針對“無機(jī)材料科學(xué)與性能實驗”課程教學(xué)的研究論文
“無機(jī)材料科學(xué)與性能實驗”是無機(jī)非金屬材料專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)必修課，旨在加強(qiáng)實驗基本技能的訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，使學(xué)生掌握無機(jī)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域所涉及的實驗方法、實驗原理和測試技術(shù)，培養(yǎng)和提高學(xué)生實際動手能力、分析和解決問題的能力以及工程設(shè)計的能力，以適應(yīng)現(xiàn)代材料工程對工程技術(shù)人員知識、能力與素質(zhì)的全面要求。以新開設(shè)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(xué)與工程學(xué)院無機(jī)非金屬專業(yè)的30名大三學(xué)生為教學(xué)對象，通過多項改革措施充分調(diào)動學(xué)生對實驗課程的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。
1 “無機(jī)材料科學(xué)與性能實驗”教學(xué)現(xiàn)狀
近年來，隨著教學(xué)改革的不斷深入，為了更好地提高大學(xué)生的實驗設(shè)計和動手操作能力，培養(yǎng)全面發(fā)展、各方面更具競爭力的創(chuàng)新型人才，各高校紛紛綜合國家、省市、學(xué)校和院系各方面的力量，充分研討現(xiàn)有課程實驗體系，積極進(jìn)行大學(xué)生實驗教學(xué)的改革。教學(xué)內(nèi)容在不斷革新結(jié)構(gòu)、充實內(nèi)容的基礎(chǔ)上日趨完善，教學(xué)手段在多媒體信息技術(shù)的帶動下逐漸呈現(xiàn)多樣化、豐富化等特點。課程實驗的不斷發(fā)展和完善可以更好地滿足學(xué)生的真實需求，對培養(yǎng)學(xué)生的動手能力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)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(xué)的綜合素質(zhì)。在實際實驗教學(xué)過程中，教師應(yīng)時刻以學(xué)生為完成實驗的主體，更好地發(fā)揮教師作為引導(dǎo)者而非灌輸者的作用。在很多本科高校的實驗教學(xué)中，由于教師擔(dān)心學(xué)生對相關(guān)理論知識的掌握并不是十分透徹，為了保障實驗的順利進(jìn)行，所以每次做實驗時都進(jìn)行大量細(xì)致而煩瑣的講解，導(dǎo)致大量時間的浪費;另外，當(dāng)學(xué)生在實驗過程中遇到問題時，為了不影響實驗的進(jìn)度，個別教師傾向于直接告訴學(xué)生解決方案，而不是去引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生自行解決，導(dǎo)致學(xué)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(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。
其次，部分大學(xué)生的實驗習(xí)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(xué)進(jìn)度，作為教學(xué)主體的大學(xué)生更是需要端正實驗態(tài)度及注意提高自己的動手能力。實驗過程中，教師給學(xué)生講解正確規(guī)范的實驗操作是培養(yǎng)大學(xué)生良好科研習(xí)慣的第一步，也是使學(xué)生終生受益的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，然而相當(dāng)一部分學(xué)生不以為然，不能理解教師的良苦用心;另外，由于實驗設(shè)備的數(shù)量有限，很多情況下實驗教學(xué)都是分組進(jìn)行，容易導(dǎo)致部分學(xué)生混在實驗小組中充當(dāng)“南郭先生”，實驗前不愿預(yù)習(xí)、實驗中不愿動手，實驗報告也是應(yīng)付了事。
此外，實驗課程的設(shè)置需要進(jìn)一步優(yōu)化。合理的課程設(shè)置是實驗教學(xué)改革的一個重要問題。在校學(xué)生反映實驗任務(wù)繁重，幾乎每門專業(yè)課都有課程實驗，而且部分實驗存在操作重復(fù)現(xiàn)象，有些實驗的思路設(shè)計落后實際工業(yè)發(fā)展水平，存在實驗設(shè)備陳舊等問題。這類實驗對學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)意義不大，在學(xué)生課業(yè)繁忙的情況下還容易導(dǎo)致學(xué)生的逆反心理。合理的實驗教學(xué)內(nèi)容是保證課程實驗教學(xué)效果的關(guān)鍵，也是有效培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的關(guān)鍵。
2 構(gòu)建高校“教”與“學(xué)”機(jī)制
建立并遵循高�！敖獭迸c“學(xué)”機(jī)制是保證課程實驗教學(xué)效果的關(guān)鍵。美國著名學(xué)者布魯巴克曾提出：
“最精湛的教學(xué)藝術(shù)，遵循的最高標(biāo)準(zhǔn)就是讓學(xué)生自己提問題�！痹谡n程實驗教學(xué)過程中，任課教師應(yīng)徹底摒棄實驗教學(xué)是以傳授和驗證知識為目標(biāo)的舊觀念，增加實驗的綜合性、設(shè)計性和創(chuàng)新性，增強(qiáng)學(xué)生在課程實驗實施過程中的參與度，充分發(fā)揮“教”與“學(xué)”的互動，從而激發(fā)學(xué)生的主動性和積極性。
為了提高“無機(jī)材料科學(xué)與性能實驗”的教學(xué)質(zhì)量，我們根據(jù)無機(jī)非金屬材料行業(yè)目前的發(fā)展?fàn)顩r，新開設(shè)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(gòu)建并遵循高效“教”與“學(xué)”機(jī)制。
首先，保證每個學(xué)生都參與“設(shè)計實驗體系-探討可能出現(xiàn)的問題-提出應(yīng)對方案-擬定實驗步驟-分工協(xié)作-分析總結(jié)”這一完整的研究過程。根據(jù)實驗設(shè)備的數(shù)量確定合理的分組數(shù)目，并把分組的主動權(quán)交給學(xué)生;然后引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已掌握的專業(yè)基礎(chǔ)知識、結(jié)合實驗講義、查閱相關(guān)資料，提出具體設(shè)計思路和擬定實驗方案�？朔藢W(xué)生可能只是觀測實驗或驗證實驗的老問題，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。
其次，在“無機(jī)材料科學(xué)與性能”的實驗教學(xué)過程中增加“課前提問”和“實驗操作考核”環(huán)節(jié)。在開始講課前隨機(jī)選取每個實驗小組的部分學(xué)生進(jìn)行有關(guān)實驗的基本思路、實驗設(shè)備的操作原理及注意事項等課前提問，通過學(xué)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(yù)習(xí)效果太差的學(xué)生安排到下一輪的實驗分組，從而在督促學(xué)生保證實驗預(yù)習(xí)效果的基礎(chǔ)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(yùn)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(xué)生需獨立進(jìn)行操作。實驗過程中指導(dǎo)教師進(jìn)行巡視，觀察學(xué)生的操作水平，并對每個學(xué)生的實驗結(jié)果進(jìn)行評分。這不僅有利于加強(qiáng)學(xué)生將所學(xué)內(nèi)容與實際應(yīng)用相結(jié)合的意識，也可以促使學(xué)生在實驗過程中互相監(jiān)督，充分調(diào)動每個學(xué)生對實驗的參與性。
在實驗教學(xué)過程中，特別注意培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)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(xué)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(shù)值的疑問，據(jù)此順勢引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)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(xué)生在向注入水或待測樣品的比色皿中插入十字標(biāo)或電極時常常出現(xiàn)氣泡，影響ζ-電位測試的準(zhǔn)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(xué)生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，通過調(diào)整比色皿中溶液的加入量可有效避免這一現(xiàn)象的出現(xiàn)。
(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(zhàn)性、也是最有利于學(xué)生開拓思路的實驗，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣點，通過改變轉(zhuǎn)子類型、轉(zhuǎn)子型號、轉(zhuǎn)速及漿體水灰比等一系列實驗參數(shù)，設(shè)計不同實驗體系下水泥水化過程中黏度變化規(guī)律的測試，從而充分理解轉(zhuǎn)子類型/型號/轉(zhuǎn)速的選取原則，并結(jié)合水泥加入速度等實驗細(xì)節(jié)，摸索出控制扭矩范圍在60%～70%的最佳參數(shù)組合。這個過程中每個學(xué)生的測試數(shù)值，都有可能影響整體變化規(guī)律的科學(xué)性與準(zhǔn)確性，因此對于提高學(xué)生的團(tuán)體協(xié)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(xué)效果的其他方案
要保證大學(xué)生課程實驗的教學(xué)效果，有效鍛煉學(xué)生的工程實踐與創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)，不僅要遵循高校“教”與“學(xué)”相結(jié)合的`實驗教學(xué)機(jī)制，還應(yīng)該注意以下幾個方面：
(1)材料科學(xué)與工程課程實驗教學(xué)的“與時俱進(jìn)”�！盁o機(jī)材料科學(xué)與性能實驗”作為材料科學(xué)與工程專業(yè)無機(jī)非金屬材料方向的重要實驗課程，應(yīng)面向工程與生產(chǎn)實際相結(jié)合，在實驗內(nèi)容、實驗方法及實驗設(shè)備等方面都要與行業(yè)現(xiàn)有發(fā)展水平密切聯(lián)系。注意實驗教學(xué)設(shè)備的維護(hù)和更新，并積極引入新的實驗手段，真正使學(xué)生學(xué)有所用。
(2)建立全方位多層次的綜合考評機(jī)制。實驗教學(xué)之所以常常流于形式，主要由于實驗課程的成績評價標(biāo)準(zhǔn)比較片面，很難反映實驗教學(xué)的實施效果。學(xué)生的實驗報告只能作為學(xué)生課程實驗成績考核的一個方面，學(xué)生在具體實驗過程中的參與程度及其在實驗小組中的團(tuán)隊協(xié)作表現(xiàn)都應(yīng)納入考評。比如，實驗預(yù)習(xí)情況、課堂紀(jì)律、實驗操作的規(guī)范性等方面應(yīng)該和實驗報告一起列入綜合評定基礎(chǔ)成績的衡量范圍，與此同時，也應(yīng)該通過實驗操作的抽考，對實驗過程中能否發(fā)現(xiàn)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(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)實驗、規(guī)范操作的習(xí)慣。大學(xué)實驗教學(xué)是養(yǎng)成學(xué)生良好習(xí)慣的重要平臺，不僅實驗過程中所用主要儀器設(shè)備(梅特勒臺式PH 計Seven-Compact系列S220多參數(shù)測試儀、博勒飛DV2T 型旋轉(zhuǎn)式黏度計、JS94H 型微電泳儀)的使用要嚴(yán)格遵循操作規(guī)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(jié)束后應(yīng)自覺清理實驗臺并打掃實驗室衛(wèi)生。良好的實驗室操作習(xí)慣是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要體現(xiàn)，規(guī)范操作習(xí)慣的養(yǎng)成會使學(xué)生受益終生。
4 結(jié)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(xué)”作為一對有機(jī)體貫穿于整個實驗教學(xué)中，充分提高了學(xué)生的積極主動性、參與度、動手實踐能力、團(tuán)隊協(xié)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(xué)生的動手能力和自主學(xué)習(xí)能力成為衡量教育質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，我們保持教學(xué)思維的與時俱進(jìn)，不斷更新適合現(xiàn)階段行業(yè)發(fā)展水平的教學(xué)方法，確保學(xué)生在實驗教學(xué)過程中培養(yǎng)扎實的專業(yè)基礎(chǔ)和良好的科研素質(zhì)，才能使其在走向工作崗位后真正成長為材料行業(yè)的中流砥柱。
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