改革实验教学体系，培养复合应用型人才

刘永雄 尹付成 李发国 吴堂清 李智

摘   要： 本文基于金属材料工程类专业特点，结合湘潭大学办学条件及研究方向，改革、完善金属材料工程类专业综合性实验教学体系。依托湖南省重点实验室平台，整合办学资源，充分调动学生的主体作用，开展多层次实验教学，培养学生的科研及创新能力，提高学生的综合素质。

关键词： 金属材料工程   综合性实验   多层次教学   教学改革

目前，各高等院校正积极探索新形势下的教学模式，推动实验教学改革和创新人才培养体制。金属材料工程专业的人才培养目标：培养具备基础理论和专门知识，受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练，能在材料领域从事科学研究、科技开发、生产技术的具有创新精神和实践能力的应用型高级专门人才。大学生不仅要掌握理论知识，而且要在实验教学环节提高科学素质，培养分析问题、解决问题的能力。因此，新时代如何有效利用和开发现有的教学资源，重组优化实验教学内容，创新实验教学方式及手段，逐步完善多学科交叉融合、具有特色的实验教学体系已成为各高校进行实验教学改革必须面对的问题，针对这些问题对症下药深化改革，将在金属材料工程类创新性复合应用型人才的培养方面起到不可替代的作用。

一、进行实验教学体系改革的必要性

材料科学与工程是一门实践性非常强的学科，金属材料工程是其中一个较传统的专业，主要任务是研究材料的成分、组织与性能之间的关系。学生实践技能的培养是材料类本科学习阶段的关键环节，但是，目前实验教学仍然存在较多问题。第一，学生中普遍存在重理论轻实验的现象，实验技能较低，部分学生对实验应付了事，毕业论文过程中表现出遇到问题不能及时分析、及时解决等，实验教师的教学积极性难以调动。第二，实验教学计划中，各门课程分别设置了相应的实验项目，学生受到的只是单个基本实验技能的训练，而且这些实验大多是验证型、演示型的实验，实验内容单调重复，学生按照规定的方法和步骤完成实验内容，验证课堂上学习的理论知识或定理等，基本处于被动接受的地位，实验积极性不高，师生间及同学间的相互交流很少，不利于培养学生综合运用所学知识和各种实验技能解决实际问题的能力和运用所学知识解决工程实际问题的意识，在考虑问题时，只关心生产技术上的可行性，往往忽視对生产成本、经济效益方面的考虑。第三，各专业及专业方向之间在制订实验教学计划的过程中缺乏沟通，没有建立一个共用的实验平台。第四，自2017年修订教学计划以来，各门课程的实验项目有了较大的变化，但由于各种原因，实验教学大纲和实验指导书没有及时更新，没有针对各相关专业编订综合的实验教学大纲或者实验指导书，在一定程度上影响了实验教学质量。

随着现代社会和科技的不断发展，以及对专业技术人才培养要求的逐步提高，工科专业学生高素质培养内涵中综合分析与解决问题的能力被列为核心能力。其中，实践性教学是培养学生工程能力和创新精神的重要手段，对相应实践课程的改革，提高实验教学质量，培养学生的综合素质和创新能力，具有十分重要的意义。

二、国内外各高等院校实验教学改革措施及成效

在实验教学环节，国内许多大学都非常注重开设综合性、设计性和研究创新性的实验[1]（108-109）[2]（75-76）[3]（19-22）[4]（87-90）[5]（43-44）[6]（128-129），实行多层次实验教学。郑州大学[7]（56-59）、华东理工大学[8]（242-244）通过实施综合设计型实验、创新实验等多层次教学环节，提高了学生的积极性，培养了学生的综合素质。天津大学[9]（55-57）、大连海事大学[10]（101-103）调整了原有的实验项目，增加了综合性的实验项目，学生根据所学理论知识，查阅相关资料，设计实验工艺方案，独立完成实验，进一步感性认识材料的成分、组织、性能三方面之间的关系，掌握了材料组织性能分析的基本手段和操作技能。

中南大学注重创新素质的培养，开展“大学生走进科研”“大学生创新实验”，设计了综合性实验，并出版了金属材料科学与工程实验教程，其中除了各门课程的独立实验项目指导书以外，还包含综合性、设计性和研究创新性实验指导书[11]（32-33）;共建实践基地、搭建创新实验室[12]（161-164）。

南京工业大学[13]（52-54）、广东工业大学[14]（336-337）等高校都对金属材料工程专业综合实验教学进行了有益的探索，获得了很好的效果。实践表明，开设设计性与综合性实验，提高学生学习的积极性和主动性，有利于全面训练学生的实验技能、培养学生的综合素质及提高学生的创新能力。

欧美等西方发达国家对实验教学的工程化、研究性更为重视，十分注重对应用型人才的培养[15]（122-125）。他们主张：大学应该让学生从材料科学与工程总体上理解，而不应该简单孤立地讲授金属冶炼、陶瓷、高分子等单方面的知识。与国内不同的是，西方发达国家每次实验的学生人数很少，实验教学中非常重视利用理论知识对实验现象进行解释，除课程实验外，还组织学生到工厂或公司参观学习，以便增加感性认识。

综上所述，目前国内大学非常注重学生实验课程体系的改革，力求使实验从以前的单一验证性实验转化为综合性、设计性和研究创新性实验。国外大学高度重视学生实践能力的培养，有完善的实验室开放制度，可以自主进行实验。但是由于各高等院校的办学条件及专业特色各不相同，因此各校实验教学改革内容有很大区别，所取得的改革成效也有所差异。

三、逐步完善多层次、具有特色的实验教学体系

1.继承精华，减少传统性实验项目比例。

在原来的实验教学计划中，各门课程分别设置了传统实验项目，虽然这些实验多是验证型、演示型实验，但是还是能够指导或帮助初次进入实验室的学生熟悉和遵守实验室的管理规章制度、增强实验安全意识、正确使用实验设备、掌握实验方法和手段，为提高学生的综合实验水平和开展创新性实验打下坚实的基础。因此，可以从中精选部分代表性的实验项目安排在学生实验教学初期。

2.开拓创新，增加综合性、设计性和研究创新性实验。

随着实验室仪器设备的更新换代，结合湘潭大学金属材料工程专业实验室的办学资源及科研特色，增加综合性、设计性和研究创新性实验。如“金属学原理”，根据本专业实验室的科研特色及现代企业生产实际情况，结合应用表面工程防腐技术、原子扩散理论等知识点，以科研项目为导向[16]（47-50），新增开了“热浸镀锌技术”这种研究创新性实验。这种实验新颖别致、贴近实际应用，很好地激发了学生的学习兴趣，既开阔了学生的视野，又通过实验巩固了课程中的知识点，提高了学生的综合素质。

根据2017版的培养方案，设计出“专业实验”和“专业综合实验”实验教学环节对应、辅助专业主干课程。在大学三年级的第二学期期末，在专业基础课程及专业课大部分已完成的前提下，课题组教师结合自己的科研课题及研究方向，针对学生掌握上述课程知识的实际情况，设计出多个专业综合性实验项目，包含金属材料热处理、相图实验测试、表面防腐、计算机在材料科学中的应用等。学生根据自己的兴趣爱好，自由分组，选择实验项目，相对独立地完成实验任务。这种专业综合性实验要求学生独立查阅中英文科技文献，制定实验方案，制备及检测实验样品，并对实验结果进行分析处理，通过这一系列综合实验，学生基本熟悉了科研过程，为毕业论文和以后研究生科研能力的培养打下了坚实基础。

3.加强组织学科竞赛。

我国有众多全国性学科竞赛项目，其中面向金属材料工程专业学生的主要有全国大学生金相技能大赛和全国大学生材料热处理大赛。我校每年上半年组织材料类学生进行相关实验技能的培训，通过多次选拔赛，择优挑选出3人—5人的竞赛小组，再由指导教师一对一地进行专项培训直至参加比赛。在近几年的这两项全国性比赛中都取得了优异的成绩，在参加比赛的全国一百多所高校中名列前茅，逐步形成了品牌影响力。

4.强化金工实习及毕业实习。

在实验教学计划中，金属材料工程专业学生在大二年级学习结束后，在学校金工实习基地进行为期半个月的专门针对材料加工技术方面（如：铣工、车工、磨削、焊接、铸造等）的培训，学生自己动手操作。在大三学习结束后，学校组织学生进入一些有代表性的工厂和企业进行为期半个月的毕业实习。学生进入工厂，新鲜感强，积极性高，能主动跟带队教师和现场技工或工程师进行技术交流，学到不少平时接触不到的知识。通过金工实习及毕业实习这两个现场教学实践环节，学生进一步了解金属材料加工的全过程、感受企业的生产氛围、培养生产安全意识、了解企业生产管理环节和锻炼实际生产操作技能，为将来进入企业工作打下了坚实的基础。

学校积极建设优秀实习基地，目前已建立了相对稳定的校外专业实习基地，有中国一拖集团有限公司、华凌钢铁集团有限公司、株洲冶炼集团有限公司等优秀基地，既满足了学生毕业实习的要求，提高了学生的综合素质，又为高校教师广泛开展与企业的科技合作，共同承担科研项目和任务，走产、学、研相结合的道路创造了良好的条件。

5.加强实验教学质量监控。

由于部分学生积极性不高，迟到早退现象时有发生，为了扭转这种被动局面，一定要加强管理，建立了学校、学院两级教学督导员随机查课制度[17]（179-182）。在实验教学过程中对学生完成实验项目的质量、老师教学质量进行监控、考核与反馈评价，建立与完善实验教学督导机制，制定实验室工作规程和相应规章制度，要求学生签到，教师根据学生实验过程的表现及实验报告评定实验成绩。严格按照工程教育认证标准建立质量监控机制，通过这些管理方式进一步提高学生的积极性，确保实验教学质量。

四、改革措施实施效果

通过实施上述一系列实验教学改革措施，我校在金属材料工程专业学生的培养方面取得了良好的效果，提高了学生的学习兴趣及独立实验操作能力。学生在受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练后，能够很好地独立完成毕业论文任务，并且能很快地适应后续的研究生科研学习或企业的生产管理。毕业生进入的研究院校和生产企业单位反馈意见良好，实现了实验教学改革的预期目标。2019年获得了湖南省高等教育教学成果奖二等奖。

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湖南省教育规划一般项目：综合性大学材料类本科生实验教学体系改革探讨（XJK18CGD062）。