高校材料学科实验教学现状及改革构想

谭小平+徐国富+吴春萍

摘要：本文较详细地分析了目前高校材料学科实验教学的现状及存在的主要问题，阐述了材料学科实验教学的改革思路，并提出了改革的具体措施。

关键词：材料学科；实验教学；改革

随着高等教育改革的不断深化，特别是“高等教育面向 21 世纪教学内容和课程体系改革计划”实施以来，创新精神和实践能力的培养成为教学改革的主要内容。对于高校材料学科，实验教学在创新人才培养和素质教育中起着非常重要的作用[1-3]。然而，在传统的材料科学实验教学中，学生的实验只是按照标准的程序验证实验原理和定律，教学模式单一化、教学内容陈旧、教学方法缺乏灵活性。这些统统制约了学生的主动性和积极性，甚至泯灭了独立思考的意识和创新精神[4]。这些问题与长期以来我国教育重于应试教育有关。多年的教学中我们注意到，相当部分的学生在基本素质和能力方面与其掌握的理论知识之间不平衡，这对今后的成长和发展十分不利。同时也不适应当今时代对人才发展的需要。实验教学不仅授人以知识和技术，培养学生理论联系实际、实事求是的工作作风和科学态度[5]，而且直接影响到学生的世界观、诚信观、思维方法和工作方法，以及一个科技工作者所应具备的求真、务实的科学精神和献身精神等基本素质的形成，它在知识、能力和素质的培养方面具有其它教学方式不可取代的重要地位和作用，是人才培养过程中不可缺少的重要环节[2，6]。在目前如火如荼的教学改革新形势下，探索全新的符合材料学科要求的实验课程教学体系和运行模式势在必行。

（一）我国高校材料学科实验教学研究现状分析

近年来，随着高等教学改革的不断深入，国内大学越来越重视对学生能力的培养，尤其是实践能力和创新能力的培养。材料学科，作为一门交叉学科，被誉为人类文明的三大支柱（信息、能源和材料）之一，其教育的重要性已被人们认识[7-8]。基于其实践性强的学科特性，因此充分发挥实验教学的作用对于材料科学专业学生的培养更显紧迫。目前，不少高校的实验教学在内容和模式上进行不同层次的改革探索。立求减少经典，增加现代，让学生在有限的学时内掌握相关专业的知识和技能与时代发展同步。如清华大学、浙江大学、复旦大学、东北大学、武汉大学、西安交通大学、北京科技大学等许多重点大学先后均进行了实验教学体系改革，经过实践检验已经取得了不少的成功经验。但是与发达国家相比，我国的大学生在理论应用能力、独立分析问题和解决问题以及创新能力方面存在较大的差距[3，6，9-10]。其中很重要的一个原因是我国大学的实验教学环节簿弱。主要表现在如下几个方面：

第一、对实验教学认识不全面[2-3，6，8，11， 12]

受传统的教学模式（重理论，轻实践；重知识，轻能力）的影响，部分高校对实验教学的性质、功能和作用认识不足，把实验教学看成是理论教学的补充，是理论教学的验证，是理论教学的附属环节。实验教学学时不足，没有宽松的时间使同学之间可以进行相互交流和讨论；教授理论课和实验课的教师享受不同的职称和待遇，实验教学人员处于次要地位；实验经费投入较少；缺少严格的实验教学考核制度等现象普遍存在。

第二、实验教师和技术人员结构不合理，素质和能力有待提高[3，12]

高素质的实验教学师资队伍是高校实施创新教育的骨干力量，是确保本科实验教学质量的基础。与国外著名高校相比，国内高校实验教学硬件条件虽有些差异，但主要是在实验教学理念、教学方法和师资队伍的建设方面存在较大距离，具体体现在师资结构不合理、素质不高、實验教学理念滞后等。不少人认为从事实验教学是处于“二线”的辅助工作，水平低，不能上理论课的教师才进实验室；据了解有些学校甚至把调进实验室工作作为对理论课教师工作差的惩罚手段。由于种种原因导致了实验技术力量普遍比较薄弱，没有形成合理的梯队，严重影响实验教学效果。对材料这类实践性强的学科而言，实验教学更需要实践教学经验丰富的人员来担任。材料的制备、加工、检测绝不能交给仪器就行了，而是需要实验教师根据计划目的要求准备实验，设计配置实验项目和实验装置以及安排实验实施，进一步做好演示实验，让学生从中得到启发。

第三、实验教学体系的运行模式存在弊端[4-5， 13-15]

首先，实验课缺乏整体布局。对材料学科而言，实验教学应包括材料制备、加工、检测、应用等各个环节方面的内容，教学过程应分层次循序渐进进行，每个层次最好有相对应的教学大纲和教学模式。而目前许多高校的实验课不是全面系统地统筹安排，而是实验教学依附于理论课程，一门理论课开设1个或几个实验，各门课按理论课程的要求安排实验，实验内容之间缺乏相互联系与协调，致使实验内容重复、脱节、遗漏、不系统。其次，实验教学形式单一，教学手段落后，教学方法机械。在传统的实验教学中，仍以知识传授为核心在进行教学活动，实验准备工作均由教师事先准备好，不仅告诉学生实验项目和原理，而且连使用仪器及药品试剂、实验步骤等等实验全过程都告知了学生，学生只须按要求去操作，用不着查资料、思考、探究及创新，缺乏对实验的全面理解和认识，积极性主动性缺乏，严重影响了学生对实验课的兴趣，甚至有些学生做完了实验，但不知做了什么，为什么要这样做？没有达到实验的目的。再有，实验课程的设置有弊端，课时少且实验内容更新慢，与当代科学发展状况不相适应，与当前的生产实际结合不紧密，实验教师应及时将前沿科研的成果不断转化成实验内容，这样才能使材料学科实验内容不断地发展和进步。还有，实验教学评价机制不健全。一方面，学生实验成绩考核不科学，不合理，缺少严格的考核制度，多采用实验报告“定终身”，而忽视实验过程的各种能力培养的考核。另一方面，有些学校虽然重视实验教学，但对其监管力度不到位。

第四、实验室开放程度不够。

实验室开放可激发学生的创新思维，加强学生的实践能力，提高学生的综合分析问题、解决问题的能力；有利于青年教师的成长，加强实验教学后备力量；提高实验室及仪器设备的使用率，最大限度地发挥实验教学资源的效益。目前各高校基本都实现了实验室预约开放，但开放时间及开放程度还不够，还有待进一步提高。

（二）高校材料学科实验教学改革构想

针对以上问题，高校材料学科实验教学改革可以从以下几个方面进行：

第一、改革实验教学理念，提高其认识

首先，高校必须高度重视实验教学在人才培养中所发挥的作用。实验是科学创新的源和本。要培养学生的创新意识、创新能力，造就创新型人才，只有在实验过程中动手、动脑才能实现。实验教学不是理论教学的补充，不是理论教学的验证，更不是理论教学的附属环节。实验教学不仅能验证理论，更重要的是，通过实验实践教学，能培养学生用所学的知识观察问题、发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生的创新能力，培养学生乐观面对困难的能力，培养其科学的态度和必备的素质。国内高校应向国外优秀高校学习，注重教学、科研、生产相结合的教学理念，注重学研结合，能及时地将科研成果转化为实验教学内容，在实验过程中注重学生的实践能力的培养。中南大学材料科学与工程学院在改革中将实验室定位为“实验室是进行教学和科学研究的重要基地，是从事实验教学、科学研究、学科建设、技术开发、生产试验的教学或科研实体。”且学校特别成立了以分管教学的副校长为首的中南大学材料科学与工程实验中心建设和管理专家委员会，确保了材料科学与工程实验教学在人才培养中的地位。

接下来，全力保证高校实验室建设经费，提高实验室管理水平。实验教学的顺利实施，当然离不开人力、物力的支持。因此在高度重视实验教学的思想下，必须保证实验室建设经费充足及时到位。高校应注重为学生实验提供足够的条件。无论硬件还是软件设施，都应做到以人为本的原则，以便在实验过程中老师和学生才不会束手束脚，这样更有利于充分发挥学生的主观能动性，使学生置身于一种富有探索和创造性的学习环境中，积极主动地思考和分析问题。同时，高校实验室管理体制应创新。更新观念，采用现代化的管理手段，加强CAI在实验教学中的作用[2]，通过校园网，学生可以提前预习实验，设计实验方案，教师可以通过网络平台对方案进行审核并指导，如此可以提高课堂教学效果，引领学生自主学习。

同时，狠抓实验教学师资队伍的素质和进一步提高其水平。高校（院所）应制定实验教学师资队伍建设规划，出台其师资选拔、培养、引进与使用的办法，制定有关相应文件，以造就一支观念新、素质高、流动竞争的实验教学队伍，确保实验教学中心的可持续发展。应有效地解决师资队伍建设的机制问题，确保教师在实验教学中的主导地位，促进科研成果转化为实验项目，解决“研究创新型”实验的源头问题。通过科研教师、理论课教师与实验课教师的融通，形成一支以教授、博导为核心，结构合理、思想素质高、业务能力强、理论教学与实验教学互通的实验教学队伍。具体办法可以有：①鼓励更多的专业青年教师加入实验教学的队伍，学校必须象抓师资队伍建设一样来抓实验师资队伍建设，搞好合理配置，按照不同年龄、不同职称、不同学科，形成合理的高素质的实验师资队伍。②设立专项基金，鼓励实验教师积极参与科研创新活动，鼓励实验教师申请国家、省部级与市级科研基金，奖励在国内外学术期刊发表论文或已获得专利的实验教师；③定期开展各种形式学习交流与培训活动，实验教师通过学历提升、业务进修、技术培训等方式丰富和完善专业知识结构并提高实践能力；④有计划派送实验教师到国内外知名大学学习先进的教学理念、教学方法和管理经验，提高实验队伍的综合业务素质；⑤定期考核，引入公正公平的激励机制和竞争机制，调动广大实验教学人员的主动性和积极性，形成一种积极向上的良好氛围。

第二、进一步完善实验教学体系的运行模式

首先，在实验教学目的明确的情况下，优化实验课程设置。

①对实验课程统筹规划，合理安排。实验教学进行总体设计，把本科四年的实验教学作为一个整体来规划，打破单纯验证性、演示性教学或课堂补充教学的实验教学模式，把实验课当作一门独立课程来对待和安排，注意课程前后之间的联系，循序渐进，构成一个由浅入深、螺旋上升、具有内在联系的有机整体。

②适当地调整理论课时和实验课时。与欧美国家大学相比，我校理论课学时过多，实验课时相对不足。一些课程应根据需要增加实验课时。

③与时俱进，去旧举新，根据高校（院所）发展的特点和优势，新增开设新的实验课程。例如，对材料学科，随着科技的迅猛发展，新材料不断涌现，随之发展而来的新的检测方法手段如雨后春笋，有必要增添与之相应的实验课程。

其次，积极更新教学内容和改进实验教学方法及手段。实验教学改革的一个重要方面，是改革实验内容。现有的实验内容陈旧、单一，多为验证性实验，综合性、设计性实验少，学科交叉及相互间的渗透内容少。各高校应根据学科专业的需求，结合学生的实际情况和教学经验，对实验项目进行合理选择，编写适合自己的教材，使实验教学内容既达到该课程的基本要求，又具有鲜明的专业特色。通过实验教学与科学研究相结合，使实验教学内容反映科技发展的最新成果，具有浓郁的时代气息，让学生接受最新的动态知识和技能训练。应适当多开设具有应用性、设计性、综合性强、体现现代先进实验技术的教学实验项目。针对实验内容和教学大纲要求，可把实验分为必做的基本实验，选做的验证性实验，教师指导进行的综合研究性实验和学生自行设计的开放型实验。这样，层次多样、合理系统、有条不紊地进行实验教学，有利于培养学生的综合实践能力。实验教学改革的另一个重要方面，是实验教学方法、手段的改进。目前，大多数高校院所实验教学大多采用讲授式，上实验课时老师讲解实验的原理、实验步骤、实验仪器的使用等，学生按照老师讲解的方法步骤完成实验，最终学生以实验报告的形式上交实验结果。这种实验教学的方法限制了学生的主观能动性、创造性的发挥，助长了学生的惰性，使他们养成了不动脑思考的习惯。我们应该根據学生的不同情况和实验教学的不同层次，采取不同的教学方法，实现实验教学方法的多样化。授课中应多采用启发式、讨论式、研究式的教学方法，同时改进实验教学手段，大力加强实验教学的网络化建设，使网络化教学成为实验教学的重要手段和环节，将实验教学由“封闭式”变为“开放式”，由“有解实验”变为“求解实验”，由“知识积累”变为“智能开发”。

最后，建立实验教学质量监控体系和激励机制。高校可以通过严格的实验教学规章制度和实验室工作管理规程，建立严密的实验教学质量监控体系。将实验教学与实验室管理由行政管理向目标管理转化，使实验教学质量得到保证。同时，进一步完善和健全实验教学评价机制。教学评价是教学质量管理的重要环节。如何对实验教学进行评价，采用什么方法和手段对之进行评价，将直接影响实验教学目标的完成，并对实验教学起着一定的导向作用。具体措施主要包括：

①丰富评价内容：主要包括知识技能评价、能力评价、创新评价以及态度评价。

②加强实验教学过程的监控。像理论课一样，实施教学检查、听课。

③加大实验考试与考核力度。提高实验成绩在学生总成绩中的比重，引起学生对实验课的足够重视；根据实验教学要求，与理论课教学一样，实行实验单独考核，制定严格的考核制度。

④采用多元化的评价手段和评价方法。可以采用实验答辩和实验设计操作考核结合实验报告进行综合评价。

⑤评价主体多元化。让学生、实验教师、专家等多方参与。

第三、实现资源共享，合力构建创新人才培养基地

在实验室建设与实验教学改革的过程中，将教学、科研、学科三位融为一体，实现教学与科研相互结合，实验师资队伍建设与学科建设相互结合，教师队伍与实验室技术人员队伍的建设相结合，打造结构合理、思想素质高、业务能力强、理论教学与实验教学互通的实验教学队伍。通过打通中心实验室与科研实验室，实现资源共享，合力建造创新人才培养的基地。

参考文献：

[1]雷金屹.国外创新教育的启示[J].中国科技信息，2005（15）：218

[2]王芳，李滨，宋瑛琳. 国外高校实验教学经验及启示[J]. 实验室科学，2012，15（5）：1-3

[3]段家，曹惠贤，王 煜. 美国高校物理实验教学和管理情况考察报告[J]. 大学物理，2004，23（3）：42-45

[4]黄燕萍. 浅析高校实践教学模式的构建[J].科教文汇，2015（304）：32-33

[5]谢爱娟，陶宇炜，罗士平等. 基于CDIO理念下的高校实践教学体系的构建[J]. 常州大学学报：社会科学版，201516（3）：118-121

[6]郭尚义.国内外大学实验教学的比较与分析[J].佳木斯教育学院学报，2011（11）：73-75

[7]孙壮，陈吉.关于建设教学研究型大学材料学科的几点思考[J]. 鞍山师范学校学报，2009，11（3）：90—92

[8]Askeland DR，PhulrPP.Essentials of Materials Science and Engineering.Thomson Learning[M].北京：清华大学出版社，2005

[9]查建中.论“做中学”战略下的CDIO模式[J].高等工程教育研究，2008（3）：1—6.

[10]秦磊华，李丹. 香港高校实践教学经验及启示[J].学术论坛，2015（1）：171-175

[11]龙春阳.国外高校实验教学改革的经验、特点及启示[J].中国电力教育，2009（10）：137-138.

[12]易自力.谈高校创新人才培养的难题与破解[J].中国高等教育，2010（21）：12—14.

[13]郑薇薇.基于CDIO的创新型科技人才培养模式研究与实践[D].大连：大连理工大学，2010

[14]赵朝晖.CDIO工程教育模式下化工原理实验教學改革初探[J].化工高等教育，2011（6）：45—47.

[15]何焰蓝，陈旭灿，杨晓飞等. 基于精益思想的高校实践教学体系[J]. 实验室研究与探索，2015，34（1）：205-209