材料類專業(yè)實驗課程體系及內(nèi)容的改革與創(chuàng)新

徐風(fēng)廣　楊鳳玲　蔡樹元

摘 要： 材料類專業(yè)實驗課程體系及內(nèi)容的改革是實驗教學(xué)改革的重要組成部分，對于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有非常重要的作用。文章分析了鹽城工學(xué)院材料類專業(yè)實驗課程體系的現(xiàn)狀，并圍繞專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)對課程體系及內(nèi)容進(jìn)行了改革，建立了與理論教學(xué)體系相對應(yīng)的實驗課程體系及內(nèi)容，并對改革后的實驗課程及內(nèi)容的實施效果進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞： 材料類專業(yè) 實驗課程體系 實驗內(nèi)容

實驗教學(xué)是工科高等工程教育教學(xué)體系的重要組成部分，是增加學(xué)生感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生動手能力、分析解決實際問題能力、創(chuàng)新能力，提高工程素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。材料學(xué)科屬于實踐性較強的學(xué)科，發(fā)揮實驗教學(xué)的作用，對于材料類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)就顯得尤為重要。我院材料工程學(xué)院自2007年起對材料類專業(yè)的實驗課程及實驗內(nèi)容建立了以改革試點，率先在校內(nèi)建立了以獨立設(shè)課為特點的實驗教學(xué)體系。多年來，我們從更新實驗教學(xué)觀念出發(fā)，以人才培養(yǎng)目標(biāo)為中心，對專業(yè)實驗課程體系與課程內(nèi)容進(jìn)行了改革與實踐，并取得了一定成效。

1.原有實驗教學(xué)體系的滯后及改革的必要性

長期以來，受過于重視理論教學(xué)的影響，我院材料類專業(yè)在教學(xué)計劃及教學(xué)大綱制定的過程中，總是把實驗教學(xué)附屬于理論教學(xué)，把實驗教學(xué)作為課堂理論教學(xué)的一種完善和補充，不能形成較為完整和相對獨立的實驗教學(xué)體系，原有教學(xué)體系的不足主要表現(xiàn)在以下方面。

1.1實驗項目嚴(yán)重依附理論教學(xué)課程。

表1顯示了我院無機非金屬材料專業(yè)部分主干課程設(shè)置的實驗項目，從表中可以看出，實驗項目嚴(yán)重依附于理論課程，而且從屬性較強，規(guī)模也不大，有的課程實驗項目在內(nèi)容設(shè)置上有重復(fù)現(xiàn)象，整個專業(yè)開設(shè)的所有實驗項目與理論課程體系之間缺乏有機聯(lián)系與銜接，這種實驗項目的設(shè)置不利于相近課程或?qū)I(yè)知識交叉和實踐教學(xué)內(nèi)容的有機融合。

表1 材料類專業(yè)部分主干部課程實驗項目設(shè)置情況

1.2實驗學(xué)時偏少，內(nèi)容陳舊，方法落后。

由于歷史原因，我院材料類專業(yè)過去在教學(xué)計劃和教學(xué)大綱的制定過程中，總是把實驗學(xué)時限定在理論課時的一定百分比之內(nèi)，再加上實驗教學(xué)設(shè)備投入不足，導(dǎo)致實驗學(xué)時嚴(yán)重偏少，有些課程的實驗學(xué)時只有4學(xué)時，實驗項目只有1～2個。從表1可看出，除了實驗學(xué)時偏少外，還存在演示性、驗證性實驗項目偏多，綜合性、設(shè)計性、應(yīng)用性、研究性、創(chuàng)新性實驗項目偏少的問題，有些課程實驗內(nèi)容由于受實驗條件、教材、師資等多方面的影響而多年不變，導(dǎo)致實驗內(nèi)容陳舊，與生產(chǎn)實際、科研嚴(yán)重脫節(jié)，不能及時追蹤生產(chǎn)、科研的最新動向及成果。在實驗教學(xué)方法上，實驗教師都是對實驗原理、目的、操作方法及注意事項等進(jìn)行詳細(xì)的講解或示范，而學(xué)生則是依葫蘆畫瓢地操作，這種實驗教學(xué)內(nèi)容的陳舊呆板和實驗教學(xué)方法的落后，非常不利于學(xué)生創(chuàng)新思維、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，直接影響了人才的培養(yǎng)質(zhì)量和學(xué)生的就業(yè)。

1.3實驗教學(xué)條件體系存在不足。

實驗教學(xué)條件體系不足主要表現(xiàn)在：一是缺乏高水平工程師型師資隊伍，高校教師大多數(shù)是從學(xué)校到學(xué)校，從理論學(xué)習(xí)到理論講授，缺少工程實際的歷練。部分教師的實踐操作能力、實際分析和解決問題的能力不強，只能適應(yīng)一般性技能訓(xùn)練，不能很好地滿足工程實踐型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需要；二是學(xué)校教學(xué)儀器設(shè)備的投入不足，不能滿足學(xué)生自主創(chuàng)新性實驗的需求；三是校外實踐環(huán)境不盡如人意。企業(yè)由于受生產(chǎn)、安全和經(jīng)濟效益等因素的影響，接收學(xué)生實習(xí)的熱情下降，未能擔(dān)負(fù)起與高校共同培養(yǎng)工程技術(shù)人才社會責(zé)任，致使學(xué)生的工程實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量難以保證，導(dǎo)致學(xué)生所學(xué)的理論知識與生產(chǎn)實際嚴(yán)重脫節(jié)，動手能力、分析解決問題能力及創(chuàng)新能力普遍較差，畢業(yè)后不能適應(yīng)企業(yè)的實際工作。

2.構(gòu)建新的專業(yè)實驗課程體系及內(nèi)容

2.1構(gòu)建實驗課程體系的指導(dǎo)思想。

在制訂新的教學(xué)計劃的過程中，學(xué)院以自身的定位、辦學(xué)特色及新時期人才培養(yǎng)模式為依據(jù)確立了新的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)：具有創(chuàng)新精神和實踐能力，掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識、應(yīng)用方法和基本技能，在材料類行業(yè)（如無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料等）生產(chǎn)一線從事工程設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)與制造、技術(shù)運用與改造、運行管理和經(jīng)營銷售的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。新的實驗課程體系以培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力為主線，結(jié)合材料類工程教育特點及存在的問題，以“重基礎(chǔ)訓(xùn)練、重創(chuàng)新能力、強實踐技能、強化綜合素質(zhì)”為理念，建立“一主線、二保障、三模塊、四層面”的實驗教學(xué)體系，其中“一主線”是以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力為主線，“二保障”是軟件保障體系（管理體系和師資隊伍）和硬件保障體系（實驗設(shè)備和場所）；“三模塊”指基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗和專業(yè)綜合模塊；“四層面”指培養(yǎng)學(xué)生基本能力、專業(yè)能力、綜合能力和創(chuàng)新能力四個層面的工程能力，按“基本實驗—技能培訓(xùn)—綜合應(yīng)用—工程創(chuàng)新”循序漸進(jìn)的方式開展實驗教學(xué)活動。

2.2實驗課程體系。

在新構(gòu)建的專業(yè)實驗教學(xué)課程體系中，建立了以材料基礎(chǔ)技能素質(zhì)訓(xùn)練、材料工程測試技術(shù)和材料工程制備工藝技術(shù)素質(zhì)訓(xùn)練、設(shè)計性專業(yè)綜合實驗三個實驗教學(xué)模塊，如：無機非金屬材料專業(yè)對應(yīng)上述三個實驗教學(xué)模塊分別設(shè)置了“材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗”、“材料工程測試技術(shù)”、“材料工程制備工藝技術(shù)”及“專業(yè)綜合實驗”4門獨立的實驗課程，每門課程課時分別為：前三門均為48學(xué)時，后一門為4周；高分子材料工程專業(yè)對應(yīng)三個實驗教學(xué)模塊分別設(shè)置了“高分子化學(xué)實驗”、“高分子物理性能測試技術(shù)實驗”、“高分子材料成型及加工技術(shù)實驗”及“專業(yè)綜合實驗”4門獨立實驗課程，這些獨立設(shè)置的實驗課程全部為學(xué)位課程，分別在第5、6、7學(xué)期開出。這些實驗課程不僅具有獨立的實驗教學(xué)大綱，而且具有相應(yīng)的考核制度；不僅有利于各門課程之間及相關(guān)學(xué)科專業(yè)知識之間的交叉滲透，打破傳統(tǒng)的割裂式教育，而且有利于實驗教學(xué)內(nèi)容的整合、更新，更有利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)，促進(jìn)實驗教學(xué)方法和手段的改進(jìn)、實驗設(shè)備的綜合利用，進(jìn)而推動實驗室管理體系的進(jìn)一步完善。endprint

2.3實驗課程內(nèi)容。

實驗課程內(nèi)容是落實專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)、啟發(fā)學(xué)生科學(xué)思維、培養(yǎng)工程素質(zhì)、創(chuàng)新意識的內(nèi)涵，在構(gòu)建新的實驗課程內(nèi)容時，按照培養(yǎng)目標(biāo)要求，將原有專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課開出的教學(xué)實驗（并結(jié)合以前未開設(shè)實驗的其他理論課程）經(jīng)過科學(xué)的歸納、分類、添加、刪減、更新，分別整合到相應(yīng)實驗課程中，每門實驗課程內(nèi)容由不同的實驗項目組成，這些實驗項目之間不是簡單意義上的組合，而是依據(jù)某一主線串聯(lián)而成的有機整體，并依照理論教學(xué)計劃循序漸進(jìn)，分階段分層次實施，如無機非金屬材料專業(yè)實驗課程內(nèi)容設(shè)置介紹如下：

“材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗”是以“材料科學(xué)基礎(chǔ)”、“材料物理性能”、“材料化學(xué)”、“材料測試方法”、“工程力學(xué)”等課程群為依托，以材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系為主線，設(shè)置材料的晶體與顯微結(jié)構(gòu)分析、擴散與固相反應(yīng)動力學(xué)、相平衡及相圖、材料的燒結(jié)傳質(zhì)方式和機理、材料的物理特性等實驗項目，使學(xué)生初步建立起材料成分、組織、性能三者關(guān)系的感性認(rèn)識，掌握材料組織性能分析基本手段的操作技能。

“材料工程測試技術(shù)”是以“材料工程基礎(chǔ)”、“熱工過程及設(shè)備”、“粉體工程及設(shè)備”等課程為依托，以材料生產(chǎn)過程中的兩個測試技術(shù)為主線，即：粉體工程測試技術(shù)和熱工過程測試技術(shù)，主要設(shè)置了粉體粒度與比表面積測試、粉體堆積和流動性測試、粉體力學(xué)特性測試、粉體粉磨功測試、粉體除塵系統(tǒng)測試、燃料性能測試、材料傳熱過程測試、工廠煙氣成分測試、硅酸鹽工業(yè)窯爐熱平衡測試等實驗項目，使學(xué)生進(jìn)一步了解了粉體工程測試和熱工過程測試這兩個測試環(huán)節(jié)在硅酸鹽產(chǎn)品（如水泥、玻璃、陶瓷及耐火材料等）生產(chǎn)過程中的重要性，進(jìn)一步了解了在硅酸鹽生產(chǎn)過程中原燃燒料品種及性能、加工機械、傳熱方式的選擇等都會對產(chǎn)品性能產(chǎn)生重要影響。

“材料工程制備工藝技術(shù)”以“膠凝材料工藝學(xué)”、“玻璃工藝學(xué)”、“陶瓷工藝學(xué)”、“混凝土科學(xué)與工程”、“生態(tài)環(huán)境材料”等專業(yè)課程為依托，以水泥、混凝土、玻璃及陶瓷等制備工藝參數(shù)及產(chǎn)品性能為主線，設(shè)置了相應(yīng)的實驗項目，如：材料化學(xué)成分分析、水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度測定、水泥凝結(jié)時間及體積安定性測定、水泥膠砂強度測定、水泥中三氧化硫含量測定、水泥熟料中游離氧化鈣含量測定、水泥中混合材摻加量的測定、集料（砂、石）性能測定、混凝土坍落度測定、混凝土強度測定、混凝土耐久性能測定、混凝土外加劑減水率的測定、混凝土礦物摻合料品質(zhì)指標(biāo)測定、玻璃密度測定、玻璃應(yīng)力測定、玻璃軟化點測定、玻璃化學(xué)穩(wěn)定性測定、陶土的可塑性測定、陶瓷白度測定、陶瓷吸水率、顯氣孔率和體積密度的測定、陶瓷磚斷裂模數(shù)和破壞強度的測定等實驗項目。通過這些實驗項目的鍛煉，學(xué)生進(jìn)一步加深了對這些工藝參數(shù)和產(chǎn)品性能的了解，鞏固了相應(yīng)專業(yè)課程的理論知識。

“專業(yè)綜合實驗”是一門具有設(shè)計性質(zhì)、命題式綜合實驗課程，目的是讓學(xué)生掌握所學(xué)專業(yè)的各項實踐技能，同時鞏固所學(xué)理論知識，培養(yǎng)實踐工作能力。專業(yè)綜合實驗就是要通過實驗教學(xué)的方法進(jìn)行無機非金屬材料技術(shù)和技能的訓(xùn)練，學(xué)生通過自主選題，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，獨立制訂實驗方案和工藝參數(shù)，然后選擇相應(yīng)的實驗儀器，直至方案最終實施，如：學(xué)生要完成“425硅酸鹽水泥的制備”這一命題式的專業(yè)綜合實驗，必須經(jīng)過從原燃材料選擇、原燃材料化學(xué)成分分析、水泥生料制備、熟料燒成、熟料性能測試、水泥制備、水泥性能測試七個實踐環(huán)節(jié)的鍛煉，并且要了解水泥生產(chǎn)過程中各種工藝參數(shù)（如：三率值選取、熟料煅燒溫度、冷卻制度、熟料f-CaO含量、混合材摻量、產(chǎn)品細(xì)度等）對水泥生產(chǎn)過程各環(huán)節(jié)的影響，并在水泥的制備過程中根據(jù)實驗結(jié)果情況及時對這些參數(shù)進(jìn)行選擇、調(diào)整與控制，而學(xué)生經(jīng)過這七個實踐環(huán)節(jié)的鍛煉，能進(jìn)一步了解水泥的工廠工藝制備過程，掌握并鞏固“膠凝材料工藝學(xué)”這門課程的理論知識和其他課程的專業(yè)知識，彌補認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)等實踐環(huán)節(jié)未能掌握的專業(yè)知識，加深對材料成分與組織結(jié)構(gòu)、制備與加工工藝、材料性能三者相互間關(guān)系的認(rèn)識。

3.優(yōu)化專業(yè)實驗課程體系及內(nèi)容的效果

新的專業(yè)實驗課程體系及內(nèi)容實施后的教學(xué)效果是顯著的，學(xué)生的基本實驗技能、專業(yè)素質(zhì)和創(chuàng)新能力得到了進(jìn)一步增強，具體表現(xiàn)在以下方面：一是學(xué)生的實驗興趣與主動性得到了明顯提高；二是動手能力明顯增強；三是學(xué)生實驗報告抄襲現(xiàn)象逐年減少，徹底改變了以往全班實驗報告1～2個版本的不良現(xiàn)象；四是學(xué)生參與教師科研、大學(xué)生創(chuàng)新的熱情明顯高漲，學(xué)生申報的校、省、國家級大學(xué)生創(chuàng)新項目數(shù)年年增加，現(xiàn)在學(xué)院每年獲批的省級及國家級大學(xué)生創(chuàng)新項目達(dá)15項以上；五是學(xué)生積極報名參加各種學(xué)科競賽、科技活動的熱情高漲，如：全國大學(xué)生金相技能大賽、全國高分子創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生混凝土配合比設(shè)計大賽等，參與這些競賽的學(xué)生人次數(shù)占全院學(xué)生人數(shù)的70%以上，并在這些大賽中獲得特等獎、一等獎和優(yōu)勝獎多項；六是學(xué)生考研率逐年提高，現(xiàn)在材料類專業(yè)學(xué)生考取研究生的人數(shù)位于全校第一，占應(yīng)屆畢業(yè)生總?cè)藬?shù)的25%左右，2012年金屬082班單班考取率高達(dá)45.8%；七是學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計）全部為自主選題，題目更加貼近工程實際，研究方法及研究內(nèi)容更能追蹤生產(chǎn)、科研的最新成果及動向，改變了以往論文題目由指導(dǎo)教師選題，題目與工程實際嚴(yán)重脫節(jié)，實驗方法落后，研究內(nèi)容陳舊過時等現(xiàn)象；八是學(xué)生首次就業(yè)率近幾年都穩(wěn)定在95%以上，特別是近幾年培養(yǎng)的學(xué)生受到了用人單位的普遍好評。

4.結(jié)語

實驗課程體系及實驗教學(xué)內(nèi)容的改革是實驗教學(xué)改革最重要的一個組成部分，也是適應(yīng)新時期人才培養(yǎng)的要求，最終目的是驗證與深化學(xué)生所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和解決工程實際問題的能力。由于實驗課程體系及實驗內(nèi)容的改革及實施涉及多方面因素，因此在具體實施過程中需要諸多方面的密切合作和支持，其中，實驗體制改革是關(guān)鍵，實驗師資隊伍建設(shè)是前提，實驗教學(xué)條件建設(shè)是條件，管理制度是保障，人才培養(yǎng)質(zhì)量是動力。目前，我院材料類專業(yè)的實驗課程體系及實驗內(nèi)容雖然已進(jìn)行了初步改革，但還處在嘗試階段，要想真正實現(xiàn)我院材料類專業(yè)實驗教學(xué)改革的總體目標(biāo)，還需要在今后的實踐中不斷探索、修正和完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉天模，馮大碧，鄭忠.材料類課程配套實驗課改革的探討[J].重慶大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2001，7（5）：169-171.

[2]楊通，范新會，王正晶.材料類專業(yè)實驗課程體系的改革[J].實驗室研究與探索，2004，23（10）：71-73.

[3]黃學(xué)輝，周靜，徐慶，等.材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗教學(xué)體系的改革[J].理工高教研究，2002，21（1）：114-115.

[4]楊明波，楊惠，唐麗文，等.材料科學(xué)與工程專業(yè)實驗課程體系的改革[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24（1）：8-10.

[5]紀(jì)朝輝.對建立材料科學(xué)類專業(yè)實踐教學(xué)體系的思考[J].實驗室研究與探索，2003，22（5）：52-54.endprint