針對應用型本科人才培養的材料科學基礎實驗教學改革

趙潔婷，王 楠

(長春師范大學工程學院，吉林長春130032)

“材料科學基礎”是材料類本科生進入專業課學習階段的非常重要的專業基礎課程，是研究材料成分、組織結構、制備工藝與材料性能和應用之間相互關系的新興學科。該課程著重闡述材料科學的基礎理論及其應用，包括材料的微觀結構、晶體缺陷、材料的范性形變和再結晶、相平衡及相圖以及材料的物理特性等。該課程有較強的理論性，知識點繁多且相對抽象，不容易理解，學生學習起來有一定的難度。為了解決這一問題，許多院校平行獨立設置“材料科學基礎實驗”課程，有助于學生理解相關知識難點，提高他們的學習興趣，使理論課程和實驗課程得以互補［1－2］。以往材料科學基礎實驗均以驗證性實驗為主，通過授課觀察，這種形式的實驗造成了學生的被動學習。學生在短時間內就會將所學知識忘記，做不到活學活用，不能為以后的畢業設計打下牢固的基礎。因此，對“材料科學基礎實驗”進行教學改革有非常重要的意義。我校重在培養應用型本科人才，要求學生掌握一定的基礎理論知識，具有一定的科研成果創造轉化能力。因此，開設創新性實驗題目，不僅可以培養大學生的工程意識和創新思維，還能夠提高他們的動手能力和分析問題、解決問題的能力［3－4］。本次教學改革是在原有驗證性實驗的基礎上，拓展出創新性實驗，取得了良好的教學效果。

1 理論與實踐互補統一

學生學習的根本目的是“學以致用”，教師的教學目標是“理論聯系實際”。“材料科學基礎”課程不好理解，學生不容易掌握該課程的學習方法，最常見的問題是學生對概念的混淆。可以通過實驗教學手段來解答學生在理論學習中的困惑。因此，實驗題目的開設要與“材料科學基礎”理論教學緊密結合，不能脫離理論教學實際，并且要有相對的獨立性。實驗教學課堂不僅僅是學生解決課堂教學“遺留”問題的地方，也是學生在掌握一定理論知識的基礎上進一步開拓視野、打開創新思路的地方。通過創新性實驗的開設，一步一步引導學生獨立思維，將理論知識應用到實踐中去，把抽象的知識具體化，使繁雜的知識點連接成知識網絡，真正培養學生獨立地將理論知識應用于實踐的能力。

2 實驗教學的實踐過程

我校“材料科學基礎實驗”為一門獨立的必修課程，課程學時為21學時。大學生處在思維活躍、創新能力強、精力旺盛的時期，如果他們的創新潛力得不到充分發揮，將嚴重制約其創新能力的發展，不利于創新性人才的培養。所以，開設相應的實驗項目應具有較強的創新性，讓學生勤動腦、多動手，從而優化知識結構，擴大知識面，開闊學生的視野。

教學改革實例過程如表1所示。首先，將原有的驗證性實驗進行拓展，適當地將引入的先進科研設備與教學設備相結合。例如將“顯微鏡的原理、構造及使用”與“鐵碳合金相圖及平衡組織觀察”實驗相結合，對某一金相組織進行分析;同時增加對科研用高清解析顯微鏡的使用，通過對圖像進行數字處理，可以對某些組織成分近似定量。這個創新性實驗就是將原有的兩個驗證性實驗進行拓展，并模擬畢業設計實驗的全過程。這樣可以使學生提前對畢業設計有所了解，為他們今后更好地完成畢業論文打好堅實的基礎。另外，要對驗證性實驗進行動手能力的延伸。相平衡及相圖部分是材料科學基礎理論課程的重點章節，二元相圖的學習較之三元相圖簡單一些，三元相圖較立體，在紙質教材上的顯示比較抽象，學生對此理解困難。因此，在讓學生充分理解二元相圖知識點的前提下，引導他們獨立動手制作完成三元相圖教具，將在教課書上的二維圖形轉換成立體化教具。學生首先通過驗證性實驗掌握了二元相圖的相關知識點，又通過驗證性實驗的延伸，逐漸掌握三元相圖的知識點。三元相圖是建立在二元相圖的基礎上的，學生在掌握三元相圖的同時，又對二元相圖知識點進行了鞏固，并可以熟練地應用到實踐中去。對“金屬材料硬度測試”實驗，不采用已經熱處理完畢的實驗試樣，讓學生提前自主設計熱處理方案，教師按照學生的方案進行熱處理后，學生再進行硬度測試，學生對由不同熱處理方式得到的材料硬度進行對比。通過此實驗，學生能夠很容易地掌握金屬材料熱處理的“四把火”。

表1 材料科學基礎實驗教學改革方案實例

3 實驗教改的效果檢驗

通過與教授材料科學基礎理論課教師的交流可知，實驗教改后學生對知識點的掌握更牢固，他們可將繁雜的知識點聯系起來，并對原本覺得枯燥的材料科學基礎課程產生了濃厚的興趣。材料科學基礎實驗結課方式是:每位學生通過文獻查閱，結合實驗內容，完成一篇與材料科學基礎實驗相關的科技小論文。這既可以檢驗學生對這門課程的掌握情況，又可以為學生后續畢業論文的撰寫作好鋪墊。從作業的完成質量能夠看出，實驗教學改革，加深了學生對理論知識的理解，激發了學生的學習熱情，并且達到了提高他們動手能力和創新意識的目的。

4 結語

材料科學基礎實驗課程要緊跟材料科學的發展。為了培養應用型本科人才，應因材施教，不斷創新，使實驗課程和理論課程互補。通過實驗教學改革，充分培養學生的綜合創新能力，為他們今后進行畢業論文寫作乃至從事科研工作都打下堅實的基礎。

［1］孟利，楊平，陳冷，等.新形勢下材料科學基礎實驗教學的實踐與思考［J］.中國冶金教育，2010(2):45－47.

［2］何奧平，穆梟，胡治流，等.材料科學基礎實驗教學改革初探［J］.大眾科技，2011(1):136.

［3］葛利玲，趙康，白力靜，等.“材料科學基礎”實驗課教學改革與實踐［J］.高校實驗室工作研究，2009(4):10－12.

［4］楊雄.《材料科學基礎》實驗課程的改革與實踐［J］.科教文匯，2006(2):81.