以科研为基础滚动式拓展本科专业实验

摘要：本科教学的质量以实验教学作为支撑，专业实验教学是本科教学的一个重要组成部分，对培养学生的专业技能与创新能力及就业和创业能力极其重要。根据国家教学专项资金的长效资助规划，高校专业应该制定短期、中期和长期的本科实验室建设目标。基于作者长期的实验教学实践和对实验教学的规划经验，认为该目标的实现可从科研活动中挖掘新的实验，利用成熟的实验设备和实验技术，有计划有步骤地逐步以滚动的方式拓展本科专业实验教学新的方向和更有吸引力的内容。

关键词：本科实验；教学设备；实验技术

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）14-0265-02

一、引言

培养具有较强实践能力的工科专业的学生，深化实践环节，加强专业实验，培养学生灵活运用专业知识的能力、独立操作实验的能力和有效处理数据的能力与教师的科研水平密切相关[1-4]。而在培养上述能力方面，最重要的是给学生提供多种多样的专业实验机会。通过参与专业实验，让学生积累足够的专业知识、经验和能力。学校高度重视本科实验教学，制订了采购教学实验设备的计划。如何高效地利用国家教学专项资金，开发适合本科学生的新的实验项目以适应学生能力的培养，成为了摆在教师们面前的新的课题。由于国家提供了专项资金及学校也对实验教学设备逐步追加投入，如何用好这些经费成为了对教师创新性的一次考验。

本文总结了作者多年的切身经验，提出了开发新的实验项目的可行性方案。这些方案的实施对培养学生掌握专业技能和理解书本知识起到了积极的作用。

二、专业实验内容设置的研究

制定短期、中期和长期的实验室建设目标，是专业建设的重要内容。由于购买实验设备的资金是分批逐年下拨的，专业实验的建设也要适应，采取滚动式拓展的方式进行建设。由于学科的交叉融合，对专业实验内容势必有一定的影响，范围会逐渐拓宽，建设目标也会相应调整。因此，积极开展专业实验内容的交叉，对培养学生的科研能力、适应今后的发展是极其重要的。

在材料物理研究的范围内，相关应用方向发展极其迅猛：太阳能材料和各种能源材料包含电池材料与技术得到了突破。因此，专业内容的设置如何能够跟上时代的发展，关系到专业的发展和学生的就业。即专业建设的目标调整以当代的科学技术发展为基础，以适应社会发展为基础。同时，与之相匹配的实验教学也必须做相应调整。在此方向，我们做了初步的尝试和总结[5]。

三、科研实验转换为教学资源

随着科学技术的不断进步，科研方向的转型，新的科研项目和研究内容不断拓展，新的研究手段和研究设备不断更新，导致了科研活力的上升，由此引发了各种新的情况。其一是高校提升本科教学人才培养的水平，将部分优秀的学生加入到科学研究行列，让学生参与实验活动，然而学生的知识水平有限，专业知识和分析能力有限。其二是将科研实验转化为本科实验教学。这方面普遍做得较少，原因是大批量的学生参与教师的科研实验明显不现实，对科研会形成干扰，也会对设备造成损坏。要形成一定程度的转化，还要做大量的具体工作，需要有专人关心。哪些实验内容适合本科学生做实验而不容易出现问题？组织和编写教材和购买合适的设备及专业经费购买原材料。这些大量的工作会消耗教师大量的工作时间，且一旦实验出现了问题又涉及承担责任的问题。然而，随着国家教学专项资金的资助到位，教师们不得不开发新的本科实验以适应人才培养的需要，能够充分利用的是在一线做实验的研究生资源和管理设备和教师。

在科研实验转化为本科教学实验方面一般可采取两种方式，一是逐步进行，先开发出少量学生参与的设计性实验，再通过批量采购设备开发成一般实验；二是把逐步成熟且常做的科研实验转化成本科实验，通过研究生试做，普及到本科学生教学中。在将科研实验转化为本科实验教学方面做了一些探索。一些科研实验，在经历5年以上的实践后，实验设备基本成熟，程序相对固定，有利于发展成为本科学生实验。例如，我们在制备传统电子陶瓷的实验内容方面，开发了若干本科实验，又将近年来兴起的水热法制备纳米颗粒，Sol-gel法制备薄膜等研究生所用的实验方法都开设成了本科学生的必修实验课程。随着各类设备的逐步普及，企业中已经是常规使用的等静压法也普及到了本科实验。在与企业的接触中，压电材料受到了特别的关注并成为了重点发展的产品，由此我们拓展了实验内容，将测试压电性能的相关实验也开设到了本科实验中，让学生通过实验学习理论和实用技术，以满足学生未来在企业的发展需求。因此，根据科研和企业需求，滚动式地拓展本科专业实验是专业实践的良好发展之道。

科研实验往往比较单调简单，但会涉及一些较深的专业知识。与一般的普通实验相比，一次实验所花时间较少，不适宜大量学生进行。因为实验项目和实验时间的限制，学生不可能做深入的探讨。而对于少数高水平的学生，往往能够在实验中提出一些问题，而逐步解决这些问题，才形成了设计性实验[6，7]。例如，在陶瓷的预烧及烧结实验中，专业实验只提供有限的时间和次数，教会学生实验的方法和基本原理；而在设计性实验中，学生可以探讨不同实验条件对结果的影响，并有可能根据具体情况，丰富新的专业实验的内容，这样做实现了设计性。即设计性实验不应该仅仅是一次完成的实验，而是要通过一次实验，提出问题，再提出改进的方案，再实施多次后完成。要求学生有较高的实验水平，甚至可以和毕业设计结合在一起。

通过逐步的发展，目前已经在本校材料物理专业建设了系统的实验模块，结合未来的发展，主要包括：

最后，通过本科学生参与教师的科研活动，特别是参与相关实验工作，极大地促进了科研实验向本科实验的转化。

但是该模式的运行也存在以下的问题：部分科研实验需要大型的设备，难以让本科学生参与。由于学生人数太多，管理不善会对设备造成损坏。因此，只能是小型的费用不高的新型基础实验，才有适合开发本科学生能做的实验。

四、结论

上述分析以及其他学者的工作[8，9]给我们的启示是：专业建设是长期的任务，需要教师们密切关注企业的发展，教学生实用知识；也需要不断总结科研实验方法，简化分解到本科专业实验中，让学生尽快掌握更多更全面的科研实验方法和分析手段，便于学生未来的快速发展。

根据国家教学专项资金的长效资助规划，高校专业应该制定短期、中期和长期的本科实验室建设目标，以有效利用资助资金。本文以湖北大学材料物理专业的十多年专业实验滚动发展为例，总结了相关经验，并认为上述目标的实现可从科研活动中挖掘新的创新与基础实验，立足教学兼顾科研地采购合适的设备，以滚动方式拓展本科专业实验教学项目。同时举例给出了实现设计性实验的具体方案和内容。

参考文献：

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[2]曹万强，潘永才，王晓临.建立电子学科创新实践、实训基地的探索[J].实验室研究与探索，2004，23（10）：12-14.

[3]曹万强，杨向荣.多种形式下电子类专业实习效果的比较[J].实验室研究与探索，2005，24（7）：86-88.

[4]曹万强.“双轨制”人才培养模式[J].实验室研究与探索，2009，28（1）：101-103.

[5]曹万强，江娟.材料物理专业实验教程[M].冶金工业出版社，2016，（2）.

[6]黄剑平，龚银香，童金强.设计性实验教学的实践与探索[J].实验技术与管理2009，26（51）：35-136，143.

[7]曹万强，杨向荣.开发设计性实验，提高学生的动脑能力[J].创新科技导报2010，（20）：160.

[8]方实耿，王新葵，谭小英.纳米银制备的最新科研成果转化为本科生实验的探索与实践[J].实验技术与管理，2011，28（11）：159-161.

[9]扈F，邓北星，马晓红，徐淑正.科研成果转化为实验教学内容的探索与实践[J].实验技术与管理，2012，29（10）：21-23.