“材料/化工专业实验”教学改革实践

李伟捷 杨修春

[摘 要] 在高等教育的教学改革中，实验教学的改革难度是非常大的，涉及教学思想、教学体系、教学内容、教学方法、教学场地、教学设备等诸多问题。本文均对目前材料专业实验课程存在的问题，提出了对应的解决方法。

[关键词] 教学改革;材料/化工专业实验;解决方法

[作者简介] 杨修春（1965—），男，湖北黄梅人，博士后，研究员，博士生导师（通信作者），研究方向为纳米材料和能源材料。

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）00-0174-02    [收稿日期] 2019-10-10

一、引言

“材料/化工专业实验”为材料/化学科学与工程专业大三学生而设置的实践环节专业实验课程。本实验课程配合无机材料/化工专业课程教学，通过实验教学使得学生掌握无机材料/化工专业实验的方法、技巧和数据分析处理方法，加深专业学习的理解和应用，获得提出问题、分析问题、解决问题等科学研究的本领和动手能力，为以后科学研究和实践打下基础。

本课程的主要任务是：学习科学实验的理论和方法，培养和锻炼学生掌握在材料/化工领域有关的实验研究方法，掌握材料/化工专业实验的技巧和，以使在今后的工作中，能较正确地进行各种材料/化工的测试工作。

二、课程目标

1.通过具体的实验，掌握材料/化工专业实验有关的样品制备、测试、数据分析和处理的全过程，以及实验所涉及的实验仪器、实验设备的使用方法，进一步加深学生对于专业课程的理解与掌握，培养学生基本的实验技能。

2.通过学生相对独立设计实验及综合评价材料/化工能力方面的教学及实验中出现的问题进行启发式引导，培养学生具有独立思考、分析设计实验方案的能力。

3.通过对实验现象的观察、测试、研究和对实验结果的分析、讨论，锻炼学生针对材料/化工领域复杂工程问题，分析问题、解决问题、研究问题的能力。.

4.通过实验过程中的分组合作，锻炼学生团队合作能力;通过课程上的交流与沟通，锻炼学生人际交往的能力。

三.存在的问题及对策

目前，高等学校专业实验室普遍存在实验室空间有限，仪器设备陈旧，数量不足，实验教学内容与时代脱节，实验课时不足，学生动手机会少，教学方法和手段落后，实验成绩评价不科学等问题。结合我们长期带材料/化工专业实验的实践，提出了相应的如下解决办法：

1.编写新的《材料/化工专业实验》教材。很多学校使用的《材料/化工专业实验》教材是10年以前编的教材，实验内容和实验设备都比较陈旧，因此有必要结合材料/化学科学和工程专业的新进展和测量仪器的更新，编写新的《材料/化工专业实验》教材。

2.仪器更新，补足套数。实验仪器设备陈旧，套数不足是许多高校实验课普遍存在的问题。究其原因主要是缺少对实验课的重视和投入。我们的对策是保证老设备正常运行，适当添置新设备。老设备价格较低，可以保证实验设备套数，让每个学生有充分的时间动手操作实验。新的仪器设备自动化程度高，价格贵，在条件许可的情况下可购入。操作新设备可以让学生了解新仪器的构造和工作原理，进一步提高学生的动手能力，激发学生对材料/化工专业的兴趣。

3.鼓励学生参加教师课题组研究。材料/化工专业实验绝大部分是验证性实验，缺少综合性、设计性和研究探索性的实验。如果在实验课中加入综合性、设计性和研究探索性的实验，势必要增加实验课时，扩充实验场地，购置相关仪器设备。而这些都是实验课目前存在的主要问题，一时难以解决。我们的对策是结合《同济大学大学生创新性实验计划》和本科生毕业论文来弥补这方面的不足。《同济大学大学生创新性实验计划》针对大二和大三学生，为期1～2年，每年材料/化学科学与工程学院会向学生发布学院老师的研究课题，学生可选择感兴趣的课题和老师联系，较早地进入课题组进行科学研究工作。该“计划”重在过程，而不是结果，有利于学生了解材料/化工专业最新的研究进展，提高理论课的学习兴趣，增强学习的自觉性。本科生毕业论文是各高校普遍采用的本科教学工作中最为重要的实践教学环节之一，是对教学质量和学生学习成果的一种综合反映环。通过为期半年的毕业论文工作和《同济大学大学生创新性实验计划》，可以解决材料/化工专业实验以下问题：

（1）解决实验课时不足的问题。学生可以利用课后业余时间，随时进入实验室开展实验工作。教师实验室24小时开放，同时有老师、博士生和硕士生指导实验，保证了实验安全顺利进行。

（2）解决了实验场地拥挤问题。正常开展的实验课一般学生较多，实验场所拥挤，将学生分散到各个老师课题组，有效解决了实验场地拥挤问题。

（3）解决了仪器陈旧问题。老师课题组的仪器设备一般较为先进，学生进入老师课题组，不但能接触到先进的仪器设备，而且有足够的操作时间，达到熟练使用仪器设备的目的。

（4）解决了实验内容陈旧的问题。《材料/化工专业实验》绝大部分是验证性实验，内容陈旧。而老师的课题要么来自生产单位，解决现实生产实际问题，要么来自政府部门，是学科前沿和研究热点，学生进行这些研究热情高，干劲大，有成就感。

（5）改进了教学方法和手段。实验课一般由指导教师先讲解实验目的和意义、實验原理、仪器设备、实验步骤以及实验中的注意事项;然后学生按照规定的实验步骤开展实验，记录实验现象、数据、结果等;最后学生对所做实验进行分析总结，完成实验报告。而老师的课题是一种探究性研究，有利于学生深入了解和把握生产、科研的整体性内涵，提高发现问题、分析问题、解决问题和沟通交流的能力。

4.建立实验成绩科学评价体系。学生实验成绩目前主要由指导老师依据学生的实验报告评定等级，注重实验结果而忽视了实验过程。因此，我们建立了一个比较科学的评价体系，即出勤情况占10%，预习、课前知识准备等占10%，仪器熟悉和操作使用占10%，实验完成质量占10%，团队合作、实验态度、良好习惯等占10%，实验报告占50%，以进一步提高学生做实验的积极性。为此需要强调如下问题。

（1）实验前的准备。认真作好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力、提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。实验前应认真复习教科书相关章节，仔细研读实验指导书，了解实验目的、原理、方法和步骤，明确实验过程中应注意的问题，并按照实验项目准备记录抄表等。实验前应写好预习报告，经指导教师检查确认，方可开始作实验。

（2）实验进行中。建立小组，合理分工，每次实验都以小组为单位进行，每组2-3人，实验进行中的仪器操作、数据记录和实验现象观测等工作每人应有明确的分工，以保证实验操作协调，记录数据准确可靠;熟悉实验仪器和设备的构造和作用，记录仪器设备的铭牌，检查验仪器和设备是否正常;按实验步骤顺序开始实验，认真观测实验现象，详细记录实验数据。实验过程中如出现异常情况，应及时提请指导教师解答;实验完毕后，将实验数据交指导老师审阅。经指导教师认可后，才允许结束实验。把实验所用的材料、仪器设备、工具等整理好后离开实验室。

（3）实验报告。实验报告是根据实测数据和在实验中观察和发现的问题，经过自己分析研究或分析讨论后写出的心得体会。实验报告要简明扼要、字迹清楚、图表整洁、结论明确。将实验数据和结果讨论添加到预习报告中，形成一个完整的实验报告。涉及数据的整理、计算、作图等。在数据分析和计算过程中要注意区分系统误差、随机误差和过失误差，过失误差在实验过程中是不允许出现的。在实验过程中，测量的数据的精度不应超过仪器的精度。将实验数据列表、作图，分析实验现象和规律，进一步可对图中曲线进行拟合，得出对应的函数关系，查阅相关理论和实验结果，对实验现象和结果进行解释并给出结论。每次实验每人独立完成一份报告，按时送交指导教师批阅。

四、结论

均对《材料/化工专业实验》在实验室、师资队伍、实验教材、实验内容、教学方法、成绩评价等方面存在的问题，结合我们长期带《材料/化工专业实验》的实践，提出了相应的解决办法，希望对其他高校的相关实验课程有借鉴作用。

参考文献

[1]中国工程教育专业认证协会.工程教育认证一点通[M].北京：教育科学出版社，2015.

[2]李伟捷，杨修春.开展课程实践教学的必要性[J].教育教学论坛，2019（19）：21-22.