基于創新人才培養的材料專業實驗教學改革

葉　宏　麻彥龍

重慶理工大學材料科學與工程學院　重慶　400054

“雙創”能力培養專題

基于創新人才培養的材料專業實驗教學改革

葉宏麻彥龍

重慶理工大學材料科學與工程學院重慶400054

實驗教學是實現創新人才培養的重要環節，對培養學生的實踐能力和創新能力有著不可替代的作用。分析了重慶理工大學材料科學與工程學院材料專業實驗教學環節存在的問題，以工程型創新人才培養為核心，構建了以材料的“成分/組織-制備工藝-性質-使用性能”四大要素為主線多模塊、多層次的實驗教學新體系。通過實驗教學內容的更新，實驗教學方法與考核方式地改革，有效地提高了實驗教學質量。

材料專業；實驗教學；教學體系；教學內容；教學方法；創新能力

隨著我國高等教育和社會的發展，要求高等學校培養的學生不但要具備一定的基礎理論和較寬的知識面，同時還要具有較高的創新精神、創新能力和極強的工程實踐能力。為了實現這一人才培養目標，就要求在重視基礎理論教育的同時，強化學生的工程教育。實踐教學是普通高校實現工程創新型人才培養目標的重要環節，而實驗教學是實踐教學的重要組成部分。實驗教學作為人才培養過程中理論聯系實際的重要環節，對于培養學生的動手能力和工程應用能力和創新精神具有重要的作用［1-3］。

重慶理工大學材料科學與工程專業（以下簡稱“材料專業”）2001年開始招生，在多年的專業建設過程中，十分重視實驗教學平臺建設和學生實踐能力的培養［4，5］。材料科學與工程實驗室建成為重慶市實驗教學示范中心。但是，隨著國家“卓越工程師教育培養計劃”的逐步實施，我們清醒地認識到，普通高校材料專業在實驗教學環節還存在諸多問題，嚴重地制約了工程型創新人才的培養。因而近年來，我校在實驗教學體系、教學內容、教學模式的改革方面進行了一系列的探索。

1　存在的問題

1.1實驗課程與工程嚴重脫節

實驗教學內容陳舊，更新慢，與工程脫節，主要以認識性和驗證性為主，以培養學生工程實踐能力和創新能力的綜合性、應用性、創新性實驗偏少，體現現代科學技術和專業特色的實驗太少，不利于培養學生的工程觀念。同時，由于實驗項目不同導致實驗內容和實驗方法存在較大的差異，如在工程中進行的各種實驗都是嚴格按照有關的技術標準進行，但在實驗教學中的許多實驗都有很大隨意性，而且有許多實驗根本不執行標準，使得許多學生畢業后不僅工程意識淡薄，而且缺乏標準化意識［6］。

1.2實驗內容孤立和分散互相缺乏聯系

工程中所進行的實驗都是綜合性的，即每一個實驗都不是孤立的，而是為了某個生產目的，與其他若干個實驗共同組成一個有機的實驗群體。因此，要求學生不僅要有分析思維能力，而且要有綜合思維能力［7］。但是，材料類專業傳統的專業實驗內容相互之間關聯度小，學生做了實驗以后也不了解該實驗在生產中與其它實驗的聯系，更不了解在什么場合下使用和如何使用。

1.3實驗儀器設備資源不足學生動手機會較少

材料專業實驗儀器及設備種類繁多、價格昂貴。由于學校經費投入有限，難以將儀器設備購置齊備，即使擁有了部分大型儀器設備，本科生很難親自動手，往往是教師操作演示，學生圍觀，這不可避免影響了學生對相關專業知識的了解，進而在一定程度上影響了學生對材料專業的興趣。

1.4實驗教學方法與模式落后

在實驗教學方法上，依然沿用“抱著走”的傳統方式。在實驗前學生領取實驗指導書，每個實驗有詳細的實驗原理、實驗方法、實驗步驟甚至還有數據記錄表格等。實驗教學模式基本上采用封閉式， 學生只能在教師指定時間進實驗室。實驗課上，學生只需要按指定步驟操作，用不著思考和查閱資料。這種教學方法使學生產生很強的依賴性，既不會設計實驗，也不會在實驗中觀察問題、分析問題和解決問題，有的學生甚至不會使用儀器。

2　實驗教學體系的改革

2.1實驗教學體系改革的基本原則

2011年以來，我校材料專業以“寬基礎—強綜合—多交叉”的實驗教學理念為指導，遵循“精選基礎、培養能力、強調創新和面向工程”的基本思路，依托材料科學實驗室和材料分析測試中心，以多模塊、多層次模式對實驗教學進行大膽改革。以材料科學與工程“成分/組織-制備工藝-性質-使用性能”四大要素為主線，將實驗項目從理論課程中獨立出來，建立與理論課程相對獨立的新型實驗課程體系（如圖1所示）。

圖1　新型實驗課程體系

2.2新型實驗教學體系的構建

依據實驗教學體系改革的基本原則，新的實驗課程體系設立基礎實驗模塊、綜合實驗模塊、創新實驗模塊，其中基礎實驗模塊主要強調學生基本知識的掌握和基本實驗技能的培養，為后續綜合性實驗和創新實驗及畢業設計的開展奠定基礎。而在基礎實驗模塊課程實驗項目設置時，考慮到不同專業方向的培養需要，將實驗項目分為必做實驗和選做實驗，其中必做實驗是所有專業方向學生都必須完成的，而選做實驗則依據不同專業培養方向的需要，分別開設大量的實驗項目供學生選擇。而綜合實驗模塊則根據不同專業方向，從專業技能和工程能力訓練出發，分為專業綜合實驗和工程綜合實驗，其中專業綜合實驗主要強調學生對專業知識的綜合理解和運用，旨在培養學生分析問題、解決問題、創新思維能的力，而工程綜合實驗則從實際工程角度出發，注重強化學生的工程實踐能力及運用專業知識解決實際工程的能力培養。創新實驗模塊則讓學生在學習了基礎性實驗和綜合性實驗后可以創新地自主設計或參與教師科研項目進行新的實驗。

3　實驗教學內容的更新

針對建立的新型實驗課程體系，從專業基礎型、綜合設計型、研究創新型3個實驗層次設置和調整實驗項目。

3.1基礎實驗教學模塊

專業基礎實驗教學模塊在第四、五學期開設，共32學時。其內容涵蓋材料類最基本的基礎實驗，如組織分析、性能測試和成分分析等，基礎實驗教學模塊實驗項目開設情況見表1。

表1　材料專業基礎實驗教學模塊實驗項目

3.2綜合實驗教學模塊

綜合實驗教學模塊在第6學期開設。根據不同專業方向，從專業技能和工程能力訓練出發，分為專業綜合實驗和工程綜合實驗兩部分，共32學時。以金屬材料工程方向為例，專業綜合實驗開設必修實驗2項共8學時，工程綜合實驗提供8項實驗，學生選做2項共24學時，實驗項目開設情況如表2所示。

表2　金屬材料工程方向綜合實驗教學模塊實驗項目

3.3創新實驗教學模塊

創新實驗教學模塊在第7學期開設，主要培養學生的研究能力、創新思維和創新能力，這類實驗項目主要來源于兩方面：一是學生自己申報的“大學生創新性實驗項目”；另一方面主要來源于教師的科研項目。這些實驗項目的內容是不固定的，每一年都會根據教師的項目及其進展情況變化，主要由具有高職稱的專職教師擔任指導。創新實驗教學的內容也可作為后續畢業設計的前期工作。

4　實驗教學方法及考核方式的改革

4.1實驗教學方法的改革

教學方法的改革是實驗教學改革必不可少的內容，為培養創新型人才就必須摒棄傳統的“抱著走”的模式，更多地采用“精講、設疑、研討、實踐、評析”的開放教學模式［8］。并針對不同層次的實驗教學，采用不同的教學方法，更多地采用啟發式、參與式的教學方法，減少純粹講解的比重，給學生更多的學習自主權，增加學生動手時間。如在材料基礎實驗課程中教師主要講解儀器設備操作方法及注意事項；在綜合型實驗、創新型實驗中教師只講目的、要求，實驗方案由學生完成后教師審核。整個實驗過程以學生為主體，教師以引導的方式協助學生完成相關實驗。給學生營造出一種主動的、探索性的學習環境，以鍛煉學生觀察實驗現象、正確記錄和處理數據、分析實驗結果的能力，培養嚴肅認真、實事求是的科學態度和作風。

4.2實驗考核方式的改革

學生實踐創新能力的培養歸根到底就是要讓學生“動”起來，不僅讓其“動手”，而且還要讓其“動腦”。為此，必須摒棄單一的“考勤+實驗報告”的考核方式，探索實驗考核新模式，滿足實踐創新能力培養的需求。在綜合型實驗課程的考核中以實驗方案、實驗操作、實驗分析與總結三部分作為考核依據。而創新型實驗課程的考核包括實驗方案答辯、實驗總結陳述、研究報告三部分。其中重點考核實驗分析與總結，弱化實驗結果，即重過程而不重結果。同時允許實驗失敗，只要能分析出失敗原因，同樣可以得高分［9］。

5　結束語

實驗教學是增強學生實踐創新能力的重要途徑之一。以工程型創新人才培養為核心，構建了以材料的“成分/組織-制備工藝-性質-使用性能”四大要素為主線的多模塊、多層次的實驗教學新體系，改革傳統的實驗教學模式和內容， 開展設計性和綜合性實驗，引入工程性和創新性實驗，充分發揮了學生的思維潛能，使學生的創新思維、創新能力得到有效的培養與發展。通過實驗教學方法和考核方式的改革，有力地發揮了學生的主體作用和教師的主導作用，調動了學生的主動性，在學生工程實踐能力的培養方面取得了初步成效。

［1］ 戴玉明，巴志新，薛亞軍.基于綜合實踐能力培養的材料專業實驗教學體系改革［J］.中國冶金教育，2014（5）：56-57.

［2］ 王迎軍，項聰，余其俊.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.

［3］ 劉偉東，石萍，谷志剛.基于應用創新型人才培養的材料專業實驗教學體系的構建［J］. 遼寧工業大學學報：社會科學版，2014，16（4）：8-10.

［4］ 楊明波.材料科學與工程實驗教學示范中心建設的思考與實踐［J］.實驗技術與管理，2008，25（10）：97-100 .

［5］ 葉宏，閆忠琳.材料科學與工程專業實踐教學環節的現狀與對策［J］.重慶科技學院學報：社會科學版，2007（2）：126-127 .

［6］ 馬泉山，劉廣君.材料類專業實驗教學環節現狀與改進措施探討［J］.實驗技術與管理，2010，27（6）：150-152.

［7］ 周新貴，白書欣.改進高校材料專業實驗教學的思考與建議［J］.實驗技術與管理，2011（6）：234-235.

［8］ 崔建軍，萬桂怡.材料學科實驗教學體系改革的思考與實踐［J］.實驗技術與管理，2012，29（3）：138-140，143.

［9］ 王金星，曾文，劉天模.材料專業自主性實驗教學體系探索［J］.中國現代教育裝備，2013，179（19）：17-19.

Reform on Experimental Teaching in Materials Discipline： an Approach for Innovative Cultivation of Students

Ye Hong， Ma Yanlong
School of Material Science and Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing， 400054， China

Experimental teaching is a key step for innovative cultivation of students， which is critical for training students' practice and innovation capability. In this paper， problems exist in the process of experimental teaching in College of Materials Science and Engineering in Chongqing University of Technology were analyzed. Then， a new teaching system consisting of four components， namely composition/ microstructure -processing- properties- performance was built. Guided by the multi-modal and multi-level teaching system， teaching materials were updated； and teaching and experimental methods were reformed accordingly. As a consequence， the quality of experimental teaching has been improved effciently.

materials discipline； experimental teaching； teaching system； teaching materials； teaching methods； innovation capability

2016-03-15

葉宏，碩士，教授。麻彥龍，博士，教授。

重慶市高等教育教學改革研究重點項目（編號：152035）；重慶理工大學高等教育教學改革研究項目（編號：2013YB06）；重慶理工大學優勢專業建設項目。