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摘要“材料研究系列实验”作为材料科学与工程专业本科生的一门重要的实践必修课，对培养学生的创新意识、锻炼学生的动手能力和实践能力大有裨益。通过几年来的教学实践，分别在实验平台建设、实验内容设置、教学方法和管理模式等方面进行了改革和探索，并取得了较好的教学效果。
关键词 材料研究 实验 教学实践
中图分类号：G642文献标志码：A
Teaching Reform Practice and Innovation of
"Series of Experiments on Materials Research"
WU Xiaowen, DU Gaoxiang, XU Jiangfeng, MEI Lefu
(School of Materials Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083)
Abstract"Series of experiments on materials research" is an important practice compulsory course to students majoring in materials science and engineering. This course is very helpful to develop their creativity and excecise their practical ability. After the teaching practice for several years, reforms and explorations have been made on many aspects such as experimental platform constructions, content settings, teaching methods and manegement modes. This teaching practice has been gotten a better teaching effect.
Key wordsmaterials research; experiments; teaching practice
0 引言
實验教学是高等学校教学工作的重要组成部分，是衡量学校教学质量的一个重要因素，更是培养创新型人才不可缺少的重要实践环节。①材料专业实验教学应紧密配合材料科学的发展，培养学生的独立思考和实践能力。我院从2003级学生的培养计划开始，实践教学课程体系主要围绕“金工实习——认识实习——生产实习——研究实验——毕业设计”这条主线展开，辅以学生课外科技创新活动，系统培养学生的实践能力和创新精神。在三年级下学期开设的“材料研究系列实验”课程，目的是强化之前学过的基础实验课的知识和技能，锻炼学生对这些知识的综合运用能力，并为进入毕业设计环节打下良好的基础。这门课程也是对学生从事小型课题实验研究的一次正规的、全面的训练，使学生能够意识到只有将“材料”与“工程”真正结合起来研究才更具有应用价值，②才能真正做到学以致用。通过本课程的教学，使学生掌握原料选择与加工、材料设计与制备、性能测试与分析的系统方法与技术，提高学生的动手能力、分析和解决问题的能力以及运用所学知识分析材料制备工艺－显微结构－性能之间内在联系的综合研究能力。
1 课程的主要内容、要求和存在的问题
1.1 主要内容和要求
“材料研究系列实验”课程总学时4周，全部为实践性教学，指定指导教师，教学以学生实践为主，教师启发引导，学生课外自行查阅、分析资料，撰写实验研究报告。实验分为矿物资源及工业固体废弃物利用、胶凝材料、陶瓷材料、耐火材料、纳米材料、无机薄膜材料、新型炭功能材料、新能源材料等方向，每个方向包含若干专题，学生依据兴趣和专业要求，选择实验研究方向和专题，系统开展从原料选择与加工、材料设计与制备、性能测试与分析的系列实验与研究，最终独立完成实验研究报告。
1.2 存在的问题
（1）由于学生人数较多，使得“材料研究系列实验”课程无论在实验设备还是时间安排上都有一定难度。如果管理不到位，教学效果可能无法保证，这样就达不到锻炼学生的动手能力和培养创新性人才的预期目的。如何做到既要兼顾教学质量又要克服学生人数过多的困难，一直是实践教学需要考虑解决的问题。
（2）“材料研究系列实验”课程教学对指导教师提出了更高的要求。除了对教师的教学基本要求如及时全面地准备实验讲义、设计实验课流程之外，还必须考虑到实验过程中可能出现各种突发意外情况，并能够及时加以处理和解决。这一方面增加了教师的工作量和负担，另一方面还对教师的知识面、实际操作技能提出了新的挑战。当然，最重要的还是要求教师教学经验丰富以及责任心强。
（3）实验项目和内容的设置不够合理，不能与时俱进。针对近些年来对材料专业毕业生宽口径的培养要求的发展趋势，以及结合我校材料科学与工程专业的毕业生大部分选择继续深造或者去企业从事材料类相关研究和技术工作的现状。同时为了适应当前国家对新材料、新能源以及对能源、资源、环境等交叉科学领域人才的迫切需求，“材料研究系列实验”的研究内容和方向有必要进行适当拓宽和相应调整。此外，“材料研究系列实验”中综合性、设计性和研究性实验项目的设置匹配还不够合理，需要做出调整和改善，以进一步培养学生的创新能力。
（4）考核方式较单一，虽然要求独立完成实验研究报告，但是由于分组制的原因同一组内的同学的实验研究报告抄袭现象比较明显，从而造成实验成绩评定困难，个体差异不明显、难以拉开差距等问题。
2 课程教学改革与创新
2.1 加强实验教学平台建设
学院在利用211工程建设经费和自筹经费的基础上，创建了材料专业实验室，并建设了材料工程、材料物理和材料化学等几个相关实验平台。一方面充实了硅酸盐陶瓷材料、耐火材料和无机胶凝材料等方向的实验教学设备，保证了传统实验教学的顺利开展。同时，修复了几台闲置的镀膜设备，如反应磁控溅射仪、真空蒸发镀膜机等，为开展半导体薄膜的制备实验如“透明导电ZnO薄膜及金属电极的制备”提供了重要支撑。此外，针对近年来开展起来的新型炭功能材料实验研究，引进了几台真空炭化炉等设备。这些实验设备的引进和修复为“材料研究系列实验”课程的改革创新提供了保证。
2.2 整合拓展实验教学内容
“材料研究系列实验”课程在充分征求材料工程教研室及实验室相关教师意见的基础上，对实验项目和实验教学内容进行了调整，在保证固体废弃物利用、陶瓷及耐火材料、粉体制备技术和工业选矿等传统实验研究方向的同时，积极拓展了“材料研究系列实验”的研究方向，分别增设了无机功能薄膜材料、新型炭功能材料等新材料领域内的研究方向。这些实验能够开阔同学们的视野，对其将来选择研究方向起到很好的导向作用。此外，实验项目和内容都必须符合“三性”即综合性、设计性和研究性的要求。所选择的实验教学项目一定能综合运用各种实验技术，包括加工制备技术、结构表征方法和性能检测技术等。这样既能巩固和深化已学过基础理论知识和实验技术，又能让学生学习到实验设计的思维方法，为他们在实验中启发创造性思维留有空间。③同时，也有助于改善实验教学效果，有利于培养学生的动手能力以及创新精神。
2.3 充分利用现代教学手段
利用现代多媒体教学手段，将用语言难以表述清楚的实验设备和实验仪器（如反应磁控溅射仪）的实验原理和内部结构直观地展示出来，让学生对其实验原理和仪器组成有个非常清晰的認识。除此之外，对于部分实验设备操作动作以及材料合成制备的过程，采用动画演示更加形象和生动，这不仅加深了学生对实验内容的理解，而且提高了学生从事实验研究的兴趣。再者，利用多媒体演示方法可以节约时间，提高教学效率和效果。例如，在半导体薄膜材料制备专题实验教学过程中，可以在抽真空的时候即真空泵启动之后到镀膜之前这个档口进行动画演示，这不仅统筹安排好了教学时间，而且使得教学更连贯、衔接更自然。
2.4 实行开放式教学管理
这里所说的开放式管理不仅限于时间上的开放，即学生利用课余时间进行实验，而且，更重要的在于实验课题选择的开放，既包括大一点的实验项目、研究方向的选择又包括同一方向下不同小组即小型课题的选择上都是由学生自己决定。教师可以给出各个研究方向的背景、应用以及研究进展等基本轮廓，再让学生自己查阅相关文献进一步调研，然后根据兴趣自主选题。“材料研究系列实验”课程比较适合采取开放式的教学管理模式，因为主体是学生，采取自主选题可充分发挥学生们的主观能动性，充分调动学生们的积极性。另外一条重要的管理方式就是实行分组制。一个稍大的实验项目下面一般有20名左右的同学，教师要将这些同学分成若干小组，每组3-5名同学，完成一项小型课题的研究任务，每组推荐1名负责人担任组长，负责与指导教师的沟通以及实验工作和实验进度的协调。当然，组内同学需要再进行分工，每位同学具体负责部分实验内容，这样同组学生既有分工又有合作，这有利于培养学生的独立工作能力和团队协作精神。教师可以根据实验过程各阶段的特点，该安排集中进行的实验则集中进行，例如样品制备以及性能测试等环节必须进入实验室集中进行；能够分散进行的环节则分散进行，例如文献资料的调研、实验方案的制定、以及最后的实验数据整理和实验报告的撰写等环节。
2.5 改革成绩的评定方法
实验课成绩的评定一般以实验报告为依据，但是由于实验分组制的原因，同组学生实验报告存在抄袭和雷同的现象，这样就很难对学生的实验成绩给予一个客观、公正的评价。为此，一方面教师应事先准备好一些与实验内容相关的基础理论知识和与仪器设备等相关的思考题，在实验过程进行随机抽查提问，并记录学生回答问题的情况。另一方面，实验过程中教师应注意观察同学们的表现，尤其是遇到突发问题或一些特别的实验现象时，例如仪器出现故障了，应该如何去排除和维修等。这个时候往往最能够考察出学生分析问题和解决问题的能力。教师不应该抱怨仪器故障，而应将其视为天赐良机并充分利用这样的机会考察学生，以此作为实验成绩评定的参考依据。此外，充分利用实验分组的优势，将同一组内学生和不同组的学生分别进行横向和纵向比较，为实验成绩评定提供依据。教师最后根据平时回答问题表现（理论知识）、解决问题的表现（动手能力）、以及实验报告情况，各占一定比重综合给出一个最终的实验成绩。
3 结束语
实践证明，我院“材料研究系列实验”课程自2006年开设以来，实验气氛非常活跃，教学效果良好，受到老师和学生们的普遍欢迎。针对实验教学过程中存在的一些突出问题和主要矛盾进行了教学改革和探索，并在实验室建设、实验选题、教学方法以及管理和考核方式等方面取得了一些创新性教学成果。“材料研究系列实验”作为材料科学与工程专业本科生的一门重要的实践必修课，对培养学生的分析问题、解决问题的能力以及理论联系实际的能力非常有帮助，对锻炼学生的动手能力和创新精神起到了非常重要的作用。
注释
①陈曙光,夏清,叶昌,廖红卫.《无机材料工学实验》教学改革的探索[J].中国科教创新导刊,2007.466:18.
②吴任平,于岩,林春莺,阮玉忠.“无机非金属材料工程综合实验”教学初探[J].实验室研究与探索,2007.26(12):98-100.
③吴性良,陆静.综合化学实验内容及课程体系的设计[J].实验技术和管理,2001.18(2):108-110.
关键词 材料研究 实验 教学实践
中图分类号：G642文献标志码：A
Teaching Reform Practice and Innovation of
"Series of Experiments on Materials Research"
WU Xiaowen, DU Gaoxiang, XU Jiangfeng, MEI Lefu
(School of Materials Science and Technology, China University of Geosciences, Beijing 100083)
Abstract"Series of experiments on materials research" is an important practice compulsory course to students majoring in materials science and engineering. This course is very helpful to develop their creativity and excecise their practical ability. After the teaching practice for several years, reforms and explorations have been made on many aspects such as experimental platform constructions, content settings, teaching methods and manegement modes. This teaching practice has been gotten a better teaching effect.
Key wordsmaterials research; experiments; teaching practice
0 引言
實验教学是高等学校教学工作的重要组成部分，是衡量学校教学质量的一个重要因素，更是培养创新型人才不可缺少的重要实践环节。①材料专业实验教学应紧密配合材料科学的发展，培养学生的独立思考和实践能力。我院从2003级学生的培养计划开始，实践教学课程体系主要围绕“金工实习——认识实习——生产实习——研究实验——毕业设计”这条主线展开，辅以学生课外科技创新活动，系统培养学生的实践能力和创新精神。在三年级下学期开设的“材料研究系列实验”课程，目的是强化之前学过的基础实验课的知识和技能，锻炼学生对这些知识的综合运用能力，并为进入毕业设计环节打下良好的基础。这门课程也是对学生从事小型课题实验研究的一次正规的、全面的训练，使学生能够意识到只有将“材料”与“工程”真正结合起来研究才更具有应用价值，②才能真正做到学以致用。通过本课程的教学，使学生掌握原料选择与加工、材料设计与制备、性能测试与分析的系统方法与技术，提高学生的动手能力、分析和解决问题的能力以及运用所学知识分析材料制备工艺－显微结构－性能之间内在联系的综合研究能力。
1 课程的主要内容、要求和存在的问题
1.1 主要内容和要求
“材料研究系列实验”课程总学时4周，全部为实践性教学，指定指导教师，教学以学生实践为主，教师启发引导，学生课外自行查阅、分析资料，撰写实验研究报告。实验分为矿物资源及工业固体废弃物利用、胶凝材料、陶瓷材料、耐火材料、纳米材料、无机薄膜材料、新型炭功能材料、新能源材料等方向，每个方向包含若干专题，学生依据兴趣和专业要求，选择实验研究方向和专题，系统开展从原料选择与加工、材料设计与制备、性能测试与分析的系列实验与研究，最终独立完成实验研究报告。
1.2 存在的问题
（1）由于学生人数较多，使得“材料研究系列实验”课程无论在实验设备还是时间安排上都有一定难度。如果管理不到位，教学效果可能无法保证，这样就达不到锻炼学生的动手能力和培养创新性人才的预期目的。如何做到既要兼顾教学质量又要克服学生人数过多的困难，一直是实践教学需要考虑解决的问题。
（2）“材料研究系列实验”课程教学对指导教师提出了更高的要求。除了对教师的教学基本要求如及时全面地准备实验讲义、设计实验课流程之外，还必须考虑到实验过程中可能出现各种突发意外情况，并能够及时加以处理和解决。这一方面增加了教师的工作量和负担，另一方面还对教师的知识面、实际操作技能提出了新的挑战。当然，最重要的还是要求教师教学经验丰富以及责任心强。
（3）实验项目和内容的设置不够合理，不能与时俱进。针对近些年来对材料专业毕业生宽口径的培养要求的发展趋势，以及结合我校材料科学与工程专业的毕业生大部分选择继续深造或者去企业从事材料类相关研究和技术工作的现状。同时为了适应当前国家对新材料、新能源以及对能源、资源、环境等交叉科学领域人才的迫切需求，“材料研究系列实验”的研究内容和方向有必要进行适当拓宽和相应调整。此外，“材料研究系列实验”中综合性、设计性和研究性实验项目的设置匹配还不够合理，需要做出调整和改善，以进一步培养学生的创新能力。
（4）考核方式较单一，虽然要求独立完成实验研究报告，但是由于分组制的原因同一组内的同学的实验研究报告抄袭现象比较明显，从而造成实验成绩评定困难，个体差异不明显、难以拉开差距等问题。
2 课程教学改革与创新
2.1 加强实验教学平台建设
学院在利用211工程建设经费和自筹经费的基础上，创建了材料专业实验室，并建设了材料工程、材料物理和材料化学等几个相关实验平台。一方面充实了硅酸盐陶瓷材料、耐火材料和无机胶凝材料等方向的实验教学设备，保证了传统实验教学的顺利开展。同时，修复了几台闲置的镀膜设备，如反应磁控溅射仪、真空蒸发镀膜机等，为开展半导体薄膜的制备实验如“透明导电ZnO薄膜及金属电极的制备”提供了重要支撑。此外，针对近年来开展起来的新型炭功能材料实验研究，引进了几台真空炭化炉等设备。这些实验设备的引进和修复为“材料研究系列实验”课程的改革创新提供了保证。
2.2 整合拓展实验教学内容
“材料研究系列实验”课程在充分征求材料工程教研室及实验室相关教师意见的基础上，对实验项目和实验教学内容进行了调整，在保证固体废弃物利用、陶瓷及耐火材料、粉体制备技术和工业选矿等传统实验研究方向的同时，积极拓展了“材料研究系列实验”的研究方向，分别增设了无机功能薄膜材料、新型炭功能材料等新材料领域内的研究方向。这些实验能够开阔同学们的视野，对其将来选择研究方向起到很好的导向作用。此外，实验项目和内容都必须符合“三性”即综合性、设计性和研究性的要求。所选择的实验教学项目一定能综合运用各种实验技术，包括加工制备技术、结构表征方法和性能检测技术等。这样既能巩固和深化已学过基础理论知识和实验技术，又能让学生学习到实验设计的思维方法，为他们在实验中启发创造性思维留有空间。③同时，也有助于改善实验教学效果，有利于培养学生的动手能力以及创新精神。
2.3 充分利用现代教学手段
利用现代多媒体教学手段，将用语言难以表述清楚的实验设备和实验仪器（如反应磁控溅射仪）的实验原理和内部结构直观地展示出来，让学生对其实验原理和仪器组成有个非常清晰的認识。除此之外，对于部分实验设备操作动作以及材料合成制备的过程，采用动画演示更加形象和生动，这不仅加深了学生对实验内容的理解，而且提高了学生从事实验研究的兴趣。再者，利用多媒体演示方法可以节约时间，提高教学效率和效果。例如，在半导体薄膜材料制备专题实验教学过程中，可以在抽真空的时候即真空泵启动之后到镀膜之前这个档口进行动画演示，这不仅统筹安排好了教学时间，而且使得教学更连贯、衔接更自然。
2.4 实行开放式教学管理
这里所说的开放式管理不仅限于时间上的开放，即学生利用课余时间进行实验，而且，更重要的在于实验课题选择的开放，既包括大一点的实验项目、研究方向的选择又包括同一方向下不同小组即小型课题的选择上都是由学生自己决定。教师可以给出各个研究方向的背景、应用以及研究进展等基本轮廓，再让学生自己查阅相关文献进一步调研，然后根据兴趣自主选题。“材料研究系列实验”课程比较适合采取开放式的教学管理模式，因为主体是学生，采取自主选题可充分发挥学生们的主观能动性，充分调动学生们的积极性。另外一条重要的管理方式就是实行分组制。一个稍大的实验项目下面一般有20名左右的同学，教师要将这些同学分成若干小组，每组3-5名同学，完成一项小型课题的研究任务，每组推荐1名负责人担任组长，负责与指导教师的沟通以及实验工作和实验进度的协调。当然，组内同学需要再进行分工，每位同学具体负责部分实验内容，这样同组学生既有分工又有合作，这有利于培养学生的独立工作能力和团队协作精神。教师可以根据实验过程各阶段的特点，该安排集中进行的实验则集中进行，例如样品制备以及性能测试等环节必须进入实验室集中进行；能够分散进行的环节则分散进行，例如文献资料的调研、实验方案的制定、以及最后的实验数据整理和实验报告的撰写等环节。
2.5 改革成绩的评定方法
实验课成绩的评定一般以实验报告为依据，但是由于实验分组制的原因，同组学生实验报告存在抄袭和雷同的现象，这样就很难对学生的实验成绩给予一个客观、公正的评价。为此，一方面教师应事先准备好一些与实验内容相关的基础理论知识和与仪器设备等相关的思考题，在实验过程进行随机抽查提问，并记录学生回答问题的情况。另一方面，实验过程中教师应注意观察同学们的表现，尤其是遇到突发问题或一些特别的实验现象时，例如仪器出现故障了，应该如何去排除和维修等。这个时候往往最能够考察出学生分析问题和解决问题的能力。教师不应该抱怨仪器故障，而应将其视为天赐良机并充分利用这样的机会考察学生，以此作为实验成绩评定的参考依据。此外，充分利用实验分组的优势，将同一组内学生和不同组的学生分别进行横向和纵向比较，为实验成绩评定提供依据。教师最后根据平时回答问题表现（理论知识）、解决问题的表现（动手能力）、以及实验报告情况，各占一定比重综合给出一个最终的实验成绩。
3 结束语
实践证明，我院“材料研究系列实验”课程自2006年开设以来，实验气氛非常活跃，教学效果良好，受到老师和学生们的普遍欢迎。针对实验教学过程中存在的一些突出问题和主要矛盾进行了教学改革和探索，并在实验室建设、实验选题、教学方法以及管理和考核方式等方面取得了一些创新性教学成果。“材料研究系列实验”作为材料科学与工程专业本科生的一门重要的实践必修课，对培养学生的分析问题、解决问题的能力以及理论联系实际的能力非常有帮助，对锻炼学生的动手能力和创新精神起到了非常重要的作用。
注释
①陈曙光,夏清,叶昌,廖红卫.《无机材料工学实验》教学改革的探索[J].中国科教创新导刊,2007.466:18.
②吴任平,于岩,林春莺,阮玉忠.“无机非金属材料工程综合实验”教学初探[J].实验室研究与探索,2007.26(12):98-100.
③吴性良,陆静.综合化学实验内容及课程体系的设计[J].实验技术和管理,2001.18(2):108-110.