材料类专业实验课程体系及内容的改革与创新

徐风广　杨凤玲　蔡树元

摘 要： 材料类专业实验课程体系及内容的改革是实验教学改革的重要组成部分，对于学生实践能力和创新能力的培养具有非常重要的作用。文章分析了盐城工学院材料类专业实验课程体系的现状，并围绕专业培养目标对课程体系及内容进行了改革，建立了与理论教学体系相对应的实验课程体系及内容，并对改革后的实验课程及内容的实施效果进行了阐述。

关键词： 材料类专业 实验课程体系 实验内容

实验教学是工科高等工程教育教学体系的重要组成部分，是增加学生感性认识，培养学生动手能力、分析解决实际问题能力、创新能力，提高工程素质的重要环节。材料学科属于实践性较强的学科，发挥实验教学的作用，对于材料类专业学生的培养就显得尤为重要。我院材料工程学院自2007年起对材料类专业的实验课程及实验内容建立了以改革试点，率先在校内建立了以独立设课为特点的实验教学体系。多年来，我们从更新实验教学观念出发，以人才培养目标为中心，对专业实验课程体系与课程内容进行了改革与实践，并取得了一定成效。

1.原有实验教学体系的滞后及改革的必要性

长期以来，受过于重视理论教学的影响，我院材料类专业在教学计划及教学大纲制定的过程中，总是把实验教学附属于理论教学，把实验教学作为课堂理论教学的一种完善和补充，不能形成较为完整和相对独立的实验教学体系，原有教学体系的不足主要表现在以下方面。

1.1实验项目严重依附理论教学课程。

表1显示了我院无机非金属材料专业部分主干课程设置的实验项目，从表中可以看出，实验项目严重依附于理论课程，而且从属性较强，规模也不大，有的课程实验项目在内容设置上有重复现象，整个专业开设的所有实验项目与理论课程体系之间缺乏有机联系与衔接，这种实验项目的设置不利于相近课程或专业知识交叉和实践教学内容的有机融合。

表1 材料类专业部分主干部课程实验项目设置情况

1.2实验学时偏少，内容陈旧，方法落后。

由于历史原因，我院材料类专业过去在教学计划和教学大纲的制定过程中，总是把实验学时限定在理论课时的一定百分比之内，再加上实验教学设备投入不足，导致实验学时严重偏少，有些课程的实验学时只有4学时，实验项目只有1～2个。从表1可看出，除了实验学时偏少外，还存在演示性、验证性实验项目偏多，综合性、设计性、应用性、研究性、创新性实验项目偏少的问题，有些课程实验内容由于受实验条件、教材、师资等多方面的影响而多年不变，导致实验内容陈旧，与生产实际、科研严重脱节，不能及时追踪生产、科研的最新动向及成果。在实验教学方法上，实验教师都是对实验原理、目的、操作方法及注意事项等进行详细的讲解或示范，而学生则是依葫芦画瓢地操作，这种实验教学内容的陈旧呆板和实验教学方法的落后，非常不利于学生创新思维、分析问题和解决问题能力的培养，直接影响了人才的培养质量和学生的就业。

1.3实验教学条件体系存在不足。

实验教学条件体系不足主要表现在：一是缺乏高水平工程师型师资队伍，高校教师大多数是从学校到学校，从理论学习到理论讲授，缺少工程实际的历练。部分教师的实践操作能力、实际分析和解决问题的能力不强，只能适应一般性技能训练，不能很好地满足工程实践型、创新型人才培养的需要；二是学校教学仪器设备的投入不足，不能满足学生自主创新性实验的需求；三是校外实践环境不尽如人意。企业由于受生产、安全和经济效益等因素的影响，接收学生实习的热情下降，未能担负起与高校共同培养工程技术人才社会责任，致使学生的工程实践教学环节的质量难以保证，导致学生所学的理论知识与生产实际严重脱节，动手能力、分析解决问题能力及创新能力普遍较差，毕业后不能适应企业的实际工作。

2.构建新的专业实验课程体系及内容

2.1构建实验课程体系的指导思想。

在制订新的教学计划的过程中，学院以自身的定位、办学特色及新时期人才培养模式为依据确立了新的专业人才培养目标：具有创新精神和实践能力，掌握专业基础知识、应用方法和基本技能，在材料类行业（如无机非金属材料、金属材料、高分子材料等）生产一线从事工程设计、产品开发与制造、技术运用与改造、运行管理和经营销售的应用型高级工程技术人才。新的实验课程体系以培养学生的实践能力和创新能力为主线，结合材料类工程教育特点及存在的问题，以“重基础训练、重创新能力、强实践技能、强化综合素质”为理念，建立“一主线、二保障、三模块、四层面”的实验教学体系，其中“一主线”是以培养学生实践能力和创新能力为主线，“二保障”是软件保障体系（管理体系和师资队伍）和硬件保障体系（实验设备和场所）；“三模块”指基础实验、专业实验和专业综合模块；“四层面”指培养学生基本能力、专业能力、综合能力和创新能力四个层面的工程能力，按“基本实验—技能培训—综合应用—工程创新”循序渐进的方式开展实验教学活动。

2.2实验课程体系。

在新构建的专业实验教学课程体系中，建立了以材料基础技能素质训练、材料工程测试技术和材料工程制备工艺技术素质训练、设计性专业综合实验三个实验教学模块，如：无机非金属材料专业对应上述三个实验教学模块分别设置了“材料科学基础实验”、“材料工程测试技术”、“材料工程制备工艺技术”及“专业综合实验”4门独立的实验课程，每门课程课时分别为：前三门均为48学时，后一门为4周；高分子材料工程专业对应三个实验教学模块分别设置了“高分子化学实验”、“高分子物理性能测试技术实验”、“高分子材料成型及加工技术实验”及“专业综合实验”4门独立实验课程，这些独立设置的实验课程全部为学位课程，分别在第5、6、7学期开出。这些实验课程不仅具有独立的实验教学大纲，而且具有相应的考核制度；不仅有利于各门课程之间及相关学科专业知识之间的交叉渗透，打破传统的割裂式教育，而且有利于实验教学内容的整合、更新，更有利于学生创新思维能力的培养，促进实验教学方法和手段的改进、实验设备的综合利用，进而推动实验室管理体系的进一步完善。endprint

2.3实验课程内容。

实验课程内容是落实专业培养目标、启发学生科学思维、培养工程素质、创新意识的内涵，在构建新的实验课程内容时，按照培养目标要求，将原有专业基础课和专业课开出的教学实验（并结合以前未开设实验的其他理论课程）经过科学的归纳、分类、添加、删减、更新，分别整合到相应实验课程中，每门实验课程内容由不同的实验项目组成，这些实验项目之间不是简单意义上的组合，而是依据某一主线串联而成的有机整体，并依照理论教学计划循序渐进，分阶段分层次实施，如无机非金属材料专业实验课程内容设置介绍如下：

“材料科学基础实验”是以“材料科学基础”、“材料物理性能”、“材料化学”、“材料测试方法”、“工程力学”等课程群为依托，以材料的成分、组织结构与性能之间的关系为主线，设置材料的晶体与显微结构分析、扩散与固相反应动力学、相平衡及相图、材料的烧结传质方式和机理、材料的物理特性等实验项目，使学生初步建立起材料成分、组织、性能三者关系的感性认识，掌握材料组织性能分析基本手段的操作技能。

“材料工程测试技术”是以“材料工程基础”、“热工过程及设备”、“粉体工程及设备”等课程为依托，以材料生产过程中的两个测试技术为主线，即：粉体工程测试技术和热工过程测试技术，主要设置了粉体粒度与比表面积测试、粉体堆积和流动性测试、粉体力学特性测试、粉体粉磨功测试、粉体除尘系统测试、燃料性能测试、材料传热过程测试、工厂烟气成分测试、硅酸盐工业窑炉热平衡测试等实验项目，使学生进一步了解了粉体工程测试和热工过程测试这两个测试环节在硅酸盐产品（如水泥、玻璃、陶瓷及耐火材料等）生产过程中的重要性，进一步了解了在硅酸盐生产过程中原燃烧料品种及性能、加工机械、传热方式的选择等都会对产品性能产生重要影响。

“材料工程制备工艺技术”以“胶凝材料工艺学”、“玻璃工艺学”、“陶瓷工艺学”、“混凝土科学与工程”、“生态环境材料”等专业课程为依托，以水泥、混凝土、玻璃及陶瓷等制备工艺参数及产品性能为主线，设置了相应的实验项目，如：材料化学成分分析、水泥标准稠度测定、水泥凝结时间及体积安定性测定、水泥胶砂强度测定、水泥中三氧化硫含量测定、水泥熟料中游离氧化钙含量测定、水泥中混合材掺加量的测定、集料（砂、石）性能测定、混凝土坍落度测定、混凝土强度测定、混凝土耐久性能测定、混凝土外加剂减水率的测定、混凝土矿物掺合料品质指标测定、玻璃密度测定、玻璃应力测定、玻璃软化点测定、玻璃化学稳定性测定、陶土的可塑性测定、陶瓷白度测定、陶瓷吸水率、显气孔率和体积密度的测定、陶瓷砖断裂模数和破坏强度的测定等实验项目。通过这些实验项目的锻炼，学生进一步加深了对这些工艺参数和产品性能的了解，巩固了相应专业课程的理论知识。

“专业综合实验”是一门具有设计性质、命题式综合实验课程，目的是让学生掌握所学专业的各项实践技能，同时巩固所学理论知识，培养实践工作能力。专业综合实验就是要通过实验教学的方法进行无机非金属材料技术和技能的训练，学生通过自主选题，查阅相关文献资料，独立制订实验方案和工艺参数，然后选择相应的实验仪器，直至方案最终实施，如：学生要完成“425硅酸盐水泥的制备”这一命题式的专业综合实验，必须经过从原燃材料选择、原燃材料化学成分分析、水泥生料制备、熟料烧成、熟料性能测试、水泥制备、水泥性能测试七个实践环节的锻炼，并且要了解水泥生产过程中各种工艺参数（如：三率值选取、熟料煅烧温度、冷却制度、熟料f-CaO含量、混合材掺量、产品细度等）对水泥生产过程各环节的影响，并在水泥的制备过程中根据实验结果情况及时对这些参数进行选择、调整与控制，而学生经过这七个实践环节的锻炼，能进一步了解水泥的工厂工艺制备过程，掌握并巩固“胶凝材料工艺学”这门课程的理论知识和其他课程的专业知识，弥补认识实习、生产实习等实践环节未能掌握的专业知识，加深对材料成分与组织结构、制备与加工工艺、材料性能三者相互间关系的认识。

3.优化专业实验课程体系及内容的效果

新的专业实验课程体系及内容实施后的教学效果是显著的，学生的基本实验技能、专业素质和创新能力得到了进一步增强，具体表现在以下方面：一是学生的实验兴趣与主动性得到了明显提高；二是动手能力明显增强；三是学生实验报告抄袭现象逐年减少，彻底改变了以往全班实验报告1～2个版本的不良现象；四是学生参与教师科研、大学生创新的热情明显高涨，学生申报的校、省、国家级大学生创新项目数年年增加，现在学院每年获批的省级及国家级大学生创新项目达15项以上；五是学生积极报名参加各种学科竞赛、科技活动的热情高涨，如：全国大学生金相技能大赛、全国高分子创新创业大赛、全国大学生混凝土配合比设计大赛等，参与这些竞赛的学生人次数占全院学生人数的70%以上，并在这些大赛中获得特等奖、一等奖和优胜奖多项；六是学生考研率逐年提高，现在材料类专业学生考取研究生的人数位于全校第一，占应届毕业生总人数的25%左右，2012年金属082班单班考取率高达45.8%；七是学生毕业论文（设计）全部为自主选题，题目更加贴近工程实际，研究方法及研究内容更能追踪生产、科研的最新成果及动向，改变了以往论文题目由指导教师选题，题目与工程实际严重脱节，实验方法落后，研究内容陈旧过时等现象；八是学生首次就业率近几年都稳定在95%以上，特别是近几年培养的学生受到了用人单位的普遍好评。

4.结语

实验课程体系及实验教学内容的改革是实验教学改革最重要的一个组成部分，也是适应新时期人才培养的要求，最终目的是验证与深化学生所学的理论知识，培养学生的创造性思维能力和解决工程实际问题的能力。由于实验课程体系及实验内容的改革及实施涉及多方面因素，因此在具体实施过程中需要诸多方面的密切合作和支持，其中，实验体制改革是关键，实验师资队伍建设是前提，实验教学条件建设是条件，管理制度是保障，人才培养质量是动力。目前，我院材料类专业的实验课程体系及实验内容虽然已进行了初步改革，但还处在尝试阶段，要想真正实现我院材料类专业实验教学改革的总体目标，还需要在今后的实践中不断探索、修正和完善。

参考文献：

[1]刘天模，冯大碧，郑忠.材料类课程配套实验课改革的探讨[J].重庆大学学报（社会科学版），2001，7（5）：169-171.

[2]杨通，范新会，王正晶.材料类专业实验课程体系的改革[J].实验室研究与探索，2004，23（10）：71-73.

[3]黄学辉，周静，徐庆，等.材料科学与工程专业实验教学体系的改革[J].理工高教研究，2002，21（1）：114-115.

[4]杨明波，杨惠，唐丽文，等.材料科学与工程专业实验课程体系的改革[J].实验技术与管理，2007，24（1）：8-10.

[5]纪朝辉.对建立材料科学类专业实践教学体系的思考[J].实验室研究与探索，2003，22（5）：52-54.endprint