劉光磊

摘 要： 本文著重闡述了材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革與實(shí)踐，分析了成型專(zhuān)業(yè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在重理論、輕實(shí)踐且教學(xué)內(nèi)容與模式滯后的問(wèn)題，提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與理論教學(xué)相結(jié)合，全面推進(jìn)設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)的新思路。實(shí)踐證明：獨(dú)立開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)課，引進(jìn)虛擬仿真先進(jìn)技術(shù)改革教學(xué)模式，完善實(shí)驗(yàn)考核制度可全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為高校材料類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 材料成型及控制工程 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 存在問(wèn)題 對(duì)策

1.引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是整個(gè)高等學(xué)校（簡(jiǎn)稱高校）教學(xué)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，與學(xué)科結(jié)構(gòu)、課程體系和教學(xué)改革密切相關(guān)。它不僅是對(duì)理論教學(xué)的驗(yàn)證、補(bǔ)充和拓展，更是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際工程問(wèn)題能力、提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)的重要途徑[1]-[2]。由于材料成型及控制工程專(zhuān)業(yè)（簡(jiǎn)稱成型專(zhuān)業(yè)）屬于實(shí)踐性比較強(qiáng)的學(xué)科，在做好專(zhuān)業(yè)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)模式、理念和管理機(jī)制的改革與創(chuàng)新，最大限度地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，對(duì)于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力具有重要意義。

2.成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足

2.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重依附理論教學(xué)

受傳統(tǒng)觀念影響，高校一直以理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)為輔。理論教學(xué)體現(xiàn)了學(xué)術(shù)性，實(shí)踐教學(xué)是理論教學(xué)的一個(gè)環(huán)節(jié)、一個(gè)補(bǔ)充[3]。在成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)也得不到足夠重視。主要表現(xiàn)為學(xué)時(shí)較少；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容嚴(yán)重依附于理論教學(xué)；各個(gè)實(shí)驗(yàn)之間彼此獨(dú)立，缺少聯(lián)系和配合；各門(mén)實(shí)驗(yàn)課程規(guī)模小且分散，實(shí)驗(yàn)課安排伸縮性、隨意性強(qiáng)；教學(xué)內(nèi)容相互脫節(jié)，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)容遺漏和重復(fù)設(shè)置的現(xiàn)象。在教師和學(xué)生的潛意識(shí)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是理論教學(xué)的輔助手段，造成對(duì)課堂紀(jì)律、出勤率、課堂教學(xué)質(zhì)量、課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)的重視程度明顯不足。學(xué)校常以理論教學(xué)為主要的考評(píng)依據(jù)評(píng)價(jià)教學(xué)質(zhì)量，或者進(jìn)行教學(xué)檢查時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅占很小的部分。另外，部分實(shí)驗(yàn)教師本身沒(méi)有正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)的區(qū)別，忽視了理論知識(shí)重在實(shí)踐應(yīng)用，未能形成以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實(shí)踐能力為主線的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，長(zhǎng)此以往根本不能適應(yīng)材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)的定位目標(biāo)[3]。可以說(shuō)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)處于理論教學(xué)的從屬地位，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力中發(fā)揮的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏科學(xué)的管理與指導(dǎo)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于學(xué)生人數(shù)多，相對(duì)散亂，給管理帶來(lái)了很多不便。第一，讓一些逃課的同學(xué)有機(jī)可乘。請(qǐng)同學(xué)“代到”、“幫忙簽名”，甚至在老師點(diǎn)名后便不見(jiàn)蹤影等現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮；第二，學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力存在差異，難免有損壞設(shè)備、浪費(fèi)材料的現(xiàn)象，給教師的指導(dǎo)工作帶來(lái)不便；第三，有的實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，盡管教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)注意安全，仍然有學(xué)生在好奇心、粗心的驅(qū)使下做出違反實(shí)驗(yàn)規(guī)章的事情，帶來(lái)極大的安全隱患；第四，為了保證學(xué)生的絕對(duì)安全和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的完好，如合金熔煉及澆注，教師只能親自示范，學(xué)生只需記錄操作步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，任務(wù)單一且缺乏實(shí)踐性?？傊?，上述原因都大大增加了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的工作量，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的管理和維護(hù)等提出了極高的要求。

2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式滯后

受實(shí)驗(yàn)條件的限制，有的高校存在實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)少、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占比例偏高等問(wèn)題。對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性能力的實(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)就更少，根本做不到與時(shí)俱進(jìn)式地教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法上，仍采用“填鴨式、依葫蘆畫(huà)瓢”的方式，網(wǎng)絡(luò)科技、虛擬仿真等先進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)尚未在教學(xué)中推廣應(yīng)用。對(duì)于學(xué)生而言，過(guò)于依賴實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，每次實(shí)驗(yàn)按部就班操作，急于完成實(shí)驗(yàn)，根本不設(shè)計(jì)、分析和思考其中的原因及原理。學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)主體，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不能充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性，依然處于機(jī)械式照搬實(shí)驗(yàn)書(shū)和被動(dòng)學(xué)習(xí)的狀態(tài)，在一定程度上對(duì)學(xué)生的開(kāi)放創(chuàng)新思維起到抑制作用，不利于他們獨(dú)立思考、創(chuàng)新能力和分析解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)。

2.4實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足

成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)涉及購(gòu)買(mǎi)實(shí)驗(yàn)原材料、制備試樣、試樣組織與性能觀測(cè)分析等，需要大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備，且實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、原材料價(jià)格貴、分析測(cè)試費(fèi)用高。近年來(lái)，高校不斷擴(kuò)招，一方面實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量不夠，另一方面也許投入更多的經(jīng)費(fèi)。為了保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，勢(shì)必需要增加實(shí)驗(yàn)崗教師，購(gòu)買(mǎi)更多的儀器設(shè)備、增添實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地等，這就需要學(xué)校加大對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)費(fèi)投入。倘若經(jīng)費(fèi)不足，不但影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)作用的正常發(fā)揮，更在一定程度上使實(shí)驗(yàn)崗教師工作積極性乃至學(xué)生學(xué)習(xí)熱情下降。

2.5考核機(jī)制不完善

科學(xué)地評(píng)定學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)對(duì)引導(dǎo)學(xué)生重視實(shí)踐教學(xué)，正確處理知識(shí)、能力和素質(zhì)的關(guān)系具有導(dǎo)向作用[4]。目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要么根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出成績(jī)，要么將實(shí)驗(yàn)成績(jī)依附于理論考試成績(jī)給出課程總成績(jī)，不能充分反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)踐能力、數(shù)據(jù)處理及分析問(wèn)題等綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α＿@樣的考核機(jī)制無(wú)形中削弱了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，降低了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的重視程度，甚至出現(xiàn)了抄襲、篡改、編造實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象，這兩種考核機(jī)制均不完善[5]-[6]。

3.成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

3.1設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)

我校成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課程體系總體規(guī)劃上，廣泛收集工科專(zhuān)業(yè)工程實(shí)踐的教學(xué)資料，單獨(dú)設(shè)立了能夠突出不同專(zhuān)業(yè)方向能力的設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)，涵蓋了鑄鍛焊三個(gè)方向的多個(gè)工藝方案。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為：選材（成分設(shè)計(jì)）、材料成形工藝設(shè)計(jì)、材料性能測(cè)試與分析、材料微觀組織檢測(cè)與分析、計(jì)算機(jī)輔助模擬設(shè)計(jì)和工藝方案優(yōu)化設(shè)計(jì)6個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K。教學(xué)過(guò)程側(cè)重材料成型原理及材料成型控制技術(shù)、成型過(guò)程組織變化規(guī)律及相關(guān)的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)方法的訓(xùn)練，以進(jìn)一步學(xué)生對(duì)材料加工工藝、性能和組織間相互關(guān)系的深入理解。學(xué)生從選題、查閱文獻(xiàn)，到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、工藝流程，到選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器，直至完成實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和參加答辯，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程全部由自己獨(dú)立完成。這種教學(xué)方式模擬了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的基本過(guò)程，向企業(yè)工藝設(shè)計(jì)工程師工作看齊，目的是讓學(xué)生在掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標(biāo)，對(duì)學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)交叉滲透、相互融合的能力進(jìn)行培養(yǎng)和訓(xùn)練，提高了學(xué)生查閱資料能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、綜合分析能力[7]-[8]，使其掌握正確的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和科學(xué)研究方法，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技術(shù)和技能，突出對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力及工程素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。通過(guò)上述實(shí)踐訓(xùn)練給學(xué)生創(chuàng)造了運(yùn)用理論教學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的環(huán)境，讓學(xué)生學(xué)以致用，實(shí)現(xiàn)從理論向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力。

3.2開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)

我校成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)的同時(shí)還引進(jìn)了開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該系統(tǒng)的核心是教師與學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變，教師主要發(fā)揮啟發(fā)和引導(dǎo)作用，學(xué)生由“填鴨式”的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)椤昂＞d式”的主動(dòng)學(xué)習(xí)。在保證正常教學(xué)的前提下，實(shí)驗(yàn)室實(shí)行全天開(kāi)放，學(xué)生可根據(jù)自身實(shí)際情況選擇時(shí)間進(jìn)行不同的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以小組或個(gè)人為單位獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料、制訂實(shí)驗(yàn)方案及工藝路線，充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，自主選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器、工藝方法、實(shí)驗(yàn)流程。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，不僅有利于學(xué)生獨(dú)立工作、分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的提高，更能促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化的發(fā)展和創(chuàng)新思維的發(fā)揮，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中真正確立了學(xué)生的主體地位。這極大地推動(dòng)了教學(xué)改革向更深層次發(fā)展，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力營(yíng)造了理想的教學(xué)環(huán)境[9]-[10]。

3.3完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核制度

實(shí)驗(yàn)考核考核實(shí)行目標(biāo)控制，依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行考核，設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定與理論課一樣嚴(yán)格?？己藘?nèi)容包括：上課出勤率（10%）、動(dòng)手實(shí)踐能力（20%）、相互協(xié)作能力（10%）、實(shí)驗(yàn)記錄（150%）、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（15%）、綜合答辯（30%）。其中，出勤率通過(guò)點(diǎn)名、簽到形式完成；動(dòng)手能力需在實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)場(chǎng)考核，著重考查學(xué)生制訂實(shí)驗(yàn)方案的合理性，實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范程度；相互協(xié)作能力主要是通過(guò)將個(gè)人成績(jī)與小組總成績(jī)捆綁實(shí)現(xiàn)，目的是鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)隊(duì)精神；實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生完成整套實(shí)驗(yàn)流程的記錄和總結(jié)；綜合答辯環(huán)節(jié)中，一方面根據(jù)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算機(jī)評(píng)定的工藝方案結(jié)果，另一方面根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的完成情況提出問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)自己所掌握的知識(shí)進(jìn)行回答。教師參照學(xué)生以上表現(xiàn)，給出設(shè)計(jì)型綜合實(shí)驗(yàn)的最終成績(jī)。

3.4虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)

我校成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)積極探索理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的新方式，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，刪去落后的實(shí)驗(yàn)，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。將先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，開(kāi)展直觀教學(xué)，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式。目前，我校成型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)正在積極構(gòu)建實(shí)驗(yàn)虛擬仿真系統(tǒng)、多媒體實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)虛擬仿真系統(tǒng)主要是針對(duì)精密大型設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造原理，實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)成本較高的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容而設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)子系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)操作系統(tǒng)是一套能夠播放實(shí)驗(yàn)錄像視頻資料的實(shí)驗(yàn)教學(xué)子系統(tǒng)，如老師根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求播放能夠?qū)τ嘘P(guān)工藝方案——顯微組織進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示和分析的實(shí)驗(yàn)錄像資料。這種虛擬仿真教學(xué)模式信息量大、內(nèi)容豐富、直觀易懂，使得學(xué)生積極投入教學(xué)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的啟發(fā)式教育，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、思考和解決問(wèn)題的能力起到十分積極的作用。

4.余論

競(jìng)爭(zhēng)在教育，取勝在人才。當(dāng)今社會(huì)，材料專(zhuān)業(yè)正向復(fù)合型、先進(jìn)型、功能型方向發(fā)展，單一的材料專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)人才將不能滿足社會(huì)需求，為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，我們應(yīng)在高等教育中繼續(xù)推行發(fā)展創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)的人才培養(yǎng)模式，充分發(fā)揮高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可替代的主體作用，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)做到實(shí)處，積極培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維，分析、思考和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，努力提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、促進(jìn)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展、開(kāi)發(fā)學(xué)生思維潛能，為社會(huì)培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)、可持續(xù)發(fā)展的高素質(zhì)應(yīng)用型人才作貢獻(xiàn)。

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