構建材料類課程實驗教學體系的思考

[摘 要]材料學科是一個實驗性很強的學科。實驗教學是實現素質教育和創新人才培養的重要環節，對培養學生創新思維和實驗能力有著不可替代的作用。應調整和完善材料類實驗教學體系、結構、內容，以更好地適應高素質創造性人才培養的要求。湖南大學材料科學與工程學院根據材料學科實驗教學體系的培養目標，以材料基本實驗操作、研究方法、現代測試分析手段為基本實驗教學內容，以學生實踐能力培養為核心，構建了以“材料制備與加工-材料性能測試與評價-材料組織結構分析與表征”為基礎的材料科學基礎性實驗體系：基礎型實驗、綜合設計型實驗、研究創新型實驗。

[關鍵詞]材料學科 實驗教學 課程體系

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）17-0125-02

材料科學是一門研究固體材料性質規律、設計及控制材料性能的科學，其目的在于揭示材料的成分、工藝、組織結構和性能之間的關系，是與工程技術密不可分的應用科學。實驗教學是連接材料學科教學工作中理論與實踐的樞紐。只有高度重視實驗教學工作，才能真正提高學生理解和掌握專業理論的能力，才能真正提升學生實踐和創新的素質。

一、高校材料學科實驗教學的現狀

長期以來，實驗教學環節的重要性在教學過程中往往被忽視，實驗教學僅僅附屬于理論教學；整個培養過程中各個獨立的教學實驗之間缺乏系統性和連貫性，學生在教學實驗環節所學到的只是一些與課堂教學相關零散的知識，不能系統地了解材料科學實驗研究各個階段的內在聯系。從而造成知識的斷裂和缺陷，學生的實驗技能匱乏、工程意識淡漠；或者脫離時代和社會發展以及學生實際的狀況，過分強調學生的創新實驗，注重創新成果，忽略實驗的基本理論和基本技能培養。在當前材料學科實驗教學的培養過程中，材料類共性的基礎性實驗沒有得到重視，因而也就不可能使得學生的綜合素質得到有效的培養。

因此，構建反映時代發展需求，有利于素質教育和創新人才培養的科學合理的材料學科實驗教學體系，已經成為材料學科實驗教學需要亟須解決的問題。

二、材料學科實驗教學的目標

材料學科是一門實踐性很強的學科，實驗教學是材料學科教學的重要組成部分，實驗教學的目的在于促進學生鞏固材料學科的基礎理論知識，掌握材料學科實驗研究的基本技能，培養學生運用材料學科的科學方法，研究和開發高性能新材料、改善和提高傳統材料組織性能。在此基礎上才能更好地通過綜合性創新實驗培養學生的創新能力，而不是片面追求創新成果。

本科階段材料學科實驗教學的培養目標應分為三個層次：一是掌握驗證材料科學的基本原理，這方面的內容主要是材料科學基礎課程教學中涉及的演示、驗證性實驗；二是掌握材料分析測試與工藝的基本技能；三是創新性能力的培養。

三、材料學科實驗教學體系內容

隨著社會經濟和科學技術的發展，金屬材料、非金屬材料、高分子材料、生物材料等之間融合越來越密切，出現了大量的材料類交叉學科；各種材料涉及的組織結構、材料性質、設計制備技術、使用方法等不盡相同，不同材料制備技術和材料各學科之間發展水平存在較大的差異；各高等院校材料學科專業特色及材料學科技術應用服務的領域不同。由于以上原因，材料學科實驗課程體系內容設置存在較大難度。

應調整和完善材料類實驗教學體系、結構、內容，以更好地適應高素質創造性人才培養的要求。湖南大學材料科學與工程學院根據材料學科實驗教學體系的培養目標，以材料基本實驗操作、研究方法、現代測試分析手段為基本實驗教學內容。以學生實踐能力培養為核心，構建了以“材料制備與加工-材料性能測試與評價-材料組織結構分析與表征”為基礎的材料科學基礎性實驗體系：基礎型實驗、綜合設計型實驗、研究創新型實驗。

（一） 基礎型實驗

基礎型實驗包括材料制備實驗、材料分析技術實驗及材料性能測試技術實驗。這部分實驗內容是材料大類基礎性實驗，旨在使學生學會基本的儀器設備操作，了解測試原理和測試方法，重點培養學生的基本實驗手段、方法和技能。

湖南大學材料科學與工程學院將基礎實驗項目從理論課程中分離出來，建立與理論教學體系相對獨立且有機銜接的實驗課程體系。將原來依附于理論課程的《材料科學基礎》、《材料工程基礎》、《材料測試技術》課程實驗重新優化整合為《材料制備與加工實驗》、《材料性能測試技術實驗》、《材料組織結構分析與表征實驗》3門基礎實驗課程，加深學生對理論教學內容的理解，驗證理論教學的相關定律、定理和基本概念等。

《材料制備與加工類實驗》 根據專業不同而設置相應的實驗教學內容。課程主要是涉及材料的制備及生產加工的實驗項目，目的是使學生掌握材料的制備及生產加工所需設備的用途、結構特點、實驗方法、操作技能。

《材料組織結構分析類實驗》是材料大類基礎型實驗。其主要包括材料金相試樣的制備及金相組織觀察、材料組織結構的電子顯微分析等方面的實驗內容，目的是使學生掌握材料的電子顯微分析技術、X-射線分析技術的儀器基本構造、測試原理、實驗方法及操作技能。

《材料性能測試技術實驗》 根據專業不同而設置相應的實驗教學內容。其主要是涉及材料的力學、熱學和電學性能檢測分析方面的實驗項目，目的是使學生掌握材料的材料性能測試的儀器結構特點、實驗方法及操作技能。

（二） 綜合設計型實驗

綜合設計型實驗必須強化專業基礎實驗，具有鮮明的專業特色，以培養學生對所學基礎理論與專業知識的系統分析和綜合應用的能力。通過綜合設計實驗，學生將了解從材料制備、結構表征到性能檢測的全過程，使學生對自己的專業方向有一個較為全面的了解和認識，深化其對專業理論課程的學習。通過綜合設計型實驗，加強學生的工程意識培養，加強學生的動手能力、開放性思維的培養，強化學生在實驗過程中發現問題，應用基礎理論與專業知識，初步形成分析問題、解決問題的能力。

湖南大學材料科學與工程學院綜合設計實驗主要從系統性和綜合性出發，針對不同專業方向，分別開設金屬材料、非金屬材料、材料物理、材料化學、高分子材料4個主要專業方向的綜合實驗。

（三） 研究創新型實驗

研究創新實驗是為了讓學生了解最新學科發展動向，了解學科前沿，拓寬學生的知識面，激發學生求新、創新欲望，實現從“要學生學”到“學生自己要學”的轉變。培養學生在實驗中發現問題并利用所學基礎理論、專業知識分析問題并最終解決問題的科研能力，進而培養學生的創新思維和能力。

這類實驗項目主要是三類：導師課程、研究創新實驗和畢業設計。研究創新型實驗主要通過以下方案來實施。

湖南大學材料學院圍繞“培養將來可成為材料領域和工業界精英人才的有志向的本科畢業生”的精英人才培養目標，推行本科生“導師制”——本科生從大一開始就必須進入導師團隊，由導師開設導師課程。這樣，學生從大學一年級開始就能夠參與導師的科研實驗和科研學術活動。

研究創新實驗項目由學生自主申報，并成立相應的學生研究小組，在教師指導下完成。這類項目主要依托“ SIT計劃”項目、“湖南大學大型精密貴重儀器設備實驗實踐研究項目”。

畢業設計主要依托教師在研課題，在畢業設計選題中設置一些創新型的科研課題，也可以由學生自主提出研究課題，要求學生一人一題，讓學生“自主選題、自主設計、自主實驗”。同時，考慮到教師的教學科研任務及實驗條件，對教師指導畢業設計的學生人數做一定數量的限制。

研究創新實驗項目和畢業設計以學院各研究所、科研室 （課題組） 、實驗中心及重點實驗室為依托單元，在教師指導和支持下完成。

材料科學與工程實驗教學是實現素質教育和創新人才培養的重要環節，對培養學生創新思維和實驗能力有著不可替代的作用。構建科學合理的材料類實驗教學體系，是材料科學與工程實驗教學的基礎，也是培養學生實踐能力、科研能力和創新能力的重要保證。材料類實驗教學體系既要注重大材料類學科的寬口徑實踐能力的培養，同時也需強化專業基礎實踐能力的培養。

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[責任編輯：劉鳳華]