高校材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新改革探索

何點(diǎn)

摘要：材料科學(xué)與工程專業(yè)作為一門典型的工科專業(yè)，為培養(yǎng)具備材料設(shè)計(jì)、研發(fā)及分析檢測(cè)方面的應(yīng)用型人才為目標(biāo)，以理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)為依托，培養(yǎng)具備實(shí)踐動(dòng)手能力和分析問題，解決問題能力的典型應(yīng)用型人才。由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在直觀、明了、生動(dòng)的特點(diǎn)，易引起學(xué)生興趣及培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力，便于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的鞏固，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)實(shí)用型人才，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)是理工科專業(yè)重要的教學(xué)手段。材料科學(xué)與工程專業(yè)作為工科的典型代表，實(shí)踐教學(xué)為培養(yǎng)創(chuàng)新型材料專業(yè)的人才提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，讓材料專業(yè)理論知識(shí)得以驗(yàn)證，是有效提高教學(xué)質(zhì)量，適應(yīng)高等教育深化改革，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合分析能力的有效途徑。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)與工程;創(chuàng)新改革;分析測(cè)試;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

引言

高校普遍重視本科教學(xué)，其質(zhì)量監(jiān)督體系較為成熟，而研究生課程教學(xué)缺乏政策引導(dǎo)和支持，很多任課教師缺乏授課積極性和進(jìn)行課程教學(xué)改革的動(dòng)力，出現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)不明確、教學(xué)形式單一、教學(xué)內(nèi)容陳舊等問題。隨著研究生教育由規(guī)模擴(kuò)張向質(zhì)量提升轉(zhuǎn)變，如何提高教育教學(xué)質(zhì)量成為研究生教育的重要課題。

一、材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

目前，材料科學(xué)與工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課在人才培養(yǎng)的新形勢(shì)下已經(jīng)有明顯的改善，但是重理論、輕實(shí)踐的現(xiàn)象依然存在，而且在理論課下開設(shè)的實(shí)驗(yàn)，往往存在理論與實(shí)驗(yàn)聯(lián)系不緊密，相關(guān)性不高的問題。現(xiàn)代分析檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)課是材料科學(xué)與工程專業(yè)的重要實(shí)驗(yàn)課程，它主要介紹材料分析及表征通用的分析測(cè)試方法，目的是培育具備從事材料分析檢測(cè)方面的實(shí)用型人才，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。但由于實(shí)驗(yàn)課程中所涉及的儀器，例如SEM（掃描電子顯微鏡）、TEM（透射電子顯微鏡）、SPM（掃描探針顯微鏡）、AFM（原子力顯微鏡）、XRD（X射線衍射儀）等，這些大型儀器設(shè)備的操作實(shí)驗(yàn)中，由于設(shè)備存在價(jià)格及精密度高的特點(diǎn)，仍然存在著老師自己講解，學(xué)生觀看的教學(xué)模式。學(xué)生完全沒有進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，實(shí)驗(yàn)操作的能力顯著下降，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)效果，實(shí)驗(yàn)過程也就變成"走馬觀花"似的敷衍教學(xué)。因此，改革一種科學(xué)有效的材料分析測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式具有重要意義。

二、課程建設(shè)和改革措施

（一）巧妙運(yùn)用多媒體演示抽象知識(shí)點(diǎn)

在涉及到比較抽象的章節(jié)時(shí)，僅僅通過板書和傳統(tǒng)課件的結(jié)合，學(xué)生很難完全理解所學(xué)內(nèi)容。因此，我們可以通過一些動(dòng)畫，生動(dòng)地展示一些抽象過程，以便于學(xué)生能深刻理解該部分內(nèi)容。比如在講授晶體中固體無序時(shí)，涉及到兩類主要缺陷的講解，如點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)的形成及位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。這部分的內(nèi)容比較抽象難懂，高材系學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備情況理解起來還是比較困難的。因此，若在教學(xué)中通過生動(dòng)的動(dòng)畫來描述位錯(cuò)的形成以及運(yùn)動(dòng)過程，可以讓學(xué)生直觀和深入地理解該部分內(nèi)容，彌補(bǔ)了板書和傳統(tǒng)課件的不足。如在講授螺型位錯(cuò)的形成時(shí)，在晶體的側(cè)面施加一個(gè)剪切應(yīng)力，先讓同學(xué)們思考，晶體受力后，晶體的晶面應(yīng)如何移動(dòng)。再通過動(dòng)畫的方式，向大家展示螺型位錯(cuò)的形成過程。通過直觀的觀察，同學(xué)們對(duì)螺型位錯(cuò)的形成和螺型位錯(cuò)的特點(diǎn)有了更深刻的理解。另外，在講授刃型位錯(cuò)的滑移時(shí)，我們引入了多腳蟲爬行的動(dòng)畫，充分的展示了刃型位錯(cuò)滑移運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：在外加切應(yīng)力作用下，位錯(cuò)中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不斷作少量位移（小于一個(gè)原子間距）而逐步實(shí)現(xiàn)。以上是運(yùn)用多媒體來彌補(bǔ)板書和傳統(tǒng)課件不足的案例，希望以后能在更多的抽象知識(shí)點(diǎn)中，加入動(dòng)畫生動(dòng)地展示出整個(gè)抽象過程，以達(dá)到更好的教學(xué)效果。

（二）課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

開展網(wǎng)絡(luò)課堂教學(xué)，有助于實(shí)現(xiàn)因材施教，因人施教，有利于學(xué)生個(gè)性化自主學(xué)習(xí)。在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)中心的支持下，建設(shè)了內(nèi)容豐富、資源共享的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。將課程資料，如教材、專著、中外專業(yè)期刊及相關(guān)教學(xué)網(wǎng)站和資源共享于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，構(gòu)建了完善的研究生課程學(xué)習(xí)支持體系，為學(xué)生提供獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)空間。經(jīng)典文獻(xiàn)、學(xué)術(shù)論文等優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享，鞏固了學(xué)生對(duì)原理性理論的掌握，了解把握學(xué)科發(fā)展的新動(dòng)態(tài)，開拓學(xué)術(shù)視野。此外，利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了師生及時(shí)溝通、互動(dòng)、在線答疑等，及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的問題，進(jìn)一步提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。

（三）理論與實(shí)際相結(jié)合優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

材料分析檢測(cè)技術(shù)是分析材料性能、探究材料形貌、解決材料失效問題的重要手段。如何把材料的基本性能通過專業(yè)材料分析檢測(cè)儀器進(jìn)行表征，是每一個(gè)材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。但由于材料分析檢測(cè)的性能不盡相同，材料檢測(cè)所涉及的儀器種類繁多，如何選擇合適的檢測(cè)儀器配應(yīng)專業(yè)的檢測(cè)知識(shí)對(duì)材料性能進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，是材料分析檢測(cè)課程學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。因此，在開設(shè)材料分析檢測(cè)試驗(yàn)教學(xué)時(shí)，應(yīng)該與理論知識(shí)課程相聯(lián)系，不能重理論、輕實(shí)踐的前提下，更不能割裂了理論與實(shí)踐的緊密聯(lián)系。只有在理論課程的指導(dǎo)下，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才能更好選擇合適的檢測(cè)手段對(duì)材料性能進(jìn)行分析，提高實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)實(shí)用性的材料分析測(cè)試工程師。

（四）教學(xué)方法與手段的不斷探索與創(chuàng)新

注重將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代教學(xué)手段結(jié)合，進(jìn)一步探索多樣化教學(xué)方法與手段，將教師課堂講授為主體的單向教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熞龑?dǎo)作用為主，學(xué)生主動(dòng)探究為輔的雙向互動(dòng)教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生自主性、研究性、探索性學(xué)習(xí)。采用了誘導(dǎo)、啟發(fā)式教學(xué)及課堂討論等多種教學(xué)方法與手段，將課堂教學(xué)、專題講座、文獻(xiàn)匯報(bào)、小組討論等結(jié)合起來，有助于教師及時(shí)了解學(xué)生知識(shí)掌握情況。

結(jié)束語

從目前的實(shí)踐過程來看，《材料科學(xué)與工程》課程教學(xué)方法的改革與探索取得了一定的效果與成績(jī)。但是針對(duì)基礎(chǔ)薄弱的高材專業(yè)學(xué)生的教學(xué)方法的研究少之又少。作為高材專業(yè)《材料科學(xué)與工程》課程的授課教師，需結(jié)合本專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)、培養(yǎng)目標(biāo)和課程內(nèi)容不斷的進(jìn)行教學(xué)方法的優(yōu)化，通過優(yōu)化和改革不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力和熱情，最終提高教學(xué)質(zhì)量。

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（作者單位：中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院）