《无机材料工学实验》教学改革的探索

2022-09-11

实验教学在高等学校教学工作中非常重要, 是衡量学校教学科研质量的一个重要因素, 是培养创新型人才不可缺少的重要实践教学环节。材料科学与工程学院作为学校院系中的新生代, 在学院成立之日起就把实验教学作为学院教学工作中的一项重要内容进行落实与发展。《无机材料工学实验》作为与校级重点课程《无机材料工学》配套实施的一门专业必修课, 借助学院实验中心的相关实验平台的建设得到了长足的发展和进步, 但是在实验教学的过程中也凸显了一些问题和缺憾, 需要进行实验教学的改革与探索。

1 课程的目的与意义

《无机材料工学实验》是材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业四年级本科生必修的一门专业课, 与本专业同学期的《无机材料工学》专业理论课配合进行实施。学习内容主要涵盖日用陶瓷、平板玻璃、水泥等传统无机非金属材料的原料和制品的制备工艺实验、性能检测实验及质量控制实验的原理与方法, 以及相应的实验设计及误差分析、数据处理的方法等。实验的主要目的是使学生能够掌握《无机材料工学》课程实验的基本方法和技能, 从而能够根据所学原理设计实验, 选择和使用仪器, 其次是锻炼学生观察现象、正确记录数据和处理数据、分析实验结果的能力。使学生具备独立进行试验设计, 从事实验操作和观察, 并进行实验误差分析、数据处理的能力, 能够适应工业实践中生产工艺控制、改进、革新, 新产品研究、开发以及初步科学研究工作的需要。课程的难点是新材料制备的工艺试验, 要求学生在掌握本专业理论知识和实验操作技能的基础上能够发挥自己的创造性, 研究具有新功能及新用途的新材料。

2 存在的问题

2.1 实验教学学时数偏少

由于《无机材料工学》涵盖的研究领域很广, 在课程整合以前独立开设有《陶瓷工艺学》、《玻璃工艺学》以及《水泥工艺学》等无机材料工艺学课程, 整合后的《无机材料工学》课程则全面地讲述了以上三类传统材料的制备工艺学。《无机材料工学实验》作为《无机材料工学》的实验教学环节, 课时数为46学时, 学时数的限制成了如何系统和全面地开展陶瓷、玻璃以及水泥的相关工艺实验的障碍, 需要对实验项目和实验内容进行较大的调整和变更。

2.2 现有的教学方法和手段难以提高学生学习的主观能动性

实验课堂需要介绍的主要内容包括实验的目的意义、实验原理、仪器设备和实验方法。《无机材料工学实验》中所使用的大多数仪器设备的体积和尺寸偏大, 无法在现场将其内部结构一一解说清楚。此外由于实验场地的限制, 每组实验学生较多时, 也对实验内容的讲述造成了困难。在课堂上介绍仪器设备时, 只能是口头讲述配合示意图的方式, 教师讲解和学生的理解都困难, 因此学生自然就产生了枯燥厌烦的感觉;实验步骤的讲述更是纸上谈兵, 学生在动手过程中往往忽视重要的细节, 导致实验教学效果不够理想。

2.3 实验项目和内容的设置不够合理, 不能与时俱进

由于《无机材料工学实验》的大部分实验内容移植于原来的《普通陶瓷工艺学实验》以及《普通玻璃工艺学实验》的内容, 同时部分实验内容与《无机材料物理性能实验》内容雷同或相似, 所以实验项目和内容需要进行精简和提炼。同时, 由于近几年无机非金属材料专业毕业生大部分就职于大型工程施工类企业, 需要学生有较好的水泥类工艺实验的相关知识, 因而在实验项目和实验内容的设置上需要向水泥方向进行适当倾斜。此外, 综合性、设计性和验证性实验项目的设置也不够合理, 需要进一步的调整和完善, 以确保学生创新能力的培养。

3《无机材料工学实验》教学改革的措施

3.1 进一步完善实验教学平台的建设

学院在学校投入经费和自筹经费的基础上, 成立和建设了材料学院实验中心, 并建设了几个相关的无机材料实验平台。《无机材料工学实验》教学平台得到了相应的建设, 充实了陶瓷、玻璃以及水泥类工艺实验的实验教学设备, 保证了实验教学的顺利开展。同时, 在实验设备的采购上, 向水泥类工艺实验设备进行了适当的倾斜, 保证学生能够胜任工程施工过程中对混凝土相关的检测和实验工作, 为学生的就业奠定了坚实的基础。

3.2 有效整合实验教学内容

在充分征求教研室以及实验室相关教师意见的基础上, 进行了实验项目和实验教学内容的精简和整合, 保证了陶瓷、玻璃和水泥类工艺实验的相关实验项目的独立性同时又有机地统一在一起, 保留了学生必须掌握的相关实验项目, 重点突出。此外, 在确定实验项目和内容的基础上, 进行了三性实验的论证工作, 确保了综合性、设计性和验证性实验的合理比例分配, 有助于提高实验教学效果和学生动手能力以及创新精神的锻炼和培养。

3.3 采用现代教学手段, 丰富实验教学过程

利用多媒体教学手段, 将难以用语言表述清楚的实验设备直观形象地将其内部结构展示出来, 让学生对其组成和机构有个清晰的认识。此外, 对于有些实验设备, 采用动画演示其设备的动作过程, 生动形象地展现在学生面前, 加深了学生对实验内容的理解, 从而提高了学生学习的兴趣。另外, 对于动画难以演示清楚的内容, 还可播放实验过程录像剪辑, 使学生易于理解实验步骤, 从而引发学生参与实验过程的积极性。

3.4 改革学生实验成绩的评定方法

实验成绩的评定一直采用实验报告作为评分的依据, 但是由于实验分组等原因, 存在抄袭和雷同的现象, 很难对学生的成绩给予客观和公正的评价。为此, 教师事先准备好与实验各阶段相关的思考题, 在实验过程进行随机抽查和提问, 将学生回答问题的情况作为实验成绩评价的依据, 再征求学生的意见与实验报告成绩以一个合理的权重因子进行计算, 得出学生的实验成绩。