陳立強(qiáng) 蔣小華 鄭樹啟 陳長(zhǎng)風(fēng) 郝世杰

[摘要]針對(duì)目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工科類院校普遍存在專業(yè)實(shí)驗(yàn)課一直被動(dòng)地附屬于專業(yè)理論課的問(wèn)題，高?？梢栽诒究埔荒昙?jí)新生中開展專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)新理念，把在本科三、四年級(jí)開設(shè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課中一些相對(duì)基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、比較容易掌握的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分有選擇地向前延伸到本科一年級(jí)進(jìn)行。中國(guó)石油大學(xué)（北京）材料專業(yè)設(shè)計(jì)了專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)主題、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)模式，并且連續(xù)三年在材料專業(yè)本科一年級(jí)新生中開展了專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)實(shí)踐，探索形成了專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。教學(xué)反饋結(jié)果表明，專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)極大提高了材料專業(yè)一年級(jí)新生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)可度和學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生后續(xù)專業(yè)理論課的學(xué)習(xí)，在培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面取得了顯著的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]問(wèn)題驅(qū)動(dòng);知識(shí)建構(gòu);材料專業(yè);專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn);教學(xué)模式

[中圖分類號(hào)]G642.421 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]2095-3437（2019）12-0009-05

本科工程創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)是目前我國(guó)工科類院校所面臨的難題之一，同時(shí)也是一個(gè)艱巨挑戰(zhàn)。工科類院校本科生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不是一朝一夕、一蹴而就的，而是一個(gè)漸進(jìn)、系統(tǒng)、復(fù)雜的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力最重要的途徑和手段。目前國(guó)內(nèi)工科類院校普遍存在實(shí)驗(yàn)課多為演示性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性、探究性和綜合性的實(shí)驗(yàn)少，實(shí)驗(yàn)課一直被動(dòng)地附屬于理論課等問(wèn)題。高校要如何突破現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、課程體系和教學(xué)模式，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正有力地支撐本科工程創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)？我們以中國(guó)石油大學(xué)（北京）材料專業(yè)為例，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方面進(jìn)行了初步的探索實(shí)踐。

一、教改背景

與國(guó)內(nèi)大多數(shù)工科類院校相似，中國(guó)石油大學(xué)（北京）材料本科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)課程體系在本科大一和大二階段主要是公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、電工電子實(shí)習(xí)以及金工實(shí)習(xí)，在大三階段主要是各個(gè)專業(yè)理論課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及生產(chǎn)實(shí)習(xí)。同時(shí)在一、二、三年級(jí)本科生中開展大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)，大四階段主要進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文，其中單獨(dú)設(shè)置的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)總共40.5學(xué)分，而分散到各個(gè)專業(yè)理論課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)有68學(xué)時(shí)?，F(xiàn)有材料專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、教學(xué)模式與考評(píng)方式存在以下一些問(wèn)題和不足：1.在專業(yè)基礎(chǔ)理論課學(xué)習(xí)之前，大多數(shù)學(xué)生沒有進(jìn)過(guò)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，沒有開展過(guò)一定的專業(yè)實(shí)驗(yàn)探索嘗試，缺乏對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)興趣，很少能帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)理論課。2.很多專業(yè)理論課都安排了課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間安排比較分散，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，并且受到實(shí)驗(yàn)室人員、場(chǎng)地及設(shè)備數(shù)量的限制，很多實(shí)驗(yàn)學(xué)生只能簡(jiǎn)單重復(fù)地按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書去做，實(shí)驗(yàn)探究機(jī)會(huì)不多，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性和積極性不高。3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核評(píng)價(jià)方式片面單一，教師主要依據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行打分，沒有體現(xiàn)在專業(yè)實(shí)驗(yàn)中是否開展了提問(wèn)討論、自學(xué)探究以及團(tuán)隊(duì)合作等考評(píng)內(nèi)容，不能真實(shí)地反映專業(yè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際教學(xué)效果。4.通過(guò)對(duì)我校材料專業(yè)大四階段學(xué)生課程設(shè)計(jì)的多年調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生往往是在進(jìn)入課程設(shè)計(jì)階段才意識(shí)到自己的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力實(shí)際上很差。像磨拋金相試樣、觀察金相組織、制備電極試樣、測(cè)試極化曲線等以前做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生提交的課程設(shè)計(jì)報(bào)告中，很少有令人滿意的金相組織照片和電化學(xué)測(cè)試數(shù)據(jù)。很多學(xué)生是在完成課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中通過(guò)自主開展實(shí)驗(yàn)才使自己的實(shí)驗(yàn)技能和動(dòng)手能力有所提高的。以上這些問(wèn)題不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，不能滿足本科工程創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)要求。

針對(duì)上述材料專業(yè)本科實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)課程體系、教學(xué)模式與考評(píng)方式存在的問(wèn)題，我們?cè)诒究茖?shí)驗(yàn)教學(xué)的新理念、新模式方面進(jìn)行了深入思考和探索。能否在材料專業(yè)本科一年級(jí)新生中開設(shè)淺顯易懂、導(dǎo)論概述性質(zhì)專業(yè)理論課的同時(shí)，開展學(xué)生專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生先開展專業(yè)實(shí)驗(yàn)技能體驗(yàn)，后進(jìn)行專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)？具體地說(shuō)，就是對(duì)現(xiàn)有全部專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重新進(jìn)行梳理整合，把其中一些相對(duì)基本簡(jiǎn)單、比較容易掌握，同時(shí)又能激發(fā)一年級(jí)新生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)可度和學(xué)習(xí)興趣，并能促進(jìn)學(xué)生后續(xù)專業(yè)理論課學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，部分有選擇地向前延伸到一年級(jí)新生中進(jìn)行，通過(guò)降低專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的難度和要求，制定合理可實(shí)現(xiàn)的專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)目標(biāo)和具體可操作的教學(xué)模式，采取靈活的教學(xué)組織管理方式以及過(guò)程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合的考評(píng)方式，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力、動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠真正有力地支撐本科工程創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

二、教改理論依據(jù)

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)工科類院校本科課程設(shè)置體系框架和教學(xué)模式，本科新生入學(xué)后就會(huì)按照事先制定好的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃“被”培養(yǎng)，學(xué)生根據(jù)各自專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃設(shè)置的課程體系按部就班地開展相應(yīng)的課程學(xué)習(xí)。學(xué)生通常在本科一、二年級(jí)階段主要完成公共基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)，在本科三、四年級(jí)階段主要完成專業(yè)課學(xué)習(xí)，專業(yè)課學(xué)習(xí)通常是先進(jìn)行專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)，后開展專業(yè)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐。大多數(shù)工科類院校本科的專業(yè)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)都集中在本科三、四年級(jí)階段開展。教師、學(xué)生以及教學(xué)管理者也都普遍形成了專業(yè)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教學(xué)通常在專業(yè)理論教學(xué)之后開展這樣一個(gè)思維定式和誤區(qū)。突破傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，改變現(xiàn)有課程教學(xué)體系框架和專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，把以往在本科三、四年級(jí)階段開展的部分專業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容部分有選擇地向前延伸到本科一、二年級(jí)階段進(jìn)行，這可以從問(wèn)題驅(qū)動(dòng)探究與知識(shí)自主建構(gòu)的教育理論中找到依據(jù)。

對(duì)于剛剛進(jìn)入大學(xué)的本科新生來(lái)說(shuō)，大學(xué)的課程教學(xué)體系就好比一個(gè)龐大復(fù)雜的知識(shí)體系迷宮，順利地穿過(guò)這個(gè)知識(shí)體系迷宮就可以畢業(yè)進(jìn)入社會(huì)。每個(gè)本科生從一開始就面臨著進(jìn)入知識(shí)體系迷宮，尋找出口，最終完成學(xué)業(yè)的艱巨挑戰(zhàn)。而我們目前的教學(xué)理念和教學(xué)模式就是根據(jù)不同的專業(yè)預(yù)先制定好培養(yǎng)計(jì)劃方案，這就好比是預(yù)先設(shè)計(jì)了一份份走出知識(shí)體系迷宮的導(dǎo)引圖，學(xué)生只是根據(jù)這份導(dǎo)引圖按圖索驥才能走出知識(shí)體系迷宮。其導(dǎo)致的問(wèn)題是學(xué)生只能被動(dòng)地、單向地按照現(xiàn)有已設(shè)計(jì)好的導(dǎo)引圖去走出知識(shí)體系迷宮。除此之外，學(xué)生是否可以嘗試其他途徑，例如通過(guò)專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，產(chǎn)生主動(dòng)探究的驅(qū)動(dòng)力，以自主學(xué)習(xí)、自我規(guī)劃并輔以教師設(shè)疑指導(dǎo)的方式，雙向建構(gòu)真正屬于自己的知識(shí)體系迷宮的導(dǎo)引圖。

知識(shí)自主建構(gòu)就是學(xué)習(xí)者帶著自己的經(jīng)驗(yàn)背景與一定的情境進(jìn)行互動(dòng)，主動(dòng)地對(duì)情境中的信息做出理解和判斷，學(xué)習(xí)者可能運(yùn)用原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和智慧，來(lái)對(duì)問(wèn)題情境做出推測(cè)和假設(shè)，并通過(guò)活動(dòng)或討論和檢驗(yàn)這種假設(shè)的合理性;也可能參照他人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，但這些知識(shí)不是定論，而是需要他們自己分析、鑒別、評(píng)價(jià)的假設(shè)或見解。學(xué)習(xí)者要借助這些知識(shí)，形成自己對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的理解，建構(gòu)起真正屬于自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)和價(jià)值判斷。學(xué)習(xí)就是通過(guò)新、舊經(jīng)驗(yàn)的相互作用來(lái)豐富或調(diào)整原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程，是知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的生長(zhǎng)，而不是簡(jiǎn)單的知識(shí)注入。在通常的教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生對(duì)新的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)認(rèn)知，一般不存在多大的困難。但問(wèn)題往往不在于對(duì)知識(shí)本身的獲知，而在于知識(shí)的獲得過(guò)程，即這個(gè)知識(shí)是怎樣地被建立起來(lái)的，學(xué)習(xí)者的各種能力也正是在這個(gè)知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程中被培養(yǎng)出來(lái)的。就知識(shí)的價(jià)值而言，其有著兩個(gè)層面的意義：一是知識(shí)本身所含的“實(shí)用”價(jià)值，學(xué)習(xí)者可以運(yùn)用這些知識(shí)去解決問(wèn)題，從事某種創(chuàng)造性的活動(dòng)。二是知識(shí)形成過(guò)程的“思辨”的價(jià)值，即獲得知識(shí)的認(rèn)識(shí)途徑，運(yùn)用這些知識(shí)“力量”去進(jìn)行認(rèn)識(shí)和思辨，并創(chuàng)造出新的知識(shí)，拓展知識(shí)領(lǐng)域，發(fā)展思維創(chuàng)新能力。前者是靜態(tài)的知識(shí)，后者就是動(dòng)態(tài)的知識(shí)。動(dòng)態(tài)的知識(shí)是有生命力的，這種生命力能使學(xué)習(xí)者不斷地使自己的知識(shí)“增值”，構(gòu)建自己的認(rèn)識(shí)體系。歐美國(guó)家早就在小學(xué)階段就開展這種類似問(wèn)題驅(qū)動(dòng)探究與知識(shí)自主建構(gòu)的教育訓(xùn)練。美國(guó)一個(gè)小學(xué)生就開始做從專業(yè)人士的角度看都很難回答的社會(huì)歷史或?qū)I(yè)技術(shù)問(wèn)題的調(diào)查小報(bào)告或研究小論文，盡管沒有系統(tǒng)地學(xué)習(xí)專業(yè)背景知識(shí)，過(guò)程方法不嚴(yán)謹(jǐn)，結(jié)論可能也很稚嫩，但整個(gè)教育過(guò)程中孩子興趣盎然，完成得也有模有樣，孩子的獨(dú)立思考能力、自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手實(shí)踐能力都得到了培養(yǎng)鍛煉。反觀目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)工科類院校的教學(xué)理念、課程體系和教學(xué)模式仍然存在重教輕學(xué)、先教后學(xué)、先理論學(xué)習(xí)、后動(dòng)手實(shí)踐的問(wèn)題，這與本科工程創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)極不適應(yīng)。解決之道，可以從改革工科類院?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐課程教學(xué)體系著手，從以教師教為主，過(guò)渡到以學(xué)生為中心，教師為學(xué)生搭建開放的自主探究實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)開展實(shí)驗(yàn)探究，把教師支撐輔導(dǎo)和學(xué)生問(wèn)題驅(qū)動(dòng)探究、知識(shí)自主建構(gòu)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，最終形成有利于培養(yǎng)本科工程創(chuàng)新復(fù)合型人才的專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。

三、教改設(shè)計(jì)方案

材料專業(yè)本科課程教學(xué)體系的核心內(nèi)容是通過(guò)專業(yè)基礎(chǔ)理論課的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生理解和掌握材料專業(yè)相關(guān)的基本概念理論、重要原理知識(shí)，在此基礎(chǔ)上，通過(guò)后續(xù)專業(yè)理論課學(xué)習(xí)主要讓學(xué)生理解和掌握材料成分一加工工藝一組織結(jié)構(gòu)一性能之間的相互關(guān)系、材料組織結(jié)構(gòu)性能測(cè)試表征的原理方法等內(nèi)容。專業(yè)理論課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也都主要是圍繞著這些核心內(nèi)容展開的。我們對(duì)材料專業(yè)現(xiàn)有專業(yè)理論課的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容重新進(jìn)行全面梳理和分析，磨金相、打硬度、測(cè)電位在所有的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中相對(duì)簡(jiǎn)單基礎(chǔ)，也比較容易掌握，同時(shí)也有利于激發(fā)材料專業(yè)大一新生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)可度和學(xué)習(xí)興趣，因此設(shè)計(jì)了“磨一次金相、打一次硬度、測(cè)一次腐蝕電極電位”的專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案。

以“磨一次金相”為例，盡管一年級(jí)新生沒有上過(guò)相關(guān)專業(yè)理論課，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)與缺陷、晶粒晶界、微觀組織、鐵素體、珠光體等與金相實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)的很多材料專業(yè)的基本概念和理論知識(shí)都不清楚，但學(xué)生可以在教師的啟發(fā)引導(dǎo)下，基于教師搭建的專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)自主探究平臺(tái)，以自己已有的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)為起點(diǎn)，結(jié)合對(duì)專業(yè)文獻(xiàn)資料和教材的查閱，開始進(jìn)行自己首次專業(yè)實(shí)驗(yàn)的探索。學(xué)生在專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探索的過(guò)程中肯定會(huì)遇到一些困難，并不斷產(chǎn)生疑問(wèn)，例如什么是材料的金相組織？怎么才能把一個(gè)金屬試塊磨成如鏡子一樣光亮鑒人？通過(guò)什么方法才能看到材料內(nèi)部微觀組織？不同材料的金相組織為什么有差異？材料的金相組織與其性能又有什么關(guān)系？這些疑問(wèn)將隨著專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，有的問(wèn)題可以在實(shí)驗(yàn)探究和自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中逐漸明白、得到解答，而有的問(wèn)題和困難可能涉及對(duì)專業(yè)基本概念和理論知識(shí)更深入、更全面的理解，這些問(wèn)題和困難會(huì)一直延續(xù)到后續(xù)開展專業(yè)基礎(chǔ)理論課學(xué)習(xí)中，通過(guò)教師講授而有了深刻理解，豁然開朗，融會(huì)貫通，從而完成專業(yè)基本概念和理論知識(shí)雙向自主建構(gòu)的全過(guò)程。

在“磨一次金相”專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案中，我們首先設(shè)計(jì)了合理可實(shí)現(xiàn)的專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課三個(gè)層次教學(xué)目標(biāo)。1.知識(shí)目標(biāo)：使本科新生了解金相組織的概念及相關(guān)專業(yè)基本知識(shí)，初步學(xué)會(huì)金相試樣制備方法以及使用光學(xué)顯微鏡觀察分析金相組織方法。2.能力目標(biāo)：鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、溝通表達(dá)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。3.素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生求知探索精神、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真態(tài)度、客觀公正理念和藝術(shù)審美修養(yǎng)。

為了達(dá)成上述專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目標(biāo)，我們?cè)O(shè)計(jì)了具體可操作的專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式?！芭d趣是最好的老師”。我們首先提煉出一個(gè)專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)主題——“材料，你想象不到的微觀之美：金相組織”。教師可以通過(guò)PPT教學(xué)課件展示，讓學(xué)生觀察體會(huì)材料微觀世界與宏觀自然現(xiàn)象有著驚人相似之處，引導(dǎo)學(xué)生欣賞贊嘆材料的微觀世界之美，喚醒學(xué)生觀察材料微觀組織的強(qiáng)烈好奇心，激發(fā)學(xué)生探究相關(guān)專業(yè)知識(shí)的濃厚興趣。當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈好奇心和濃厚興趣后，引導(dǎo)學(xué)生了解專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，即如何制作一個(gè)合格的金相樣品以及如何觀察金相樣品的微觀組織。教師通過(guò)課堂演示講解，使學(xué)生對(duì)金相樣品制備和金相組織觀察的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、基本方法以及實(shí)驗(yàn)所用儀器材料有一個(gè)初步的了解。教師可以搭建藍(lán)墨云班課APP手機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，利用平臺(tái)給學(xué)生推送教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)視頻以及課外拓展參考資料，學(xué)生可以隨時(shí)隨地開展自主探究學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)，在正式開始專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)前了解和掌握相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，從而達(dá)成專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的知識(shí)目標(biāo)。

在專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)組織管理方面，我們?cè)O(shè)計(jì)了小組接力合作與競(jìng)賽評(píng)優(yōu)的教學(xué)組織管理方式。所謂小組接力合作就是男女生搭配，自由組合，5-6人一組，各選出組長(zhǎng)負(fù)責(zé)本組相關(guān)事宜。在專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的整個(gè)過(guò)程中，組長(zhǎng)協(xié)調(diào)安排，小組成員通過(guò)依次逐個(gè)以傳幫帶的方式開展實(shí)驗(yàn)。小組內(nèi)先完成實(shí)驗(yàn)的成員總結(jié)自己做實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，傳遞給組內(nèi)下一個(gè)準(zhǔn)備做實(shí)驗(yàn)的成員，并提供實(shí)驗(yàn)幫助和指導(dǎo)。因此小組內(nèi)每個(gè)成員都能獨(dú)立完成金相樣品制備和微觀組織觀察的實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)小組合作真正地參與到專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的探索過(guò)程中。完成實(shí)驗(yàn)后，小組每個(gè)成員都必須提交一幅金相樣品的宏觀照片、三幅100倍不同視域金相組織照片和三幅400倍不同視域金相組織照片。每幅圖片要標(biāo)注材料名稱編號(hào)、放大倍數(shù)、侵蝕劑、侵蝕方式。除此之外，每個(gè)成員還可以對(duì)自己完成的金相組織圖片使用圖像處理軟件工具進(jìn)行后期創(chuàng)意加工。每個(gè)成員的金相組織照片和創(chuàng)意作品照片首先在組內(nèi)進(jìn)行互評(píng)，推選出組內(nèi)最優(yōu)秀的金相照片和創(chuàng)意作品代表本組參加年級(jí)競(jìng)賽評(píng)優(yōu)。年級(jí)競(jìng)賽評(píng)優(yōu)采取小組ppt展示答辯的方式，由教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)點(diǎn)評(píng)，教師將根據(jù)不同材料金相觀察的難易程度、金相組織照片是否有劃痕及其數(shù)量多少、金相組織輪廓是否侵蝕的清晰、是否反映材料組織結(jié)構(gòu)特征、對(duì)相關(guān)材料專業(yè)知識(shí)了解及掌握程度、小組合作有效性以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程創(chuàng)新思路方法等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)打分，評(píng)選出最佳金相組織照片獎(jiǎng)、最佳團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)、最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)，同時(shí)選出1名優(yōu)秀學(xué)生代表學(xué)校參加全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽。通過(guò)小組接力合作與競(jìng)賽評(píng)優(yōu)的教學(xué)組織管理方式設(shè)計(jì)，既可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力、溝通表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，又能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真態(tài)度、客觀公正理念、藝術(shù)審美修養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生爭(zhēng)先創(chuàng)優(yōu)意識(shí)，從而達(dá)成專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。

在專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)考核評(píng)價(jià)方面，我們?cè)O(shè)計(jì)了過(guò)程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合、教師評(píng)價(jià)打分與學(xué)生自評(píng)相結(jié)合的考評(píng)方式。學(xué)生在進(jìn)行專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)自主探究的過(guò)程中，要同時(shí)完成教師設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳情記錄表任務(wù)，學(xué)生可以通過(guò)文字、照片、視頻等方式詳細(xì)地記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的所思所想、所問(wèn)所答、交流討論、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)結(jié)果、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)、感想體會(huì)等內(nèi)容。專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課結(jié)束進(jìn)行總結(jié)時(shí)，各小組還要完成教師設(shè)計(jì)的小組自評(píng)打分表，小組組長(zhǎng)要從合作意識(shí)、參與程度、工作貢獻(xiàn)等方面給小組成員評(píng)分，同時(shí)組長(zhǎng)和組員要相互寫出一句話評(píng)價(jià)。最終的專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課成績(jī)由實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳情記錄表（20%）、小組自評(píng)打分表（15%）、藍(lán)墨云班課APP經(jīng)驗(yàn)值（15%）、展示答辯（20%）、實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告（30%）來(lái)確定。

在學(xué)生開展專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程中，教師除了在實(shí)驗(yàn)室跟隨指導(dǎo)答疑，協(xié)助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)難以克服的問(wèn)題之處，還要保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全，掌握實(shí)驗(yàn)完成進(jìn)度，同時(shí)還可以利用藍(lán)墨云班課App手機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，與學(xué)生課外實(shí)時(shí)在線互動(dòng)答疑，及時(shí)跟蹤、檢查、了解實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)、小組討論以及團(tuán)隊(duì)合作等情況，給予相應(yīng)的指導(dǎo)。

四、教改實(shí)踐與調(diào)查反饋

我們從中國(guó)石油大學(xué)（北京）材料專業(yè)2015級(jí)新生開始，連續(xù)三年開展了專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的實(shí)踐探索。專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課通常安排在一年級(jí)春季學(xué)期4月下旬進(jìn)行，歷時(shí)四周。教師首先用一堂課時(shí)間，通過(guò)PPT課件展示講解，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入材料內(nèi)部的微觀世界，欣賞材料的微觀世界之美，喚醒學(xué)生觀察材料微觀組織的強(qiáng)烈好奇心，激發(fā)學(xué)生探究相關(guān)專業(yè)知識(shí)的濃厚興趣。PPT教學(xué)課件展示如圖l所示。然后教師向給學(xué)生簡(jiǎn)單介紹專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)組織管理方式、任務(wù)要求、考核評(píng)價(jià)方式、實(shí)驗(yàn)支撐平臺(tái)和安全注意事項(xiàng)，讓學(xué)生對(duì)如何開展專業(yè)認(rèn)識(shí)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課有一個(gè)全面認(rèn)識(shí)。

課后第一周時(shí)間，學(xué)生參考教師課堂講授內(nèi)容和教師在藍(lán)墨云班課APP手機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)上推送的相關(guān)文獻(xiàn)資料，開展自主探究學(xué)習(xí)和小組合作學(xué)習(xí)，完成小組實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。藍(lán)墨云班課APP機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)由教師在課前搭建好。為了保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)安全，新生在正式進(jìn)入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室之前，要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全教育培訓(xùn)，并通過(guò)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室安全教育培訓(xùn)認(rèn)證考試。完成上述任務(wù)后，各小組把小組實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告和安全認(rèn)證考試合格證書提交到藍(lán)墨云班課APP手機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)。

在接下來(lái)三周的時(shí)間，各小組成員在固定實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)以接力合作方式開展實(shí)驗(yàn)探索。以2017級(jí)新生為例，所有學(xué)生分成15組，一組6人。每次實(shí)驗(yàn)時(shí)，一組一人，共分六次，根據(jù)時(shí)間順序安排表完成實(shí)驗(yàn)。第一次實(shí)驗(yàn)，各小組組長(zhǎng)在教師指導(dǎo)幫助下完成，后續(xù)的五次實(shí)驗(yàn)以各小組成員接力合作方式完成。小組已完成實(shí)驗(yàn)的成員向正在做實(shí)驗(yàn)的成員傳遞自己做實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)體會(huì)，提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)幫助。

在第四周當(dāng)所有小組成員都做完實(shí)驗(yàn)，并在藍(lán)墨云班課APP手機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)提交實(shí)驗(yàn)最終報(bào)告、實(shí)驗(yàn)過(guò)程記錄表、小組成員評(píng)價(jià)總結(jié)表和展示答辯PPT后，教師要用一堂課時(shí)間組織學(xué)生開展金相組織照片與創(chuàng)意作品的年級(jí)評(píng)優(yōu)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)展示答辯，評(píng)選出最佳金相組織照片獎(jiǎng)、最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)和最佳團(tuán)隊(duì)獎(jiǎng)，并推選出代表學(xué)校參加全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽的學(xué)生。評(píng)優(yōu)結(jié)束后，教師對(duì)專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的進(jìn)行教學(xué)總結(jié)，提示并鼓勵(lì)學(xué)生，在專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課中產(chǎn)生的困惑疑問(wèn)，不可能完全通過(guò)自主學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)探究解決，可以保留這些困惑疑問(wèn)在后續(xù)專業(yè)理論基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)的過(guò)程中獲得解答。

最后教師利用藍(lán)墨云班課APP手機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，對(duì)所有參加專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生開展學(xué)情和評(píng)教的匿名問(wèn)卷調(diào)查。圖2是2017級(jí)材料專業(yè)一年級(jí)新生問(wèn)卷調(diào)查反饋結(jié)果。問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)表明，在開展專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課之前，一年級(jí)新生中有52%的人認(rèn)為，沒有上過(guò)專業(yè)課，沒學(xué)過(guò)專業(yè)知識(shí)，不能做專業(yè)實(shí)驗(yàn)或無(wú)法判斷，并且有86%的人認(rèn)為做專業(yè)實(shí)驗(yàn)很難或無(wú)法判斷，如圖2（a）～（b）所示。而完成專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課之后，一年級(jí)新生中有95%的人認(rèn)為，即使沒有上過(guò)專業(yè)課，也可以做一些簡(jiǎn)單的專業(yè)探索先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)開展專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課難易程度的認(rèn)識(shí)發(fā)生了顯著轉(zhuǎn)變，有59%的人認(rèn)為此次專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)比較容易或很容易，如圖2（e）～（d）所示。有98%的學(xué)生對(duì)此次專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課感興趣愿意參加，有79%的學(xué)生希望繼續(xù)開展類似專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，如圖2（e）～（f）所示。同時(shí)有71%的學(xué)生對(duì)專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的評(píng)教給出了90以上高分，如圖2（g）所示。

五、教改總結(jié)

我們以中國(guó)石油大學(xué)（北京）材料專業(yè)為例，連續(xù)三年在一年級(jí)新生中開展了專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的探索實(shí)踐，教改總結(jié)如下：1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念突破。突破了傳統(tǒng)課程教學(xué)體系先專業(yè)理論學(xué)習(xí)、后專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思維定式和誤區(qū)，基于問(wèn)題驅(qū)動(dòng)探究與知識(shí)自主建構(gòu)的教育理論，建立了在本科一年級(jí)新生中開展專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的新理念。2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新。搭建了先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的藍(lán)墨云班課APP手機(jī)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)，打破了課內(nèi)與課外、線上與線下的時(shí)空限制，使學(xué)生隨時(shí)隨地、方便靈活地開展自主探究學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)，同時(shí)創(chuàng)新地設(shè)計(jì)了小組成員接力合作和年級(jí)評(píng)優(yōu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)組織管理方式，有效地實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主探究能力與動(dòng)手實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作精神和爭(zhēng)先創(chuàng)優(yōu)意識(shí)的培養(yǎng)，達(dá)成了專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課的知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程詳情記錄表和小組自評(píng)打分表，實(shí)現(xiàn)了過(guò)程評(píng)價(jià)與結(jié)果評(píng)價(jià)相結(jié)合、教師打分與小組自評(píng)相結(jié)合的考評(píng)方式，最終形成了專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的新模式，有力地支撐了本科工程創(chuàng)新復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果顯著。專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)使一年級(jí)新生深刻地認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)了材料專業(yè)的魅力，極大地提高了一年級(jí)新生對(duì)材料專業(yè)的認(rèn)可度和學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在專業(yè)知識(shí)、能力和素質(zhì)等方面都有實(shí)實(shí)在在的收獲。通過(guò)專業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課推選出的學(xué)生，連續(xù)三年參加全國(guó)大學(xué)生金相技能大賽，獲得了一個(gè)二等獎(jiǎng)和兩個(gè)三等獎(jiǎng)的好成績(jī)。在全國(guó)參賽的工科類院校中，實(shí)現(xiàn)了材料專業(yè)一年級(jí)新生參賽并獲獎(jiǎng)的零的突破。