基于材料合成综合实验的创新型教学方法的研究

基于材料合成综合实验的创新型教学方法的研究〔〕:

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理论教学课程，为突出理论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、挖掘根本科学理论等方面才能，基于当前科技前沿材料合成，结合国家虚拟仿真实验工程，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，构建学员理论教学的多环节、全流程教学形式。

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,2022,7(91):54-57.

ResearchonInnovativeTeachingMethodBasedonMaterialSyntheticGeneralExperiment

CHENYufang,ZHENGChunman,YEYicong,LIYujie(CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,ChangshaHunan)

Abstract:InordertoRaisesandsharpensstudent'spracticalability,andfurtherenhancetheabilityofmaterialsmajorstudentstoindependentlyimplementmaterialsynthesisdesign,processconditionsoptimization,andfindingbasicscientifictheorycapability,thepracticeteachingcourseforgraduatestudentsaftertheoptimizationandadJustmentofthenewroundoftrainingprogramintheprehensivelaboratoryofmaterialsynthesisisbasedonthecurrentscientificandtechnologicalfrontiermaterialsynthesis,binedwiththenationalvirtualsimulationexperimentproJect,aseriesofinnovativeteachingmethods,suchasproblem-basedsituationalclassroomteaching,openexperimentaldesignteaching,virtualexperimentaidedteachingandanalysisanddiscussionteaching,areproposedtoconstructamulti-stageandwholeprocessteachingmodeforstudents'practicalteaching.

Keywords:prehensiveexperimentofmaterialsynthesis;teachingmethods;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根底课，是研究生理论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理论训练课程。"纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行";，理论是检验理论的重要标准，根据材料学科固有学科属性，学生通过理论教学进一步稳固理论所学，掌握材料科学与工程相关学科专业领域根底理论、根本知识、根本方法和根本技能，进而形成较强的系统整合思维才能、推理和解决问题才能、创新理论才能、语言文字表达才能、沟通协作才能、指导管理才能，具有良好开展潜力，可以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根底课，因此课程教学具有很强的理论性【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、理论教学30课时，理论教学集中进展教学，理论教学主要以3-5人为一个小组进展理论操作。

在新一轮的培养方案调整中，为适应当前材料科技开展的潮流，进一步稳固材料学科专业学生化学根底知识，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展工艺过程优化，新培养方案将这一课程确定为选用当前科技开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，进一步进步学生自主开展实验设计、探究材料组成-工艺-构造-性能的内在联络和撰写综述以及数据分析报告的才能【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根本理论即配位化学物合成反响及调控，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。最后本章内容完毕时，引导学员将问题模型化，稍加以引导，作为课后考虑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，坚持目的导向，这就需要打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的、方案，按部就班的展开教学的方式，进步教学方式的灵敏性和多样性。进而改变学生被动和消极的参加应试教育的学习形式，锻炼学员的自我学习和自我管理才能。进步学员根据已学习的理论知识自主开展理论学习与锻炼，实现理论教学与理论教学的有机统一【3】。材料合成综合实验作为一门专业根底课程，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。结合个人从教经历以及与学员交流过程中反响的信息，笔者从优化教学内容、改良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，复原这一材料在研发探究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响根本理论、反响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那么：

(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。在实验课内容的改良与改革上，注重以才能素质培养为核心，以创新思维训练为目的的实验教学方法【4】。对于课程教学目的，笔者始终坚持工程教育认证理念，按照目的导向为根本遵循，以培养才能贯穿于整个实验教学全过程。详细做法包括：以独立开展实验设计与验证为课程目的，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，根底训练与创新思维才能相结合。使实验课的内容既满足教学大纲对学生的根本要求，又充分表达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才能。

(2)改建实验考核体系。进步实验过程、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，贴近消费理论。针对实验课程教学，众多教育学者对教学研究方法都进展了研究，也获得很多突出的成果。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良的教学方法【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完毕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，提出无机半导体在开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进步像素分辨率的难题，结合如何解决、电脑的柔性显示和曲面显示的应用需求出发提出问题，引导学员考虑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，什么样的构造会影响显示的分辨率,如何调控材料的构造与形貌等问题。

通让学员自主设计实验条件，研究实验工艺条件与产物构造、形貌和产率之间的关系，进而查阅文献资料掌握材料构造与性能联络的研究方法。

〔二〕开放型理论性教学

理论教学是培养学员测量才能的重要途径，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响根本理论的详细理论，是课堂理论教学的继续和深化，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理论课程【7】。

开放型理论教学需要从理论出发，为进一步进步学员在后续论文研究过程中科学严谨开展研究的习惯，在新课程建立过程中重点加强教学仪器设备的硬件建立，在满足理论教学的根底上，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理解工业消费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，并纯熟使用。另一方面，这种定量调控反响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，为学员将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展单独操作，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形式，通过定量改变实验条件开展综合性、研究性实验工程，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才能。

在材料合成实验环节，会首先讲解这种材料合成的根本理论、实验条件确定根本方法、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根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，表达了化学合成与实验合成根本理论与技术的实用性，培养学员的学科综合才能[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，进展分析讨论，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，将教学思路交融到精巧的图片和动画之中，极大激发了学员学习兴趣，丰富了教学内容，有利于进步教学质量。这就需要进一步理清教学内容，引入材料合成与化学反响的微观动画，科研实验产物的微观形貌构造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如今学员面前，可以让一些抽象、不易理解的测量原理知识以形象详细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。

这要请教员注意搜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，兴趣性强、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工程，这些工程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构造变化。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展补充学习，拓展学员学习视野，对于学有余力的学员可以注册慕课〔MOOCs〕进展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，反响持续进展的过程，这一过程中会因实验条件的不同出现不同的实验现象，在课程进展过程中，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，同时通过交流能理解学员的学习需求，建立良好的教学反响线，教员根据学员反响信息积极调整教学内容和教学方法。同时在实验课后，会要求学员根据所学理论、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可以极大地进步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形式，学员的课程考核采用课堂表现占20%、文献综述占20%、理论环节占40%和实验报告占20%的方式进展综合评价。课堂表现主要是课堂互动参与度，以此来鼓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才能；理论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才能；实验报告主要是考察学员根据实验记录开展数据分析、材料构造与性能测试、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才能，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才能。综合的评价方式可以对材料合成综合实验学习效果进展一个全面的评价，防止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展了研究分析。在此根底上，从材料合成综合实验这门课程的角度出发，提出了一系列比拟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根底理论、具有良好