改革實(shí)驗教學(xué)體系，培養(yǎng)復(fù)合應(yīng)用型人才

劉永雄 尹付成 李發(fā)國 吳堂清 李智

摘? ?要： 本文基于金屬材料工程類專業(yè)特點(diǎn)，結(jié)合湘潭大學(xué)辦學(xué)條件及研究方向，改革、完善金屬材料工程類專業(yè)綜合性實(shí)驗教學(xué)體系。依托湖南省重點(diǎn)實(shí)驗室平臺，整合辦學(xué)資源，充分調(diào)動學(xué)生的主體作用，開展多層次實(shí)驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科研及創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞： 金屬材料工程? ?綜合性實(shí)驗? ?多層次教學(xué)? ?教學(xué)改革

目前，各高等院校正積極探索新形勢下的教學(xué)模式，推動實(shí)驗教學(xué)改革和創(chuàng)新人才培養(yǎng)體制。金屬材料工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)具備基礎(chǔ)理論和專門知識，受到嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗訓(xùn)練和科學(xué)研究初步訓(xùn)練，能在材料領(lǐng)域從事科學(xué)研究、科技開發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)的具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的應(yīng)用型高級專門人才。大學(xué)生不僅要掌握理論知識，而且要在實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)提高科學(xué)素質(zhì)，培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力。因此，新時代如何有效利用和開發(fā)現(xiàn)有的教學(xué)資源，重組優(yōu)化實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新實(shí)驗教學(xué)方式及手段，逐步完善多學(xué)科交叉融合、具有特色的實(shí)驗教學(xué)體系已成為各高校進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)改革必須面對的問題，針對這些問題對癥下藥深化改革，將在金屬材料工程類創(chuàng)新性復(fù)合應(yīng)用型人才的培養(yǎng)方面起到不可替代的作用。

一、進(jìn)行實(shí)驗教學(xué)體系改革的必要性

材料科學(xué)與工程是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，金屬材料工程是其中一個較傳統(tǒng)的專業(yè)，主要任務(wù)是研究材料的成分、組織與性能之間的關(guān)系。學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)是材料類本科學(xué)習(xí)階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但是，目前實(shí)驗教學(xué)仍然存在較多問題。第一，學(xué)生中普遍存在重理論輕實(shí)驗的現(xiàn)象，實(shí)驗技能較低，部分學(xué)生對實(shí)驗應(yīng)付了事，畢業(yè)論文過程中表現(xiàn)出遇到問題不能及時分析、及時解決等，實(shí)驗教師的教學(xué)積極性難以調(diào)動。第二，實(shí)驗教學(xué)計劃中，各門課程分別設(shè)置了相應(yīng)的實(shí)驗項目，學(xué)生受到的只是單個基本實(shí)驗技能的訓(xùn)練，而且這些實(shí)驗大多是驗證型、演示型的實(shí)驗，實(shí)驗內(nèi)容單調(diào)重復(fù)，學(xué)生按照規(guī)定的方法和步驟完成實(shí)驗內(nèi)容，驗證課堂上學(xué)習(xí)的理論知識或定理等，基本處于被動接受的地位，實(shí)驗積極性不高，師生間及同學(xué)間的相互交流很少，不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和各種實(shí)驗技能解決實(shí)際問題的能力和運(yùn)用所學(xué)知識解決工程實(shí)際問題的意識，在考慮問題時，只關(guān)心生產(chǎn)技術(shù)上的可行性，往往忽視對生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益方面的考慮。第三，各專業(yè)及專業(yè)方向之間在制訂實(shí)驗教學(xué)計劃的過程中缺乏溝通，沒有建立一個共用的實(shí)驗平臺。第四，自2017年修訂教學(xué)計劃以來，各門課程的實(shí)驗項目有了較大的變化，但由于各種原因，實(shí)驗教學(xué)大綱和實(shí)驗指導(dǎo)書沒有及時更新，沒有針對各相關(guān)專業(yè)編訂綜合的實(shí)驗教學(xué)大綱或者實(shí)驗指導(dǎo)書，在一定程度上影響了實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量。

隨著現(xiàn)代社會和科技的不斷發(fā)展，以及對專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)要求的逐步提高，工科專業(yè)學(xué)生高素質(zhì)培養(yǎng)內(nèi)涵中綜合分析與解決問題的能力被列為核心能力。其中，實(shí)踐性教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新精神的重要手段，對相應(yīng)實(shí)踐課程的改革，提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，具有十分重要的意義。

二、國內(nèi)外各高等院校實(shí)驗教學(xué)改革措施及成效

在實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)，國內(nèi)許多大學(xué)都非常注重開設(shè)綜合性、設(shè)計性和研究創(chuàng)新性的實(shí)驗[1]（108-109）[2]（75-76）[3]（19-22）[4]（87-90）[5]（43-44）[6]（128-129），實(shí)行多層次實(shí)驗教學(xué)。鄭州大學(xué)[7]（56-59）、華東理工大學(xué)[8]（242-244）通過實(shí)施綜合設(shè)計型實(shí)驗、創(chuàng)新實(shí)驗等多層次教學(xué)環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生的積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)。天津大學(xué)[9]（55-57）、大連海事大學(xué)[10]（101-103）調(diào)整了原有的實(shí)驗項目，增加了綜合性的實(shí)驗項目，學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識，查閱相關(guān)資料，設(shè)計實(shí)驗工藝方案，獨(dú)立完成實(shí)驗，進(jìn)一步感性認(rèn)識材料的成分、組織、性能三方面之間的關(guān)系，掌握了材料組織性能分析的基本手段和操作技能。

中南大學(xué)注重創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)，開展“大學(xué)生走進(jìn)科研”“大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗”，設(shè)計了綜合性實(shí)驗，并出版了金屬材料科學(xué)與工程實(shí)驗教程，其中除了各門課程的獨(dú)立實(shí)驗項目指導(dǎo)書以外，還包含綜合性、設(shè)計性和研究創(chuàng)新性實(shí)驗指導(dǎo)書[11]（32-33）;共建實(shí)踐基地、搭建創(chuàng)新實(shí)驗室[12]（161-164）。

南京工業(yè)大學(xué)[13]（52-54）、廣東工業(yè)大學(xué)[14]（336-337）等高校都對金屬材料工程專業(yè)綜合實(shí)驗教學(xué)進(jìn)行了有益的探索，獲得了很好的效果。實(shí)踐表明，開設(shè)設(shè)計性與綜合性實(shí)驗，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有利于全面訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗技能、培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)及提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

歐美等西方發(fā)達(dá)國家對實(shí)驗教學(xué)的工程化、研究性更為重視，十分注重對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)[15]（122-125）。他們主張：大學(xué)應(yīng)該讓學(xué)生從材料科學(xué)與工程總體上理解，而不應(yīng)該簡單孤立地講授金屬冶煉、陶瓷、高分子等單方面的知識。與國內(nèi)不同的是，西方發(fā)達(dá)國家每次實(shí)驗的學(xué)生人數(shù)很少，實(shí)驗教學(xué)中非常重視利用理論知識對實(shí)驗現(xiàn)象進(jìn)行解釋，除課程實(shí)驗外，還組織學(xué)生到工廠或公司參觀學(xué)習(xí)，以便增加感性認(rèn)識。

綜上所述，目前國內(nèi)大學(xué)非常注重學(xué)生實(shí)驗課程體系的改革，力求使實(shí)驗從以前的單一驗證性實(shí)驗轉(zhuǎn)化為綜合性、設(shè)計性和研究創(chuàng)新性實(shí)驗。國外大學(xué)高度重視學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，有完善的實(shí)驗室開放制度，可以自主進(jìn)行實(shí)驗。但是由于各高等院校的辦學(xué)條件及專業(yè)特色各不相同，因此各校實(shí)驗教學(xué)改革內(nèi)容有很大區(qū)別，所取得的改革成效也有所差異。

三、逐步完善多層次、具有特色的實(shí)驗教學(xué)體系

1.繼承精華，減少傳統(tǒng)性實(shí)驗項目比例。

在原來的實(shí)驗教學(xué)計劃中，各門課程分別設(shè)置了傳統(tǒng)實(shí)驗項目，雖然這些實(shí)驗多是驗證型、演示型實(shí)驗，但是還是能夠指導(dǎo)或幫助初次進(jìn)入實(shí)驗室的學(xué)生熟悉和遵守實(shí)驗室的管理規(guī)章制度、增強(qiáng)實(shí)驗安全意識、正確使用實(shí)驗設(shè)備、掌握實(shí)驗方法和手段，為提高學(xué)生的綜合實(shí)驗水平和開展創(chuàng)新性實(shí)驗打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。因此，可以從中精選部分代表性的實(shí)驗項目安排在學(xué)生實(shí)驗教學(xué)初期。

2.開拓創(chuàng)新，增加綜合性、設(shè)計性和研究創(chuàng)新性實(shí)驗。

隨著實(shí)驗室儀器設(shè)備的更新?lián)Q代，結(jié)合湘潭大學(xué)金屬材料工程專業(yè)實(shí)驗室的辦學(xué)資源及科研特色，增加綜合性、設(shè)計性和研究創(chuàng)新性實(shí)驗。如“金屬學(xué)原理”，根據(jù)本專業(yè)實(shí)驗室的科研特色及現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，結(jié)合應(yīng)用表面工程防腐技術(shù)、原子擴(kuò)散理論等知識點(diǎn)，以科研項目為導(dǎo)向[16]（47-50），新增開了“熱浸鍍鋅技術(shù)”這種研究創(chuàng)新性實(shí)驗。這種實(shí)驗新穎別致、貼近實(shí)際應(yīng)用，很好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，既開闊了學(xué)生的視野，又通過實(shí)驗鞏固了課程中的知識點(diǎn)，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

根據(jù)2017版的培養(yǎng)方案，設(shè)計出“專業(yè)實(shí)驗”和“專業(yè)綜合實(shí)驗”實(shí)驗教學(xué)環(huán)節(jié)對應(yīng)、輔助專業(yè)主干課程。在大學(xué)三年級的第二學(xué)期期末，在專業(yè)基礎(chǔ)課程及專業(yè)課大部分已完成的前提下，課題組教師結(jié)合自己的科研課題及研究方向，針對學(xué)生掌握上述課程知識的實(shí)際情況，設(shè)計出多個專業(yè)綜合性實(shí)驗項目，包含金屬材料熱處理、相圖實(shí)驗測試、表面防腐、計算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用等。學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好，自由分組，選擇實(shí)驗項目，相對獨(dú)立地完成實(shí)驗任務(wù)。這種專業(yè)綜合性實(shí)驗要求學(xué)生獨(dú)立查閱中英文科技文獻(xiàn)，制定實(shí)驗方案，制備及檢測實(shí)驗樣品，并對實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行分析處理，通過這一系列綜合實(shí)驗，學(xué)生基本熟悉了科研過程，為畢業(yè)論文和以后研究生科研能力的培養(yǎng)打下了堅實(shí)基礎(chǔ)。

3.加強(qiáng)組織學(xué)科競賽。

我國有眾多全國性學(xué)科競賽項目，其中面向金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的主要有全國大學(xué)生金相技能大賽和全國大學(xué)生材料熱處理大賽。我校每年上半年組織材料類學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗技能的培訓(xùn)，通過多次選拔賽，擇優(yōu)挑選出3人—5人的競賽小組，再由指導(dǎo)教師一對一地進(jìn)行專項培訓(xùn)直至參加比賽。在近幾年的這兩項全國性比賽中都取得了優(yōu)異的成績，在參加比賽的全國一百多所高校中名列前茅，逐步形成了品牌影響力。

4.強(qiáng)化金工實(shí)習(xí)及畢業(yè)實(shí)習(xí)。

在實(shí)驗教學(xué)計劃中，金屬材料工程專業(yè)學(xué)生在大二年級學(xué)習(xí)結(jié)束后，在學(xué)校金工實(shí)習(xí)基地進(jìn)行為期半個月的專門針對材料加工技術(shù)方面（如：銑工、車工、磨削、焊接、鑄造等）的培訓(xùn)，學(xué)生自己動手操作。在大三學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)校組織學(xué)生進(jìn)入一些有代表性的工廠和企業(yè)進(jìn)行為期半個月的畢業(yè)實(shí)習(xí)。學(xué)生進(jìn)入工廠，新鮮感強(qiáng)，積極性高，能主動跟帶隊教師和現(xiàn)場技工或工程師進(jìn)行技術(shù)交流，學(xué)到不少平時接觸不到的知識。通過金工實(shí)習(xí)及畢業(yè)實(shí)習(xí)這兩個現(xiàn)場教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生進(jìn)一步了解金屬材料加工的全過程、感受企業(yè)的生產(chǎn)氛圍、培養(yǎng)生產(chǎn)安全意識、了解企業(yè)生產(chǎn)管理環(huán)節(jié)和鍛煉實(shí)際生產(chǎn)操作技能，為將來進(jìn)入企業(yè)工作打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

學(xué)校積極建設(shè)優(yōu)秀實(shí)習(xí)基地，目前已建立了相對穩(wěn)定的校外專業(yè)實(shí)習(xí)基地，有中國一拖集團(tuán)有限公司、華凌鋼鐵集團(tuán)有限公司、株洲冶煉集團(tuán)有限公司等優(yōu)秀基地，既滿足了學(xué)生畢業(yè)實(shí)習(xí)的要求，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，又為高校教師廣泛開展與企業(yè)的科技合作，共同承擔(dān)科研項目和任務(wù)，走產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合的道路創(chuàng)造了良好的條件。

5.加強(qiáng)實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。

由于部分學(xué)生積極性不高，遲到早退現(xiàn)象時有發(fā)生，為了扭轉(zhuǎn)這種被動局面，一定要加強(qiáng)管理，建立了學(xué)校、學(xué)院兩級教學(xué)督導(dǎo)員隨機(jī)查課制度[17]（179-182）。在實(shí)驗教學(xué)過程中對學(xué)生完成實(shí)驗項目的質(zhì)量、老師教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控、考核與反饋評價，建立與完善實(shí)驗教學(xué)督導(dǎo)機(jī)制，制定實(shí)驗室工作規(guī)程和相應(yīng)規(guī)章制度，要求學(xué)生簽到，教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗過程的表現(xiàn)及實(shí)驗報告評定實(shí)驗成績。嚴(yán)格按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)建立質(zhì)量監(jiān)控機(jī)制，通過這些管理方式進(jìn)一步提高學(xué)生的積極性，確保實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量。

四、改革措施實(shí)施效果

通過實(shí)施上述一系列實(shí)驗教學(xué)改革措施，我校在金屬材料工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方面取得了良好的效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及獨(dú)立實(shí)驗操作能力。學(xué)生在受到嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗訓(xùn)練和科學(xué)研究初步訓(xùn)練后，能夠很好地獨(dú)立完成畢業(yè)論文任務(wù)，并且能很快地適應(yīng)后續(xù)的研究生科研學(xué)習(xí)或企業(yè)的生產(chǎn)管理。畢業(yè)生進(jìn)入的研究院校和生產(chǎn)企業(yè)單位反饋意見良好，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗教學(xué)改革的預(yù)期目標(biāo)。2019年獲得了湖南省高等教育教學(xué)成果獎二等獎。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲立杰.金屬材料工程專業(yè)綜合實(shí)驗教學(xué)改革研究[J].教書育人，2019（10）.

[2]李蛟，張大富，王發(fā)剛，等.基于材料類本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實(shí)驗教學(xué)體系改革探究[J].大學(xué)教育，2013（10）.

[3]肖宏濱，王長生，王順興.《機(jī)械工程材料學(xué)》綜合實(shí)驗教學(xué)改革[J].實(shí)驗室科學(xué)，2006（3）.

[4]周雅，王春霞，羅軍民，等.材料科學(xué)綜合實(shí)驗課新探[J].南昌航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版），2005，7（1）.

[5]袁蝴蝶，湯云，尹洪峰，等.材料類專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗教學(xué)改革探索[J].西部教育，2018（4）.

[6]魏鵬，吳興文.金屬材料綜合設(shè)計型實(shí)驗的教學(xué)改革與實(shí)踐[J].理工高教研究，2009，28（6）.

[7]朱世杰，王利國，任晨星，等.開展多層次實(shí)驗教學(xué)? ?培養(yǎng)材料類本科生的創(chuàng)新實(shí)踐能力[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2014（7）.

[8]唐頌超，沈?qū)W寧，王以群，等.加強(qiáng)基礎(chǔ)培養(yǎng)工程和創(chuàng)新能力—材料類專業(yè)實(shí)驗課程體系改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗室研究與探索，2011，30（10）.

[9]韓雅靜，原續(xù)波，盛京，等.材料科學(xué)與工程專業(yè)教學(xué)平臺實(shí)驗室綜合實(shí)驗課程改革初探[J].高等工程教育研究，2005年增刊.

[10]陳玉珍，馬寶山.材料科學(xué)與工程實(shí)驗教學(xué)改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗科學(xué)與技術(shù)，2010，8（3）.

[11]潘清林，等.金屬材料科學(xué)與工程實(shí)驗教程[M]，長沙：中南大學(xué)出版社，2006.

[12]王斌，易丹青，劉會群.材料工程類本科生實(shí)踐教學(xué)改革的探索[J].實(shí)驗室研究與探索，2013，32（3）.

[13]趙芳霞，魏無忌，丁毅，等.金屬材料工程專業(yè)綜合實(shí)驗教學(xué)的探索[J].鑄造設(shè)備研究，2005（3）.

[14]劉易凡，陳綺麗.“材料成型”專業(yè)綜合實(shí)驗教學(xué)改革的初探[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005年增刊.

[15]張長森.應(yīng)用型本科無機(jī)非金屬材料專業(yè)教學(xué)改革探索[J].邊疆經(jīng)濟(jì)與文化，2007（4）.

[16]滕鑫，唐頌超，李水強(qiáng)，等.以科研項目為導(dǎo)向優(yōu)化材料類實(shí)驗室[J].化工高等教育，2013（5）.

[17]譚起兵.冶金類課程群混合式教學(xué)實(shí)施策略研究[J].實(shí)驗技術(shù)與管理，2019，36（3）.

湖南省教育規(guī)劃一般項目：綜合性大學(xué)材料類本科生實(shí)驗教學(xué)體系改革探討（XJK18CGD062）。