磁性材料制备课程设计教学改革与探索

熊 炫，羊佑舟，黄一鑫，胡 驰

(1.华中科技大学 光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074；2.华中科技大学 实验与设备管理处，湖北 武汉 430074)

高等院校的任务是探索在新形势下的创新人才培养模式，构建全新实践教学体系，大幅提高培养创新人才的能力和水平，以适应21世纪国家对高素质创新人才的需求[1]。实践教学是高校应用型创新人才培养体系中的关键环节[2]。开展实践教学，一方面通过基本训练使学生掌握基本知识、基本方法和基本技能，另一方面是在实践过程中，通过鼓励学生自行设计方案，自主实验，启发学生自主研究探索、独立思考和自主创新，逐步增强学生的主观能动性[3]。课程设计是开展实践教学的主要手段[4]，它是培养本科生科研和创新实践能力的关键性基础环节。磁性材料是电子科学与技术学科的主要研究方向之一。磁性材料相关实践教学工作的开展对于电子科学与技术专业本科生能力的培养具有非常重要的意义。然而以往针对磁性材料的实践教学工作受限于时间仓促，缺乏针对性指导，忽视样品表征环节，评价指标设定不合理等问题，难以全方面锻炼和提升学生实践创新能力。本文针对磁性材料制备课程设计中面临的主要问题，对实践教学方法进行了改革和探索，逐步形成了一系列的措施和方法，有效地增强了学生的科学思维和创新实践能力，提升了学生的综合素质。

1 课程设计存在的主要问题

磁性材料的制备包含了多道工艺环节[5]，制备获得的材料性能与实验者的能力与经验有着直接的关系。从以往的实践教学经验来看，学生在磁性材料制备课程设计过程中，往往很难获得符合预期性能的样品。分析其原因，可以归纳为以下问题：

1)学生只了解课堂上学习的磁性材料相关理论知识，没有实际接触过课程设计所涉及的制备工艺，不具备完成工艺的科研素质和实践经验；

2)学生通常利用完成理论课程的间隙时间来完成课程设计，无法利用大段完整的时间来开展课程设计，导致时间上比较仓促；

3)学生没有与课程设计配套的指导书；

4)以往的课程设计没有针对性地提升学生动手实践能力以及培养学生科学严谨的实验习惯；

5)学生课程设计制备样品的表征测试设备比较少，无法对实践过程进行有效的总结，导致学生通过实践无法提升个人的创新能力；

6)采用分组形式完成实践，注重对团队成果的评价，忽视对个人贡献的评价，导致学生实践能力训练不均衡。

2 教学改革措施及方法

为了提升磁性材料制备课程设计的实践教学效果，通过开展华中科技大学实验技术研究项目，针对磁性材料制备课程设计所面临的主要问题进行教学改革和探索，得到了以下措施及方法。

2.1 流程教学上升到创新设计

本科教育以理论知识为主，本科生缺乏材料制备工艺的基础。因此学生应先通过基础实验模块和专业化模块的严格、系统的训练，掌握相关实验技能和技巧，再开展探究性和创新性模块的训练[6]。这种层进式的教学方式，遵循了学生能力成长的规律，能够逐步提升学生的实践能力。

1)掌握基本工艺流程，理解基本实验原理：学生在教师给定的设计方案下，注重对材料制备工艺流程的掌握。教学注重详细流程的讲解，使学生能熟练掌握完整的工艺流程。流程教学时应强调设备的规范操作。在教学方法上，要注重学生的互动，强调原理的理解使学生在后续的设计过程中有更为出色的发挥。

2)查阅文献，制定方案，大胆创新：学生在掌握工艺流程的基础上，通过查阅文献自主设计磁性材料的制备实验方案，给出论证报告，经指导教师确认后开展课程设计的研究。该过程应鼓励学生大胆创新设计，不要怕失败。

3)样品综合表征，数据分析处理:利用科研仪器和教学仪器综合表征样品的性能。该过程应该注重培养学生处理测试数据的方法，并能够初步培养学生结合理论分析测试数据的能力。

4)总结经验，改进方案：根据样品测试结果，修正设计方案，总结实践经验，通过多次的实践，得到预期的实验结果，培养了学生在反复的总结积累过程中的科学思维和创新实践能力。

2.2 编写课程设计指导书

课程设计通常需要综合运用多门专业课程的理论知识，完成实际的工艺流程不仅需要相关理论基础，更要求一定的实践经验。为了让课程设计的学生明确课程设计的目的，并且能够尽快上手开展设计工作，专门针对磁性材料制备课程设计编写了指导书。从磁性材料的基本名词解释出发，详细介绍了软磁材料，硬磁材料，微波铁氧体、磁性薄膜等不同磁性材料的相关理论基础，工艺制备流程以及常见工业应用，并在指导书的最后介绍了课程设计的大纲、学生实例及实验设备。指导书配合教师的教学使学生迅速掌握磁性材料制备的原理与技术。

2.3 与科研紧密结合

磁性材料课程设计的选题主要是来自于学生查阅的相关文献及教师的科研项目。在课程设计开设的过程中，给学生传授科研中积累的实践经验能够大幅提升学生开展课程设计的效率和效果。

科研中使用的大型测试仪器设备(X射线衍射仪、振动样品磁强计、环境扫描电镜等)面向本科生课程设计开放，为学生能够准确地分析课程设计的样品并为下一步的优化设计提供了充足的数据支持。

近年来随国家对高校实践教育重视程度逐年提高，基础实践教学水平经历了大幅提升，华中科技大学光学与电子信息学院教学实验中心对于教学仪器设备进行了逐批次改进，样品测试结果与科研设备测试结果展现出高度一致性。高质量、高水平测试仪器在实践教学中的应用将极大提升学生课程设计效率和良率，且充分锻炼学生动手操作仪器能力，为学生未来从事相关科研工作打下坚实基础。

2.4 合理的规划课程设计时间

磁性材料的制备工艺环节往往需要整段的时间开展，在暑期开设小学期能够有效地缓解学生利用理论课间隙的碎片化时间进行课程设计的矛盾。

能够有效利用暑假开设小学期进行流程教学及学生初次工艺设计的实践环节主要基于以下四个方面的条件：

1)学生时间不冲突：传统的大二暑假安排了学生进行社会实践活动，根据华中科技大学电子科学与技术专业培养计划，社会实践活动已经成为课外学分。在大二暑假开设小学期开展课程设计与培养计划不冲突。

2)学生能力符合要求：本科生在大二的暑假前已经掌握了一定的专业知识，具备了开展流程教学及学生初次工艺设计的实践环节的理论基础。

3)教师时间有效利用：实验教师在暑假期间需要指导大三学生开展生产实习。教师可同时进行生产实习和课程设计的教学。

4)实验场地空闲：暑假期间，基础实验室、功能实验室均处于空闲状态。学生在功能实验室进行课程设计各个工艺环节的等待时间中(比如球磨工艺要进行3小时，学生需要等待)，基础实验室可以临时作为自习室使用，便于学生总结，讨论和查阅相关资料。

随着实践教学进入样品表征测试阶段，测试过程可以分散到碎片化时间中完成，且测试结果的分析和校正需要各方面理论知识的支持。因而这一过程非常适合于安排在正常学期内，配合学生课程理论学习同步进行，并利用课余零散时间进行测试。

2.5 注重习惯与能力的培养

实验习惯是科研素质中的一个重要方面。实验习惯对于课程设计的顺利开展非常重要。不规范的实验习惯不仅会影响实验结果，甚至会造成一些不必要的安全隐患。教师在教学过程中应重复强调习惯的重要性，并在这个方面形成一套成熟的实验室平时成绩评价方法体系[7]。样品制备过程中，要求学生保持实验器具洁净，并放在合理的位置，及时清洗任何使用完毕的器具，培养学生整洁的习惯；使用有安全隐患的仪器(如球磨机，烧结炉)要求学生绝对规范操作，杜绝事故的发生，培养学生的安全习惯；实验数据和结果处理时，要求学生实事求是，不捏造，不修改，培养学生的诚信习惯。

学生的实践能力分为三个层次，第一层次为基础实践能力，比如团队协作能力、观察能力，想象能力、仪器操作的能力；第二层次为综合实践能力，比如仪器应用能力，分析能力，研究能力；第三个层次为创新实践能力，创新实践能力是一个重要的科研素质。课程设计是培养学生创新能力的有效方式[8]。可行性报告的重点在问题讨论中，要体现出学生自己的创新思想。教师点拨要点、引导思路、指导方法、检查方案，逐步引导学生完成设计[9]。为学生提供了种类充足的材料来满足学生的想象空间。最后提交的报告中提倡学生在报告中增加闪光点，即在完成的报告中表现出独特的具有特色的东西[10]。

2.6 科学的教学管理与完善的评价机制

课程设计要强调科研实践，在以往的分组工作中，学生中有出现“划水”“混”的现象，违背了课程设计的初衷。

为了避免这类情况的发生，需要从学生管理和评价机制两方面入手。一是根据Andrew R.Burrell对于课程设计团队的研究严格控制小组人数和组成[11]，每组人数应与工作量相当并在分组时要求组内成员具体负责一个工艺配方，并且实践时能够各展所长。科学的实验室管理能有效地激发学生的科研潜能[12]，进而提高学生的科研素质。二是建立完善的评价机制。课程设计的考核采用最终考核和过程性评价相结合的方式[13]。考核成绩所占的比例为：报告成绩占总成绩的40%，注重报告的内容和质量；平时成绩占总成绩的30%，从教师评价、自评、互评三个方面入手，由教师、本人及同组学生共同评定学生的平时成绩；答辩成绩占总成绩的30%，学生制作答辩的PPT在讲台上做报告，要求每位参与课程设计的学生都能够通过答辩展示个人的课程设计结果和收获，立足对学生在设计实践过程中的表现与贡献进行全面客观的评价，鼓励学生“多干事”，努力发掘学生的闪光点。

3 教学改革成效

针对磁性材料课程设计中面临的主要问题的教学改革和探索，突破了传统的实践教学模式，在教学指导、教学时间、教学规划、教学模式以及教学效果考评等方面都有着较大的改进。实践表明，学生经过磁性材料课程设计实践环节的培养，理论与实践结合的能力、分析解决问题的能力、团队协助能力以及科学研究能力均得到了很大的提升，并且养成了良好的实践习惯，这对本科生后续生产实习、毕业设计等实践环节的开展打下了良好的基础。并为他们的进一步深造及工作打下了坚实的基础。

通过对近3年参加磁性材料课程设计的电子科学与技术专业的69名本科生进行统计，56名本科生在本科结束以后继续从事科学研究，占总人数的81.16%，远高于该专业的平均水平64.03%。这表明通过磁性材料课程设计的基础实践能力教学，学生的科研兴趣和水平有着明显的提升，并且有些同学在本科期间就发表了高水平的研究论文，这是在传统的实践教学方法下所不可能达到的水平。

4 结束语

通过开展磁性材料制备课程教学改革和实践，总结出了解决课程设计问题的一系列有效的措施，涵盖课程设计的流程设计、时间安排、过程管理及控制与评价等多方面，对于培养学生的科研素质及能力取得了很好的效果，并为学生进一步开展科学研究工作打下了良好的基础。以上措施能够有效地推广到电子科学与技术专业的其他材料制备课程设计中去。

本科生创新创业已经成为一种时代的潮流和需求，课程设计作为本科生创新的起点如何面向需求充分地发挥作用，将成为磁性材料课程设计教学改革今后的主要研究内容。