關於以學科競賽為導向的專業實驗課程教學模式探討論文
本科教育是高等教育的主體與骨幹，是國際和國內高等教育的改革焦點。隨著世界政治、經濟和社會形勢的劇烈變化，科技革新的日新月異，知識經濟社會逐漸形成，大學本科教育的傳統理念和教學模式面臨著巨大挑戰。對於工科類學生，大學教育越來越重視學生創新能力、管理能力和人文素質的綜合提升，這也成為工科專業國內、國際認證過程中重要的考評因素。除傳統的本科教學外，學科競賽已經成為培養學生創新能力和實踐能力的重要途徑。學科競賽從內容上涵蓋了基礎理論、學科交叉融合、思維訓練、創新能力等方方面面。學生在參與競賽的過程中，不但能將基礎理論知識付諸於實踐，還能培養學生團隊合作能力、領導能力等人文素質。因此，在工科類專業創新人才的培養方面一直髮揮著重要作用。
材料科學與工程專業是典型的工科專業，具有實踐性強、基礎理論要求高等特點。發揮學科競賽在學生培養環節中的重要作用對於專業人才綜合素質的提高至關重要。然而，學科競賽也存在一定弊端:如原始創新性不強。有些課題大都是教師提出，而學生在此過程中僅僅充當操作者;學生精力有限，對課題的認識並不深刻。大量的本科課程使得學生真正投入到科研的實驗受到限制。然而，本科基礎課程是學生必須要掌握的知識，不能縮減。這大大制約了學生參與課題的積極性、課題選擇的侷限性，更影響了學科競賽在學生培養環節中的效用。本文將以寧波大學材料科學與工程專業建設過程中專業實驗的改革對學科競賽影響的結果，探討以學科競賽為導向的專業方向實驗課的教學模式。
1課程體系的改革與實踐
寧波大學的材料科學與工程專業貫徹“理論基礎與實驗技能並重，基本功訓練與原創性研究並重，知識積累和思維訓練並重”的培養思路，以應用型、創新型為培養特色，制定產學研合作的培養方案，實行基礎與前沿並重的課程設定體系。2014年材料科學與工程專業入選首批浙江省新興特色專業，專業方向包括高分子材料、無機材料和高分子化工。實驗課程環節是實施培養特色中“創新、實踐”的重要載體，承擔著培養學生創新能力、動手能力和實踐能力的主要任務。實驗課程可分為基礎實驗和專業實驗。其中，基礎實驗旨在培養學生基本實驗技能、相關基礎知識構建等;專業實驗則因專業背景的差異開設的內容更加貼近專業課程，更側重實踐能力和創新能力的培養，讓學生能夠更好的進入專業角色。對於材料科學與工程的本科生從其入學伊始就接觸實驗課程，如大學化學實驗、物理化學實驗、有機化學實驗和分析化學實驗等，這些實驗已經讓學生打下了堅實的實驗基礎。為迎合人才培養理念，針對材料相關專業課程、教師科研方向、科研裝置特色，設定了一系列的專業實驗課程，包括:專業基礎實驗(高分子化學實驗、高分子物理實驗)和專業方向實驗(高分子合成工藝實驗、高分子材料測試分析實驗、金屬有機催化劑實驗，材料力學實驗、材料成型實驗等等)。如何更好的設計專業方向實驗的教學內容，讓其在教學工作中發揮更大的`效用，是值得探討的命題。
現行的專業實驗針對課程教學中的難點設計了些許實驗，使學生更好的理解專業課程，這對於專業基礎課程是十分重要的環節。但對於專業方向課配套的實驗課程，如高分子合成工藝實驗、高分子材料測試分析實驗、金屬有機催化劑實驗，材料力學和材料成型實驗等，如果還是迎合課本，學生在完成前期大量的基礎實驗後，會感到無趣、教學效果也不一定最佳。材料科學與工程專業應當鼓勵學生積極參加科研活動、學科競賽。由於學科本身的特點，科研活動和參賽作品的製作往往是需要階段性的時間投入，才能取得成績。但是，學生的學業負擔重，課餘時間和精力是有限的，這就造成他們有心無力，致使部分參加學科競賽的同學存在渾水摸魚的情況，並未參與到參賽作品的實質開發環節，其自身能力的提高有限，這也是制約學生科研活動和參賽作品質量的根本問題。
2以學科競賽為導向的專業方向實驗課程建設
嘗試以學科競賽為導向的專業方向實驗課程的建設，對於整合資源、調動學生積極性、培養具備創新、實踐能力的專業人才十分重要。目前，材料科學與工程專業的學生主要參與的學科競賽包括大、小挑戰杯、浙江省化學競賽、全國高分子創新創業大賽和浙江省(全國)化工競賽。各類競賽特色不一，但對學生基本素質有著共同的要求:創新思維、邏輯思維、語言表達能力、團隊合作能力。如何篩選人才，組建一支能夠走的更遠的參賽隊伍很重要。
在完成專業方向實驗課程基本教學目的前提下，將培育作品、組建競賽隊伍的任務融入到教學環節中，會帶來事半功倍的效果。全國化工競賽的模式是十分值得借鑑的，該競賽成立至今已連續舉辦八屆，吸引了全國近400所高校化學、化工相關專業的學生參賽。競賽作品統一題目(如本屆比賽題目“設計清潔生產的PX成套工藝技術”)，學生根據自己所掌握的知識設計一個大型的化工廠。學生自身的能力在這種比賽模式下能夠有效區分。在專業方向實驗課中，統一的實驗題目能夠保證所有學生得到同樣的實驗訓練，但對實驗結果的剖析和表達將取代以往的實驗報告，成為課程的主要考核形式，以考核結果為參考，篩選學生，進而組建一支實力均衡的比賽隊伍繼續深入研究，從而參加各類競賽。
具體來講，以材料科學與工程專業的高分子加工工程實驗課程為例。該課程旨在學生掌握基本的加工手段和效能測試手段，結合高分子加工工程課程，需完成高分子材料成型、模壓、拉伸效能、衝擊性能、耐磨效能和流變效能的測試。若這些實驗均針對同一個樣品，這就是針對該產品的一整套研發過程。因此，在實驗課程開始之前，對教學內容進行詳細的可行性論證，充分考慮學生分組情況，將預先考察的變數細化、並下發到各小組中，作為他們的實驗任務，讓學生有針對性的完成一整套實驗。實驗結束後，結合專業方向課的授課內容，剖析實驗資料，並最終以小組PPT彙報的形式展示。如此，則可在完成教學基本目的的前提下，鍛鍊學生的綜合能力，調動學生參與的積極性，解決學生學習經歷有限和參賽作品質量的矛盾，為後續競賽培育了參賽作品。
具體操作過程如下:
(1)設定題目的可行性研究
題目的設定和科研選題一樣是決定成果質量的首要因素。實驗選題環節需由任課教師針對各大競賽對作品的要求，結合科研特色、或產品市場需求在完成基本教學目的的前提下，充分驗證可行性後，方可確立為課程題目。該部分需要較大的經歷投入，可讓研究生助教全程參與。不但能夠保證課程的有效推進，還能切實的鍛鍊研究生助教能力。
(2)分組和執行
經可行性研究後，將任務分解，下放至各小組開始實驗課程。期間由於各實驗特點，交叉安排實驗，妥善確定實驗次序。
(3)實驗結果剖析
學生在教師和助教的指導下學習使用簡單的科研軟體，整理實驗資料，結合專業知識，對資料作出分析，形成實驗總結報告，並作PPT陳述，完成教學環節。
(4)人才選拔和專案培育
根據學生綜合素質，組建參賽隊伍。在現有研究基礎上，繼續深入研究，形成參賽作品，參加相應的學科競賽，部分優秀的工作可以學生為第一作者發表論文、申報專利。
(5)模式推廣
總結經驗、將該模式適度推廣至其他專業方向實驗中，如高分子合成工藝實驗、高分子分析與測試實驗。結合選題特點，保證學時，甚至可考慮將幾門同學期開設的實驗課程打通，如高分子合成工藝實驗和高分子分析與測試實驗，讓學生有充足的經歷，有針對性地完成某一高分子產品從合成到分析測試的全過程。
3建設成效
3年來，我院本科生獲國家、省、校級獎勵20餘項;公開發表論文50篇，SCI1區論文10餘篇，申請專利50餘項;完成省、市、校級創新實驗研究30餘項。獲挑戰杯國家級二等獎2項、省特等獎2項。並多次在全國化工競賽、浙江省化工競賽、浙江省化學競賽和全國高分子材料大賽中取得佳績。本科生一次就業率均在98%以上，受到用人單位的好評。
4結語
專業實驗課程的建設是一個系統工程。以學科競賽為導向能夠給專業建設指明方向。在不改變專業方向實驗課程根本教學目的前提下，整合專業方向實驗授課內容，讓專業方向實驗更好的發揮人才培養中的作用，解放學生的創新思想，提升學生的動手能力、實踐能力和人文素質等綜合素質，對於提升我校材料科學與工程專業的培養質量至關重要。在實施過程中需要多方面的大力支援和配合，其中主管領導重視是前提，學生和教師的積極性是條件，實驗教學體制改革是關鍵，切實可行的制度是保障，理論課教師的配合是補充。目前，我校材料科學與工程實驗中心的改革只是初步，要想真正實現改革總目標，還需要在今後的實踐中不斷修正、完善和發展。