專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

摘 要：專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)是材料類專業(yè)一門(mén)重要的實(shí)踐性教學(xué)課程。為提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，高校需要對(duì)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，實(shí)行“自助式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。實(shí)踐結(jié)果表明，專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革在提高學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力方面取得了良好的效果，同時(shí)也促進(jìn)了教師專業(yè)水平的提高。

關(guān)鍵詞：專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；自助式；材料類專業(yè)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)工作的重要組成部分，與理論教學(xué)相輔相成。材料類專業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)該專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力的培養(yǎng)具有重要意義。近年，許多高校對(duì)材料類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，開(kāi)設(shè)了各種模式的綜合型實(shí)驗(yàn)， 取得了一些富有成效的經(jīng)驗(yàn)。中原工學(xué)院專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程是材料科學(xué)與工程專業(yè)、材料成型與控制工程專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一個(gè)重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，屬于獨(dú)立設(shè)置的實(shí)驗(yàn)教學(xué)必修課，目的是使學(xué)生運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)和技能，綜合處理實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為以后從事金屬材料的生產(chǎn)和科研奠定基礎(chǔ)。

中原工學(xué)院材料類專業(yè)從2007級(jí)學(xué)生開(kāi)始，獨(dú)立設(shè)置專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是給出一系列機(jī)械零件名稱及所用的材料，提出技術(shù)要求，要求學(xué)生自由選擇題目，根據(jù)題目要求制訂熱處理工藝方案，并完成相應(yīng)的組織與性能檢測(cè)。專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)，雖然在一定程度上增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與實(shí)踐能力， 學(xué)生的自主設(shè)計(jì)、自主學(xué)習(xí)能力都有所提高， 取得了一定的教學(xué)效果，但學(xué)生的積極性、主動(dòng)性及創(chuàng)造性未能得到充分發(fā)揮。為此，課程組對(duì)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革，結(jié)合工程實(shí)際生產(chǎn)與教師的科研項(xiàng)目，增加了一些新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出了專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)“自助式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，經(jīng)過(guò)3年實(shí)施，取得了良好的效果。

一、“自助式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)

“自助式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)是指在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以學(xué)生為主、教師為輔的教學(xué)方法，即以學(xué)生為中心，教師圍繞學(xué)生的思路進(jìn)行輔導(dǎo)教學(xué)，由學(xué)生根據(jù)自己的意愿、興趣完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程。學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、儀器設(shè)備，自主設(shè)計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師僅提供實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提出實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行必要的指導(dǎo)，充分發(fā)揮了學(xué)生的自主性和能動(dòng)性。

“自助式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有以下特點(diǎn)及作用：（1）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量充足，學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)興趣選擇題目，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。（2）一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一般由3～5名學(xué)生共同完成，大家相互討論制訂實(shí)驗(yàn)方案，分工合作，共同完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神、協(xié)調(diào)能力及組織能力。（3）實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)過(guò)程由小組學(xué)生自主完成，能夠培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力及創(chuàng)新能力。（4）實(shí)驗(yàn)設(shè)備由學(xué)生自己選擇，設(shè)備的參數(shù)由學(xué)生自己調(diào)試，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作態(tài)度和實(shí)踐能力。（5）“自助式”實(shí)驗(yàn)不同于以往的簡(jiǎn)單驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，具有綜合性、設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性。一個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅需要以前學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且需要一些未曾接觸過(guò)的新知識(shí)，需要學(xué)生去查閱相關(guān)資料，有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力及查閱文獻(xiàn)資料的能力。（6）學(xué)生自選項(xiàng)目多樣，涉及的知識(shí)比較寬泛，需要指導(dǎo)教師有寬廣的知識(shí)面，這樣指導(dǎo)學(xué)生才能得心應(yīng)手。

二、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)作為中原工學(xué)院材料類專業(yè)的一門(mén)課程，注重對(duì)學(xué)生進(jìn)行綜合技能的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力。

選題是綜合實(shí)驗(yàn)的第一步。在選題時(shí)，應(yīng)充分考慮實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論課程的關(guān)聯(lián)性，依托理論課程體系的學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)課和專業(yè)方向課平臺(tái)構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)體系。同時(shí)，緊密結(jié)合各專業(yè)當(dāng)前的發(fā)展方向，注重選題的新穎性。綜合實(shí)驗(yàn)的題目可以與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，也可以與教師的科研課題相結(jié)合，還可以由學(xué)生自己提出，老師審定。每一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)都以某一零件的材料選擇為主線，綜合運(yùn)用了多門(mén)理論課知識(shí)和多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能。經(jīng)過(guò)近幾年的實(shí)踐，最后精選出三個(gè)方向的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（每個(gè)方向的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都有具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求）：（1）常用機(jī)械零件的熱處理及組織與性能分析，要求每個(gè)小組在所給的零件中任選其一，然后進(jìn)行組織和性能分析。（2）等離子表面改性處理及組織與性能分析，要求每個(gè)小組在給定的基體材料、熔覆粉末及處理方式中至少選擇一種基體材料、一種處理方式，若進(jìn)行熔覆處理只選擇一種粉末，先進(jìn)行表面改性處理，然后分析其組織和性能。（3）合金的設(shè)計(jì)與熔煉及組織與性能分析，要求每個(gè)小組在給定的材料中熔煉一組不同成分的合金，然后分析其組織和性能。每個(gè)實(shí)驗(yàn)題目由3～5人為一組完成。學(xué)生可以根據(jù)自己的意愿和專業(yè)知識(shí)興趣選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，指導(dǎo)老師只提出最終實(shí)驗(yàn)要求。這樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)要求學(xué)生能夠?qū)⒉牧峡茖W(xué)基礎(chǔ)、材料性能與檢測(cè)、金屬材料及熱處理等相關(guān)理論知識(shí)結(jié)合，達(dá)到理論知識(shí)的有機(jī)融合；將熱處理工藝操作技術(shù)、金相試樣制備技術(shù)、金相組織攝影及分析技術(shù)、相關(guān)性能測(cè)試技術(shù)等相關(guān)實(shí)驗(yàn)技能結(jié)合，達(dá)到實(shí)驗(yàn)技能的有機(jī)融合。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以達(dá)到對(duì)學(xué)生進(jìn)行運(yùn)用理論知識(shí)，提高實(shí)驗(yàn)技能、分析能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)綜合訓(xùn)練的目的。

三、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織與實(shí)施

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間為2周， 主要安排在大四上學(xué)期，在學(xué)生學(xué)完全部專業(yè)課并具備了基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)。具體做法是：學(xué)生自由組合成小組，每個(gè)小組選擇一個(gè)題目，由小組擬定實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立操作與分析判斷實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，最后進(jìn)行匯報(bào)答辯。如果學(xué)生選擇一個(gè)具體的零件，就要按照零件的技術(shù)要求，進(jìn)行合理選材，安排加工工藝路線，畫(huà)出熱處理工藝曲線，明確如何檢測(cè)熱處理后的組織和力學(xué)性能。經(jīng)指導(dǎo)教師審閱合格后，學(xué)生才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，按照制定的工藝路線進(jìn)行熱處理，制作金相試樣觀察組織并測(cè)試、分析材料的性能，比較處理前后材料組織性能的變化及其規(guī)律。整個(gè)實(shí)驗(yàn)由學(xué)生獨(dú)立完成，由學(xué)生自主查閱相關(guān)資料、確定實(shí)驗(yàn)工藝、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程的組織和實(shí)施中，每一組學(xué)生都由理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師（兩位教師）指導(dǎo)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師只解答學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題，引導(dǎo)他們獨(dú)立思考，學(xué)會(huì)解決具體問(wèn)題的方法和步驟， 鍛煉學(xué)生的思維方法及綜合處理解決問(wèn)題的能力，從而促使學(xué)生由被動(dòng)接受一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鬟\(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，有效提高了學(xué)生的創(chuàng)造思維能力，鍛煉了其獨(dú)立實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)了其材料工程意識(shí)。

實(shí)驗(yàn)后的總結(jié)非常重要，它是學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的重要環(huán)節(jié)。要求學(xué)生首先獨(dú)立思考，然后相互討論，將實(shí)驗(yàn)以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式進(jìn)行總結(jié)。報(bào)告內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)果分析，最后以小組為單位做成PPT，進(jìn)行匯報(bào)答辯。小組之間可以互相提問(wèn)、討論，最終由教師點(diǎn)評(píng)。通過(guò)匯報(bào)、小組之間的提問(wèn)及教師點(diǎn)評(píng)，有助于學(xué)生對(duì)各自試驗(yàn)結(jié)果與相似小組進(jìn)行比較，從而加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理解，拓展學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生復(fù)習(xí)理論知識(shí)的積極性；既提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為以后從事材料科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)，又能增強(qiáng)學(xué)生的成就感，培養(yǎng)他們的專業(yè)興趣及愛(ài)崗敬業(yè)的職業(yè)道德。

每個(gè)小組的最終成績(jī)由指導(dǎo)教師和其他小組綜合評(píng)定，指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)占60%，學(xué)生評(píng)價(jià)占40%。指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)小組的整體實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)進(jìn)展情況、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析討論情況、報(bào)告的質(zhì)量及匯報(bào)答辯情況進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，給出每個(gè)小組的成績(jī)。同樣，每個(gè)小組也同時(shí)給出其他小組的成績(jī)。綜合教師和小組評(píng)定，最后給出每個(gè)小組的成績(jī)。小組內(nèi)每個(gè)學(xué)生的成績(jī)由指導(dǎo)教師和小組組長(zhǎng)根據(jù)其綜合表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量在小組成績(jī)基礎(chǔ)上給出。實(shí)驗(yàn)評(píng)判鼓勵(lì)創(chuàng)新，只要有創(chuàng)意，實(shí)驗(yàn)思路明晰，操作無(wú)誤，分析準(zhǔn)確到位，結(jié)果合理，就可以評(píng)定為優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這樣評(píng)分既公平，又能提高學(xué)生的參與意識(shí)和積極性。

四、專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施效果

1.提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力

通過(guò)近幾年的專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課教學(xué)訓(xùn)練，學(xué)生普遍反映動(dòng)手能力得到了很大的提高。大多數(shù)學(xué)生能夠獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，熟練掌握熔煉設(shè)備、表面處理設(shè)備、熱處理設(shè)備的操控及金相試樣的制備、金相組織觀察與攝影、力學(xué)性能測(cè)試等材料專業(yè)基本實(shí)驗(yàn)技能，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中一些新思維、新想法不斷涌現(xiàn)，這對(duì)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了積極的推動(dòng)作用，有利于培養(yǎng)具有開(kāi)拓意識(shí)、創(chuàng)新能力的新型人才。此外，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要小組同學(xué)之間相互協(xié)作，又培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神及協(xié)調(diào)能力。

2.提高了教師的專業(yè)水平

“自助式”專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)對(duì)指導(dǎo)教師提出了較高的要求，要求指導(dǎo)教師必須提供充足的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，供學(xué)生自由選擇。此外，學(xué)生在綜合實(shí)驗(yàn)及小組匯報(bào)答辯過(guò)程中都會(huì)遇到各種各樣的理論和實(shí)際問(wèn)題，有些問(wèn)題需要指導(dǎo)教師查閱相關(guān)資料或者向企業(yè)工程技術(shù)人員及其他教師請(qǐng)教，經(jīng)過(guò)深入思考才能加以解決，有利于促進(jìn)教師專業(yè)水平的提高。

五、結(jié)語(yǔ)

專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)過(guò)幾年的摸索和實(shí)踐，采用“自助式”實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，取得了良好的效果。學(xué)生通過(guò)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)，提高了基本實(shí)驗(yàn)技能，加深了對(duì)所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的理解，鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際、綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高了對(duì)專業(yè)的認(rèn)知、興趣及工程意識(shí)，為后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)及畢業(yè)后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

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責(zé)編：沐 林