创新能力融入材料综合实验课程之改革探索.pdf

第39 卷第7 期2023年7 月贵州师范学院学报Journal of Guizhou Education UniversityVol.39.No.7Jul.2023创新能力融入材料综合实验课程之改革探索吴珊,龙绍橘?22*（1.贵州师范学院化学与材料学院，贵州贵阳2.贵州理工学院材料与能源工程学院,贵州贵阳550018;日5 5 0 0 0 3)摘要：以材料综合实验课程为例，从课程的内容选择、教学方式、评价机制三个角度对该课程的现状及存在的问题进行阐释；同时以其中“气动注塑成型聚乙烯复合材料”实验项目为例，探索创新能力融入教学的改革路径。结果表明：在教学设计中只有更大程度地启发学生参与、设计、创作实验，才能帮助他们更好地发现问题、解决问题，最终实现综合实验教学与创新培养的有机结合。关键词：材料综合实验；创新能力；实验教学中图分类号：G642Exploration on the Reform of Innovation Ability into Materials(1.School of Chemistry and Materials Science,Guizhou Education University,Guiyang,Guizhou,550018;2.School of Materials and Metallurgical Engineering,Guizhou Institute of Technology,Guiyang,Guizhou,550003)Abstract:Based on the course of material comprehensive experiment,this paper expounds the current situa-tion and existing problems of the course from three perspectives:content selection,teaching methods and evaluationmechanism.At the same time,with the experimental project of pneumatic injection molding polyethylene compos-ite material as a case to explore the approach to integrating innovation ability into teaching,it is concluded thatstudents can be inspired to participate in,design and create experiments to a greater extent,then to help them bet-ter discover and solve problems,and finally realize the organic combination of comprehensive experimental teachingand innovation training.Key words:Materials Comprehensive Experiment;Innovation Ability;Experiment Teaching文献标识码：A文章编号：1 6 7 4-7 7 9 8(2 0 2 3)0 7-0 0 6 4-0 6Comprehensive Experiment CourseWU Shan,LONG Shao-lei*第一动力。当前，国家推动创新驱动发展，以新技引信术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃党的二十大报告中习近平总书记强调，必须发展,对新工程科技人才提出了更高要求 。相坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是应的，根据专业认证的要求改革高校工程专业的收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 1基金项目：贵州理工学院教育教学项目“课程思政及生活素材优化大学生学习观研究”（JGYB202030）；贵州省高等学校教学内容和课程体系改革项目“课程思政及生活素材优化大学生学习观研究”（2 0 2 0 1 31）。作者简介：1.吴珊（1 9 8 7-）,女，贵州贵阳人，贵州师范学院化学与材料学院副教授,研究方向：发泡材料。2.龙绍（1 9 8 7），男，贵州三穗人，贵州理工学院材料与能源工程学院副教授，研究方向：金属材料。64创新能力融人材料综合实验课程之改革探索教学模式显得至关重要，即要改变以往强调“以教为中心”的教学模式,更强调“以学为中心”，并且坚持“以学生为中心、以成果为导向和持续改进 的基本原则 2-3。这就要求高等教育应突出以学生中心、以产出为导向并持续改进的教育理念 4。这种学生自我学习的产出而非以教科书或教师经验推动的教育系统运作 5 ,被认为是化工类专业教育范式的革新 6-8 。材料综合实验作为能有效培养学生创新能力、创新意识的课程，主要是因为它能够构建一种模块化、多维度的符合教学体系 9 ,无论是基础性实验还是综合性实验，都能够帮助学生在实验中掌握更多的材料科学前沿和拔高眼界，使学生对材料相关实验的学习兴趣和自主探索精神得到提高 1 0 。基于学生创新能力培养的迫切要求,在一定程度上让实验教学成为培养学生实验技能及创新能力的重要途径，真正实现“教与学”双向奔赴，达到提高学生综合素质和科研创新能力的目标 1 1-1 5 0基于上述原因，该研究以材料综合实验课程中“气动注塑成型聚乙烯复合材料”实验项目为例，从课程的内容选择、教学方式、评价机制三个角度探索和践行“创新能力”融入材料综合实验课程的改革路径，更大程度地启发学生参与、设计、创作实验，摒弃对实验一成不变的重现，以期帮助他们更好地发现问题、解决问题，最终实现综合实验教学与创新培养的有机结合。一、材料综合实验课程教学现状及存在的问题以贵州师范学院为例,材料综合实验作为我院材料科学与工程专业的专业基础课程，开设在大学三年级上学期，前导课程开设了无机及分析化学、有机化学、物理化学、机械制图、材料科学与基础、非金属材料基础、高分子物理、高分子化学、材料分析方法与测试技术、金属材料与热处理等，后续课程为新型功能高分子材料、材料加工工艺与设备、毕业实习及毕业论文。本课程的目标旨在帮助学生验证、巩固和加深非金属材料基础、金属材料与热处理、高分子物理、高分子化学、材料加工工艺课程中所学的基础理论知识；培养学生实验操作能力，养成严肃认真、实事求是的科学态度和严谨的工作作风，以及使用手册、工具书、网络查阅相关文献和资料的能力；确立观察现象的正确方法，初步培养分析判断、逻辑推理能力；掌握独立观察、实验记录、数据处理、撰写规范实验报告的能力。本课程的实验项目选择主要取决于前导课程以及与教师科研相关的内容。实验内容的完整性较好，只要按照操作步骤进行，就可以得到既定的实验结果,实验过程相对较刻板，趣味性较弱。同时，由于实验内容的科学属性较强，学生想从完整的实验项目中提出自己见解的难度较大,难以启发其创新能力。就本课程的考核评价形式而言,期末考试是通过每个实验出一道思考题，同学可以通过查阅文献资料获得答案；课堂纪律主要考查学生是否能够按时出勤；实验操作主要是考查学生的实际动手能力，大多是重现教师的操作；实验报告主要考查学生对预习报告和实验报告的撰写能力和思考能力。这种传统的考核评价体系可以在一定程度上反映学生查阅文献、思考问题以及动手操作能力，但是却不能反映学生的创新能力。因此，在材料综合实验教学过程中，提高学生的参与感,降低实验重现的枯燥感，激发他们的设计意识是必要的。这呕需教师将创新能力的培养以润物细无声的形式融入到日常的实验教学过程中，同时配套恰当的评价机制。二、以“气动注塑成型聚乙烯复合材料”为例的教学改革路径（一）强化实验内容的可塑性综合实验教学是理论应用于实践最好的体现。强化实验内容知识性和趣味性的兼容，一方面可以巩固和检验材料专业相关理论教学的学习成果,培养学生的基本实验操作技能和技巧;另一方面在学习过程中可以更好地激发学生的兴趣，启发学生的创新能力。综合实验的内容知识性要求实验内容完整、科学性鲜明、逻辑感强，能更好地将前导课程理论65贵州师范学院学报2 0 2 3年第7 期的学习与科学研究紧密联系起来；而实验内容趣味性的体现要求教师根据各个实验项目的特点，将完整的实验内容里面的某个环节（比如实验结果)改为可设计的实验结果。由于每个学生对创意设计的理解不同，就会产生不同的实验结果。按照自己的想象和设计能够很好地提高学生在实验学习过程中的参与感,降低对实验机械式的重现，可以很大程度上激发他们的设计意识。通过这些操作能提高实验的趣味，调动学生的积极性和能动性，既完成了实验教学的既定目标，也融人了对创新能力的培养。以“气动注塑成型聚乙烯复合材料”为例，我们将原本既定式实验结果（制件为小型风扇叶片如图1 所示）改为创意作品（题材不限、创新为主）。图2 中a、b 是2 0 1 8 级的学生利用熔融物料的堆垛构造的简单立体图形花篮和蜗牛；图2 中c、d 是2 0 1 9 级学生构造的立体图形和平面图形并上色；图2 中e、f是2 0 2 0 级学生拼搭的复杂图形房屋和老爷车。从简单的平面搭建、颜色设计到复杂大胆的图形和创意搭建，不仅能够反映出各年级学生的学情，也能通过实验结果多样化的设计及构建体现不同学生的设计理念。ab图1 小型风扇叶片注塑模具注：a.成品,b.模具。（二）“问题分析+翻转课堂”混合式实验教学模式的运用创新能力的培养就是引导学生自主探索科学问题的过程，让学生形成善于发现、分析和解决问题的科学思想。相比传统的“以教为中心”的教学模式,强调“以学为中心”的教学模式更能够提高学生在实验教学中的参与程度，让他们对创新产生共鸣。因此，我们提出“问题分析+翻转课堂”混合式实验教学模式，试图启发学生自主探索、分析问题、解决问题,在一定程度上激发他们的创新能力,真正完成“探索+求新”的融合。该混合式实验教学模式主要是遵循教师预设问题、学生发现问题、学生解决问题的思路，具体实施如下：首先教师根据实验内容的特点，将实验过程中可能出现的问题预先融人实验内容（预设问题），然后学生在实验操作过程中逐步发现它们（发现问题）,最后学生利用学到的原理去逐一分析解决问题（解决问题），以获得满意的实验结果。66以“气动注塑成型聚乙烯复合材料”为例，为了获得创意制品，需要学生根据材料的加工工艺原理设置和调整注塑成型的工艺参数（如温度、喂料速度、牵引速度）。如何设置合理的工艺参数就是教师预设的问题，也是“问题分析+翻转课堂”混合式实验教学模式的第一步。接下来就进入“问题分析+翻转课堂”混合式实验教学模式的第二步一一发现问题。就本实验而言，学生会遇到以下三类问题：第一是物料温度过高或过低，会导致物料过稀，不易成型或物料过稠，不易流动；第二是牵引过快或过慢，会导致物料粗细不均匀;第三是喂料过快或过慢，会导致物料堵塞、塑化不彻底或引人空气使制品易断。最后进入“问题分析+翻转课堂”混合式实验教学模式的第三步一一解决问题。学生想要获得较好的创意作品（如图2 中a、b），需要学生在实验中对温度、喂料以及牵引速度有较好的控制，否则温度过高，不易成型；喂料过慢，容易引人空气，物料易断不创新能力融人材料综合实验课程之改革探索易牵引；牵引过快或过慢，不易牵引出粗细均匀的物料，搭建出来的作品视觉效果不好。学生要想完成简单和立体图形的拼接和上色（如图2 中c、d），在实验操作过程中也需要很熟练地控制温度、牵引速度和喂料三者的关系，才能获得表面无缺陷的制品，上色时才能均匀附着，才能体现出学生的创意。学生想要搭建更复杂的结构（如图2中e、f)，不仅要学会控制温度、牵引速度和喂料速度，还要会应用有限元分析的思想在较短的时间里将复杂图形片段化设计，包括对每一个片段的形状、长度、数量的设计。至此,经过“问题分析+翻转课堂”混合式实验教学模式的实