“無機材料科學與性能實驗”課程教學探討

朱玲玲, 周 穎, 毋雪梅, 辛榮生, 孫春暉, 葉國田

(鄭州大學 材料科學與工程學院, 河南 鄭州 450001)

“無機材料科學與性能實驗”課程教學探討

朱玲玲, 周 穎, 毋雪梅, 辛榮生, 孫春暉, 葉國田

(鄭州大學 材料科學與工程學院, 河南 鄭州 450001)

以“水泥漿體水化過程中pH值的測定”“水泥漿體水化過程中黏度的測定”和“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實驗為例,對材料科學與工程專業“無機材料科學與性能實驗”課程的教學現狀及問題進行了分析與探討。通過優化實驗內容設置、構建高效“教”與“學”機制、改革考核方式、強調科研習慣養成等改革措施,將“教”與“學”互動貫穿整個實驗教學,充分調動了學生參與課程實驗的積極性和主動性。

無機非金屬材料； 課程實驗； 教學改革

“無機材料科學與性能實驗”是無機非金屬材料專業本科生開設的一門專業必修課,旨在加強實驗基本技能的訓練和培養學生理論聯系實際的能力,使學生掌握無機材料科學與工程領域所涉及的實驗方法、實驗原理和測試技術,培養和提高學生實際動手能力、分析和解決問題的能力以及工程設計的能力,以適應現代材料工程對工程技術人員知識、能力與素質的全面要求。以新開設的“水泥漿體水化過程中pH的測定”“水泥漿體水化過程中黏度的測定”和“陶瓷漿體ζ-電位的測定” 實驗為途徑,以我校材料科學與工程學院無機非金屬專業的30名大三學生為教學對象,通過多項改革措施充分調動學生對實驗課程的積極性和主動性,培養學生的綜合能力。

1 “無機材料科學與性能實驗”教學現狀

近年來,隨著教學改革的不斷深入,為了更好地提高大學生的實驗設計和動手操作能力,培養全面發展、各方面更具競爭力的創新型人才,各高校紛紛綜合國家、省市、學校和院系各方面的力量,充分研討現有課程實驗體系,積極進行大學生實驗教學的改革[1-5]。教學內容在不斷革新結構、充實內容的基礎上日趨完善,教學手段在多媒體信息技術的帶動下逐漸呈現多樣化、豐富化等特點。課程實驗的不斷發展和完善可以更好地滿足學生的真實需求,對培養學生的動手能力提高學生的綜合素質具有很大的積極作用,但是在具體實施過程中仍然存在很多問題。

首先,有些任課教師需提高實施實驗教學的綜合素質。在實際實驗教學過程中,教師應時刻以學生為完成實驗的主體,更好地發揮教師作為引導者而非灌輸者的作用。在很多本科高校的實驗教學中,由于教師擔心學生對相關理論知識的掌握并不是十分透徹,為了保障實驗的順利進行,所以每次做實驗時都進行大量細致而煩瑣的講解,導致大量時間的浪費[1]；另外,當學生在實驗過程中遇到問題時,為了不影響實驗的進度,個別教師傾向于直接告訴學生解決方案,而不是去引導、啟發學生自行解決,導致學生對實驗過程、實驗原理理解不深刻、不透徹。對實驗過程中的異常情況缺乏行之有效的處理手段,不利于培養學生獨立思考和解決問題的能力。

其次,部分大學生的實驗習慣和實踐動手能力有待提升。除了高校教師需要注意掌控整體實驗教學進度,作為教學主體的大學生更是需要端正實驗態度及注意提高自己的動手能力。實驗過程中,教師給學生講解正確規范的實驗操作是培養大學生良好科研習慣的第一步,也是使學生終生受益的重要教學環節[5],然而相當一部分學生不以為然,不能理解教師的良苦用心；另外,由于實驗設備的數量有限,很多情況下實驗教學都是分組進行,容易導致部分學生混在實驗小組中充當“南郭先生”,實驗前不愿預習、實驗中不愿動手,實驗報告也是應付了事。

此外,實驗課程的設置需要進一步優化。合理的課程設置是實驗教學改革的一個重要問題。在校學生反映實驗任務繁重,幾乎每門專業課都有課程實驗,而且部分實驗存在操作重復現象,有些實驗的思路設計落后實際工業發展水平,存在實驗設備陳舊等問題。這類實驗對學生專業能力的培養意義不大,在學生課業繁忙的情況下還容易導致學生的逆反心理。合理的實驗教學內容是保證課程實驗教學效果的關鍵,也是有效培養學生綜合素質的關鍵。

2 構建高校“教”與“學”機制

建立并遵循高校“教”與“學”機制是保證課程實驗教學效果的關鍵[6-8]。美國著名學者布魯巴克曾提出:“最精湛的教學藝術, 遵循的最高標準就是讓學生自己提問題?！盵9]在課程實驗教學過程中,任課教師應徹底摒棄實驗教學是以傳授和驗證知識為目標的舊觀念,增加實驗的綜合性、設計性和創新性,增強學生在課程實驗實施過程中的參與度,充分發揮“教”與“學”的互動,從而激發學生的主動性和積極性。

為了提高“無機材料科學與性能實驗”的教學質量,我們根據無機非金屬材料行業目前的發展狀況,新開設了“水泥漿體水化過程中pH的測定”“水泥漿體水化過程中黏度的測定”和“陶瓷漿體ζ-電位的測定”3個課程實驗,并致力于在其實施過程中構建并遵循高效“教”與“學”機制。

首先,保證每個學生都參與“設計實驗體系-探討可能出現的問題-提出應對方案-擬定實驗步驟-分工協作-分析總結”這一完整的研究過程。根據實驗設備的數量確定合理的分組數目,并把分組的主動權交給學生；然后引導學生運用已掌握的專業基礎知識、結合實驗講義、查閱相關資料，提出具體設計思路和擬定實驗方案。克服了學生可能只是觀測實驗或驗證實驗的老問題,充分調動學生的主觀能動性。

其次,在“無機材料科學與性能”的實驗教學過程中增加“課前提問”和“實驗操作考核”環節。在開始講課前隨機選取每個實驗小組的部分學生進行有關實驗的基本思路、實驗設備的操作原理及注意事項等課前提問,通過學生的回答掌握其對理論部分的整體理解程度,將個別課前預習效果太差的學生安排到下一輪的實驗分組,從而在督促學生保證實驗預習效果的基礎上合理安排實驗時間。

由于“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實驗正好需要運用在“水泥水化過程中pH值的測定”實驗中掌握的實驗方法和技能,我們選擇將“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實驗中高嶺土—水的pH值測定作為實驗考試,學生需獨立進行操作。實驗過程中指導教師進行巡視,觀察學生的操作水平,并對每個學生的實驗結果進行評分。這不僅有利于加強學生將所學內容與實際應用相結合的意識,也可以促使學生在實驗過程中互相監督,充分調動每個學生對實驗的參與性。

在實驗教學過程中,特別注意培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力:

(1) 在“水泥水化過程中pH值的測定”實驗中,有學生提出,每隔固定時間測試水泥漿體的pH值時,是否停止磁力攪拌會影響測試數值的疑問,據此順勢引導學生自發組織做分組對比實驗。

(2) 在“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實驗過程中,學生在向注入水或待測樣品的比色皿中插入十字標或電極時常常出現氣泡,影響ζ-電位測試的準確性,而工程師建議的輕彈趕氣泡方法并不理想且耗時很長,對此問題，有學生在實驗過程中發現，通過調整比色皿中溶液的加入量可有效避免這一現象的出現。

(3) “水泥漿體水化過程中黏度的測定”是3個實驗中最富挑戰性、也是最有利于學生開拓思路的實驗,學生可根據自己的興趣點,通過改變轉子類型、轉子型號、轉速及漿體水灰比等一系列實驗參數,設計不同實驗體系下水泥水化過程中黏度變化規律的測試,從而充分理解轉子類型/型號/轉速的選取原則,并結合水泥加入速度等實驗細節，摸索出控制扭矩范圍在60%～70%的最佳參數組合。這個過程中每個學生的測試數值,都有可能影響整體變化規律的科學性與準確性,因此對于提高學生的團體協作能力以及充分掌握非牛頓流體的特性，都具有重要意義。

3 提高實驗教學效果的其他方案

要保證大學生課程實驗的教學效果,有效鍛煉學生的工程實踐與創新能力等綜合素質,不僅要遵循高?！敖獭迸c“學”相結合的實驗教學機制,還應該注意以下幾個方面[10-12]:

(1) 材料科學與工程課程實驗教學的“與時俱進”。“無機材料科學與性能實驗”作為材料科學與工程專業無機非金屬材料方向的重要實驗課程,應面向工程與生產實際相結合,在實驗內容、實驗方法及實驗設備等方面都要與行業現有發展水平密切聯系。注意實驗教學設備的維護和更新,并積極引入新的實驗手段,真正使學生學有所用。

(2) 建立全方位多層次的綜合考評機制。實驗教學之所以常常流于形式,主要由于實驗課程的成績評價標準比較片面,很難反映實驗教學的實施效果。學生的實驗報告只能作為學生課程實驗成績考核的一個方面,學生在具體實驗過程中的參與程度及其在實驗小組中的團隊協作表現都應納入考評。比如,實驗預習情況、課堂紀律、實驗操作的規范性等方面應該和實驗報告一起列入綜合評定基礎成績的衡量范圍,與此同時,也應該通過實驗操作的抽考,對實驗過程中能否發現問題、提出問題和解決問題,實驗報告分析中是否有自己的獨立思考與見解等方面來評定成績。

(3) 培養學生嚴謹實驗、規范操作的習慣。大學實驗教學是養成學生良好習慣的重要平臺,不僅實驗過程中所用主要儀器設備(梅特勒臺式PH計SevenCompact系列S220多參數測試儀、博勒飛DV2T型旋轉式黏度計、JS94H型微電泳儀)的使用要嚴格遵循操作規程并按要求填寫實驗記錄,實驗中用過的藥品也要及時歸位,燒杯、試管及瑪瑙研缽等使用完畢后也要及時清洗干凈,而且實驗結束后應自覺清理實驗臺并打掃實驗室衛生。良好的實驗室操作習慣是學生科學素養的重要體現,規范操作習慣的養成會使學生受益終生。

4 結語

通過“水泥漿體水化過程中pH的測定”“水泥漿體水化過程中黏度的測定”和“陶瓷漿體ζ-電位的測定”3個課程實驗, 將“教”與“學”作為一對有機體貫穿于整個實驗教學中,充分提高了學生的積極主動性、參與度、動手實踐能力、團隊協作能力、分析問題和解決問題的能力。在教育改革的大趨勢下,學生的動手能力和自主學習能力成為衡量教育質量的重要指標之一,我們保持教學思維的與時俱進,不斷更新適合現階段行業發展水平的教學方法,確保學生在實驗教學過程中培養扎實的專業基礎和良好的科研素質,才能使其在走向工作崗位后真正成長為材料行業的中流砥柱。

References)

[1] 黃慶斌.高校本科實驗教學存在的問題及改進措施探究[J].教育界,2015(3): 125-125,127.

[2] 朱玲玲,葉國田,周穎,等.材料類專業大學生創新實驗項目的實踐與思考[J].實驗技術與管理,2013,30(5):178-180.

[3] 曾樹洪,唐明星.應用型地方本科院校創新實驗室的建設與管理模式探索[J].實驗技術與管理,2015,32(7):16-18,29.

[4] 趙秀芬,劉樹堂.高校本科實驗教學現狀分析及改進措施[J].考試周刊,2009(28): 206.

[5] 孫會芳,劉占廣,張愛群.高校大學生動手能力淺析[J].中國科技信息,2007(17): 263-264.

[6] 王曉萍,劉向東,劉旭.課程實驗在工程創新人才培養中的作用及實踐探索[J].中國大學教學,2012(1):74-76.

[7] 王榮華.推進課程共享與教學改革全面提升大學教學質量[J].通訊世界,2015(10): 218-219.

[8] 王堃,蔣建新,朱莉偉,等.植物纖維化學課程實驗的思考與改革[J].中國現代教育裝備,2012(13):69-71,79.

[9] 徐海偉,高珊珊,李永紅,等.實驗教學與大學生創新能力培養[J].中國中醫藥現代遠程教育,2011(13):22-23.

[10] 沈元華.基礎物理實驗教學的“與時俱進”:復旦大學物理實驗課程改革介紹[J]. 大學物理,2002(12):42-44.

[11] 劉靜,何靜,王波.“天然化合物結構分析技術”課程實驗教學改革的思考[J].中國林業教育,2015(3):46-49.

[12] 鄧華鋒,李建林,王樂華,等.提高土木工程專業課程實驗教學水平的思考[J].高等建筑教育,2015(1):119-122.

Discussion on teaching of Experiments for Inorganic Materials Science and Properties course

Zhu Lingling, Zhou Ying, Wu Xuemei, Xin Rongsheng, Sun Chunhui, Ye Guotian

(School of Materials Science and Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)

Taking the “Determination of pH value on cement paste hydration process,” “Determination of the viscosity on cement paste hydration process,” and “Determination of Zeta-potential value of the ceramic slurry” experiments as examples, the current teaching situation and issues of the Experiments for Inorganic Materials Science and Properties are fully analyzed and discussed. The interaction between “teaching” and “learning” runs through the whole experiment teaching process, and the quality of experimental teaching is significantly improved by the optimization of designing experimental content, construction of efficient “teaching” and “learning” mechanism, reform of evolution mode and emphasis on forming scientific habits, which is not only beneficial to mobilizing the students’ initiative and enthusiasm for scientific research, but also helpful to improve their scientific research quality.

inorganic nonmetallic materials; course experiment; teaching reform

10.16791/j.cnki.sjg.2017.02.047

2016-08-07

2014年度河南省高等教育教學改革省級研究項目(2014SJGLX120)；2014年度鄭州大學優秀青年教師發展基金項目(1421320048)； 2015年度NSFC-河南人才培養聯合基金項目(U1504526)

朱玲玲(1983—),女,山東淄博,博士,講師,主要研究方向為無機非金屬材料的制備與應用.

E-mail：llzhu@zzu.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2017)2-0183-03