高校材料科学与工程专业实验教学创新改革探索

何点

摘要：材料科学与工程专业作为一门典型的工科专业，为培养具备材料设计、研发及分析检测方面的应用型人才为目标，以理论教学和实验教学为依托，培养具备实践动手能力和分析问题，解决问题能力的典型应用型人才。由于实验教学存在直观、明了、生动的特点，易引起学生兴趣及培养学生动手操作的能力，便于加强学生对所学专业知识的巩固，可以调动学生的积极性，培养实用型人才，因此，实验教学环节是理工科专业重要的教学手段。材料科学与工程专业作为工科的典型代表，实践教学为培养创新型材料专业的人才提供了坚实的基础，让材料专业理论知识得以验证，是有效提高教学质量，适应高等教育深化改革，培养学生创新思维和综合分析能力的有效途径。

关键词：材料科学与工程;创新改革;分析测试;实验教学

引言

高校普遍重视本科教学，其质量监督体系较为成熟，而研究生课程教学缺乏政策引导和支持，很多任课教师缺乏授课积极性和进行课程教学改革的动力，出现课程教学目标不明确、教学形式单一、教学内容陈旧等问题。随着研究生教育由规模扩张向质量提升转变，如何提高教育教学质量成为研究生教育的重要課题。

一、材料科学与工程专业实验教学现状

目前，材料科学与工程专业的实验课在人才培养的新形势下已经有明显的改善，但是重理论、轻实践的现象依然存在，而且在理论课下开设的实验，往往存在理论与实验联系不紧密，相关性不高的问题。现代分析检测技术实验课是材料科学与工程专业的重要实验课程，它主要介绍材料分析及表征通用的分析测试方法，目的是培育具备从事材料分析检测方面的实用型人才，提高学生的创新能力和实践能力。但由于实验课程中所涉及的仪器，例如SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）、SPM（扫描探针显微镜）、AFM（原子力显微镜）、XRD（X射线衍射仪）等，这些大型仪器设备的操作实验中，由于设备存在价格及精密度高的特点，仍然存在着老师自己讲解，学生观看的教学模式。学生完全没有进行设计实验的机会，实验操作的能力显著下降，严重影响了实验课程的教学效果，实验过程也就变成"走马观花"似的敷衍教学。因此，改革一种科学有效的材料分析测试实验教学模式具有重要意义。

二、课程建设和改革措施

（一）巧妙运用多媒体演示抽象知识点

在涉及到比较抽象的章节时，仅仅通过板书和传统课件的结合，学生很难完全理解所学内容。因此，我们可以通过一些动画，生动地展示一些抽象过程，以便于学生能深刻理解该部分内容。比如在讲授晶体中固体无序时，涉及到两类主要缺陷的讲解，如点缺陷和位错的形成及位错的运动。这部分的内容比较抽象难懂，高材系学生的知识储备情况理解起来还是比较困难的。因此，若在教学中通过生动的动画来描述位错的形成以及运动过程，可以让学生直观和深入地理解该部分内容，弥补了板书和传统课件的不足。如在讲授螺型位错的形成时，在晶体的侧面施加一个剪切应力，先让同学们思考，晶体受力后，晶体的晶面应如何移动。再通过动画的方式，向大家展示螺型位错的形成过程。通过直观的观察，同学们对螺型位错的形成和螺型位错的特点有了更深刻的理解。另外，在讲授刃型位错的滑移时，我们引入了多脚虫爬行的动画，充分的展示了刃型位错滑移运动特点：在外加切应力作用下，位错中心附近的原子沿柏氏矢量方向在滑移面上不断作少量位移（小于一个原子间距）而逐步实现。以上是运用多媒体来弥补板书和传统课件不足的案例，希望以后能在更多的抽象知识点中，加入动画生动地展示出整个抽象过程，以达到更好的教学效果。

（二）课程网络教学平台建设

开展网络课堂教学，有助于实现因材施教，因人施教，有利于学生个性化自主学习。在学校网络中心的支持下，建设了内容丰富、资源共享的网络教学平台。将课程资料，如教材、专著、中外专业期刊及相关教学网站和资源共享于网络教学平台，构建了完善的研究生课程学习支持体系，为学生提供独立自主的学习空间。经典文献、学术论文等优质教学资源共享，巩固了学生对原理性理论的掌握，了解把握学科发展的新动态，开拓学术视野。此外，利用网络教学平台实现了师生及时沟通、互动、在线答疑等，及时解决学生学习过程中的问题，进一步提高了学习效率和学习效果。

（三）理论与实际相结合优化实验教学过程

材料分析检测技术是分析材料性能、探究材料形貌、解决材料失效问题的重要手段。如何把材料的基本性能通过专业材料分析检测仪器进行表征，是每一个材料科学与工程专业学生的培养目标。但由于材料分析检测的性能不尽相同，材料检测所涉及的仪器种类繁多，如何选择合适的检测仪器配应专业的检测知识对材料性能进行精准检测，是材料分析检测课程学习的关键。因此，在开设材料分析检测试验教学时，应该与理论知识课程相联系，不能重理论、轻实践的前提下，更不能割裂了理论与实践的紧密联系。只有在理论课程的指导下，开展实验教学，才能更好选择合适的检测手段对材料性能进行分析，提高实验课程的教学质量，培养实用性的材料分析测试工程师。

（四）教学方法与手段的不断探索与创新

注重将传统教学方法与现代教学手段结合，进一步探索多样化教学方法与手段，将教师课堂讲授为主体的单向教学转变为教师引导作用为主，学生主动探究为辅的双向互动教学模式，促进学生自主性、研究性、探索性学习。采用了诱导、启发式教学及课堂讨论等多种教学方法与手段，将课堂教学、专题讲座、文献汇报、小组讨论等结合起来，有助于教师及时了解学生知识掌握情况。

结束语

从目前的实践过程来看，《材料科学与工程》课程教学方法的改革与探索取得了一定的效果与成绩。但是针对基础薄弱的高材专业学生的教学方法的研究少之又少。作为高材专业《材料科学与工程》课程的授课教师，需结合本专业学生特点、培养目标和课程内容不断的进行教学方法的优化，通过优化和改革不断激发学生的学习潜力和热情，最终提高教学质量。

参考文献：

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[2]  姚西媛，王永欣，卢艳丽.材料科学与工程开放综合创新实验的教学改革探索[J].教育现代化，2019，6（95）：43-44.

[3]  材料科学与工程学科[J].化学与生物工程，2019，36（10）：2-4.

（作者单位：中国地质大学（武汉）材料与化学学院）