丁 艳，赫占军，张素娟

（淮北师范大学 化学与材料科学学院，安徽 淮北 235000）

0 引言

随着中国高等教育从“专业教育”向“素质教育”的转变，对应用型人才创新能力培养要求逐步提高［1］. 社会对人才的竞争愈加强烈，对大学生的素质提出更高的要求，传统的人才培养模式已不能满足社会对创新型人才的需求［2-3］. 近年来，淮北师范大学对材料化学专业实验的改革进行探索，取得一定进步，但仍存在许多不足. 因此，如何培养应用型材料化学专业高水平、高素质创新人才，充分开发和利用我校丰富的教育资源和教师优势，使材料化学专业学生既掌握材料和化学扎实的理论知识和基本技能，同时还具有较强的科研创新能力，适应当今社会和经济发展对人才的需求，满足学校厚基础、宽口径、重实践、强能力的应用型人才培养的总体要求是亟待解决的问题［4］.

近年来，我校材料化学专业进行广泛调研，从新时期对材料化学专业应用创新型人才培养目标出发，通过多年来对材料化学实验教学改革的探索，并结合我校的实际情况，提出材料化学实验教学的应用型创新人才培养的若干途径. 通过构建新的实践教学体系，调整传统教学模式，优化实验教学项目，注重专业实验教学与科研互动紧密结合，提高学生思辨能力，强化团队合作，提升学生综合实践能力和科学素养. 推进开放式教学平台建设，激发学生自主学习的热情，完善综合评价体系，推进教学“知行合一”［5］，提高学生的探究能力和创新潜质. 希望通过本文研究能够对材料化学专业实验教学发展提供参考，为国家和社会培养有创新思维能力、善于学习、敢于超越的应用型高水平和高素质人才［6］.

1 材料化学专业实验教学的重要性

材料化学专业是研究材料的制备、组成、结构、性能及应用的一门科学，它从化学的角度探索材料的微观结构对其宏观性能的影响［7］. 材料化学专业是一门涉及材料、化学、物理等知识的交叉学科，也是一门应用型学科［8］. 材料化学专业培养学生掌握扎实的材料科学基础知识和化学基础理论，同时具备较高的实验技能和创新能力，善于将理论知识应用到社会实践中，满足应用型创新人才培养的需求. 材料化学实验是材料化学专业核心课程的重要组成部分，其培养目标不仅使学生掌握材料化学基本的实验方法和实验技能，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，更重要的是培养学生严谨的科学态度和创新思维能力，激发学生探索科学世界的热情，为国家和社会培养有坚定理想信念、勇于担当、善于学习和敢于超越的高素质应用型人才［9］.

2 材料化学专业实验教学中存在的问题

近年来，我校积极进行材料化学专业实验教学改革与探索，取得一定的成绩. 但现行材料化学专业实验课程设置、教学模式、实验教师队伍建设、实验室管理、教学仪器的更替等方面仍存在不足，影响教学的快速发展和学生创新能力的进一步提升.

2.1 课程设置和评价体系等教学管理急需完善

材料化学专业实验主要包括材料的合成与制备、材料的性能与测试及材料加工等实验［10］. 目前，开设的部分实验方法陈旧，实验内容缺乏创新性，很难调动学生实验的热情，难以激发学生的兴趣. 在现行的教学模式中，实验课通常被作为理论课程的附属内容，这种模式的设定容易使实验项目彼此独立，对项目间的有机连续性产生不利影响. 传统的教学内容、陈旧的实验设备以及固化、呆板的教学模式在引导大学生自主学习、主动思维和应用创新等综合能力方面弊端较多. 实验的评价体系有待完善，改变以实验报告作为实验成绩的单一评价方式，通过建立综合的评价体系调动学生实验的积极性和主动性，提高学生的科研素养，培养学生的创新能力［11-12］.

2.2 学生主动思维和科学创新意识急需提升

目前，材料化学实验教学模式比较单一，侧重理论教育，主要是以理论为基础，更注重基础专业知识的培养，实验多是以课本为主的重复性实验. 在实验教学过程中，大多是教师先讲解实验原理、实验方案、注意事项及仪器的使用等. 学生被动接受实验相关知识，然后学生按照实验步骤按部就班地操作，并未真正理解实验的设计原理，很难发现问题，遇到问题不知如何解决，不能真正达到实验培养目标. 这种方式学生缺乏自主学习的过程和独立思考的能力，难以调动学生实验的积极性，也很难激发学生对科学研究的兴趣，缺少应具有的主动思维和科学创新意识［13］.

2.3 缺乏严谨的科学态度，安全、环保意识有待提高

材料化学实验教学中发现部分学生态度不认真，操作不规范，观察实验现象不细致，实验一旦失败没有耐心，信心也不足. 少数学生抄袭实验数据，书写实验报告敷衍了事，缺乏严谨的科学态度和精益求精的工匠精神［14］. 部分学生实验中缺乏组员之间的沟通交流，喜欢孤军奋战，缺少团队合作，很难兼顾到实验每个环节.少数学生安全意识淡薄，自我防护意识差，实验废弃物随意乱丢，不爱护实验仪器、设备等.

2.4 专业实验建设投入不足，实验室管理尚需完善

作为师范类院校，开设材料化学专业这类非师范专业的时间相对较短，在专业实验建设、实验室管理等方面还不够完善. 实验设备配备齐全，实验室规范管理是实验教学顺利进行的保障［15］. 目前，在材料化学专业实验室的资金投入、实验室的基础设施建设等方面还需要加大力度. 实验教学设备配备不够齐全，部分设备陈旧，有的已不能正常使用，一定程度影响专业实验教学的发展. 同时，在实验仪器的维修、更新的效率等方面，也对实验教学产生一定影响. 另外，我校材料化学专业无专任的实验教师，任课教师不仅要负责本专业的理论课和实验课的教学工作，还要进行实验的准备，实验试剂、耗材的统计和报送工作，同时还要承担实验仪器的管理和日常维护等，教师的工作任务较重.

以上材料化学专业实验课程设置、教学模式、评价体系、实验室管理等方面需要完善和提升，促进我校材料化学实验教学发展，有利于新形势下应用型创新人才培养的需求.

3 进一步优化材料化学专业实验教学体系的措施

3.1 调整传统教学模式，优化实验教学项目

（1）调整传统教学模式. 专业实验应更加注重培养学生的主动思辨与综合学习能力. 在实验教学过程中调整教学模式，通过线上教学平台提前一周给学生布置任务，各小组学生提前了解实验原理、实验步骤和注意事项等，疑难问题查阅相关资料. 实验教学以学生为主体，改变传统的教师讲解实验为任意指定学生讲解实验，然后由教师补充. 实验过程中教师积极引导学生发现问题，提出问题，鼓励各小组成员加强团队协作，指出实验中学生错误操作及安全隐患，渗透学生加强环保意识、绿色化学理念. 实验结束后各小组进行实验小结，最后由教师做出点评. 这种教学模式极大调动了学生的积极性和主动性. 通过自主学习的方式将理论知识应用到具体实践中，提高学生的动手操作能力和善于观察、独立思考的能力，敢于提出问题，大胆进行讨论，克服在传统的实验教学过程中被动学习、毫无兴趣、疲于应付、照抄照搬和一语不发等恶性循环状态. 根本上改变“以教师为中心”的传统教学模式，提高学生的积极主动性和善于思考的能力，培养学生创新意识和综合实践能力.

（2）优化实验教学项目. 材料化学属于应用型专业，是材料科学的核心和重要分支，其内容强调科学的前沿性，涉及材料化学和仪器测试技术等多方面知识，范围广且复杂多变. 作为师范院校，我校非师范专业材料化学专业原来偏重于基础理论教学，实验教学比重相对较少. 开设的材料化学实验多为材料的合成与制备，材料性能研究方面的实验项目较少，材料表征、测试方法也比较有限. 部分制备方法比较陈旧，大多为功能单一的传统材料，有些材料合成过程中气味较大，影响学生健康，污染环境. 根据国家对材料化学专业应用型人才的培养目标，满足当今社会和企业对创新型人才需求，适当缩减基础理论课讲授的学时数，如大学物理等，增加作为专业核心课程的材料化学实验的学时数，更加注重材料化学专业的应用性和实践性. 开设的“材料化学基础实验”和“材料化学专业实验”的总学时已由原来的72学时增加为96学时，并增加综合性、设计性的实验项目比例，加强对学生综合能力的培养.

结合近年来的材料科学研究的热点，发挥我校材料化学专业教师在某些科研领域中的研究优势，对材料化学实验项目做了部分调整和优化. 在教学实践中，将教师的科研成果进行精选、提炼并转化为本科生综合性、设计性实验，丰富实验内容，激发学生的兴趣，开发学生创新思维能力，提高学生的综合实验技能. 开设“室温固相合成氧化铜及X射线粉末衍射法物相定性分析”“氮化碳多孔材料的水热法制备及光化学性能测试”“微波辐射合成防锈涂料磷酸锌及其红外光谱测定”等综合性实验. 这类实验通常包括材料的合成与制备和材料的表征及性能测试等，保证实验的连续性，使学生对材料的制备与性能有整体的认知，拓展了学生的视野，为今后从事科学研究工作打下基础. 同时，更新实验制备方法陈旧，污染环境的传统材料的合成实验，开设近年来研究比较热门、功能多样的金属有机框架材料MOF、微纳表面结构薄膜材料、磁流体、水凝胶和氮化碳等材料制备的实验项目. 拓展对材料性能方面的研究，增加材料电化学、光催化及吸附性能等方面的研究，如“过渡金属掺杂聚苯胺的制备及电化学性能研究”“二维石墨相氮化碳的光电化学性质测试”“低温氮吸附法测定多孔材料的比表面积及孔隙分布”等，提高学生对材料多角度、全方位的认识，同时掌握更多的实验测试技术. 通过专业实验课程的学习，学生掌握固相合成法、水热法、微波辐射法等无机材料及本体聚合、乳液聚合等高分子材料基本的合成方法，熟悉微纳材料薄膜、陶瓷、氮化碳多孔材料及水凝胶等材料的制备；掌握紫外-可见光谱仪、红外光谱仪、荧光光谱仪、原子发射光谱仪、X射线衍射仪、流变仪、气相色谱仪、比表面分析仪、交流阻抗测试仪、偏光显微镜等仪器设备的使用方法及测试技术；熟悉材料的光学、电学、磁学、催化、流变、吸附等性能的研究方法；了解高分子材料的成型加工方法. 实践证明，通过对材料化学专业实验项目的调整和优化，学生更好掌握材料基本合成方法和表征技术，更加全面了解材料的基本性能，提高学生综合实验技能，激发学生对科学问题探索的热情，提高学生创新意识和团队协作能力.

3.2 重视应用型创新能力的培养，提升学生的科研素养

新形势下，不仅要注重对学生专业知识和专业技能的传授，更要加强对学生应用型创新能力的培养，提高学生的思想道德素质，培养德才兼备的新时代人才.

（1）注重专业实验教学与科研互动紧密结合，培养学生爱国情怀. 材料化学专业实验是培养学生掌握材料化学的基本实验方法和实验技能，为将来在材料及相关领域的开发和研究打下坚实的基础. 将材料科学领域最新的科技成果引入专业实验教学中，有利于学生了解该领域最新的学术动态，开阔学生的视野，扩大学生的知识面，从而激发学生对科学的兴趣. 依托省级或校级重点实验室，鼓励老师吸纳有较高科研素养和创新思维能力的优秀学生参与科研项目，丰富材料化学专业实验内容，提升学生的专业实验技能和创新能力. 鼓励更多学生积极投入到科学研究领域，投身于我国高端科学技术研发工作，巩固国防，培养具有爱国情怀、勇于担当的创新型高技术人才.

（2）提高思辨能力，培养学生严谨细致的科学态度和精益求精的工匠精神. 材料化学是以实验为基础的学科，实验中的每个细节都会影响实验数据的准确性、精密性，一个很小的失误可能导致整个实验的失败. 实验教学中注重培养学生的思辨能力，养成规范操作、细致耐心的习惯，提高学生善于观察、独立思考的能力，在不断的反复实践中提高学生的操作技能和实验水平. 科学研究中一个突破性的结果往往要经过几百次、上千次的实验，经历多次失败后才能最终获得成功. 教学中积极引导学生要有克服困难，解决问题的决心，学习科学家探索科研问题时不畏艰难、精益求精的工匠精神.

（3）强化团队合作，满足社会和企业的人才需求. 实验教学不仅要培养学生的实验技能，提高动手操作能力，更重要的是提高学生的科研素质，注重学生团队合作能力的培养. 科研实验任务量大，往往单人无法独立完成，必须要多人分工合作. 实验教学中学生自行组队，分工协作，培养团队成员良好的沟通交流能力和团队协作能力，具有高度的责任感和凝聚力，有利于解决实验中遇到的瓶颈和疑难问题，为将来真正的科研工作打下基础. 通过本科生导师制，鼓励本组导生走入课题组，走进实验室，与导师一同开展科研训练，指导学生完成国家级、省级大学生创新创业项目. 提高学生的实验技能，提升学生的科研兴趣，培养学生的团队合作和创新意识，使实验教学转化为学生自主学习、主动探索的轨道上，真正建立具有团队协作和创新能力健康发展的实践体系.

（4）加强学生安全教育，树立环保意识. 近几年，由于高校实验室安全事故频发，环境污染事件各地也屡见不鲜. 借助实验教学平台，培养学生安全规范的操作习惯，掌握突发情况的应对措施，学习灭火器等消防器材的使用方法，养成自我主动防护的意识. 实验教学中也要培养学生的环保意识，有毒、有害的废品和废液不随意丢弃，减少不可再生资源的使用，支持低碳产品，保护绿水青山，建设生态家园，为实现我国的“双碳”战略目标而努力.

3.3 推进开放式教学平台建设，激发学生自主学习的热情

由于材料化学专业实验课的课时有限，而实验课所涉及的知识较多，完全靠课堂的时间进行实验教学就显得比较仓促，而且按照预先设定的实验步骤进行实验教学不能更好地提高学生的创新能力，难以激发学生的科研兴趣. 因此，整合学校的实验资源，提高实验室和仪器设备利用率，开放学校的实验室，给学生提供良好的实验环境，提高学生动手操作能力，培养学生自主学习和创新思维能力. 通过开放实验项目，如《贵金属表面等离子体效应的研究》，让学生自主设计实验方案，自行选择仪器等，自己完成实验，充分发挥学生的主体作用. 同时教师和学生有更多的时间进行互动交流，鼓励学生对实验中发现的问题进行反思，大胆提出新的想法.学生通过独立思考可提高自己分析和解决问题的能力，掌握从事科学研究的基本方法和途径，极大地激发学生自主学习的热情和敢于尝试的创新精神，提升学生综合素质.

3.4 完善综合评价体系，推进教学“知行合一”

教学和考试是任何课程中不可或缺的2个重要部分，抓好实验教学的考试关，既可以提高教学质量，又可以发现教学中存在的问题. 对于材料化学实验的评价方法，将原先单一的考核办法改为综合评定.不再仅以实验报告等作为考核依据，而是设置多样化的综合评价体系. 实验考试选择一个综合实验，不再讲解实验原理、操作步骤和注意事项等，学生提前预习，自主查阅资料解答疑难问题，分小组进行实验，最后独立完成实验数据的处理. 注重学生实验过程中的操作技能、解决问题能力和团队协作能力，对实验方案有所改进和优化的学生给予成绩奖励. 通过综合成绩评定，大大激发学生的实验热情，培养了自主实验和团队合作的科研素养. 另外，科技小论文也是作为综合成绩评价的一项依据. 学生通过查阅大量中英文文献，了解某领域的科技动态，对实验相关的某个科学问题进行深入分析，阐明自己的观点，经总结、梳理后书写成小论文. 既培养学生的科技论文的撰写能力，又开发学生科研创新思维能力，有利于新时代高水平科技人才的培养.

3.5 加强实验室建设，完善实验室管理，为实验教学提供保障

针对实验室仪器设备配备不齐全，实验室管理不到位等问题，做了改进. 学校加大实验室的资金投入，完善实验室基础设施建设，更新和配备一定数量的实验仪器，创建良好的实验环境. 新进了专业实验教师，加强对实验室的管理和仪器设备的维护. 根据学生相关实验研究需求，合理安排，有效开放相关实验室，提高实验平台的利用率，调动教师和学生参与实验的积极性，努力培养学生综合能力，为实验教学提供保障.

4 结语

材料化学专业实验是培养材料化学综合性专门人才的重要环节［16］. 通过调整传统教学模式，优化实验教学项目，建设开放式教学平台和完善综合评价体系，推进淮北师范大学材料化学专业实践教学改革，完善了实验教学体系，培育学生的探究能力及创新潜质，提升学生的自主性和综合实践能力，教学质量有较大提高，教学效果良好. 本科毕业论文实验中学生的自主性、创新性明显增强，毕业论文的质量有稳步提升. 有多名学生积极参加省级大学生创新创业项目和校级实验室开放项目等，取得一定成果. 学生对科学研究的兴趣明显增强，多名学生选择继续深造，考研复试中实验考试成绩有所提高，考研率稳步提升. 步入工作岗位的学生，由于其扎实的理论基础和较强的综合实验技能受到企业的好评和重视. 我校材料化学专业实验教学的改革与优化为培养新形势下具有较高专业素养和良好道德素质的应用创新型人才打下坚实的基础.