方一航 吳建波 王宇 霍顏秋 張平 王天樂(lè)

摘要：針對(duì)“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，對(duì)原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、設(shè)備進(jìn)行了革新。除保留并改進(jìn)少量經(jīng)典的驗(yàn)證性小實(shí)驗(yàn)外，增設(shè)了綜合性實(shí)驗(yàn)，嘗試了“三動(dòng)式”、“三結(jié)合”和“二平臺(tái)”三位一體的教學(xué)模式，進(jìn)行了設(shè)備的資源優(yōu)化。實(shí)踐證明，通過(guò)教學(xué)改革，大大提高學(xué)生的動(dòng)手能力以及分析和解決問(wèn)題的能力，為其后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)基礎(chǔ);實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革;應(yīng)用型人才

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）43-0132-03

隨著地方應(yīng)用型本科院校的轉(zhuǎn)型發(fā)展，如何強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生與地方社會(huì)經(jīng)濟(jì)相對(duì)應(yīng)的創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力和實(shí)際操作能力，是目前地方應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)亟須解決的問(wèn)題[1，2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)工作的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力、科學(xué)思維方法、實(shí)踐動(dòng)手能力以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等，均具有十分重要的意義[3，4]。重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的訓(xùn)練和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，已成為地方性本科院校人才培養(yǎng)的共識(shí)。

“材料科學(xué)基礎(chǔ)”是臺(tái)州學(xué)院材料類專業(yè)大一下半學(xué)期開(kāi)設(shè)的一門(mén)重要專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程從各種材料的共性基礎(chǔ)出發(fā)，闡明了材料的成分、結(jié)構(gòu)、工藝、性能之間的關(guān)系，對(duì)材料的生產(chǎn)、使用和發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義[5]。該課程具有術(shù)語(yǔ)概念多、推導(dǎo)多、設(shè)計(jì)知識(shí)面廣且抽象等特點(diǎn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)中易出現(xiàn)概念混淆、難以理解和學(xué)習(xí)興趣提高困難等問(wèn)題。為解決這一難題，大部分高校開(kāi)設(shè)了與材料科學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)配套的實(shí)驗(yàn)課程。該課程的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐能力，能應(yīng)用所學(xué)基本知識(shí)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題，不僅能驗(yàn)證理論教學(xué)的內(nèi)容，還能提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)技能。為進(jìn)一步凸顯地方性本科院校“應(yīng)用”的特征，臺(tái)州學(xué)院醫(yī)藥化工與材料工程學(xué)院材料工程系啟動(dòng)材料類人才培養(yǎng)方案，將材料科學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)數(shù)從原先的15學(xué)時(shí)提高至32學(xué)時(shí)，課程分兩個(gè)學(xué)期進(jìn)行。學(xué)時(shí)的提高對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出更高的要求，如新增的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)如何設(shè)置實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是否更換原先的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和設(shè)備是否進(jìn)一步革新。因此，如何解決這些問(wèn)題，成為材料科學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)?zāi)芊襁M(jìn)一步改善的一大挑戰(zhàn)[6，7]。

一、原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

原材料工程系人才培養(yǎng)計(jì)劃中設(shè)置的材料科學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)只有2個(gè)，除了金相顯微試樣的制備與觀察、Fe-C合金相圖及平衡組織觀察等與金屬材料相關(guān)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)外，材料科學(xué)基礎(chǔ)課程中相關(guān)的其他理論實(shí)驗(yàn)幾乎沒(méi)有。隨著現(xiàn)代材料技術(shù)的突飛猛進(jìn)，無(wú)機(jī)非金屬材料、納米材料、功能材料等新材料進(jìn)入井噴式發(fā)展[8，9]，以上實(shí)驗(yàn)已無(wú)法滿足其最基本的課程實(shí)驗(yàn)要求，應(yīng)著重加大材料類別及相關(guān)的理論基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

（一）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一且相似度高

原實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，僅針對(duì)金屬材料進(jìn)行必要的金相制備、組織分析，常常出現(xiàn)理論知識(shí)點(diǎn)相近的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，但材料科學(xué)基礎(chǔ)課程中出現(xiàn)的相關(guān)章節(jié)理論知識(shí)難點(diǎn)均未涉及，比如晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、相平衡及相圖、擴(kuò)散定理等。以上知識(shí)點(diǎn)是材料科學(xué)基礎(chǔ)的核心，缺乏知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通，不利于對(duì)材料核心知識(shí)點(diǎn)的掌握。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式缺乏創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式大多采用陳舊的教科書(shū)式教學(xué)：首先，對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作、注意事?xiàng)等進(jìn)行闡述;然后，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng);最后，按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及上課內(nèi)容按部就班地進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)一堂課的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生只知道其然，而不知道其所以然，不能充分掌握所學(xué)的理論知識(shí)點(diǎn)。

（三）實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊且臺(tái)套數(shù)不足

由于對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的重視度不足，原先實(shí)驗(yàn)室配置的金相顯微鏡、磨拋機(jī)等設(shè)備基本都是2003—2006年購(gòu)買(mǎi)的老舊設(shè)備，經(jīng)常出現(xiàn)照明燈失明、目鏡及物鏡磨損嚴(yán)重導(dǎo)致觀察視野模糊、目鏡轉(zhuǎn)換系統(tǒng)失靈等問(wèn)題。因此，學(xué)生上課時(shí)間延長(zhǎng)，非教學(xué)問(wèn)題眾多，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與思考

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，結(jié)合我校其他學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的經(jīng)驗(yàn)以及調(diào)研其他兄弟院校，材料工程實(shí)驗(yàn)室對(duì)原有材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改革，以期滿足地方性應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)要求，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在專業(yè)教學(xué)中的作用。

（一）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的革新

在原材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，增加典型金屬晶體結(jié)構(gòu)堆垛模型分析、單晶硅片位錯(cuò)蝕坑的觀察、金屬表面滲鍍層的顯微組織觀察、氯化銨飽和溶液的結(jié)晶、Pb-Sn二元相圖的測(cè)定、金屬塑性變形及再結(jié)晶、金屬材料的熔煉與鑄錠、材料密度和吸水率及氣孔率的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這不僅保留了能加深學(xué)生對(duì)經(jīng)典基礎(chǔ)理論知識(shí)理解的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，還增加了側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)踐能力的綜合性實(shí)驗(yàn)。如單晶硅片位錯(cuò)蝕坑的觀察實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)動(dòng)手操作切割、清洗、腐蝕、觀察單拋硅片等實(shí)驗(yàn)步驟，理解了晶體線缺陷的理論知識(shí)點(diǎn)，學(xué)會(huì)了如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解更多材料理論知識(shí)點(diǎn)的方法。課堂結(jié)束后，學(xué)生都意猶未盡，基本消除剛開(kāi)始接觸晶體缺陷理論知識(shí)的迷茫。

（二）實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)攻略

傳統(tǒng)的預(yù)習(xí)、理論講解、實(shí)驗(yàn)操作等教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后常常不知道做此實(shí)驗(yàn)的目的、意義。為進(jìn)行課堂教學(xué)改革，我們嘗試了“三動(dòng)式”、“三結(jié)合”和“二平臺(tái)”三位一體的教學(xué)模式，極大提高教學(xué)質(zhì)量，深受學(xué)生歡迎[10，11]?！叭齽?dòng)式”是指“互動(dòng)、聯(lián)動(dòng)和滾動(dòng)”，其實(shí)質(zhì)就是注重調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)參與的積極性，突出表現(xiàn)教學(xué)觀的與時(shí)俱進(jìn)?！盎?dòng)”是指學(xué)生與教師相互交流，相互碰撞，相互啟發(fā)，達(dá)成共識(shí);“聯(lián)動(dòng)”是指促進(jìn)課堂教學(xué)與社會(huì)實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合和良性結(jié)合;“滾動(dòng)”是指挖掘和盤(pán)活學(xué)生中蘊(yùn)藏的自我教育資源，增強(qiáng)教育影響力。“三結(jié)合”是指系統(tǒng)學(xué)習(xí)和專題講授相結(jié)合、課堂理論教學(xué)與現(xiàn)代化教學(xué)手段相結(jié)合、課堂學(xué)習(xí)與課外學(xué)習(xí)相結(jié)合?！岸脚_(tái)”是指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源信息發(fā)布，形成一個(gè)開(kāi)放式的輔助教學(xué)平臺(tái)，延伸課堂教學(xué)內(nèi)容，搭建師生互動(dòng)平臺(tái)。通過(guò)以上教學(xué)方式的改革，實(shí)驗(yàn)課堂充滿生機(jī)，學(xué)生滿載而歸。

（三）舊設(shè)備的再利用和新設(shè)備的更新

為提高設(shè)備的利用率以及助力實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順利開(kāi)展，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了設(shè)備資源的優(yōu)化。如金相顯微鏡過(guò)于陳舊，基本購(gòu)置于2003年，但是丟棄屬于國(guó)家資產(chǎn)的流失，因此我們開(kāi)發(fā)了氯化銨飽和溶液的結(jié)晶實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕怯^察材料的結(jié)晶過(guò)程及其晶體組織特征，由于原先金屬材料的結(jié)晶過(guò)程實(shí)驗(yàn)溫度過(guò)高，不利于結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的觀察，因此采用硫酸鋅飽和溶液的常溫結(jié)晶觀察。為能有效提高觀察質(zhì)量，在原先金相顯微鏡的基礎(chǔ)上，增加了簡(jiǎn)易電子顯微攝像系統(tǒng)。除此之外，實(shí)驗(yàn)室根據(jù)最新的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)需求，新增了金相多媒體實(shí)驗(yàn)室，配備了金相多媒體系統(tǒng)和模擬軟件系統(tǒng)[12，13]。此實(shí)驗(yàn)室既解決了因?qū)嶒?yàn)場(chǎng)地不足導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)效率問(wèn)題，也將教師的傳統(tǒng)教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提高了教學(xué)效果。另外，通過(guò)開(kāi)設(shè)部分教學(xué)動(dòng)畫(huà)、錄像等演示實(shí)驗(yàn)替代部分驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，將有限經(jīng)費(fèi)盡可能投入綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有效提高資金使用效率和實(shí)際教學(xué)效果。

三、教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的預(yù)期效果

我院材料科學(xué)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)在第二學(xué)期，是材料類本科生接觸的第一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程實(shí)驗(yàn)。它原先是主要圍繞金屬材料的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，課程理論知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)生往往出現(xiàn)踏出實(shí)驗(yàn)室即遺忘的現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，學(xué)生的創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力得到極大提升，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革成效初顯。

（一）調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的積極性

材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多根據(jù)核心理論知識(shí)難點(diǎn)開(kāi)設(shè)，匹配度高。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)的講解、互動(dòng)、操作，把握住關(guān)鍵知識(shí)。課程實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生還會(huì)積極主動(dòng)去圖書(shū)館或網(wǎng)上查閱資料，自行安排時(shí)間再度完成實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)現(xiàn)從要做實(shí)驗(yàn)到自己想做實(shí)驗(yàn)的態(tài)度轉(zhuǎn)變。

（二）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容合理，驗(yàn)證性和綜合性實(shí)驗(yàn)相輔相成

在保留原先經(jīng)典驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加具有一定創(chuàng)新性和動(dòng)手能力強(qiáng)的綜合性實(shí)驗(yàn)的比例。開(kāi)設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)后，整個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在實(shí)驗(yàn)室教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)生解決分析問(wèn)題的能力，都具有一定的效果。

（三）參加專業(yè)技能競(jìng)賽成績(jī)喜人

學(xué)生通過(guò)材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)與鍛煉，為后續(xù)材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)，進(jìn)一步增強(qiáng)專業(yè)技能和自信心，敢于和清華大學(xué)、北京科技大學(xué)等“985”院校的學(xué)生比拼。例如，從第三屆開(kāi)始，學(xué)生分別赴北方民族大學(xué)、昆明理工大學(xué)、清華大學(xué)、南昌大學(xué)，參加了四屆“蔡司杯”全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽，累計(jì)獲得團(tuán)體一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，個(gè)人一等獎(jiǎng)獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)，個(gè)人二等獎(jiǎng)6項(xiàng)目，個(gè)人三等獎(jiǎng)3項(xiàng)，優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎(jiǎng)10項(xiàng)，獲獎(jiǎng)人數(shù)和獲獎(jiǎng)等級(jí)名列浙江省高校第一。這些賽事擴(kuò)大了臺(tái)州學(xué)院在全國(guó)高校中的影響力，也充分展現(xiàn)了我校注重強(qiáng)化學(xué)生應(yīng)用能力培養(yǎng)的成果。

四、結(jié)論

“材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”是“材料科學(xué)基礎(chǔ)”課程建設(shè)的有機(jī)組成部分，兩者相輔相成，實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是直接影響到學(xué)生專業(yè)實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。經(jīng)過(guò)各實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和鍛煉，學(xué)生掌握了基本實(shí)驗(yàn)技能。教學(xué)改革的一個(gè)任務(wù)就是讓學(xué)生從“要我學(xué)”轉(zhuǎn)化為“我要學(xué)”，著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是一項(xiàng)勢(shì)在必行的艱巨任務(wù)。如何開(kāi)展材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，仍然值得進(jìn)一步深思和探討。

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