金屬材料設(shè)計性實驗教學(xué)探索

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摘要：綜合設(shè)計性實驗是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識和動手能力，提高綜合素質(zhì)的重要手段。小課題式綜合設(shè)計性實驗以開發(fā)學(xué)生的研究、總結(jié)、探索、創(chuàng)新的科研興趣，更好地完成高質(zhì)量的科研行為為出發(fā)點，根據(jù)學(xué)生的課程進展情況、實驗室條件、結(jié)合教師科研制定實驗項目，以小課題形式進行實踐教學(xué)探索，學(xué)生最終提交小論文式實驗報告。實踐證明，此類綜合設(shè)計性實驗?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生實驗的積極性，激發(fā)其研究興趣，使學(xué)生在材料工程項目管理如設(shè)計、分析、團隊合作、學(xué)術(shù)交流等環(huán)節(jié)得到專業(yè)訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：綜合性實驗；創(chuàng)新能力；實踐教學(xué)

引言

實驗教學(xué)在教學(xué)過程中有著舉足輕重的作用，金屬材料專業(yè)屬于實踐性較強的學(xué)科，通過專業(yè)實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、分析能力，激發(fā)學(xué)生的研究興趣、創(chuàng)新意識，提高分析問題，解決問題的能力[1]。金屬材料專業(yè)培養(yǎng)的人才，不僅要掌握本專業(yè)的基本知識和專業(yè)技能，還需要具備解決所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的理論和實踐問題的基本能力。為此，提出小課題式綜合實驗的教學(xué)改革，以提高學(xué)生科研能力和創(chuàng)新意識。小課題式綜合設(shè)計性實驗是指在學(xué)生具備一定的實踐基礎(chǔ)，利用學(xué)校教師的科研力量和實驗室條件，學(xué)生通過查找資料、自己完成實驗方案的設(shè)計和實驗操作，實驗報告以小論文的形式提交，指導(dǎo)教師只對學(xué)生的整個實驗過程監(jiān)督和協(xié)調(diào)的作用。小課題式綜合設(shè)計性實驗是驗證型實驗和綜合型實驗的延伸與拓展，是培養(yǎng)學(xué)生具有獨立科研實驗?zāi)芰Φ闹匾A段。小課題式綜合設(shè)計性實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[2]。實驗的項目設(shè)計要注重實驗教學(xué)和科研的結(jié)合，將科研中的研究成果轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合實踐教學(xué)的知識和技能，以科研促進實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識及創(chuàng)新能力[3-6]。培養(yǎng)學(xué)生理論轉(zhuǎn)化為實踐的能力，開發(fā)學(xué)生的研究、總結(jié)、探索、創(chuàng)新的科研興趣，為更好地完成高質(zhì)量的科研行為做準(zhǔn)備。

1小課題式綜合設(shè)計性實驗項目的設(shè)計

綜合設(shè)計實驗課程是在學(xué)生已經(jīng)掌握了基本的理論知識和基本實驗儀器設(shè)備操作的基礎(chǔ)上而開設(shè)的綜合設(shè)計性實驗課程。教師的科研成果具有先進性和前沿性，所以綜合實驗設(shè)計要引入教師的科研方向與科研成果，將科研中最新的理論和成果應(yīng)用到實驗教學(xué)中去，以培養(yǎng)學(xué)生的科研意識[7]。通過調(diào)查研究科學(xué)推進實驗教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和實驗教學(xué)手段的改革。根據(jù)本科生專業(yè)課程進展情況及學(xué)生接受能力、實驗人員的專業(yè)水平和實驗室條件，提煉、選擇能夠滿足學(xué)生實踐能力要求的實驗方向和內(nèi)容，其中要考慮到學(xué)生已經(jīng)具備金屬材料基礎(chǔ)知識及基本的實驗儀器設(shè)備的操作訓(xùn)練，實驗項目設(shè)定應(yīng)具備樣品的制備以及表征和數(shù)據(jù)分析等多個材料實驗環(huán)節(jié)。將本專業(yè)的幾位在科研和教學(xué)上有諸多成果的教師，加入到實驗方案的制定及實驗過程管理之中，研究開發(fā)設(shè)計出符合實際的綜合實驗項目，鼓勵學(xué)生創(chuàng)造性地進行實驗，調(diào)動學(xué)生進行專業(yè)實驗的主動性，使學(xué)生樂于去查找最新文獻資料、有針對性的使用儀器設(shè)備等進行實驗，且實驗項目內(nèi)容、實驗室設(shè)備及教師的研究方向要進行動態(tài)調(diào)整。指導(dǎo)教師只對實驗內(nèi)容提出總體要求，引導(dǎo)學(xué)生查找相關(guān)文獻資料，制定材料制備工藝路線、性能表征、數(shù)據(jù)分析和處理來提高學(xué)生對材料科學(xué)理解；讓學(xué)生自己確定實驗方向和確定本組成員的分工，設(shè)計實驗方案和實驗步驟，進行相關(guān)實驗，對實驗結(jié)果進行分析，發(fā)揮學(xué)生在實踐教學(xué)中的主體作用，強化學(xué)生的獨立思考的能力，這不僅鍛煉了學(xué)生的專業(yè)能力、分析能力和動手能力，還可激發(fā)學(xué)生進行專業(yè)實驗學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)新精神和團隊合作精神[8]。

2小課題式綜合設(shè)計性實驗的總體實施

在金屬材料專業(yè)本科生實踐教學(xué)中開設(shè)綜合設(shè)計性實驗以小組為單位完成整個實驗過程，要求小組分工明確，做到每人都能夠參與整個實驗過程，最終以小課題形式提交小論文式實驗報告，課題式綜合實驗學(xué)生操作的流程如圖1所示，首先學(xué)生根據(jù)課題自行進行分組（2～3人一組）、教師引導(dǎo)查找資料、完成實驗方案設(shè)計，自己動手完成實驗操作，學(xué)會把實驗過程、結(jié)果分析寫成小論文，以學(xué)生為中心，讓學(xué)生主動面對問題，以此鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和實踐創(chuàng)新能力。綜合設(shè)計性實驗與基礎(chǔ)實驗相比，研究的內(nèi)容更全面、更具體，對學(xué)生綜合能力的要求更高，學(xué)生也需要付出更多的時間和精力，但也正是這個過程可以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度以及創(chuàng)新能力。

3實驗考核

綜合實驗的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，不僅要讓學(xué)生“動手”，更主要是“動腦”，因此對學(xué)生實驗的考核要探索新的模式，要摒棄以往以實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性來評價實驗成績，對學(xué)生參與實驗的實際能力進行動態(tài)的、全面的評價，進行量化考核。考核實驗方案設(shè)計的創(chuàng)新性，參與實驗討論的活躍度，實驗完成情況，要重點考核實驗過程、實驗分析與總結(jié)。實驗過程主要是對儀器的操作規(guī)范、樣品的制備的整個流程，強調(diào)實驗參與的重要性；實驗分析與總結(jié)主要考核學(xué)生對樣品性能表征和數(shù)據(jù)的分析能力，允許實驗出現(xiàn)偏差甚至失敗，只要能分析出失敗原因，同樣可以得高分。金屬材料綜合設(shè)計性實驗由12個實驗組成，總共48學(xué)時。考核方式按百分制執(zhí)行，根據(jù)平時成績、實驗總結(jié)報告及樣品提交的情況綜合評定。平時成績包括實驗方案的設(shè)計（15%）、實驗過程中儀器設(shè)備操作能力（15%）、提交樣品情況（10%）、答辯（10%）；最終提交的小論文的格式統(tǒng)一采用學(xué)生論文的編寫格式進行編寫，考察格式是否正確（15%）；小論文的內(nèi)容（15%），考察中英文題目是否準(zhǔn)確、中英文摘要是否能反映論文的主題內(nèi)容。小論文中數(shù)據(jù)的處理和分析是否具有科學(xué)性（15%），對研究內(nèi)容能否提出新問題、新見解（5%），如果有創(chuàng)新點，且比較正確，哪怕很少，就給予高分。

4實驗效果

1）激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情。與以往的按照實驗指導(dǎo)書的步驟按部就班的進行實驗相比，該實驗項目的結(jié)果是未知，學(xué)生可以根據(jù)實驗結(jié)果及時調(diào)整實驗方案，這大大激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索科學(xué)實踐的興趣，使學(xué)生更加主動的面對問題、分析問題和解決問題?？杉ぐl(fā)學(xué)生進行專業(yè)實驗學(xué)習(xí)的主動性、創(chuàng)新精神和團隊合作精神。2）提高理論與實踐相結(jié)合的能力。本實驗項目安排在大四的上學(xué)期上，樣品的制備、表征和小論文的撰寫都需要用到課堂上學(xué)到的知識，例如新材料的制備方法、材料性能表征等等。把課堂上的理論轉(zhuǎn)化到綜合實驗項目的設(shè)計、制備、表征中，提高學(xué)生理論與實踐相結(jié)合的能力。有興趣的學(xué)生還可以以此為基礎(chǔ)，申請大學(xué)生創(chuàng)新項目，進一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。且經(jīng)過綜合實驗的訓(xùn)練學(xué)生的主動性、論文的撰寫的質(zhì)量都明顯有提高。3)通過該課題的研究與實踐，開發(fā)設(shè)計出新的以論文形式的實驗報告，提高學(xué)生的畢業(yè)論文質(zhì)量。在未開始綜合性設(shè)計性實驗之前，學(xué)生在拿到畢業(yè)設(shè)計課題后，不知從何著手，對實驗數(shù)據(jù)的分析和處理，完全依賴?yán)蠋煹闹笇?dǎo)。開始了綜合性設(shè)計性實驗之后，學(xué)生拿到了課題之后，都能夠比較順利的開展工作，進行實驗方案的設(shè)計、實驗操作、性能表征和最終實驗結(jié)果的分析和論文的撰寫，自然畢業(yè)設(shè)計論文的質(zhì)量也會提高。

5總結(jié)

綜合性設(shè)計包含了材料的制備和表征以及多種儀器設(shè)備的操作，完成此實驗需要學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解材料的制備方法和發(fā)展，制定制備工藝路線和確定實驗參數(shù)，這對培養(yǎng)學(xué)生的科研能力起著重要作用。在實驗過程掌握實驗儀器設(shè)備的操作，在性能表征實驗中學(xué)會了對數(shù)據(jù)的分析處理，在最后的小論文的撰寫中了解和掌握科研論文的相關(guān)知識，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力。在大四上學(xué)期開展綜合實驗2年來，得到了學(xué)生的歡迎和認(rèn)同，讓他們對本專業(yè)的研究內(nèi)容和方向有了一個新的認(rèn)識，激發(fā)了他們對本專業(yè)的熱愛?？傮w來說取得了較好的實驗教學(xué)效果，學(xué)生普遍認(rèn)為對他們以后的科研實驗有很大的幫助。

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作者：王紅俠 李新星 湯亮 單位：宿遷學(xué)院信息工程學(xué)院