應用型本科材料類專業實驗教學改革與實踐

孟君晟, 史曉萍, 王振廷, 李柏茹

(黑龍江科技大學 材料科學與工程學院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

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應用型本科材料類專業實驗教學改革與實踐

孟君晟, 史曉萍, 王振廷, 李柏茹

(黑龍江科技大學 材料科學與工程學院， 黑龍江 哈爾濱 150022)

從應用型本科院校材料類專業實驗教學中存在的問題出發，結合黑龍江科技大學材料科學與工程學院的教學實踐，提出了材料類專業實驗教學體系改革方案，討論了實驗內容和實驗教學手段的改革、實驗室開放的建設，形成了“一個中心”、“三大分室”、“三模三層”的實驗教學理念，重新設置、調整、更新實驗內容。實踐表明，通過實驗教學改革提高了學生自主學習、動手能力和創新能力，提高了實驗教學資源的利用率及應用型人才培養質量，所取得的成效與經驗對應用本科高校有一定的啟迪意義。

應用型本科； 材料專業； 實驗教學； 改革與實踐

0 引 言

從20世紀60年代，以德國開創的“雙元制”應用技術大學教育模式為基礎，國外各高校陸續開始了重視實踐教學、強化應用型人才培養的研究[1]。我國應用型院校是在20世紀90年代末，伴隨著大規模的擴招，同時為了適應國家對人才的需求而發展起來的。在我國每年高等學校的本專科畢業生現在以二三十萬的數量增加，2013年更是達到了近700萬人，隨著畢業生人數的不斷增多，就業已成為了各類高校亟待解決的問題。針對于企業對材料類專業學生的需求情況分析，要求學生具有理論聯系實際，動手能力，創新思維能力等等，高校要達到這些要求的教學核心是“實踐教學”。應用型本科院校的重點應在“應用”上，實踐教學過程是“應用”的最好體現，是培養學生動手能力和創新能力，提高職業素質和就業競爭力的重要手段。實踐教學中的實驗教學過程是學生將所學理論知識運用到實踐中的重要環節，但各高校在實驗教學的運行過程仍存在較多的問題，具體有：① 各高校對實驗教學的重視程度不夠，依舊認為實驗教學僅是理論教學的附屬產物，導致在培養方案上實驗環節的設置比例較低；② 實驗教學內容設置不合理，驗證性實驗過于簡單，綜合性、設計性實驗設置不合理，創新性實驗數量少，并且各種類型實驗相互獨立，沒有形成完整的實驗體系構架；③ 實驗室建設不夠合理，管理體制不健全，各個實驗室相互脫節，導致設備利用率下降；④ 學生對實驗的興趣不足，在注重能力培養的今天，傳統的實驗教學方式已經滿足不了當代大學生的要求，無法提高學生興趣，是導致人才培養質量下降的重要問題[2-7]。因此，探索以學生為本的新型實驗教學模式，就需要教育工作者在實驗教學中不斷探索和發現，從而發揮實驗教學在應用型人才培養中的作用。

1 材料專業實驗教學體系的構建

1.1 以應用型人才培養為目標

在《教育部關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》中，明確指出要加大實踐教學力度，加強實驗教學等環節，應用型本科人才的培養不同于傳統的理論型、學術型本科人才，其主要面向的是從事設計、生產、制造和開發為一體的一線技術人員，重點強調的實踐能力和現場解決實際問題的能力。因此，學校根據社會的發展需求，，樹立“以學生為主體，社會需求為導向”的教育理念，建立“以應用型人才培養為目標，以實驗室整合為基礎，以實驗內涵建設為核心”的具有應用型本科院校特色的教學模式，提高學生自主學習和主觀能動性，培養學生實踐能力和創新能力[8-9]。

1.2 以實驗室整合為基礎

高校的實驗室是實驗教學必不可少的重要組成部分，實驗教學依托于實驗室，實驗室是實驗教學的載體[10]。為了發揮實驗室的重要作用，打破封閉的專業界限，以“室”帶“教”，學院在充分利用現有實驗教學資源基礎上，考慮材料學科及專業建設重點，按照省級實驗教學中心的創建要求，通過實驗設備的合理調配，實驗室的建設整合，建立“一個中心，三大分室”的實驗室格局。在規劃前，材料學院按照四個專業共分為焊接實驗室、鑄造實驗室、熱處理實驗室、數碼金相實驗室、材料性能實驗室、表面工程實驗室、掃描電鏡實驗室、無機非金屬材料工程實驗室、計算機模擬實驗室、腐蝕與防護實驗室等10個實驗室，這導致出現實驗儀器設備分散，實驗室管理混亂等問題；整合后，學院建立了一個實驗教學中心，統籌管理全部實驗室，3大分室包括材料基礎實驗室(焊接實驗室、鑄造實驗室、計算機模擬實驗室、數碼金相實驗室、無機非金屬材料工程實驗室)、分析測試實驗室(材料性能實驗室、掃描電鏡實驗室)和表面工程實驗室(表面工程實驗室、腐蝕與防護實驗室)，同時，把設備進行整合。經過近幾年的建設，學院的表面工程實驗室已建設成為校重點實驗室，正在籌備省重點實驗室的建設。實驗室的整合，實現了設備的高利用率，進一步推動了應用型人才培養的實驗教學改革。

1.3 以實驗內涵建設為核心

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》明確要求高等學校需要內涵建。在2010年的《教育部2010年工作要點》中，更是多次提到“內涵建設”[11]。內涵建設已成為高等學校專業發展的主旋律，在實驗教學中也將成為核心組成部分。應用型本科院校實驗內涵建設應圍繞“應用”這一職能和提高人才質量而開展的建設，主要內容包括: ① 以動手操作能力為基礎，培育創新思考精神；② 以服務企業為導向，拓展實驗內容；③ 以興趣培養為出發點，深入挖掘學生潛力；實現學生的自身發展與社會發展相適應，達到“應用”的要求。根據實驗內涵建設的具體內容，學院修訂了教學培養方案，在增加實驗教學的同時，進一步優化實驗課程，規劃實驗項目，結合學生發展的特點，提出了“三模三層”的實驗教學培養體系。“三模”是指“實驗模塊”、“方案模塊”和“計算機模塊”的三個模塊化；“三層”是指“基礎”、“應用”和“創新”三個層次。具體來說，實驗模塊強調的是具體的實驗操作過程；方案模塊則是對新型實驗方案的設計、規劃與討論；提出計算機模塊是為了使學生能更好的適應社會發展的要求，計算機已經在當代大學生中相當普及，但在材料類的實驗教學中針對計算機方面應用與處理比較薄弱，發揮計算機模塊的作用，不僅只是對實驗過程的模擬，更需要利用計算機對實驗后續數據的處理分析以及應用。由于學生的基礎不同，年紀不同，依照學生的特點進行分層次培養，建立“基礎普及、應用開發、研究創新”由低到高的實驗教學模式，每個環節都對應著不同實驗內容，結合模塊化，相互支撐補充，這將為學生實踐創新能力的培養創造條件[12]。

2 實驗內容與手段改革

2.1 挖掘實驗內容，提高學生興趣

中國著名思想家、教育家孔子曾說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。說明興趣是學生最好的老師。正常來說，材料類專業學生對實驗應該產生興趣，但傳統的驗證性實驗在內容設計，往往會使學生產生重復操作、枯燥無味的心理，失去了對知識的渴望與需求。比如在“金屬學與熱處理”課程中有一項實驗——鐵碳合金平衡組織觀察，傳統實驗內容包括實驗目的、原理、步驟和注意事項幾個部分，學生就是按照指導教師的講解觀察相關組織特征，撰寫實驗報告，教師根據實驗報告給出成績，就算完成了實驗。但是，通過長時間觀察學生在實驗過程的中表現，發現學生對這個實驗并不感興趣，因為在理論課程中已經對相關鐵碳平衡組織進行了學習，尤其現在理論教學幾乎都用到多媒體，學生可以教師制作的ppt課件中清楚的觀察到各種組織的特點，而在這個實驗中就是一種機械的觀察，失去了實驗的意義。因此，需要對實驗內容進行改革，改變原有內容中只觀察簡單的金相組織，而增加對比實驗內容。首先把學生分成5人一組，根據學生總體人數分成幾組，然后準備12個金屬的金相試樣，其中有幾個金相試樣不是鐵碳平衡組織，讓幾組學生以比賽的形式找出來，并說明如何區分，根據各個小組的表現給出成績。通過內容的簡單變化，不僅使學生掌握實驗目的，加深學生對專業知識的理解，更重要的是提高了學生的興趣和積極性。

2.2 結合企業需求，拓展應用實驗

應用型本科人才的培養必須緊密結合市場需要，實驗內容的設計需要考慮企業(用人單位)的需求[13]。實驗的設置，在保證綜合性、設計性實驗，減少演示性、驗證性實驗，重點考慮應用、創新性實驗。因此，各個專業都開始了相關領域的應用性實驗，比如，在焊接專業中壓力容器的焊接實驗與哈爾濱鍋爐廠生成的壓力容器結合，該實驗所用的材料均來自于哈爾濱鍋爐廠實際生產所用的鋼板，把焊接專業的學生分成幾組，只告訴學生最后的應用狀態，其他實驗內容均由實驗小組獨立完成。學生根據要求完成資料收集、設計實驗過程、準備實驗材料、選擇實驗設備、進行實施操作、獲得實驗數據等環節。這種應用性實驗充分調動了學生的實驗積極性，學生從設計到實驗都與生產實際相結合，發揮了學生自主學習和主觀能動性，不僅提高了學生的動手能力，同時培養了學生分析問題和解決問題的能力，為學生未來從事工作打下良好的基礎[14]。這種應用性實驗的綜合性強、周期較長，建議安排在第7學期的專業技能訓練中(1～2周)。

2.3 依托教師科研，開設創新實驗

應用型本科院校同樣具有創新人才，不能把所有學生都歸為一類，所以，針對科研能力強，善于研究并想在未來繼續考研深造的學生開設創新性實驗。依托于教師的科研項目，本科學生參與其中，把具體研究轉化為實驗過程。如無機非金屬材料工程專業，依托于“十二五”國家科技支撐計劃“高純石墨材料開發及其典型應用”的國家級項目，進行創新性實驗的設計，同時，構建科技競賽、實驗設備設計、科技講座(包括學生課題和競賽等)相互促進的學生創新體系和創平臺。在教師指導下，結合科研項目，能有效地激發學生探索知識和發現問題的欲望，接觸科技前沿領域，強化思維意識，提高創新能力。在創新實驗過程中始終以學生為中心、教師為輔助，達到理論與實踐相結合、動腦和動手相結合的理念，有利于學生自身素質的提高及創新能力培養[15]。通過創新實驗的訓練，在2013年黑龍江省新材料創新設計大賽中，獲得1等獎3項，2等獎5項的成績；在2014年全國新材料創新設計大賽中，獲得2等獎1項。

2.4 實驗教學手段改革

(1) 充分利用多媒體資源。多媒體資源的應用在教學改革中已成為熱點，在實驗中利用多媒體教學手段，教學的直觀性和可視性增強，把問題由抽象變具體，把內容由平淡變生動，活躍實驗教學氣氛，更好地掌握實驗的重點和難點。實驗教師根據實驗特點做出優質的ppt文件，通過演示動畫、視頻、圖示以及把實驗在工業中的具體應用聲像并茂的展現出來，激發學生的學生樂趣，提高學生的注意力，有效節省實驗時間，提高實驗效率。例如，化學鍍Ni-P的實驗教學，教師的ppt文件首先演示化學鍍實驗在散熱器上應用的視頻，學生能夠印象深刻的掌握實驗的目的，吸引學生的興趣；在講解實驗原理時，利用自制的flash動畫和ppt動畫化繁為簡，形象的演示出來，學生能夠思路清晰的掌握實驗過程，調動學生動手操作的積極性，這一過程能使學生從感性認識向理性認識飛躍[16]。利用多媒體教學設備演示具有危險性的實驗，能保證實驗任務完成的同時更能夠確保實驗安全，從而達到事半功倍的效果。學院十分重視多媒體資源在實驗教學中的應用，每學年都會舉辦實驗教學多媒體課件大賽，評出大賽優秀作品給予獎勵，把更多、更優秀的課件應用在實驗教學中，取得高質、高效的實驗教學效果。

(2) 充分發揮學生實驗積極性。在高校教學活動中，學生與教師之間的關系，直接影響著學生的學習積極性。長期以來，我國高校師生關系是以對象化實踐活動的哲學思維方式來理解，這會導致學生主體的失落，師生關系必須由對象化關系轉變為主體間性關系，學生表現出主體間性，這樣才能達到和諧統一[17]。所以在實驗教學上只有發揮學生的主體地位，才能使學生成為實驗的主人。比如在合金流動性測定的實驗中，具體的造型過程和注意事項由學生通過對理論知識的掌握來進行講解，然后教師和其他人員進行提問和補充，增加學生鍛煉機會，增強學生心理素質。對于應用性和創新性實驗，教師按照分組下發實驗內容后，每個團隊都要進行認真準備實驗方案，然后進行答辯，互相探討方可實施。以學生為主體的教學方式，能充分挖掘學生們的智慧和特長，發揮學生的主觀能動性，有利于個性化應用型人才的培養。

3 實驗室開放建設

3.1 完善實驗室開放制度建設

實驗室開放，是高等學校培養高素質創新型人才的客觀要求，實驗室管理制度的建設,為實驗室開放工作的有序進行提供保障。2004年實驗室制訂了“材料學院實驗室向本科學生開放的若干規定”，經過幾年來對實驗室開放過程中出現的問題進行總結，修訂了原有規定，制定了“材料學院實驗室開放管理辦法”、“實驗室開放守則”、“7×10 h開放實驗室值班制度”、“安全管理制度”等相關文件，確保實驗室開放規范有序，學生實驗過程安全。

3.2 構建實驗室開放網絡化系統

學院的實驗教學中心構建了實驗室網絡化系統，達到實驗室信息共享，提高實驗室開放管理效率[18]。網絡化系統主要由實驗室信息系統和實驗室預約系統兩部分組成，實驗室信息系統是由實驗教學中心管理，具體包括學期實驗開放計劃、實驗教學內容及相關文件、實驗設備使用情況、實驗耗材申請等，各實驗室的教師通過實驗室信息系統了解相關開放情況；實驗室預約系統是由各實驗分室教師管理，學生可以通過網絡、電話、微信等方式與實驗室教師進行預約，預約成功后，由實驗教師把相應的預約情況通過實驗室預約系統公布，學生可以查詢預約情況，在實驗室預約系統中包含有實驗教學課件、實驗室設備說明書、實驗室規章制度等文件可供學生下載。

4 實驗教學改革效果

自2010年進行實驗室改革以來，經過4年多的努力，學院實驗教學團體已取得了較多教學成果，其中包括：2014年表面工程實驗室被評為校級重點實驗室；申請2項省級教學改革項目；4項校級教學改革項目；建立實驗精品課2門；出版實驗教材2部; 發表教學改革論文10篇。

5 結 語

綜上所述，材料學院各專業的實驗教師在多年的實驗教學基礎上，構建了材料專業實驗教學體系，以“興趣”培養帶動“應用”能力培養，調動了學生的學習積極性，培養了學生的動手能力和工程能力，拓展了學生的綜合素質。隨著學院對實驗教學改革的不斷推進，在應用型人才的培養中取得較好的成績，在2010～2013年，連續4年就業率達到100%，就業在中國500強企業的學生比例占總人數的50%，通過對用人單位的反饋調查，畢業生的專業水平和實踐能力均得到良好評價，提高了學生的就業競爭力，造就了一批企業急需的、應用能力強的材料類行業工程技術人才。

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Reform and Practice of Experiment Teaching of Materials Science and Engineering in Application-oriented Universities

MENGJun-sheng,SHIXiao-ping,WANGZhen-ting,LIBai-ru

(School of Material Science and Engineering, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin 150022, China)

The article is concerned with the questions of the experimental teaching of materials specialty in application-oriented universities based on the teaching practice of the Department of Material Science and Technology, the Heilongjiang University of Science and Technology. Reform and practice for practical teaching system has been put forward The reform of the structure and contents of the experimental course, the design process, the experimental teaching means, and the construction of open laboratories were introduced in detail. The experimental teaching philosophy of “one center, three experimental locellus, three modules and three levels” were proposed. The clinical experiment courses were adjusted and updated. The reform of the experimental teaching was helpful to promote students′ autonomous learning ability, practical abilities and innovative capability, to improve the utilization of laboratory practice teaching resource and the quality of personnel training. The achievements and the experience that the university has obtained may serve as benchmarks and eventually inspire those newly application-oriented universities.

application- oriented universities; materials; experiment teaching; reform and practice

2015-02-28

黑龍江省高等教育綜合改革試點專項項目(GJZ201301060)；黑龍江省高等教育教學改革項目(JG2014010995)；黑龍江省教育科學規劃課題(GBC1213105)；黑龍江科技大學教學研究項目(JY13-87)

孟君晟(1982-)，男，黑龍江雞西人，博士，工程師，材料學院實驗教學中心主任，主要從事實驗教學及實驗室管理工作。

Tel.: 13654524255; E-mail: mengjs2008@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2016)02-0201-04