改革實驗教學體系，培養復合應用型人才

劉永雄 尹付成 李發國 吳堂清 李智

摘? ?要： 本文基于金屬材料工程類專業特點，結合湘潭大學辦學條件及研究方向，改革、完善金屬材料工程類專業綜合性實驗教學體系。依托湖南省重點實驗室平臺，整合辦學資源，充分調動學生的主體作用，開展多層次實驗教學，培養學生的科研及創新能力，提高學生的綜合素質。

關鍵詞： 金屬材料工程? ?綜合性實驗? ?多層次教學? ?教學改革

目前，各高等院校正積極探索新形勢下的教學模式，推動實驗教學改革和創新人才培養體制。金屬材料工程專業的人才培養目標：培養具備基礎理論和專門知識，受到嚴格的科學實驗訓練和科學研究初步訓練，能在材料領域從事科學研究、科技開發、生產技術的具有創新精神和實踐能力的應用型高級專門人才。大學生不僅要掌握理論知識，而且要在實驗教學環節提高科學素質，培養分析問題、解決問題的能力。因此，新時代如何有效利用和開發現有的教學資源，重組優化實驗教學內容，創新實驗教學方式及手段，逐步完善多學科交叉融合、具有特色的實驗教學體系已成為各高校進行實驗教學改革必須面對的問題，針對這些問題對癥下藥深化改革，將在金屬材料工程類創新性復合應用型人才的培養方面起到不可替代的作用。

一、進行實驗教學體系改革的必要性

材料科學與工程是一門實踐性非常強的學科，金屬材料工程是其中一個較傳統的專業，主要任務是研究材料的成分、組織與性能之間的關系。學生實踐技能的培養是材料類本科學習階段的關鍵環節，但是，目前實驗教學仍然存在較多問題。第一，學生中普遍存在重理論輕實驗的現象，實驗技能較低，部分學生對實驗應付了事，畢業論文過程中表現出遇到問題不能及時分析、及時解決等，實驗教師的教學積極性難以調動。第二，實驗教學計劃中，各門課程分別設置了相應的實驗項目，學生受到的只是單個基本實驗技能的訓練，而且這些實驗大多是驗證型、演示型的實驗，實驗內容單調重復，學生按照規定的方法和步驟完成實驗內容，驗證課堂上學習的理論知識或定理等，基本處于被動接受的地位，實驗積極性不高，師生間及同學間的相互交流很少，不利于培養學生綜合運用所學知識和各種實驗技能解決實際問題的能力和運用所學知識解決工程實際問題的意識，在考慮問題時，只關心生產技術上的可行性，往往忽視對生產成本、經濟效益方面的考慮。第三，各專業及專業方向之間在制訂實驗教學計劃的過程中缺乏溝通，沒有建立一個共用的實驗平臺。第四，自2017年修訂教學計劃以來，各門課程的實驗項目有了較大的變化，但由于各種原因，實驗教學大綱和實驗指導書沒有及時更新，沒有針對各相關專業編訂綜合的實驗教學大綱或者實驗指導書，在一定程度上影響了實驗教學質量。

隨著現代社會和科技的不斷發展，以及對專業技術人才培養要求的逐步提高，工科專業學生高素質培養內涵中綜合分析與解決問題的能力被列為核心能力。其中，實踐性教學是培養學生工程能力和創新精神的重要手段，對相應實踐課程的改革，提高實驗教學質量，培養學生的綜合素質和創新能力，具有十分重要的意義。

二、國內外各高等院校實驗教學改革措施及成效

在實驗教學環節，國內許多大學都非常注重開設綜合性、設計性和研究創新性的實驗[1]（108-109）[2]（75-76）[3]（19-22）[4]（87-90）[5]（43-44）[6]（128-129），實行多層次實驗教學。鄭州大學[7]（56-59）、華東理工大學[8]（242-244）通過實施綜合設計型實驗、創新實驗等多層次教學環節，提高了學生的積極性，培養了學生的綜合素質。天津大學[9]（55-57）、大連海事大學[10]（101-103）調整了原有的實驗項目，增加了綜合性的實驗項目，學生根據所學理論知識，查閱相關資料，設計實驗工藝方案，獨立完成實驗，進一步感性認識材料的成分、組織、性能三方面之間的關系，掌握了材料組織性能分析的基本手段和操作技能。

中南大學注重創新素質的培養，開展“大學生走進科研”“大學生創新實驗”，設計了綜合性實驗，并出版了金屬材料科學與工程實驗教程，其中除了各門課程的獨立實驗項目指導書以外，還包含綜合性、設計性和研究創新性實驗指導書[11]（32-33）;共建實踐基地、搭建創新實驗室[12]（161-164）。

南京工業大學[13]（52-54）、廣東工業大學[14]（336-337）等高校都對金屬材料工程專業綜合實驗教學進行了有益的探索，獲得了很好的效果。實踐表明，開設設計性與綜合性實驗，提高學生學習的積極性和主動性，有利于全面訓練學生的實驗技能、培養學生的綜合素質及提高學生的創新能力。

歐美等西方發達國家對實驗教學的工程化、研究性更為重視，十分注重對應用型人才的培養[15]（122-125）。他們主張：大學應該讓學生從材料科學與工程總體上理解，而不應該簡單孤立地講授金屬冶煉、陶瓷、高分子等單方面的知識。與國內不同的是，西方發達國家每次實驗的學生人數很少，實驗教學中非常重視利用理論知識對實驗現象進行解釋，除課程實驗外，還組織學生到工廠或公司參觀學習，以便增加感性認識。

綜上所述，目前國內大學非常注重學生實驗課程體系的改革，力求使實驗從以前的單一驗證性實驗轉化為綜合性、設計性和研究創新性實驗。國外大學高度重視學生實踐能力的培養，有完善的實驗室開放制度，可以自主進行實驗。但是由于各高等院校的辦學條件及專業特色各不相同，因此各校實驗教學改革內容有很大區別，所取得的改革成效也有所差異。

三、逐步完善多層次、具有特色的實驗教學體系

1.繼承精華，減少傳統性實驗項目比例。

在原來的實驗教學計劃中，各門課程分別設置了傳統實驗項目，雖然這些實驗多是驗證型、演示型實驗，但是還是能夠指導或幫助初次進入實驗室的學生熟悉和遵守實驗室的管理規章制度、增強實驗安全意識、正確使用實驗設備、掌握實驗方法和手段，為提高學生的綜合實驗水平和開展創新性實驗打下堅實的基礎。因此，可以從中精選部分代表性的實驗項目安排在學生實驗教學初期。

2.開拓創新，增加綜合性、設計性和研究創新性實驗。

隨著實驗室儀器設備的更新換代，結合湘潭大學金屬材料工程專業實驗室的辦學資源及科研特色，增加綜合性、設計性和研究創新性實驗。如“金屬學原理”，根據本專業實驗室的科研特色及現代企業生產實際情況，結合應用表面工程防腐技術、原子擴散理論等知識點，以科研項目為導向[16]（47-50），新增開了“熱浸鍍鋅技術”這種研究創新性實驗。這種實驗新穎別致、貼近實際應用，很好地激發了學生的學習興趣，既開闊了學生的視野，又通過實驗鞏固了課程中的知識點，提高了學生的綜合素質。

根據2017版的培養方案，設計出“專業實驗”和“專業綜合實驗”實驗教學環節對應、輔助專業主干課程。在大學三年級的第二學期期末，在專業基礎課程及專業課大部分已完成的前提下，課題組教師結合自己的科研課題及研究方向，針對學生掌握上述課程知識的實際情況，設計出多個專業綜合性實驗項目，包含金屬材料熱處理、相圖實驗測試、表面防腐、計算機在材料科學中的應用等。學生根據自己的興趣愛好，自由分組，選擇實驗項目，相對獨立地完成實驗任務。這種專業綜合性實驗要求學生獨立查閱中英文科技文獻，制定實驗方案，制備及檢測實驗樣品，并對實驗結果進行分析處理，通過這一系列綜合實驗，學生基本熟悉了科研過程，為畢業論文和以后研究生科研能力的培養打下了堅實基礎。

3.加強組織學科競賽。

我國有眾多全國性學科競賽項目，其中面向金屬材料工程專業學生的主要有全國大學生金相技能大賽和全國大學生材料熱處理大賽。我校每年上半年組織材料類學生進行相關實驗技能的培訓，通過多次選拔賽，擇優挑選出3人—5人的競賽小組，再由指導教師一對一地進行專項培訓直至參加比賽。在近幾年的這兩項全國性比賽中都取得了優異的成績，在參加比賽的全國一百多所高校中名列前茅，逐步形成了品牌影響力。

4.強化金工實習及畢業實習。

在實驗教學計劃中，金屬材料工程專業學生在大二年級學習結束后，在學校金工實習基地進行為期半個月的專門針對材料加工技術方面（如：銑工、車工、磨削、焊接、鑄造等）的培訓，學生自己動手操作。在大三學習結束后，學校組織學生進入一些有代表性的工廠和企業進行為期半個月的畢業實習。學生進入工廠，新鮮感強，積極性高，能主動跟帶隊教師和現場技工或工程師進行技術交流，學到不少平時接觸不到的知識。通過金工實習及畢業實習這兩個現場教學實踐環節，學生進一步了解金屬材料加工的全過程、感受企業的生產氛圍、培養生產安全意識、了解企業生產管理環節和鍛煉實際生產操作技能，為將來進入企業工作打下了堅實的基礎。

學校積極建設優秀實習基地，目前已建立了相對穩定的校外專業實習基地，有中國一拖集團有限公司、華凌鋼鐵集團有限公司、株洲冶煉集團有限公司等優秀基地，既滿足了學生畢業實習的要求，提高了學生的綜合素質，又為高校教師廣泛開展與企業的科技合作，共同承擔科研項目和任務，走產、學、研相結合的道路創造了良好的條件。

5.加強實驗教學質量監控。

由于部分學生積極性不高，遲到早退現象時有發生，為了扭轉這種被動局面，一定要加強管理，建立了學校、學院兩級教學督導員隨機查課制度[17]（179-182）。在實驗教學過程中對學生完成實驗項目的質量、老師教學質量進行監控、考核與反饋評價，建立與完善實驗教學督導機制，制定實驗室工作規程和相應規章制度，要求學生簽到，教師根據學生實驗過程的表現及實驗報告評定實驗成績。嚴格按照工程教育認證標準建立質量監控機制，通過這些管理方式進一步提高學生的積極性，確保實驗教學質量。

四、改革措施實施效果

通過實施上述一系列實驗教學改革措施，我校在金屬材料工程專業學生的培養方面取得了良好的效果，提高了學生的學習興趣及獨立實驗操作能力。學生在受到嚴格的科學實驗訓練和科學研究初步訓練后，能夠很好地獨立完成畢業論文任務，并且能很快地適應后續的研究生科研學習或企業的生產管理。畢業生進入的研究院校和生產企業單位反饋意見良好，實現了實驗教學改革的預期目標。2019年獲得了湖南省高等教育教學成果獎二等獎。

參考文獻：

[1]曲立杰.金屬材料工程專業綜合實驗教學改革研究[J].教書育人，2019（10）.

[2]李蛟，張大富，王發剛，等.基于材料類本科生實踐創新能力培養的實驗教學體系改革探究[J].大學教育，2013（10）.

[3]肖宏濱，王長生，王順興.《機械工程材料學》綜合實驗教學改革[J].實驗室科學，2006（3）.

[4]周雅，王春霞，羅軍民，等.材料科學綜合實驗課新探[J].南昌航空工業學院學報（社會科學版），2005，7（1）.

[5]袁蝴蝶，湯云，尹洪峰，等.材料類專業基礎實驗教學改革探索[J].西部教育，2018（4）.

[6]魏鵬，吳興文.金屬材料綜合設計型實驗的教學改革與實踐[J].理工高教研究，2009，28（6）.

[7]朱世杰，王利國，任晨星，等.開展多層次實驗教學? ?培養材料類本科生的創新實踐能力[J].中國現代教育裝備，2014（7）.

[8]唐頌超，沈學寧，王以群，等.加強基礎培養工程和創新能力—材料類專業實驗課程體系改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2011，30（10）.

[9]韓雅靜，原續波，盛京，等.材料科學與工程專業教學平臺實驗室綜合實驗課程改革初探[J].高等工程教育研究，2005年增刊.

[10]陳玉珍，馬寶山.材料科學與工程實驗教學改革與實踐[J].實驗科學與技術，2010，8（3）.

[11]潘清林，等.金屬材料科學與工程實驗教程[M]，長沙：中南大學出版社，2006.

[12]王斌，易丹青，劉會群.材料工程類本科生實踐教學改革的探索[J].實驗室研究與探索，2013，32（3）.

[13]趙芳霞，魏無忌，丁毅，等.金屬材料工程專業綜合實驗教學的探索[J].鑄造設備研究，2005（3）.

[14]劉易凡，陳綺麗.“材料成型”專業綜合實驗教學改革的初探[J].廣東工業大學學報，2005年增刊.

[15]張長森.應用型本科無機非金屬材料專業教學改革探索[J].邊疆經濟與文化，2007（4）.

[16]滕鑫，唐頌超，李水強，等.以科研項目為導向優化材料類實驗室[J].化工高等教育，2013（5）.

[17]譚起兵.冶金類課程群混合式教學實施策略研究[J].實驗技術與管理，2019，36（3）.

湖南省教育規劃一般項目：綜合性大學材料類本科生實驗教學體系改革探討（XJK18CGD062）。