材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐與探討

王卓++房明瑞

摘 要：基于培養(yǎng)材料物理專業(yè)本科生的創(chuàng)新思維、動(dòng)手能力和獨(dú)立分析解決問題的能力，學(xué)校開設(shè)了綜合實(shí)驗(yàn)課程。針對材料物理專業(yè)特色和專業(yè)計(jì)劃培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)校教學(xué)、科研條件，對本校材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了改革。文章涵蓋了綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀、改革方法以及實(shí)踐成效等方面的內(nèi)容，深入探討了材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的改革過程中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)模式以及考核方式方面的實(shí)施方法。實(shí)踐證明，通過對材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的改革，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，學(xué)生的綜合素質(zhì)明得到顯提高。

關(guān)鍵詞：材料物理專業(yè)；綜合實(shí)驗(yàn)；改革；實(shí)踐

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2014）17-012-02

理工類學(xué)科之間的相互交叉和滲透，對材料物理專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)提出了更高的要求。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是培養(yǎng)大學(xué)生專業(yè)素質(zhì)的重要途徑，而且還可通過實(shí)驗(yàn)過程中的思維、設(shè)計(jì)、操作、觀察、規(guī)范、創(chuàng)造、總結(jié)等環(huán)節(jié)對思想道德素質(zhì)的鑄造、文化素質(zhì)的積累和身心素質(zhì)的調(diào)適等產(chǎn)生影響，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為提高大學(xué)生綜合素質(zhì)不可無或缺的重要教育和教學(xué)環(huán)節(jié)[1]。

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是一種完全有別于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。開設(shè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的在于讓學(xué)生在初步了解專業(yè)理論基礎(chǔ)知識以及科研方法的前提下，通過實(shí)驗(yàn)過程中的實(shí)際操作，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。在綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，造型獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)儀器和奇妙實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都會(huì)引起學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生好奇心和求知欲；從實(shí)驗(yàn)方案的制定到實(shí)驗(yàn)儀器的選用，從實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)施到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，學(xué)生通過手腦并用的過程，不僅掌握了知識和技能，還能培養(yǎng)創(chuàng)新精神，激活創(chuàng)新思維，增強(qiáng)創(chuàng)新能力[2]。實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式相比，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生觀察與判斷、思維與分析、理論與實(shí)踐的綜合能力。

一、綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)是我校材料科學(xué)與工程學(xué)院面向材料物理專業(yè)高年級本科生開設(shè)的的一門必修的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程，安排在第六、七學(xué)期，此時(shí)學(xué)生已經(jīng)基本完成了基礎(chǔ)理論知識的學(xué)習(xí)，初步掌握了一些基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，但是綜合能力和創(chuàng)新能力還大大欠缺。材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的選題，不在于復(fù)雜與簡單，重點(diǎn)在于創(chuàng)新與發(fā)展[3]。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，根據(jù)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要求，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案以及性能測試方法。通過40課時(shí)的材料物理綜合實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對于理論知識的理解，將理論知識應(yīng)用并指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過程，提高動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識和現(xiàn)代研究方法與實(shí)驗(yàn)手段來解決實(shí)際問題的能力，并為畢業(yè)論文以及今后工作打下良好的基礎(chǔ)。

二、綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是構(gòu)成高等學(xué)校課程教學(xué)的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是教學(xué)改革的重要方面，也是目前我國高等教育發(fā)展面臨的難題之一[4]。目前材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)已經(jīng)開設(shè)，但是還存在以下幾方面問題：

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面，內(nèi)容相對陳舊，未隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及時(shí)更新；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在技術(shù)手段上有部分重復(fù)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式方面，未能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，學(xué)生的創(chuàng)造能力和潛在的自學(xué)能力得不到充分發(fā)揮，嚴(yán)重影響和制約了創(chuàng)造性人才的成長。在實(shí)驗(yàn)考核模式上，未體現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相互輔助作用，僅限于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的思路不清晰，對目的認(rèn)識不夠深刻。

基于以上這些原因制約著學(xué)生的創(chuàng)新思維，綜合實(shí)驗(yàn)未達(dá)到所設(shè)想的成效。

三、綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方法

1、更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

針對材料物理專業(yè)特色和本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)定位于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方向等實(shí)際情況，重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和大綱。依據(jù)學(xué)校專業(yè)計(jì)劃培養(yǎng)目標(biāo)，明確綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同層次的目的，使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)聯(lián)系、緊密結(jié)合，既要符合教學(xué)要求，還要突出綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢。隨著高新技術(shù)與材料的快速發(fā)展，材料的制備工藝以及性能測試的方法與手段種類繁多，在有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)選取具有代表性的、具有我校特色的研究方向的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有針對性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的制備和測試過程。本校對材料物理專業(yè)開設(shè)的綜合實(shí)驗(yàn)可分為必做和選做兩部分。必做實(shí)驗(yàn)開設(shè)了鈦酸鋇鐵電陶瓷粉體及材料的制備、氧化鋅壓敏電阻的制備及濕法制備氧化鋅粉體；選做實(shí)驗(yàn)開設(shè)了磁性材料制備及性能測試、溶膠-凝膠法制備TiO2粉體及其性能測試。

2、優(yōu)化教學(xué)形式

在教學(xué)過程中，如何調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性是完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的的關(guān)鍵所在。在老師下達(dá)綜合實(shí)驗(yàn)任務(wù)書后，學(xué)生根據(jù)任務(wù)書上的要求，結(jié)合自己所學(xué)專業(yè)知識及個(gè)人興趣，在圖書館，院資料室和網(wǎng)上查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，然后選定或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目。當(dāng)題目確定后，要求學(xué)生根據(jù)所選題目及查閱的相關(guān)文獻(xiàn)資料（要求查閱數(shù)量1～4篇）寫出本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案報(bào)告，內(nèi)容應(yīng)包括文獻(xiàn)綜述、化學(xué)組分設(shè)計(jì)、理論計(jì)算、所需實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及材料藥品和實(shí)驗(yàn)過程、性能測試項(xiàng)目等。

當(dāng)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)后，教師對方案進(jìn)行審查，以可行性和正確行為原則，從學(xué)生的方案中選取部分可行性方案，并組織學(xué)生對方案再次進(jìn)行分析討論，使方案盡可能達(dá)到合理、完善、可行。對未選取的實(shí)驗(yàn)方案，作為學(xué)生資料組織學(xué)生交流討論，同時(shí)老師再給以點(diǎn)評，以擴(kuò)大學(xué)生的知識面。實(shí)驗(yàn)方案確定后，按照3～5個(gè)學(xué)生組成一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組。由實(shí)驗(yàn)小組討論落實(shí)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，然后進(jìn)行實(shí)施。

在實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施過程中，從組成設(shè)計(jì)到試樣制備及性能測試全過程，均以學(xué)生為主體，教師主要針對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的、看到的、想到的、體會(huì)到的問題，采取啟發(fā)式、對比式、提問式和研討式的教學(xué)方法，先與學(xué)生進(jìn)行交流和討論，然后給以講解。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中并不刻意規(guī)定實(shí)驗(yàn)的具體做法，而是根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程不斷提出一系列問題。要求每個(gè)學(xué)生要有工作日志，記下每個(gè)實(shí)施方案的思路，依據(jù)實(shí)驗(yàn)過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)，針對出現(xiàn)的問題分析其原因，以便不斷積累經(jīng)驗(yàn)。這樣既注重最終結(jié)果，更注重整個(gè)過程，使學(xué)生提前感受科研的氛圍。整個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)課程體系完整、內(nèi)容新穎，學(xué)生動(dòng)手參與性強(qiáng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性得到提高。

3、改進(jìn)考核方式

綜合論文和答辯環(huán)節(jié)能充分挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛力，鍛煉總結(jié)、歸納等綜合能力及表達(dá)能力。因此，對于綜合性實(shí)驗(yàn)考核方式的改進(jìn)體現(xiàn)在：綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生按科技論文形式完成一篇論文，并進(jìn)行論文答辯。

綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求學(xué)生以科技論文的形式完成，內(nèi)容包括文摘、文獻(xiàn)綜述、實(shí)驗(yàn)過程、性能測試、分析與討論、結(jié)論、參考文獻(xiàn)、建議和體會(huì)等。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不同，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果也因?qū)嶒?yàn)方案不同而有所差異，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告中結(jié)果分析與討論部分能充分提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛力，鍛煉學(xué)生獨(dú)立分析分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力。通過論文答辯環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識綜合實(shí)驗(yàn)的目的和意義，對實(shí)驗(yàn)的過程和思路進(jìn)行系統(tǒng)地整理，不僅能夠鍛煉勇氣和表達(dá)能力，而且為本科畢業(yè)答辯奠定良好基礎(chǔ)。

四、綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐成效

通過一年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)踐，使材料物理綜合實(shí)驗(yàn)更加符合材料物理本科生層次，拓寬本科生綜合性及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，滿足材料物理專業(yè)培養(yǎng)的要求。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容方面，更新和豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，充分挖掘?qū)W生潛能；改進(jìn)實(shí)驗(yàn)考核方式，重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。實(shí)踐證明，通過對材料物理專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的改革，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，學(xué)生的綜合素質(zhì)大大提高，越來越多的學(xué)生積極主動(dòng)參與各項(xiàng)科研活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)：

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