材料發(fā)現(xiàn)之旅

薛兵　郭小平　雒鋒　李芳菲

摘要：針對無機非金屬專業(yè)培養(yǎng)方案中專業(yè)課開設較晚、低年級學生對專業(yè)認識不夠的問題，本文嘗試闡述在大一新生中開展關于材料認識的實踐活動，記述實踐過程，評價實踐活動的意義和效果，發(fā)現(xiàn)帶有競賽性質的實踐活動能有效增進新生對無機非金屬專業(yè)的認識，激發(fā)學生的學習興趣。

關鍵詞：無機非金屬專業(yè)；實踐活動；材料認識

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）39-0132-02

無機非金屬專業(yè)培養(yǎng)的是德、智、體、美等全面發(fā)展，具備材料科學與工程相關基礎知識以及無機非金屬材料科學、材料工程方面較寬厚的專業(yè)基礎知識的高素質專門人才。在具體的培養(yǎng)方案中，學生在大學一、二年級主要學習公共基礎課，在大學三年級開始學習專業(yè)基礎課。這就使得學生接觸專業(yè)課的時間相對較晚，在大學生活的前兩年，很多學生并不了解無機非金屬專業(yè)的研究內容，甚至從來沒有進過實驗室，對無機非金屬專業(yè)的研究對象知之甚少，對這個專業(yè)存在陌生感，缺乏專業(yè)知識的學習興趣。盡管從大學三年級到四年級逐漸接觸相關的專業(yè)知識，但從陌生到認識，再從認識到熟悉，或者再到有興趣，仍然需要一定的過程和時間，可以說僅僅在大學的最后兩年來培養(yǎng)學生的專業(yè)興趣，這在形成與提升其專業(yè)理論和實踐能力方面是明顯不夠的。實踐教學環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神的有效過程，如何能夠充分利用大學四年安排時間靈活、形式多樣、趣味性強的實踐教學活動，對提高學生對無機非金屬材料專業(yè)的興趣和工作熱情具有無法替代的作用。為此，筆者與相關的實驗教學人員嘗試在大一新生中開展具有濃厚專業(yè)特色的實踐活動，消除新生對專業(yè)的陌生感，培養(yǎng)對無機非金屬專業(yè)的興趣，為培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才提供積極的建設性信息。

一、選題——“材料發(fā)現(xiàn)之旅”

對于剛剛邁進校園的大一新生，一切都是新鮮和陌生的，多數(shù)人對自己的專業(yè)——無機非金屬研究對象的了解僅限于水泥、玻璃和陶瓷等名稱。由于知識背景的差異，學生對水泥、玻璃和陶瓷的理解也各不相同，其中不乏許多誤解。為了消除新生對無機非金屬材料的認識誤區(qū)，有必要開展相關的無機非金屬材料認識的實踐活動。為此，我校在針對大一新生開展了無機非金屬材料的認識實踐活動，主題為“材料發(fā)現(xiàn)之旅”。在嘗試進行第一次“材料發(fā)現(xiàn)之旅”活動時，我們選擇制作容易的傳統(tǒng)陶瓷材料作為學生制作和認識的對象。通過親手制作一塊陶瓷材料，使他們認識陶瓷是怎樣由各種原料通過一系列的處理而得到的。為了激發(fā)學生的參與熱情，我們采用自由組隊的方式，以小組為單位，通過比賽制備強度較高、色彩較為艷麗的陶瓷材料，并對獲勝的小組頒發(fā)證書。由于采用比賽的方式進行陶瓷制備實驗，事先沒有給出統(tǒng)一的陶瓷配方，這就需要各個小組通過查找資料得到自己的配方。對于毫無專業(yè)知識的新生來說，根據(jù)備選原料，設計一個陶瓷配方并且要求陶瓷強度高、色彩艷麗，并不是一件容易的事情。他們需要學會去圖書館查找相關書籍，利用相關數(shù)據(jù)庫檢索文獻，而且根據(jù)資料得到的配方很可能不會達到預期效果，盡管困難重重，但這一富有挑戰(zhàn)的過程，卻是對他們自學能力、創(chuàng)新意識、團隊合作能力的一次很好鍛煉。

二、答辯——實施方案的評價

經(jīng)歷一段時期的自由選擇配方、實驗過程設計階段后，指導教師對學生實驗方案進行評價是必不可少的。畢竟在缺少專業(yè)知識的前提下，學生自由選擇的實驗配方、工藝過程可能存在一定的錯誤，所查配方是否針對傳統(tǒng)陶瓷，所用成型方式是濕法還是干法，陶瓷致色原料怎樣選擇，是否可以對坯體施釉等？由于專業(yè)條件的限制，學生無法進行判斷和選取，作為指導教師應及時介入消除學生的困惑，避免由于存在的錯誤而很有可能導致實驗失敗，打擊他們的自信心。為此，我們鼓勵學生制作PPT講稿，詳細地介紹實驗方案以及預期結果，提出尋找配方、制備工藝過程中遇到的問題，由指導教師從專業(yè)角度評價實驗方案，解答疑惑，結合實驗室現(xiàn)有條件給出相關的修改意見，完善實驗方案，確保實驗方案的可操作性。指導教師通過答辯的方式使學生對陶瓷原料配方的選取原則、成型工藝、燒成制度、測試方法和手段有個初步的了解。

三、實驗操作——陶瓷樣品的成型

在各小組的實驗方案已完善之后，指導教師可以安排各小組利用自己的空閑時間開始陶瓷的制備實驗。陶瓷的制備實驗主要包括原料稱取、混合研磨、壓制成型、高溫煅燒等步驟。除了原料稱取，其他幾個步驟涉及專業(yè)設備的使用和特定的實驗操作方法。為了方便學生使用專業(yè)設備和掌握特定的操作方法，實驗教師可以組織開展相關設備的培訓使用，隨時提供相關問題的解答和指導，同時，無機非金屬實驗室全天開放，保證該實踐活動的順利進行。各小組有了具體的實驗方案，如何將預期設想轉化為具體實物材料，是真正考驗學生動手能力的環(huán)節(jié)。由于沒有教師的具體指導，所有實驗都要在小組成員的探討和嘗試中進行，這無疑會增加實驗結果的不確定性，增加學生的自主權和更多的思考機會，對小組成員分析問題、解決問題以及交流表達、動手、團隊合作等能力來說，都是一次良好的鍛煉機會。

四、樣品測試——實驗結果的評價

對各小組制備陶瓷樣品的色澤評價，采用全體學生投票的方式選出色澤最為艷麗的樣品。陶瓷樣品的強度以材料的壓縮強度來評價，采用萬能材料試驗機進行測試，根據(jù)測試樣品的平均壓縮強度確定強度較大的樣品。在測試過程中，實驗教師要重點講解萬能材料試驗機的工作原理和使用操作，使學生了解最常用的陶瓷強度測試設備。此外，指導教師需要解釋影響陶瓷強度和色澤的幾類因素，使學生了解陶瓷強度和原料配方、制備工藝間的聯(lián)系。

五、實踐活動的總結

針對大學一年級學生開展材料制備實踐活動，是我校無機非金屬專業(yè)首次面向低年級學生開展的實踐教學活動，其目的是加強學生對本專業(yè)的認識，激發(fā)對無機非金屬材料專業(yè)知識的學習熱情，樹立作為一名高素質材料人的志向。名為“材料發(fā)現(xiàn)之旅”的實踐活動計劃從大一新生開始，陸續(xù)對大一、大二學生開展。“材料發(fā)現(xiàn)之旅”第一季的關于傳統(tǒng)陶瓷的認識已經(jīng)順利結束，在這次實踐活動中，我們采用興趣小組比賽的方式進行陶瓷材料制備，旨在通過學生自己動手制作陶瓷材料，從原料配方、坯體制備、陶瓷燒成、性能測試等幾個方面系統(tǒng)了解傳統(tǒng)陶瓷的配方及工藝特點。這種帶有比賽性質的興趣實驗可以極大地激發(fā)學生的參與熱情。我們設計的初衷是在自愿的基礎上自由組隊參加，但出乎我們意料，無機非金屬專業(yè)大一年級接近90%的學生參與了這次活動，這充分體現(xiàn)出新一代大學生喜愛挑戰(zhàn)、勇于進取的精神，但同時也反映出此次實踐活動的巨大魅力。讓人欣慰的是，盡管大一新生還沒有接觸到任何專業(yè)知識，但通過他們在圖書館查找資料，網(wǎng)上搜索相關信息等自我學習方式，已經(jīng)給出比較接近的傳統(tǒng)陶瓷配方，以及相關的陶瓷坯體成型工藝，而且有兩個小組的陶瓷配方和實驗操作過程設計已經(jīng)和綜合實驗中的陶瓷制備實驗非常相似，這說明：在一定的條件引導下，學生完全有能力來實現(xiàn)自我學習、自我教育，其自身的學習潛質很大。同時，在比賽爭勝心理的作用下，小組成員集思廣益，相互之間能夠密切配合。一些小組還創(chuàng)造性地解決了實驗操作中遇到的問題，極大地促進了學生的動手能力以及團隊協(xié)作能力，這對提升以實驗為基礎的專業(yè)素養(yǎng)具有重要意義。同時，在小組成員相互探討、緊密合作、積極準備參賽陶瓷樣品的過程中，他們也不斷地增進相互間的了解，促進同學間的友誼。

通過這次實踐活動，學生完全以自主學習的方式，親自動手制備出陶瓷材料，對無機非金屬材料中重要的陶瓷有了全新的認識。在各小組查找陶瓷配方，設計燒成工藝的過程中，也遇到許多無法理解的專業(yè)問題，比如怎樣通過原料配方估計陶瓷燒成溫度，怎樣對陶瓷施釉，一次燒成還是二次燒成？這就使學生認識到，僅僅依靠幾篇學術論文無法深入理解無機非金屬材料的專業(yè)知識，無論是陶瓷、玻璃、水泥還是新型無機非金屬材料，都有系統(tǒng)的知識體系，要想深入地了解，只能依靠系統(tǒng)學習，認識到專業(yè)知識對材料設計的重要性。學生在這次實踐活動中發(fā)現(xiàn)的問題和困惑，實際上會增加其對以后將要開出專業(yè)課程的期待值，激發(fā)繼續(xù)深入學習專業(yè)的知識熱情和關注無機非金屬材料的興趣。

通過這次針對大一新生的實踐活動，筆者深刻地體會到在專業(yè)人才素質培養(yǎng)的過程中，學生好奇心和興趣的培養(yǎng)是多么重要的一項任務。人們常說，興趣是最好的老師，有了興趣就有了學習的動力和渴望。那么，在對本科生進行專業(yè)教育的時候，我們是否意識到培養(yǎng)學生興趣的重要性呢？是否還在一廂情愿地將滿滿的枯燥干癟的內容填鴨給學生呢？我們是否在磨滅學生的興趣？是否應該在學生懵懂迷茫時，給他們點亮一盞燈火？這些應該是每個專業(yè)課教師應該反思的問題。總而言之，一次“材料發(fā)現(xiàn)之旅”或許不會改變所有學生對無機非金屬材料專業(yè)的認識，但第二次、第三次……總會讓學生看到無機非金屬材料的專業(yè)魅力。