《特种陶瓷》课程的实验教学体系优化研究与实践*

2014-12-13樊子民王晓刚强云霄

技术与创新管理 2014年2期

樊子民，王晓刚，强云霄

(1.西安科技大学材料科学与工程学院，陕西西安 710054;2.西安科技大学通信与信息工程学院，陕西西安 710054)

实验教学作为高校教学工作的重要组成部分，对于大学生工程意识和创新思维的培养，以及动手能力、分析问题和解决问题能力的培养都起着重要的作用［1］。《特种陶瓷》课程主要针对无机非金属材料工程专业学生在完成了《材料科学基础》、《无机非金属材料》及《材料物理化学》等材料科学专业基础课程后开设的一门综合性课程，课程涉及内容多、知识面广、概念抽象不易理解，加之实验学时有限，导致学生缺乏理论联系实际的能力，增加了学习本课程的难度。因此，如何在实验教学中激发学生学习的主动性和创新意识，培养学生的动手能力、适应工程教育改革是摆在教师面前的一个重要课题。鉴于此，我们对该课程的实验教学体系进行了有针对性的优化研究，重新构建新的实验教学体系和考核体系。

1 实验课程体系现状

《特种陶瓷》课程主要培养在无机非金属材料工程领域具有较宽的基础知识，能在陶瓷材料的制备、成型烧结、材料结构与性能等领域从事科学研究、技术开发、工艺加工等方面工作的应用型高级人才。基于这一培养目标，在实验教学环节，主要设置了单元实验项目。

根据近几年的实验教学情况，这种实验教学体系不利于学生创新能力的培养，原有的实验教学体系设置主要存在以下几个方面的问题:

1.1 实验项目以验证性实验为主，缺乏系统性

《特种陶瓷》课程实验隶属于对应的理论课程，目前，实验项目以验证型(基本技能型)实验为主(80%)，辅以综合型实验(20%)，缺少设计性(创新型)实验项目，造成实验项目结构性不强，缺乏系统性，从而导致实验教学内容滞后于新知识和新技术的发展，难以适应知识快速更新的新形势。

1.2 实验教学模式落后

目前，在实验教学中，多是将实验目的、原理、操作方法及注意事项等进行详细的讲解或示范，学生按步骤操作。在这种教学模式下，学生被动地接受学习，不能充分激发其获取知识的强烈愿望，容易造成学生的思维局限性和心理惰性，难以满足对学生进行工程实践能力训练的需要。

1.3 实验考核方法不科学

实验考核是实验教学中不可缺少的环节和步骤［2］。目前，《特种陶瓷》课程实验的考核方式主要依据实验报告，以实验结果作为考核的唯一依据，但这与综合型、设计型实验的培养目标不符，一方面综合型、设计型实验的难度高于验证性实验，大部分同学只能完成部分实验要求的情况是正常的;另一方面综合型、设计型实验是为了对学生进行工程训练，重点强调的是学生实践动手能力和创新思维能力的培养。只以结果作为评分依据，肯定会挫伤许多同学的积极性，从而达不到实验教学的目的［3－4］。

2 优化实验教学体系

《特种陶瓷》课程实验的教学目的是在拓宽高年级本科学生知识视野并对无机非金属材料的知识体系有深一步了解的基础之上重点培养学生的工程实践能力。为达到上述教学目的，在实验内容、教学模式、实验考核等方面多层次、多角度进行了全方位的优化研究与实践。

2.1 构建多层次实验教学体系，注重创新能力培养

传统的《特种陶瓷》课程实验比较简单，基础实验比重较大，缺乏思考性与启发性，不利于学生工程能力的培养与技能的提高，更谈不上创造性。改革必须有利于激发学生动脑及动手能力，有利于学生创新能力的培养。

根据实验课程体系改革的基本思路，我们为实验课程构建了“基本技能型、综合型、创新型”多层次、系统化的实验教学体系，见表1。

表1 《特种陶瓷》课程实验教学体系

基本技能型实验:主要针对课程的课内实验部分，培养学生的实际操作技能，加强学生专业基础理论和基本实验技能训练。

综合型实验:主要针对《特种陶瓷》课程的全部或主要内容设计。强调理论与研究相结合，目的是培养学生运用综合知识，研究分析问题、解决问题的能力，逐步培养学生的工程实践能力。

创新型实验:注重学生创新思维的培养，以教学和科研互动为教学模式，溶入材料学科的新理论和新技术。目的是引导学生主动学习，提高分析问题和解决问题的能力，提升学生的工程实践能力。开设的创新型实验均来源于科研项目，由教师给定实验目的、要求和实验条件，学生自己设计、设定实验方案，并自己进行实验。

2.2 CDIO 工程教学模式

CDIO 是一种全新的国际化工程教育模式，是近年来国际工程教育改革的最新成果［5］。在实验教学过程中，教师给出相关实验题目，学生按照构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、操作(Operate)的理念进行实际操作，例如在“微纳米级立方碳化硅粉体制备”实验中，要求学生通过相关资料自己构思、设计项目方案，确定原料配方，然后根据配方实现碳化硅粉体的制备，具体包括胚料的制备、成型与烧成，最后进行力学性能评价和显微结构分析。实验由小组成员合作完成，每个小组6～7人。这种教学模式的重要特征就是“基于项目的学习”模式，它打破了以往按照知识点组织实验教学的模式，一个实验项目就是一个简化、浓缩的工程项目，学生从中可以得到全方位的培养与锻炼。

2.3 采用多元考核方法，注重实验过程考核

传统的实验教学以“实验结果”作为衡量实验效果的手段，并不能准确评价学生的实验水平，我们进行了多种尝试和探索，围绕《特种陶瓷》实验课程设置，采用多元考核方法，注重实验过程考核。实验过程考核在实验教学中非常重要，直接影响到学生对实验的重视程度和积极性［6］。主要包括实验方案设计、实验操作、实验素质和实验研究报告等。

1)实验设计方案:设计方案是设计性(创新型)实验的基础［7］。设计方案时要求学生运用已学过的知识进行实验设计，主要考察方案设计的完整性、合理性和创新性。

2)实验操作:实验操作是检验学生实际动手能力的核心环节，教师必须在基本操作技能技巧上对学生严格考查，主要考核3 个方面。①实验仪器设备:如仪器设备的安装、调试和使用，操作熟练程度等。②实验配方:如原料和添加剂的选择、称量等。③实验数据:如记录翔实、不要遗漏。

3)实验素质:主要考察学生在平时实验中的组织纪律、实验态度、团队协作精神等方面进行考核。

4)实验研究报告:实验研究报告是实验考核中的重要组成部分，是教师了解学生的知识水平、操作技能的重要依据［8］。考核的内容主要包括:报告是否完整、规范;对实验现象能否做出较深入的分析和探讨;数据处理和结果分析是否正确;是否体具备创新思维。

对于“基本技能型实验”采用“实验理论+实验操作+实验报告”的方式进行考核;对于“综合型实验”采用“实验设计方案+实验操作+实验报告”的方式进行考核;创新型实验是学生自己提出实验方案、实验思路和实验方法，教师没有给出具体的答案或测试结果，对于创新性实验必须注重过程考核，采用“实验设计方案+实验操作+实验研究报告”的方式进行考核。

3 实验教学效果

按照上述思路，我们进行了一些试点，并已取得了初步成效。首先，对专业知识的理解和巩固方面，新的实验教学体系加深了学生对特种陶瓷材料学科知识体系的融会贯通，培养了学生用联系、发展的思想解决问题的能力;多层次、系统化的实验教学体系体现了基本技能型实验、综合型实验、设计性(创新型)实验内容的融合，将课程实验和科研项目相结合，使学生的设计能力、综合应用能力、动手操作能力得到全方位的锻炼。其次，在CDIO 教学模式下采用以真实项目开发为主导的教学方式，有利于学生掌握专业理论知识，培养学生发现问题及自主灵活解决问题的能力，有助于培养既懂理论又有动手能力的应用型人才，有助于培养团队合作精神。与工程控制能力，有助于缩短由学生到企业研发人员之间的角色转时间，开创高校人才培养新局面。