谈无机非金属材料专业实验教学模式

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摘要：“双一流”建设和“新工科”建设对高校实验教学提出了新要求，为了培养适应社会需求的创新意识强、综合素质高、学科视野宽的复合型高素质人才，通过分析现行实验教学体系存在的问题，以无机非金属材料专业为例，提出系列改革措施，提高学生动手与创新能力，培养高素质一流本科人才。

关键词：信息技术；一流本科人才培养；实验教学改革

北京科技大学材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业是一门实践性很强的学科，教育教学的中心任务之一是培养学生实践和创新能力[1-4]。作为学校传统优势专业和“双一流”建设重点学科专业，承担着培养材料科学与工程领域高素质拔尖创新人才的重任。传统实验教学存在一些问题，如学生课前预习和相关知识储备不充分，实验教师不得不占用实验课堂时间重新讲解预习内容，实际动手操作时间减少，实验教学质量不能充分保证。实验课中仪器操作复杂，动手能力要求高，实验教师运用课堂集中演示讲解的传统方式效果欠佳。测试设备更新换代快，实验室拥有的同类教学设备存在规格型号多样化、仪器结构和工作原理差异化现象，有限的课堂时间难以让学生对所有仪器进行操作使用，不能充分利用先进设备资源。部分实验项目原理抽象难懂且耗时长，有限的实验课时无法完成实验操作全过程，影响教学效果。实验室计量认证和实验室认可已成为测试行业必备的资质和实验室水平的标志，实验教学中很少以国家标准要求设计和进行实验，不利于学生科学规范实验操作和实验技能养成。实验课在介绍仪器构造原理时，通常是按照书本图示加口头描述进行讲授，抽象不直观，与理论课教学没有明显区别，学生对仪器的掌握主要停留在面板上按钮和开关的使用，对其内部结构没有直观的了解，影响对仪器设备功能的拓展和创新开发。缺乏有效的实验教学考核方式，基本以提交的实验报告为主，而实验往往是分组完成，组内的实验数据、实验结果相同，无法区分学生是否认真参与实验，有效区分度的缺乏挫伤认真做实验学生的积极性[5]。这些问题严重影响到教学质量的提高，亟待解决。

一、实验教学改革

（一）建立网络微课程平台，实现线上自主学习利用微信订阅号，建立实验课程教学资料库，打造动态在线学习资源库，包括实验指导书、PPT课件、背景知识、相关理论知识、安全知识、同类仪器设备功能与技术参数介绍、国家标准文件、练习题、预习考核题等。将难点、关键操作介绍制作成短小精炼的微视频，推送至订阅号，供学生课前自主学习，避免在实验课上浪费过多的时间熟悉仪器。对于规格型号不同的同类仪器操作使用，制作成微课，扩大学生掌握使用仪器的数量。利用微信公共平台，实验教师和学生可以在实验课前建立联系群，讨论问题、答疑解惑，有效避免学生课前准备不足状况，提高实验教学质量。学生完成课前预习，在平台上提出预习考核申请，成绩合格后可预约实验课时间。

（二）引入虚拟仿真实验，构建新型实验教学模式虚拟仿真实验能够展示抽象的实验原理，还原真实具体的实验过程。针对某些无法观察、实验时间过长等的实验项目，如“固态物质比表面积测定”，通过虚拟动画方式形象展示肉眼无法观察到的样品脱气处理、气体分子吸附等实验环节，以虚辅实，虚实结合，优势互补，提高实验教学质量。

（三）国标要求引入实验教学环节预习阶段，要求学生学习相应国标文件。依据国标及时修改实验教学大纲和实验指导书，制订符合国标的实验操作规范和内容。按照修订后的实验指导书进行规范实验，提高学生标准化意识和在科研中应用标准的自觉性，培养严谨规范的科研态度。

（四）改造老旧仪器设备目前，实验课所用仪器设备可视部分通常只有面板上的按钮和开关，学生无法观测到仪器内部构造，不能有效加深对仪器工作原理的理解。将实验室现有老旧仪器设备外壳加工改造成透明可活动拆装式。改造后仪器设备内部所有器件旁均配有铭牌说明，一目了然，方便识别，实验课更加真实、直观、具体、全面，易于激发学生学习和动手兴趣。

（五）建立科学合理的实验课程过程评价体系科学合理地评价考核方法，不是单纯看实验结果的好坏，过程性评价能更科学地检测学生的学习表现、学习态度、学习效果等。考核内容包括实验态度，如学生网上学习时长、自我测试成绩、课堂参与程度、同学间协作能力、实验安全意识、纪律卫生情况等。实验操作包括实验仪器操作的规范性、过程的准确性、实验技能、实验素质与创新思维。实验结果分析与实验报告书写水平，如实验报告格式规范、内容完整无缺、实验数据分析处理，以及根据实验结果提出结论性意见和改进性意见。

二、改革成效

强调课前预习，增设预习考核。学生事先在课下学懂微课程中的教学资料和教学视频，预习考核合格后，方可参加课程实验进行实操。如考核未通过，则不能进入课堂实验预约环节。提高了实验教学的质量和效果。微视频使学生在课前对仪器设备功能及操作方法有基本了解，避免在实验课上浪费过多时间熟悉仪器。实验教师不再占用课堂时间来讲授实验原理，将更多时间留给学生动手实践，实现了学习向学生为中心的回归。学生实验课程结束后仍可通过微信公众号平台进行查漏补缺，如有问题，可在公众号给任课教师留言，互动释疑。平台上提供的学科前沿知识，供学有余力的学生学习参考。多台套不同型号同类仪器设备使用方面，由原先实验教师指定学生使用哪台仪器设备变为学生自主选择，增加了学生参与度，激发了学习热情。虚拟仿真技术能够将微观抽象、实验周期长或操作环节有危险的实验，通过虚拟场景直观形象展现出来，再现真实实验的全过程，加深学生对理论的理解与认知，激发学习兴趣，获得良好实验教学效果。利用实验室已获得CNAS和CMA认可检测项目的资源优势，按照相应国标要求开展实验，提高学生的实验测试水平和能力，提升实验教学质量。将老旧仪器设备改造加工，变成内部结构功能可视的标本式教学专用仪器设备，深化学生对实验原理的理解和掌握，提高学生的创新意识。通过过程性考核评价，学生实验课前有预习，课后能复习，实验报告撰写细致规范。学生在实验过程中能做到实验现象的认真观察和实验操作的规范进行，观察能力、动手能力和独立操作能力得到显著提高。有利于培养自主学习能力，有利于加强教学过程控制，有利于考核的全面性、规范性和科学性，从而提高学生学习积极性和主动性。

参考文献：

[1]董丽萍,敖天其.“双一流”背景下高校教学实验室建设新思路与实践[J].实验技术与管理,2019（11）：26-28.

[2]刘宇雷,佘明.“新工科”背景下高校实验教学体系建设探索[J].实验技术与管理,2019（11）：19-21.

[3]程绍玲,杨迎花,张海丽.微信公众平台辅助基础化学实验教学的实践[J].实验室研究与探索，2020（1）：225-228.

[4]王宗杰,古可成,杨玉春.高等工科院校专业实验课实行工程化、综合化的探索和实践——材料成型及控制工程专业实验课的改革[J].实验科学与技术，2003（5）：159-162.

[5]王承鑫,徐龙军,张天伟.“新工科”背景下实验教学改革的探讨[J].高等建筑教育,2019,28（2）：101-105.

作者：毛璟红 孙建林 单位：北京科技大学大学