材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

鄭玉船 李長(zhǎng)江 王 澍

（黃山學(xué)院化學(xué)系材料科學(xué)與工程教研室，安徽 黃山245041）

教育是科教興國(guó)的基礎(chǔ)，將始終處于優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略地位。在2010年7月全國(guó)教育工作會(huì)議上胡錦濤在《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中指出教育成效不應(yīng)只看學(xué)生是否能準(zhǔn)確填寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)答案，更要看學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力，看他們是否掌握了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的關(guān)鍵能力[1]。材料是構(gòu)成社會(huì)文明和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的三大支柱之一，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)。材料科學(xué)與工程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，實(shí)踐性教學(xué)在專(zhuān)業(yè)教學(xué)中扮演著重要的角色[2]。實(shí)踐教學(xué)的形式具有多樣性，如專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)、工程實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等。其中，專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)在實(shí)踐教學(xué)中占有非常重要的地位，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室的軟硬件建設(shè)，以滿(mǎn)足專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的順利、高效地進(jìn)行[3-4]。相對(duì)研究型大學(xué)而言，地方應(yīng)用型本科院校更應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，以培養(yǎng)高端技術(shù)技能型人才，滿(mǎn)足服務(wù)地方及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要?；诖耍疚闹饕U述在材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及思考。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性

理論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教學(xué)活動(dòng)的兩個(gè)重要方面，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是理論聯(lián)系實(shí)際的重要手段，是課堂教學(xué)有益地延伸，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手/實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。材料學(xué)科交叉性強(qiáng)、涉及面廣，且又是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科。因此，除了厚基礎(chǔ)之外，一定也要重實(shí)踐教學(xué)且落到實(shí)處。這樣才能充分的發(fā)揮教學(xué)資源為學(xué)生服務(wù)，而不能僅存在于一個(gè)口號(hào)，流于形式。

2 發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐功能

為了更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)生的探究和實(shí)踐能力培養(yǎng)方面的作用，首先要求實(shí)驗(yàn)教師要有較強(qiáng)的責(zé)任心，至少能夠嚴(yán)格按照教學(xué)大綱的要求完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)；其次，對(duì)于學(xué)生可以采取進(jìn)入專(zhuān)業(yè)教師實(shí)驗(yàn)室從事科研/產(chǎn)學(xué)研的研究，促進(jìn)他們對(duì)實(shí)踐活動(dòng)的認(rèn)識(shí)，使他們意識(shí)到實(shí)踐活動(dòng)對(duì)專(zhuān)業(yè)理論學(xué)習(xí)、分析與解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)以及技術(shù)創(chuàng)新等方面所起的重要作用，從而重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

結(jié)合材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)情況，有必要從“做什么”和“怎么做”這兩個(gè)方面探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要注意的一些問(wèn)題，使學(xué)生能夠真正地受益于實(shí)踐教學(xué)，而不是走過(guò)場(chǎng)。

2.1 做什么

首先，要讓學(xué)生知道這個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)安排，一般包括時(shí)間、地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、分組、任課教師等信息；其次，實(shí)驗(yàn)教案的編寫(xiě)，這一環(huán)節(jié)非常重要。教案的基本內(nèi)容一般由以下六個(gè)部分構(gòu)成：實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理、實(shí)驗(yàn)思考。在編寫(xiě)的時(shí)候需要注意以下幾個(gè)方面：

2.1.1 教案內(nèi)容

理論課和實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)度要保持一致。因此，老師之間應(yīng)該先交流好時(shí)間安排，盡量在理論課結(jié)束后的一周內(nèi)安排相關(guān)的實(shí)驗(yàn)。從學(xué)生反饋的情況來(lái)看，他們也提到理論和實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重脫節(jié)的情況。然后切忌直接照搬教材或復(fù)制、粘貼網(wǎng)絡(luò)資源。一定要根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況，以教學(xué)大綱為基，以教參為輔，結(jié)合現(xiàn)有的儀器設(shè)備設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)。如今網(wǎng)絡(luò)資源非常豐富（如百度文庫(kù)），學(xué)生有的時(shí)候也會(huì)去檢索學(xué)習(xí)資料，當(dāng)他看到任課教師發(fā)給他的教案與網(wǎng)上一模一樣時(shí)，或許會(huì)產(chǎn)生不好的印象。如同現(xiàn)在的理論課程，有的會(huì)配有課件光盤(pán)，很容易造成部分教師直接去使用這些課件而不做任何修改。材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)很多都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（如金屬材料拉伸實(shí)驗(yàn)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 228.1-2010），因此，有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在編寫(xiě)時(shí)需要參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。另外，有的教案內(nèi)容要結(jié)合本專(zhuān)業(yè)的最新研究成果，及時(shí)更新?？傮w上而言，已有的這些信息僅可以作為參考資料，教師需要結(jié)合具體情況編寫(xiě)出適合自己學(xué)生的教案，以身作則，潛移默化中教育學(xué)生。

2.1.2 電子版教案排版

電子版教案容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是排版問(wèn)題，如段落不分、中英字體一樣（一般英文或數(shù)字設(shè)置為T(mén)imes New Roman）、上下標(biāo)沒(méi)有設(shè)置（如H2O vs H2O）等。當(dāng)我們自己看到這樣的教案時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生編寫(xiě)人態(tài)度不端正、治學(xué)不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南敕?。因此，我們不僅要在教案內(nèi)容上把好關(guān)，更要在排版上注意這些小問(wèn)題，盡可能地呈現(xiàn)給學(xué)生一份認(rèn)真編寫(xiě)的教案。畢竟，身教勝于言教。

2.1.3 適當(dāng)標(biāo)注

將需要注意或重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)適當(dāng)?shù)臉?biāo)注（如改變字的顏色）提醒學(xué)生，讓學(xué)生能夠快速把握實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)/注意事項(xiàng)。

在學(xué)期開(kāi)課后，將實(shí)驗(yàn)教案和安排預(yù)先發(fā)給學(xué)生讓他們做好預(yù)習(xí)報(bào)告，了解實(shí)驗(yàn)課將要做什么。到實(shí)驗(yàn)室后，任課教師將結(jié)合教案（不要直接照本宣科）進(jìn)一步解析這堂課將要做什么實(shí)驗(yàn)、原理以及今后在哪些場(chǎng)合可能會(huì)用到這些知識(shí)。其目的就在于使學(xué)生能夠有個(gè)基本的印象，如果以后走向相關(guān)的行業(yè)，希望他們能夠不陌生，并有種熟悉的感覺(jué)。這樣，就能夠盡快地融入到工作中。

2.2 怎么做

學(xué)生在做材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，會(huì)發(fā)現(xiàn)與以往的化學(xué)實(shí)驗(yàn)差別較大。材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)在實(shí)施過(guò)程中需要與較多的專(zhuān)業(yè)儀器設(shè)備打交道，如金相顯微鏡、電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、各類(lèi)硬度計(jì)、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、掃描電鏡、X-射線(xiàn)衍射儀等。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓學(xué)生掌握這些儀器的基本操作尤為重要。

2.2.1 教師演示

教師的現(xiàn)場(chǎng)演示很重要，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)摩，學(xué)生能夠在短時(shí)間內(nèi)大概了解儀器的組成結(jié)構(gòu)和操作流程。以“金相顯微鏡的成像原理、構(gòu)造與使用”為例，首先讓一組學(xué)生12人集中在儀器旁邊，結(jié)合儀器的照明、光學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)向同學(xué)們講解金相顯微鏡的成像原理和構(gòu)造。同時(shí)進(jìn)行操作，通過(guò)計(jì)算機(jī)很方便地讓同學(xué)們適時(shí)觀(guān)察濾光片、起偏器與檢偏器、視場(chǎng)/孔徑光闌等對(duì)金相圖像的影響。

2.2.2 學(xué)生操作

讓每位同學(xué)都有親自動(dòng)手操作的機(jī)會(huì)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中容易出現(xiàn)的現(xiàn)象就是每個(gè)小組成員（3～4人），可能只有1位同學(xué)在操作，其它同學(xué)都在旁邊圍觀(guān)，導(dǎo)致部分同學(xué)的實(shí)驗(yàn)技能非常差，盡管已經(jīng)開(kāi)了較多的實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)課中可采取以下兩種方式進(jìn)行指導(dǎo)：其一，以“金相顯微鏡的成像原理、構(gòu)造與使用”為例，為同學(xué)介紹完金相顯微鏡的成像原理和構(gòu)造后，就讓每位同學(xué)依次坐在金相顯微鏡面前，讓同學(xué)選擇某一物鏡，然后讓他自己調(diào)節(jié)到可以清晰觀(guān)察到金相組織為止（教師通過(guò)計(jì)算機(jī)檢查該同學(xué)的調(diào)節(jié)結(jié)果，并適時(shí)糾正）。在此基礎(chǔ)上，再要求每位同學(xué)將其他組件都操作一次（如濾片組、照明系統(tǒng)、孔徑光闌和視場(chǎng)光闌等），通過(guò)目鏡觀(guān)察每次調(diào)節(jié)對(duì)成像質(zhì)量的影響。通過(guò)這種一對(duì)一的方式，很容易發(fā)現(xiàn)學(xué)生在操作過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并及時(shí)地予以糾正；其二，有的實(shí)驗(yàn)可以等每個(gè)小組完成試驗(yàn)以后，要求這個(gè)小組的成員依次將儀器操作一遍才可離開(kāi)，在此過(guò)程中，教師可以觀(guān)察每位同學(xué)操作過(guò)程中存在的問(wèn)題并進(jìn)行糾正，同時(shí)可以結(jié)合本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，問(wèn)幾個(gè)小問(wèn)題，不要求學(xué)生教科書(shū)式的回答，要求能夠結(jié)合自己剛剛完成的實(shí)驗(yàn)，談?wù)勛约旱囊?jiàn)解。通過(guò)這兩種方式，明顯可以敦促那些抱著‘可做可不做’想法的學(xué)生，讓他們?nèi)谌氲綄?shí)驗(yàn)教學(xué)中。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

對(duì)研究生而言，由于經(jīng)常與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)打交道，利用各種專(zhuān)業(yè)軟件可謂得心應(yīng)手。本科生由于平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中也很少遇到大批量數(shù)據(jù)處理的問(wèn)題，這方面的能力就比較欠缺，這一點(diǎn)從畢業(yè)設(shè)計(jì)中也能體現(xiàn)出來(lái)。因此，除了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄以外，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也需要引導(dǎo)學(xué)生如何利用軟件（如Origin）處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

材料是一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)必須認(rèn)真對(duì)待，讓其起到應(yīng)有的作用。讓學(xué)生能夠理論結(jié)合實(shí)際，較好地掌握材料專(zhuān)業(yè)的基本實(shí)驗(yàn)技能和技巧，更重要的一點(diǎn)就是能夠掌握涉及材料制備、表征以及性能測(cè)試的相關(guān)儀器設(shè)備的基本操作以及數(shù)據(jù)處理能力。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，拓展學(xué)生的發(fā)現(xiàn)、分析及解決問(wèn)題的能力。

［1］國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)[OL].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_838/201008/93704.html.

［2］晏井利,梅建平,王仕勤.材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2011,28(6)：259-261.

［3］王迎軍,項(xiàng)聰,余其俊,曾幸榮,劉粵惠.材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].高等工程教育研究,2012(5)：127-131.

［4］王秀娟,樊新民.材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011(17)：57-58.