材料發現之旅

薛兵　郭小平　雒鋒　李芳菲

摘要：針對無機非金屬專業培養方案中專業課開設較晚、低年級學生對專業認識不夠的問題，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，發現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的認識，激發學生的學習興趣。

關鍵詞：無機非金屬專業；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

無機非金屬專業培養的是德、智、體、美等全面發展，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基礎知識的高素質專門人才。在具體的培養方案中，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基礎課。這就使得學生接觸專業課的時間相對較晚，在大學生活的前兩年，很多學生并不了解無機非金屬專業的研究內容，甚至從來沒有進過實驗室，對無機非金屬專業的研究對象知之甚少，對這個專業存在陌生感，缺乏專業知識的學習興趣。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學生的專業興趣，這在形成與提升其專業理論和實踐能力方面是明顯不夠的。實踐教學環節是培養學生創新精神的有效過程，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特色的實踐活動，消除新生對專業的陌生感，培養對無機非金屬專業的興趣，為培養創新型專業人才提供積極的建設性信息。

一、選題——“材料發現之旅”

對于剛剛邁進校園的大一新生，一切都是新鮮和陌生的，多數人對自己的專業——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，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“材料發現之旅”。在嘗試進行第一次“材料發現之旅”活動時，我們選擇制作容易的傳統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。對于毫無專業知識的新生來說，根據備選原料，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，利用相關數據庫檢索文獻，而且根據資料得到的配方很可能不會達到預期效果，盡管困難重重，但這一富有挑戰的過程，卻是對他們自學能力、創新意識、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，由指導教師從專業角度評價實驗方案，解答疑惑，結合實驗室現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節。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的認識，激發對無機非金屬材料專業知識的學習熱情，樹立作為一名高素質材料人的志向。名為“材料發現之旅”的實踐活動計劃從大一新生開始，陸續對大一、大二學生開展。“材料發現之旅”第一季的關于傳統陶瓷的認識已經順利結束，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了解傳統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，無機非金屬專業大一年級接近90%的學生參與了這次活動，這充分體現出新一代大學生喜愛挑戰、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知識，但通過他們在圖書館查找資料，網上搜索相關信息等自我學習方式，已經給出比較接近的傳統陶瓷配方，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作能力，這對提升以實驗為基礎的專業素養具有重要意義。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，都有系統的知識體系，要想深入地了解，只能依靠系統學習，認識到專業知識對材料設計的重要性。學生在這次實踐活動中發現的問題和困惑，實際上會增加其對以后將要開出專業課程的期待值，激發繼續深入學習專業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人才素質培養的過程中，學生好奇心和興趣的培養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教育的時候，我們是否意識到培養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課教師應該反思的問題。總而言之，一次“材料發現之旅”或許不會改變所有學生對無機非金屬材料專業的認識，但第二次、第三次……總會讓學生看到無機非金屬材料的專業魅力。