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摘 要：材料合成综合实验是新一轮培养方案优化调整后开设的研究生实践教学课程，为突出实践训练的综合性与创新性，进一步提升材料专业学员自主开展材料合成设计、工艺条件优化、挖掘基本科学理论等方面能力，基于当前科技前沿材料合成，结合国家虚拟仿真实验项目，提出了基于问题情境式课堂教学、开放性实验设计教学、虚拟实验辅助教学和分析研讨教学等一系列创新型教学方法，构建学员实践教学的多环节、全流程教学模式。
关键词：材料合成综合实验；教学方法；创新型
本文引用格式：陈宇方 , 郑春满 , 叶益聪 , 等 . 基于材料合成综合实验的创新型教学方法的研究 [J]. 教育现代化 ,2020,7(91):54-57.
Research on Innovative Teaching Method Based on Material Synthetic General Experiment
CHEN Yufang, ZHENG Chunman, YE Yicong, LI Yujie(College of Aerospace Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha Hunan)
Abstract: In order to Raises and sharpens student's practical ability, and further enhance the ability of materials major students to independently implement material synthesis design, process conditions optimization, and finding basic scientific theory capability, the practice teaching course for graduate students after the optimization and adJustment of the new round of training program in the comprehensive laboratory of material synthesis is based on the current scientific and technological frontier material synthesis, combined with the national virtual simulation experiment proJect, a series of innovative teaching methods, such as problem-based situational classroom teaching, open experimental design teaching, virtual experiment aided teaching and analysis and discussion teaching, are proposed to construct a multi-stage and whole process teaching mode for students' practical teaching.
Key words: comprehensive experiment of material synthesis; teaching methods; innovative
一 引言
材料合成综合实验是我校材料科学与工程专业的专业基础课，是研究生实践教学体系中的重要课程。这门课程是学生由理论课程学习过渡到毕业设计工作的重要实践训练课程。“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，实践是检验理论的重要标准，依据材料学科固有学科属性，学生通过实践教学进一步巩固理论所学，掌握材料科学与工程相关学科专业领域基础理论、基本知识、基本方法和基本技能， 进而形成较强的系统整合思维能力、推理和解决问题能力、创新实践能力、语言文字表达能力、沟通协作能力、领导管理能力，具有良好发展潜力，能够胜任材料科学与工程专业领域相关工作的高素质人才。
材料合成综合实验是一门应用性很强的专业技术基础课， 因此课程教学具有很强的实践性 [1]。根据学校教学课时量的安排，目前材料合成综合实验教学主要是理论讲授与实验操作相结合，其中理论教学 6 课时、实践教学 30 课时，理论教学集中进行教学，实践教学主要以 3-5 人为一个小组进行实践操作。
在新一轮的培养方案调整中，为适应当前材料科技发展的潮流，进一步巩固材料学科专业学生化学基础知识，分别选用有机小分子材料、无机材料和高分子材料设置材料合成与测试分析方法，针对前期教学设备过于陈旧、教学内容缺乏针对性和应用性等进行工艺过程优化，新培养方案将这一课程确定为选用当前科技发展与应用广泛的新材料体系，引入工业合成与控制手段，运用前述学习的无机化学、有机化学和高分子化学等理论学习指导材料的合成，进一步提高学生自主开展实验设计、探究材料组成 - 工艺 - 结构 - 性能的内在联系和撰写综述以及数据分析报告的能力 [2]。
在工程教育认证的大背景下，如何实现以学生为过学习讲解有机小分子合成基本理论即配位化学物合成反应及调控，我们就可以解决这一难题。这样学员的注意力很快就能集中起来，学习兴趣也能立即被激发，对后面的学习内容也充满了好奇性，学习主动性也一下就提起来了。同时课程内容配图片、动画，使原来枯燥的内容变得生动、直观、易于理解。最后本章内容结束时，引导学员将问题模型化，稍加以引导，作为课后思考题让学员利用所学内容加以解决，有机小分子合成的实验过程操作打好铺垫，中心，坚持目标导向，这就需要突破常规以教员为中心、以课堂为中心、以教材为中心的教学思维。
改变教员和学员在课堂上的这种主客关系，充分调动教员与学员互动性，这就需要教员改变常规惯性思维确定教学目标、计划，按部就班的展开教学的方式，提高教学方式的灵活性和多样性。进而改变学生被动和消极的参加应试教育的学习模式，锻炼学员的自我学习和自我管理能力。提高学员依据已学习的理论知识自主开展实践学习与锻炼，实现理论教学与实践教学的有机统一 [3]。材料合成综合实验作为一门专业基础课程，如何讲好、讲清楚这门课程，是培养学员的掌握良好材料专业实验技能的重要环节。结合个人从教经验以及与学员交流过程中反馈的信息，笔者从优化教学内容、改进教学手段等方面提出了系列创新型教学方法。
二 创新型教学方法
（一） 问题情境式课堂教学从创设问题情境出发，激发学员的兴趣和探究问题的激情，引导学员自主探究和体验知识发生的过程，还原这一材料在研发探索过程中的科学思维活动，通过师生互动、双向交流的形式，鼓励质疑批判和发表独立见解 [6]。
课堂上充分发挥化学反应基本理论、反应物质作用机理等对材料合成过程的调控，采用问题情境式教学，通过多因素综合分析有效激发学员学习兴趣和调动学习主动性，提升课堂教学质量。每章中除了课件内容外，在教学内容的开头设立一个大家熟悉或是生活中具在实验教学的定位上，我们认为需要坚持几个原则：
(1) 将理论课与实验课置于同等重要位置，实验课中理论讲授时间占比小于 1/6，主要是关于实验所涉及理论应用方法。在实验课内容的改进与改革上，注重以能力素质培养为核心，以创新思维训练为目的的实验教学方法 [4]。对于课程教学目标，笔者始终坚持工程教育认证理念，按照目标导向为根本遵循，以培养能力贯穿于整个实验教学全过程。具体做法包括：以独立开展实验设计与验证为课程目标，在课前讲授相关理论后，设置相关实验参数范围，减少验证性实验，增加综合设计类实验，将实验设计与最新前沿结合，实验与科研、与企业需求技术相结合，基础训练与创新思维能力相结合。使实验课的内容既满足教学大纲对学生的基本要求， 又充分体现我校材料学科研究特色。从多方面、多层次、全方位地培养学生的素质和能力。
(2) 改建实验考核体系。提高实验过程、文献调研和实验结果考核的要求和比重。
(3) 坚持以培养创新思维为核心。鼓励学员自主查阅文献，设计实验，贴近国内外的前沿研究，贴近生产实践。针对实验课程教学，众多教育学者对教学研究方法都进行了研究，也取得很多突出的成果。现就材料合成综合实验这门课程教学结合新修订的人才培养方案提出一些改进的教学方法 [5]。
有典型案例的问题，而该问题的解决依赖于在本章节所学内容结束时引导学员如何利用所学知识来解答。如在讲解 8- 羟基喹啉合铝这种有机发光材料合成这一章时， 首先从无机半导体材料出发，提出无机半导体在发展与应用过程中因无机半导体发光器件需要独立的电极与发光系统所导致的难以提高像素分辨率的难题，结合如何解决手机、电脑的柔性显示和曲面显示的应用需求出发提出问题，引导学员思考有机小分子如何实现发光与无机半导体有什么不同，哪些因素会影响材料发光性能，什么样的结构会影响显示的分辨率 , 如何调控材料的结构与形貌等问题。
通让学员自主设计实验条件，研究实验工艺条件与产物结构、形貌和产率之间的关系，进而查阅文献资料掌握材料结构与性能联系的研究方法。
（二） 开放型实践性教学
实践教学是培养学员测量能力的重要途径，材料合成综合实验是针对学员前期所学材料合成与化学反应基本理论的具体实践，是课堂理论教学的继续和深入，是为学员下一步进入实验室开展毕业论文工作开设的过渡性综合实践课程 [7]。
开放型实践教学需要从理论出发，为进一步提高学员在后续论文研究过程中科学严谨开展研究的习惯，在新课程建设过程中重点加强教学仪器设备的硬件建设，在满足实践教学的基础上，将前期采用 pH 试纸观察检测 pH 值的方式调整为以 pH 计实时检测，将常规滴入式加料方式更新为采用流量智能控制型蠕动泵定量加液的方式等等，这些实验设备的引入一方面使学员了解工业生产过程中所采用的先进仪器，有助于学员自主学习掌握先进仪器的构造，并熟练使用。另一方面，这种定量调控反应条件的方法是确保材料合成过程科学、严谨、准确以及可重现的重要条件，为学员未来从事科研工作形成良好的科学素养。在材料合成过程中，要求每名学员对所有仪器进行单独操作，改变在前序化学类课程实验以验证性实验为主的实验教学模式，通过定量改变实验条件开展综合性、研究性实验项目， 完善整个材料合成实验设计环节，结合表征测试形成良好的闭环，让学生知其然而知其所以然，进而培养自主设计实验，独立开展课题研究工作的能力。
在材料合成实验环节，会首先讲解这种材料合成的基本理论、实验条件确定基本方法、合成过程主要影响因素的理论教学，学员通过理论课中讲授的基本内容自主设置实验条件，提出合成方案，交教员审核即可开展实验，使学员获得一种工程意识，体现了化学合成与实验合成基本理论与技术的实用性， 培养学员的学科综合能力 [8]。学员根据实验内容和要求，查阅文献资料，自拟实验方案，选择仪器设备和确定合成方法与工艺，先假设后实验，得到实验结果，进行分析讨论，撰写实验报告。
（三） 优化媒体辅助教学
随着多媒体、网络化、智能化为主要特征的现代化信息技术的普及，传统黑板板书教学已经逐渐被以幻灯片为代表的多媒体技术所取代，将教学内容直观化、动态化，将教学思路融合到精美的图片和动画之中，极大激发了学员学习兴趣，丰富了教学内容，有利于提高教学质量。这就需要进一步理清教学内容，引入材料合成与化学反应的微观动画， 科研实验产物的微观形貌结构和研究前沿的最新成 果使教学内容以图文并茂、视听一体的交互式集成信息呈现在学员面前，可以让一些抽象、不易理解的测量原理知识以形象具体的图片或动画表示出来， 让学员一目了然、豁然开朗，这样学员不会因为原理知识枯燥费解，丧失学习兴趣。
这要求教员注意收集平时生活和材料合成研究过程中的相关的图片 和视频，建立丰富素材库，根据教员授课需要制作原创性的课件，趣味性强、紧贴实际，这样学员感觉所需不会脱离实际，让学员时刻能感觉到学有所用，精学能用，极大地激发学员的学习主动性。同时可以结合国家虚拟仿真实验平台，平台中提供了大量材料合成的虚拟仿真实验项目，这些项目设置了大量工艺条件优化方法，并能按照条件改变得到相应产物形貌与结构变化。在课后鼓励推荐学员到“爱课程网”和“国家精品课程网”等课程网下载相关教学视频进行补充学习，拓展学员学习视野，对于学有余力的学员可以注册慕课（MOOCs）进行后续专业课程的同步学习。
（四） 分组研讨交流教学
教学的本质就是一种交流，材料合成实验有相对较长的观察实验现象，反应持续进行的过程，这一过程中会因实验条件的不同出现不同的实验现象， 在课程进行过程中，通过引导学员仔细观察实验现象的变化，研讨分析出现这一现象的主要原因，这种相对宽松的实验环境相比中规中矩的课堂教学而言，学员的参与度更高，也能更好的实现一对一解答学员疑惑，同时通过交流能了解学员的学习需求， 建立良好的教学反馈线，教员根据学员反馈信息积极调整教学内容和教学方法。同时在实验课后，会要求学员依据所学理论、所观察实验现象开展文献调研，并完成与实验相关的综述和实验报告的撰写， 这种全流程管控实验教学效果的方式能够极大地提高学员的自主学习积极性，促进学员与教员、学员与学员之间的交流，有效的激发教员与学员之间的互动性。
（五） 综合化的课程考核
摒弃以往课程以一考定成绩的考核评价模式， 学员的课程考核采用课堂表现占 20%、文献综述占20%、实践环节占 40% 和实验报告占 20% 的方式进行综合评价。课堂表现主要是课堂互动参与度，以此来激励学员积极参与课堂教学互动；文献综述主要是实验所合成材料相关前沿文献的查阅、整理与撰写，以考核学员查阅文献、分析问题和解决问题的能力；实践环节主要是考核学员自主开展实验设计、严谨准确记录实验过程、结合相关理论分析实验现象的相关能力；实验报告主要是考察学员依据实验记录开展数据分析、材料结构与性能测试、进一步提升如何自主开展材料合成实验方案设计、工艺优化和自主开展实验的能力，通过所提交的文献综述和实验报告结合提升学员利用所学知识开展应用研究的能力。综合的评价方式可以对材料合成综合实验学习效果进行一个全面的评价，避免学员为了考试而被动学习。
三 总 结
基于工程认证教育理念，考虑学员的学习需求， 基于现代教学的特点，本文从教学手段、教学内容、教学方式以及教学评价等四个方面进行了研究分析。在此基础上，从材料合成综合实验这门课程的角度出发，提出了一系列比较适用的创新型教学方法。实现材料学科人才培养关于培养具备扎实基础理论、具有良好的职业素养、能独立担负材料科学与工程领域技术工作的，创新能力、创业能力和实践能力强的专业人才。提高学员实践能力，提升学员对专业整体认识，增强动手能力、创新能力。
参考文献
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[2]肖淑艳 , 董忠平 , 蔡颖 , 等 . 浅谈材料合成与制备技术本科课程教学 [J]. 价值工程 ,2013,32(34):237-238.
[3]颜静 , 姚东东 , 史学涛 , 等 . 结合理论课堂的知识点设计高分子材料合成实验课程 [J]. 化学教育 ,2019,40(10):34-38.
[4]熊晓琳 , 李海春 . 创新教学方法 增强教学吸引力——“全国高校思想政治理论课教学方法研讨会”综述 [J]. 思想理论教育刊 ,2011(02):120-121.
[5]于莉 , 崔金海 , 曹丽莉 . 在研究性教学中培养大学员创新能力的实证研究 [J]. 课程与教学 ,2014,2:121.
[6]宁洁萍 . 大学员创新能力培养的实践环境分析 [D]. 天津大学硕士学位论文 ,2012.
[7]张佳 . 基于大学员创新能力培养的研究性教学探析 [J]. 才智 ,2015,12:56.
[8]安冬敏 . 浅谈《材料合成与制备技术》双语课程本科教学 [J]. 教育现代化 ,2020,7(51):138-140.
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