《特種陶瓷》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系優(yōu)化研究與實(shí)踐*

樊子民，王曉剛，強(qiáng)云霄

(1.西安科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710054;2.西安科技大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)工作的重要組成部分，對(duì)于大學(xué)生工程意識(shí)和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，以及動(dòng)手能力、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)都起著重要的作用［1］?！短胤N陶瓷》課程主要針對(duì)無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)學(xué)生在完成了《材料科學(xué)基礎(chǔ)》、《無機(jī)非金屬材料》及《材料物理化學(xué)》等材料科學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課程后開設(shè)的一門綜合性課程，課程涉及內(nèi)容多、知識(shí)面廣、概念抽象不易理解，加之實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)有限，導(dǎo)致學(xué)生缺乏理論聯(lián)系實(shí)際的能力，增加了學(xué)習(xí)本課程的難度。因此，如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、適應(yīng)工程教育改革是擺在教師面前的一個(gè)重要課題。鑒于此，我們對(duì)該課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系進(jìn)行了有針對(duì)性的優(yōu)化研究，重新構(gòu)建新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和考核體系。

1 實(shí)驗(yàn)課程體系現(xiàn)狀

《特種陶瓷》課程主要培養(yǎng)在無機(jī)非金屬材料工程領(lǐng)域具有較寬的基礎(chǔ)知識(shí)，能在陶瓷材料的制備、成型燒結(jié)、材料結(jié)構(gòu)與性能等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工藝加工等方面工作的應(yīng)用型高級(jí)人才?；谶@一培養(yǎng)目標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，主要設(shè)置了單元實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

根據(jù)近幾年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)置主要存在以下幾個(gè)方面的問題:

1.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏系統(tǒng)性

《特種陶瓷》課程實(shí)驗(yàn)隸屬于對(duì)應(yīng)的理論課程，目前，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目以驗(yàn)證型(基本技能型)實(shí)驗(yàn)為主(80%)，輔以綜合型實(shí)驗(yàn)(20%)，缺少設(shè)計(jì)性(創(chuàng)新型)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，造成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)性不強(qiáng)，缺乏系統(tǒng)性，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容滯后于新知識(shí)和新技術(shù)的發(fā)展，難以適應(yīng)知識(shí)快速更新的新形勢(shì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式落后

目前，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，多是將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、操作方法及注意事?xiàng)等進(jìn)行詳細(xì)的講解或示范，學(xué)生按步驟操作。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生被動(dòng)地接受學(xué)習(xí)，不能充分激發(fā)其獲取知識(shí)的強(qiáng)烈愿望，容易造成學(xué)生的思維局限性和心理惰性，難以滿足對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐能力訓(xùn)練的需要。

1.3 實(shí)驗(yàn)考核方法不科學(xué)

實(shí)驗(yàn)考核是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不可缺少的環(huán)節(jié)和步驟［2］。目前，《特種陶瓷》課程實(shí)驗(yàn)的考核方式主要依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為考核的唯一依據(jù)，但這與綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)不符，一方面綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的難度高于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，大部分同學(xué)只能完成部分實(shí)驗(yàn)要求的情況是正常的;另一方面綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是為了對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程訓(xùn)練，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。只以結(jié)果作為評(píng)分依據(jù)，肯定會(huì)挫傷許多同學(xué)的積極性，從而達(dá)不到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的［3－4］。

2 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

《特種陶瓷》課程實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的是在拓寬高年級(jí)本科學(xué)生知識(shí)視野并對(duì)無機(jī)非金屬材料的知識(shí)體系有深一步了解的基礎(chǔ)之上重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。為達(dá)到上述教學(xué)目的，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)考核等方面多層次、多角度進(jìn)行了全方位的優(yōu)化研究與實(shí)踐。

2.1 構(gòu)建多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)

傳統(tǒng)的《特種陶瓷》課程實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)比重較大，缺乏思考性與啟發(fā)性，不利于學(xué)生工程能力的培養(yǎng)與技能的提高，更談不上創(chuàng)造性。改革必須有利于激發(fā)學(xué)生動(dòng)腦及動(dòng)手能力，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程體系改革的基本思路，我們?yōu)閷?shí)驗(yàn)課程構(gòu)建了“基本技能型、綜合型、創(chuàng)新型”多層次、系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，見表1。

表1 《特種陶瓷》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系

基本技能型實(shí)驗(yàn):主要針對(duì)課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)部分，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作技能，加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)理論和基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。

綜合型實(shí)驗(yàn):主要針對(duì)《特種陶瓷》課程的全部或主要內(nèi)容設(shè)計(jì)。強(qiáng)調(diào)理論與研究相結(jié)合，目的是培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用綜合知識(shí)，研究分析問題、解決問題的能力，逐步培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn):注重學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，以教學(xué)和科研互動(dòng)為教學(xué)模式，溶入材料學(xué)科的新理論和新技術(shù)。目的是引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高分析問題和解決問題的能力，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力。開設(shè)的創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)均來源于科研項(xiàng)目，由教師給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，學(xué)生自己設(shè)計(jì)、設(shè)定實(shí)驗(yàn)方案，并自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.2 CDIO 工程教學(xué)模式

CDIO 是一種全新的國(guó)際化工程教育模式，是近年來國(guó)際工程教育改革的最新成果［5］。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，教師給出相關(guān)實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生按照構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)、操作(Operate)的理念進(jìn)行實(shí)際操作，例如在“微納米級(jí)立方碳化硅粉體制備”實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生通過相關(guān)資料自己構(gòu)思、設(shè)計(jì)項(xiàng)目方案，確定原料配方，然后根據(jù)配方實(shí)現(xiàn)碳化硅粉體的制備，具體包括胚料的制備、成型與燒成，最后進(jìn)行力學(xué)性能評(píng)價(jià)和顯微結(jié)構(gòu)分析。實(shí)驗(yàn)由小組成員合作完成，每個(gè)小組6～7人。這種教學(xué)模式的重要特征就是“基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)”模式，它打破了以往按照知識(shí)點(diǎn)組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目就是一個(gè)簡(jiǎn)化、濃縮的工程項(xiàng)目，學(xué)生從中可以得到全方位的培養(yǎng)與鍛煉。

2.3 采用多元考核方法，注重實(shí)驗(yàn)過程考核

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)以“實(shí)驗(yàn)結(jié)果”作為衡量實(shí)驗(yàn)效果的手段，并不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平，我們進(jìn)行了多種嘗試和探索，圍繞《特種陶瓷》實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置，采用多元考核方法，注重實(shí)驗(yàn)過程考核。實(shí)驗(yàn)過程考核在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中非常重要，直接影響到學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度和積極性［6］。主要包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告等。

1)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案:設(shè)計(jì)方案是設(shè)計(jì)性(創(chuàng)新型)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)［7］。設(shè)計(jì)方案時(shí)要求學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，主要考察方案設(shè)計(jì)的完整性、合理性和創(chuàng)新性。

2)實(shí)驗(yàn)操作:實(shí)驗(yàn)操作是檢驗(yàn)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的核心環(huán)節(jié)，教師必須在基本操作技能技巧上對(duì)學(xué)生嚴(yán)格考查，主要考核3 個(gè)方面。①實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備:如儀器設(shè)備的安裝、調(diào)試和使用，操作熟練程度等。②實(shí)驗(yàn)配方:如原料和添加劑的選擇、稱量等。③實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù):如記錄翔實(shí)、不要遺漏。

3)實(shí)驗(yàn)素質(zhì):主要考察學(xué)生在平時(shí)實(shí)驗(yàn)中的組織紀(jì)律、實(shí)驗(yàn)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神等方面進(jìn)行考核。

4)實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告:實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告是實(shí)驗(yàn)考核中的重要組成部分，是教師了解學(xué)生的知識(shí)水平、操作技能的重要依據(jù)［8］。考核的內(nèi)容主要包括:報(bào)告是否完整、規(guī)范;對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能否做出較深入的分析和探討;數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析是否正確;是否體具備創(chuàng)新思維。

對(duì)于“基本技能型實(shí)驗(yàn)”采用“實(shí)驗(yàn)理論+實(shí)驗(yàn)操作+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的方式進(jìn)行考核;對(duì)于“綜合型實(shí)驗(yàn)”采用“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案+實(shí)驗(yàn)操作+實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的方式進(jìn)行考核;創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是學(xué)生自己提出實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)思路和實(shí)驗(yàn)方法，教師沒有給出具體的答案或測(cè)試結(jié)果，對(duì)于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)必須注重過程考核，采用“實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案+實(shí)驗(yàn)操作+實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告”的方式進(jìn)行考核。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

按照上述思路，我們進(jìn)行了一些試點(diǎn)，并已取得了初步成效。首先，對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和鞏固方面，新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系加深了學(xué)生對(duì)特種陶瓷材料學(xué)科知識(shí)體系的融會(huì)貫通，培養(yǎng)了學(xué)生用聯(lián)系、發(fā)展的思想解決問題的能力;多層次、系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系體現(xiàn)了基本技能型實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性(創(chuàng)新型)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的融合，將課程實(shí)驗(yàn)和科研項(xiàng)目相結(jié)合，使學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、綜合應(yīng)用能力、動(dòng)手操作能力得到全方位的鍛煉。其次，在CDIO 教學(xué)模式下采用以真實(shí)項(xiàng)目開發(fā)為主導(dǎo)的教學(xué)方式，有利于學(xué)生掌握專業(yè)理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題及自主靈活解決問題的能力，有助于培養(yǎng)既懂理論又有動(dòng)手能力的應(yīng)用型人才，有助于培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。與工程控制能力，有助于縮短由學(xué)生到企業(yè)研發(fā)人員之間的角色轉(zhuǎn)時(shí)間，開創(chuàng)高校人才培養(yǎng)新局面。

4 結(jié)語

《特種陶瓷》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革與實(shí)踐，對(duì)于其他無機(jī)非金屬材料類課程的改革也有積極的參考作用。進(jìn)一步推動(dòng)教學(xué)體制的改革，積極改革教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，提高教學(xué)水平，探索出符合計(jì)算機(jī)應(yīng)用教育發(fā)展的新途徑，以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要，培養(yǎng)出高素質(zhì)的應(yīng)用型人才。

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