改革原有教学模式，构建材料学专业基础实验教学新体系
尹斌+陈石林
[摘 要]实验教学是高校人才培养过程中的重要环节，通过实验可以将理论教学与实践教学有机融合，以巩固夯实学生的基础理论知识，加强学生在科学研究的基本方法、实验方法和技能上的训练，培养学生独立分析、解决实际问题的能力，使学生的综合素质及实践、创新能力得以全面提升。我院实验教学中心在金属材料专业基础及材料科学与工程专业基础实验教学中改革原有教学模式，积极探索新的实践教学方法，构建提高人才培养质量的实验教学新体系，取得了很大成效。
[关键词]材料专业;基础实验教学;教研教改;实验教学新体系
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）01-0165-02
实验教学是高校人才培养过程中的重要环节，通过实验可以将理论教学与实践教学有机融合，以巩固夯实学生的基础理论知识，加强学生在科学研究的基本方法、实验方法和技能上的训练，培养学生独立分析、解决实际问题的能力，使学生的综合素质及实践、创新能力得以全面提升。
在材料学科专业的学习和培养计划中，“材料学专业基础”是重要的专业基础课，它从材料学科领域的基础理论出发，阐述各种材料的共性基础知识，从材料的组织结构出发，研究材料性能中材料结构和制备工艺之间的关系，因而教学既要强调基础理论知识，又要与生产实际保持紧密的联系。但在传统的教学模式中，长期以来将实验教学附属于理论教学，将其视为理论教学的辅助手段，或是验证基础理论的工具，这种状况容易使学生在专业基础理论的学习过程中产生知识的断裂和缺陷，不能将各门专业理论课程的知识加以融会贯通，造成学生的实验技能不强，工程、创新意识淡薄。
因此在人才培养过程中，要使学生既能牢固掌握专业基础理论知识，又能培养提高学生的实践能力、分析解决问题的能力与创新意识，使学生能从被动学习变为主动的、自主思考的学习，就必须以教研教改为抓手，改变原有的教学模式，构建新的金属材料专业基础实验教学体系。近几年来我们大力开展教研教改，积极探索新的实践教学方法，在我们的教学实践中进行了如下两个方面的改革，取得了明显的成效。
一、理论与实践相结合，合理设置专业实验教学内容
材料学科基础实验主要包含两个方面的实验环节：一是课程实验，学生通过实验验证理论学习内容，巩固理论知识，加深对知识的理解，初步掌握材料测试的基本方法，对材料测试先进技术的应用及实验主要仪器设备加以了解。二是设计性的综合性实验，这也是目前我们重点进行教研教改的部分。在实践教学中，我们让学生根据所学的材料专业基础知识自主选题，自行设计实验方法。将实验方案制订、材料选择、材料处理、试样制备、仪器设备使用、性能测试、组织结构分析、实验结果分析到相关文献资料的查阅组成一个完整的综合性实验。学生可以应用学到的专业理论知识来进行实验及对实验测试结果进行分析，在这个过程中要求学生将“材料学专业基础”、“材料性能学”、“材料工程基础”、“金属热处理原理与工艺”、“金属学原理”等专业基础课的基础理论知识系统的、全面的运用到材料研究、制备当中，从而培养、提高学生发现问题、解决问题的能力和创新意识，掌握一定的专业实验实践技能及进行材料科学研究的基本方法。
（一）材料学专业基础实验设置
实验有“金相显微镜的构造”、“金相试样制备”、“碳钢平衡状态下的显微组织观察”、“碳钢的热处理操作”、“组织观察及硬度测试”、“显微摄影”、“结晶学”、“材料力学性能测试”、“Fe-C平衡组织及观察”、“材料的偏光分析”、“材料组织金相显微镜观察”、“材料摩擦磨损以及冲击性能的测定”、“材料密度的测定”、“材料电阻特性的测定”、“材料热膨胀系数的测定”、“热导率的测试”、“电容量C”、“电感量L”、“品质因数Q测试”等18个实验内容。其实验均为基础性和验证性实验，通过实验使学生掌握理论知识，熟悉了解专业的基本实验技能、实验手段和材料研究的基本方法。
（二）材料学专业基础综合实验
金属材料方向实验内容为“金属材料热处理综合实验”。实验内容涉及本专业“材料科学基础”、“材料性能学”、“材料工程基础”、“金属热处理原理与工艺”、“金属学原理”等专业理论知识课程，通过综合实验使学生将学到的专业理论知识得以系统、连贯的应用起来。
综合实验项目设置：
1.金相分析与力学性能测试：实验要求学生运用已学的“金属学原理”、“金属热处理原理与工艺”理论知识，以预定的力学性能指标为依据，查阅相关文献及资料，正确选用材料，根据所选材料制订合理的实验方案，制订热处理工艺，进行热处理操作、硬度测试、试样制备、数据、图片采集，应用专业理论知识进行组织结构、成分、性能的分析，通过实验增强学生实践动手能力和综合运用专业知识解决实际问题的能力。
2.金属材料综合实验：实验涉及金属材料的制备、塑性成形、组织性能检测等内容，其任务是使学生学会综合运用常用金属成型加工方法进行材料制备和性能检测。实验结合了我校材料学科在材料科学研究方面的成果，金属材料采用铝镁材料，实验内容主要包括金属材料熔炼与铸造、塑性加工（挤压、轧制）、热处理、金相组织观察与力学性能检测。
上述实验从选题、制订实验方案、选材、实验、试样制备、性能测试、组织观察、数据分析及结果分析均由学生自主完成，并要求完成2000字实验报告。
二、构建和实施实验教学新体系
（一）新的材料学专业基础实验体系
新的材料科学基础性实验体系改变了原有的实验教学模式，主要是根据理论教学内容和要求来科学合理的设置实验内容、实验方法，将先进的实验测试技术、方法及仪器设备应用于实验教学中，实验教学由验证式的实验转变成基础验证性、综合设计性、研究创新性的综合实验，以加强学生的主动学习能力、实践能力和创新能力，使学生得到系统性的训练。我们将实验教学内容进行模块化，主要分为基础型实验、专业实验、实践应用型综合实验和创新实验四个模块。
通过新的实验模块的确立，形成了以材料科学基础、材料性能测试与评价、材料微观组织结构观察与分析为主线，以材料实验基本操作、材料研究方法、材料现代测试分析手段为基本内容的材料基础实验、综合设计实验、专业实验、研究创新实验的实验教学新体系。
（二）创新设计与技能竞赛平台是实验教学新体系的有益补充
为营造良好的学习氛围，充分调动学生自主学习的积极性，作为新的实验教学体系的一种有益补充，我们以全国大学生金相技能大赛、全国大学生材料设计大赛为依托，完善实验室的建设，搭建学科竞赛平台。近年来我校已组织了三次金相技能大赛和材料设计大赛，同时积极组织学生参加了全国大学生金相技能竞赛及材料设计大赛并取得了优异成绩，通过竞赛促进了学生之间、学校之间的相互交流学习，开阔了学生的视野，调动了学生自主学习的积极性，丰富了学习内容，也提高了人才培养的质量。
（三）考核和质量监控机制是检验实验教学新体系成效的必要手段
综合性设计性实验的考核注重过程，对于设计性实验我们更重视学生在整个设计及实验过程中的表现，而实验结果只作为考核的次要因素。学生在设计方案中是否有独到新颖的想法，整个实验思路逻辑是否清楚，实验过程是细节严密还是顾此失彼，整个实验报告书写是否规范，结果是否可信，对不同实验因素导致实验结果的差异如何进行分析等都是评定设计实验成绩的重要因素。考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神，及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。
实验考核和质量监控是检验实验教学效果的一个关键步骤，它既能检验教师的实验教学思路和方法的正确性，也能检验学生在实验过程中的知识运用、创新思维及分析总结能力，它可作为激励学生发挥主观能动性的培养的一种教学措施。实验考核主要在3个阶段：实验方案的设计和讨论;实验实施;实验结果分析汇报。通过这三个阶段的把关，提高实验教学质量，同时能检验教师的实验教学思路和正确性以及学生在实验过程中的知识运用、创新思维，由此激发学生主观能动性和创新意识。
（四）实验教学管理模式的配套改革是实验教学新体系得以实施的有力保障
实验单独设课和实验室面向学生全面开放是我们改革实验教学管理模式的主要内容。我校材料实验中心所有实验室对学生全面开放，使学生在学习中的创意、想法均能在实验室得到验证，也为学生进行材料科学研究的自我选题提供了实验条件。同时，实验单独设课，全面实行实验教学学分制，从制度上保证了教与学对实践实验教学环节的重视和实验教学水平的提高。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 陈石林，李玉平，尹斌.构建材料类课程实验教学体系的思考[J].大学教育，2013（9）.
[2] 郑冬梅，王悦.构建研究生实验教学体系，培养研究生创新能力[J].实验技术与管理，2010（5）.
[3] 龙梦晴.素质教育与高校人才培养的理论与实践探析[J].大学教育，2012（12）.
[4] 廖桂英，夏华.构建创新人才培养的开放式大学化学教学平台[J].大学教育，2012（12）.
[责任编辑：钟 岚]
[摘 要]实验教学是高校人才培养过程中的重要环节，通过实验可以将理论教学与实践教学有机融合，以巩固夯实学生的基础理论知识，加强学生在科学研究的基本方法、实验方法和技能上的训练，培养学生独立分析、解决实际问题的能力，使学生的综合素质及实践、创新能力得以全面提升。我院实验教学中心在金属材料专业基础及材料科学与工程专业基础实验教学中改革原有教学模式，积极探索新的实践教学方法，构建提高人才培养质量的实验教学新体系，取得了很大成效。
[关键词]材料专业;基础实验教学;教研教改;实验教学新体系
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2016）01-0165-02
实验教学是高校人才培养过程中的重要环节，通过实验可以将理论教学与实践教学有机融合，以巩固夯实学生的基础理论知识，加强学生在科学研究的基本方法、实验方法和技能上的训练，培养学生独立分析、解决实际问题的能力，使学生的综合素质及实践、创新能力得以全面提升。
在材料学科专业的学习和培养计划中，“材料学专业基础”是重要的专业基础课，它从材料学科领域的基础理论出发，阐述各种材料的共性基础知识，从材料的组织结构出发，研究材料性能中材料结构和制备工艺之间的关系，因而教学既要强调基础理论知识，又要与生产实际保持紧密的联系。但在传统的教学模式中，长期以来将实验教学附属于理论教学，将其视为理论教学的辅助手段，或是验证基础理论的工具，这种状况容易使学生在专业基础理论的学习过程中产生知识的断裂和缺陷，不能将各门专业理论课程的知识加以融会贯通，造成学生的实验技能不强，工程、创新意识淡薄。
因此在人才培养过程中，要使学生既能牢固掌握专业基础理论知识，又能培养提高学生的实践能力、分析解决问题的能力与创新意识，使学生能从被动学习变为主动的、自主思考的学习，就必须以教研教改为抓手，改变原有的教学模式，构建新的金属材料专业基础实验教学体系。近几年来我们大力开展教研教改，积极探索新的实践教学方法，在我们的教学实践中进行了如下两个方面的改革，取得了明显的成效。
一、理论与实践相结合，合理设置专业实验教学内容
材料学科基础实验主要包含两个方面的实验环节：一是课程实验，学生通过实验验证理论学习内容，巩固理论知识，加深对知识的理解，初步掌握材料测试的基本方法，对材料测试先进技术的应用及实验主要仪器设备加以了解。二是设计性的综合性实验，这也是目前我们重点进行教研教改的部分。在实践教学中，我们让学生根据所学的材料专业基础知识自主选题，自行设计实验方法。将实验方案制订、材料选择、材料处理、试样制备、仪器设备使用、性能测试、组织结构分析、实验结果分析到相关文献资料的查阅组成一个完整的综合性实验。学生可以应用学到的专业理论知识来进行实验及对实验测试结果进行分析，在这个过程中要求学生将“材料学专业基础”、“材料性能学”、“材料工程基础”、“金属热处理原理与工艺”、“金属学原理”等专业基础课的基础理论知识系统的、全面的运用到材料研究、制备当中，从而培养、提高学生发现问题、解决问题的能力和创新意识，掌握一定的专业实验实践技能及进行材料科学研究的基本方法。
（一）材料学专业基础实验设置
实验有“金相显微镜的构造”、“金相试样制备”、“碳钢平衡状态下的显微组织观察”、“碳钢的热处理操作”、“组织观察及硬度测试”、“显微摄影”、“结晶学”、“材料力学性能测试”、“Fe-C平衡组织及观察”、“材料的偏光分析”、“材料组织金相显微镜观察”、“材料摩擦磨损以及冲击性能的测定”、“材料密度的测定”、“材料电阻特性的测定”、“材料热膨胀系数的测定”、“热导率的测试”、“电容量C”、“电感量L”、“品质因数Q测试”等18个实验内容。其实验均为基础性和验证性实验，通过实验使学生掌握理论知识，熟悉了解专业的基本实验技能、实验手段和材料研究的基本方法。
（二）材料学专业基础综合实验
金属材料方向实验内容为“金属材料热处理综合实验”。实验内容涉及本专业“材料科学基础”、“材料性能学”、“材料工程基础”、“金属热处理原理与工艺”、“金属学原理”等专业理论知识课程，通过综合实验使学生将学到的专业理论知识得以系统、连贯的应用起来。
综合实验项目设置：
1.金相分析与力学性能测试：实验要求学生运用已学的“金属学原理”、“金属热处理原理与工艺”理论知识，以预定的力学性能指标为依据，查阅相关文献及资料，正确选用材料，根据所选材料制订合理的实验方案，制订热处理工艺，进行热处理操作、硬度测试、试样制备、数据、图片采集，应用专业理论知识进行组织结构、成分、性能的分析，通过实验增强学生实践动手能力和综合运用专业知识解决实际问题的能力。
2.金属材料综合实验：实验涉及金属材料的制备、塑性成形、组织性能检测等内容，其任务是使学生学会综合运用常用金属成型加工方法进行材料制备和性能检测。实验结合了我校材料学科在材料科学研究方面的成果，金属材料采用铝镁材料，实验内容主要包括金属材料熔炼与铸造、塑性加工（挤压、轧制）、热处理、金相组织观察与力学性能检测。
上述实验从选题、制订实验方案、选材、实验、试样制备、性能测试、组织观察、数据分析及结果分析均由学生自主完成，并要求完成2000字实验报告。
二、构建和实施实验教学新体系
（一）新的材料学专业基础实验体系
新的材料科学基础性实验体系改变了原有的实验教学模式，主要是根据理论教学内容和要求来科学合理的设置实验内容、实验方法，将先进的实验测试技术、方法及仪器设备应用于实验教学中，实验教学由验证式的实验转变成基础验证性、综合设计性、研究创新性的综合实验，以加强学生的主动学习能力、实践能力和创新能力，使学生得到系统性的训练。我们将实验教学内容进行模块化，主要分为基础型实验、专业实验、实践应用型综合实验和创新实验四个模块。
通过新的实验模块的确立，形成了以材料科学基础、材料性能测试与评价、材料微观组织结构观察与分析为主线，以材料实验基本操作、材料研究方法、材料现代测试分析手段为基本内容的材料基础实验、综合设计实验、专业实验、研究创新实验的实验教学新体系。
（二）创新设计与技能竞赛平台是实验教学新体系的有益补充
为营造良好的学习氛围，充分调动学生自主学习的积极性，作为新的实验教学体系的一种有益补充，我们以全国大学生金相技能大赛、全国大学生材料设计大赛为依托，完善实验室的建设，搭建学科竞赛平台。近年来我校已组织了三次金相技能大赛和材料设计大赛，同时积极组织学生参加了全国大学生金相技能竞赛及材料设计大赛并取得了优异成绩，通过竞赛促进了学生之间、学校之间的相互交流学习，开阔了学生的视野，调动了学生自主学习的积极性，丰富了学习内容，也提高了人才培养的质量。
（三）考核和质量监控机制是检验实验教学新体系成效的必要手段
综合性设计性实验的考核注重过程，对于设计性实验我们更重视学生在整个设计及实验过程中的表现，而实验结果只作为考核的次要因素。学生在设计方案中是否有独到新颖的想法，整个实验思路逻辑是否清楚，实验过程是细节严密还是顾此失彼，整个实验报告书写是否规范，结果是否可信，对不同实验因素导致实验结果的差异如何进行分析等都是评定设计实验成绩的重要因素。考核中要充分鼓励和肯定学生在设计过程中所表现出的敢于挑战、主动学习、大胆创新的精神，及由此带来的思维水平和实践水平的全面提高。
实验考核和质量监控是检验实验教学效果的一个关键步骤，它既能检验教师的实验教学思路和方法的正确性，也能检验学生在实验过程中的知识运用、创新思维及分析总结能力，它可作为激励学生发挥主观能动性的培养的一种教学措施。实验考核主要在3个阶段：实验方案的设计和讨论;实验实施;实验结果分析汇报。通过这三个阶段的把关，提高实验教学质量，同时能检验教师的实验教学思路和正确性以及学生在实验过程中的知识运用、创新思维，由此激发学生主观能动性和创新意识。
（四）实验教学管理模式的配套改革是实验教学新体系得以实施的有力保障
实验单独设课和实验室面向学生全面开放是我们改革实验教学管理模式的主要内容。我校材料实验中心所有实验室对学生全面开放，使学生在学习中的创意、想法均能在实验室得到验证，也为学生进行材料科学研究的自我选题提供了实验条件。同时，实验单独设课，全面实行实验教学学分制，从制度上保证了教与学对实践实验教学环节的重视和实验教学水平的提高。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 陈石林，李玉平，尹斌.构建材料类课程实验教学体系的思考[J].大学教育，2013（9）.
[2] 郑冬梅，王悦.构建研究生实验教学体系，培养研究生创新能力[J].实验技术与管理，2010（5）.
[3] 龙梦晴.素质教育与高校人才培养的理论与实践探析[J].大学教育，2012（12）.
[4] 廖桂英，夏华.构建创新人才培养的开放式大学化学教学平台[J].大学教育，2012（12）.
[责任编辑：钟 岚]
