金屬材料設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

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摘要：綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，提高綜合素質(zhì)的重要手段。小課題式綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以開(kāi)發(fā)學(xué)生的研究、總結(jié)、探索、創(chuàng)新的科研興趣，更好地完成高質(zhì)量的科研行為為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)學(xué)生的課程進(jìn)展情況、實(shí)驗(yàn)室條件、結(jié)合教師科研制定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以小課題形式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)探索，學(xué)生最終提交小論文式實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)踐證明，此類綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛱岣邔W(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，激發(fā)其研究興趣，使學(xué)生在材料工程項(xiàng)目管理如設(shè)計(jì)、分析、團(tuán)隊(duì)合作、學(xué)術(shù)交流等環(huán)節(jié)得到專業(yè)訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：綜合性實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力；實(shí)踐教學(xué)

引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)過(guò)程中有著舉足輕重的作用，金屬材料專業(yè)屬于實(shí)踐性較強(qiáng)的學(xué)科，通過(guò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、分析能力，激發(fā)學(xué)生的研究興趣、創(chuàng)新意識(shí)，提高分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力[1]。金屬材料專業(yè)培養(yǎng)的人才，不僅要掌握本專業(yè)的基本知識(shí)和專業(yè)技能，還需要具備解決所學(xué)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的理論和實(shí)踐問(wèn)題的基本能力。為此，提出小課題式綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，以提高學(xué)生科研能力和創(chuàng)新意識(shí)。小課題式綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生具備一定的實(shí)踐基礎(chǔ)，利用學(xué)校教師的科研力量和實(shí)驗(yàn)室條件，學(xué)生通過(guò)查找資料、自己完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)報(bào)告以小論文的形式提交，指導(dǎo)教師只對(duì)學(xué)生的整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程監(jiān)督和協(xié)調(diào)的作用。小課題式綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)的延伸與拓展，是培養(yǎng)學(xué)生具有獨(dú)立科研實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾A段。小課題式綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)[2]。實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研的結(jié)合，將科研中的研究成果轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合實(shí)踐教學(xué)的知識(shí)和技能，以科研促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)及創(chuàng)新能力[3-6]。培養(yǎng)學(xué)生理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的能力，開(kāi)發(fā)學(xué)生的研究、總結(jié)、探索、創(chuàng)新的科研興趣，為更好地完成高質(zhì)量的科研行為做準(zhǔn)備。

1小課題式綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程是在學(xué)生已經(jīng)掌握了基本的理論知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備操作的基礎(chǔ)上而開(kāi)設(shè)的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程。教師的科研成果具有先進(jìn)性和前沿性，所以綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要引入教師的科研方向與科研成果，將科研中最新的理論和成果應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去，以培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)[7]。通過(guò)調(diào)查研究科學(xué)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的改革。根據(jù)本科生專業(yè)課程進(jìn)展情況及學(xué)生接受能力、實(shí)驗(yàn)人員的專業(yè)水平和實(shí)驗(yàn)室條件，提煉、選擇能夠滿足學(xué)生實(shí)踐能力要求的實(shí)驗(yàn)方向和內(nèi)容，其中要考慮到學(xué)生已經(jīng)具備金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)及基本的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的操作訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)定應(yīng)具備樣品的制備以及表征和數(shù)據(jù)分析等多個(gè)材料實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。將本專業(yè)的幾位在科研和教學(xué)上有諸多成果的教師，加入到實(shí)驗(yàn)方案的制定及實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理之中，研究開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出符合實(shí)際的綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)造性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，使學(xué)生樂(lè)于去查找最新文獻(xiàn)資料、有針對(duì)性的使用儀器設(shè)備等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，且實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及教師的研究方向要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。指導(dǎo)教師只對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提出總體要求，引導(dǎo)學(xué)生查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，制定材料制備工藝路線、性能表征、數(shù)據(jù)分析和處理來(lái)提高學(xué)生對(duì)材料科學(xué)理解；讓學(xué)生自己確定實(shí)驗(yàn)方向和確定本組成員的分工，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟，進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)揮學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中的主體作用，強(qiáng)化學(xué)生的獨(dú)立思考的能力，這不僅鍛煉了學(xué)生的專業(yè)能力、分析能力和動(dòng)手能力，還可激發(fā)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神[8]。

2小課題式綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的總體實(shí)施

在金屬材料專業(yè)本科生實(shí)踐教學(xué)中開(kāi)設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以小組為單位完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，要求小組分工明確，做到每人都能夠參與整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，最終以小課題形式提交小論文式實(shí)驗(yàn)報(bào)告，課題式綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)生操作的流程如圖1所示，首先學(xué)生根據(jù)課題自行進(jìn)行分組（2～3人一組）、教師引導(dǎo)查找資料、完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)會(huì)把實(shí)驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果分析寫成小論文，以學(xué)生為中心，讓學(xué)生主動(dòng)面對(duì)問(wèn)題，以此鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力。綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相比，研究的內(nèi)容更全面、更具體，對(duì)學(xué)生綜合能力的要求更高，學(xué)生也需要付出更多的時(shí)間和精力，但也正是這個(gè)過(guò)程可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度以及創(chuàng)新能力。

3實(shí)驗(yàn)考核

綜合實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，不僅要讓學(xué)生“動(dòng)手”，更主要是“動(dòng)腦”，因此對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的考核要探索新的模式，要摒棄以往以實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性來(lái)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)成績(jī)，對(duì)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的實(shí)際能力進(jìn)行動(dòng)態(tài)的、全面的評(píng)價(jià)，進(jìn)行量化考核?？己藢?shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的創(chuàng)新性，參與實(shí)驗(yàn)討論的活躍度，實(shí)驗(yàn)完成情況，要重點(diǎn)考核實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程主要是對(duì)儀器的操作規(guī)范、樣品的制備的整個(gè)流程，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)參與的重要性；實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)主要考核學(xué)生對(duì)樣品性能表征和數(shù)據(jù)的分析能力，允許實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)偏差甚至失敗，只要能分析出失敗原因，同樣可以得高分。金屬材料綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)由12個(gè)實(shí)驗(yàn)組成，總共48學(xué)時(shí)?？己朔绞桨窗俜种茍?zhí)行，根據(jù)平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告及樣品提交的情況綜合評(píng)定。平時(shí)成績(jī)包括實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)（15%）、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器設(shè)備操作能力（15%）、提交樣品情況（10%）、答辯（10%）；最終提交的小論文的格式統(tǒng)一采用學(xué)生論文的編寫格式進(jìn)行編寫，考察格式是否正確（15%）；小論文的內(nèi)容（15%），考察中英文題目是否準(zhǔn)確、中英文摘要是否能反映論文的主題內(nèi)容。小論文中數(shù)據(jù)的處理和分析是否具有科學(xué)性（15%），對(duì)研究?jī)?nèi)容能否提出新問(wèn)題、新見(jiàn)解（5%），如果有創(chuàng)新點(diǎn)，且比較正確，哪怕很少，就給予高分。

4實(shí)驗(yàn)效果

1）激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情。與以往的按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的步驟按部就班的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相比，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的結(jié)果是未知，學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，這大大激發(fā)學(xué)生的好奇心和探索科學(xué)實(shí)踐的興趣，使學(xué)生更加主動(dòng)的面對(duì)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題?？杉ぐl(fā)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)新精神和團(tuán)隊(duì)合作精神。2）提高理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排在大四的上學(xué)期上，樣品的制備、表征和小論文的撰寫都需要用到課堂上學(xué)到的知識(shí)，例如新材料的制備方法、材料性能表征等等。把課堂上的理論轉(zhuǎn)化到綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、制備、表征中，提高學(xué)生理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力。有興趣的學(xué)生還可以以此為基礎(chǔ)，申請(qǐng)大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目，進(jìn)一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。且經(jīng)過(guò)綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練學(xué)生的主動(dòng)性、論文的撰寫的質(zhì)量都明顯有提高。3)通過(guò)該課題的研究與實(shí)踐，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出新的以論文形式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提高學(xué)生的畢業(yè)論文質(zhì)量。在未開(kāi)始綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生在拿到畢業(yè)設(shè)計(jì)課題后，不知從何著手，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理，完全依賴?yán)蠋煹闹笇?dǎo)。開(kāi)始了綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之后，學(xué)生拿到了課題之后，都能夠比較順利的開(kāi)展工作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、性能表征和最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和論文的撰寫，自然畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量也會(huì)提高。

5總結(jié)

綜合性設(shè)計(jì)包含了材料的制備和表征以及多種儀器設(shè)備的操作，完成此實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解材料的制備方法和發(fā)展，制定制備工藝路線和確定實(shí)驗(yàn)參數(shù)，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科研能力起著重要作用。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程掌握實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的操作，在性能表征實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)了對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，在最后的小論文的撰寫中了解和掌握科研論文的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在大四上學(xué)期開(kāi)展綜合實(shí)驗(yàn)2年來(lái)，得到了學(xué)生的歡迎和認(rèn)同，讓他們對(duì)本專業(yè)的研究?jī)?nèi)容和方向有了一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，激發(fā)了他們對(duì)本專業(yè)的熱愛(ài)?？傮w來(lái)說(shuō)取得了較好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，學(xué)生普遍認(rèn)為對(duì)他們以后的科研實(shí)驗(yàn)有很大的幫助。

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作者：王紅俠 李新星 湯亮 單位：宿遷學(xué)院信息工程學(xué)院