《材料综合实验》教学改革初探

毛潭+杨越+蒙毅+曹雷刚+周帮平

摘要：分析了目前《材料综合实验》实验教学现状及存在问题，提出了该课程实验教学的改进措施，以有效调动学生参加实验的积极性和主观能动性，提高实验教学质量，培养学生的综合素质及创新能力。

关键词：材料科学与工程；实验教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）15-0132-02

一、引言

实验教学是高等学校本科教学工作的重要组成部分，对于理工科的材料科学与工程专业尤其如此[1]。《材料综合实验》是我校材料科学与工程专业本科生的专业必修课，是一门基础课程，一般安排在大三上半学期，其目的在于为学生提供一个验证课堂所学理论与实际相结合的平台，学生在进入专业课程学习后可以及时将课堂教学中所学的知识运用到实践中，在动手的过程中深化理论理解，形成感性认识，再回归升华到理性认识。各高校材料类相关专业均开设了此类课程，并积极进行了实验教学改革的研究和探索[2-5]。

我校材料科学与工程实验中心经过近年来的整合、优化和发展，已建立了较为完善的运行体系。现实验中心下设有12个实践教学与测试服务平台和5个研究室，是材料系本科生与研究生实践教学的主要基地。《材料综合实验》的教学都是在实验中心的各实验室中完成的。各实验室的设备都可独立进行实验，满足相关专业的实验教学基本要求，然而实验项目严重依附理论课程，各实验项目互相独立，多个实验项目在内容设置上重复，不利于专业知识与实验教学内容的有机结合，从而影响了材料专业创新人才的培养，因此对《材料综合实验》实验教学提出了教学改革。

二、实验教学中的存在问题及现状分析

我校《材料综合实验》课程共32学时，共有材料制备实验、材料金相制样实验、金相分析实验、材料力学性能实验、材料物化分析实验、材料物相分析实验、材料热处理实验及表面工程实验8个实验内容。在传统教学中，这些专业实验设置均为验证性实验，实验课程相互独立，且与实际应用联系不大，更谈不上接触到学科发展的前沿。传统实验教学模式已不能满足新形势下对创新型、复合型和实践型人才培养的需要。另一方面，《材料综合实验》课的教学模式陈旧：教师集中讲述、学生动手实验、撰写实验报告、教师批改评分。这种固定的实验模式在一定程度上滋养了学生的惰性，如很多学生只是照着教师安排的实验步骤完成实验，动手不动脑，迟到早退，实验中玩手机，等等。同时，实验课成绩考评也体现不出实际情况，学生成绩水平集中，没有差距，也导致了学生萌生了“做多做少一个样，做与不做一个样”的“大锅饭”现象。针对以上现象，任课教师有必要对这一实验课程的教学方式以及其中存在的问题进行深入探讨，有针对性地改革，使《材料综合实验》课能真正起到拓宽学生视野、促进主观能动性、提高动手能力、达到理论联系实际的作用。

三、实验教学的改革措施

实验教学的改革是充分开发、利用实验教学的潜能，营造良好的学习环境，提高实验教学质量的必由之路。针对《材料综合实验》课程实验教学存在的问题，我们结合现有的实验室条件和师资队伍，理论联系实际，借鉴自身师资教学经验和其他高校的成功实验教学案例，提出了相应的改革措施，具体方案如下。

1.改革实验教学模式及内容，强化实验的设计性与实践探索性实验教学体系。实验教学体系一改传统单一验证型实验，而是积极鼓励教师将科研成果转化为实验教学资源，通过与材料专业基础课相配合，开展结合材料制备、结构分析、性能测试的综合实验。将实验由单一型、验证型向综合、设计、研究型转变。该实验课程新的教学体系起始为一份设计任务书。该设计任务书可以是教师在科研过程中的项目需求，也可以是教师根据专业课的学习程度设计出的任务要求，包括具体要使用的材料基体名称、所要得到的性能参数、使用环境等工作条件及实验报告的要求等内容。然后，学生自行制订合理的工艺规程，包括选择添加材料、如何熔合以及考虑各种热处理方法。最后，学生进行动手操作，直至得到符合设计任务的材料以及金相照片等，写出实验报告。这样学生在收到了设计任务书之后，就会自主从图书馆等资源寻找资料，制订出实验方案，到实验室动手操作，并及时反馈实验进展情况，从而调动了学生的自主性和积极性。

2.在教学过程中，利用多种方法提升学生的兴趣和知识面。（1）改善实验环境，提升学生的实验兴趣。如在实验室墙上悬挂不同热处理状态的显微组织、金相实验的历史故事等。（2）充分利用现代化技术手段实现实验教学信息化、形象化。如利用网上资源制作冶金、钢铁轧制的视频资料，金相诊断失效的系列幻灯片，等等。（3）引入典型案例，强调实践性教学。如在工矿企业中会遇到某个机械零件在生产使用过程中发生失效，导致重大生产事故，金相分析则是寻找失效原因不可缺少的诊断方法，这使得学生从接触本课程开始，就能领悟到自己所学知识在生产实践中的地位与作用，从而激发起他们的学习兴趣及热情。（4）分层培养教学模式的尝试与探索。我校的本科教学有分层分流教学模式，即本科学生到大三上学期时，由学生自主选择专业内的研究方向，分层分流教学。在《材料综合实验》教学中，引入分层培养，即把培养学生实验能力的总目标分解为基础训练、综合实践能力培养和创新能力培养三个层次。针对不同的学生进行不同的引导和培养，在考核阶段拉开层次，促进激发学生积极创新、提高综合能力。

3.实验室管理及考核体系的改进。我校材料科学与工程实验中心每年承担多项教学任务，涉及实验教学课程多达14门，每年实验学生数达200人，实验室常年开放，因此《材料综合实验》课程的开出顺序和时间优化尤为重要。

根据学院课程安排，把综合实验开出的时间集中在教学前八周或后八周，这样有利于学生实验的连续性及实验室开放及使用的管理。在开展实验前，让学生查阅文献、设计配方、撰写实验步骤和测试项目等，之后与教师沟通确定实验方案。在实验前由指导教师进行讲解，继而开展实验，讲解过程不得占用实验室。实验过程中，指导教师一次指导学生数不得超过15人，对于需配合完成的综合实验，2—3人一组，但测试样品的制备等要求每人都做。

本课程原考核方式为百分制，包括课堂讲授出勤率（占20%）、实验操作部分（占30%）、实验报（占50%）。这样在考核方式中实验操作的比例相对较少，势必造成学生认为实验课程只要签到并递交实验报告就能合格的思想，从而导致学生产生投机心理，实验教学也就失去了意义。因此，实验考核应由批改实验报告转变为以课堂考察为主的考核体系，课堂成绩占60%，实验报告占40%，其中课堂成绩包含学生实验设计的优劣、设备使用水平、操作习惯态度及最终实验结果等方面，实验报告评分依据为对实验结果的分析和思考及实验报告格式、书写等，综合评价使学生成绩拉开档次。

这种考核体系可以客观评价学生驾驭实验的能力，促进学生在实验中更加认真投入，有效提高了学生的实验水平，但同时也增加了指导教师的工作量，对实验教学队伍建设提出了更高的目标及要求，需要进一步强化细节、深化改革。

四、结语

随着社会发展对高级专业技术人才的需要，大学生工程意识和创新思维的培养被列为最重要的核心能力。因此，综合实验能力的锻炼是关键环节。《材料综合实验》教學改革的目的是给予学生更多的主动权，激发学生的求索精神；让学生知道为什么要进行这些实验；实验分析得出的系列数据与实际生产中有什么关系；怎样选材；怎样设计出满足目标性能的加工工艺；等等。将实验目的与实践内容紧密结合，从而提高学生的综合素质和能力。

参考文献：

[1]厉旭云，梅汝焕，叶治国，等.高校实验教学研究的发展及趋势[J].实验室研究与探索，2014，33（3）：131-135，197.

[2]张爽男，崔振铎，孙清池，等.材料综合实验的教学与管理[J].高等工程教育研究，2015，（S1）：58-63.

[3]傅斌，由臣.材料综合实验教学改革初探[J].中国轻工教育，2015，（6）：82-84.

[4]卫广智，毛小浩，马瑞.材料专业综合性实验改革思路与实践[J].实验技术与管理，2008，25（10）：123-124，133.

[5]梅建平，王仕勤，庞超明，等.材料实验中心开放管理模式研究与实践[J].实验技术与管理，2011，28（6）：288-291.