“材料/化工專業實驗”教學改革實踐

李偉捷 楊修春

[摘 要] 在高等教育的教學改革中，實驗教學的改革難度是非常大的，涉及教學思想、教學體系、教學內容、教學方法、教學場地、教學設備等諸多問題。本文均對目前材料專業實驗課程存在的問題，提出了對應的解決方法。

[關鍵詞] 教學改革;材料/化工專業實驗;解決方法

[作者簡介] 楊修春（1965—），男，湖北黃梅人，博士后，研究員，博士生導師（通信作者），研究方向為納米材料和能源材料。

[中圖分類號] G642? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）00-0174-02? ? [收稿日期] 2019-10-10

一、引言

“材料/化工專業實驗”為材料/化學科學與工程專業大三學生而設置的實踐環節專業實驗課程。本實驗課程配合無機材料/化工專業課程教學，通過實驗教學使得學生掌握無機材料/化工專業實驗的方法、技巧和數據分析處理方法，加深專業學習的理解和應用，獲得提出問題、分析問題、解決問題等科學研究的本領和動手能力，為以后科學研究和實踐打下基礎。

本課程的主要任務是：學習科學實驗的理論和方法，培養和鍛煉學生掌握在材料/化工領域有關的實驗研究方法，掌握材料/化工專業實驗的技巧和，以使在今后的工作中，能較正確地進行各種材料/化工的測試工作。

二、課程目標

1.通過具體的實驗，掌握材料/化工專業實驗有關的樣品制備、測試、數據分析和處理的全過程，以及實驗所涉及的實驗儀器、實驗設備的使用方法，進一步加深學生對于專業課程的理解與掌握，培養學生基本的實驗技能。

2.通過學生相對獨立設計實驗及綜合評價材料/化工能力方面的教學及實驗中出現的問題進行啟發式引導，培養學生具有獨立思考、分析設計實驗方案的能力。

3.通過對實驗現象的觀察、測試、研究和對實驗結果的分析、討論，鍛煉學生針對材料/化工領域復雜工程問題，分析問題、解決問題、研究問題的能力。.

4.通過實驗過程中的分組合作，鍛煉學生團隊合作能力;通過課程上的交流與溝通，鍛煉學生人際交往的能力。

三.存在的問題及對策

目前，高等學校專業實驗室普遍存在實驗室空間有限，儀器設備陳舊，數量不足，實驗教學內容與時代脫節，實驗課時不足，學生動手機會少，教學方法和手段落后，實驗成績評價不科學等問題。結合我們長期帶材料/化工專業實驗的實踐，提出了相應的如下解決辦法：

1.編寫新的《材料/化工專業實驗》教材。很多學校使用的《材料/化工專業實驗》教材是10年以前編的教材，實驗內容和實驗設備都比較陳舊，因此有必要結合材料/化學科學和工程專業的新進展和測量儀器的更新，編寫新的《材料/化工專業實驗》教材。

2.儀器更新，補足套數。實驗儀器設備陳舊，套數不足是許多高校實驗課普遍存在的問題。究其原因主要是缺少對實驗課的重視和投入。我們的對策是保證老設備正常運行，適當添置新設備。老設備價格較低，可以保證實驗設備套數，讓每個學生有充分的時間動手操作實驗。新的儀器設備自動化程度高，價格貴，在條件許可的情況下可購入。操作新設備可以讓學生了解新儀器的構造和工作原理，進一步提高學生的動手能力，激發學生對材料/化工專業的興趣。

3.鼓勵學生參加教師課題組研究。材料/化工專業實驗絕大部分是驗證性實驗，缺少綜合性、設計性和研究探索性的實驗。如果在實驗課中加入綜合性、設計性和研究探索性的實驗，勢必要增加實驗課時，擴充實驗場地，購置相關儀器設備。而這些都是實驗課目前存在的主要問題，一時難以解決。我們的對策是結合《同濟大學大學生創新性實驗計劃》和本科生畢業論文來彌補這方面的不足。《同濟大學大學生創新性實驗計劃》針對大二和大三學生，為期1～2年，每年材料/化學科學與工程學院會向學生發布學院老師的研究課題，學生可選擇感興趣的課題和老師聯系，較早地進入課題組進行科學研究工作。該“計劃”重在過程，而不是結果，有利于學生了解材料/化工專業最新的研究進展，提高理論課的學習興趣，增強學習的自覺性。本科生畢業論文是各高校普遍采用的本科教學工作中最為重要的實踐教學環節之一，是對教學質量和學生學習成果的一種綜合反映環。通過為期半年的畢業論文工作和《同濟大學大學生創新性實驗計劃》，可以解決材料/化工專業實驗以下問題：

（1）解決實驗課時不足的問題。學生可以利用課后業余時間，隨時進入實驗室開展實驗工作。教師實驗室24小時開放，同時有老師、博士生和碩士生指導實驗，保證了實驗安全順利進行。

（2）解決了實驗場地擁擠問題。正常開展的實驗課一般學生較多，實驗場所擁擠，將學生分散到各個老師課題組，有效解決了實驗場地擁擠問題。

（3）解決了儀器陳舊問題。老師課題組的儀器設備一般較為先進，學生進入老師課題組，不但能接觸到先進的儀器設備，而且有足夠的操作時間，達到熟練使用儀器設備的目的。

（4）解決了實驗內容陳舊的問題。《材料/化工專業實驗》絕大部分是驗證性實驗，內容陳舊。而老師的課題要么來自生產單位，解決現實生產實際問題，要么來自政府部門，是學科前沿和研究熱點，學生進行這些研究熱情高，干勁大，有成就感。

（5）改進了教學方法和手段。實驗課一般由指導教師先講解實驗目的和意義、實驗原理、儀器設備、實驗步驟以及實驗中的注意事項;然后學生按照規定的實驗步驟開展實驗，記錄實驗現象、數據、結果等;最后學生對所做實驗進行分析總結，完成實驗報告。而老師的課題是一種探究性研究，有利于學生深入了解和把握生產、科研的整體性內涵，提高發現問題、分析問題、解決問題和溝通交流的能力。

4.建立實驗成績科學評價體系。學生實驗成績目前主要由指導老師依據學生的實驗報告評定等級，注重實驗結果而忽視了實驗過程。因此，我們建立了一個比較科學的評價體系，即出勤情況占10%，預習、課前知識準備等占10%，儀器熟悉和操作使用占10%，實驗完成質量占10%，團隊合作、實驗態度、良好習慣等占10%，實驗報告占50%，以進一步提高學生做實驗的積極性。為此需要強調如下問題。

（1）實驗前的準備。認真作好實驗前的準備工作，對于培養學生獨立工作能力、提高實驗質量和保護實驗設備都是很重要的。實驗前應認真復習教科書相關章節，仔細研讀實驗指導書，了解實驗目的、原理、方法和步驟，明確實驗過程中應注意的問題，并按照實驗項目準備記錄抄表等。實驗前應寫好預習報告，經指導教師檢查確認，方可開始作實驗。

（2）實驗進行中。建立小組，合理分工，每次實驗都以小組為單位進行，每組2-3人，實驗進行中的儀器操作、數據記錄和實驗現象觀測等工作每人應有明確的分工，以保證實驗操作協調，記錄數據準確可靠;熟悉實驗儀器和設備的構造和作用，記錄儀器設備的銘牌，檢查驗儀器和設備是否正常;按實驗步驟順序開始實驗，認真觀測實驗現象，詳細記錄實驗數據。實驗過程中如出現異常情況，應及時提請指導教師解答;實驗完畢后，將實驗數據交指導老師審閱。經指導教師認可后，才允許結束實驗。把實驗所用的材料、儀器設備、工具等整理好后離開實驗室。

（3）實驗報告。實驗報告是根據實測數據和在實驗中觀察和發現的問題，經過自己分析研究或分析討論后寫出的心得體會。實驗報告要簡明扼要、字跡清楚、圖表整潔、結論明確。將實驗數據和結果討論添加到預習報告中，形成一個完整的實驗報告。涉及數據的整理、計算、作圖等。在數據分析和計算過程中要注意區分系統誤差、隨機誤差和過失誤差，過失誤差在實驗過程中是不允許出現的。在實驗過程中，測量的數據的精度不應超過儀器的精度。將實驗數據列表、作圖，分析實驗現象和規律，進一步可對圖中曲線進行擬合，得出對應的函數關系，查閱相關理論和實驗結果，對實驗現象和結果進行解釋并給出結論。每次實驗每人獨立完成一份報告，按時送交指導教師批閱。

四、結論

均對《材料/化工專業實驗》在實驗室、師資隊伍、實驗教材、實驗內容、教學方法、成績評價等方面存在的問題，結合我們長期帶《材料/化工專業實驗》的實踐，提出了相應的解決辦法，希望對其他高校的相關實驗課程有借鑒作用。

參考文獻

[1]中國工程教育專業認證協會.工程教育認證一點通[M].北京：教育科學出版社，2015.

[2]李偉捷，楊修春.開展課程實踐教學的必要性[J].教育教學論壇，2019（19）：21-22.