材料科學與工程專業實驗教學的思考

鄭玉船 李長江 王 澍

（黃山學院化學系材料科學與工程教研室，安徽 黃山245041）

教育是科教興國的基礎，將始終處于優先發展的戰略地位。在2010年7月全國教育工作會議上胡錦濤在《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中指出教育成效不應只看學生是否能準確填寫標準答案，更要看學生的學習能力、實踐能力、創新能力，看他們是否掌握了發現問題、解決問題的關鍵能力[1]。材料是構成社會文明和國民經濟的三大支柱之一，是科學技術發展的物質基礎和技術先導。材料科學與工程是一門實踐性很強的專業，實踐性教學在專業教學中扮演著重要的角色[2]。實踐教學的形式具有多樣性，如專業實驗、工程實訓、實習、畢業設計等。其中，專業實驗在實踐教學中占有非常重要的地位，應當加強專業實驗室的軟硬件建設，以滿足專業實驗的順利、高效地進行[3-4]。相對研究型大學而言，地方應用型本科院校更應重視培養學生的實踐動手能力，以培養高端技術技能型人才，滿足服務地方及周邊地區經濟社會發展的需要。基于此，本文主要闡述在材料專業實驗教學過程中遇到的問題以及思考。

1 實驗教學的重要性

理論和實驗教學是教學活動的兩個重要方面，實驗教學是理論聯系實際的重要手段，是課堂教學有益地延伸，是培養學生動手/實踐能力的重要環節。材料學科交叉性強、涉及面廣，且又是一門實踐性非常強的學科。因此，除了厚基礎之外，一定也要重實踐教學且落到實處。這樣才能充分的發揮教學資源為學生服務，而不能僅存在于一個口號，流于形式。

2 發揮實驗教學的實踐功能

為了更好地發揮實驗教學在學生的探究和實踐能力培養方面的作用，首先要求實驗教師要有較強的責任心，至少能夠嚴格按照教學大綱的要求完成實驗教學；其次，對于學生可以采取進入專業教師實驗室從事科研/產學研的研究，促進他們對實踐活動的認識，使他們意識到實踐活動對專業理論學習、分析與解決問題能力的培養以及技術創新等方面所起的重要作用，從而重視實驗教學。

結合材料專業實驗的教學情況，有必要從“做什么”和“怎么做”這兩個方面探討實驗教學中需要注意的一些問題，使學生能夠真正地受益于實踐教學，而不是走過場。

2.1 做什么

首先，要讓學生知道這個學期的實驗安排，一般包括時間、地點、實驗內容、分組、任課教師等信息；其次，實驗教案的編寫，這一環節非常重要。教案的基本內容一般由以下六個部分構成：實驗目的、實驗儀器設備、實驗原理、實驗步驟、實驗數據記錄及處理、實驗思考。在編寫的時候需要注意以下幾個方面：

2.1.1 教案內容

理論課和實驗課的進度要保持一致。因此，老師之間應該先交流好時間安排，盡量在理論課結束后的一周內安排相關的實驗。從學生反饋的情況來看，他們也提到理論和實驗嚴重脫節的情況。然后切忌直接照搬教材或復制、粘貼網絡資源。一定要根據學生實際情況，以教學大綱為基，以教參為輔，結合現有的儀器設備設計專業實驗。如今網絡資源非常豐富（如百度文庫），學生有的時候也會去檢索學習資料，當他看到任課教師發給他的教案與網上一模一樣時，或許會產生不好的印象。如同現在的理論課程，有的會配有課件光盤，很容易造成部分教師直接去使用這些課件而不做任何修改。材料專業實驗很多都有國家標準（如金屬材料拉伸實驗現行標準GB/T 228.1-2010），因此，有的實驗內容在編寫時需要參考國家標準。另外，有的教案內容要結合本專業的最新研究成果，及時更新。總體上而言，已有的這些信息僅可以作為參考資料，教師需要結合具體情況編寫出適合自己學生的教案，以身作則，潛移默化中教育學生。

2.1.2 電子版教案排版

電子版教案容易出現的問題就是排版問題，如段落不分、中英字體一樣（一般英文或數字設置為Times New Roman）、上下標沒有設置（如H2O vs H2O）等。當我們自己看到這樣的教案時，都會產生編寫人態度不端正、治學不嚴謹的想法。因此，我們不僅要在教案內容上把好關，更要在排版上注意這些小問題，盡可能地呈現給學生一份認真編寫的教案。畢竟，身教勝于言教。

2.1.3 適當標注

將需要注意或重要的實驗內容通過適當的標注（如改變字的顏色）提醒學生，讓學生能夠快速把握實驗要點/注意事項。

在學期開課后，將實驗教案和安排預先發給學生讓他們做好預習報告，了解實驗課將要做什么。到實驗室后，任課教師將結合教案（不要直接照本宣科）進一步解析這堂課將要做什么實驗、原理以及今后在哪些場合可能會用到這些知識。其目的就在于使學生能夠有個基本的印象，如果以后走向相關的行業，希望他們能夠不陌生，并有種熟悉的感覺。這樣，就能夠盡快地融入到工作中。

2.2 怎么做

學生在做材料專業實驗的時候，會發現與以往的化學實驗差別較大。材料專業實驗在實施過程中需要與較多的專業儀器設備打交道，如金相顯微鏡、電子萬能試驗機、各類硬度計、摩擦磨損試驗機、掃描電鏡、X-射線衍射儀等。因此，在實驗教學中，讓學生掌握這些儀器的基本操作尤為重要。

2.2.1 教師演示

教師的現場演示很重要，通過現場觀摩，學生能夠在短時間內大概了解儀器的組成結構和操作流程。以“金相顯微鏡的成像原理、構造與使用”為例，首先讓一組學生12人集中在儀器旁邊，結合儀器的照明、光學和機械系統向同學們講解金相顯微鏡的成像原理和構造。同時進行操作，通過計算機很方便地讓同學們適時觀察濾光片、起偏器與檢偏器、視場/孔徑光闌等對金相圖像的影響。

2.2.2 學生操作

讓每位同學都有親自動手操作的機會。在實驗教學中容易出現的現象就是每個小組成員（3～4人），可能只有1位同學在操作，其它同學都在旁邊圍觀，導致部分同學的實驗技能非常差，盡管已經開了較多的實驗課。實驗課中可采取以下兩種方式進行指導：其一，以“金相顯微鏡的成像原理、構造與使用”為例，為同學介紹完金相顯微鏡的成像原理和構造后，就讓每位同學依次坐在金相顯微鏡面前，讓同學選擇某一物鏡，然后讓他自己調節到可以清晰觀察到金相組織為止（教師通過計算機檢查該同學的調節結果，并適時糾正）。在此基礎上，再要求每位同學將其他組件都操作一次（如濾片組、照明系統、孔徑光闌和視場光闌等），通過目鏡觀察每次調節對成像質量的影響。通過這種一對一的方式，很容易發現學生在操作過程中出現的問題，并及時地予以糾正；其二，有的實驗可以等每個小組完成試驗以后，要求這個小組的成員依次將儀器操作一遍才可離開，在此過程中，教師可以觀察每位同學操作過程中存在的問題并進行糾正，同時可以結合本次實驗內容，問幾個小問題，不要求學生教科書式的回答，要求能夠結合自己剛剛完成的實驗，談談自己的見解。通過這兩種方式，明顯可以敦促那些抱著‘可做可不做’想法的學生，讓他們融入到實驗教學中。

2.2.3 實驗數據處理

對研究生而言，由于經常與實驗數據打交道，利用各種專業軟件可謂得心應手。本科生由于平時的學習過程中也很少遇到大批量數據處理的問題，這方面的能力就比較欠缺，這一點從畢業設計中也能體現出來。因此，除了實驗數據記錄以外，在實驗教學中也需要引導學生如何利用軟件（如Origin）處理實驗數據。

3 結語

材料是一門實踐性非常強的學科，材料專業實驗必須認真對待，讓其起到應有的作用。讓學生能夠理論結合實際，較好地掌握材料專業的基本實驗技能和技巧，更重要的一點就是能夠掌握涉及材料制備、表征以及性能測試的相關儀器設備的基本操作以及數據處理能力。同時，在實驗過程中，拓展學生的發現、分析及解決問題的能力。

［1］國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)[OL].http：//www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_838/201008/93704.html.

［2］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,2011,28(6)：259-261.

［3］王迎軍,項聰,余其俊,曾幸榮,劉粵惠.材料科學與工程專業學生實踐創新能力的培養[J].高等工程教育研究,2012(5)：127-131.

［4］王秀娟,樊新民.材料科學與工程實驗室的建設與管理[J].中國現代教育裝備，2011(17)：57-58.