材料工程基礎課程的實驗教學改革與實踐

王新偉，趙建勛，李艷偉

王新偉，趙建勛，李艷偉/長春理工大學材料科學與工程學院講師，博士（吉林長春130022）。

材料工程基礎作為材料工程研究領域的一個重要的本科生教育的專業基礎課程，其圍繞著材料加工、生產、建筑等過程中的動量、熱量以及質量傳輸理論而展開的學科學習。然而，由于該課程理論性較強，且與現實生產、加工等工程過程有著緊密的聯系，因此相對課程內容深奧、枯燥，使學生難以理解，并產生厭學情緒。面對這個教學困境，對應于該課程的實驗教學引起了眾多高校的關注，并紛紛開設實驗教學課程。其目的在于通過學生的親自動手參與，使其通過實驗來理解課本理論，從而提高學生的學習興趣。但是，目前開設的實驗課程多以驗證性的實驗為主，學生不需多動腦，只要看看實驗教師的演示或被動地依照擬定好的實驗指導書去完成即可。這種實驗教學模式使得學生學習積極性不高，制約了學生的獨立思考,抑制了學生創新意識。值得注意的是，實驗教學環節對培養大學生創新精神和實踐能力尤為關鍵。為此,我們必須積極推進材料工程基礎課程的實驗教學環節的教學內容、教學方式，管理模式等方面的改革。考慮到驗證性實驗的局限性，實驗教學內容將提高綜合性、創新性，開放性實驗項目的比例，并將現有實驗裝置進行技術改造并增加實驗室經費投入來提高實驗儀器臺套數。同時教學方式采用多元化，并對實驗室進行科學性，人性化的管理。通過這些實驗教學探索性的改革將優化教學體系，從而培養了學生自主創新能力，及獨立分析和解決問題的能力。

一、實驗教學內容的改革

實驗教學內容的改革是培養大學生的創新實踐能力的關鍵。材料工程基礎課程的實驗教學內容既要滿足材料工程學科中不同專業學生的教學目標，還要滿足培養新世紀學生創新實踐能力的要求,因此我們要構建“多元化”的實驗教學內容體系。

為了滿足不同材料專業學生的學習需求,我們將實驗教學內容分成多個模塊。根據各個專業培養計劃方案進行有規劃的實驗課程內容設計。結合目前材料工程技術發展，我們將刪除與時代脫節的實驗內容，加入具有實用性與創新型的實驗內容，使大學生畢業時，能夠更快地融入材料科學的發展建設中。并且，我們將教師的科研項目融合到實驗教學內容中。根據不同專業的需求，將教師的科研項目的實驗內容分為必做和選做兩個項目，根據學生的學習興趣有效選擇。這樣既可培養了學生的動手能力，又能使學生更早地接觸科學研究，同時也節省了實驗課程購買實驗用品的經費問題。

此外，根據不同專業教學計劃，我們將采用多元化的實驗教學資源。自編實驗教材，可以根據本專業學習的特色側重點不同的設計實驗內容；采用多媒體實驗教學，播放與實驗相配套的影像資料,使學生從動畫或影視資料中了解所學知識點在實際生產中是如何有效應用的，例如：將“硅酸鹽窯爐熱處理工藝”生產的實際錄像作為熱處理實驗內容中的輔助部分，使學生通過實驗錄像及時了解材料在實際工廠中的熱工處理過程，能夠更有效地的操作和理解自己的實驗；組織同學親臨現場，參觀企業生產，使學生獲得第一手的學習資料等。 我們將通過實驗教學資源的多元化，不斷地努力去提高教學的效果，培養綜合性、創新性人才。

二、實驗教學模式的改革

我們探索性的將單一化驗證性的實驗教學模式發展為開放性、綜合性、創新性的相結合的實驗教學模式。

驗證性實驗內容的開設，便于同學通過親自實驗操作來驗證所學課本的理論知識，從而提高了學生對課本專業知識點的理解性學習。

綜合性實驗的開設可以有效地將材料科學領域中各個不同專業知識點有機結合起來，學生在做實驗之前要通過自學補充不同專業的知識點，這樣對培養學生的自學能力，以及綜合分析和解決問題的能力奠定基礎。綜合實驗項目的設定，以本專業教學內容為主，結合與之相關的多個專業方向的理論知識和實驗技能。綜合實驗以某種材料的配方—制備—加工-性能檢測為主要研究路線則。盡可能地要求學生獨立完成某一產品從原料配比到產品制成的整個過程。例如：“粉末的制備、燒結及性能”綜合性實驗項目，學生可以從所學不同專業角度查閱相關資料,然后設計粉末的制備、加工、以及形成之后的熱處理和磨樣、拋光等冷工藝方案。學生可以通過自己設定的實驗方案進行實驗，從而對粉體材料的形成、制備、加工等過程先有感性認識,然后通過理論知識分析解決實驗過程中遇見的問題。

另外，通過文獻查閱和實際實驗，學生可以從實驗設計方案、內容，以及使用的儀器的改進等提出自己的創新思想，并與老師溝通，得到認可后便可開展創新實驗。創新實驗的開設給學生提供一個能夠充分發揮個人主動能動性的實驗環境。通過創新實驗的鍛煉，學生既可拓展自己的知識面，又可培養動手和分析問題的實驗能力。

通過開放式的實驗教學模式使學生從被動的、盲目地學習到發揮主觀能動性充分利用課余時間去實驗室了解和使用實驗儀器。學生根據自己所學課程內容，選擇開設的實驗項目,或根據自己的興趣愛好結合課程學習自行調整實驗方案，經老師同意后方可開展自己的實驗。對于實驗儀器的開放，前提是在實驗教師允許下，按照儀器使用規則正常操作。此外，對于開放式實驗教學，教師不僅要對學生實驗過程中遇到的問題進行解答,而且更要教授和引導學生查閱資料，培養自己分析問題的能力。通過開放式實驗教學使學生學會獨立解決問題，并且能夠自己設計實驗步驟,結合所學專業知識培養綜合處理和解決問題的能力。

我們通過驗證性、綜合性、創新性的實驗教學模式的有機結合，可以滿足不同層次學生的學習要求，使其逐漸形成一套行之有效的實驗教學方法，為更好的學習材料工程基礎課程奠定了有利的實踐基礎。

三、實驗管理制度的改革

為了適應驗證性、開放性、綜合性、創新性相結合的教學模式，我們對材料學院本科生教學平臺的實驗管理制度進行了有效的改革,其主要包括以下幾點：（1）明確材料工程基礎課程不同教學模式下的實驗教學內容和考核方式；（2）通過大量文獻的查閱，學生結合專業課所學知識點自己動手設計實驗過程，并跟任課教師討論，確定實驗方案后才可以進行實驗操作；（3）在實驗操作之前，首先進行儀器使用的集中培訓。使學生在實驗操作前熟悉儀器的工作原理及使用方法，這樣才能保證學生實驗的正常進行，也達到儀器的維護作用；（4）設定實驗登記薄，學生在實驗操作過程中，若儀器出現什么故障以及自己操作中出現什么問題都可以及時記錄，便于與實驗教師的溝通和對實驗儀器的及時維修；（5）設定實驗室開放時間，這樣有利于對學生和實驗設備的管理。在實驗室集中開放的2-3周內，學生可以充分完成綜合性、創新性實驗，從而避免了由于時間分散性不能連續有效的完成一個實驗的問題。開放性實驗室管理制度的實施激發了學生學習的積極性，增強了學生自己動手和思考的能力，也充分體現了實驗管理的人性化。

四、實驗教學考核模式的改革

結合驗證行、綜合性、創新性、開放性的不同實驗教學模式,對應的實驗教學考核模式也將進行改革。

1.實驗理論原理考核。由原來傳統的筆試轉變成,要求學生解釋在實驗操作過程應用了哪些實驗理論原理,并且如何在實驗中體現的。

2.創新設計實驗方案。考察學生通過查閱實驗資料，結合專業知識自己設計實驗方案的能力。

3.綜合考核方式，要求撰寫綜合性實驗論文。論文內容要求結合材料的制備工藝、加工方法、改性方式,以及性能測試等手段，分析和總結不同專業的實驗現象和結果，并進行綜合性對比分析。該論文要圍繞成分、組織結構、加工，以及材料性能這材料科學的四要素為主線，使其貫穿論文始終。

考核模式的改革能極大地激發學生的學習主觀能動性，可以培養學生對文獻的查閱和整理能力，使其能夠更好地了解相關專業的科研的前沿動態。

我們將根據材料工程學科發展要求，不斷更新實驗內容，調整實驗教學方式和管理模式，使學生能夠真正做到通過實驗課程學習，培養了分析和解決問題的能力，真正做到理論與實踐的相結合。

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