材料工程基础课程的实验教学改革与实践

王新伟，赵建勋，李艳伟

王新伟，赵建勋，李艳伟/长春理工大学材料科学与工程学院讲师，博士（吉林长春130022）。

材料工程基础作为材料工程研究领域的一个重要的本科生教育的专业基础课程，其围绕着材料加工、生产、建筑等过程中的动量、热量以及质量传输理论而展开的学科学习。然而，由于该课程理论性较强，且与现实生产、加工等工程过程有着紧密的联系，因此相对课程内容深奥、枯燥，使学生难以理解，并产生厌学情绪。面对这个教学困境，对应于该课程的实验教学引起了众多高校的关注，并纷纷开设实验教学课程。其目的在于通过学生的亲自动手参与，使其通过实验来理解课本理论，从而提高学生的学习兴趣。但是，目前开设的实验课程多以验证性的实验为主，学生不需多动脑，只要看看实验教师的演示或被动地依照拟定好的实验指导书去完成即可。这种实验教学模式使得学生学习积极性不高，制约了学生的独立思考,抑制了学生创新意识。值得注意的是，实验教学环节对培养大学生创新精神和实践能力尤为关键。为此,我们必须积极推进材料工程基础课程的实验教学环节的教学内容、教学方式，管理模式等方面的改革。考虑到验证性实验的局限性，实验教学内容将提高综合性、创新性，开放性实验项目的比例，并将现有实验装置进行技术改造并增加实验室经费投入来提高实验仪器台套数。同时教学方式采用多元化，并对实验室进行科学性，人性化的管理。通过这些实验教学探索性的改革将优化教学体系，从而培养了学生自主创新能力，及独立分析和解决问题的能力。

一、实验教学内容的改革

实验教学内容的改革是培养大学生的创新实践能力的关键。材料工程基础课程的实验教学内容既要满足材料工程学科中不同专业学生的教学目标，还要满足培养新世纪学生创新实践能力的要求,因此我们要构建“多元化”的实验教学内容体系。

为了满足不同材料专业学生的学习需求,我们将实验教学内容分成多个模块。根据各个专业培养计划方案进行有规划的实验课程内容设计。结合目前材料工程技术发展，我们将删除与时代脱节的实验内容，加入具有实用性与创新型的实验内容，使大学生毕业时，能够更快地融入材料科学的发展建设中。并且，我们将教师的科研项目融合到实验教学内容中。根据不同专业的需求，将教师的科研项目的实验内容分为必做和选做两个项目，根据学生的学习兴趣有效选择。这样既可培养了学生的动手能力，又能使学生更早地接触科学研究，同时也节省了实验课程购买实验用品的经费问题。

此外，根据不同专业教学计划，我们将采用多元化的实验教学资源。自编实验教材，可以根据本专业学习的特色侧重点不同的设计实验内容；采用多媒体实验教学，播放与实验相配套的影像资料,使学生从动画或影视资料中了解所学知识点在实际生产中是如何有效应用的，例如：将“硅酸盐窑炉热处理工艺”生产的实际录像作为热处理实验内容中的辅助部分，使学生通过实验录像及时了解材料在实际工厂中的热工处理过程，能够更有效地的操作和理解自己的实验；组织同学亲临现场，参观企业生产，使学生获得第一手的学习资料等。 我们将通过实验教学资源的多元化，不断地努力去提高教学的效果，培养综合性、创新性人才。

二、实验教学模式的改革

我们探索性的将单一化验证性的实验教学模式发展为开放性、综合性、创新性的相结合的实验教学模式。

验证性实验内容的开设，便于同学通过亲自实验操作来验证所学课本的理论知识，从而提高了学生对课本专业知识点的理解性学习。

综合性实验的开设可以有效地将材料科学领域中各个不同专业知识点有机结合起来，学生在做实验之前要通过自学补充不同专业的知识点，这样对培养学生的自学能力，以及综合分析和解决问题的能力奠定基础。综合实验项目的设定，以本专业教学内容为主，结合与之相关的多个专业方向的理论知识和实验技能。综合实验以某种材料的配方—制备—加工-性能检测为主要研究路线则。尽可能地要求学生独立完成某一产品从原料配比到产品制成的整个过程。例如：“粉末的制备、烧结及性能”综合性实验项目，学生可以从所学不同专业角度查阅相关资料,然后设计粉末的制备、加工、以及形成之后的热处理和磨样、抛光等冷工艺方案。学生可以通过自己设定的实验方案进行实验，从而对粉体材料的形成、制备、加工等过程先有感性认识,然后通过理论知识分析解决实验过程中遇见的问题。

另外，通过文献查阅和实际实验，学生可以从实验设计方案、内容，以及使用的仪器的改进等提出自己的创新思想，并与老师沟通，得到认可后便可开展创新实验。创新实验的开设给学生提供一个能够充分发挥个人主动能动性的实验环境。通过创新实验的锻炼，学生既可拓展自己的知识面，又可培养动手和分析问题的实验能力。

通过开放式的实验教学模式使学生从被动的、盲目地学习到发挥主观能动性充分利用课余时间去实验室了解和使用实验仪器。学生根据自己所学课程内容，选择开设的实验项目,或根据自己的兴趣爱好结合课程学习自行调整实验方案，经老师同意后方可开展自己的实验。对于实验仪器的开放，前提是在实验教师允许下，按照仪器使用规则正常操作。此外，对于开放式实验教学，教师不仅要对学生实验过程中遇到的问题进行解答,而且更要教授和引导学生查阅资料，培养自己分析问题的能力。通过开放式实验教学使学生学会独立解决问题，并且能够自己设计实验步骤,结合所学专业知识培养综合处理和解决问题的能力。

我们通过验证性、综合性、创新性的实验教学模式的有机结合，可以满足不同层次学生的学习要求，使其逐渐形成一套行之有效的实验教学方法，为更好的学习材料工程基础课程奠定了有利的实践基础。

三、实验管理制度的改革

为了适应验证性、开放性、综合性、创新性相结合的教学模式，我们对材料学院本科生教学平台的实验管理制度进行了有效的改革,其主要包括以下几点：（1）明确材料工程基础课程不同教学模式下的实验教学内容和考核方式；（2）通过大量文献的查阅，学生结合专业课所学知识点自己动手设计实验过程，并跟任课教师讨论，确定实验方案后才可以进行实验操作；（3）在实验操作之前，首先进行仪器使用的集中培训。使学生在实验操作前熟悉仪器的工作原理及使用方法，这样才能保证学生实验的正常进行，也达到仪器的维护作用；（4）设定实验登记薄，学生在实验操作过程中，若仪器出现什么故障以及自己操作中出现什么问题都可以及时记录，便于与实验教师的沟通和对实验仪器的及时维修；（5）设定实验室开放时间，这样有利于对学生和实验设备的管理。在实验室集中开放的2-3周内，学生可以充分完成综合性、创新性实验，从而避免了由于时间分散性不能连续有效的完成一个实验的问题。开放性实验室管理制度的实施激发了学生学习的积极性，增强了学生自己动手和思考的能力，也充分体现了实验管理的人性化。

四、实验教学考核模式的改革

结合验证行、综合性、创新性、开放性的不同实验教学模式,对应的实验教学考核模式也将进行改革。

1.实验理论原理考核。由原来传统的笔试转变成,要求学生解释在实验操作过程应用了哪些实验理论原理,并且如何在实验中体现的。

2.创新设计实验方案。考察学生通过查阅实验资料，结合专业知识自己设计实验方案的能力。

3.综合考核方式，要求撰写综合性实验论文。论文内容要求结合材料的制备工艺、加工方法、改性方式,以及性能测试等手段，分析和总结不同专业的实验现象和结果，并进行综合性对比分析。该论文要围绕成分、组织结构、加工，以及材料性能这材料科学的四要素为主线，使其贯穿论文始终。

考核模式的改革能极大地激发学生的学习主观能动性，可以培养学生对文献的查阅和整理能力，使其能够更好地了解相关专业的科研的前沿动态。

我们将根据材料工程学科发展要求，不断更新实验内容，调整实验教学方式和管理模式，使学生能够真正做到通过实验课程学习，培养了分析和解决问题的能力，真正做到理论与实践的相结合。

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