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材料化學(xué)“自主開(kāi)放”實(shí)驗教學(xué)模式的構建分析論文
一、傳統實(shí)驗教學(xué)模式的弊端
材料化學(xué)專(zhuān)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(zhuān)業(yè)，近年來(lái)對促進(jìn)科學(xué)及國民經(jīng)濟的發(fā)展起到越來(lái)越重要的作用，成為21世紀化學(xué)發(fā)展中的重要學(xué)科。作為材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)課程的重要組成部分——材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗，其目標不僅要訓練學(xué)生掌握材料化學(xué)常規的實(shí)驗方法和技能，培養學(xué)生敏銳的觀(guān)察和分析問(wèn)題的能力，更重要的是培養學(xué)生嚴謹的科學(xué)態(tài)度、創(chuàng )新思維和綜合能力。所以，材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)是實(shí)施素質(zhì)教育、促進(jìn)知識向能力轉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)習興趣，啟迪學(xué)習方法，培養觀(guān)察、思考、實(shí)踐、分析和解決問(wèn)題的能力，是理論教學(xué)所不能替代的。目前，國內各高校開(kāi)設的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗主要包括材料化學(xué)綜合實(shí)驗、材料合成與制備實(shí)驗、材料結構與性能測試實(shí)驗等，所涉及的實(shí)驗內容主要是重復性的驗證性實(shí)驗。然而，陳舊的實(shí)驗內容和“照方抓藥”式實(shí)驗教學(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)習狀態(tài)，忽視了對學(xué)生自主學(xué)習、創(chuàng )新思維和能力的培養�！笆谥贼~(yú)，不如授之以漁”。因而，在教學(xué)過(guò)程中，除了基本的教學(xué)任務(wù)外，還應更多地涉及學(xué)習策略和學(xué)習方法，讓學(xué)生在“學(xué)會(huì )”的基礎上達到“會(huì )學(xué)”的目的。因此，構建以學(xué)生為主體的材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)模式，以適應新世紀對材料化學(xué)人才的需求是函待解決的問(wèn)題。近幾年，各高校積極進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)改革，建立了多種化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的新模式。黑龍江大學(xué)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)也推進(jìn)了專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課的教學(xué)改革，在“自主開(kāi)放”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)模式構建和實(shí)施上進(jìn)行了有益的探索
二、“自主開(kāi)放”實(shí)驗教學(xué)模式的內涵與特點(diǎn)
“自主開(kāi)放”式專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)，即將部分科研成果轉化為本科實(shí)驗教學(xué)內容，學(xué)生以小組為單位，根據自身興趣、理解以及實(shí)驗室現有條件，綜合運用所學(xué)的知識，自主選題并設計實(shí)驗方案達到實(shí)驗目標。不同于傳統的化學(xué)基礎實(shí)驗和材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗，“自主開(kāi)放式”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗在內容編排上不僅緊密聯(lián)系材料化學(xué)領(lǐng)域的前沿熱點(diǎn)，而且本身是系統性、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)驗實(shí)施過(guò)程中，學(xué)生是主體，指導教師引導學(xué)生探究問(wèn)難、建立自主研學(xué)方法，能更好地從科學(xué)態(tài)度、實(shí)驗技能、發(fā)現分析和解決問(wèn)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_(kāi)放”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)模式的構建主要包括三個(gè)部分：搭建“自主開(kāi)放式”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺、設計實(shí)驗教學(xué)環(huán)節、建立多角度能力評定體系。
三、“自主開(kāi)放”實(shí)驗教學(xué)平臺的搭建
“自主開(kāi)放”式專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)依托于黑龍江大學(xué)材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課程—材料加工與設計實(shí)驗。實(shí)驗平臺的搭建需考慮四方面問(wèn)題：
�。�1）材料化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)；
�。�2）實(shí)驗課題的多樣性、普適性、可操作性以及綜合性；
�。�3）材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室現有儀器是否可以滿(mǎn)足合成實(shí)驗、物性表征以及性能測試的需求；
�。�4）本專(zhuān)業(yè)教師是否熟悉實(shí)驗內容、相關(guān)的合成方法和性能測試，從而有效地指導學(xué)生。
實(shí)驗室通過(guò)對現有實(shí)驗教學(xué)體系、教學(xué)內容、指導教師科研領(lǐng)域以及教學(xué)和科研儀器等進(jìn)行梳理、整合，構建了以復合微球合成及性能測試為目標的開(kāi)放式實(shí)驗平臺，其目的是讓學(xué)生理解材料的構效關(guān)系。該平臺涉及膠體微球、半導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試。利用這個(gè)平臺學(xué)生要獨立完成兩個(gè)系列實(shí)驗，并規定所合成的材料要具有指定的性能。實(shí)驗教材只給出各種膠體微球的性質(zhì)、應用領(lǐng)域及相關(guān)機理，并列舉一些相關(guān)文獻；而各種材料的合成方法、性能表征、性能測試方法以及各種材料復合對性能影響均不體現。學(xué)生合成什么復合微球、如何合成、如何表征、如何測試性能，均需通過(guò)調研文獻、歸納總結和設計，并實(shí)施操作，從而充分體現“自主開(kāi)放”式專(zhuān)業(yè)實(shí)驗的自主性、開(kāi)放性和探究性。
四、“自主開(kāi)放”實(shí)驗教學(xué)的實(shí)施策略
實(shí)驗教學(xué)順利進(jìn)行的關(guān)鍵在于各個(gè)教學(xué)環(huán)節的細致籌劃、準備和緊密銜接。為此，在實(shí)驗平臺建成后，實(shí)驗指導教師根據專(zhuān)業(yè)實(shí)驗平臺設置的實(shí)驗內容，分組查閱文獻并歸納總結膠體微球（包括碳膠球、聚合物膠球以及無(wú)機氧化物膠球）、微球表面功能化、半導體氧化物以及貴金屬的合成方法。根據實(shí)驗方法準備了相關(guān)的藥品、儀器以及性能測試系統，并在學(xué)院測試平臺申請了材料表征，以確認實(shí)驗合成的產(chǎn)品物質(zhì)結構和形貌。
“自主開(kāi)放”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課的具體實(shí)施步驟主要山選題、文獻調研、設計實(shí)驗方案、實(shí)驗操作以及總結匯報五部分構成。開(kāi)課前，實(shí)驗教師統一講解“自主開(kāi)放”專(zhuān)業(yè)實(shí)驗的實(shí)驗目標、操作方式，提供文獻檢索范圍，并規定五個(gè)階段的截止時(shí)間。實(shí)驗組自主選擇所要合成的復合膠體微球、合成方法、物性表征和性能測試。在選題階段指導教師有意識地引導部分學(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)驗組的課題具有一定的關(guān)聯(lián)性和交叉性。實(shí)驗組根據選題設計實(shí)驗方案。指導教師審核實(shí)驗設計的合理性、可行性及安全性，并檢查實(shí)驗所需儀器、試劑是否齊備等。通過(guò)實(shí)驗設計階段的討論，指導教師引導學(xué)生修改和完善實(shí)驗方案。實(shí)驗方案修正后，學(xué)生還需考慮實(shí)驗中涉及的藥品使用注意事項、儀器選擇及使用方法、操作步驟等問(wèn)題。在整個(gè)實(shí)驗操作過(guò)程中，指導教師不僅監督學(xué)生操作的規范性和安全性，并給予及時(shí)的指導或幫助；而且隨著(zhù)實(shí)驗的進(jìn)行，根據實(shí)驗現象提出問(wèn)題，啟迪學(xué)生獨立思考，提高分析和解決問(wèn)題的能力。只有當學(xué)生在操作過(guò)程出現遺漏和錯誤時(shí)，指導教師才會(huì )提示學(xué)生并提供必要的講解。
課后學(xué)生不僅要提交系統的實(shí)驗報告，還要進(jìn)行實(shí)驗總結匯報。各實(shí)驗組闡述本組實(shí)驗的設計理念、控制步驟、實(shí)驗結果以及實(shí)驗中的問(wèn)題和經(jīng)驗。通過(guò)總結交流，學(xué)生不僅可以系統地理解不同合成方法對同種材料性能的影響、不同材料性能差異的原因，加深對材料結構與性能之間關(guān)系的認知，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)生的知識面和思維方法。同時(shí)，通過(guò)共同分享實(shí)驗成功的經(jīng)驗或失敗的教訓，增強自我效能感，為今后從事課題研究打下基礎。
五、構建多角度“自主開(kāi)放”實(shí)驗教學(xué)能力評價(jià)體系
不同于常規實(shí)驗課程的考核，“自主開(kāi)放”實(shí)驗的考核重點(diǎn)不再局限于實(shí)驗操作規范、記錄翔實(shí)、報告完整，而是更重視對學(xué)生能力的考核與評價(jià)，因而加大了能力測評的權重（約占60%。指導教師根據實(shí)驗各個(gè)環(huán)節，如選題依據、實(shí)驗設計方案討論、文獻探討、課堂提問(wèn)、具體實(shí)驗細節的酌量、實(shí)驗結果、實(shí)驗總結匯報和實(shí)驗報告質(zhì)量等，對學(xué)生的實(shí)驗技能、自主研學(xué)、創(chuàng )新能力和科學(xué)思維等綜合能力進(jìn)行評價(jià)。
經(jīng)過(guò)三年的教學(xué)實(shí)踐，“自主開(kāi)放”式實(shí)驗教學(xué)體系逐步完善，已經(jīng)發(fā)展為材料化學(xué)專(zhuān)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(kāi)放選擇”式的實(shí)驗教學(xué)更具有趣味性、挑戰性和創(chuàng )造性，不僅極大地激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習的熱情和積極性，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(lèi)系統的綜合性實(shí)驗，有利于學(xué)生將本科期間學(xué)習的化學(xué)專(zhuān)業(yè)基礎知識和實(shí)驗技能有機地結合起來(lái)，形成了更加完整和深入的認知。另外，學(xué)生具有無(wú)窮的潛力，在實(shí)驗過(guò)程中常常出現一些意想不到的結果，反過(guò)來(lái)也鞭策教師做更深入的探究。
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