材料成型及控制工程專業(yè)設計型綜合實驗教學改革探索

劉光磊

摘 要： 本文著重闡述了材料成型及控制工程專業(yè)實驗教學體系的改革與實踐，分析了成型專業(yè)傳統(tǒng)實驗教學存在重理論、輕實踐且教學內容與模式滯后的問題，提出了實驗教學應與理論教學相結合，全面推進設計型綜合實驗的新思路。實踐證明：獨立開設設計型綜合實驗課，引進虛擬仿真先進技術改革教學模式，完善實驗考核制度可全面培養(yǎng)學生的綜合素質和創(chuàng)新能力，為高校材料類實驗教學改革提供借鑒。

關鍵詞： 材料成型及控制工程 實驗教學 存在問題 對策

1.引言

實驗教學是整個高等學校（簡稱高校）教學過程中的重要環(huán)節(jié)，與學科結構、課程體系和教學改革密切相關。它不僅是對理論教學的驗證、補充和拓展，更是培養(yǎng)學生獨立解決實際工程問題能力、提高學生自主創(chuàng)新能力、實踐動手能力和綜合素質的重要途徑[1]-[2]。由于材料成型及控制工程專業(yè)（簡稱成型專業(yè)）屬于實踐性比較強的學科，在做好專業(yè)理論教學的基礎上，加強對實驗教學培養(yǎng)模式、理念和管理機制的改革與創(chuàng)新，最大限度地發(fā)揮實驗教學的作用，對于提高學生的實驗能力和創(chuàng)新能力具有重要意義。

2.成型專業(yè)實驗教學不足

2.1實驗教學嚴重依附理論教學

受傳統(tǒng)觀念影響，高校一直以理論教學為主，實踐教學為輔。理論教學體現了學術性，實踐教學是理論教學的一個環(huán)節(jié)、一個補充[3]。在成型專業(yè)實驗教學過程中，實驗教學環(huán)節(jié)也得不到足夠重視。主要表現為學時較少；實驗內容嚴重依附于理論教學；各個實驗之間彼此獨立，缺少聯系和配合；各門實驗課程規(guī)模小且分散，實驗課安排伸縮性、隨意性強；教學內容相互脫節(jié)，經常出現內容遺漏和重復設置的現象。在教師和學生的潛意識中，實驗教學只是理論教學的輔助手段，造成對課堂紀律、出勤率、課堂教學質量、課后實驗報告等環(huán)節(jié)的重視程度明顯不足。學校常以理論教學為主要的考評依據評價教學質量，或者進行教學檢查時實驗教學僅占很小的部分。另外，部分實驗教師本身沒有正確認識實驗教學與理論教學的區(qū)別，忽視了理論知識重在實踐應用，未能形成以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和工程實踐能力為主線的實驗教學體系，長此以往根本不能適應材料類專業(yè)的定位目標[3]?？梢哉f，實驗教學處于理論教學的從屬地位，在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力中發(fā)揮的作用遠遠不夠，嚴重影響教學質量。

2.2實驗教學缺乏科學的管理與指導

實驗教學過程中，由于學生人數多，相對散亂，給管理帶來了很多不便。第一，讓一些逃課的同學有機可乘。請同學“代到”、“幫忙簽名”，甚至在老師點名后便不見蹤影等現象屢見不鮮；第二，學生實驗操作能力存在差異，難免有損壞設備、浪費材料的現象，給教師的指導工作帶來不便；第三，有的實驗具有一定的危險性，盡管教師反復強調注意安全，仍然有學生在好奇心、粗心的驅使下做出違反實驗規(guī)章的事情，帶來極大的安全隱患；第四，為了保證學生的絕對安全和實驗室設備的完好，如合金熔煉及澆注，教師只能親自示范，學生只需記錄操作步驟和實驗結果，任務單一且缺乏實踐性?？傊?，上述原因都大大增加了實驗教學的工作量，對實驗室的管理和維護等提出了極高的要求。

2.3實驗教學內容與教學模式滯后

受實驗條件的限制，有的高校存在實驗課程開設少、實驗內容陳舊、驗證性實驗所占比例偏高等問題。對于培養(yǎng)學生綜合性、應用性和創(chuàng)新性能力的實驗偏少，體現現代科學技術和專業(yè)特色的實驗就更少，根本做不到與時俱進式地教學。在實驗教學方法上，仍采用“填鴨式、依葫蘆畫瓢”的方式，網絡科技、虛擬仿真等先進實驗技術尚未在教學中推廣應用。對于學生而言，過于依賴實驗指導書，每次實驗按部就班操作，急于完成實驗，根本不設計、分析和思考其中的原因及原理。學生作為實驗主體，在實驗教學中不能充分發(fā)揮主觀能動性，依然處于機械式照搬實驗書和被動學習的狀態(tài)，在一定程度上對學生的開放創(chuàng)新思維起到抑制作用，不利于他們獨立思考、創(chuàng)新能力和分析解決問題能力的培養(yǎng)。

2.4實驗設備和實驗經費不足

成型專業(yè)實驗涉及購買實驗原材料、制備試樣、試樣組織與性能觀測分析等，需要大型實驗設備，且實驗周期長、原材料價格貴、分析測試費用高。近年來，高校不斷擴招，一方面實驗儀器數量不夠，另一方面也許投入更多的經費。為了保證實驗教學質量，勢必需要增加實驗崗教師，購買更多的儀器設備、增添實驗場地等，這就需要學校加大對實驗教學的經費投入。倘若經費不足，不但影響實驗教學作用的正常發(fā)揮，更在一定程度上使實驗崗教師工作積極性乃至學生學習熱情下降。

2.5考核機制不完善

科學地評定學生的實驗成績對引導學生重視實踐教學，正確處理知識、能力和素質的關系具有導向作用[4]。目前實驗教學中，教師要么根據學生實驗報告給出成績，要么將實驗成績依附于理論考試成績給出課程總成績，不能充分反映學生的實驗設計、實踐能力、數據處理及分析問題等綜合實驗能力。這樣的考核機制無形中削弱了學生實驗的積極性，降低了學生對實驗課程的重視程度，甚至出現了抄襲、篡改、編造實驗結果和實驗報告的現象，這兩種考核機制均不完善[5]-[6]。

3.成型專業(yè)實驗教學改革

3.1設計型綜合實驗教學

我校成型專業(yè)實驗教學在課程體系總體規(guī)劃上，廣泛收集工科專業(yè)工程實踐的教學資料，單獨設立了能夠突出不同專業(yè)方向能力的設計型綜合實驗，涵蓋了鑄鍛焊三個方向的多個工藝方案。實驗內容分為：選材（成分設計）、材料成形工藝設計、材料性能測試與分析、材料微觀組織檢測與分析、計算機輔助模擬設計和工藝方案優(yōu)化設計6個實驗模塊。教學過程側重材料成型原理及材料成型控制技術、成型過程組織變化規(guī)律及相關的現代測試技術方法的訓練，以進一步學生對材料加工工藝、性能和組織間相互關系的深入理解。學生從選題、查閱文獻，到設計實驗方案、工藝流程，到選擇實驗設備、儀器，直至完成實驗記錄、實驗報告和參加答辯，整個實驗過程全部由自己獨立完成。這種教學方式模擬了實際工業(yè)生產和科學研究的基本過程，向企業(yè)工藝設計工程師工作看齊，目的是讓學生在掌握相關專業(yè)知識的基礎上，以培養(yǎng)學生綜合能力為目標，對學生專業(yè)知識交叉滲透、相互融合的能力進行培養(yǎng)和訓練，提高了學生查閱資料能力、實驗動手能力、綜合分析能力[7]-[8]，使其掌握正確的實驗設計方法和科學研究方法，強化實驗技術和技能，突出對學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力及工程素質的綜合培養(yǎng)。通過上述實踐訓練給學生創(chuàng)造了運用理論教學知識解決實際問題的環(huán)境，讓學生學以致用，實現從理論向實踐能力的轉化，培養(yǎng)學生獨立分析、解決問題的能力。

3.2開放性實驗教學

我校成型專業(yè)實驗教學在開設設計型綜合實驗的同時還引進了開放式實驗教學。該系統(tǒng)的核心是教師與學生角色的轉變，教師主要發(fā)揮啟發(fā)和引導作用，學生由“填鴨式”的被動學習變?yōu)椤昂＞d式”的主動學習。在保證正常教學的前提下，實驗室實行全天開放，學生可根據自身實際情況選擇時間進行不同的實驗。在實驗教師的指導下，學生以小組或個人為單位獨立完成實驗，通過查閱文獻資料、制訂實驗方案及工藝路線，充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性，自主選擇實驗設備儀器、工藝方法、實驗流程。開放式實驗教學系統(tǒng)，不僅有利于學生獨立工作、分析解決實際問題能力的提高，更能促進學生個性化的發(fā)展和創(chuàng)新思維的發(fā)揮，在整個實驗教學環(huán)節(jié)中真正確立了學生的主體地位。這極大地推動了教學改革向更深層次發(fā)展，為培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力營造了理想的教學環(huán)境[9]-[10]。

3.3完善實驗教學考核制度

實驗考核考核實行目標控制，依據實驗教學目標進行考核，設計型綜合實驗成績評定與理論課一樣嚴格?？己藘热莅ǎ荷险n出勤率（10%）、動手實踐能力（20%）、相互協(xié)作能力（10%）、實驗記錄（150%）、實驗報告（15%）、綜合答辯（30%）。其中，出勤率通過點名、簽到形式完成；動手能力需在實驗操作現場考核，著重考查學生制訂實驗方案的合理性，實驗操作的規(guī)范程度；相互協(xié)作能力主要是通過將個人成績與小組總成績捆綁實現，目的是鼓勵學生發(fā)揚團結協(xié)作的團隊精神；實驗記錄和實驗報告是學生完成整套實驗流程的記錄和總結；綜合答辯環(huán)節(jié)中，一方面根據學生利用計算機輔助工藝設計時，計算機評定的工藝方案結果，另一方面根據學生實驗項目的完成情況提出問題，學生根據自己所掌握的知識進行回答。教師參照學生以上表現，給出設計型綜合實驗的最終成績。

3.4虛擬仿真實驗教學

我校成型專業(yè)實驗教學積極探索理論教學與實驗教學相結合的新方式，優(yōu)化教學內容，刪去落后的實驗，減少驗證性實驗。將先進的網絡、多媒體技術引入實驗教學系統(tǒng)，開展直觀教學，改革實驗教學的模式。目前，我校成型專業(yè)實驗教學正在積極構建實驗虛擬仿真系統(tǒng)、多媒體實驗操作系統(tǒng)。實驗虛擬仿真系統(tǒng)主要是針對精密大型設備的內部構造原理，實驗過程復雜、實驗成本較高的實驗內容而設計的一個實驗教學子系統(tǒng)。實驗操作系統(tǒng)是一套能夠播放實驗錄像視頻資料的實驗教學子系統(tǒng)，如老師根據實驗教學的需求播放能夠對有關工藝方案——顯微組織進行動態(tài)演示和分析的實驗錄像資料。這種虛擬仿真教學模式信息量大、內容豐富、直觀易懂，使得學生積極投入教學活動，實現以學生為主體的啟發(fā)式教育，對于培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、思考和解決問題的能力起到十分積極的作用。

4.余論

競爭在教育，取勝在人才。當今社會，材料專業(yè)正向復合型、先進型、功能型方向發(fā)展，單一的材料專業(yè)基礎人才將不能滿足社會需求，為了適應社會發(fā)展，我們應在高等教育中繼續(xù)推行發(fā)展創(chuàng)新綜合實驗的人才培養(yǎng)模式，充分發(fā)揮高校實驗教學不可替代的主體作用，將實驗教學做到實處，積極培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維，分析、思考和解決實際問題的能力，努力提高學生的科學素養(yǎng)、促進學生個性化發(fā)展、開發(fā)學生思維潛能，為社會培養(yǎng)與時俱進、可持續(xù)發(fā)展的高素質應用型人才作貢獻。

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