基于创新能力培养的光电功能材料创新性实验设计_杨为家.pdf
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1、高 教 学 刊Journal of Higher Education2023 年 18 期创新创业教育基于创新能力培养的光电功能材料创新性实验设计杨为家1,2,辛月1,2,申冬玲1,2*,何鑫1,2,曹小兵1,2(1.五邑大学 应用物理与材料学院,广东 江门 529020;2.江门市柔性电极材料及其应用工程技术研究中心,广东 江门 529020)新时代国家发展将科技创新、创新性人才培养放到了非常重要的位置,这在美欧对我国进行高科技技术封锁的国际环境下,培养德才兼备并具有较高创新能力的高层次人才就更具有现实的紧迫性。为此,党的十八大以来,我国高等院校因地制宜,因校施策,加快了对技术创新型人才培养
2、的积极研究探索和尝试。有的高校提出,在新工科教育改革背景下,培养大学生的科研创新能力和素质对提升学生实践和创新能力有着十分重要的意义1-3。有的高校充分发挥课堂和实验、实训、课外科技活动的作用,系统化、全过程培育大学生的创新能力和综合实践能力4-5。有的高校积极探索“科教融合”的模式6,还有的高校趟出了“产教融合”模式下培养大学生创新创业能力的“路子”7。有的高校将培养具有多学科交叉背景、创新实践能力的复合型人才作为主要目标8,从跨学科、多领域角度锤炼大学生的创新素养5,9-10。五邑大学是一所地方综合性理工大学,主要目标是服务地方产业,为企业培养在一线工作的、具有较高创新能力的工程师或者技术
3、骨干,即技术创新型人才。学校制定了人才培养的一系列文件,鼓励教师积极探索课程思政,用社会主义核心价值观武装学生的头脑,并通过课堂、实验、实训、创新创业训练项目、互联网+和科技竞赛等多种形式和途径,全方面、多角度、全过程训练大学生的创新能力。2021 年 12 月,五邑大学成功获批广东省大学生创新创业教育示范学校。光电功能材料是材料科学与工程、光电工程等专业的一门重要专业课,该课程由理论和实验两部分组成。其中,实验部分是技术创新型人才培养的重要途径。本课程实验的核心思想是以学生为中心,以创新性实验设计为桥梁,培养学生的创新思维和创新实践能力。大胆假设,小心求证。这是人们所遵循的科学思维。由此延伸
4、,创新思维就是敢想、会想,敢于突破常规;创新实践能力,就是能干、巧干能够充分利用现有条件完成实验;没有条件,能够自行创造条件(或创造工具)。基于上述对创新思维和创新实践能力的认识,并结合五邑大学应用物理与材料学院现有条件和个人专业特点,本文选择将“规则多孔氧化物薄膜的设计与制备及应用探索”作为创新性实验设计的课题。基金项目:2021 年广东省普通高校创新团队项目“柔性微纳电极及器件研究创新团队”(2021KCXTD042);2019 年广东省教育厅教改项目“材料科学与工程特色专业建设”(GDJX2019006);2022 年度广东省大学生创新创业训练计划项目“基于 TiO2纳米管柔性紫外探测器
5、的制备及性能优化”(S202211349076);广东省 2022 年度教育科学规划课题(高等教育专项)“以培养技术创新型人才为导向,探索光电功能材料 课程中的创新教育”(2022GXJK354);2022 年广东省研究生教育创新计划项目“光电薄膜材料与技术”(2022SFKC_081);2022 年度五邑大学校级本科高质量课程建设与创新创业教育建设改革项目“光电功能材料”(KC2022081);2021 年五邑大学课程思政示范团队“材料科学与工程专业教学团队”(SZ2021002)第一作者简介:杨为家(1980-),男,汉族,广西桂平人,博士,副教授。研究方向为纳米材料、光电功能材料与器件等
6、。*通信作者:申冬玲(1980-),女,汉族,河南孟州人,硕士,讲师。研究方向为光学材料、光学设计。摘要:创新型技术人才是建设创新型国家、打造制造强国的重要基石。在“大众创业、万众创新”的时代背景下,创新型技术人才的培养就显得尤为重要。高等院校是培养高水平人才的摇篮,承担创新型技术人才培养的重任。在高等院校创新型人才培养体系当中,实验实训是关键一环。该文以光电功能材料课程的创新性实验设计为例,探索其在大学生创新能力培养过程中的作用规律。关键词:创新能力;培养;创新型;实验设计;光电功能材料中图分类号:G642文献标志码:A文章编号:2096-000X(2023)18-0051-04Abstra
7、ct:Innovative technical talents are an important cornerstone for building an innovative country and building a strongmanufacturing country.In the era of innovation and entrepreneurship by all,the cultivation of innovative technical talents isparticularly important.Colleges and universities are the c
8、radle for cultivating high-level talents and undertake the important task ofcultivating innovative technical talents.In the innovative talent training system of colleges and universities,experimental training is akey part.This paper takes the innovative experimental design of the course of Optoelect
9、ronic Functional Materials as an example toexplore its role in the process of cultivating college students innovative ability.Keywords:innovation ability;training;type of innovation;experimental design;photoelectric functional materialDOI:10.19980/j.CN23-1593/G4.2023.18.01251-2023 年 18 期创新创业教育高 教 学
10、刊Journal of Higher Education表1实验材料与实验设备一览表一创新性实验设计思路由图 1 可知,通过查阅文献资料,从实验材料库、实验设备库和测试设备库(见表 1)当中选择恰当的资源和设备,自行合理设计实验方案,制备出微纳米级别规则多孔氧化物薄膜,并积极探索所制备的多孔氧化物薄膜的新用途。设计思路提示:3D 打印、丝网印刷、模板法、腐蚀法和阳极氧化。图1创新性实验设计思路导图二新手帮助“秘籍”宝典学生是本科生,除了少部分提前进入实验参加科技课外活动的学生之外,大都比较缺乏实验经历,实验设计经历几乎为零。学生在实验设计的初期必然会面临重重困难和不适应,需要老师及时给予恰当地
11、帮助和指导,协助学生渡过难关,保证创新性设计的继续进行。因此,需要指导老师具有敏锐而开阔的思维,并以 OBE 理念为指导能够给学生设定较为合理的障碍和目标,让学生只要努力地跳一跳就可以够得着;同时,具有相对明显的成果,可以使学生有较好的获得感、满足感和成就感。在实验设计和实施过程中,应该有意识引导学生通过创造工具去解决问题。因为在这个创造过程中,学生最容易获得成就感和满足感。同时,这也是最能培养学生创新能力的地方。总之,指导老师应该提前做好预案,准备好新手“秘籍”宝典。以下是本文为学生提前准备的五种“秘籍”。秘籍一:3D 打印。思路一:以有机物为前驱体,将ZnO、TiO2等纳米或将微米颗粒作为
12、溶剂制备成打印材料,利用 3D 打印获得规则多孔薄膜前驱体,然后高温烧结,从而获得规则多孔金属氧化物。思路二:在衬底 3D打印规则塑料微米点阵,磁控溅射或者水热法室温制备金属氧化物薄膜,然后高温煅烧,将塑料微米点阵分解掉,从而获得规则多孔金属氧化物。思路三:在 ITO 衬底3D 打印规则塑料微米点阵,电件化学沉积或者水热法制备金属氧化物薄膜,然后使用丙酮、乙醚等有机试剂将塑料微米点阵溶解掉,从而获得规则多孔金属氧化物。创新设计:仿生多级孔材料如图 2 所示11;人造骨骼或牙齿;净水机滤网。实验材料库 实验设备库 测试设备库 备注 PS 微球、PS 颗粒、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、氧化铁粉末、钨
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