高分子科学与工程专业创新实验的教学模式探索与实践

钱祉祺 赵长生 田晨旭

四川大学高分子科学与工程学院 四川大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心

摘要：实验教学作为大学培养学生实践动手能力和创新能力的重要环节，是高等教育创新体系的重要组成部分。文章在分析了国内高分子科学与工程创新实验教学现状的基础上，探讨按照以实验室教学为基础的综合性创新实验教学，以学生科技活动为载体的自主性、开放性创新实验，以科研项目为依托的学术研究性创新实验项目三种模式来建立和完善创新实验教学的方法和途径。通过在四川大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心进行教学实践，取得了良好的效果。

关键词：高分子科学与工程 创新实验 教学模式

引言

“科技是国家强盛之基，创新是民族进步之魂。”创新是推动人类科技文明发展的动力，也是国家综合竞争力的核心。大学不仅是知识创新的重要场所和国家创新体系的重要组成部分，更是培养具有创新意识、创新精神和创新能力人才的基地。

实验教学作为大学培养学生实践动手能力和创新能力的重要环节，是高等教育创新体系的重要组成部分[1]。许多高校在实验教学环节纷纷引入创新实验体系，希望以此达到提高人才培养质量，实现培养创新人才的目标。但是，由于创新实验本身既没有规律可循，也没有现成模式，因此，如何构建科学、合理的创新实验教学模式，保证创新实验的效果和质量，就成为实验教学改革、创新实验建设必答之要义。

一、高分子科学与工程类专业创新实验的教学现状

高分子科学与工程是材料科学与工程学科的重要组成部分，而材料、能源、信息作为21世纪的三大支柱产业，在国民经济建设、国防建设等领域占有重要的地位。目前，国内大多数综合性大学及理工科院校均开设有高分子科学与工程类专业。自国家开展“创新人才培养计划”以来，各高校高分子科学与工程类专业都结合自身实际情况，建立多种创新实验教学模式，开展实验教学改革和创新实验教学体系建设。例如，浙江大学材料科学与工程学院实验中心依托国家和浙江省的项目，开展大学生科研训练计划（Student Research Training Program，简称SRTP），通过SRTP计划实施的模式支持本科生开展科研创新训练[2]。武汉理工大学材料科学与工程学院实验中心也以湖北省普通高校拔尖创新人才培育试验计划等作为创新实验教学的实施载体，培养基础宽厚、适应面广、具有较强的国际竞争力的高级工程技术人才及新材料研究开发人才[3]。青岛大学提出了“三个结合”和“三个转变”的实验教学改革理念，即坚持实践教学与理论教学相结合，技能训练与课程实验相结合，创新实验与科学研究相结合；实现由基础验证实验向综合应用实验转变，由规定性实验向自主性实验转变，由传统型实验管理向开放型实验管理转变[4]。

总的来说，各高校高分子科学与工程类专业基本上都开展了创新实验教学体系建设工作。究其改革和建设的本质，是希望通过探索和建立多种创新实验的教学模式，在创新实验教学的过程中，引导学生发现问题、思考问题、解决问题，在此过程中激发学生创新思维、培养学生创新意识，使学生初步具备进行自主性、探索性和研究性学习的能力。很明显，创新实验教学既不同于传统的重复性、验证性和观察性实验教学，也不同于科研项目研究，它更注重的是学生参与探索研究的学习过程和能力培养，而并非期望其能够创造出多少原创性成果[5]。由此可见，建立和完善满足学校人才培养目标、符合创新人才培养要求、注重创新人才培养过程的实验教学模式十分必要。

二、高分子科学与工程类专业创新实验的教学模式分类

尽管各个高校高分子科学与工程类专业人才培养目标不尽一致，学科优势领域有所区别，实验教学体系改革和创新实验教学建设的侧重点各不相同，但其创新实验的教学模式大致还是可以分为以下三类。

（一）以实验室教学为基础的综合性创新实验教学模式

以实验室为基础的综合性创新实验教学模式具备实验室资源和条件能够满足大部分学生创新实验的需要、实验教学整体内容可以均衡调整、综合型创新实验教学模块便于及时更新、实验师资力量有保障等优点，因此，开展创新实验教学体系建设的高校都把这种模式作为创新实验教学中最基本、最主要的教学模式进行规划和建设。

以实验室教学为基础的综合型创新实验教学模式的特点就是“综合性”，主要体现在实验内容要实现基础知识与专业知识的综合，技能培养要实现动手能力和创新能力的综合，要围绕“知识—能力—素质—创新”的主线，在综合性创新实验项目设计上力求基本涵盖高分子科学与工程类专业的主要知识模块（图1）。

通过覆盖知识模块的方式构建创新实验综合内容体系，以综合性创新实验取代部分验证性实验，既能够打破以往分专业设置实验结构、层次的传统做法，根据不同知识模块之间的关系，强化实验项目的可延续性和综合系统性；又可以在实验过程中，让学生对同一模块中实验的相同和不同内容进行总结，提高学生对实验方法、实验技能的深化掌握与认识，真正做到以实验技术方法为主体，从以往单纯的技能培养转化为系统综合创新能力培养。

（二）以学生科技活动为载体的自主性、开放性创新实验模式

自主性、开放性创新实验是激发学生学习兴趣、培养学生综合思考能力的重要手段，更是发掘学生深层次创新潜能的“钥匙”。以学生科技活动为载体的自主性、开放性创新实验主要包含如“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛及创业计划大赛、“中国大学生新材料创新设计大赛”等学术科技竞赛和自主性学生科技社团活动、竞赛活动以及SRTP计划、实验室助理项目（Student Laboratory Assistant Proj ect，以下简称SLAP）等开放性创新实验计划。

在以学生科技活动为载体的自主性、开放性创新实验组织实施过程（如图2）中，学生参与具有自主性，实验方式具有开放性，指导教师只是起到建议和辅助的作用，学生可以自主提出课题或自由选择感兴趣的项目和计划、自由组合团队、自主查阅资料、自主规划实验方案、自主管理实验过程、自主获取实验结果、根据结果自主分析问题和解决问题、自主答辩或提交实验报告。由此可见，自主性、开放性创新实验可以引导学生独立思考、大胆动手，充分发挥学生的积极性、主动性和创造性，为学生自主学习与创新探索提供充分的实践空间。

（三）以科研项目为依托的学术研究性创新实验项目模式

科学研究的过程就是探索与创新的过程。在以科学研究项目为依托的学术研究性创新实验过程中，学生在科研课题组内不仅能接受高分子科学与工程领域一些前沿研究内容的熏陶，真正感受到创新研究的氛围，了解最新科技发展动态，从而拥有广阔的视野；而且能够在从事科研工作的教师引领和指导下，充分发挥自己的科研积极性和主动性，系统地培养、锻炼综合分析问题的能力和创新研究能力；同时，还可以在专业教师的指导下，利用最新的科研仪器、科研手段和方法开展创新实验，培养自身的实践动手能力；另外，通过在课题组的工作，还可以让学生初步感受科研团队内的协同合作、相互配合，培养学生的团队意识和协作精神。

考虑到科学研究的客观规律和工作开展程序，以科研项目为依托的学术研究性创新实验首先要在导师的指导下确定创新实验的选题，制订简要的研究计划。学生在查阅相关文献和资料后，以开题报告的形式启动创新实验工作。在整个过程中，坚持导师全程指导、学生自主探究的原则，以研究课题、查阅文献、拟订方案、实施实验、分析结果、撰写论文、汇报工作等为具体手段，以高分子科学与工程领域的理论知识和综合实验技能为基础，通过科研项目管理机制引导，最终实现培养学生创新意识、创新精神和创新能力的目的。

三、创新实验的教学模式实践

四川大学材料科学与工程国家级实验教学示范中心（以下简称“示范中心”）自建设以来，根据四川大学“培养具有深厚人文底蕴、扎实专业知识、强烈创新意识和宽广国际视野的人才”目标，不断改革实验教学体系，建立和完善了上述三种创新实验的教学模式。在改革过程中，示范中心一方面改革实验教学计划和优化实验教学内容，完善以实验室教学为基础的综合性创新实验教学模式，突出学生的创新意识和能力培养，逐渐减少重复性、验证性和观察性实验，进一步强化高分子科学与工程类专业的系统性、综合性、创新性实验项目，增设了30余项综合性、设计性实验来提升学生的动手能力、提高实验教学效率、改善教学效果；另一方面探索建立以学生科技活动为载体的自主性、开放性创新实验模式，加强对学生科技竞赛活动和科技社团的支持，推出了本科SLAP项目，每年吸引20名左右优秀本科生参与实验仪器的培训和管理，增强学生动手实践能力和创新探索能力；另外，还引入以科研项目为依托的学术研究性创新实验项目模式，依靠材料科学与工程国家级重点学科和高分子材料工程国家重点实验室的平台，以强势科研促进实验教学，将科研成果融入实验教学内容，促进实验内容、方法和手段的改革与创新。实验中心充分利用学科交叉和优势科研项目充足的有利条件，以科研项目为基础，每年引入约40项学术研究型创新实验项目供学生选择参与。

通过近年来示范中心在创新实验教学模式上的不断完善，使创新实验教学内容不断丰富，创新实验教学效果日益明显，学生创新能力和水平逐步提升，培养的学生先后在“华为杯”中国大学生新材料创新设计大赛上获得特等奖和二等奖，在全国“挑战杯”大学生课外科技活动作品竞赛等比赛中也取得了优异的成绩。

四、结语

实施创新教育是当代中国教育改革的主旋律，是培养学生创新意识、创新精神和创新能力的教育实践。我们通过多年的探索和实践，认识到要适应当今社会对高分子科学与工程类专业人才的需求，就必须在过去重视知识教育的基础上，着力加强实践能力与创新能力的培养。在实验教学中要转变教育观念，改革实验教学模式，更新实验教学方法。只有这样，才能培养和提高学生的创新能力，使其真正成为国家和社会所需要的具有较强创新精神和创新能力的高级工程技术人才。

参考文献

[1]韩鹤友，肖湘平，王运，等．以能力培养为核心的开放式公共基础课实践教学平台建设 [J]．中国大学教学，2012（6）:74.

[2]林健．卓越工程师创新能力的培养 [J]．高等工程教育研究，2012（5）:7.

[3]成琼，鲁嘉华，张燕．构建创新实验项目开放式运行模式的实践探索 [J]．实验室研究与探索，2012,31（7）:138-140.

[4]段蓉，朱昌平，张亚新，等．创新型实验教学体系的探索 [J]．实验技术与管理，2010,27（10）:156-157.

[5]俞远志，张立庆，傅晓航．开放性实验教学模式的实践与思考 [J]．实验室研究与探索，2012,31（3）:154-155.