《材料綜合實驗》教學(xué)改革初探

毛潭+楊越+蒙毅+曹雷剛+周幫平

摘要：分析了目前《材料綜合實驗》實驗教學(xué)現(xiàn)狀及存在問題，提出了該課程實驗教學(xué)的改進措施，以有效調(diào)動學(xué)生參加實驗的積極性和主觀能動性，提高實驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)與工程；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）15-0132-02

一、引言

實驗教學(xué)是高等學(xué)校本科教學(xué)工作的重要組成部分，對于理工科的材料科學(xué)與工程專業(yè)尤其如此[1]。《材料綜合實驗》是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生的專業(yè)必修課，是一門基礎(chǔ)課程，一般安排在大三上半學(xué)期，其目的在于為學(xué)生提供一個驗證課堂所學(xué)理論與實際相結(jié)合的平臺，學(xué)生在進入專業(yè)課程學(xué)習(xí)后可以及時將課堂教學(xué)中所學(xué)的知識運用到實踐中，在動手的過程中深化理論理解，形成感性認識，再回歸升華到理性認識。各高校材料類相關(guān)專業(yè)均開設(shè)了此類課程，并積極進行了實驗教學(xué)改革的研究和探索[2-5]。

我校材料科學(xué)與工程實驗中心經(jīng)過近年來的整合、優(yōu)化和發(fā)展，已建立了較為完善的運行體系。現(xiàn)實驗中心下設(shè)有12個實踐教學(xué)與測試服務(wù)平臺和5個研究室，是材料系本科生與研究生實踐教學(xué)的主要基地。《材料綜合實驗》的教學(xué)都是在實驗中心的各實驗室中完成的。各實驗室的設(shè)備都可獨立進行實驗，滿足相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)基本要求，然而實驗項目嚴重依附理論課程，各實驗項目互相獨立，多個實驗項目在內(nèi)容設(shè)置上重復(fù)，不利于專業(yè)知識與實驗教學(xué)內(nèi)容的有機結(jié)合，從而影響了材料專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，因此對《材料綜合實驗》實驗教學(xué)提出了教學(xué)改革。

二、實驗教學(xué)中的存在問題及現(xiàn)狀分析

我校《材料綜合實驗》課程共32學(xué)時，共有材料制備實驗、材料金相制樣實驗、金相分析實驗、材料力學(xué)性能實驗、材料物化分析實驗、材料物相分析實驗、材料熱處理實驗及表面工程實驗8個實驗內(nèi)容。在傳統(tǒng)教學(xué)中，這些專業(yè)實驗設(shè)置均為驗證性實驗，實驗課程相互獨立，且與實際應(yīng)用聯(lián)系不大，更談不上接觸到學(xué)科發(fā)展的前沿。傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式已不能滿足新形勢下對創(chuàng)新型、復(fù)合型和實踐型人才培養(yǎng)的需要。另一方面，《材料綜合實驗》課的教學(xué)模式陳舊：教師集中講述、學(xué)生動手實驗、撰寫實驗報告、教師批改評分。這種固定的實驗?zāi)Ｊ皆谝欢ǔ潭壬献甜B(yǎng)了學(xué)生的惰性，如很多學(xué)生只是照著教師安排的實驗步驟完成實驗，動手不動腦，遲到早退，實驗中玩手機，等等。同時，實驗課成績考評也體現(xiàn)不出實際情況，學(xué)生成績水平集中，沒有差距，也導(dǎo)致了學(xué)生萌生了“做多做少一個樣，做與不做一個樣”的“大鍋飯”現(xiàn)象。針對以上現(xiàn)象，任課教師有必要對這一實驗課程的教學(xué)方式以及其中存在的問題進行深入探討，有針對性地改革，使《材料綜合實驗》課能真正起到拓寬學(xué)生視野、促進主觀能動性、提高動手能力、達到理論聯(lián)系實際的作用。

三、實驗教學(xué)的改革措施

實驗教學(xué)的改革是充分開發(fā)、利用實驗教學(xué)的潛能，營造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高實驗教學(xué)質(zhì)量的必由之路。針對《材料綜合實驗》課程實驗教學(xué)存在的問題，我們結(jié)合現(xiàn)有的實驗室條件和師資隊伍，理論聯(lián)系實際，借鑒自身師資教學(xué)經(jīng)驗和其他高校的成功實驗教學(xué)案例，提出了相應(yīng)的改革措施，具體方案如下。

1.改革實驗教學(xué)模式及內(nèi)容，強化實驗的設(shè)計性與實踐探索性實驗教學(xué)體系。實驗教學(xué)體系一改傳統(tǒng)單一驗證型實驗，而是積極鼓勵教師將科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學(xué)資源，通過與材料專業(yè)基礎(chǔ)課相配合，開展結(jié)合材料制備、結(jié)構(gòu)分析、性能測試的綜合實驗。將實驗由單一型、驗證型向綜合、設(shè)計、研究型轉(zhuǎn)變。該實驗課程新的教學(xué)體系起始為一份設(shè)計任務(wù)書。該設(shè)計任務(wù)書可以是教師在科研過程中的項目需求，也可以是教師根據(jù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)程度設(shè)計出的任務(wù)要求，包括具體要使用的材料基體名稱、所要得到的性能參數(shù)、使用環(huán)境等工作條件及實驗報告的要求等內(nèi)容。然后，學(xué)生自行制訂合理的工藝規(guī)程，包括選擇添加材料、如何熔合以及考慮各種熱處理方法。最后，學(xué)生進行動手操作，直至得到符合設(shè)計任務(wù)的材料以及金相照片等，寫出實驗報告。這樣學(xué)生在收到了設(shè)計任務(wù)書之后，就會自主從圖書館等資源尋找資料，制訂出實驗方案，到實驗室動手操作，并及時反饋實驗進展情況，從而調(diào)動了學(xué)生的自主性和積極性。

2.在教學(xué)過程中，利用多種方法提升學(xué)生的興趣和知識面。（1）改善實驗環(huán)境，提升學(xué)生的實驗興趣。如在實驗室墻上懸掛不同熱處理狀態(tài)的顯微組織、金相實驗的歷史故事等。（2）充分利用現(xiàn)代化技術(shù)手段實現(xiàn)實驗教學(xué)信息化、形象化。如利用網(wǎng)上資源制作冶金、鋼鐵軋制的視頻資料，金相診斷失效的系列幻燈片，等等。（3）引入典型案例，強調(diào)實踐性教學(xué)。如在工礦企業(yè)中會遇到某個機械零件在生產(chǎn)使用過程中發(fā)生失效，導(dǎo)致重大生產(chǎn)事故，金相分析則是尋找失效原因不可缺少的診斷方法，這使得學(xué)生從接觸本課程開始，就能領(lǐng)悟到自己所學(xué)知識在生產(chǎn)實踐中的地位與作用，從而激發(fā)起他們的學(xué)習(xí)興趣及熱情。（4）分層培養(yǎng)教學(xué)模式的嘗試與探索。我校的本科教學(xué)有分層分流教學(xué)模式，即本科學(xué)生到大三上學(xué)期時，由學(xué)生自主選擇專業(yè)內(nèi)的研究方向，分層分流教學(xué)。在《材料綜合實驗》教學(xué)中，引入分層培養(yǎng)，即把培養(yǎng)學(xué)生實驗?zāi)芰Φ目偰繕朔纸鉃榛A(chǔ)訓(xùn)練、綜合實踐能力培養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)三個層次。針對不同的學(xué)生進行不同的引導(dǎo)和培養(yǎng)，在考核階段拉開層次，促進激發(fā)學(xué)生積極創(chuàng)新、提高綜合能力。

3.實驗室管理及考核體系的改進。我校材料科學(xué)與工程實驗中心每年承擔(dān)多項教學(xué)任務(wù)，涉及實驗教學(xué)課程多達14門，每年實驗學(xué)生數(shù)達200人，實驗室常年開放，因此《材料綜合實驗》課程的開出順序和時間優(yōu)化尤為重要。

根據(jù)學(xué)院課程安排，把綜合實驗開出的時間集中在教學(xué)前八周或后八周，這樣有利于學(xué)生實驗的連續(xù)性及實驗室開放及使用的管理。在開展實驗前，讓學(xué)生查閱文獻、設(shè)計配方、撰寫實驗步驟和測試項目等，之后與教師溝通確定實驗方案。在實驗前由指導(dǎo)教師進行講解，繼而開展實驗，講解過程不得占用實驗室。實驗過程中，指導(dǎo)教師一次指導(dǎo)學(xué)生數(shù)不得超過15人，對于需配合完成的綜合實驗，2—3人一組，但測試樣品的制備等要求每人都做。

本課程原考核方式為百分制，包括課堂講授出勤率（占20%）、實驗操作部分（占30%）、實驗報（占50%）。這樣在考核方式中實驗操作的比例相對較少，勢必造成學(xué)生認為實驗課程只要簽到并遞交實驗報告就能合格的思想，從而導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生投機心理，實驗教學(xué)也就失去了意義。因此，實驗考核應(yīng)由批改實驗報告轉(zhuǎn)變?yōu)橐哉n堂考察為主的考核體系，課堂成績占60%，實驗報告占40%，其中課堂成績包含學(xué)生實驗設(shè)計的優(yōu)劣、設(shè)備使用水平、操作習(xí)慣態(tài)度及最終實驗結(jié)果等方面，實驗報告評分依據(jù)為對實驗結(jié)果的分析和思考及實驗報告格式、書寫等，綜合評價使學(xué)生成績拉開檔次。

這種考核體系可以客觀評價學(xué)生駕馭實驗的能力，促進學(xué)生在實驗中更加認真投入，有效提高了學(xué)生的實驗水平，但同時也增加了指導(dǎo)教師的工作量，對實驗教學(xué)隊伍建設(shè)提出了更高的目標及要求，需要進一步強化細節(jié)、深化改革。

四、結(jié)語

隨著社會發(fā)展對高級專業(yè)技術(shù)人才的需要，大學(xué)生工程意識和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)被列為最重要的核心能力。因此，綜合實驗?zāi)芰Φ腻憻捠顷P(guān)鍵環(huán)節(jié)。《材料綜合實驗》教學(xué)改革的目的是給予學(xué)生更多的主動權(quán)，激發(fā)學(xué)生的求索精神；讓學(xué)生知道為什么要進行這些實驗；實驗分析得出的系列數(shù)據(jù)與實際生產(chǎn)中有什么關(guān)系；怎樣選材；怎樣設(shè)計出滿足目標性能的加工工藝；等等。將實驗?zāi)康呐c實踐內(nèi)容緊密結(jié)合，從而提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。

參考文獻：

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