高校實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探索與實(shí)踐

摘 要 實(shí)驗(yàn)課程是高等教育課程教學(xué)中一個不可或缺的組成部分，對于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，為社會輸送應(yīng)用型人才有著重要意義。文章以無機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程為例，對實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了深入分析，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式等方面入手，探索課程改革的有效路徑，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加適應(yīng)當(dāng)前教育背景下多層次人才培養(yǎng)的需求。

關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)課程；教學(xué)改革；材料

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.17.045

Exploration and Practice of Teaching Reform in Experimental Courses in Universities

——Taking the Basic Experimental Course of Inorganic Materials as an Example

BO Xiukui

（Guangxi University， Nanning， Guangxi 530000）

Abstract Experimental courses are an indispensable component of higher education curriculum teaching， which is of great significance in cultivating the social practice ability of college students and delivering applied talents to society. This article takes the basic experimental course of inorganic materials as an example to deeply analyze the problems existing in the teaching of experimental courses. Starting from the aspects of teaching content， teaching mode， assessment methods， etc.， it explores effective paths for curriculum reform to make experimental teaching more suitable for the needs of multi-level talent cultivation in the current educational background.

Keywords experimental courses; teaching reform; material

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，是理論教學(xué)的課程實(shí)踐，也是“知行合一”的具體化實(shí)踐路徑，對于培養(yǎng)學(xué)生的社會實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維有著舉足輕重的作用。然而，長期以來受傳統(tǒng)教育的影響，很多高校“重理論輕實(shí)踐”，用“滿堂灌”的方式強(qiáng)行輸送知識，輕視實(shí)驗(yàn)課程在課堂教學(xué)中的作用，導(dǎo)致學(xué)生在被動地接收理論知識后找不到有效的實(shí)踐路徑，從而使知識原本的作用得不到發(fā)揮，企業(yè)需求與人才供給之間矛盾越發(fā)嚴(yán)重。

材料科學(xué)是研究材料成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝與材料性能和應(yīng)用之間相互關(guān)系的學(xué)科，理論性強(qiáng)、知識點(diǎn)多，比較抽象、枯燥，同時又具有很強(qiáng)的實(shí)踐性[1-2]。無機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是該學(xué)科一門重要的實(shí)驗(yàn)課程，也是培養(yǎng)材料學(xué)科專業(yè)型人才的必要一環(huán)。本文通過分析無機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題，提出從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、考核方式、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等方面對該實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加適應(yīng)當(dāng)前教育背景下多層次人才培養(yǎng)的需求。

1 實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在的問題

筆者作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員，長期扎根于實(shí)驗(yàn)教學(xué)一線，發(fā)現(xiàn)無機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中存在著諸如教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)模式單一、考核方式粗放、實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊等問題，導(dǎo)致教學(xué)效果欠佳，學(xué)生能力達(dá)不到企業(yè)要求，就業(yè)缺乏核心競爭力。

1.1 教學(xué)內(nèi)容陳舊

筆者所在院校當(dāng)前選用武漢理工大學(xué)出版社出版的《無機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)》作為教材，主要涵蓋了結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)、晶體結(jié)構(gòu)與缺陷等九個章節(jié)。而實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中部分內(nèi)容沿用之前較為陳舊的內(nèi)容，常常無法很好地從實(shí)驗(yàn)角度化抽象為具體，不利于學(xué)生掌握相關(guān)知識點(diǎn)。如相圖章節(jié)中，如何將抽象的相圖內(nèi)容通過實(shí)驗(yàn)的方式展現(xiàn)是課程教學(xué)的重點(diǎn)、難點(diǎn)，但指導(dǎo)書中缺乏直觀、生動的講解，使得學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后，對相關(guān)知識點(diǎn)的理解依舊模棱兩可。

1.2 教學(xué)模式單一

根據(jù)教學(xué)大綱，實(shí)驗(yàn)課程的目的是通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生的動手能力和分析問題、解決問題的能力；使學(xué)生加深理解所學(xué)的、比較抽象的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識；掌握無機(jī)非金屬材料有關(guān)結(jié)構(gòu)、性能的分析測試原理和分析方法。這就要求學(xué)生必須充分掌握相關(guān)理論知識點(diǎn)及其實(shí)驗(yàn)原理、要求和步驟。教師要讓學(xué)生把相關(guān)理論知識和實(shí)驗(yàn)原理等掌握透徹，才能取得較好的教學(xué)效果。然而，理論課往往沿用“滿堂灌”的模式，致使學(xué)生對理論知識點(diǎn)的理解還有待進(jìn)一步提升，這就需要教師在實(shí)驗(yàn)課上對理論知識進(jìn)行補(bǔ)充。通常，實(shí)驗(yàn)課的理論講解沿用理論課模式，這很大概率會導(dǎo)致學(xué)生在理論課上沒有掌握透徹的知識點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)課上仍舊理解不透。實(shí)驗(yàn)課強(qiáng)調(diào)動手能力，由于學(xué)生對理論知識點(diǎn)掌握不足，使得理論與實(shí)際操作缺乏有機(jī)結(jié)合，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課后依然對知識的理解模棱兩可，無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助理論教學(xué)的目的。

1.3 考核方式粗放

實(shí)驗(yàn)課程考核方式一般為“平時成績+實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績”，且實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績占絕大部分比例。通常，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績?yōu)橹鞯目己朔绞綍?dǎo)致上課流于形式，部分學(xué)生課堂上不認(rèn)真聽講，下課后抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況屢有發(fā)生，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)輔助理論、提升動手能力、化理論為實(shí)踐的目的。在這一考核方式驅(qū)動下，很多學(xué)生往往不重視對實(shí)驗(yàn)技能的掌握，不重視對知識點(diǎn)是否理解，而是花大量時間和精力完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不利于學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)背后的理論知識，也不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和操作技能，更談不上使實(shí)踐能力匹配企業(yè)需求，導(dǎo)致企業(yè)需求與人才供給之間的矛盾愈加激烈。

1.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備陳舊

在知識大爆炸的背景下，新技術(shù)日新月異，如果實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備不能滿足新技術(shù)對實(shí)驗(yàn)課程的需求，甚至影響實(shí)驗(yàn)效果，這勢必影響學(xué)生對基礎(chǔ)理論的理解，對學(xué)科建設(shè)及人才培養(yǎng)是極為不利的。無機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程主要以驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)為主，因而對實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求非常高。目前有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備已不足以匹配實(shí)驗(yàn)需求，經(jīng)常會導(dǎo)致學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時達(dá)不到效果，從而無法從實(shí)驗(yàn)中獲取相關(guān)知識、提升動手能力，甚至?xí)a(chǎn)生實(shí)驗(yàn)不成功的挫敗感。如《黏土的zeta電位測定》中，若電壓不穩(wěn)定，就無法觀察到穩(wěn)定清晰的黏土運(yùn)動軌跡，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果，實(shí)驗(yàn)的作用會大大減弱。

2 實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)問題解決路徑

針對目前實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中存在的問題，筆者從教學(xué)內(nèi)容革新、教學(xué)模式創(chuàng)新、考核方式改革、實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新等多個方面進(jìn)行了有益的探索和實(shí)踐，有效地提升了教學(xué)質(zhì)量。

2.1 革新教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)內(nèi)容對課堂質(zhì)量高低起著決定性作用，故而讓教學(xué)內(nèi)容常革常新，與理論課內(nèi)容相呼應(yīng)，同社會發(fā)展相銜接是極為重要的。筆者在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)上，一方面與理論課任教老師就課程內(nèi)容進(jìn)行溝通，另一方面結(jié)合歷年理論課考核情況，抓住理論課要點(diǎn)、難點(diǎn)，制訂較為合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并修訂其指導(dǎo)書。圍繞實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助理論教學(xué)的目標(biāo)，開設(shè)了包括黏土性質(zhì)、相平衡、固相反應(yīng)動力學(xué)研究等方面的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目共有四個：黏土的zeta電位測定、黏土的差熱分析、淬冷法研究相平衡和固相反應(yīng)動力學(xué)速度常數(shù)的測定。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都是材料科學(xué)基礎(chǔ)理論課程中的重要內(nèi)容，是將抽象理論內(nèi)容具體化的教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠使學(xué)生更加深入地掌握相關(guān)的理論知識和實(shí)驗(yàn)操作技能，從而有效提升課堂質(zhì)量。

2.2 創(chuàng)新教學(xué)模式，構(gòu)建高效課堂

基于現(xiàn)代多媒體技術(shù)的普及，實(shí)驗(yàn)教學(xué)廣泛采用多媒體方式，通過一些簡單、形象、直觀的動畫形式展現(xiàn)復(fù)雜、抽象的實(shí)驗(yàn)原理，以達(dá)到提高教學(xué)效果的目的[3-4]。在本課程教改實(shí)踐中，筆者不僅嘗試采用動畫多媒體技術(shù)展示復(fù)雜、抽象的實(shí)驗(yàn)原理，同時還采用視頻演示實(shí)驗(yàn)操作步驟、計(jì)算機(jī)輔助繪圖等多種技術(shù)手段相結(jié)合的方式，達(dá)到了原理講解—實(shí)驗(yàn)操作—數(shù)據(jù)處理全過程自主學(xué)習(xí)的教學(xué)新模式。例如，相平衡一章中，相圖制作原理是理解各種相平衡知識點(diǎn)的關(guān)鍵，但難以在理論課程中講好講透。因此，筆者嘗試在無機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中開設(shè)淬冷法研究相平衡這一實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)原理講解中采用PPT多媒體動畫的形式，講解了二元相圖系統(tǒng)組成的實(shí)驗(yàn)原理，分析了液相線、固相線和低固溶點(diǎn)的含量，為學(xué)生掌握相圖相關(guān)知識點(diǎn)提供了直觀、生動的依據(jù)。通過教學(xué)方式的創(chuàng)新，促進(jìn)學(xué)生對知識的進(jìn)一步掌握，從而在一定程度上提升了教學(xué)效果，使實(shí)驗(yàn)課堂更加高效。

2.3 改革考核方式，注重過程性評價

針對原有的“平時成績+實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績”的粗放考核方式，在本次教改過程中，筆者對考核方式進(jìn)行了細(xì)化，采用“平時成績+課后考試”的方式?？己藘?nèi)容包括紀(jì)律考勤、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)yNIfqxNsJy8PPPGup4BKiOCaYXMAIUAKo1DOghrOnhE=操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、課程結(jié)束后的閉卷考試。其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)課表現(xiàn)屬于平時成績，占課程成績的70%，課程結(jié)束后的閉卷考試成績占30%[5]。實(shí)驗(yàn)原理和操作的考核主要通過學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告進(jìn)行評分，該實(shí)驗(yàn)課采用的是視頻自主實(shí)驗(yàn)的方式，教師可以在學(xué)生自主動手實(shí)驗(yàn)過程中查閱每個學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告情況。同時，利用自主開發(fā)的數(shù)據(jù)處理軟件，能快速得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，方便教師在課堂上查閱學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果，及時指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，有效提高了學(xué)生課上的參與度和積極性。課后筆試考核涵蓋實(shí)驗(yàn)室安全常識、實(shí)驗(yàn)原理和設(shè)備工作原理、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等理論性和基礎(chǔ)性的內(nèi)容。這一考核方式能讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)安全規(guī)程，重視實(shí)驗(yàn)室安全的同時，提升對實(shí)驗(yàn)課的重視度，避免實(shí)驗(yàn)課流于形式，達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助理論教學(xué)的目的。通過改革原有考核方式，將考核實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅剡^程性評價，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上主動性更強(qiáng)，整體教學(xué)質(zhì)量顯著提高[6]。

2.4 更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，適應(yīng)新技術(shù)需求

為適應(yīng)新技術(shù)要求，針對無機(jī)材料基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程特點(diǎn)更新一批實(shí)驗(yàn)設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、高清液晶顯示器、微距攝像機(jī)、正交偏振光顯微鏡等。此外，筆者根據(jù)更新后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，自主設(shè)計(jì)了一批匹配實(shí)驗(yàn)需求的實(shí)驗(yàn)裝置，以更好地提升課堂效率，促進(jìn)學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。這些實(shí)驗(yàn)設(shè)備一方面很好地詮釋了實(shí)驗(yàn)原理，另一方面具有較好的復(fù)現(xiàn)性，滿足驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)的要求[7]。同時在更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備時，盡可能引入自動化設(shè)備，減少實(shí)驗(yàn)過程中的危險(xiǎn)源。如《黏土的zeta電位測定》中，原電壓采用老式的變壓器電源，電壓值不穩(wěn)定，使得學(xué)生在觀察黏土運(yùn)動軌跡時，黏土顆粒運(yùn)動速度時快時慢，同一批樣品zeta電位值相差較大。因而在設(shè)備設(shè)計(jì)時，筆者采用了多路輸出精密恒壓電源，保證了實(shí)驗(yàn)電壓的穩(wěn)定。同時引入自動調(diào)焦生物顯微鏡、高清高速攝像頭和液晶電視，很好地解決了原設(shè)備只能通過物鏡觀測顆粒運(yùn)動的弊端，使得實(shí)驗(yàn)更具有復(fù)現(xiàn)性，滿足驗(yàn)證類實(shí)驗(yàn)的相關(guān)要求[8]。又如《淬冷法研究相圖》實(shí)驗(yàn)中要求樣品在達(dá)到設(shè)定溫度后，須迅速冷卻，以保持其狀態(tài)，并通過正交偏振光顯微鏡觀察樣品消光情況。原實(shí)驗(yàn)過程要求學(xué)生打開爐膛，取出樣品，再投入水中。在這一過程中，樣品無法急冷，使得部分學(xué)生樣品本應(yīng)是全消光，卻存在少量四次消光雜質(zhì)，誤導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。且實(shí)驗(yàn)過程存在較大的危險(xiǎn)源，不符合現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)操作要求。在設(shè)備改造設(shè)計(jì)中，筆者采用短路熔斷原理，將樣品坩堝置于細(xì)銅絲上，通過短暫的短路、熔斷，讓樣品迅速掉入下方水浴中，達(dá)到樣品的急冷，保證了實(shí)驗(yàn)效果且有效規(guī)避了危險(xiǎn)源。

3 結(jié)語

提高高等教育質(zhì)量是當(dāng)前教育背景下不斷被提出且亟待解決的問題，實(shí)驗(yàn)課程是高等教育教學(xué)中一個不可或缺的組成部分，因此，深化實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革刻不容緩。筆者通過長期以來的教學(xué)探索，總結(jié)出實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的實(shí)踐路徑，也取得了一些成效。但當(dāng)下社會瞬息萬變，技術(shù)也在不斷革新，從而對高校實(shí)驗(yàn)課程改革提出了更高的要求。我們需要從適應(yīng)社會發(fā)展的角度出發(fā)，跟上科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐，不斷深化實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革，以滿足社會發(fā)展對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求。

基金項(xiàng)目：廣西高等教育教改項(xiàng)目“基于學(xué)科競賽為引導(dǎo)的材料類實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式的探索與實(shí)踐”（2023JGB117）；廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“銅尾礦廢渣全組分梯級利用關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究”（桂科AB23075111）；廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“水泥窯協(xié)同處置高鈣低碳工業(yè)固廢節(jié)能降碳關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)應(yīng)用研究”（桂科AB23075119）。

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