才能使专业实验教学既注重纵向知识体系的系统性，又注重横向知识的相互渗透；使专业实验教学最大限度地挖掘学生的知识潜能，有利于学生创造性思维和创新能力的培养。（2）建立系统化、科学化和规范化的开放式的实验教学体系。在实验教学中，应以学生自主学习为中心，充分挖掘实验室潜力，向学生全面开放实验室，包括仪器、时间概念上的开放及实验课程、项目、研究课题的开放，“放”要以新颖有趣、科技含量高的实验项目，富有挑战性又具有实际应用的课题和先进的仪器激励和吸引学生积极参与。学生可视自己情况到实验室预约登记，安排时间进行实验，给学生提供一个充分自由学习、实验的空间和轻松的环境，激励学生的创造性和创新思维，培养学生的独立工作、实验能力。

2.改革实验教学内容。传统实验教学开设的理论验证性实验居多，常为机械、灌注式教学，这种教学方法很难达到培养学生综合解决问题的能力、开发学生智力和培养实验研究技能的目的，也体现不了学生在实验教学中的主体地位。因此，建立知识和能力并重的实验教学体系很有必要。要将培养学生科学实验的基本素质、独立思维、独立操作和综合运用知识的能力作为实验教学的目标，按照实验教学和培养创新能力的要求，优化课程体系及知识结构、更新教学内容、减少验证性实验内容，增加设计、综合、创造性实验内容等，构建以培养学生实践和创新能力为主的新型实验教学体系。我校从课程体系、教学内容、手段、方法着手改革，已初步尝试将部分课程取消、合并，调整了部分科目的实验内容。另外，我校增加了部分专业课综合实验，多途径提高学生的实践和创新能力。如由实验教师出一些实验题目，要求学生自己（或小组）去查找有关资料、选择仪器，对实验结果和问题尽可能自己分析或开讨论会解决，以促使学生自觉学习，增强他们的合作和独创意识。

3.完善实验教学质量考核评价体系。包括对教师和对学生的考核。在对学生的考核中，采取教考分离、抽测制度等，建立重心向创新能力倾斜，并利于全面素质提高的评价体系。要以提高学生的能力为观察视野，以学生主体和谐发展为目的，改变单纯以分数为评价标准的状况。对实验课程的成绩评定方法也需要进行修改，禁止只凭出席情况或实验报告确定成绩的做法。将学生平时的学习研究成果计入课程总成绩，科学性与公正性相结合、稳定性与灵活性相结合。建立并不断完善教学质量评价体系是提高实验教学质量的保证，更能促进学生深入、灵活地学习，促进学生自主、积极地学习，更有利于学生学习能力、创新能力的培养。

4.改革实验教学方法与手段。要采用灵活多样的实验教学方式。在实验教学中必须承认和强调学生在教学活动中的主体地位，重视教会学生善于学习、独立获取知识的能力。要废除注入式教学方法，切实调动学生的积极性。实验讲课中，教师只需扼要提示操作的关键和注意事项，让学生自己实践，为其留下思考的余地。要加强学生的实验主体意识，要创造条件激发学生的求知欲，开发创造性思维。随着新技术和工艺的不断涌现，教学仪器的更新周期也将缩短，陈旧的实验手段、落后的设备、呆板的实验方法与当今信息时代极不协调。学生对先进的仪器和相关领域较前沿的实验手段有浓厚的兴趣，而现代化设备都是多学科领域高技术成果的综合体，操作这些设备，除了专业知识，还需要一定的英语水平、计算机知识等，这会增加学生的危机感和紧迫感，激发他们的学习热情和积极性，并自觉学习各方面知识，提高综合素质。因此，为适应不断提高的教学要求，必须加大对实验室建设的投入，应该将现代化的仪器设备用于实验教学。

5.优化实验技术队伍建设与管理保障机制。实验技术队伍建设是保证顺利完成各项实验教学和科研任务的基础，如何发挥这支队伍的作用，还需要加强对这支队伍进行统一的管理。在管理中，必须坚持“统一培训、统一调配、统一考核”的管理模式，提高实验技术人员的整体素质，更好地为教学、科研及学生服务。实验指导教师的素质直接影响实验教学质量，为适应教学需要，我院对实验室人员进行统筹规划，力争实现理论和实践教学并重，还设立了实验教学改革实验室开放基金和实验室自制仪器等项目，以支持专业教师和实验技术人员从事教学和科研，鼓励并资助教师对一些设备进行开发利用，充分调动了实验室工作人员使用大型仪器和参与科研的积极性，既提高设备的利用率，又发挥了实验室工作人员的主观能动性。另外，为实现专业实验室的可持续发展，我校着力加强实验教学队伍建设，制定了人员培训计划及具体措施，积极支持实验室人员参加各种专业知识和大型仪器的培训，以改善其知识结构、提高人员素质和水平，逐步形成一支热爱实验教学教育理念、科研能力强、经验丰富、技术熟悉、勇于创新的实验教学队伍。

高分子材料与工程专业实验教学应立足现代教育技术平台，在教学体系、内容、考核制度和管理保障体系等方面进行改革。应始终以培养高素质的人才为宗旨，树立以生为本的思想，以培养人的创造能力为核心；尊重和焕发学生在教学过程中的主体意识和主动精神，建立以学生为中心的教学模式，给学生更多的参与机会；把教学过程作为加强多种素质训练的过程，全面提高学生分析和解决问题的能力、创造能力等，使学生在活动中增强能力并形成良好的心理品质。只要我们扎实进行改革，随着实验教学作用的充分发挥，素质教育的实施会卓有成效，就有望培养具有创新能力的高素质人才。

参考文献：

[1]赵长生，顾宜.高分子材料与工程专业发展现状[J].塑料工业，2008，3（1）：70-71.

[2]刘玉兰，彭永利，孙勇，等.材料类实验教学改革初探[J].中国科教创新导刊，2011，（28）：5-55.

[3]顾景梅，邹玉红，马小隆，等.改进实验教学，发挥实验室在培养高素质人才中的作用[J].实验室科学，2009，（2）：35-37.

基金项目：西华大学材料科学与工程省级特色专业建设项目，西华大学材料科学与工程卓越工程师建设项目。

作者简介：卞军（1979-），男，云南楚雄人，副教授，工学博士，现为西华大学材料科学与工程学院教师，主要从事高分子复合材料方向的教学与研究工作。