金屬材料設計性實驗教學探索

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摘要：綜合設計性實驗是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識和動手能力，提高綜合素質的重要手段。小課題式綜合設計性實驗以開發(fā)學生的研究、總結、探索、創(chuàng)新的科研興趣，更好地完成高質量的科研行為為出發(fā)點，根據(jù)學生的課程進展情況、實驗室條件、結合教師科研制定實驗項目，以小課題形式進行實踐教學探索，學生最終提交小論文式實驗報告。實踐證明，此類綜合設計性實驗能夠提高學生實驗的積極性，激發(fā)其研究興趣，使學生在材料工程項目管理如設計、分析、團隊合作、學術交流等環(huán)節(jié)得到專業(yè)訓練。

關鍵詞：綜合性實驗；創(chuàng)新能力；實踐教學

引言

實驗教學在教學過程中有著舉足輕重的作用，金屬材料專業(yè)屬于實踐性較強的學科，通過專業(yè)實驗可以培養(yǎng)學生的動手能力、分析能力，激發(fā)學生的研究興趣、創(chuàng)新意識，提高分析問題，解決問題的能力[1]。金屬材料專業(yè)培養(yǎng)的人才，不僅要掌握本專業(yè)的基本知識和專業(yè)技能，還需要具備解決所學專業(yè)領域內(nèi)的理論和實踐問題的基本能力。為此，提出小課題式綜合實驗的教學改革，以提高學生科研能力和創(chuàng)新意識。小課題式綜合設計性實驗是指在學生具備一定的實踐基礎，利用學校教師的科研力量和實驗室條件，學生通過查找資料、自己完成實驗方案的設計和實驗操作，實驗報告以小論文的形式提交，指導教師只對學生的整個實驗過程監(jiān)督和協(xié)調的作用。小課題式綜合設計性實驗是驗證型實驗和綜合型實驗的延伸與拓展，是培養(yǎng)學生具有獨立科研實驗能力的重要階段。小課題式綜合設計性實驗的目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神，提高學生的綜合素質[2]。實驗的項目設計要注重實驗教學和科研的結合，將科研中的研究成果轉變?yōu)檫m合實踐教學的知識和技能，以科研促進實踐教學，培養(yǎng)學生的科研意識及創(chuàng)新能力[3-6]。培養(yǎng)學生理論轉化為實踐的能力，開發(fā)學生的研究、總結、探索、創(chuàng)新的科研興趣，為更好地完成高質量的科研行為做準備。

1小課題式綜合設計性實驗項目的設計

綜合設計實驗課程是在學生已經(jīng)掌握了基本的理論知識和基本實驗儀器設備操作的基礎上而開設的綜合設計性實驗課程。教師的科研成果具有先進性和前沿性，所以綜合實驗設計要引入教師的科研方向與科研成果，將科研中最新的理論和成果應用到實驗教學中去，以培養(yǎng)學生的科研意識[7]。通過調查研究科學推進實驗教學體系、教學內(nèi)容和實驗教學手段的改革。根據(jù)本科生專業(yè)課程進展情況及學生接受能力、實驗人員的專業(yè)水平和實驗室條件，提煉、選擇能夠滿足學生實踐能力要求的實驗方向和內(nèi)容，其中要考慮到學生已經(jīng)具備金屬材料基礎知識及基本的實驗儀器設備的操作訓練，實驗項目設定應具備樣品的制備以及表征和數(shù)據(jù)分析等多個材料實驗環(huán)節(jié)。將本專業(yè)的幾位在科研和教學上有諸多成果的教師，加入到實驗方案的制定及實驗過程管理之中，研究開發(fā)設計出符合實際的綜合實驗項目，鼓勵學生創(chuàng)造性地進行實驗，調動學生進行專業(yè)實驗的主動性，使學生樂于去查找最新文獻資料、有針對性的使用儀器設備等進行實驗，且實驗項目內(nèi)容、實驗室設備及教師的研究方向要進行動態(tài)調整。指導教師只對實驗內(nèi)容提出總體要求，引導學生查找相關文獻資料，制定材料制備工藝路線、性能表征、數(shù)據(jù)分析和處理來提高學生對材料科學理解；讓學生自己確定實驗方向和確定本組成員的分工，設計實驗方案和實驗步驟，進行相關實驗，對實驗結果進行分析，發(fā)揮學生在實踐教學中的主體作用，強化學生的獨立思考的能力，這不僅鍛煉了學生的專業(yè)能力、分析能力和動手能力，還可激發(fā)學生進行專業(yè)實驗學習的主動性、創(chuàng)新精神和團隊合作精神[8]。

2小課題式綜合設計性實驗的總體實施

在金屬材料專業(yè)本科生實踐教學中開設綜合設計性實驗以小組為單位完成整個實驗過程，要求小組分工明確，做到每人都能夠參與整個實驗過程，最終以小課題形式提交小論文式實驗報告，課題式綜合實驗學生操作的流程如圖1所示，首先學生根據(jù)課題自行進行分組（2～3人一組）、教師引導查找資料、完成實驗方案設計，自己動手完成實驗操作，學會把實驗過程、結果分析寫成小論文，以學生為中心，讓學生主動面對問題，以此鍛煉學生的自主學習和實踐創(chuàng)新能力。綜合設計性實驗與基礎實驗相比，研究的內(nèi)容更全面、更具體，對學生綜合能力的要求更高，學生也需要付出更多的時間和精力，但也正是這個過程可以培養(yǎng)學生的實踐能力和嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度以及創(chuàng)新能力。

3實驗考核

綜合實驗的目的是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，不僅要讓學生“動手”，更主要是“動腦”，因此對學生實驗的考核要探索新的模式，要摒棄以往以實驗結果的準確性來評價實驗成績，對學生參與實驗的實際能力進行動態(tài)的、全面的評價，進行量化考核?？己藢嶒灧桨冈O計的創(chuàng)新性，參與實驗討論的活躍度，實驗完成情況，要重點考核實驗過程、實驗分析與總結。實驗過程主要是對儀器的操作規(guī)范、樣品的制備的整個流程，強調實驗參與的重要性；實驗分析與總結主要考核學生對樣品性能表征和數(shù)據(jù)的分析能力，允許實驗出現(xiàn)偏差甚至失敗，只要能分析出失敗原因，同樣可以得高分。金屬材料綜合設計性實驗由12個實驗組成，總共48學時?？己朔绞桨窗俜种茍?zhí)行，根據(jù)平時成績、實驗總結報告及樣品提交的情況綜合評定。平時成績包括實驗方案的設計（15%）、實驗過程中儀器設備操作能力（15%）、提交樣品情況（10%）、答辯（10%）；最終提交的小論文的格式統(tǒng)一采用學生論文的編寫格式進行編寫，考察格式是否正確（15%）；小論文的內(nèi)容（15%），考察中英文題目是否準確、中英文摘要是否能反映論文的主題內(nèi)容。小論文中數(shù)據(jù)的處理和分析是否具有科學性（15%），對研究內(nèi)容能否提出新問題、新見解（5%），如果有創(chuàng)新點，且比較正確，哪怕很少，就給予高分。

4實驗效果

1）激發(fā)學生的自主學習熱情。與以往的按照實驗指導書的步驟按部就班的進行實驗相比，該實驗項目的結果是未知，學生可以根據(jù)實驗結果及時調整實驗方案，這大大激發(fā)學生的好奇心和探索科學實踐的興趣，使學生更加主動的面對問題、分析問題和解決問題。可激發(fā)學生進行專業(yè)實驗學習的主動性、創(chuàng)新精神和團隊合作精神。2）提高理論與實踐相結合的能力。本實驗項目安排在大四的上學期上，樣品的制備、表征和小論文的撰寫都需要用到課堂上學到的知識，例如新材料的制備方法、材料性能表征等等。把課堂上的理論轉化到綜合實驗項目的設計、制備、表征中，提高學生理論與實踐相結合的能力。有興趣的學生還可以以此為基礎，申請大學生創(chuàng)新項目，進一步提高學生的創(chuàng)新能力。且經(jīng)過綜合實驗的訓練學生的主動性、論文的撰寫的質量都明顯有提高。3)通過該課題的研究與實踐，開發(fā)設計出新的以論文形式的實驗報告，提高學生的畢業(yè)論文質量。在未開始綜合性設計性實驗之前，學生在拿到畢業(yè)設計課題后，不知從何著手，對實驗數(shù)據(jù)的分析和處理，完全依賴老師的指導。開始了綜合性設計性實驗之后，學生拿到了課題之后，都能夠比較順利的開展工作，進行實驗方案的設計、實驗操作、性能表征和最終實驗結果的分析和論文的撰寫，自然畢業(yè)設計論文的質量也會提高。

5總結

綜合性設計包含了材料的制備和表征以及多種儀器設備的操作，完成此實驗需要學生查閱相關資料，了解材料的制備方法和發(fā)展，制定制備工藝路線和確定實驗參數(shù)，這對培養(yǎng)學生的科研能力起著重要作用。在實驗過程掌握實驗儀器設備的操作，在性能表征實驗中學會了對數(shù)據(jù)的分析處理，在最后的小論文的撰寫中了解和掌握科研論文的相關知識，培養(yǎng)了學生理論聯(lián)系實際、分析問題和解決問題的能力。在大四上學期開展綜合實驗2年來，得到了學生的歡迎和認同，讓他們對本專業(yè)的研究內(nèi)容和方向有了一個新的認識，激發(fā)了他們對本專業(yè)的熱愛。總體來說取得了較好的實驗教學效果，學生普遍認為對他們以后的科研實驗有很大的幫助。

參考文獻：

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[8]賴婷，林碧敏，劉小波，等.激光還原石墨烯材料制備及應用綜合型實驗設計[J].實驗技術與管理，2014，34（2）：62-65.

作者：王紅俠 李新星 湯亮 單位：宿遷學院信息工程學院