專業綜合實驗教學改革與實踐

摘 要：專業綜合實驗是材料類專業一門重要的實踐性教學課程。為提高學生的綜合素質和創新能力，實現應用型人才培養目標，高校需要對專業綜合實驗教學進行改革，實行“自助式”實驗教學模式。實踐結果表明，專業綜合實驗教學改革在提高學生綜合素質和創新能力方面取得了良好的效果，同時也促進了教師專業水平的提高。

關鍵詞：專業綜合實驗；教學改革；自助式；材料類專業

實驗教學是高校教學工作的重要組成部分，與理論教學相輔相成。材料類專業是實踐性很強的專業，實驗教學對該專業大學生創新能力、動手能力的培養具有重要意義。近年，許多高校對材料類專業實驗教學進行了改革，開設了各種模式的綜合型實驗， 取得了一些富有成效的經驗。中原工學院專業綜合實驗課程是材料科學與工程專業、材料成型與控制工程專業教學計劃中一個重要的實踐性教學環節，屬于獨立設置的實驗教學必修課，目的是使學生運用所學專業知識和技能，綜合處理實際工作中遇到的問題，提高解決實際問題的能力，為以后從事金屬材料的生產和科研奠定基礎。

中原工學院材料類專業從2007級學生開始，獨立設置專業綜合實驗課程。實驗項目是給出一系列機械零件名稱及所用的材料，提出技術要求，要求學生自由選擇題目，根據題目要求制訂熱處理工藝方案，并完成相應的組織與性能檢測。專業綜合實驗的開設，雖然在一定程度上增強了學生的創新意識與實踐能力， 學生的自主設計、自主學習能力都有所提高， 取得了一定的教學效果，但學生的積極性、主動性及創造性未能得到充分發揮。為此，課程組對專業綜合實驗教學進行了改革，結合工程實際生產與教師的科研項目，增加了一些新的實驗項目，提出了專業綜合實驗“自助式”實驗教學模式，經過3年實施，取得了良好的效果。

一、“自助式”實驗教學特點

“自助式”實驗教學是指在實驗教學中，以學生為主、教師為輔的教學方法，即以學生為中心，教師圍繞學生的思路進行輔導教學，由學生根據自己的意愿、興趣完成整個實驗過程。學生自由選擇實驗項目、儀器設備，自主設計、實施實驗方案，獨立獲得實驗數據、完成實驗報告。在整個實驗過程中，教師僅提供實驗項目，提出實驗要求，進行必要的指導，充分發揮了學生的自主性和能動性。

“自助式”實驗教學具有以下特點及作用：（1）實驗項目數量充足，學生可以根據自己的專業興趣選擇題目，有利于提高學生學習的積極性和主動性。（2）一個實驗項目一般由3～5名學生共同完成，大家相互討論制訂實驗方案，分工合作，共同完成整個實驗，有利于培養學生的團隊精神、協調能力及組織能力。（3）實驗方案及實驗過程由小組學生自主完成，能夠培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力及創新能力。（4）實驗設備由學生自己選擇，設備的參數由學生自己調試，有利于培養學生嚴謹認真的工作態度和實踐能力。（5）“自助式”實驗不同于以往的簡單驗證性實驗，具有綜合性、設計性和創新性。一個實驗不僅需要以前學過的知識，而且需要一些未曾接觸過的新知識，需要學生去查閱相關資料，有利于培養學生綜合運用所學知識解決問題的能力及查閱文獻資料的能力。（6）學生自選項目多樣，涉及的知識比較寬泛，需要指導教師有寬廣的知識面，這樣指導學生才能得心應手。

二、專業綜合實驗教學內容的設計

專業綜合實驗作為中原工學院材料類專業的一門課程，注重對學生進行綜合技能的訓練，培養學生獨立分析、解決問題的能力。

選題是綜合實驗的第一步。在選題時，應充分考慮實驗內容與理論課程的關聯性，依托理論課程體系的學科基礎課、專業課和專業方向課平臺構建相應的實驗體系。同時，緊密結合各專業當前的發展方向，注重選題的新穎性。綜合實驗的題目可以與實際生產相結合，也可以與教師的科研課題相結合，還可以由學生自己提出，老師審定。每一實驗項目的設計都以某一零件的材料選擇為主線，綜合運用了多門理論課知識和多項實驗技能。經過近幾年的實踐，最后精選出三個方向的實驗項目（每個方向的實驗項目都有具體的實驗內容及要求）：（1）常用機械零件的熱處理及組織與性能分析，要求每個小組在所給的零件中任選其一，然后進行組織和性能分析。（2）等離子表面改性處理及組織與性能分析，要求每個小組在給定的基體材料、熔覆粉末及處理方式中至少選擇一種基體材料、一種處理方式，若進行熔覆處理只選擇一種粉末，先進行表面改性處理，然后分析其組織和性能。（3）合金的設計與熔煉及組織與性能分析，要求每個小組在給定的材料中熔煉一組不同成分的合金，然后分析其組織和性能。每個實驗題目由3～5人為一組完成。學生可以根據自己的意愿和專業知識興趣選擇實驗項目，指導老師只提出最終實驗要求。這樣的實驗項目內容設計要求學生能夠將材料科學基礎、材料性能與檢測、金屬材料及熱處理等相關理論知識結合，達到理論知識的有機融合；將熱處理工藝操作技術、金相試樣制備技術、金相組織攝影及分析技術、相關性能測試技術等相關實驗技能結合，達到實驗技能的有機融合。通過這樣的實驗項目，可以達到對學生進行運用理論知識，提高實驗技能、分析能力、實踐能力、創新能力和工程意識綜合訓練的目的。

三、專業綜合實驗教學的組織與實施

專業綜合實驗教學時間為2周， 主要安排在大四上學期，在學生學完全部專業課并具備了基本實驗技能的基礎上開設。具體做法是：學生自由組合成小組，每個小組選擇一個題目，由小組擬定實驗方案，獨立操作與分析判斷實驗結果，寫出實驗報告，最后進行匯報答辯。如果學生選擇一個具體的零件，就要按照零件的技術要求，進行合理選材，安排加工工藝路線，畫出熱處理工藝曲線，明確如何檢測熱處理后的組織和力學性能。經指導教師審閱合格后，學生才能進入實驗室做實驗，按照制定的工藝路線進行熱處理，制作金相試樣觀察組織并測試、分析材料的性能，比較處理前后材料組織性能的變化及其規律。整個實驗由學生獨立完成，由學生自主查閱相關資料、確定實驗工藝、處理實驗數據、分析實驗結果。

在實驗過程的組織和實施中，每一組學生都由理論課教師和實驗課教師（兩位教師）指導。在整個實驗過程中，教師只解答學生在實驗中遇到的問題，引導他們獨立思考，學會解決具體問題的方法和步驟， 鍛煉學生的思維方法及綜合處理解決問題的能力，從而促使學生由被動接受一個實驗項目轉變為自主運用所學理論知識解決實際問題，有效提高了學生的創造思維能力，鍛煉了其獨立實驗技能，培養了其材料工程意識。

實驗后的總結非常重要，它是學生分析問題、解決問題的重要環節。要求學生首先獨立思考，然后相互討論，將實驗以實驗報告的形式進行總結。報告內容包括實驗內容、實驗方案、實驗方法、實驗結果和結果分析，最后以小組為單位做成PPT，進行匯報答辯。小組之間可以互相提問、討論，最終由教師點評。通過匯報、小組之間的提問及教師點評，有助于學生對各自試驗結果與相似小組進行比較，從而加深學生對實驗結果的理解，拓展學生的知識面，激發學生復習理論知識的積極性；既提高學生分析問題、解決問題的能力，為以后從事材料科學研究打下良好的基礎，又能增強學生的成就感，培養他們的專業興趣及愛崗敬業的職業道德。

每個小組的最終成績由指導教師和其他小組綜合評定，指導教師評價占60%，學生評價占40%。指導教師根據實驗小組的整體實驗方案、實驗進展情況、實驗過程中的表現、實驗結果、分析討論情況、報告的質量及匯報答辯情況進行整體評價，給出每個小組的成績。同樣，每個小組也同時給出其他小組的成績。綜合教師和小組評定，最后給出每個小組的成績。小組內每個學生的成績由指導教師和小組組長根據其綜合表現和實驗報告質量在小組成績基礎上給出。實驗評判鼓勵創新，只要有創意，實驗思路明晰，操作無誤，分析準確到位，結果合理，就可以評定為優秀的實驗報告。這樣評分既公平，又能提高學生的參與意識和積極性。

四、專業綜合實驗教學改革實施效果

1.提高了學生的綜合素質和創新能力

通過近幾年的專業綜合實驗課教學訓練，學生普遍反映動手能力得到了很大的提高。大多數學生能夠獨立操作實驗設備，熟練掌握熔煉設備、表面處理設備、熱處理設備的操控及金相試樣的制備、金相組織觀察與攝影、力學性能測試等材料專業基本實驗技能，同時在實驗過程中一些新思維、新想法不斷涌現，這對學生的個性發展和創新能力的培養起到了積極的推動作用，有利于培養具有開拓意識、創新能力的新型人才。此外，實驗過程中需要小組同學之間相互協作，又培養了學生的團隊協作精神及協調能力。

2.提高了教師的專業水平

“自助式”專業綜合實驗課的開設對指導教師提出了較高的要求，要求指導教師必須提供充足的實驗項目，供學生自由選擇。此外，學生在綜合實驗及小組匯報答辯過程中都會遇到各種各樣的理論和實際問題，有些問題需要指導教師查閱相關資料或者向企業工程技術人員及其他教師請教，經過深入思考才能加以解決，有利于促進教師專業水平的提高。

五、結語

專業綜合實驗教學經過幾年的摸索和實踐，采用“自助式”實驗教學模式，取得了良好的效果。學生通過專業綜合實驗，提高了基本實驗技能，加深了對所學專業理論知識的理解，鍛煉了理論聯系實際、綜合應用專業知識解決實際問題的能力，提高了對專業的認知、興趣及工程意識，為后期的畢業設計及畢業后的工作奠定了良好的基礎。

參考文獻：

[1]晏井利，梅建平，王仕勤.材料科學與工程專業實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理，2011，（6）.

[2]葉宏，田中青，許惠斌.材料科學與工程專業工程應用型人才的培養[J].中國冶金教育，2010，（3）.

[3]辛穎，雅菁，劉志鋒，材料科學與工程專業綜合實驗的教學改革與實踐[J].實驗室科學，2009，（1）.

[4]巴志新，王章，忠蔡璐.材料科學與工程專業綜合實驗的改革探索[J].中國冶金教育，2009，（3）.

[5]孫小華，胡宗智，黃才華.金屬材料專業綜合實驗教學改革與實踐[J].中國電力教育，2013，（14）.

[6]李峻峰，邱克輝，林金輝等.材料科學與工程專業綜合實驗教學的實踐與思考[J].成都理工大學學報（社會科學版）， 2010，（2）.

[7]余紅粒，歐陽慶華.“自助式”實驗教學方法的研究[J].南昌工程學院學報，2008，（2）.

[8]郝鐵鋼，徐文科，王麗杰.自助式教學模式探析[J].教育探索，2006，（2）.

責編：沐 林