高校材料學科實驗教學現狀及改革構想

譚小平+徐國富+吳春萍

摘要：本文較詳細地分析了目前高校材料學科實驗教學的現狀及存在的主要問題，闡述了材料學科實驗教學的改革思路，并提出了改革的具體措施。

關鍵詞：材料學科；實驗教學；改革

隨著高等教育改革的不斷深化，特別是“高等教育面向 21 世紀教學內容和課程體系改革計劃”實施以來，創新精神和實踐能力的培養成為教學改革的主要內容。對于高校材料學科，實驗教學在創新人才培養和素質教育中起著非常重要的作用[1-3]。然而，在傳統的材料科學實驗教學中，學生的實驗只是按照標準的程序驗證實驗原理和定律，教學模式單一化、教學內容陳舊、教學方法缺乏靈活性。這些統統制約了學生的主動性和積極性，甚至泯滅了獨立思考的意識和創新精神[4]。這些問題與長期以來我國教育重于應試教育有關。多年的教學中我們注意到，相當部分的學生在基本素質和能力方面與其掌握的理論知識之間不平衡，這對今后的成長和發展十分不利。同時也不適應當今時代對人才發展的需要。實驗教學不僅授人以知識和技術，培養學生理論聯系實際、實事求是的工作作風和科學態度[5]，而且直接影響到學生的世界觀、誠信觀、思維方法和工作方法，以及一個科技工作者所應具備的求真、務實的科學精神和獻身精神等基本素質的形成，它在知識、能力和素質的培養方面具有其它教學方式不可取代的重要地位和作用，是人才培養過程中不可缺少的重要環節[2，6]。在目前如火如荼的教學改革新形勢下，探索全新的符合材料學科要求的實驗課程教學體系和運行模式勢在必行。

（一）我國高校材料學科實驗教學研究現狀分析

近年來，隨著高等教學改革的不斷深入，國內大學越來越重視對學生能力的培養，尤其是實踐能力和創新能力的培養。材料學科，作為一門交叉學科，被譽為人類文明的三大支柱（信息、能源和材料）之一，其教育的重要性已被人們認識[7-8]。基于其實踐性強的學科特性，因此充分發揮實驗教學的作用對于材料科學專業學生的培養更顯緊迫。目前，不少高校的實驗教學在內容和模式上進行不同層次的改革探索。立求減少經典，增加現代，讓學生在有限的學時內掌握相關專業的知識和技能與時代發展同步。如清華大學、浙江大學、復旦大學、東北大學、武漢大學、西安交通大學、北京科技大學等許多重點大學先后均進行了實驗教學體系改革，經過實踐檢驗已經取得了不少的成功經驗。但是與發達國家相比，我國的大學生在理論應用能力、獨立分析問題和解決問題以及創新能力方面存在較大的差距[3，6，9-10]。其中很重要的一個原因是我國大學的實驗教學環節簿弱。主要表現在如下幾個方面：

第一、對實驗教學認識不全面[2-3，6，8，11， 12]

受傳統的教學模式（重理論，輕實踐；重知識，輕能力）的影響，部分高校對實驗教學的性質、功能和作用認識不足，把實驗教學看成是理論教學的補充，是理論教學的驗證，是理論教學的附屬環節。實驗教學學時不足，沒有寬松的時間使同學之間可以進行相互交流和討論；教授理論課和實驗課的教師享受不同的職稱和待遇，實驗教學人員處于次要地位；實驗經費投入較少；缺少嚴格的實驗教學考核制度等現象普遍存在。

第二、實驗教師和技術人員結構不合理，素質和能力有待提高[3，12]

高素質的實驗教學師資隊伍是高校實施創新教育的骨干力量，是確保本科實驗教學質量的基礎。與國外著名高校相比，國內高校實驗教學硬件條件雖有些差異，但主要是在實驗教學理念、教學方法和師資隊伍的建設方面存在較大距離，具體體現在師資結構不合理、素質不高、實驗教學理念滯后等。不少人認為從事實驗教學是處于“二線”的輔助工作，水平低，不能上理論課的教師才進實驗室；據了解有些學校甚至把調進實驗室工作作為對理論課教師工作差的懲罰手段。由于種種原因導致了實驗技術力量普遍比較薄弱，沒有形成合理的梯隊，嚴重影響實驗教學效果。對材料這類實踐性強的學科而言，實驗教學更需要實踐教學經驗豐富的人員來擔任。材料的制備、加工、檢測絕不能交給儀器就行了，而是需要實驗教師根據計劃目的要求準備實驗，設計配置實驗項目和實驗裝置以及安排實驗實施，進一步做好演示實驗，讓學生從中得到啟發。

第三、實驗教學體系的運行模式存在弊端[4-5， 13-15]

首先，實驗課缺乏整體布局。對材料學科而言，實驗教學應包括材料制備、加工、檢測、應用等各個環節方面的內容，教學過程應分層次循序漸進進行，每個層次最好有相對應的教學大綱和教學模式。而目前許多高校的實驗課不是全面系統地統籌安排，而是實驗教學依附于理論課程，一門理論課開設1個或幾個實驗，各門課按理論課程的要求安排實驗，實驗內容之間缺乏相互聯系與協調，致使實驗內容重復、脫節、遺漏、不系統。其次，實驗教學形式單一，教學手段落后，教學方法機械。在傳統的實驗教學中，仍以知識傳授為核心在進行教學活動，實驗準備工作均由教師事先準備好，不僅告訴學生實驗項目和原理，而且連使用儀器及藥品試劑、實驗步驟等等實驗全過程都告知了學生，學生只須按要求去操作，用不著查資料、思考、探究及創新，缺乏對實驗的全面理解和認識，積極性主動性缺乏，嚴重影響了學生對實驗課的興趣，甚至有些學生做完了實驗，但不知做了什么，為什么要這樣做？沒有達到實驗的目的。再有，實驗課程的設置有弊端，課時少且實驗內容更新慢，與當代科學發展狀況不相適應，與當前的生產實際結合不緊密，實驗教師應及時將前沿科研的成果不斷轉化成實驗內容，這樣才能使材料學科實驗內容不斷地發展和進步。還有，實驗教學評價機制不健全。一方面，學生實驗成績考核不科學，不合理，缺少嚴格的考核制度，多采用實驗報告“定終身”，而忽視實驗過程的各種能力培養的考核。另一方面，有些學校雖然重視實驗教學，但對其監管力度不到位。

第四、實驗室開放程度不夠。

實驗室開放可激發學生的創新思維，加強學生的實踐能力，提高學生的綜合分析問題、解決問題的能力；有利于青年教師的成長，加強實驗教學后備力量；提高實驗室及儀器設備的使用率，最大限度地發揮實驗教學資源的效益。目前各高校基本都實現了實驗室預約開放，但開放時間及開放程度還不夠，還有待進一步提高。

（二）高校材料學科實驗教學改革構想

針對以上問題，高校材料學科實驗教學改革可以從以下幾個方面進行：

第一、改革實驗教學理念，提高其認識

首先，高校必須高度重視實驗教學在人才培養中所發揮的作用。實驗是科學創新的源和本。要培養學生的創新意識、創新能力，造就創新型人才，只有在實驗過程中動手、動腦才能實現。實驗教學不是理論教學的補充，不是理論教學的驗證，更不是理論教學的附屬環節。實驗教學不僅能驗證理論，更重要的是，通過實驗實踐教學，能培養學生用所學的知識觀察問題、發現問題、分析問題和解決問題的能力，培養學生的創新能力，培養學生樂觀面對困難的能力，培養其科學的態度和必備的素質。國內高校應向國外優秀高校學習，注重教學、科研、生產相結合的教學理念，注重學研結合，能及時地將科研成果轉化為實驗教學內容，在實驗過程中注重學生的實踐能力的培養。中南大學材料科學與工程學院在改革中將實驗室定位為“實驗室是進行教學和科學研究的重要基地，是從事實驗教學、科學研究、學科建設、技術開發、生產試驗的教學或科研實體。”且學校特別成立了以分管教學的副校長為首的中南大學材料科學與工程實驗中心建設和管理專家委員會，確保了材料科學與工程實驗教學在人才培養中的地位。

接下來，全力保證高校實驗室建設經費，提高實驗室管理水平。實驗教學的順利實施，當然離不開人力、物力的支持。因此在高度重視實驗教學的思想下，必須保證實驗室建設經費充足及時到位。高校應注重為學生實驗提供足夠的條件。無論硬件還是軟件設施，都應做到以人為本的原則，以便在實驗過程中老師和學生才不會束手束腳，這樣更有利于充分發揮學生的主觀能動性，使學生置身于一種富有探索和創造性的學習環境中，積極主動地思考和分析問題。同時，高校實驗室管理體制應創新。更新觀念，采用現代化的管理手段，加強CAI在實驗教學中的作用[2]，通過校園網，學生可以提前預習實驗，設計實驗方案，教師可以通過網絡平臺對方案進行審核并指導，如此可以提高課堂教學效果，引領學生自主學習。

同時，狠抓實驗教學師資隊伍的素質和進一步提高其水平。高校（院所）應制定實驗教學師資隊伍建設規劃，出臺其師資選拔、培養、引進與使用的辦法，制定有關相應文件，以造就一支觀念新、素質高、流動競爭的實驗教學隊伍，確保實驗教學中心的可持續發展。應有效地解決師資隊伍建設的機制問題，確保教師在實驗教學中的主導地位，促進科研成果轉化為實驗項目，解決“研究創新型”實驗的源頭問題。通過科研教師、理論課教師與實驗課教師的融通，形成一支以教授、博導為核心，結構合理、思想素質高、業務能力強、理論教學與實驗教學互通的實驗教學隊伍。具體辦法可以有：①鼓勵更多的專業青年教師加入實驗教學的隊伍，學校必須象抓師資隊伍建設一樣來抓實驗師資隊伍建設，搞好合理配置，按照不同年齡、不同職稱、不同學科，形成合理的高素質的實驗師資隊伍。②設立專項基金，鼓勵實驗教師積極參與科研創新活動，鼓勵實驗教師申請國家、省部級與市級科研基金，獎勵在國內外學術期刊發表論文或已獲得專利的實驗教師；③定期開展各種形式學習交流與培訓活動，實驗教師通過學歷提升、業務進修、技術培訓等方式豐富和完善專業知識結構并提高實踐能力；④有計劃派送實驗教師到國內外知名大學學習先進的教學理念、教學方法和管理經驗，提高實驗隊伍的綜合業務素質；⑤定期考核，引入公正公平的激勵機制和競爭機制，調動廣大實驗教學人員的主動性和積極性，形成一種積極向上的良好氛圍。

第二、進一步完善實驗教學體系的運行模式

首先，在實驗教學目的明確的情況下，優化實驗課程設置。

①對實驗課程統籌規劃，合理安排。實驗教學進行總體設計，把本科四年的實驗教學作為一個整體來規劃，打破單純驗證性、演示性教學或課堂補充教學的實驗教學模式，把實驗課當作一門獨立課程來對待和安排，注意課程前后之間的聯系，循序漸進，構成一個由淺入深、螺旋上升、具有內在聯系的有機整體。

②適當地調整理論課時和實驗課時。與歐美國家大學相比，我校理論課學時過多，實驗課時相對不足。一些課程應根據需要增加實驗課時。

③與時俱進，去舊舉新，根據高校（院所）發展的特點和優勢，新增開設新的實驗課程。例如，對材料學科，隨著科技的迅猛發展，新材料不斷涌現，隨之發展而來的新的檢測方法手段如雨后春筍，有必要增添與之相應的實驗課程。

其次，積極更新教學內容和改進實驗教學方法及手段。實驗教學改革的一個重要方面，是改革實驗內容。現有的實驗內容陳舊、單一，多為驗證性實驗，綜合性、設計性實驗少，學科交叉及相互間的滲透內容少。各高校應根據學科專業的需求，結合學生的實際情況和教學經驗，對實驗項目進行合理選擇，編寫適合自己的教材，使實驗教學內容既達到該課程的基本要求，又具有鮮明的專業特色。通過實驗教學與科學研究相結合，使實驗教學內容反映科技發展的最新成果，具有濃郁的時代氣息，讓學生接受最新的動態知識和技能訓練。應適當多開設具有應用性、設計性、綜合性強、體現現代先進實驗技術的教學實驗項目。針對實驗內容和教學大綱要求，可把實驗分為必做的基本實驗，選做的驗證性實驗，教師指導進行的綜合研究性實驗和學生自行設計的開放型實驗。這樣，層次多樣、合理系統、有條不紊地進行實驗教學，有利于培養學生的綜合實踐能力。實驗教學改革的另一個重要方面，是實驗教學方法、手段的改進。目前，大多數高校院所實驗教學大多采用講授式，上實驗課時老師講解實驗的原理、實驗步驟、實驗儀器的使用等，學生按照老師講解的方法步驟完成實驗，最終學生以實驗報告的形式上交實驗結果。這種實驗教學的方法限制了學生的主觀能動性、創造性的發揮，助長了學生的惰性，使他們養成了不動腦思考的習慣。我們應該根據學生的不同情況和實驗教學的不同層次，采取不同的教學方法，實現實驗教學方法的多樣化。授課中應多采用啟發式、討論式、研究式的教學方法，同時改進實驗教學手段，大力加強實驗教學的網絡化建設，使網絡化教學成為實驗教學的重要手段和環節，將實驗教學由“封閉式”變為“開放式”，由“有解實驗”變為“求解實驗”，由“知識積累”變為“智能開發”。

最后，建立實驗教學質量監控體系和激勵機制。高校可以通過嚴格的實驗教學規章制度和實驗室工作管理規程，建立嚴密的實驗教學質量監控體系。將實驗教學與實驗室管理由行政管理向目標管理轉化，使實驗教學質量得到保證。同時，進一步完善和健全實驗教學評價機制。教學評價是教學質量管理的重要環節。如何對實驗教學進行評價，采用什么方法和手段對之進行評價，將直接影響實驗教學目標的完成，并對實驗教學起著一定的導向作用。具體措施主要包括：

①豐富評價內容：主要包括知識技能評價、能力評價、創新評價以及態度評價。

②加強實驗教學過程的監控。像理論課一樣，實施教學檢查、聽課。

③加大實驗考試與考核力度。提高實驗成績在學生總成績中的比重，引起學生對實驗課的足夠重視；根據實驗教學要求，與理論課教學一樣，實行實驗單獨考核，制定嚴格的考核制度。

④采用多元化的評價手段和評價方法。可以采用實驗答辯和實驗設計操作考核結合實驗報告進行綜合評價。

⑤評價主體多元化。讓學生、實驗教師、專家等多方參與。

第三、實現資源共享，合力構建創新人才培養基地

在實驗室建設與實驗教學改革的過程中，將教學、科研、學科三位融為一體，實現教學與科研相互結合，實驗師資隊伍建設與學科建設相互結合，教師隊伍與實驗室技術人員隊伍的建設相結合，打造結構合理、思想素質高、業務能力強、理論教學與實驗教學互通的實驗教學隊伍。通過打通中心實驗室與科研實驗室，實現資源共享，合力建造創新人才培養的基地。

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