高校实验课程教学改革探索与实践

摘 要 实验课程是高等教育课程教学中一个不可或缺的组成部分，对于培养学生的实践能力，为社会输送应用型人才有着重要意义。文章以无机材料基础实验课程为例，对实验课程教学中存在的问题进行了深入分析，从教学内容、教学模式、考核方式等方面入手，探索课程改革的有效路径，使实验教学更加适应当前教育背景下多层次人才培养的需求。

关键词 实验课程；教学改革；材料

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.17.045

Exploration and Practice of Teaching Reform in Experimental Courses in Universities

——Taking the Basic Experimental Course of Inorganic Materials as an Example

BO Xiukui

（Guangxi University， Nanning， Guangxi 530000）

Abstract Experimental courses are an indispensable component of higher education curriculum teaching， which is of great significance in cultivating the social practice ability of college students and delivering applied talents to society. This article takes the basic experimental course of inorganic materials as an example to deeply analyze the problems existing in the teaching of experimental courses. Starting from the aspects of teaching content， teaching mode， assessment methods， etc.， it explores effective paths for curriculum reform to make experimental teaching more suitable for the needs of multi-level talent cultivation in the current educational background.

Keywords experimental courses; teaching reform; material

实验教学是高校教学内容的重要组成部分，是理论教学的课程实践，也是“知行合一”的具体化实践路径，对于培养学生的社会实践能力和创新思维有着举足轻重的作用。然而，长期以来受传统教育的影响，很多高校“重理论轻实践”，用“满堂灌”的方式强行输送知识，轻视实验课程在课堂教学中的作用，导致学生在被动地接收理论知识后找不到有效的实践路径，从而使知识原本的作用得不到发挥，企业需求与人才供给之间矛盾越发严重。

材料科学是研究材料成分、组织结构、制备工艺与材料性能和应用之间相互关系的学科，理论性强、知识点多，比较抽象、枯燥，同时又具有很强的实践性[1-2]。无机材料基础实验是该学科一门重要的实验课程，也是培养材料学科专业型人才的必要一环。本文通过分析无机材料基础实验课程教学中存在的问题，提出从教学内容、教学模式、考核方式、实验设备等方面对该实验课程进行改革，使实验教学更加适应当前教育背景下多层次人才培养的需求。

1 实验课程教学中存在的问题

笔者作为实验教学人员，长期扎根于实验教学一线，发现无机材料基础实验课程教学中存在着诸如教学内容陈旧、教学模式单一、考核方式粗放、实验设备陈旧等问题，导致教学效果欠佳，学生能力达不到企业要求，就业缺乏核心竞争力。

1.1 教学内容陈旧

笔者所在院校当前选用武汉理工大学出版社出版的《无机非金属材料科学基础》作为教材，主要涵盖了结晶学基础、晶体结构与缺陷等九个章节。而实验指导书中部分内容沿用之前较为陈旧的内容，常常无法很好地从实验角度化抽象为具体，不利于学生掌握相关知识点。如相图章节中，如何将抽象的相图内容通过实验的方式展现是课程教学的重点、难点，但指导书中缺乏直观、生动的讲解，使得学生做完实验后，对相关知识点的理解依旧模棱两可。

1.2 教学模式单一

根据教学大纲，实验课程的目的是通过相应的实验，锻炼学生的动手能力和分析问题、解决问题的能力；使学生加深理解所学的、比较抽象的专业基础理论知识；掌握无机非金属材料有关结构、性能的分析测试原理和分析方法。这就要求学生必须充分掌握相关理论知识点及其实验原理、要求和步骤。教师要让学生把相关理论知识和实验原理等掌握透彻，才能取得较好的教学效果。然而，理论课往往沿用“满堂灌”的模式，致使学生对理论知识点的理解还有待进一步提升，这就需要教师在实验课上对理论知识进行补充。通常，实验课的理论讲解沿用理论课模式，这很大概率会导致学生在理论课上没有掌握透彻的知识点在实验课上仍旧理解不透。实验课强调动手能力，由于学生对理论知识点掌握不足，使得理论与实际操作缺乏有机结合，学生在实验课后依然对知识的理解模棱两可，无法达到实验教学辅助理论教学的目的。

1.3 考核方式粗放

实验课程考核方式一般为“平时成绩+实验报告成绩”，且实验报告成绩占绝大部分比例。通常，以实验报告成绩为主的考核方式会导致上课流于形式，部分学生课堂上不认真听讲，下课后抄袭实验报告的情况屡有发生，达不到实验辅助理论、提升动手能力、化理论为实践的目的。在这一考核方式驱动下，很多学生往往不重视对实验技能的掌握，不重视对知识点是否理解，而是花大量时间和精力完成实验报告，不利于学生掌握实验背后的理论知识，也不利于培养学生的动手能力和操作技能，更谈不上使实践能力匹配企业需求，导致企业需求与人才供给之间的矛盾愈加激烈。

1.4 实验设备陈旧

在知识大爆炸的背景下，新技术日新月异，如果实验室的设备不能满足新技术对实验课程的需求，甚至影响实验效果，这势必影响学生对基础理论的理解，对学科建设及人才培养是极为不利的。无机材料基础实验课程主要以验证类实验为主，因而对实验设备的要求非常高。目前有些实验设备已不足以匹配实验需求，经常会导致学生做实验时达不到效果，从而无法从实验中获取相关知识、提升动手能力，甚至会产生实验不成功的挫败感。如《黏土的zeta电位测定》中，若电压不稳定，就无法观察到稳定清晰的黏土运动轨迹，达不到实验预期效果，实验的作用会大大减弱。

2 实验课程教学问题解决路径

针对目前实验课堂教学中存在的问题，笔者从教学内容革新、教学模式创新、考核方式改革、实验设备更新等多个方面进行了有益的探索和实践，有效地提升了教学质量。

2.1 革新教学内容，提升教学质量

教学内容对课堂质量高低起着决定性作用，故而让教学内容常革常新，与理论课内容相呼应，同社会发展相衔接是极为重要的。笔者在课程内容设计上，一方面与理论课任教老师就课程内容进行沟通，另一方面结合历年理论课考核情况，抓住理论课要点、难点，制订较为合理的实验内容并修订其指导书。围绕实验教学辅助理论教学的目标，开设了包括黏土性质、相平衡、固相反应动力学研究等方面的实验，实验项目共有四个：黏土的zeta电位测定、黏土的差热分析、淬冷法研究相平衡和固相反应动力学速度常数的测定。这些实验项目都是材料科学基础理论课程中的重要内容，是将抽象理论内容具体化的教学环节，能够使学生更加深入地掌握相关的理论知识和实验操作技能，从而有效提升课堂质量。

2.2 创新教学模式，构建高效课堂

基于现代多媒体技术的普及，实验教学广泛采用多媒体方式，通过一些简单、形象、直观的动画形式展现复杂、抽象的实验原理，以达到提高教学效果的目的[3-4]。在本课程教改实践中，笔者不仅尝试采用动画多媒体技术展示复杂、抽象的实验原理，同时还采用视频演示实验操作步骤、计算机辅助绘图等多种技术手段相结合的方式，达到了原理讲解—实验操作—数据处理全过程自主学习的教学新模式。例如，相平衡一章中，相图制作原理是理解各种相平衡知识点的关键，但难以在理论课程中讲好讲透。因此，笔者尝试在无机材料基础实验课程中开设淬冷法研究相平衡这一实验。实验原理讲解中采用PPT多媒体动画的形式，讲解了二元相图系统组成的实验原理，分析了液相线、固相线和低固溶点的含量，为学生掌握相图相关知识点提供了直观、生动的依据。通过教学方式的创新，促进学生对知识的进一步掌握，从而在一定程度上提升了教学效果，使实验课堂更加高效。

2.3 改革考核方式，注重过程性评价

针对原有的“平时成绩+实验报告成绩”的粗放考核方式，在本次教改过程中，笔者对考核方式进行了细化，采用“平时成绩+课后考试”的方式。考核内容包括纪律考勤、实验原理、实验yNIfqxNsJy8PPPGup4BKiOCaYXMAIUAKo1DOghrOnhE=操作、实验数据处理和实验结果分析、课程结束后的闭卷考试。其中实验报告、实验课表现属于平时成绩，占课程成绩的70%，课程结束后的闭卷考试成绩占30%[5]。实验原理和操作的考核主要通过学生的预习报告进行评分，该实验课采用的是视频自主实验的方式，教师可以在学生自主动手实验过程中查阅每个学生的预习报告情况。同时，利用自主开发的数据处理软件，能快速得出实验结果，方便教师在课堂上查阅学生实验效果，及时指导学生实验，有效提高了学生课上的参与度和积极性。课后笔试考核涵盖实验室安全常识、实验原理和设备工作原理、实验注意事项、实验现象、实验数据处理等理论性和基础性的内容。这一考核方式能让学生掌握实验安全规程，重视实验室安全的同时，提升对实验课的重视度，避免实验课流于形式，达到实验教学辅助理论教学的目的。通过改革原有考核方式，将考核实验报告为主转变为注重过程性评价，学生在实验课上主动性更强，整体教学质量显著提高[6]。

2.4 更新实验设备，适应新技术需求

为适应新技术要求，针对无机材料基础实验课程特点更新一批实验设备，包括计算机数据采集系统、高清液晶显示器、微距摄像机、正交偏振光显微镜等。此外，笔者根据更新后的实验教学内容，自主设计了一批匹配实验需求的实验装置，以更好地提升课堂效率，促进学生动手能力的培养。这些实验设备一方面很好地诠释了实验原理，另一方面具有较好的复现性，满足验证类实验的要求[7]。同时在更新实验设备时，尽可能引入自动化设备，减少实验过程中的危险源。如《黏土的zeta电位测定》中，原电压采用老式的变压器电源，电压值不稳定，使得学生在观察黏土运动轨迹时，黏土颗粒运动速度时快时慢，同一批样品zeta电位值相差较大。因而在设备设计时，笔者采用了多路输出精密恒压电源，保证了实验电压的稳定。同时引入自动调焦生物显微镜、高清高速摄像头和液晶电视，很好地解决了原设备只能通过物镜观测颗粒运动的弊端，使得实验更具有复现性，满足验证类实验的相关要求[8]。又如《淬冷法研究相图》实验中要求样品在达到设定温度后，须迅速冷却，以保持其状态，并通过正交偏振光显微镜观察样品消光情况。原实验过程要求学生打开炉膛，取出样品，再投入水中。在这一过程中，样品无法急冷，使得部分学生样品本应是全消光，却存在少量四次消光杂质，误导实验结果。且实验过程存在较大的危险源，不符合现代实验操作要求。在设备改造设计中，笔者采用短路熔断原理，将样品坩埚置于细铜丝上，通过短暂的短路、熔断，让样品迅速掉入下方水浴中，达到样品的急冷，保证了实验效果且有效规避了危险源。

3 结语

提高高等教育质量是当前教育背景下不断被提出且亟待解决的问题，实验课程是高等教育教学中一个不可或缺的组成部分，因此，深化实验课程教学改革刻不容缓。笔者通过长期以来的教学探索，总结出实验课程教学改革的实践路径，也取得了一些成效。但当下社会瞬息万变，技术也在不断革新，从而对高校实验课程改革提出了更高的要求。我们需要从适应社会发展的角度出发，跟上科学技术发展的步伐，不断深化实验课程教学改革，以满足社会发展对应用型人才培养的需求。

基金项目：广西高等教育教改项目“基于学科竞赛为引导的材料类实验实践教学模式的探索与实践”（2023JGB117）；广西重点研发计划“铜尾矿废渣全组分梯级利用关键技术及产业化应用研究”（桂科AB23075111）；广西重点研发计划“水泥窑协同处置高钙低碳工业固废节能降碳关键技术开发应用研究”（桂科AB23075119）。

参考文献

[1] 赵洁婷，王楠.针对应用型本科人才培养的材料科学基础实验教学改革[J].长春师范大学学报，2015，3（8）：119-120.

[2] 彭竹琴，孙斌，张振国，等.地方高校《材料科学基础》课程教学方法改革[J].河南科技学院学报，2010（10）：114-116.

[3] 张露露，杨学林，倪世兵.金属材料工程专业“无机非金属材料”教学探索[J].中国电力教育，2013（20）：80-81.

[4] 姚义俊，刘斌，李纯成，等.无机非金属材料工艺学课程的教学与改革探讨[J].科技资讯，2012（34）：172-173.

[5] 张秋阳，王正军，刘静静，等.材料类专业金相实验课程教学改革探索与实践[J].中国现代教育装备，2022（23）：134-135，145.

[6] 侯育花，黄有林，薛名山，等.《无机材料物理性能》课程教学改革的探索与实践[J].教育教学论坛，2018（49）：159-160.

[7] 唐鑫垚，李晓生，林蔚，等.基于课程目标的无机材料工艺实验课程教学模式改革[J].高师理科学刊，2022，42（3）：98-101.

[8] 朱玲玲，周颖，毋雪梅，等.“无机材料科学与性能实验”课程教学探讨[J].实验技术与管理，2017，34（2）：183-185.