(湖北大學(xué)，湖北武漢 430062)

我國于2010年頒布了《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》，2015年又頒布了《統(tǒng)籌推進(jìn)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)總體方案》，方案明確了我國世界一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)的目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)我國從高等教育大國到高等教育強(qiáng)國的歷史性跨越，明確了高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展定位。高校的長足發(fā)展、科創(chuàng)型人才的培養(yǎng)離不開實(shí)驗(yàn)課程的科學(xué)開展，成功的高校都具有相同的優(yōu)勢(shì),即優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)課教學(xué)體系。正如易紅指出“實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)模式是高校適應(yīng)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)”[1]，明確了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校人才培養(yǎng)中的核心作用，并強(qiáng)調(diào)高校培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的首要渠道便是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)。亦如陽太林提出“培養(yǎng)高度創(chuàng)新能力的合格人才的最優(yōu)途徑便是改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)”[2]，還如齊永欽特別指出“創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的終極目標(biāo)”[3]。本文圍繞《材料性能測(cè)試》實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的特點(diǎn)，闡述采用科教融合方式，將學(xué)院科研測(cè)試平臺(tái)儀器與日常教學(xué)相結(jié)合，利用微課開展翻轉(zhuǎn)課堂等線上線下混合式教學(xué)模式，從而增加大型儀器測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比重，完成形式多樣的課程重構(gòu)。

1 課程建設(shè)的背景

1.1 課程的現(xiàn)狀

《材料性能測(cè)試》是通過鍛煉學(xué)生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問題、思考問題的習(xí)慣與能力，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立研究與創(chuàng)新的一門實(shí)驗(yàn)課程，基于該課程在培養(yǎng)學(xué)生能力上的重要作用，高校培養(yǎng)計(jì)劃中將其作為專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，有著十分重要的地位。現(xiàn)階段該課程體系在實(shí)踐上過于單薄，主要體現(xiàn)在以低值、小型的儀器作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，且實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新周期較長，實(shí)驗(yàn)技術(shù)相對(duì)落后，局限于書本的理論知識(shí)，大型測(cè)試儀器有關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)體量很小，出現(xiàn)“所學(xué)非所需”的問題，先進(jìn)測(cè)試技術(shù)與手段不能通過該課程的學(xué)習(xí)得到滿足，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會(huì)持續(xù)發(fā)展所需具備的創(chuàng)新實(shí)踐能力是極大的阻礙。面對(duì)現(xiàn)階段本科人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀，強(qiáng)基本、增體量[4]，立足現(xiàn)有科研基礎(chǔ)，將學(xué)院科研測(cè)試平臺(tái)儀器與日常教學(xué)相結(jié)合，增加大型儀器測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的比重，實(shí)施實(shí)驗(yàn)課程的重構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)術(shù)潛力大、綜合能力強(qiáng)的優(yōu)秀科研后備軍刻不容緩。

1.2 基于科創(chuàng)型本科人才培養(yǎng)的要求

根據(jù)科研創(chuàng)新教育發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，高校應(yīng)構(gòu)建“兩‘學(xué)’一‘賽’”三合一的科創(chuàng)型人才培養(yǎng)模式，“兩‘學(xué)’”指學(xué)術(shù)科研與本科教學(xué)，“一‘賽’”指競賽[5]，培養(yǎng)具有學(xué)術(shù)創(chuàng)新精神、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力強(qiáng)、競賽素養(yǎng)出色的創(chuàng)新型人才。在“兩‘學(xué)’一‘賽’”三合一背景下，高校要引導(dǎo)學(xué)生積極參與科研項(xiàng)目，以賽促練[6]，并提供師資、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所扶助，加強(qiáng)學(xué)術(shù)教育與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教育的融合，發(fā)揮學(xué)術(shù)科研的推動(dòng)作用。因此，建設(shè)具有科創(chuàng)屬性，重構(gòu)一批具有新教學(xué)體系與實(shí)施方案的實(shí)驗(yàn)課程非常必要。根據(jù)這一背景，我們提出了《材料性能測(cè)試》實(shí)驗(yàn)課程的重構(gòu)。

1.3 優(yōu)化教學(xué)體系

對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系做了一系列優(yōu)化，如圖1所示，改進(jìn)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與手段，通過微課多層次開發(fā)實(shí)驗(yàn)類型，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行組隊(duì)與分工，便于取長補(bǔ)短，增加研究性、設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)[7]比例；重視實(shí)際測(cè)試教學(xué)，形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)特色；通過測(cè)試技能比賽，提高學(xué)生動(dòng)手能力和職業(yè)素質(zhì)；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和論文撰寫兩手一起抓；推動(dòng)科研反哺教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和科研能力；以培養(yǎng)不僅能充分掌握實(shí)驗(yàn)測(cè)試技能，而且同時(shí)具有創(chuàng)新能力的人才為目標(biāo)，服從材料學(xué)科專業(yè)教育教學(xué)改革的要求，實(shí)現(xiàn)“兩‘學(xué)’一‘賽’”一體化的教學(xué)體系。在動(dòng)手能力方面，以成果導(dǎo)向的方式培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，過程包括：(1)移動(dòng)終端分組學(xué)習(xí)(自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目)；(2)實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)(測(cè)試樣品的準(zhǔn)備)；(3)儀器操作培訓(xùn)合格通過；(4)實(shí)驗(yàn)自主操作以及實(shí)驗(yàn)過程持續(xù)改進(jìn)；(5)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的總結(jié)與撰寫及匯報(bào)；(6)教師指導(dǎo)學(xué)生將優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)報(bào)告轉(zhuǎn)化為科技論文。

圖1 “兩‘學(xué)’一‘賽’”三合一的教學(xué)體系

2 教學(xué)實(shí)施方案

2.1 教學(xué)方法

《材料性能測(cè)試》實(shí)驗(yàn)課以微課為元素，實(shí)行翻轉(zhuǎn)課堂[8]教學(xué)模式，即通過互聯(lián)網(wǎng)終端，如電腦、ipad、手機(jī)等完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的儀器操作介紹和相應(yīng)理論知識(shí)的介紹，線下進(jìn)行實(shí)際操作，包括實(shí)驗(yàn)儀器的規(guī)范操作，實(shí)驗(yàn)過程的持續(xù)跟蹤記錄，如實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的記錄，對(duì)實(shí)驗(yàn)可能產(chǎn)生的結(jié)果做進(jìn)一步處理或者通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)得到預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行理論分析與研究。該方法不僅可以有效緩解學(xué)時(shí)不足與教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾，又可以高階性為目標(biāo)活化課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生自己構(gòu)建知識(shí)的能力，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。以大型測(cè)試平臺(tái)的儀器為微課素材，不僅在量，而且在質(zhì)上豐富了實(shí)驗(yàn)課程線上資源，提高了線上學(xué)習(xí)的自主性，同時(shí)兼顧了線下傳統(tǒng)課堂實(shí)操的諸多優(yōu)勢(shì)，利于開發(fā)科研平臺(tái)大型儀器設(shè)備的教學(xué)資源，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和滿足個(gè)性化發(fā)展。

2.2 教學(xué)資源

材料研究測(cè)試方法種類非常多，最常見的如各種電子顯微分析設(shè)備、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡/X射線能譜儀、X射線衍射儀、透射電子顯微鏡、粒徑測(cè)試儀、原子力顯微鏡、X射線光電子能譜儀(XPS)、以及電子磁旋共振譜儀紅外光譜儀、拉曼光譜儀等等。大型儀器設(shè)備價(jià)格昂貴,測(cè)試技術(shù)更加先進(jìn)，它們不僅是科學(xué)研究的基礎(chǔ)，而且能夠作為高校本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特有資源。如何利用好這一資源，實(shí)現(xiàn)特色實(shí)驗(yàn)教學(xué)并推進(jìn)學(xué)科建設(shè)是我國高等學(xué)校人才培養(yǎng)的核心工作。將常用大型儀器融入基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，學(xué)生以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為載體，在測(cè)定過程中學(xué)習(xí)儀器的使用。相比以往的以原理介紹及操作技術(shù)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，更具針對(duì)性。通過多個(gè)線下實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)選擇對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目參加培訓(xùn)和操練，有助于更好地理解測(cè)試技術(shù)，強(qiáng)化科研技能，是基于科創(chuàng)型本科人才培養(yǎng)的《材料性能測(cè)試》實(shí)驗(yàn)課程的重構(gòu)的重要環(huán)節(jié)。

2.3 “4+4”模式目標(biāo)培養(yǎng)

在專業(yè)能力的培養(yǎng)方面，課程注重樣品開發(fā)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、儀器操作以及論文撰寫4種能力的培養(yǎng)；在綜合能力的提升方面，課程注重測(cè)試技術(shù)創(chuàng)新、作圖分析、實(shí)際運(yùn)用、團(tuán)隊(duì)協(xié)助4種能力的提升?！?+4”模式的目標(biāo)培養(yǎng)全方位提高了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。課程立足學(xué)院現(xiàn)有科研基礎(chǔ)，將師生的科研項(xiàng)目、創(chuàng)新項(xiàng)目與日常教學(xué)相結(jié)合為主要培養(yǎng)途徑，當(dāng)學(xué)生競賽中遇到各種難題時(shí)有能力靈活解決，“4+4”模式的目標(biāo)培養(yǎng)全方位提高了人才培養(yǎng)的質(zhì)量。在此培養(yǎng)模式下，也期望能夠涌現(xiàn)出具有創(chuàng)新精神的綜合能力強(qiáng)的優(yōu)秀科研技術(shù)人才，為我國科技發(fā)展面臨的技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)提供人才支持，為我國科技現(xiàn)代化建設(shè)增光增彩。

2.4 實(shí)施步驟

本課程的實(shí)施步驟分為微課制作、學(xué)生參與選題與組隊(duì)、總結(jié)與評(píng)價(jià)三個(gè)階段。學(xué)生通過選題與組隊(duì)、總結(jié)與評(píng)價(jià)兩個(gè)階段的挑戰(zhàn)性遞進(jìn)式學(xué)習(xí)。通過翻轉(zhuǎn)課堂的自主學(xué)習(xí)，根據(jù)所選項(xiàng)目以及專業(yè)知識(shí)背景組隊(duì)后系統(tǒng)、全面掌握選題依據(jù)和大型儀器操作方法；再進(jìn)行選題設(shè)計(jì)與相應(yīng)測(cè)試以及反復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或發(fā)現(xiàn)新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；最后完成科研論文的撰寫，參加定期舉行的科研測(cè)試競賽與答辯。在科研測(cè)試競賽過程中，學(xué)生不僅培養(yǎng)了答辯表達(dá)能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作等綜合能力也將得到進(jìn)一步提升，創(chuàng)新意識(shí)貫徹始終。

(1)微課制作

微課是以微型教學(xué)視頻為主要載體，針對(duì)某個(gè)學(xué)科知識(shí)點(diǎn)或教學(xué)環(huán)節(jié)而設(shè)計(jì)開發(fā)的一種情景化、支持多種學(xué)習(xí)方式的新型在線網(wǎng)絡(luò)視頻課程[9]。通過微課的制作和應(yīng)用，更好地利用大型儀器測(cè)試平臺(tái)的大型設(shè)備，可以設(shè)計(jì)系列多樣的研究性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)，將微課資源進(jìn)行整合完善，進(jìn)一步建設(shè)為完整的在線課程，適應(yīng)現(xiàn)代化教育對(duì)人才技能培養(yǎng)的要求。

(2)學(xué)生參與選題與組隊(duì)

以學(xué)生為中心，學(xué)生根據(jù)自身的學(xué)習(xí)科目和參與的科研訓(xùn)練計(jì)劃選擇不同的學(xué)習(xí)時(shí)間、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)難度。選擇性參與各類課程相關(guān)的競賽內(nèi)容與研究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對(duì)于選擇的微課競賽題目，首先要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中包括樣品制備、實(shí)驗(yàn)方法的選擇。實(shí)驗(yàn)過程中需要注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)于實(shí)驗(yàn)可能產(chǎn)生的結(jié)果需要進(jìn)一步處理。有了一定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，在教師的指導(dǎo)下完成科學(xué)繪圖以及科研小論文的撰寫及答辯等相關(guān)流程，可以鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作與表達(dá)能力。

(3)總結(jié)與評(píng)價(jià)

采用先進(jìn)儀器及測(cè)試技術(shù)取代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器和測(cè)試手段，可以將物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀變化過程聯(lián)系起來，加深了實(shí)驗(yàn)課程的深度，使實(shí)驗(yàn)課程由驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向探索性實(shí)驗(yàn)過渡，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容。課程重構(gòu)使得實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有科研探究價(jià)值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有探討性和未知性，以此調(diào)動(dòng)起學(xué)生的鉆研興趣，學(xué)生可獲得學(xué)習(xí)的主體性體驗(yàn)和主動(dòng)性學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，使得學(xué)生愛做實(shí)驗(yàn)、能做實(shí)驗(yàn)、進(jìn)而創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

以成果為導(dǎo)向的科創(chuàng)型人才培養(yǎng)模式主要是以鍛煉學(xué)生的科研素養(yǎng)目標(biāo)為主，縮短學(xué)生后續(xù)發(fā)展教育的準(zhǔn)備階段，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。以實(shí)驗(yàn)匯報(bào)轉(zhuǎn)化論文獲獎(jiǎng)數(shù)量來落實(shí)參賽學(xué)生的獲獎(jiǎng)等級(jí)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系是實(shí)驗(yàn)操作與實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫各占50%，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)沒有壓力，通過實(shí)驗(yàn)課重構(gòu)將實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核體系升級(jí)，可以更加量化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課參與與完成情況。

3 課程重構(gòu)的成效及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 課程重構(gòu)的成效

以本校材料科學(xué)與工程學(xué)院為例，教學(xué)效果十分顯著，本科生在校期間發(fā)表的高水平論文20余篇，其中SCI二區(qū)及以上論文10余篇?？偠灾?，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式結(jié)合學(xué)院科研測(cè)試平臺(tái)資源提高了學(xué)生的自主和協(xié)作學(xué)習(xí)積極性，不僅能使實(shí)驗(yàn)技術(shù)更好地被理解，而且極大地增強(qiáng)了“以學(xué)生為中心”的高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，是基于科創(chuàng)型本科人才培養(yǎng)改革的一大進(jìn)步。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn)

在教學(xué)體系上，提出“兩‘學(xué)’一‘賽’”三合一的教學(xué)體系，在動(dòng)手能力方面，以成果導(dǎo)向的方式培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，過程包括：①移動(dòng)終端分組學(xué)習(xí)(自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目)；②實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)(測(cè)試樣品的準(zhǔn)備)；③儀器操作培訓(xùn)合格通過；④實(shí)驗(yàn)自主操作以及實(shí)驗(yàn)過程持續(xù)改進(jìn)；⑤實(shí)驗(yàn)報(bào)告的總結(jié)與撰寫及匯報(bào)；⑥教師指導(dǎo)學(xué)生將優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)報(bào)告轉(zhuǎn)化為科技論文。

4 結(jié) 語

基于科研創(chuàng)新教育發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要,提出了“兩‘學(xué)’一‘賽’”三合一的科創(chuàng)型人才培養(yǎng)模式，課程依托大型測(cè)試平臺(tái)以“學(xué)生為中心”，以“儀器為引、微課為導(dǎo)、實(shí)操為輔、論文為載”的教學(xué)思路，構(gòu)建了科研測(cè)試系統(tǒng)研發(fā)的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，對(duì)于培養(yǎng)科創(chuàng)型本科人才的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)具有實(shí)用性、創(chuàng)新性的科研測(cè)試手段，是實(shí)施卓越工程師2.0拔尖人才培養(yǎng)的一種新的探索。