材料物理專業實驗的改革和創新

摘要：在科學技術和工業經濟飛速發展的大環境下，實踐能力和創新能力成為用人單位考慮接受畢業生的首要因素。分析了專業實驗對培養材料物理專業學生的動手能力及創新精神的作用，結合材料物理專業實驗的實際問題，提出了改進措施，并進行了實地改革實踐，事實證明改革手段可行，效果顯著。

關鍵詞：材料物理專業實驗；實踐能力；創新能力；改革

作者簡介：康利平（1980-），女，河南安陽人，鄭州輕工業學院物理與電子工程學院，講師；王海燕（1979-），女，河南開封人，鄭州輕工業學院物理與電子工程學院，講師。（河南 鄭州 450002）

基金項目：本文系鄭州輕工業學院第二批青年教師教改項目的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0139-02

材料是現代工業的基礎和關鍵，我國改革開放的深入和科學技術的發展對材料類專業大學生的實際工作能力和創新能力都提出了越來越高的要求。然而長期以來，以培養學生的理論與實際結合的能力和創新精神的材料物理專業實驗一直存在很多問題，未能充分起到作用。[1-7]所以本文籌劃從本院材料物理專業入手探索改革材料物理專業實驗的路徑和方法。

一、我院材料物理專業實驗的現狀

物理與電子工程學院材料物理本科專業于2002年申報成功，并于2003年開始招生。材料物理專業的學制為4年，要求學生在三年半的時間內完成所有理論及實踐課程，最后一學期用于完成本科畢業論文。專業實驗正是為了強化學生對專業知識的理解與掌握，并為在畢業設計和以后的工作學習中更好地運用專業知識打下基礎而開設的。材料物理專業實驗分為A、B兩部分，分別于第六學期和第七學期開設，共開設20個實驗項目。

改革前的主要問題有：

由于受資金和場地的限制，同型號、種類的實驗儀器一般只會購買1～2臺，并且沒有備用配件。一旦儀器出現問題，有些實驗項目只能暫停，等儀器修好以后再補。這樣，本來可以兩個學生共用一臺儀器就變成了十幾個人一組，動手性的實驗變成了演示實驗。往往只是一個學生在動手，其他學生參觀，這樣有些學生就會渾水摸魚蒙混過關，無法起到鞏固理論知識、鍛煉動手能力的作用。實驗所用樣品過分依賴廠家原配，一旦樣品損壞，沒有備用樣品，實驗只能暫停或修改實驗內容。

實驗項目主要集中于對材料的電性能測試，綜合性設計性實驗較少，而對材料物理專業來說很重要的材料制備、材料的結構分析及微觀形貌觀察方面的實驗更是缺乏。專業實驗既沒有考慮我院系的科研情況，也沒有和學生的畢業設計承接起來。學生實踐能力訓練不夠充分，創新能力更難以得到培養。

某些實驗儀器集成度和自動化程度過高，學生即使不理解實驗原理也能夠完成實驗；實驗過程中學生只是機械操作按鈕或記錄數據，既不考慮實驗原理也不用檢查數據的正確性，失去了實驗教學在培養學生動手能力、綜合分析能力和解決實際問題的能力等方面的優勢。

實驗指導書需要進一步完善。預習報告流于形式，有些學生為了得高分就把實驗講義一字不少照抄，而不理解實驗原理，也不知道實驗重點。

二、材料物理專業實驗改革的方法和途徑

改革材料物理專業實驗的教學模式應樹立以學生為主體的思想，充分發揮教師的主導作用，調動學生的積極主動性，培養學生發現問題、分析問題、研究問題最終解決問題的能力，使學生在加深對專業理論知識理解的同時，了解、熟悉本專業的研究對象及其使用的研究方法和測試手段，掌握必要的專業實驗技能，在實驗過程中培養學生的觀察能力、實踐能力和創新能力。

1.教學內容方面的改革

充實改革實驗內容。增加材料制備方面的實驗項目，減少一些基礎測試項目，除了電性能測試外，增加其他方面的測試項目；挖掘開發貴重實驗儀器的其他使用能力，讓儀器充分使用起來；增加一些難度較高的實驗項目供有能力的學生選做。對同一實驗，有基本的內容也有提高的和帶有探索性的部分，使學生有靈活選擇的余地，讓他們在發現問題、提出問題、分析和解決問題的過程中去學習。改進指導書的編寫不再將方法步驟寫得過細，而注重啟發學生的獨立思考，要求學生自己參考教科書或到圖書館查資料，在力所能及的前提下自擬實驗方法步驟。

2.教學方法方面的改革

（1）改革預習報告和預習形式。實驗室加大開放力度，教師自愿在實驗室坐班或由高年級學生代班（老師有其他課的時候），學生可以到實驗室進行實驗預習，對照儀器說明書充分了解儀器的原理、操作方法和注意事項。考慮取消預習報告，而代之以實驗方案的預制定，以及上課時老師提問的問題，根據回答情況給出預習分數，以此考查學生對“實驗目的、實驗原理和實驗方法”的預習程度。

（2）改革實驗教學，培養創新能力。指導教師不再像上基礎實驗一樣講解實驗原理，演示操作步驟。教學中充分相信學生，讓學生自己看講義，有問題自己查找課本、資料來解決，或同學之間組成實驗小組共同解決某個問題；另外，鼓勵學生查找實驗講義上的錯誤和不足，提出更好的方法，并自己論證；注重給學生更多的思維機會和廣闊的思維空間，激發學生主觀能動性和求異創新的愿望，突出學生在教學中的主體地位。引導學生獨立思考、主動探索，當學生的思考探索出現困難時教師及時給予啟發、提示、點撥，發揮教師的主導作用。

（3）以教助學。實驗項目循環開課，第一次課教師指導學生，以后的課學生幫助同學，以此來檢驗學生對上次實驗的掌握程度，起到鞏固知識的作用。將以前的“老師要求，學生被動學習”變為“學生主動探索，老師解惑”的學習模式。學生用掌握的理論知識指導實驗，并在實驗中進一步加深對理論知識的理解，形成一個理論學習與實驗操作的良性循環。

（4）讓學生參與到實驗項目的制定和準備過程中，讓有興趣、有能力的學生充分掌握儀器的使用操作，從而起到在學生中的帶頭作用，通過學生的課下交流，也能夠代替老師更好地解決同學們在實驗中遇到的問題。

（5）專業實驗與畢業設計銜接，為畢業設計中樣品的制備和測試打下良好的基礎。同時，畢業設計所制備的樣品也可以作為下一屆專業實驗的測試用樣。

三、改革實踐和效果

經過申請、論證、招標，在院系和學校的支持下下撥資金，購置儀器。實驗項目增加兩個：材料硬度的測量和介質材料熱釋電系數的測量，其中硬度的測量屬于材料力學性質的測量，兼顧到了材料的多方面性能；其他實驗項目做到至少兩套儀器；制備了一批實驗所用樣品。

修訂了實驗指導書。因為本實驗課程為新開課程，實驗項目借鑒其他院校的相關專業課程，另外實驗指導書的編撰人員沒有參與實驗儀器的準備，所以實驗指導書是直接照搬他校的講義，上課過程中發現指導書中有很多不適合的地方，很多地方與現有的儀器不對應，也有一些錯誤。此次修訂將實驗準備人員吸納進來，實驗儀器的變更能及時得知，實驗講義也能及時修改。修訂后的實驗講義中這些地方都一一做了修改。另外，某個實驗項目的講義寫得過于詳細，反而束縛了學生的手腳；也有的實驗項目寫得過于籠統不具有指導意義，這些地方也都做了修改。

高溫綜合熱分析儀屬于較貴重儀器，并且與材料專業的畢業設計及科研等高端使用密切相連，所以仍然設為專題實驗。但不再僅僅是演示：每次上課都將整個實驗過程分為若干小步驟，讓學生自己動手調零、裝樣取樣、設置參數等實際操作，并且每次實驗都會出數據，學生自己分析；還鼓勵學生自帶樣品進行實驗。每年都會挑出一至兩名表現優秀且對材料實驗有興趣的同學來重點學習熱分析儀器的實驗和分析，如2009屆畢業生張亞舟同學、2010屆畢業生劉曉虎同學及2011屆畢業生殷東強同學。另外，金相顯微鏡也已用于畢業設計。

以教助學。實驗項目循環開課，第一次課教師指導學生，以后的課同學幫助同學，以此來檢驗學生對上次實驗的掌握程度，起到鞏固知識的作用，教師在實驗過程中全程監督、指導。學生的實驗操作成績不僅取決他自己的實驗操作情況，還要受到他向下一組同學“傳授”實驗操作、注意事項等方面的影響。因為擔負了一定的“指導任務”，大部分同學的積極性都很高，也很負責，課前會認真備課，緒論課上也積極做筆記，唯恐誤導其他同學，也影響自己的成績。這樣，通過一輪的實驗，一個學期的課程結束后每個同學都當了一次老師，對實驗內容的掌握程度大大加強。每學期的實驗結束后，與學生座談，反映良好。

四、不足與改進

實驗項目的改革沒有完全達到預期目標，缺乏制備型和設計性實驗。材料物理專業的實驗儀器比較昂貴，僅靠個人或院系能力無法解決。以后將配合實驗中心、學科建設以及科研項目等方面繼續向學校申請。

調查問卷的發放時間不合適。立項申請時發放調查問卷為每學年的第二學期，本意為：此時學生的實驗課程包括A、B兩部分都已做完，可以更好地總結判斷教改以后的專業實驗課程評價和效果。但實際操作時發現，第一個學期的實驗A結束后學生已經有一些反應，有滿意的稱贊，有更好的建議，也有一些意見。但是當時沒有全面系統地去采集所有學生的看法，也沒有形成文字的東西，造成這些反饋意見不能及時在實驗B中體現、改進。以后應該及時記錄學生的建議意見，并及時改進，提出反饋，傳達給學生。

參考文獻：

[1]王海燕，康利平.關于高校材料學專業實驗課課程內容和教學方法的探討[J].中國電力教育，2013，（10）.

[2]周靜.材料物理、材料化學專業實驗創新研究[J].實驗科學與技術，2006，（3）.

[3]肖紀美.材料物理教學體會[J].北京科技大學學報，2000，（5）.

[4]張星，張治民，白培康.配合專業調整 完善實驗教學——材料專業實驗教學研究[J].華北工學院學報（社科版），2001，（4）.

[5]陳玲莉，馮小平，伍洪標，等.無機非金屬材料專業實驗教學改革的實踐[J].建材高教理論與實踐，2001，20（4）.

[6]王寶學，楊同.專業實驗教學中幾個有關問題的探討[J].實驗技術與管理，2002，（2）.

[7]謝峻林，張聯盟，吳建峰.無機非金屬材料專業實驗與工程實踐教學體系的改革[J].理工高教研究，2002，21（4）.

（責任編輯：王祝萍）