针对应用型本科人才培养的材料科学基础实验教学改革

2015-12-29赵洁婷

长春师范大学学报 2015年8期

赵洁婷，王楠

(长春师范大学工程学院，吉林长春130032)

“材料科学基础”是材料类本科生进入专业课学习阶段的非常重要的专业基础课程，是研究材料成分、组织结构、制备工艺与材料性能和应用之间相互关系的新兴学科。该课程着重阐述材料科学的基础理论及其应用，包括材料的微观结构、晶体缺陷、材料的范性形变和再结晶、相平衡及相图以及材料的物理特性等。该课程有较强的理论性，知识点繁多且相对抽象，不容易理解，学生学习起来有一定的难度。为了解决这一问题，许多院校平行独立设置“材料科学基础实验”课程，有助于学生理解相关知识难点，提高他们的学习兴趣，使理论课程和实验课程得以互补［1－2］。以往材料科学基础实验均以验证性实验为主，通过授课观察，这种形式的实验造成了学生的被动学习。学生在短时间内就会将所学知识忘记，做不到活学活用，不能为以后的毕业设计打下牢固的基础。因此，对“材料科学基础实验”进行教学改革有非常重要的意义。我校重在培养应用型本科人才，要求学生掌握一定的基础理论知识，具有一定的科研成果创造转化能力。因此，开设创新性实验题目，不仅可以培养大学生的工程意识和创新思维，还能够提高他们的动手能力和分析问题、解决问题的能力［3－4］。本次教学改革是在原有验证性实验的基础上，拓展出创新性实验，取得了良好的教学效果。

1 理论与实践互补统一

学生学习的根本目的是“学以致用”，教师的教学目标是“理论联系实际”。“材料科学基础”课程不好理解，学生不容易掌握该课程的学习方法，最常见的问题是学生对概念的混淆。可以通过实验教学手段来解答学生在理论学习中的困惑。因此，实验题目的开设要与“材料科学基础”理论教学紧密结合，不能脱离理论教学实际，并且要有相对的独立性。实验教学课堂不仅仅是学生解决课堂教学“遗留”问题的地方，也是学生在掌握一定理论知识的基础上进一步开拓视野、打开创新思路的地方。通过创新性实验的开设，一步一步引导学生独立思维，将理论知识应用到实践中去，把抽象的知识具体化，使繁杂的知识点连接成知识网络，真正培养学生独立地将理论知识应用于实践的能力。

2 实验教学的实践过程

我校“材料科学基础实验”为一门独立的必修课程，课程学时为21学时。大学生处在思维活跃、创新能力强、精力旺盛的时期，如果他们的创新潜力得不到充分发挥，将严重制约其创新能力的发展，不利于创新性人才的培养。所以，开设相应的实验项目应具有较强的创新性，让学生勤动脑、多动手，从而优化知识结构，扩大知识面，开阔学生的视野。

教学改革实例过程如表1所示。首先，将原有的验证性实验进行拓展，适当地将引入的先进科研设备与教学设备相结合。例如将“显微镜的原理、构造及使用”与“铁碳合金相图及平衡组织观察”实验相结合，对某一金相组织进行分析;同时增加对科研用高清解析显微镜的使用，通过对图像进行数字处理，可以对某些组织成分近似定量。这个创新性实验就是将原有的两个验证性实验进行拓展，并模拟毕业设计实验的全过程。这样可以使学生提前对毕业设计有所了解，为他们今后更好地完成毕业论文打好坚实的基础。另外，要对验证性实验进行动手能力的延伸。相平衡及相图部分是材料科学基础理论课程的重点章节，二元相图的学习较之三元相图简单一些，三元相图较立体，在纸质教材上的显示比较抽象，学生对此理解困难。因此，在让学生充分理解二元相图知识点的前提下，引导他们独立动手制作完成三元相图教具，将在教课书上的二维图形转换成立体化教具。学生首先通过验证性实验掌握了二元相图的相关知识点，又通过验证性实验的延伸，逐渐掌握三元相图的知识点。三元相图是建立在二元相图的基础上的，学生在掌握三元相图的同时，又对二元相图知识点进行了巩固，并可以熟练地应用到实践中去。对“金属材料硬度测试”实验，不采用已经热处理完毕的实验试样，让学生提前自主设计热处理方案，教师按照学生的方案进行热处理后，学生再进行硬度测试，学生对由不同热处理方式得到的材料硬度进行对比。通过此实验，学生能够很容易地掌握金属材料热处理的“四把火”。

表1 材料科学基础实验教学改革方案实例

3 实验教改的效果检验

通过与教授材料科学基础理论课教师的交流可知，实验教改后学生对知识点的掌握更牢固，他们可将繁杂的知识点联系起来，并对原本觉得枯燥的材料科学基础课程产生了浓厚的兴趣。材料科学基础实验结课方式是:每位学生通过文献查阅，结合实验内容，完成一篇与材料科学基础实验相关的科技小论文。这既可以检验学生对这门课程的掌握情况，又可以为学生后续毕业论文的撰写作好铺垫。从作业的完成质量能够看出，实验教学改革，加深了学生对理论知识的理解，激发了学生的学习热情，并且达到了提高他们动手能力和创新意识的目的。