金属材料设计性实验教学探索

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摘要：综合设计性实验是培养大学生创新意识和动手能力，提高综合素质的重要手段。小课题式综合设计性实验以开发学生的研究、总结、探索、创新的科研兴趣，更好地完成高质量的科研行为为出发点，根据学生的课程进展情况、实验室条件、结合教师科研制定实验项目，以小课题形式进行实践教学探索，学生最终提交小论文式实验报告。实践证明，此类综合设计性实验能够提高学生实验的积极性，激发其研究兴趣，使学生在材料工程项目管理如设计、分析、团队合作、学术交流等环节得到专业训练。

关键词：综合性实验；创新能力；实践教学

引言

实验教学在教学过程中有着举足轻重的作用，金属材料专业属于实践性较强的学科，通过专业实验可以培养学生的动手能力、分析能力，激发学生的研究兴趣、创新意识，提高分析问题，解决问题的能力[1]。金属材料专业培养的人才，不仅要掌握本专业的基本知识和专业技能，还需要具备解决所学专业领域内的理论和实践问题的基本能力。为此，提出小课题式综合实验的教学改革，以提高学生科研能力和创新意识。小课题式综合设计性实验是指在学生具备一定的实践基础，利用学校教师的科研力量和实验室条件，学生通过查找资料、自己完成实验方案的设计和实验操作，实验报告以小论文的形式提交，指导教师只对学生的整个实验过程监督和协调的作用。小课题式综合设计性实验是验证型实验和综合型实验的延伸与拓展，是培养学生具有独立科研实验能力的重要阶段。小课题式综合设计性实验的目的是培养学生的创新意识、创新能力和创新精神，提高学生的综合素质[2]。实验的项目设计要注重实验教学和科研的结合，将科研中的研究成果转变为适合实践教学的知识和技能，以科研促进实践教学，培养学生的科研意识及创新能力[3-6]。培养学生理论转化为实践的能力，开发学生的研究、总结、探索、创新的科研兴趣，为更好地完成高质量的科研行为做准备。

1小课题式综合设计性实验项目的设计

综合设计实验课程是在学生已经掌握了基本的理论知识和基本实验仪器设备操作的基础上而开设的综合设计性实验课程。教师的科研成果具有先进性和前沿性，所以综合实验设计要引入教师的科研方向与科研成果，将科研中最新的理论和成果应用到实验教学中去，以培养学生的科研意识[7]。通过调查研究科学推进实验教学体系、教学内容和实验教学手段的改革。根据本科生专业课程进展情况及学生接受能力、实验人员的专业水平和实验室条件，提炼、选择能够满足学生实践能力要求的实验方向和内容，其中要考虑到学生已经具备金属材料基础知识及基本的实验仪器设备的操作训练，实验项目设定应具备样品的制备以及表征和数据分析等多个材料实验环节。将本专业的几位在科研和教学上有诸多成果的教师，加入到实验方案的制定及实验过程管理之中，研究开发设计出符合实际的综合实验项目，鼓励学生创造性地进行实验，调动学生进行专业实验的主动性，使学生乐于去查找最新文献资料、有针对性的使用仪器设备等进行实验，且实验项目内容、实验室设备及教师的研究方向要进行动态调整。指导教师只对实验内容提出总体要求，引导学生查找相关文献资料，制定材料制备工艺路线、性能表征、数据分析和处理来提高学生对材料科学理解；让学生自己确定实验方向和确定本组成员的分工，设计实验方案和实验步骤，进行相关实验，对实验结果进行分析，发挥学生在实践教学中的主体作用，强化学生的独立思考的能力，这不仅锻炼了学生的专业能力、分析能力和动手能力，还可激发学生进行专业实验学习的主动性、创新精神和团队合作精神[8]。

2小课题式综合设计性实验的总体实施

在金属材料专业本科生实践教学中开设综合设计性实验以小组为单位完成整个实验过程，要求小组分工明确，做到每人都能够参与整个实验过程，最终以小课题形式提交小论文式实验报告，课题式综合实验学生操作的流程如图1所示，首先学生根据课题自行进行分组（2～3人一组）、教师引导查找资料、完成实验方案设计，自己动手完成实验操作，学会把实验过程、结果分析写成小论文，以学生为中心，让学生主动面对问题，以此锻炼学生的自主学习和实践创新能力。综合设计性实验与基础实验相比，研究的内容更全面、更具体，对学生综合能力的要求更高，学生也需要付出更多的时间和精力，但也正是这个过程可以培养学生的实践能力和严谨的科研态度以及创新能力。

3实验考核

综合实验的目的是培养学生的创新能力，不仅要让学生“动手”，更主要是“动脑”，因此对学生实验的考核要探索新的模式，要摒弃以往以实验结果的准确性来评价实验成绩，对学生参与实验的实际能力进行动态的、全面的评价，进行量化考核。考核实验方案设计的创新性，参与实验讨论的活跃度，实验完成情况，要重点考核实验过程、实验分析与总结。实验过程主要是对仪器的操作规范、样品的制备的整个流程，强调实验参与的重要性；实验分析与总结主要考核学生对样品性能表征和数据的分析能力，允许实验出现偏差甚至失败，只要能分析出失败原因，同样可以得高分。金属材料综合设计性实验由12个实验组成，总共48学时。考核方式按百分制执行，根据平时成绩、实验总结报告及样品提交的情况综合评定。平时成绩包括实验方案的设计（15%）、实验过程中仪器设备操作能力（15%）、提交样品情况（10%）、答辩（10%）；最终提交的小论文的格式统一采用学生论文的编写格式进行编写，考察格式是否正确（15%）；小论文的内容（15%），考察中英文题目是否准确、中英文摘要是否能反映论文的主题内容。小论文中数据的处理和分析是否具有科学性（15%），对研究内容能否提出新问题、新见解（5%），如果有创新点，且比较正确，哪怕很少，就给予高分。

4实验效果

1）激发学生的自主学习热情。与以往的按照实验指导书的步骤按部就班的进行实验相比，该实验项目的结果是未知，学生可以根据实验结果及时调整实验方案，这大大激发学生的好奇心和探索科学实践的兴趣，使学生更加主动的面对问题、分析问题和解决问题。可激发学生进行专业实验学习的主动性、创新精神和团队合作精神。2）提高理论与实践相结合的能力。本实验项目安排在大四的上学期上，样品的制备、表征和小论文的撰写都需要用到课堂上学到的知识，例如新材料的制备方法、材料性能表征等等。把课堂上的理论转化到综合实验项目的设计、制备、表征中，提高学生理论与实践相结合的能力。有兴趣的学生还可以以此为基础，申请大学生创新项目，进一步提高学生的创新能力。且经过综合实验的训练学生的主动性、论文的撰写的质量都明显有提高。3)通过该课题的研究与实践，开发设计出新的以论文形式的实验报告，提高学生的毕业论文质量。在未开始综合性设计性实验之前，学生在拿到毕业设计课题后，不知从何着手，对实验数据的分析和处理，完全依赖老师的指导。开始了综合性设计性实验之后，学生拿到了课题之后，都能够比较顺利的开展工作，进行实验方案的设计、实验操作、性能表征和最终实验结果的分析和论文的撰写，自然毕业设计论文的质量也会提高。

5总结

综合性设计包含了材料的制备和表征以及多种仪器设备的操作，完成此实验需要学生查阅相关资料，了解材料的制备方法和发展，制定制备工艺路线和确定实验参数，这对培养学生的科研能力起着重要作用。在实验过程掌握实验仪器设备的操作，在性能表征实验中学会了对数据的分析处理，在最后的小论文的撰写中了解和掌握科研论文的相关知识，培养了学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力。在大四上学期开展综合实验2年来，得到了学生的欢迎和认同，让他们对本专业的研究内容和方向有了一个新的认识，激发了他们对本专业的热爱。总体来说取得了较好的实验教学效果，学生普遍认为对他们以后的科研实验有很大的帮助。

参考文献：

[1]王红侠，李新星，刘照文.金属材料专业实验教学内容的改革[J].实验室科学，2014，17(5)：111-112+117.

[2]黎茵，张以顺，张志红，等.高校本科实验课程研究性项目教学实践与探索[J].实验室研究与探索，2018，37(6)：158-161.

[3]陈瑾，董世瑞，王素英.教师科研与实验教学相结合的成功尝试[J].实验室研究与探索，2016，35(11)：166-169.

[4]崔学荣，曹爱请，李娟，等.研究性教学模式在实验教学方法改革中的应用[J].实验技术与管理，2016，33(1)：176-178.

[5]王显威，朱倩倩，王小二，等.功能材料专业研究型实验教学模式探索.实验室研究与探索，2017，36(8)：184-186.

[6]陈森，张师平，吴平.基于课题型的研究性实验教学模式探索与实践[J].实验室研究与探索，2013，32(7)：172-174.

[7]张旭茗，盖登宇，常云鹏，等.以科学研究，促进开放型材料创新实验教学体系的建立[J].教育教学论坛，2017（19）：274-275.

[8]赖婷，林碧敏，刘小波，等.激光还原石墨烯材料制备及应用综合型实验设计[J].实验技术与管理，2014，34（2）：62-65.

作者：王红侠 李新星 汤亮 单位：宿迁学院信息工程学院