材料科學(xué)與工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與思考

李峻峰,邱克輝,林金輝,管登高

(成都理工大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)院,成都 610059)

材料科學(xué)與工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與思考

李峻峰,邱克輝,林金輝,管登高

(成都理工大學(xué) 材料與化學(xué)化工學(xué)院,成都 610059)

綜合實(shí)驗(yàn)是材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)中的重要組成部分。近年來成都理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)在綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,采取優(yōu)化綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,改進(jìn)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)模式,充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源,形成綜合實(shí)驗(yàn)體系管理及優(yōu)化考核措施等方法,取得了良好效果。未來還可在上述諸方面繼續(xù)改進(jìn)。

材料科學(xué)與工程;綜合實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

一、引言

當(dāng)代材料科學(xué)與工程專業(yè)人才在具備材料的制備與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用等多方面的知識(shí)的同時(shí),還應(yīng)該具備實(shí)踐與創(chuàng)新的綜合素質(zhì)[1]148-149。在材料科學(xué)與工程人才培養(yǎng)中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)是專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃的重要組成部分,是為學(xué)生構(gòu)建合理知識(shí)結(jié)構(gòu)、培養(yǎng)動(dòng)手能力和創(chuàng)造性思維的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[2]54-56。

根據(jù)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要求,材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)以能力培養(yǎng)為核心,以圍繞促進(jìn)學(xué)生掌握理論知識(shí)、提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和完善個(gè)人素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展為中心目標(biāo),開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和內(nèi)容改革[3]30-32。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革要求在內(nèi)容上突出和完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的有機(jī)結(jié)合,強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)研究相結(jié)合,不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與方法。

作為四川省高校特色專業(yè),我們積極探索材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)體系中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。近年來結(jié)合應(yīng)用研究型人才培養(yǎng)目標(biāo)和市場(chǎng)需求,我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)施了成都理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué),取得了較好的效果。

二、綜合實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中的地位

為了培養(yǎng)具有堅(jiān)實(shí)材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)、掌握材料現(xiàn)代研究方法,并具備能夠從事多種材料合成制備、性能與結(jié)構(gòu)分析研究、新材料開發(fā)及應(yīng)用的“寬口徑、厚基礎(chǔ)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”的材料科學(xué)與工程專業(yè)人才[4]54,57,以“深化課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、加強(qiáng)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ?xùn)練、注重創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)”為宗旨,根據(jù)材料科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求,我校材料科學(xué)與工程專業(yè)構(gòu)建了“大材料”學(xué)科共同的知識(shí)和技能平臺(tái)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,即專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)-專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)-研究與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系,[2]54-56如圖1所示。

第一,以專業(yè)基礎(chǔ)理論課程學(xué)習(xí)為前提,專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生進(jìn)行材料的組成、結(jié)構(gòu)、合成與制備、材料測(cè)試與評(píng)價(jià)的基本方法的訓(xùn)練;第二,綜合實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生掌握一定專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上,對(duì)他們進(jìn)行合成制備工藝的初步設(shè)計(jì)、工藝與性能關(guān)系、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的綜合訓(xùn)練;第三,研究與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生掌握一定專業(yè)綜合知識(shí)和綜合實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上,對(duì)他們進(jìn)行材料體系、結(jié)構(gòu)、工藝的設(shè)計(jì)與優(yōu)化以及材料應(yīng)用等方面的研究與創(chuàng)新性訓(xùn)練。

圖1 材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

在這個(gè)三層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中,專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)處于承上啟下的一個(gè)重要地位,其作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1.實(shí)現(xiàn)對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的綜合性鞏固和提高

在材料的合成制備工藝初步設(shè)計(jì)中,充分體現(xiàn)了對(duì)多種合成制備工藝的認(rèn)知鞏固和強(qiáng)化,并將工藝與性能關(guān)系、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系等材料科學(xué)與工程中的幾大要素充分結(jié)合,將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)技能有機(jī)地結(jié)合起來,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力,以實(shí)現(xiàn)對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)理論知識(shí)的綜合性鞏固提高訓(xùn)練。

2.實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的綜合訓(xùn)練

在專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中,對(duì)材料結(jié)構(gòu)、材料合成與制備、材料測(cè)試與評(píng)價(jià)的基本方法都是獨(dú)立分模塊完成的,而這些材料的基本研究方法和技能可以在綜合實(shí)驗(yàn)中得到系統(tǒng)性的綜合訓(xùn)練與培養(yǎng)。

3.為研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)技能打下良好基礎(chǔ)

進(jìn)行了系統(tǒng)的材料綜合實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)之后,學(xué)生在材料研究方面的綜合思維和實(shí)驗(yàn)技能已得到較好鍛煉,為學(xué)生進(jìn)一步的自主設(shè)計(jì)研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了必要條件。

三、綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐

近年來,隨著我國(guó)高等教育規(guī)模不斷擴(kuò)大,質(zhì)量意識(shí)、教學(xué)管理、經(jīng)費(fèi)投入、實(shí)驗(yàn)條件、本科學(xué)生和指導(dǎo)教師等教學(xué)要素[5]163-166與提高材料類綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量之間形成了矛盾。與此同時(shí),隨著各級(jí)組織對(duì)高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的加強(qiáng)以及本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程的實(shí)施,綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)正在得到進(jìn)一步重視和加強(qiáng),影響提高綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的矛盾正在得到逐步解決。

本專業(yè)目前安排綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)時(shí)間為兩周,要求學(xué)生根據(jù)教師下達(dá)的實(shí)驗(yàn)題目,在相近材料體系中選擇兩種材料,或一種材料選擇兩種合成制備方法,設(shè)計(jì)出較為合理的合成制備與測(cè)試方案,利用材料制備實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料合成制備,利用材料成分測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、材料組織結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室、材料物理性能表征實(shí)驗(yàn)室對(duì)所制備的材料成品的成分、組織結(jié)構(gòu)、各種物理性能進(jìn)行分析測(cè)試,并對(duì)兩種材料或兩種合成方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比分析,取得了較好的教學(xué)效果。以下對(duì)近年來本專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了初步總結(jié)。

1.優(yōu)化綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

過去傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較依賴于理論課程,大多數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以驗(yàn)證型為主,這既不利于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性,也不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性,教學(xué)效果不理想。

在綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)上,我們近年來尤其重視引入前沿內(nèi)容,采用的方式是提出不同使用性能要求的材料如發(fā)光粉體(如鋁酸鹽發(fā)光粉體、釩酸鹽發(fā)光粉體)、光催化降解納米粉體(如納米 TiO2、納米CeO2)、電子陶瓷(如 BaTiO3陶瓷、SrTiO3陶瓷)、生物陶瓷(如羥基磷灰石陶瓷、磷酸三鈣陶瓷)等新材料體系與材料前沿研究相結(jié)合。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充分體現(xiàn)綜合性與系統(tǒng)性,要求學(xué)生選擇兩種體系相近的材料(如鋁酸鹽發(fā)光粉體和釩酸鹽發(fā)光粉體),或者一種材料選擇兩種合成制備方法(如鋁酸鹽發(fā)光粉體的固相合成和燃燒合成),在查閱文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案,擬定原料配比、合成制備工藝方法與工藝條件,并合成制備目標(biāo)材料,進(jìn)一步對(duì)合成制備的不同材料或不同方法得到的材料進(jìn)行測(cè)試分析和性能評(píng)價(jià),并進(jìn)行綜合對(duì)比分析。通過對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化,使學(xué)生一方面得到了理論運(yùn)用與實(shí)驗(yàn)技能的綜合培養(yǎng),另一方面也為今后的研究與創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),取得了較好的教學(xué)效果。

2.改進(jìn)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)模式

材料綜合實(shí)驗(yàn)的綜合性強(qiáng)、涉及內(nèi)容范圍廣且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容具有相當(dāng)?shù)撵`活性,因此對(duì)指導(dǎo)教師的要求較高,需要指導(dǎo)教師具有強(qiáng)烈的質(zhì)量意識(shí)、高度的責(zé)任心、較高的學(xué)術(shù)與技術(shù)水平、豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與方法等基本素質(zhì)[6]88-91。但是在高等教育規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下,隨著學(xué)生數(shù)量的快速增長(zhǎng),優(yōu)秀指導(dǎo)教師資源相對(duì)不足是當(dāng)前許多高校都面臨的一個(gè)問題。

我們?cè)诙嗄甑木C合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中,構(gòu)建了綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)團(tuán)隊(duì),其模式如下:團(tuán)隊(duì)由一名負(fù)責(zé)教師和多名指導(dǎo)教師組成,由教學(xué)科研經(jīng)驗(yàn)豐富的教師擔(dān)任負(fù)責(zé)教師,負(fù)責(zé)對(duì)指導(dǎo)教師進(jìn)行業(yè)務(wù)指導(dǎo)與協(xié)調(diào);團(tuán)隊(duì)教師可根據(jù)不同的學(xué)科專長(zhǎng)與特點(diǎn),由擅長(zhǎng)合成制備、測(cè)試分析等的多名教師組成,對(duì)所負(fù)責(zé)的學(xué)生或?qū)嶒?yàn)環(huán)節(jié)進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。該綜合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)模式可充分發(fā)揮優(yōu)秀指導(dǎo)教師的作用,可將不同專長(zhǎng)與特點(diǎn)的教師進(jìn)行有效組織,形成良好的指導(dǎo)團(tuán)隊(duì),優(yōu)質(zhì)高效的實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該綜合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)模式還可對(duì)青年教師的成長(zhǎng)起到良好的“傳、幫、帶”作用,有利于青年教師的培養(yǎng)。

3.充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源

材料綜合實(shí)驗(yàn)的綜合性、系統(tǒng)性與靈活性對(duì)實(shí)驗(yàn)資源提出了較高要求,而在高等教育規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下,實(shí)驗(yàn)空間、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等實(shí)驗(yàn)資源相對(duì)匱乏是目前很多高校面對(duì)的又一問題。

在綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐中,我們首先介紹本專業(yè)的材料制備綜合實(shí)驗(yàn)室、粉體制備實(shí)驗(yàn)室、高溫實(shí)驗(yàn)室、顯微結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室、材料力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)室、材料物理性能實(shí)驗(yàn)室、SEM實(shí)驗(yàn)室、DSC-TG實(shí)驗(yàn)室、FTIR實(shí)驗(yàn)室、XRD實(shí)驗(yàn)室等實(shí)驗(yàn)室的基本條件與儀器設(shè)備情況,并要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室條件基礎(chǔ)上制定合理可行的實(shí)驗(yàn)方案,在此基礎(chǔ)上盡可能開放實(shí)驗(yàn)空間,對(duì)大型儀器實(shí)行預(yù)約制度,以實(shí)現(xiàn)有限實(shí)驗(yàn)資源的利用最大化。

4.形成綜合實(shí)驗(yàn)體系管理

材料綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及范圍廣,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排中的靈活性強(qiáng),使得綜合實(shí)驗(yàn)運(yùn)行時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)空間等的管理方面較為困難。

教學(xué)實(shí)踐中,一方面我們將本專業(yè)實(shí)驗(yàn)室分為合成制備、一般性能測(cè)試和大型精密儀器三大類,每一類實(shí)驗(yàn)室均配備團(tuán)隊(duì)教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室人員、大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備預(yù)約等方面的協(xié)調(diào)組織與管理。另一方面根據(jù)學(xué)生所選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分組,由具有一定組織能力和責(zé)任心的同學(xué)擔(dān)任組長(zhǎng)負(fù)責(zé)對(duì)組內(nèi)同學(xué)的實(shí)驗(yàn)安排進(jìn)行協(xié)調(diào),每組均有團(tuán)隊(duì)教師全程指導(dǎo)。這樣就形成了以實(shí)驗(yàn)室協(xié)調(diào)和實(shí)驗(yàn)課程組織兩方面為主要內(nèi)容的綜合實(shí)驗(yàn)體系管理,保證了綜合實(shí)驗(yàn)的順利運(yùn)行并取得了良好教學(xué)效果。

5.豐富考核方式

綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐中,我們發(fā)現(xiàn)由于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方案有很大的獨(dú)立性和靈活性,使得實(shí)驗(yàn)考核較為困難。

因此在綜合實(shí)驗(yàn)考核中,近年來我們主張的基本原則是重過程而不重結(jié)果。在成績(jī)構(gòu)成中,出勤情況和實(shí)驗(yàn)態(tài)度、實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)手能力、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等均在總成績(jī)中有所體現(xiàn),這樣可以比較全面的反應(yīng)出學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

四、進(jìn)一步提高綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的思考

根據(jù)近年來我們?cè)诰C合實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的問題和教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié),對(duì)進(jìn)一步提高綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提出以下認(rèn)識(shí)和思考。

根據(jù)綜合實(shí)驗(yàn)的課程目的和特點(diǎn),綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)不僅要為理論課程服務(wù),同時(shí)也要培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)研究和實(shí)踐創(chuàng)新能力,是學(xué)生學(xué)會(huì)用材料工程觀念分析與思考問題的重要手段。因此今后仍然需要嘗試采用其它方式不斷優(yōu)化綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,使綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容充分體現(xiàn)綜合性、系統(tǒng)性與前沿性。

綜合實(shí)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)模式可較好地解決優(yōu)秀指導(dǎo)教師資源相對(duì)較少的基本矛盾,充分利用有限的優(yōu)秀教師資源,并能幫助青年教師快速成長(zhǎng),是一種較好的指導(dǎo)模式,可在今后教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)展與完善這一指導(dǎo)模式。

在實(shí)驗(yàn)資源利用上,除盡量采用實(shí)驗(yàn)空間開放、實(shí)驗(yàn)儀器預(yù)約等方式外,還可在合理可行的條件下探索綜合實(shí)驗(yàn)時(shí)間上不再集中安排而相對(duì)分散等方式,同時(shí)結(jié)合綜合實(shí)驗(yàn)體系建設(shè),進(jìn)一步加強(qiáng)和完善對(duì)實(shí)驗(yàn)室的協(xié)調(diào)管理和對(duì)實(shí)驗(yàn)課程組織方式的管理,以盡可能充分利用有限實(shí)驗(yàn)資源,進(jìn)一步提高綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的考核方法沒有固定的模式,形式采用可以是多種多樣的,比如隨機(jī)提問考核、書面考核、現(xiàn)場(chǎng)操作考核等,方法不一。只要是以專業(yè)理論知識(shí)的綜合性和實(shí)驗(yàn)技能的綜合性為考核目標(biāo),能夠客觀、全面的反映學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?多種考核方式均可在今后的綜合實(shí)驗(yàn)考核中嘗試采用。

五、結(jié)語

教學(xué)改革是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,除了教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革與探討外,還必須更新教育觀念,強(qiáng)調(diào)教學(xué)效果。材料科學(xué)與工程專業(yè)的綜合實(shí)驗(yàn)以其綜合性、系統(tǒng)性的基本特點(diǎn)和承上啟下的重要地位,更成為材料教學(xué)改革中一個(gè)值得深入研究的課題。今后成都理工大學(xué)材料材料科學(xué)與工程系也將不斷地關(guān)注全國(guó)其它院校材料學(xué)科綜合實(shí)驗(yàn)課程改革的發(fā)展動(dòng)向,為提高學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)技能而不斷努力。

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Abstract:Comprehensive experimental is an important part of major talent cultivation for materials science and engineering.In the comprehensive experimental teaching of materials science and engineering in Chengdu University of Technology recent years,the measures about optimizing experimental content,improving team-based guidance mode,adequately using existing resource to form management system and majorizing evaluation mode were put into practice,and favorable teaching effects were achieved.The above-mentioned measures should be further improved in future.

Key words:materials science and engineering;comprehensive experimental;teaching reform

(責(zé)任編輯:韓冬苗)

Practice and Consideration about Comprehensive Experimental Teaching for Materials Science and Engineering

LI Jun-feng,Qiu Ke-hui,LIN Jin-hui,GUAN Deng-gao
(College of Material and Chemistry&Chemical Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China)

G642.423

A

1672-0539(2010)02-078-04

2010-02-24

四川省本科高校特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目(2008-422);成都理工大學(xué)教改項(xiàng)目“基于地學(xué)特色的材料與化學(xué)化工類本科人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐”

李峻峰(1976-),男,四川會(huì)理人,博士,講師。研究方向?yàn)?材料與化工化學(xué)。