談無機非金屬材料專業(yè)實驗教學(xué)模式

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摘要：“雙一流”建設(shè)和“新工科”建設(shè)對高校實驗教學(xué)提出了新要求，為了培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新意識強、綜合素質(zhì)高、學(xué)科視野寬的復(fù)合型高素質(zhì)人才，通過分析現(xiàn)行實驗教學(xué)體系存在的問題，以無機非金屬材料專業(yè)為例，提出系列改革措施，提高學(xué)生動手與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)高素質(zhì)一流本科人才。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；一流本科人才培養(yǎng)；實驗教學(xué)改革

北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院無機非金屬材料工程專業(yè)是一門實踐性很強的學(xué)科，教育教學(xué)的中心任務(wù)之一是培養(yǎng)學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力[1-4]。作為學(xué)校傳統(tǒng)優(yōu)勢專業(yè)和“雙一流”建設(shè)重點學(xué)科專業(yè)，承擔(dān)著培養(yǎng)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域高素質(zhì)拔尖創(chuàng)新人才的重任。傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在一些問題，如學(xué)生課前預(yù)習(xí)和相關(guān)知識儲備不充分，實驗教師不得不占用實驗課堂時間重新講解預(yù)習(xí)內(nèi)容，實際動手操作時間減少，實驗教學(xué)質(zhì)量不能充分保證。實驗課中儀器操作復(fù)雜，動手能力要求高，實驗教師運用課堂集中演示講解的傳統(tǒng)方式效果欠佳。測試設(shè)備更新?lián)Q代快，實驗室擁有的同類教學(xué)設(shè)備存在規(guī)格型號多樣化、儀器結(jié)構(gòu)和工作原理差異化現(xiàn)象，有限的課堂時間難以讓學(xué)生對所有儀器進(jìn)行操作使用，不能充分利用先進(jìn)設(shè)備資源。部分實驗項目原理抽象難懂且耗時長，有限的實驗課時無法完成實驗操作全過程，影響教學(xué)效果。實驗室計量認(rèn)證和實驗室認(rèn)可已成為測試行業(yè)必備的資質(zhì)和實驗室水平的標(biāo)志，實驗教學(xué)中很少以國家標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計和進(jìn)行實驗，不利于學(xué)生科學(xué)規(guī)范實驗操作和實驗技能養(yǎng)成。實驗課在介紹儀器構(gòu)造原理時，通常是按照書本圖示加口頭描述進(jìn)行講授，抽象不直觀，與理論課教學(xué)沒有明顯區(qū)別，學(xué)生對儀器的掌握主要停留在面板上按鈕和開關(guān)的使用，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有直觀的了解，影響對儀器設(shè)備功能的拓展和創(chuàng)新開發(fā)。缺乏有效的實驗教學(xué)考核方式，基本以提交的實驗報告為主，而實驗往往是分組完成，組內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)、實驗結(jié)果相同，無法區(qū)分學(xué)生是否認(rèn)真參與實驗，有效區(qū)分度的缺乏挫傷認(rèn)真做實驗學(xué)生的積極性[5]。這些問題嚴(yán)重影響到教學(xué)質(zhì)量的提高，亟待解決。

一、實驗教學(xué)改革

（一）建立網(wǎng)絡(luò)微課程平臺，實現(xiàn)線上自主學(xué)習(xí)利用微信訂閱號，建立實驗課程教學(xué)資料庫，打造動態(tài)在線學(xué)習(xí)資源庫，包括實驗指導(dǎo)書、PPT課件、背景知識、相關(guān)理論知識、安全知識、同類儀器設(shè)備功能與技術(shù)參數(shù)介紹、國家標(biāo)準(zhǔn)文件、練習(xí)題、預(yù)習(xí)考核題等。將難點、關(guān)鍵操作介紹制作成短小精煉的微視頻，推送至訂閱號，供學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，避免在實驗課上浪費過多的時間熟悉儀器。對于規(guī)格型號不同的同類儀器操作使用，制作成微課，擴大學(xué)生掌握使用儀器的數(shù)量。利用微信公共平臺，實驗教師和學(xué)生可以在實驗課前建立聯(lián)系群，討論問題、答疑解惑，有效避免學(xué)生課前準(zhǔn)備不足狀況，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)，在平臺上提出預(yù)習(xí)考核申請，成績合格后可預(yù)約實驗課時間。

（二）引入虛擬仿真實驗，構(gòu)建新型實驗教學(xué)模式虛擬仿真實驗?zāi)軌蛘故境橄蟮膶嶒炘恚€原真實具體的實驗過程。針對某些無法觀察、實驗時間過長等的實驗項目，如“固態(tài)物質(zhì)比表面積測定”，通過虛擬動畫方式形象展示肉眼無法觀察到的樣品脫氣處理、氣體分子吸附等實驗環(huán)節(jié)，以虛輔實，虛實結(jié)合，優(yōu)勢互補，提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

（三）國標(biāo)要求引入實驗教學(xué)環(huán)節(jié)預(yù)習(xí)階段，要求學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)國標(biāo)文件。依據(jù)國標(biāo)及時修改實驗教學(xué)大綱和實驗指導(dǎo)書，制訂符合國標(biāo)的實驗操作規(guī)范和內(nèi)容。按照修訂后的實驗指導(dǎo)書進(jìn)行規(guī)范實驗，提高學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)化意識和在科研中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的自覺性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的科研態(tài)度。

（四）改造老舊儀器設(shè)備目前，實驗課所用儀器設(shè)備可視部分通常只有面板上的按鈕和開關(guān)，學(xué)生無法觀測到儀器內(nèi)部構(gòu)造，不能有效加深對儀器工作原理的理解。將實驗室現(xiàn)有老舊儀器設(shè)備外殼加工改造成透明可活動拆裝式。改造后儀器設(shè)備內(nèi)部所有器件旁均配有銘牌說明，一目了然，方便識別，實驗課更加真實、直觀、具體、全面，易于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和動手興趣。

（五）建立科學(xué)合理的實驗課程過程評價體系科學(xué)合理地評價考核方法，不是單純看實驗結(jié)果的好壞，過程性評價能更科學(xué)地檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果等。考核內(nèi)容包括實驗態(tài)度，如學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)時長、自我測試成績、課堂參與程度、同學(xué)間協(xié)作能力、實驗安全意識、紀(jì)律衛(wèi)生情況等。實驗操作包括實驗儀器操作的規(guī)范性、過程的準(zhǔn)確性、實驗技能、實驗素質(zhì)與創(chuàng)新思維。實驗結(jié)果分析與實驗報告書寫水平，如實驗報告格式規(guī)范、內(nèi)容完整無缺、實驗數(shù)據(jù)分析處理，以及根據(jù)實驗結(jié)果提出結(jié)論性意見和改進(jìn)性意見。

二、改革成效

強調(diào)課前預(yù)習(xí)，增設(shè)預(yù)習(xí)考核。學(xué)生事先在課下學(xué)懂微課程中的教學(xué)資料和教學(xué)視頻，預(yù)習(xí)考核合格后，方可參加課程實驗進(jìn)行實操。如考核未通過，則不能進(jìn)入課堂實驗預(yù)約環(huán)節(jié)。提高了實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果。微視頻使學(xué)生在課前對儀器設(shè)備功能及操作方法有基本了解，避免在實驗課上浪費過多時間熟悉儀器。實驗教師不再占用課堂時間來講授實驗原理，將更多時間留給學(xué)生動手實踐，實現(xiàn)了學(xué)習(xí)向?qū)W生為中心的回歸。學(xué)生實驗課程結(jié)束后仍可通過微信公眾號平臺進(jìn)行查漏補缺，如有問題，可在公眾號給任課教師留言，互動釋疑。平臺上提供的學(xué)科前沿知識，供學(xué)有余力的學(xué)生學(xué)習(xí)參考。多臺套不同型號同類儀器設(shè)備使用方面，由原先實驗教師指定學(xué)生使用哪臺儀器設(shè)備變?yōu)閷W(xué)生自主選擇，增加了學(xué)生參與度，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)⑽⒂^抽象、實驗周期長或操作環(huán)節(jié)有危險的實驗，通過虛擬場景直觀形象展現(xiàn)出來，再現(xiàn)真實實驗的全過程，加深學(xué)生對理論的理解與認(rèn)知，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，獲得良好實驗教學(xué)效果。利用實驗室已獲得CNAS和CMA認(rèn)可檢測項目的資源優(yōu)勢，按照相應(yīng)國標(biāo)要求開展實驗，提高學(xué)生的實驗測試水平和能力，提升實驗教學(xué)質(zhì)量。將老舊儀器設(shè)備改造加工，變成內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能可視的標(biāo)本式教學(xué)專用儀器設(shè)備，深化學(xué)生對實驗原理的理解和掌握，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。通過過程性考核評價，學(xué)生實驗課前有預(yù)習(xí)，課后能復(fù)習(xí)，實驗報告撰寫細(xì)致規(guī)范。學(xué)生在實驗過程中能做到實驗現(xiàn)象的認(rèn)真觀察和實驗操作的規(guī)范進(jìn)行，觀察能力、動手能力和獨立操作能力得到顯著提高。有利于培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，有利于加強教學(xué)過程控制，有利于考核的全面性、規(guī)范性和科學(xué)性，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王宗杰,古可成,楊玉春.高等工科院校專業(yè)實驗課實行工程化、綜合化的探索和實踐——材料成型及控制工程專業(yè)實驗課的改革[J].實驗科學(xué)與技術(shù)，2003（5）：159-162.

[5]王承鑫,徐龍軍,張?zhí)靷?“新工科”背景下實驗教學(xué)改革的探討[J].高等建筑教育,2019,28（2）：101-105.

作者：毛璟紅 孫建林 單位：北京科技大學(xué)大學(xué)