基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

葉　宏　麻彥龍

重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院　重慶　400054

“雙創(chuàng)”能力培養(yǎng)專(zhuān)題

基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

葉宏麻彥龍

重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院重慶400054

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力有著不可替代的作用。分析了重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題，以工程型創(chuàng)新人才培養(yǎng)為核心，構(gòu)建了以材料的“成分/組織-制備工藝-性質(zhì)-使用性能”四大要素為主線多模塊、多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與考核方式地改革，有效地提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

材料專(zhuān)業(yè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)體系；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)方法；創(chuàng)新能力

隨著我國(guó)高等教育和社會(huì)的發(fā)展，要求高等學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生不但要具備一定的基礎(chǔ)理論和較寬的知識(shí)面，同時(shí)還要具有較高的創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和極強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。為了實(shí)現(xiàn)這一人才培養(yǎng)目標(biāo)，就要求在重視基礎(chǔ)理論教育的同時(shí)，強(qiáng)化學(xué)生的工程教育。實(shí)踐教學(xué)是普通高校實(shí)現(xiàn)工程創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為人才培養(yǎng)過(guò)程中理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新精神具有重要的作用［1-3］。

重慶理工大學(xué)材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“材料專(zhuān)業(yè)”）2001年開(kāi)始招生，在多年的專(zhuān)業(yè)建設(shè)過(guò)程中，十分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)和學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)［4，5］。材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室建成為重慶市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。但是，隨著國(guó)家“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的逐步實(shí)施，我們清醒地認(rèn)識(shí)到，普通高校材料專(zhuān)業(yè)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)還存在諸多問(wèn)題，嚴(yán)重地制約了工程型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。因而近年來(lái)，我校在實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的改革方面進(jìn)行了一系列的探索。

1　存在的問(wèn)題

1.1實(shí)驗(yàn)課程與工程嚴(yán)重脫節(jié)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，更新慢，與工程脫節(jié)，主要以認(rèn)識(shí)性和驗(yàn)證性為主，以培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)偏少，體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和專(zhuān)業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)太少，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不同導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法存在較大的差異，如在工程中進(jìn)行的各種實(shí)驗(yàn)都是嚴(yán)格按照有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，但在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的許多實(shí)驗(yàn)都有很大隨意性，而且有許多實(shí)驗(yàn)根本不執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，使得許多學(xué)生畢業(yè)后不僅工程意識(shí)淡薄，而且缺乏標(biāo)準(zhǔn)化意識(shí)［6］。

1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容孤立和分散互相缺乏聯(lián)系

工程中所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)都是綜合性的，即每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都不是孤立的，而是為了某個(gè)生產(chǎn)目的，與其他若干個(gè)實(shí)驗(yàn)共同組成一個(gè)有機(jī)的實(shí)驗(yàn)群體。因此，要求學(xué)生不僅要有分析思維能力，而且要有綜合思維能力［7］。但是，材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相互之間關(guān)聯(lián)度小，學(xué)生做了實(shí)驗(yàn)以后也不了解該實(shí)驗(yàn)在生產(chǎn)中與其它實(shí)驗(yàn)的聯(lián)系，更不了解在什么場(chǎng)合下使用和如何使用。

1.3實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備資源不足學(xué)生動(dòng)手機(jī)會(huì)較少

材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備種類(lèi)繁多、價(jià)格昂貴。由于學(xué)校經(jīng)費(fèi)投入有限，難以將儀器設(shè)備購(gòu)置齊備，即使擁有了部分大型儀器設(shè)備，本科生很難親自動(dòng)手，往往是教師操作演示，學(xué)生圍觀，這不可避免影響了學(xué)生對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的了解，進(jìn)而在一定程度上影響了學(xué)生對(duì)材料專(zhuān)業(yè)的興趣。

1.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法與模式落后

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上，依然沿用“抱著走”的傳統(tǒng)方式。在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生領(lǐng)取實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)有詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)步驟甚至還有數(shù)據(jù)記錄表格等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式基本上采用封閉式， 學(xué)生只能在教師指定時(shí)間進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生只需要按指定步驟操作，用不著思考和查閱資料。這種教學(xué)方法使學(xué)生產(chǎn)生很強(qiáng)的依賴(lài)性，既不會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，也不會(huì)在實(shí)驗(yàn)中觀察問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，有的學(xué)生甚至不會(huì)使用儀器。

2　實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革

2.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革的基本原則

2011年以來(lái)，我校材料專(zhuān)業(yè)以“寬基礎(chǔ)—強(qiáng)綜合—多交叉”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念為指導(dǎo)，遵循“精選基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新和面向工程”的基本思路，依托材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和材料分析測(cè)試中心，以多模塊、多層次模式對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行大膽改革。以材料科學(xué)與工程“成分/組織-制備工藝-性質(zhì)-使用性能”四大要素為主線，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從理論課程中獨(dú)立出來(lái)，建立與理論課程相對(duì)獨(dú)立的新型實(shí)驗(yàn)課程體系（如圖1所示）。

圖1　新型實(shí)驗(yàn)課程體系

2.2新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革的基本原則，新的實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)立基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K、綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K，其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生基本知識(shí)的掌握和基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，為后續(xù)綜合性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)。而在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)?zāi)K課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置時(shí)，考慮到不同專(zhuān)業(yè)方向的培養(yǎng)需要，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分為必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)，其中必做實(shí)驗(yàn)是所有專(zhuān)業(yè)方向?qū)W生都必須完成的，而選做實(shí)驗(yàn)則依據(jù)不同專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方向的需要，分別開(kāi)設(shè)大量的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目供學(xué)生選擇。而綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K則根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)方向，從專(zhuān)業(yè)技能和工程能力訓(xùn)練出發(fā)，分為專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和工程綜合實(shí)驗(yàn)，其中專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的綜合理解和運(yùn)用，旨在培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)新思維能的力，而工程綜合實(shí)驗(yàn)則從實(shí)際工程角度出發(fā)，注重強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力及運(yùn)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)解決實(shí)際工程的能力培養(yǎng)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K則讓學(xué)生在學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)后可以創(chuàng)新地自主設(shè)計(jì)或參與教師科研項(xiàng)目進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)。

3　實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新

針對(duì)建立的新型實(shí)驗(yàn)課程體系，從專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)型、綜合設(shè)計(jì)型、研究創(chuàng)新型3個(gè)實(shí)驗(yàn)層次設(shè)置和調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3.1基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊在第四、五學(xué)期開(kāi)設(shè)，共32學(xué)時(shí)。其內(nèi)容涵蓋材料類(lèi)最基本的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，如組織分析、性能測(cè)試和成分分析等，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)設(shè)情況見(jiàn)表1。

表1　材料專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

3.2綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊在第6學(xué)期開(kāi)設(shè)。根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)方向，從專(zhuān)業(yè)技能和工程能力訓(xùn)練出發(fā)，分為專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)和工程綜合實(shí)驗(yàn)兩部分，共32學(xué)時(shí)。以金屬材料工程方向?yàn)槔?，?zhuān)業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)必修實(shí)驗(yàn)2項(xiàng)共8學(xué)時(shí)，工程綜合實(shí)驗(yàn)提供8項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生選做2項(xiàng)共24學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)設(shè)情況如表2所示。

表2　金屬材料工程方向綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

3.3創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊在第7學(xué)期開(kāi)設(shè)，主要培養(yǎng)學(xué)生的研究能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要來(lái)源于兩方面：一是學(xué)生自己申報(bào)的“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目”；另一方面主要來(lái)源于教師的科研項(xiàng)目。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容是不固定的，每一年都會(huì)根據(jù)教師的項(xiàng)目及其進(jìn)展情況變化，主要由具有高職稱(chēng)的專(zhuān)職教師擔(dān)任指導(dǎo)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容也可作為后續(xù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的前期工作。

4　實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法及考核方式的改革

4.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革

教學(xué)方法的改革是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革必不可少的內(nèi)容，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才就必須摒棄傳統(tǒng)的“抱著走”的模式，更多地采用“精講、設(shè)疑、研討、實(shí)踐、評(píng)析”的開(kāi)放教學(xué)模式［8］。并針對(duì)不同層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用不同的教學(xué)方法，更多地采用啟發(fā)式、參與式的教學(xué)方法，減少純粹講解的比重，給學(xué)生更多的學(xué)習(xí)自主權(quán)，增加學(xué)生動(dòng)手時(shí)間。如在材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中教師主要講解儀器設(shè)備操作方法及注意事項(xiàng)；在綜合型實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)中教師只講目的、要求，實(shí)驗(yàn)方案由學(xué)生完成后教師審核。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程以學(xué)生為主體，教師以引導(dǎo)的方式協(xié)助學(xué)生完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。給學(xué)生營(yíng)造出一種主動(dòng)的、探索性的學(xué)習(xí)環(huán)境，以鍛煉學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、正確記錄和處理數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力，培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和作風(fēng)。

4.2實(shí)驗(yàn)考核方式的改革

學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)歸根到底就是要讓學(xué)生“動(dòng)”起來(lái)，不僅讓其“動(dòng)手”，而且還要讓其“動(dòng)腦”。為此，必須摒棄單一的“考勤+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的考核方式，探索實(shí)驗(yàn)考核新模式，滿足實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求。在綜合型實(shí)驗(yàn)課程的考核中以實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)三部分作為考核依據(jù)。而創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)課程的考核包括實(shí)驗(yàn)方案答辯、實(shí)驗(yàn)總結(jié)陳述、研究報(bào)告三部分。其中重點(diǎn)考核實(shí)驗(yàn)分析與總結(jié)，弱化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即重過(guò)程而不重結(jié)果。同時(shí)允許實(shí)驗(yàn)失敗，只要能分析出失敗原因，同樣可以得高分［9］。

5　結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是增強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的重要途徑之一。以工程型創(chuàng)新人才培養(yǎng)為核心，構(gòu)建了以材料的“成分/組織-制備工藝-性質(zhì)-使用性能”四大要素為主線的多模塊、多層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系，改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和內(nèi)容， 開(kāi)展設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，引入工程性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮了學(xué)生的思維潛能，使學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力得到有效的培養(yǎng)與發(fā)展。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和考核方式的改革，有力地發(fā)揮了學(xué)生的主體作用和教師的主導(dǎo)作用，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主動(dòng)性，在學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)方面取得了初步成效。

［1］ 戴玉明，巴志新，薛亞軍.基于綜合實(shí)踐能力培養(yǎng)的材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革［J］.中國(guó)冶金教育，2014（5）：56-57.

［2］ 王迎軍，項(xiàng)聰，余其俊.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.

［3］ 劉偉東，石萍，谷志剛.基于應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建［J］. 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2014，16（4）：8-10.

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［7］ 周新貴，白書(shū)欣.改進(jìn)高校材料專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考與建議［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011（6）：234-235.

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Reform on Experimental Teaching in Materials Discipline： an Approach for Innovative Cultivation of Students

Ye Hong， Ma Yanlong
School of Material Science and Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing， 400054， China

Experimental teaching is a key step for innovative cultivation of students， which is critical for training students' practice and innovation capability. In this paper， problems exist in the process of experimental teaching in College of Materials Science and Engineering in Chongqing University of Technology were analyzed. Then， a new teaching system consisting of four components， namely composition/ microstructure -processing- properties- performance was built. Guided by the multi-modal and multi-level teaching system， teaching materials were updated； and teaching and experimental methods were reformed accordingly. As a consequence， the quality of experimental teaching has been improved effciently.

materials discipline； experimental teaching； teaching system； teaching materials； teaching methods； innovation capability

2016-03-15

葉宏，碩士，教授。麻彥龍，博士，教授。

重慶市高等教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：152035）；重慶理工大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：2013YB06）；重慶理工大學(xué)優(yōu)勢(shì)專(zhuān)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目。