材料物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新模式探索

江娟 張蕾 鄭克玉 曹萬(wàn)強(qiáng)

摘要：文章探討了在材料物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中探索的四種新模式，即引入翻轉(zhuǎn)課堂、將科研平臺(tái)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)、將畢業(yè)論文與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來(lái)和采用開(kāi)放式教學(xué)管理模式。針對(duì)特定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇合適的教學(xué)模式能有效提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂；科研平臺(tái)；開(kāi)放式教學(xué)管理

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）47-0277-02

一、引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是各高校教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)造能力的主要手段之一[1]。目前，各高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)大部分采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，即對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)生必須在特定時(shí)空完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[2]。這種教學(xué)模式逐漸暴露出一些問(wèn)題，一方面大部分學(xué)生參與積極性不高；另一方面，學(xué)有余力的同學(xué)希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程作為橋梁來(lái)了解和參與教師的科研活動(dòng)也大大受到限制。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的目的就是在有限學(xué)時(shí)內(nèi)提高教學(xué)效果，使學(xué)生的能力得到培養(yǎng)和提高。為了實(shí)現(xiàn)該目的，探索異于傳統(tǒng)教學(xué)模式的新模式是一條必經(jīng)之路。

本論文以材料物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，探討了幾種新教學(xué)模式。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中創(chuàng)新模式探索

1.利用翻轉(zhuǎn)課堂模式。翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式大致分為三個(gè)階段，即課前自學(xué)——課中內(nèi)化——課后升華。翻轉(zhuǎn)課堂的課前自學(xué)階段，學(xué)生利用多媒體終端自學(xué)與新知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的微視頻并完成相應(yīng)作業(yè)；課中內(nèi)化階段，師生間充分互動(dòng)、討論，老師給予學(xué)生針對(duì)性輔導(dǎo)；課后升華階段，學(xué)生鞏固加深對(duì)知識(shí)的理解記憶[3]。針對(duì)我校材料物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)，甄選出適合的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，錄制知識(shí)點(diǎn)小視頻，要求在實(shí)驗(yàn)課前學(xué)生必須學(xué)習(xí)并完成相關(guān)練習(xí)。例如，在《陶瓷材料制備實(shí)驗(yàn)》項(xiàng)目中，我們以制備一種微波介質(zhì)陶瓷材料為例，將對(duì)陶瓷材料制備工藝流程錄制成視頻，對(duì)實(shí)驗(yàn)的每個(gè)步驟的原理加以介紹，對(duì)需要注意的問(wèn)題加以提示，演示各步操作結(jié)果，最后設(shè)置幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課前通過(guò)學(xué)習(xí)視頻對(duì)陶瓷制備工藝流程有一個(gè)初步了解。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生直接操作獲得結(jié)果，當(dāng)結(jié)果跟預(yù)期不一致時(shí)可以與老師及同學(xué)充分討論，弄清其中原因。比如，有同學(xué)按照實(shí)驗(yàn)步驟操作，但是最后制備的微波介質(zhì)陶瓷Q*f相比預(yù)期結(jié)果差別太大，經(jīng)與老師討論發(fā)現(xiàn)影響微波介質(zhì)陶瓷Q*f的因素有本征因素和非本征因素。本征因素主要包括材料體系，非本征因素包括密度、氣孔、雜質(zhì)、缺陷等，且每一種因素對(duì)陶瓷Q*f的影響程度也不相同。通過(guò)這樣深入討論的方式，學(xué)生感覺(jué)收獲很多，因此對(duì)該實(shí)驗(yàn)課的興趣倍增。

2.將科研平臺(tái)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)。眾所周知，大部分高校擁有大量先進(jìn)的科研綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如何利用這些科研平臺(tái)在本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提高學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，受到了眾多高校的關(guān)注。本科實(shí)驗(yàn)課程大多只有單一的課程實(shí)驗(yàn)，大多數(shù)學(xué)生僅能掌握單一的實(shí)驗(yàn)基本技能，缺少綜合類實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，對(duì)一些先進(jìn)的大型實(shí)驗(yàn)儀器很少有機(jī)會(huì)接觸或使用。如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，使本科階段的學(xué)生把這些重要課程所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，并明白所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的重要性及在實(shí)際中的應(yīng)用過(guò)程，是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的最終目的。另外，直接讓本科生通過(guò)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目接觸最前沿的科研領(lǐng)域能顯著增加他們對(duì)于專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣[4-6]。

在材料物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)中，我們引入了學(xué)院科研平臺(tái)的材料制備設(shè)備，如磁控濺射儀、脈沖激光沉積設(shè)備（PLD）和化學(xué)氣相沉積設(shè)備（CVD）等，材料結(jié)構(gòu)表征設(shè)備，如X射線衍射儀、光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡、投射電子顯微鏡、綜合熱分析和X射線光電子能譜（XPS）等以及光學(xué)和電磁學(xué)性能表征設(shè)備。例如，在《材料制備實(shí)驗(yàn)》中，有學(xué)生在實(shí)驗(yàn)老師指導(dǎo)下利用PLD制備了一種多鐵材料薄膜，利用X射線衍射儀確定該薄膜的晶相結(jié)構(gòu)（如晶系、晶胞參數(shù)），利用掃描電子顯微鏡觀察薄膜的微觀結(jié)構(gòu)，利用XPS確定該薄膜中某種元素的價(jià)態(tài)情況，最后使用電磁學(xué)測(cè)試平臺(tái)研究其磁電耦合效應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中，很多環(huán)節(jié)需要學(xué)生進(jìn)行資料查詢，在老師的幫助下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)采集、處理和分析，最終獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這樣一來(lái)，學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸到高端的大型設(shè)備，大大開(kāi)闊了學(xué)生的視野；同時(shí)體會(huì)到理論與科研實(shí)際的緊密結(jié)合，體會(huì)到科研的綜合性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

3.將畢業(yè)論文與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來(lái)。目前，大部分高校將畢業(yè)論文時(shí)間安排在第7—8學(xué)期，但是第7學(xué)期正值考研關(guān)鍵時(shí)期同時(shí)也是求職高峰期，大多數(shù)學(xué)生無(wú)心于畢業(yè)論文。而到第8學(xué)期，考研初試通過(guò)國(guó)家線的同學(xué)忙著準(zhǔn)備復(fù)試，而在第7學(xué)期求職未如愿的同學(xué)更在這一學(xué)期全力以赴奔波于各大招聘會(huì)現(xiàn)場(chǎng)。因此，從一定程度上來(lái)說(shuō)，學(xué)生并沒(méi)有將精力完全放在畢業(yè)設(shè)計(jì)上[7]。文獻(xiàn)調(diào)研、撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述以及開(kāi)題報(bào)告，這些工作時(shí)間比較靈活，學(xué)生可以根據(jù)自己實(shí)際情況靈活安排，但是實(shí)驗(yàn)工作只能安排在答辯之前相對(duì)集中的1—2周時(shí)間內(nèi)，在老師的指導(dǎo)下匆忙完成，這樣的畢業(yè)論文效果一般不理想。針對(duì)畢業(yè)論文時(shí)間緊張的問(wèn)題，我們專業(yè)嘗試將部分學(xué)生的畢業(yè)論文提前一學(xué)期至第6學(xué)期與一門(mén)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合。本科畢業(yè)論文包括調(diào)研文獻(xiàn)、提出實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作、獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和撰寫(xiě)畢業(yè)論文幾個(gè)階段。將學(xué)生的畢業(yè)論文與實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來(lái)，老師要提前和學(xué)生溝通好，使學(xué)生明白每個(gè)看似獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和最后畢業(yè)論文之間是部分與整體的關(guān)系。這樣一來(lái)將畢業(yè)論文每個(gè)步驟分解到每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中去，大大減小了第8學(xué)期畢業(yè)論文的壓力。但是這樣操作就對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出更高的要求，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行的，現(xiàn)在將其與畢業(yè)論文結(jié)合起來(lái)之后，針對(duì)每個(gè)項(xiàng)目不僅單獨(dú)考慮其實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果等問(wèn)題，還要將其作為畢業(yè)論文的一次小實(shí)驗(yàn)來(lái)考慮，因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)性更要予以重視。

4.采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往采取整齊劃一的模式，即參加某一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程的所有學(xué)生在同一時(shí)段完成同樣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)每個(gè)學(xué)生都是同樣的要求和統(tǒng)一的考核標(biāo)準(zhǔn)，大部分學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程熱情不高，出現(xiàn)這一狀況的原因是實(shí)驗(yàn)室多數(shù)采用的是非開(kāi)放式管理模式，即學(xué)生只能在教學(xué)管理部門(mén)和實(shí)驗(yàn)室安排好的時(shí)段到實(shí)驗(yàn)室完成規(guī)定的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，不能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。目前，我們材料物理專業(yè)實(shí)驗(yàn)是分層次教學(xué)的，即將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分為“基礎(chǔ)驗(yàn)證型、綜合設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新研究型”3個(gè)層次，基礎(chǔ)驗(yàn)證型是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證一些重要結(jié)論；綜合設(shè)計(jì)型著力于綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)模塊，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)踐能力；創(chuàng)新研究型旨在培養(yǎng)學(xué)生良好的科研素養(yǎng)。與基礎(chǔ)型驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相比，綜合設(shè)計(jì)型和創(chuàng)新研究型實(shí)驗(yàn)的知識(shí)含量要大得多，綜合程度要高得多，學(xué)生所遇到的困難也要多得多，如果對(duì)學(xué)生采取開(kāi)放式教學(xué)模式將會(huì)大大提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)室實(shí)行開(kāi)放管理模式以保證學(xué)生有靈活的時(shí)間來(lái)安排自己的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。對(duì)于不同層次的學(xué)生可以在同一個(gè)時(shí)段同一實(shí)驗(yàn)室完成不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)幾年的實(shí)踐，這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式已經(jīng)取得了良好的效果[8-9]。

三、結(jié)語(yǔ)

雖然文中提到四種新的教學(xué)模式，但并非完全否認(rèn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，因?yàn)槊恳环N教學(xué)模式均有不同的適合對(duì)象，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理的要求也不盡相同，因此在實(shí)際操作中不可生搬硬套。對(duì)待每一門(mén)實(shí)驗(yàn)課程或每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目適合哪一種教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)教師要做充分的調(diào)研選擇，切不可人云亦云。真正做到對(duì)待每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用合適的教學(xué)模式才能達(dá)到激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣和提升學(xué)生創(chuàng)新能力的目的。

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