基于创新人才培养的材料专业实验教学改革

叶　宏　麻彦龙

重庆理工大学材料科学与工程学院　重庆　400054

“双创”能力培养专题

基于创新人才培养的材料专业实验教学改革

叶宏麻彦龙

重庆理工大学材料科学与工程学院重庆400054

实验教学是实现创新人才培养的重要环节，对培养学生的实践能力和创新能力有着不可替代的作用。分析了重庆理工大学材料科学与工程学院材料专业实验教学环节存在的问题，以工程型创新人才培养为核心，构建了以材料的“成分/组织-制备工艺-性质-使用性能”四大要素为主线多模块、多层次的实验教学新体系。通过实验教学内容的更新，实验教学方法与考核方式地改革，有效地提高了实验教学质量。

材料专业；实验教学；教学体系；教学内容；教学方法；创新能力

随着我国高等教育和社会的发展，要求高等学校培养的学生不但要具备一定的基础理论和较宽的知识面，同时还要具有较高的创新精神、创新能力和极强的工程实践能力。为了实现这一人才培养目标，就要求在重视基础理论教育的同时，强化学生的工程教育。实践教学是普通高校实现工程创新型人才培养目标的重要环节，而实验教学是实践教学的重要组成部分。实验教学作为人才培养过程中理论联系实际的重要环节，对于培养学生的动手能力和工程应用能力和创新精神具有重要的作用［1-3］。

重庆理工大学材料科学与工程专业（以下简称“材料专业”）2001年开始招生，在多年的专业建设过程中，十分重视实验教学平台建设和学生实践能力的培养［4，5］。材料科学与工程实验室建成为重庆市实验教学示范中心。但是，随着国家“卓越工程师教育培养计划”的逐步实施，我们清醒地认识到，普通高校材料专业在实验教学环节还存在诸多问题，严重地制约了工程型创新人才的培养。因而近年来，我校在实验教学体系、教学内容、教学模式的改革方面进行了一系列的探索。

1　存在的问题

1.1实验课程与工程严重脱节

实验教学内容陈旧，更新慢，与工程脱节，主要以认识性和验证性为主，以培养学生工程实践能力和创新能力的综合性、应用性、创新性实验偏少，体现现代科学技术和专业特色的实验太少，不利于培养学生的工程观念。同时，由于实验项目不同导致实验内容和实验方法存在较大的差异，如在工程中进行的各种实验都是严格按照有关的技术标准进行，但在实验教学中的许多实验都有很大随意性，而且有许多实验根本不执行标准，使得许多学生毕业后不仅工程意识淡薄，而且缺乏标准化意识［6］。

1.2实验内容孤立和分散互相缺乏联系

工程中所进行的实验都是综合性的，即每一个实验都不是孤立的，而是为了某个生产目的，与其他若干个实验共同组成一个有机的实验群体。因此，要求学生不仅要有分析思维能力，而且要有综合思维能力［7］。但是，材料类专业传统的专业实验内容相互之间关联度小，学生做了实验以后也不了解该实验在生产中与其它实验的联系，更不了解在什么场合下使用和如何使用。

1.3实验仪器设备资源不足学生动手机会较少

材料专业实验仪器及设备种类繁多、价格昂贵。由于学校经费投入有限，难以将仪器设备购置齐备，即使拥有了部分大型仪器设备，本科生很难亲自动手，往往是教师操作演示，学生围观，这不可避免影响了学生对相关专业知识的了解，进而在一定程度上影响了学生对材料专业的兴趣。

1.4实验教学方法与模式落后

在实验教学方法上，依然沿用“抱着走”的传统方式。在实验前学生领取实验指导书，每个实验有详细的实验原理、实验方法、实验步骤甚至还有数据记录表格等。实验教学模式基本上采用封闭式， 学生只能在教师指定时间进实验室。实验课上，学生只需要按指定步骤操作，用不着思考和查阅资料。这种教学方法使学生产生很强的依赖性，既不会设计实验，也不会在实验中观察问题、分析问题和解决问题，有的学生甚至不会使用仪器。

2　实验教学体系的改革

2.1实验教学体系改革的基本原则

2011年以来，我校材料专业以“宽基础—强综合—多交叉”的实验教学理念为指导，遵循“精选基础、培养能力、强调创新和面向工程”的基本思路，依托材料科学实验室和材料分析测试中心，以多模块、多层次模式对实验教学进行大胆改革。以材料科学与工程“成分/组织-制备工艺-性质-使用性能”四大要素为主线，将实验项目从理论课程中独立出来，建立与理论课程相对独立的新型实验课程体系（如图1所示）。

图1　新型实验课程体系

2.2新型实验教学体系的构建

依据实验教学体系改革的基本原则，新的实验课程体系设立基础实验模块、综合实验模块、创新实验模块，其中基础实验模块主要强调学生基本知识的掌握和基本实验技能的培养，为后续综合性实验和创新实验及毕业设计的开展奠定基础。而在基础实验模块课程实验项目设置时，考虑到不同专业方向的培养需要，将实验项目分为必做实验和选做实验，其中必做实验是所有专业方向学生都必须完成的，而选做实验则依据不同专业培养方向的需要，分别开设大量的实验项目供学生选择。而综合实验模块则根据不同专业方向，从专业技能和工程能力训练出发，分为专业综合实验和工程综合实验，其中专业综合实验主要强调学生对专业知识的综合理解和运用，旨在培养学生分析问题、解决问题、创新思维能的力，而工程综合实验则从实际工程角度出发，注重强化学生的工程实践能力及运用专业知识解决实际工程的能力培养。创新实验模块则让学生在学习了基础性实验和综合性实验后可以创新地自主设计或参与教师科研项目进行新的实验。

3　实验教学内容的更新

针对建立的新型实验课程体系，从专业基础型、综合设计型、研究创新型3个实验层次设置和调整实验项目。

3.1基础实验教学模块

专业基础实验教学模块在第四、五学期开设，共32学时。其内容涵盖材料类最基本的基础实验，如组织分析、性能测试和成分分析等，基础实验教学模块实验项目开设情况见表1。

表1　材料专业基础实验教学模块实验项目

3.2综合实验教学模块

综合实验教学模块在第6学期开设。根据不同专业方向，从专业技能和工程能力训练出发，分为专业综合实验和工程综合实验两部分，共32学时。以金属材料工程方向为例，专业综合实验开设必修实验2项共8学时，工程综合实验提供8项实验，学生选做2项共24学时，实验项目开设情况如表2所示。

表2　金属材料工程方向综合实验教学模块实验项目

3.3创新实验教学模块

创新实验教学模块在第7学期开设，主要培养学生的研究能力、创新思维和创新能力，这类实验项目主要来源于两方面：一是学生自己申报的“大学生创新性实验项目”；另一方面主要来源于教师的科研项目。这些实验项目的内容是不固定的，每一年都会根据教师的项目及其进展情况变化，主要由具有高职称的专职教师担任指导。创新实验教学的内容也可作为后续毕业设计的前期工作。

4　实验教学方法及考核方式的改革

4.1实验教学方法的改革

教学方法的改革是实验教学改革必不可少的内容，为培养创新型人才就必须摒弃传统的“抱着走”的模式，更多地采用“精讲、设疑、研讨、实践、评析”的开放教学模式［8］。并针对不同层次的实验教学，采用不同的教学方法，更多地采用启发式、参与式的教学方法，减少纯粹讲解的比重，给学生更多的学习自主权，增加学生动手时间。如在材料基础实验课程中教师主要讲解仪器设备操作方法及注意事项；在综合型实验、创新型实验中教师只讲目的、要求，实验方案由学生完成后教师审核。整个实验过程以学生为主体，教师以引导的方式协助学生完成相关实验。给学生营造出一种主动的、探索性的学习环境，以锻炼学生观察实验现象、正确记录和处理数据、分析实验结果的能力，培养严肃认真、实事求是的科学态度和作风。

4.2实验考核方式的改革

学生实践创新能力的培养归根到底就是要让学生“动”起来，不仅让其“动手”，而且还要让其“动脑”。为此，必须摒弃单一的“考勤+实验报告”的考核方式，探索实验考核新模式，满足实践创新能力培养的需求。在综合型实验课程的考核中以实验方案、实验操作、实验分析与总结三部分作为考核依据。而创新型实验课程的考核包括实验方案答辩、实验总结陈述、研究报告三部分。其中重点考核实验分析与总结，弱化实验结果，即重过程而不重结果。同时允许实验失败，只要能分析出失败原因，同样可以得高分［9］。

5　结束语

实验教学是增强学生实践创新能力的重要途径之一。以工程型创新人才培养为核心，构建了以材料的“成分/组织-制备工艺-性质-使用性能”四大要素为主线的多模块、多层次的实验教学新体系，改革传统的实验教学模式和内容， 开展设计性和综合性实验，引入工程性和创新性实验，充分发挥了学生的思维潜能，使学生的创新思维、创新能力得到有效的培养与发展。通过实验教学方法和考核方式的改革，有力地发挥了学生的主体作用和教师的主导作用，调动了学生的主动性，在学生工程实践能力的培养方面取得了初步成效。

［1］ 戴玉明，巴志新，薛亚军.基于综合实践能力培养的材料专业实验教学体系改革［J］.中国冶金教育，2014（5）：56-57.

［2］ 王迎军，项聪，余其俊.材料科学与工程专业学生实践创新能力的培养［J］.高等工程教育研究，2012（5）：127-131.

［3］ 刘伟东，石萍，谷志刚.基于应用创新型人才培养的材料专业实验教学体系的构建［J］. 辽宁工业大学学报：社会科学版，2014，16（4）：8-10.

［4］ 杨明波.材料科学与工程实验教学示范中心建设的思考与实践［J］.实验技术与管理，2008，25（10）：97-100 .

［5］ 叶宏，闫忠琳.材料科学与工程专业实践教学环节的现状与对策［J］.重庆科技学院学报：社会科学版，2007（2）：126-127 .

［6］ 马泉山，刘广君.材料类专业实验教学环节现状与改进措施探讨［J］.实验技术与管理，2010，27（6）：150-152.

［7］ 周新贵，白书欣.改进高校材料专业实验教学的思考与建议［J］.实验技术与管理，2011（6）：234-235.

［8］ 崔建军，万桂怡.材料学科实验教学体系改革的思考与实践［J］.实验技术与管理，2012，29（3）：138-140，143.

［9］ 王金星，曾文，刘天模.材料专业自主性实验教学体系探索［J］.中国现代教育装备，2013，179（19）：17-19.

Reform on Experimental Teaching in Materials Discipline： an Approach for Innovative Cultivation of Students

Ye Hong， Ma Yanlong
School of Material Science and Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing， 400054， China

Experimental teaching is a key step for innovative cultivation of students， which is critical for training students' practice and innovation capability. In this paper， problems exist in the process of experimental teaching in College of Materials Science and Engineering in Chongqing University of Technology were analyzed. Then， a new teaching system consisting of four components， namely composition/ microstructure -processing- properties- performance was built. Guided by the multi-modal and multi-level teaching system， teaching materials were updated； and teaching and experimental methods were reformed accordingly. As a consequence， the quality of experimental teaching has been improved effciently.

materials discipline； experimental teaching； teaching system； teaching materials； teaching methods； innovation capability

2016-03-15

叶宏，硕士，教授。麻彦龙，博士，教授。

重庆市高等教育教学改革研究重点项目（编号：152035）；重庆理工大学高等教育教学改革研究项目（编号：2013YB06）；重庆理工大学优势专业建设项目。