材料专业“看说做”三步式实验课教学法及实现

2022-09-10

实验教学是我国高等学校教学过程中实验性教学环节的一个重要部分[1], 也是专业课教学的重要组成部分, 是培养创新人才的重要环节。在大力倡导和开展素质教育的今天, 应该大力加强实验教学[2]。但是, 实验经费、场地、人员、仪器设备的缺乏, 是目前很多高等学校实验教学环节中存在的通病, 直接影响了专业实验教学的效果, 势必降低毕业生质量, 甚至影响学校再招生生源。进一步改进实验教学条件, 充分挖掘现有实验室潜力, 满足新形势下实验教学要求, 是我们每一个专业课教员、实验教学及工作人员应尽的责任。在此, 我们结合多年的实验教学及实验室管理经验, 对材料专业课实验提出“看说做”三步式教学法, 并辅以和谐的环境及心理环节。

1“看说做”三步式教学法

1.1 看

看, 主要是看明白实验的内容及现象, 要学会观察实验过程中产生的各种细微变化, 也包括事先的预习和准备 (如阅读实验指导书, 查阅实验内容的相关文献资料等) 。基本上做到对实验项目过程充分理解, 明确实验目的和实验原理, 弄清操作步骤, 了解实验的关键和注意事项。鼓励学生在充分预习的前提下用心思考, 对实验操作、实验设备装置亦可大胆质疑, 提出设想方案。这一环节是基础, 很多同学在专业实验课程中学习效果欠佳, 往往事先没有很好的准备, 在实验前教师讲解过程中就无法把实验过程与头脑中知识的衔接。

1.2 说

说, 就是要能熟练地说出实验的整个操作步骤及细节, 并能说明白所采用这个过程的理论依据。教师必须要求学生用自己的语言和示意图说出操作步骤及其细节, 也可相互补充发言, 或进行热烈的讨论, 直到意见取得一致为止。教师在这个过程中, 重在疏导, 引导同学们的思维由发散趋于集中, 当发现带有普遍性的问题时, 集中讲解并示范, 个别性问题单独纠正。教师在讲解过程中也力求重点突出, 特别是关键的操作技术, 要简明扼要, 便于学生掌握和实际操作。这一环节可加深学习印象, 曾经有较多毕业后多年的同学, 见面时偶尔谈起当年实验课堂的讨论, 其情景仍历历在目。

1.3 做

做, 亲自动手做实验, 这也是最主要的环节。看和说这两个过程均很熟练的话, 做通常是不存在问题的。这一环节最能体现学生运用理论解决实际问题的能力, 教师要少讲, 少参与, 变指导为引导, 一定要把更多的时间留给学生动手实验。特别是当学生有新方案、新思维的时候, 在条件允许的情况下, 要充分鼓励其进行实验验证和分析。笔者的体会是:不怕做不出来, 就怕没有想法。在做的过程之中, 要重视细节之处的培养, 做同样一种材料, 采用同样一个配方, 不同的学生做出来的性能却差别很大。究其原因, 往往是很多同学忽略了做实验的好多细节之处。这些细节如果在“看”或“说”这一环节中大家都注意到了, 并加以克服的话, 实验的成功率就会大大提高。因而, 只要我们在指导学生实验过程中把“看”、“说”、“做”三步融为一体, 就能大大提高学生学习的主动性和积极性, 从而提高教学效果。

2 和谐环境及心理环节

2.1 教学相长, 和谐环境

实验教学要以人本, 尤其是学与教两个方面的积极性:一方面, 要调动学生学习的积极性;另一方面, 更要充分调动教师和实验室开设实验课的积极性。近年来, 高校扩招使得实验教学工作量剧增。为了解决师资匮乏问题, 现有专业课多采取合班上课的形式。单纯是教室讲授的课程, 专业课合班上, 教室换大一点, 教师多批改作业, 还是可以安排的;但是实验课就无法安排了, 合班上课, 要想找出2～3个班级1周内10学时共同的时间是非常困难的。通常的情况是教师自己想办法, 要么晚上自觉加班, 要么将实验部分改成选修;或有甚者改成参观实验课。要求教师不计工作量晚上义务加班, 对于工作量本来很繁重的教师来说, 时间和精力也不太容易做到。针对这一问题, 如果实验课程按实验室仪器设备的台套件计算分组, 实验课时按照实际开课课时计算, 就能调动教师的开设实验课的积极性, 保证教师的上课精力和时间。毕竟多开出的教师工资与添置仪器设备和实验室的费用是不能相比较的, 在资金短缺的情况下, 开出少量的工资就能救急救难, 又何尝不是一个好办法呢?

与此同时, 实验室服务人员的工作量也极大地增加。首先必须在实验课教员加班的同时, 实验室服务人员跟着一起加班;其次, 专业实验室资源通常不足, 在多组实验同时开设时, 实验员反复将已经准备好的仪器、设备、试剂摆好或收起来, 所有这些工作也得不到承认;更有甚者, 有些教师在实在无法排开时间又不忍心让学生实验改为参观的情况下, 自行开放实验室:无固定实验时间, 无任课教师现场指导, 全工作日随时让学生自己到实验室做实验。无任课教师, 实验课质量的保证暂且不说, 由此带来实验室服务人员工作量大大增加、实验室秩序混乱、影响其他实验课教学、造成实验室安全隐患等问题。实验室开放是应该的, 但必须是在确保教学计划安排的实验课程的情况下, 有管理、有计划、有秩序地进行。

要解决以上矛盾, 创造和谐教学环境, 最主要的是制定较为科学的实验教学工作量, 改变专业课实验教学工作量的计算办法, 承认实验教师和实验室服务人员的实际劳动付出, 从经济上实行并鼓励多开实验多收益的原则, 可充分调动教师和实验室开设实验课的积极性。

2.2 整合内容, 开放教学

传统实验讲义的实验安排, 是按旧大纲编写的, 因为开设课程少, 每门课程学时长, 有充分的时间安排一些耗时、耗材的实验项目;教育部新的专业设置要求中, 开设课程成倍增加, 课时成倍减少, 旧的实验安排显然不符合新形势的要求。因此, 修订旧实验讲义, 编写出耗时短、耗材少、单位时间信息量大的实验项目就迫在眉睫, 也是解决实验经费短缺的一个极好办法。例如, 陶瓷工艺学实验改传统注浆成型方法为半干压成型, 使得成型过程更贴近机械化, 缩短了无谓等待的实验时间, 学生上实验课更加合理紧凑, 另外, 半干压成型样品小, 节省原料用量和烧制过程能耗, 也可省去大量石膏模具的制作费用等。

目前, 多数实验安排由各门课讲授教师自行设置, 各门课的实验之间只有专业知识上的相互联系, 却没有实验安排上的相互联系, 各自为阵, 缺乏连续性和统一性。若将各门实验课程之间相互关联, 由实验室和教研室统筹安排, 不仅可以提高学生实验知识的系统, 还可节约实验费用, 解决实验经费不足的问题。例如, 将粉体工程实验课与材料工艺学实验课相联系, 将粉体工程实验课中制备的粉体留作材料工艺学实验 (陶瓷、玻璃、耐火材料、建筑材料等) 的原料, 可减少原料的购置费用, 也避免了粉体制备实验的重复;将粉体工程、材料工艺学、无机材料性能和现代测试技术课程的实验内容相联系, 将前两门课程制备的样品, 留作后两门课程的测试样品, 学生通过对自己制备或加工的样品进行测试和分析, 这在节约实验成本的同时, 也增强知识的连贯性, 提高了教学效果。

3 提高综合实验技能, 培养创新能力

新的教学法成功与否, 关键是看其成效和目标。我们的目标就是提高学生综合实验技能, 培养创新能力[3]。在专业课实验教学过程中, 要始终注重学生实验技能的培养。笔者感觉对于材料专业来说, 首当其冲是要提高学生的创新意识和创新思维, 变“被动”为“主动”, 根据各门具体专业课程学科发展的前沿, 来有效地组织实验教学内容, 注重教学方式的多样化, 激发学生的新鲜和好奇感, 让学生由“要我学”变为“我爱学”。实验课堂中教师与学生之间的短距离提供了师生感情交流的空间, 教师更要深怀爱心手把手地传授知识与技能给身边每一位同学, 类似于传统意义上的师傅传授徒弟那样, 要充分相信学生, 以学生为主体, 给予他们足够参与的权利和机会, 而教师则要把更多的精力放在引导、启发学生参与实验或研究上来。近几年我们对材料专业实验教学内容进行了部分调整, 开设了多项综合性、设计性和开放性的实验内容。教师根据学生已有的知识水平, 提供可供选择的设计性实验项目, 学生根据自已的兴趣和掌握的理论知识来选择题目。对于综合性较强的实验项目, 也可以让他们组成兴趣研究小组, 培养他们相互沟通和协作的团队精神。教师指导他们从查阅国、内外文献, 了解世界新动态开始, 一直到设计实验方案、独立实验以及测试和结果分析, 最后到撰写科技论文等全过程。在此过程中, 部分学生也可以结合学院或学校的科技项目来开展。这项教学工作开展了近两年, 笔者先后尝试对20多名本科生采取了专题性研究实验与课外科技活动相结合的指导方式, 最终取得了较好的教学效果。学生学习兴趣浓厚、科研劲头高昂, 并交出了令人满意的答卷, 这两年期间, 本科生以第一作者发表科技论文近20篇, 申请公开了2项国家发明专利, 并获得了1项国家发明专利。因而, 对于这些同学来说, 专业实验教学不仅是让他们扎实地掌握了课堂的实验技能和专业知识, 而且还创造性地发挥自己的才能。

充分挖掘实验室潜力, 满足实验教学要求, 是一个针对性很强的问题, 不同实验室、不同专业、不同学校都有所不同。积累、收集第一线教学和实验人员的经验, 切切实实地将这些经验作为实验教学改革的重要参考, 实验室教学工作才能更上一个新台阶。

摘要：实验教学是高等学校教学过程中实验性教学环节的一个重要部分, 也是专业课教学的重要组成部分, 其教学效果直接影响专业课教学的整体质量。本文作者结合多年的实验教学及实验室管理经验, 就材料专业课程的实验教学提出“三步式”教学法, 即首先看明白所做实验内容及现象, 再说出实验的操作步骤及细节, 最后才是动手做, 并分析和讨论实验结果。同时, 也分析了辅以实现这一过程的心理环节。

关键词：三步式,专业课,材料专业,实验教学