材料成型及控制工程專業設計型綜合實驗教學改革探索

劉光磊

摘 要： 本文著重闡述了材料成型及控制工程專業實驗教學體系的改革與實踐，分析了成型專業傳統實驗教學存在重理論、輕實踐且教學內容與模式滯后的問題，提出了實驗教學應與理論教學相結合，全面推進設計型綜合實驗的新思路。實踐證明：獨立開設設計型綜合實驗課，引進虛擬仿真先進技術改革教學模式，完善實驗考核制度可全面培養學生的綜合素質和創新能力，為高校材料類實驗教學改革提供借鑒。

關鍵詞： 材料成型及控制工程 實驗教學 存在問題 對策

1.引言

實驗教學是整個高等學校（簡稱高校）教學過程中的重要環節，與學科結構、課程體系和教學改革密切相關。它不僅是對理論教學的驗證、補充和拓展，更是培養學生獨立解決實際工程問題能力、提高學生自主創新能力、實踐動手能力和綜合素質的重要途徑[1]-[2]。由于材料成型及控制工程專業（簡稱成型專業）屬于實踐性比較強的學科，在做好專業理論教學的基礎上，加強對實驗教學培養模式、理念和管理機制的改革與創新，最大限度地發揮實驗教學的作用，對于提高學生的實驗能力和創新能力具有重要意義。

2.成型專業實驗教學不足

2.1實驗教學嚴重依附理論教學

受傳統觀念影響，高校一直以理論教學為主，實踐教學為輔。理論教學體現了學術性，實踐教學是理論教學的一個環節、一個補充[3]。在成型專業實驗教學過程中，實驗教學環節也得不到足夠重視。主要表現為學時較少；實驗內容嚴重依附于理論教學；各個實驗之間彼此獨立，缺少聯系和配合；各門實驗課程規模小且分散，實驗課安排伸縮性、隨意性強；教學內容相互脫節，經常出現內容遺漏和重復設置的現象。在教師和學生的潛意識中，實驗教學只是理論教學的輔助手段，造成對課堂紀律、出勤率、課堂教學質量、課后實驗報告等環節的重視程度明顯不足。學校常以理論教學為主要的考評依據評價教學質量，或者進行教學檢查時實驗教學僅占很小的部分。另外，部分實驗教師本身沒有正確認識實驗教學與理論教學的區別，忽視了理論知識重在實踐應用，未能形成以培養學生創新能力和工程實踐能力為主線的實驗教學體系，長此以往根本不能適應材料類專業的定位目標[3]。可以說，實驗教學處于理論教學的從屬地位，在培養學生的創新精神和實踐能力中發揮的作用遠遠不夠，嚴重影響教學質量。

2.2實驗教學缺乏科學的管理與指導

實驗教學過程中，由于學生人數多，相對散亂，給管理帶來了很多不便。第一，讓一些逃課的同學有機可乘。請同學“代到”、“幫忙簽名”，甚至在老師點名后便不見蹤影等現象屢見不鮮；第二，學生實驗操作能力存在差異，難免有損壞設備、浪費材料的現象，給教師的指導工作帶來不便；第三，有的實驗具有一定的危險性，盡管教師反復強調注意安全，仍然有學生在好奇心、粗心的驅使下做出違反實驗規章的事情，帶來極大的安全隱患；第四，為了保證學生的絕對安全和實驗室設備的完好，如合金熔煉及澆注，教師只能親自示范，學生只需記錄操作步驟和實驗結果，任務單一且缺乏實踐性。總之，上述原因都大大增加了實驗教學的工作量，對實驗室的管理和維護等提出了極高的要求。

2.3實驗教學內容與教學模式滯后

受實驗條件的限制，有的高校存在實驗課程開設少、實驗內容陳舊、驗證性實驗所占比例偏高等問題。對于培養學生綜合性、應用性和創新性能力的實驗偏少，體現現代科學技術和專業特色的實驗就更少，根本做不到與時俱進式地教學。在實驗教學方法上，仍采用“填鴨式、依葫蘆畫瓢”的方式，網絡科技、虛擬仿真等先進實驗技術尚未在教學中推廣應用。對于學生而言，過于依賴實驗指導書，每次實驗按部就班操作，急于完成實驗，根本不設計、分析和思考其中的原因及原理。學生作為實驗主體，在實驗教學中不能充分發揮主觀能動性，依然處于機械式照搬實驗書和被動學習的狀態，在一定程度上對學生的開放創新思維起到抑制作用，不利于他們獨立思考、創新能力和分析解決問題能力的培養。

2.4實驗設備和實驗經費不足

成型專業實驗涉及購買實驗原材料、制備試樣、試樣組織與性能觀測分析等，需要大型實驗設備，且實驗周期長、原材料價格貴、分析測試費用高。近年來，高校不斷擴招，一方面實驗儀器數量不夠，另一方面也許投入更多的經費。為了保證實驗教學質量，勢必需要增加實驗崗教師，購買更多的儀器設備、增添實驗場地等，這就需要學校加大對實驗教學的經費投入。倘若經費不足，不但影響實驗教學作用的正常發揮，更在一定程度上使實驗崗教師工作積極性乃至學生學習熱情下降。

2.5考核機制不完善

科學地評定學生的實驗成績對引導學生重視實踐教學，正確處理知識、能力和素質的關系具有導向作用[4]。目前實驗教學中，教師要么根據學生實驗報告給出成績，要么將實驗成績依附于理論考試成績給出課程總成績，不能充分反映學生的實驗設計、實踐能力、數據處理及分析問題等綜合實驗能力。這樣的考核機制無形中削弱了學生實驗的積極性，降低了學生對實驗課程的重視程度，甚至出現了抄襲、篡改、編造實驗結果和實驗報告的現象，這兩種考核機制均不完善[5]-[6]。

3.成型專業實驗教學改革

3.1設計型綜合實驗教學

我校成型專業實驗教學在課程體系總體規劃上，廣泛收集工科專業工程實踐的教學資料，單獨設立了能夠突出不同專業方向能力的設計型綜合實驗，涵蓋了鑄鍛焊三個方向的多個工藝方案。實驗內容分為：選材（成分設計）、材料成形工藝設計、材料性能測試與分析、材料微觀組織檢測與分析、計算機輔助模擬設計和工藝方案優化設計6個實驗模塊。教學過程側重材料成型原理及材料成型控制技術、成型過程組織變化規律及相關的現代測試技術方法的訓練，以進一步學生對材料加工工藝、性能和組織間相互關系的深入理解。學生從選題、查閱文獻，到設計實驗方案、工藝流程，到選擇實驗設備、儀器，直至完成實驗記錄、實驗報告和參加答辯，整個實驗過程全部由自己獨立完成。這種教學方式模擬了實際工業生產和科學研究的基本過程，向企業工藝設計工程師工作看齊，目的是讓學生在掌握相關專業知識的基礎上，以培養學生綜合能力為目標，對學生專業知識交叉滲透、相互融合的能力進行培養和訓練，提高了學生查閱資料能力、實驗動手能力、綜合分析能力[7]-[8]，使其掌握正確的實驗設計方法和科學研究方法，強化實驗技術和技能，突出對學生創新意識和創新能力及工程素質的綜合培養。通過上述實踐訓練給學生創造了運用理論教學知識解決實際問題的環境，讓學生學以致用，實現從理論向實踐能力的轉化，培養學生獨立分析、解決問題的能力。

3.2開放性實驗教學

我校成型專業實驗教學在開設設計型綜合實驗的同時還引進了開放式實驗教學。該系統的核心是教師與學生角色的轉變，教師主要發揮啟發和引導作用，學生由“填鴨式”的被動學習變為“海綿式”的主動學習。在保證正常教學的前提下，實驗室實行全天開放，學生可根據自身實際情況選擇時間進行不同的實驗。在實驗教師的指導下，學生以小組或個人為單位獨立完成實驗，通過查閱文獻資料、制訂實驗方案及工藝路線，充分發揮主觀能動性和創造性，自主選擇實驗設備儀器、工藝方法、實驗流程。開放式實驗教學系統，不僅有利于學生獨立工作、分析解決實際問題能力的提高，更能促進學生個性化的發展和創新思維的發揮，在整個實驗教學環節中真正確立了學生的主體地位。這極大地推動了教學改革向更深層次發展，為培養學生的創新意識和創新能力營造了理想的教學環境[9]-[10]。

3.3完善實驗教學考核制度

實驗考核考核實行目標控制，依據實驗教學目標進行考核，設計型綜合實驗成績評定與理論課一樣嚴格。考核內容包括：上課出勤率（10%）、動手實踐能力（20%）、相互協作能力（10%）、實驗記錄（150%）、實驗報告（15%）、綜合答辯（30%）。其中，出勤率通過點名、簽到形式完成；動手能力需在實驗操作現場考核，著重考查學生制訂實驗方案的合理性，實驗操作的規范程度；相互協作能力主要是通過將個人成績與小組總成績捆綁實現，目的是鼓勵學生發揚團結協作的團隊精神；實驗記錄和實驗報告是學生完成整套實驗流程的記錄和總結；綜合答辯環節中，一方面根據學生利用計算機輔助工藝設計時，計算機評定的工藝方案結果，另一方面根據學生實驗項目的完成情況提出問題，學生根據自己所掌握的知識進行回答。教師參照學生以上表現，給出設計型綜合實驗的最終成績。

3.4虛擬仿真實驗教學

我校成型專業實驗教學積極探索理論教學與實驗教學相結合的新方式，優化教學內容，刪去落后的實驗，減少驗證性實驗。將先進的網絡、多媒體技術引入實驗教學系統，開展直觀教學，改革實驗教學的模式。目前，我校成型專業實驗教學正在積極構建實驗虛擬仿真系統、多媒體實驗操作系統。實驗虛擬仿真系統主要是針對精密大型設備的內部構造原理，實驗過程復雜、實驗成本較高的實驗內容而設計的一個實驗教學子系統。實驗操作系統是一套能夠播放實驗錄像視頻資料的實驗教學子系統，如老師根據實驗教學的需求播放能夠對有關工藝方案——顯微組織進行動態演示和分析的實驗錄像資料。這種虛擬仿真教學模式信息量大、內容豐富、直觀易懂，使得學生積極投入教學活動，實現以學生為主體的啟發式教育，對于培養學生創新思維、思考和解決問題的能力起到十分積極的作用。

4.余論

競爭在教育，取勝在人才。當今社會，材料專業正向復合型、先進型、功能型方向發展，單一的材料專業基礎人才將不能滿足社會需求，為了適應社會發展，我們應在高等教育中繼續推行發展創新綜合實驗的人才培養模式，充分發揮高校實驗教學不可替代的主體作用，將實驗教學做到實處，積極培養學生創新思維，分析、思考和解決實際問題的能力，努力提高學生的科學素養、促進學生個性化發展、開發學生思維潛能，為社會培養與時俱進、可持續發展的高素質應用型人才作貢獻。

參考文獻：

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