应用型本科材料类专业实验教学改革与实践

孟君晟, 史晓萍, 王振廷, 李柏茹

(黑龙江科技大学 材料科学与工程学院， 黑龙江 哈尔滨 150022)



应用型本科材料类专业实验教学改革与实践

孟君晟, 史晓萍, 王振廷, 李柏茹

(黑龙江科技大学 材料科学与工程学院， 黑龙江 哈尔滨 150022)

从应用型本科院校材料类专业实验教学中存在的问题出发，结合黑龙江科技大学材料科学与工程学院的教学实践，提出了材料类专业实验教学体系改革方案，讨论了实验内容和实验教学手段的改革、实验室开放的建设，形成了“一个中心”、“三大分室”、“三模三层”的实验教学理念，重新设置、调整、更新实验内容。实践表明，通过实验教学改革提高了学生自主学习、动手能力和创新能力，提高了实验教学资源的利用率及应用型人才培养质量，所取得的成效与经验对应用本科高校有一定的启迪意义。

应用型本科； 材料专业； 实验教学； 改革与实践

0 引 言

从20世纪60年代，以德国开创的“双元制”应用技术大学教育模式为基础，国外各高校陆续开始了重视实践教学、强化应用型人才培养的研究[1]。我国应用型院校是在20世纪90年代末，伴随着大规模的扩招，同时为了适应国家对人才的需求而发展起来的。在我国每年高等学校的本专科毕业生现在以二三十万的数量增加，2013年更是达到了近700万人，随着毕业生人数的不断增多，就业已成为了各类高校亟待解决的问题。针对于企业对材料类专业学生的需求情况分析，要求学生具有理论联系实际，动手能力，创新思维能力等等，高校要达到这些要求的教学核心是“实践教学”。应用型本科院校的重点应在“应用”上，实践教学过程是“应用”的最好体现，是培养学生动手能力和创新能力，提高职业素质和就业竞争力的重要手段。实践教学中的实验教学过程是学生将所学理论知识运用到实践中的重要环节，但各高校在实验教学的运行过程仍存在较多的问题，具体有：① 各高校对实验教学的重视程度不够，依旧认为实验教学仅是理论教学的附属产物，导致在培养方案上实验环节的设置比例较低；② 实验教学内容设置不合理，验证性实验过于简单，综合性、设计性实验设置不合理，创新性实验数量少，并且各种类型实验相互独立，没有形成完整的实验体系构架；③ 实验室建设不够合理，管理体制不健全，各个实验室相互脱节，导致设备利用率下降；④ 学生对实验的兴趣不足，在注重能力培养的今天，传统的实验教学方式已经满足不了当代大学生的要求，无法提高学生兴趣，是导致人才培养质量下降的重要问题[2-7]。因此，探索以学生为本的新型实验教学模式，就需要教育工作者在实验教学中不断探索和发现，从而发挥实验教学在应用型人才培养中的作用。

1 材料专业实验教学体系的构建

1.1 以应用型人才培养为目标

在《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》中，明确指出要加大实践教学力度，加强实验教学等环节，应用型本科人才的培养不同于传统的理论型、学术型本科人才，其主要面向的是从事设计、生产、制造和开发为一体的一线技术人员，重点强调的实践能力和现场解决实际问题的能力。因此，学校根据社会的发展需求，，树立“以学生为主体，社会需求为导向”的教育理念，建立“以应用型人才培养为目标，以实验室整合为基础，以实验内涵建设为核心”的具有应用型本科院校特色的教学模式，提高学生自主学习和主观能动性，培养学生实践能力和创新能力[8-9]。

1.2 以实验室整合为基础

高校的实验室是实验教学必不可少的重要组成部分，实验教学依托于实验室，实验室是实验教学的载体[10]。为了发挥实验室的重要作用，打破封闭的专业界限，以“室”带“教”，学院在充分利用现有实验教学资源基础上，考虑材料学科及专业建设重点，按照省级实验教学中心的创建要求，通过实验设备的合理调配，实验室的建设整合，建立“一个中心，三大分室”的实验室格局。在规划前，材料学院按照四个专业共分为焊接实验室、铸造实验室、热处理实验室、数码金相实验室、材料性能实验室、表面工程实验室、扫描电镜实验室、无机非金属材料工程实验室、计算机模拟实验室、腐蚀与防护实验室等10个实验室，这导致出现实验仪器设备分散，实验室管理混乱等问题；整合后，学院建立了一个实验教学中心，统筹管理全部实验室，3大分室包括材料基础实验室(焊接实验室、铸造实验室、计算机模拟实验室、数码金相实验室、无机非金属材料工程实验室)、分析测试实验室(材料性能实验室、扫描电镜实验室)和表面工程实验室(表面工程实验室、腐蚀与防护实验室)，同时，把设备进行整合。经过近几年的建设，学院的表面工程实验室已建设成为校重点实验室，正在筹备省重点实验室的建设。实验室的整合，实现了设备的高利用率，进一步推动了应用型人才培养的实验教学改革。

1.3 以实验内涵建设为核心

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》明确要求高等学校需要内涵建。在2010年的《教育部2010年工作要点》中，更是多次提到“内涵建设”[11]。内涵建设已成为高等学校专业发展的主旋律，在实验教学中也将成为核心组成部分。应用型本科院校实验内涵建设应围绕“应用”这一职能和提高人才质量而开展的建设，主要内容包括: ① 以动手操作能力为基础，培育创新思考精神；② 以服务企业为导向，拓展实验内容；③ 以兴趣培养为出发点，深入挖掘学生潜力；实现学生的自身发展与社会发展相适应，达到“应用”的要求。根据实验内涵建设的具体内容，学院修订了教学培养方案，在增加实验教学的同时，进一步优化实验课程，规划实验项目，结合学生发展的特点，提出了“三模三层”的实验教学培养体系。“三模”是指“实验模块”、“方案模块”和“计算机模块”的三个模块化；“三层”是指“基础”、“应用”和“创新”三个层次。具体来说，实验模块强调的是具体的实验操作过程；方案模块则是对新型实验方案的设计、规划与讨论；提出计算机模块是为了使学生能更好的适应社会发展的要求，计算机已经在当代大学生中相当普及，但在材料类的实验教学中针对计算机方面应用与处理比较薄弱，发挥计算机模块的作用，不仅只是对实验过程的模拟，更需要利用计算机对实验后续数据的处理分析以及应用。由于学生的基础不同，年纪不同，依照学生的特点进行分层次培养，建立“基础普及、应用开发、研究创新”由低到高的实验教学模式，每个环节都对应着不同实验内容，结合模块化，相互支撑补充，这将为学生实践创新能力的培养创造条件[12]。

2 实验内容与手段改革

2.1 挖掘实验内容，提高学生兴趣

中国著名思想家、教育家孔子曾说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”。说明兴趣是学生最好的老师。正常来说，材料类专业学生对实验应该产生兴趣，但传统的验证性实验在内容设计，往往会使学生产生重复操作、枯燥无味的心理，失去了对知识的渴望与需求。比如在“金属学与热处理”课程中有一项实验——铁碳合金平衡组织观察，传统实验内容包括实验目的、原理、步骤和注意事项几个部分，学生就是按照指导教师的讲解观察相关组织特征，撰写实验报告，教师根据实验报告给出成绩，就算完成了实验。但是，通过长时间观察学生在实验过程的中表现，发现学生对这个实验并不感兴趣，因为在理论课程中已经对相关铁碳平衡组织进行了学习，尤其现在理论教学几乎都用到多媒体，学生可以教师制作的ppt课件中清楚的观察到各种组织的特点，而在这个实验中就是一种机械的观察，失去了实验的意义。因此，需要对实验内容进行改革，改变原有内容中只观察简单的金相组织，而增加对比实验内容。首先把学生分成5人一组，根据学生总体人数分成几组，然后准备12个金属的金相试样，其中有几个金相试样不是铁碳平衡组织，让几组学生以比赛的形式找出来，并说明如何区分，根据各个小组的表现给出成绩。通过内容的简单变化，不仅使学生掌握实验目的，加深学生对专业知识的理解，更重要的是提高了学生的兴趣和积极性。

2.2 结合企业需求，拓展应用实验

应用型本科人才的培养必须紧密结合市场需要，实验内容的设计需要考虑企业(用人单位)的需求[13]。实验的设置，在保证综合性、设计性实验，减少演示性、验证性实验，重点考虑应用、创新性实验。因此，各个专业都开始了相关领域的应用性实验，比如，在焊接专业中压力容器的焊接实验与哈尔滨锅炉厂生成的压力容器结合，该实验所用的材料均来自于哈尔滨锅炉厂实际生产所用的钢板，把焊接专业的学生分成几组，只告诉学生最后的应用状态，其他实验内容均由实验小组独立完成。学生根据要求完成资料收集、设计实验过程、准备实验材料、选择实验设备、进行实施操作、获得实验数据等环节。这种应用性实验充分调动了学生的实验积极性，学生从设计到实验都与生产实际相结合，发挥了学生自主学习和主观能动性，不仅提高了学生的动手能力，同时培养了学生分析问题和解决问题的能力，为学生未来从事工作打下良好的基础[14]。这种应用性实验的综合性强、周期较长，建议安排在第7学期的专业技能训练中(1～2周)。

2.3 依托教师科研，开设创新实验

应用型本科院校同样具有创新人才，不能把所有学生都归为一类，所以，针对科研能力强，善于研究并想在未来继续考研深造的学生开设创新性实验。依托于教师的科研项目，本科学生参与其中，把具体研究转化为实验过程。如无机非金属材料工程专业，依托于“十二五”国家科技支撑计划“高纯石墨材料开发及其典型应用”的国家级项目，进行创新性实验的设计，同时，构建科技竞赛、实验设备设计、科技讲座(包括学生课题和竞赛等)相互促进的学生创新体系和创平台。在教师指导下，结合科研项目，能有效地激发学生探索知识和发现问题的欲望，接触科技前沿领域，强化思维意识，提高创新能力。在创新实验过程中始终以学生为中心、教师为辅助，达到理论与实践相结合、动脑和动手相结合的理念，有利于学生自身素质的提高及创新能力培养[15]。通过创新实验的训练，在2013年黑龙江省新材料创新设计大赛中，获得1等奖3项，2等奖5项的成绩；在2014年全国新材料创新设计大赛中，获得2等奖1项。

2.4 实验教学手段改革

(1) 充分利用多媒体资源。多媒体资源的应用在教学改革中已成为热点，在实验中利用多媒体教学手段，教学的直观性和可视性增强，把问题由抽象变具体，把内容由平淡变生动，活跃实验教学气氛，更好地掌握实验的重点和难点。实验教师根据实验特点做出优质的ppt文件，通过演示动画、视频、图示以及把实验在工业中的具体应用声像并茂的展现出来，激发学生的学生乐趣，提高学生的注意力，有效节省实验时间，提高实验效率。例如，化学镀Ni-P的实验教学，教师的ppt文件首先演示化学镀实验在散热器上应用的视频，学生能够印象深刻的掌握实验的目的，吸引学生的兴趣；在讲解实验原理时，利用自制的flash动画和ppt动画化繁为简，形象的演示出来，学生能够思路清晰的掌握实验过程，调动学生动手操作的积极性，这一过程能使学生从感性认识向理性认识飞跃[16]。利用多媒体教学设备演示具有危险性的实验，能保证实验任务完成的同时更能够确保实验安全，从而达到事半功倍的效果。学院十分重视多媒体资源在实验教学中的应用，每学年都会举办实验教学多媒体课件大赛，评出大赛优秀作品给予奖励，把更多、更优秀的课件应用在实验教学中，取得高质、高效的实验教学效果。

(2) 充分发挥学生实验积极性。在高校教学活动中，学生与教师之间的关系，直接影响着学生的学习积极性。长期以来，我国高校师生关系是以对象化实践活动的哲学思维方式来理解，这会导致学生主体的失落，师生关系必须由对象化关系转变为主体间性关系，学生表现出主体间性，这样才能达到和谐统一[17]。所以在实验教学上只有发挥学生的主体地位，才能使学生成为实验的主人。比如在合金流动性测定的实验中，具体的造型过程和注意事项由学生通过对理论知识的掌握来进行讲解，然后教师和其他人员进行提问和补充，增加学生锻炼机会，增强学生心理素质。对于应用性和创新性实验，教师按照分组下发实验内容后，每个团队都要进行认真准备实验方案，然后进行答辩，互相探讨方可实施。以学生为主体的教学方式，能充分挖掘学生们的智慧和特长，发挥学生的主观能动性，有利于个性化应用型人才的培养。

3 实验室开放建设

3.1 完善实验室开放制度建设

实验室开放，是高等学校培养高素质创新型人才的客观要求，实验室管理制度的建设,为实验室开放工作的有序进行提供保障。2004年实验室制订了“材料学院实验室向本科学生开放的若干规定”，经过几年来对实验室开放过程中出现的问题进行总结，修订了原有规定，制定了“材料学院实验室开放管理办法”、“实验室开放守则”、“7×10 h开放实验室值班制度”、“安全管理制度”等相关文件，确保实验室开放规范有序，学生实验过程安全。

3.2 构建实验室开放网络化系统

学院的实验教学中心构建了实验室网络化系统，达到实验室信息共享，提高实验室开放管理效率[18]。网络化系统主要由实验室信息系统和实验室预约系统两部分组成，实验室信息系统是由实验教学中心管理，具体包括学期实验开放计划、实验教学内容及相关文件、实验设备使用情况、实验耗材申请等，各实验室的教师通过实验室信息系统了解相关开放情况；实验室预约系统是由各实验分室教师管理，学生可以通过网络、电话、微信等方式与实验室教师进行预约，预约成功后，由实验教师把相应的预约情况通过实验室预约系统公布，学生可以查询预约情况，在实验室预约系统中包含有实验教学课件、实验室设备说明书、实验室规章制度等文件可供学生下载。

4 实验教学改革效果

自2010年进行实验室改革以来，经过4年多的努力，学院实验教学团体已取得了较多教学成果，其中包括：2014年表面工程实验室被评为校级重点实验室；申请2项省级教学改革项目；4项校级教学改革项目；建立实验精品课2门；出版实验教材2部; 发表教学改革论文10篇。

5 结 语

综上所述，材料学院各专业的实验教师在多年的实验教学基础上，构建了材料专业实验教学体系，以“兴趣”培养带动“应用”能力培养，调动了学生的学习积极性，培养了学生的动手能力和工程能力，拓展了学生的综合素质。随着学院对实验教学改革的不断推进，在应用型人才的培养中取得较好的成绩，在2010～2013年，连续4年就业率达到100%，就业在中国500强企业的学生比例占总人数的50%，通过对用人单位的反馈调查，毕业生的专业水平和实践能力均得到良好评价，提高了学生的就业竞争力，造就了一批企业急需的、应用能力强的材料类行业工程技术人才。

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Reform and Practice of Experiment Teaching of Materials Science and Engineering in Application-oriented Universities

MENGJun-sheng,SHIXiao-ping,WANGZhen-ting,LIBai-ru

(School of Material Science and Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China)

The article is concerned with the questions of the experimental teaching of materials specialty in application-oriented universities based on the teaching practice of the Department of Material Science and Technology, the Heilongjiang University of Science and Technology. Reform and practice for practical teaching system has been put forward The reform of the structure and contents of the experimental course, the design process, the experimental teaching means, and the construction of open laboratories were introduced in detail. The experimental teaching philosophy of “one center, three experimental locellus, three modules and three levels” were proposed. The clinical experiment courses were adjusted and updated. The reform of the experimental teaching was helpful to promote students′ autonomous learning ability, practical abilities and innovative capability, to improve the utilization of laboratory practice teaching resource and the quality of personnel training. The achievements and the experience that the university has obtained may serve as benchmarks and eventually inspire those newly application-oriented universities.

application- oriented universities; materials; experiment teaching; reform and practice

2015-02-28

黑龙江省高等教育综合改革试点专项项目(GJZ201301060)；黑龙江省高等教育教学改革项目(JG2014010995)；黑龙江省教育科学规划课题(GBC1213105)；黑龙江科技大学教学研究项目(JY13-87)

孟君晟(1982-)，男，黑龙江鸡西人，博士，工程师，材料学院实验教学中心主任，主要从事实验教学及实验室管理工作。

Tel.: 13654524255; E-mail: mengjs2008@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2016)02-0201-04