实验和实践教学作为高校人才培养的重要方法与手段,引发众多高校对实验教学模式与教学方法的探索[1]。近年来,各高校均将创新型人才培养作为教育教学改革的主要目标之一,不断加大对实验室硬件条件的投入,加强实验室建设。本学院实验室依托中央财政支持购入一批科研教学仪器设备,其中有扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜等显微分析仪器,由于实验室大型仪器设备价格昂贵、数量少,大多用于科研,加上前期样品制备、实验准备工作量大,限制了大型仪器设备在培养本科生实践创新能力方面发挥应有的作用。为适应现代实践教学改革创新的要求,拓宽学生思维空间,引导学生对专业问题进行创新性思考[2]。结合专业实际,在常见纺织纤维形态的检验实验项目基础上,充实调整教学内容、拓展检验方法,探索利用偏光显微镜、扫描电子显微镜、激光共聚焦显微镜等多种显微分析技术检验纤维形态特征,设计适合专业发展,实用性、综合性强的实验教学项目,有效发挥实验室大型仪器设备在实践教学中的作用,不仅有利于学生实践能力和创新能力的培养,而且有助于推动实验室优质教育教学资源与实践教学的融合,对培养创新型技术人才具有积极意义。

1 现有的实验教学模式

大学实验教学,包含巩固已学理论知识、探索未知领域的功能,也包含提升学习兴趣、培养综合能力的功能[3]。在传统的实验教学体系中,课程实践教学主要是根据实验条件,按照理论课程需要,围绕理论教学涉及的知识点来开设,实验通常以演示性、验证性项目居多,学生只学到一些孤立的技能训练,实验内容体现不出实践性教学自身的连贯性和综合性,不利于学生对所学知识形成系统完整的认识。目前常见纺织纤维形态的检验实验教学内容,主要是采用显微镜观察法观察比对纤维形态特征,实验教学分教师课堂集中讲授和学生实践操作两大部分,实验仪器为XPT-7型偏光显微镜,学生首先听取教师讲解,观看演示操作,按照实验教学指导书上的实验步骤按部就班完成各自实验。由于学生在实验过程中习惯于接受现成的知识和技能,对实验内容所涉知识的理解和技能的掌握不足,缺乏自主思考,实验教学方法和使用的仪器设备相对单一,导致学生学习的兴趣普遍不高。传统实验项目在设计过程中忽视了学生在学习过程中的主体地位,填鸭式教学方法缺乏以问题为导向的探索思考能力的培养,不利于培养学生综合分析和解决问题的能力,难以达到融会贯通并灵活运用的教学目标[4]。

2 常见纺织纤维形态的检验综合性实验设计

2.1 实验设计思路

综合性实验教学方案的设计,要以学生已学知识为基础,并对实验内容、方法适当拓展,加深学生对学科相关知识的理解和掌握[5]。因此,综合性实验教学设计要紧跟科技发展前沿,并能充分发挥科研仪器设备的作用,实验要以有效解决实际问题为导向,将课程理论教学所涉及的专业知识、基本理论、检验手段等相对独立的环节整合成一条贯通式的知识链,不仅有利于启发学生对学科知识结构整体性、系统性的掌握,而且有助于培养学生自主思考、分析、解决问题的能力。为适应专业发展需求,我们从课程教学目标出发,以应用型、综合性为课程设计理念,将教学大纲要求的基本实验方法和实验手段与解决实际问题相结合,同时将实验室现有的仪器设备应用到实验教学中,设计常见纺织纤维形态的检验综合性实验,相比原有的实验教学模式,开放性的综合性实验项目更容易激发学生的实验热情,有利于培养学生勇于探索的实践能力[6]。

2.2 实验内容设计

常见纺织纤维形态的检验综合性实验设计分为两大部分,第一部分内容是使用偏光显微镜、扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜观测已知纤维形态特征;第二部分内容是检验鉴别未知纤维试样,实验内容包括制作纤维试样、仪器操作、图像采集及处理、未知纤维检验等实验环节。学生以小组为单位,每组5人,分组实验。考虑到实验学时的限制,实验课前要求学生查阅偏光显微镜、扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜等相关资料,学习了解所用仪器的工作原理、仪器结构;观看实验室提供的仪器操作使用培训视频,了解仪器操作步骤和注意事项,做好实验预习。为锻炼学生的实践操作技能,实验课前学生要自己动手制作纤维载玻片实验样本,样本制作时采用XPT-7型偏光显微镜观察纤维在载玻片中分布情况,以保证后续仪器检测能够顺利进行。扫描电子显微镜对实验样本的制备有特殊要求,学生因缺乏操作经验,必须在实验指导教师的指导下,按照制作要求完成样本制备。对于未知纤维试样的检验鉴别,学生要有清晰的检验思路,需要制定出实验方案,按实验流程进行检测,待纤维检测完成后,采集图像,对检测结果分析讨论,得出鉴定结论,最后完成实验报告。