材料專業(yè)實驗教學手段改革應用

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摘要：為了提高高校學生的實踐能力及創(chuàng)新精神，針對材料專業(yè)中的實驗課程知識抽象、高端檢測設備操作復雜、實驗教學手段單一的情況，在實驗教學過程中實驗理論知識的鞏固、實驗設備操作和實驗教學講授等環(huán)節(jié)中引入微課教學。微課具有精短、主題明確、方便傳播的特點。實踐表明，在材料專業(yè)實驗教學中，在傳統(tǒng)實驗教學的基礎上，合理、靈活地運用微課教學手段，能夠有效地增加學生實驗興趣，提高學生專業(yè)素質和工程實踐能力。

關鍵詞：微課；實驗教學；材料專業(yè)

隨著社會對應用型、創(chuàng)新型人才的需求日趨增加，高校開始著重人才的質量培養(yǎng)，重視學生的素質教育，強化學生的實踐能力和創(chuàng)新精神培養(yǎng)[1]，部分普通本科院校也開始向應用技術型大學轉變，各類課程的教學改革也成為高校教育教學的新常規(guī)化手段。因此，基于應用型人才的培養(yǎng)，實驗教學作為高校教育中重要的實踐環(huán)節(jié)，其地位與作用日趨重要。材料專業(yè)定位于培養(yǎng)具有良好的社會責任感和職業(yè)道德，掌握材料科學與工程領域相關基礎理論、專業(yè)知識和技能，具有較強的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，能夠在裝備制造領域從事材料改性工藝設計、材料質量評價、生產管理等方面工作的應用型高級工程技術人才。通過實驗教學環(huán)節(jié)，可以使學生將理論教學內容與實踐內容融會貫通，促進材料專業(yè)人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。實際教學發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實驗教學，學生的熱情普遍不高，存在“走過場”的現(xiàn)象，使實驗教學效果不佳。因此，針對提高學生實驗興趣，真正發(fā)揮實驗教學在培養(yǎng)應用型材料專業(yè)人才中的作用，我們通過對現(xiàn)行材料專業(yè)實驗教學的問題進行研究，并引用“微課教學”的實驗教學手段，對實驗教學進行了改革和應用。

一、材料專業(yè)實驗教學存在的問題

（一）專業(yè)知識抽象應用型的材料專業(yè)主要學習材料科學與工程的理論，掌握材料的組織結構與性能之間關系的規(guī)律是學生必須掌握的基礎技能，因此在實驗教學中也相應設置了大量的實驗項目。但材料組織結構與性能之間關系的規(guī)律是比較抽象和復雜的，難以在教學中生動形象地講授給學生，特別是在實驗教學環(huán)節(jié)，學生對相關理論知識“吃不透”，處于模棱兩可的認識階段。這種情況的實驗教學就是典型的“形而上學”，也在一定程度上嚴重打擊了學生的實驗熱情，極大地削弱了實驗教學在培養(yǎng)應用型材料專業(yè)人才中的作用。

（二）高端檢測設備操作復雜為了適應學生的培養(yǎng)目標，材料專業(yè)實驗項目設置的種類及專業(yè)知識覆蓋面十分廣泛，其中包括金相組織觀察、性能分析測試、熱處理設計及操作等實驗項目，但所有的實驗都離不開材料分析與檢測設備的使用。此外，實驗類型涵蓋了驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗，實驗類型多，難易程度不同，對學生的操作能力要求亦不同[2-3]。對于一些精大稀設備，如場發(fā)射掃描電子顯微鏡、原子力顯微鏡、X射線衍射儀等，由于這類精大稀設備不能像普通的測試儀器可以準備多套供學生使用，同時，這類精大稀設備的操作復雜，設備的操作與結果分析均需經培訓合格后才能使用。但學生在專業(yè)實驗過程中，特別是在設計性實驗中，學生不可避免地要使用這些設備，但精大稀設備臺套數(shù)和操作復雜的限制，嚴重制約了實驗進程，削弱了學生的實驗積極性，甚至影響實驗教學效果[4]。

（三）實驗教學手段單一傳統(tǒng)的實踐教學過程中，教師主要用板書為學生講解實驗目的、實驗原理與內容、實驗方法及實驗步驟[5]。對于實驗設備的操作，以教師的現(xiàn)場操作演示為主。在此過程中，學生只能從教師的演示中了解實驗及操作步驟和設備操作過程，特別是臺套數(shù)為一臺的精大稀設備，在教師演示過程中，由于學生人數(shù)較多，會出現(xiàn)部分學生未能及時跟上教師的教學進度，不利于學生的實踐能力培養(yǎng)[4]。

二、微課實驗教學手段的特點

如何提高學生在實驗過程中的主動性、參與性、積極性以及實踐操作能力，特別是針對實驗教學的特點，增強學生學習的針對性和有效性是材料專業(yè)實驗教學必須要解決的問題。而改革實驗教學手段是首要途徑。微課教學在專業(yè)理論教學中已經成功使用，但目前在實驗教學中應用較少。相對于傳統(tǒng)的多媒體視頻教學，微課具有短而精、內容明確、主題突出、方便傳播的特點。它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在，可以通過短時間的視頻，精選教學過程中的重點、難點等內容進行有針對性地講授[4]。教師根據(jù)教學內容及知識點，設計新穎的短視頻進行教學。視頻中可以穿插動畫，從而利于課程的重點、難點講解，利于學生接受。重要的是，微課具有可以在網(wǎng)絡進行的特點，從而利于學生對實驗課程知識進行多次學習。因此，在實驗教學中采用微課教學的新型教學手段是可行的。當傳統(tǒng)實驗教學模式不能滿足當前教學體系時，教師將探索新的教學模式以提高學生的工程應用能力，而微課就是一種新型的授課形式。教師將微課引入到實驗教學中，運用嫻熟的專業(yè)知識及整合力，將課程中的重點、難點內容以個性化的設計通過短視頻的形式展示給學生[6]，不但可以突破傳統(tǒng)教學模式，提高學生學習效率，還可以提升實驗教師的授課能力，促進實驗教師的專業(yè)知識更新，能夠達到一舉兩得的效果。

三、微課實驗教學手段的應用

應用型材料專業(yè)人才培養(yǎng)，要求學生不但要有扎實的理論基礎、良好的實踐操作能力、熟練地使用專業(yè)設備，還能夠做到理論聯(lián)系實際，利用理論知識指導實踐過程。為了更好地提高學生在實驗過程中的主動性、參與性、積極性以及實踐操作能力，促進應用型人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，需要對材料專業(yè)實驗教學進行改革，在傳統(tǒng)實驗教學手段的基礎上引入微課教學。微課教學在實驗教學中主要應用在實驗理論知識的鞏固、精大稀設備操作、實驗教學講授等環(huán)節(jié)。

（一）實驗理論知識的鞏固由于材料專業(yè)知識涉及到材料組織結構與性能，這種抽象化的專業(yè)知識，學生在理論教學中雖然已經學習，但調研發(fā)現(xiàn)，學生普遍未能真正掌握，只停留在淺顯的認識階段，需要通過實驗教學來進一步實現(xiàn)專業(yè)知識的認知和掌握。但在專業(yè)理論知識未牢固掌握的情況下，進行相關專業(yè)實驗，必然會顯著降低預期的實驗教學效果。因此，為了更好地使學生通過實驗教學，牢固地掌握抽象化的專業(yè)知識，我們在實驗課前使用微課教學，增加實驗理論知識鞏固的環(huán)節(jié)，并要求學生在實驗課前必須完成該環(huán)節(jié)。為了使實驗理論知識鞏固的環(huán)節(jié)更好地服務實驗教學，與實驗教學銜接，針對實驗理論知識鞏固的微課視頻中都提出與具體實驗相關的問題由學生進行解答，使學生帶著疑問、探討、求知的學習態(tài)度進行實驗。這種形式也有利于提高學生的創(chuàng)新精神和持續(xù)專業(yè)知識學習的良好習慣。

（二）實驗設備操作材料專業(yè)實驗所用的檢測設備較多，特別是針對一些精大稀檢測設備，由于設備昂貴的原因，不能滿足學生實驗的臺套數(shù)要求。而且針對實驗設備操作環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的實驗教學手段主要采取的方式為課堂上教師講解設備原理、方法，并針對本次課程所需設備進行現(xiàn)場演示為主。針對實驗設備操作內容，均采用微課這種教學手段來實施。為了保證微課教學手段的成功運用，針對實驗設備的原理、構造內容，微課中采用動畫的方式配以解說介紹。而實驗設備的具體操作，采用實際設備操作的視頻來講授，具體由實驗教師按照設備的操作規(guī)程，配以詳細的解說，詳細地將具體操作劃分為若干細節(jié)，一步一步地展現(xiàn)給學生，在實驗操作結束后，還要針對設備的操作重點和安全規(guī)程進行重點講解歸納。實驗設備操作的微課課件，通常會在實驗教學講授過程中提供給學生，但為了保證學生能夠熟練地操作實驗設備，實驗設備操作環(huán)節(jié)的微課也可以與實驗理論知識鞏固環(huán)節(jié)的微課一起放置在網(wǎng)絡上，供學生進行課前預習，以減少學生在實驗教學過程中的實驗壓力，提高學生的實驗熱情和積極性，同時能夠有力地保證實驗過程的順利進行。

（三）實驗教學講授實驗教學中，驗證性實驗是為了證實已知的結果，而綜合性、設計性實驗是為了找出新的工藝條件和探討改變已知結果的理論、方法和條件，因此，實驗過程應該是處于不斷探索、總結、反思的過程。借助于有力的教學手段，能夠在實驗教學中營造這種探究、研討、啟發(fā)的實驗氛圍，更有利于學生在實驗過程中深入掌握相關理論知識和實驗技能，促使學生養(yǎng)成不斷創(chuàng)新、求真的探討精神。在實驗教學講授過程中，采用傳統(tǒng)教學輔以微課教學的方式，必須要靈活運用，不能千篇一律，甚至用微課視頻代替實驗教師講授的做法是不可取的。傳統(tǒng)教學輔以微課教學的方式，微課視頻應是起到利于學生理解專業(yè)知識，同時能促使學生引起思考的作用。這樣與傳統(tǒng)的實驗教學優(yōu)勢相結合，才能達到優(yōu)化課堂教學、增加學生學習興趣、提高學生工程實踐能力的目的。例如“金屬構件的失效分析”實驗課中，教師講授失效定義時，傳統(tǒng)的實驗教學模式是直接給出零件失效的定義，學生只能通過圖片和文字去了解構件的失效過程。而微課的引入可以打破這種枯燥的教學方式，首先以影片輔以動畫的形式，生動形象地演示世界上大型海事事故泰坦尼克號的沉沒，從而引出失效的定義。通過這種形式，學生們可以清晰直觀地了解何為失效，增加了課堂的趣味性，提高了學生的學習興趣。在進一步的實驗講授中，如何使學生建立明確的失效分析思路，清晰的失效分析流程，具備失效分析能力是至關重要的。因此，在該部分教學中通過微課中引入失效案例——汽車減震器活塞桿的斷裂。首先通過視頻、動畫演示汽車減震器中活塞桿的服役環(huán)境和服役過程，確定失效模式為斷裂失效。觀察失效構件斷裂特征，構建失效分析流程，通過圖片結合動畫演示的方式分析了斷裂活塞桿的自然情況觀察、宏觀檢驗過程、低倍檢驗過程、金相取樣分析過程、電鏡斷口分析過程及硬度檢測位置，結合檢測結果可以確定失效原因并給出最終結論。通過微課視頻，將一個完整的失效案例分析過程展現(xiàn)給學生，可以幫助學生理清思路，牢固地建立失效分析流程，從而提高學生的發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。這是采用板書教學的傳統(tǒng)實驗講授所不能達到的效果。這種在實驗講授過程中合理采用微課教學的教學手段，不但能激發(fā)學生的實驗興趣，促進學生的工程實踐能力培養(yǎng)，而且還有力地推動了材料專業(yè)應用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標的實現(xiàn)。

（四）實驗預期效果通過微課教學，可以反復強調實驗過程中存在的問題及解決辦法，能夠有效提高學生對實驗的興趣。另外，利用微課教學手段，可以使學生更加直觀地觀察材料的微觀形態(tài)及特征，使學生更好地理解材料微觀特點與宏觀性能之間的聯(lián)系，提高學生實驗的動力。最后，在微課的輔助下，可以促使學生獨立完成實驗的全部環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)對學生獨立完整地完成工程實踐能力的培訓的目的。

四、結語

實驗教學是培養(yǎng)應用創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)。為了提高學生的社會競爭力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、實踐能力，要求實驗教師不能一直遵循傳統(tǒng)的教學模式，要敢于創(chuàng)新、引入新的教學手段，對實驗進行教學改革，注重高質量教學，培養(yǎng)適應社會發(fā)展的人才。實踐表明，在實驗教學中采用微課教學手段，可以打破傳統(tǒng)教學模式，增加學生學習興趣，保證實驗效果，提高學生工程實踐能力。

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作者：馬勝男 趙志偉 李強 于景媛 單位：遼寧工業(yè)大學