材料專業(yè)實驗教學(xué)手段改革應(yīng)用

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摘要：為了提高高校學(xué)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(shè)備操作復(fù)雜、實驗教學(xué)手段單一的情況，在實驗教學(xué)過程中實驗理論知識的鞏固、實驗設(shè)備操作和實驗教學(xué)講授等環(huán)節(jié)中引入微課教學(xué)。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(xué)中，在傳統(tǒng)實驗教學(xué)的基礎(chǔ)上，合理、靈活地運(yùn)用微課教學(xué)手段，能夠有效地增加學(xué)生實驗興趣，提高學(xué)生專業(yè)素質(zhì)和工程實踐能力。

關(guān)鍵詞：微課；實驗教學(xué)；材料專業(yè)

隨著社會對應(yīng)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(zhì)量培養(yǎng)，重視學(xué)生的素質(zhì)教育，強(qiáng)化學(xué)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(yīng)用技術(shù)型大學(xué)轉(zhuǎn)變，各類課程的教學(xué)改革也成為高校教育教學(xué)的新常規(guī)化手段。因此，基于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，實驗教學(xué)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(zé)任感和職業(yè)道德，掌握材料科學(xué)與工程領(lǐng)域相關(guān)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和技能，具有較強(qiáng)的工程實踐能力和創(chuàng)新精神，能夠在裝備制造領(lǐng)域從事材料改性工藝設(shè)計、材料質(zhì)量評價、生產(chǎn)管理等方面工作的應(yīng)用型高級工程技術(shù)人才。通過實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生將理論教學(xué)內(nèi)容與實踐內(nèi)容融會貫通，促進(jìn)材料專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。實際教學(xué)發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，學(xué)生的熱情普遍不高，存在“走過場”的現(xiàn)象，使實驗教學(xué)效果不佳。因此，針對提高學(xué)生實驗興趣，真正發(fā)揮實驗教學(xué)在培養(yǎng)應(yīng)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(xué)的問題進(jìn)行研究，并引用“微課教學(xué)”的實驗教學(xué)手段，對實驗教學(xué)進(jìn)行了改革和應(yīng)用。

一、材料專業(yè)實驗教學(xué)存在的問題

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

（二）高端檢測設(shè)備操作復(fù)雜為了適應(yīng)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)，材料專業(yè)實驗項目設(shè)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(shè)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(shè)備的使用。此外，實驗類型涵蓋了驗證性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗，實驗類型多，難易程度不同，對學(xué)生的操作能力要求亦不同[2-3]。對于一些精大稀設(shè)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(shè)備不能像普通的測試儀器可以準(zhǔn)備多套供學(xué)生使用，同時，這類精大稀設(shè)備的操作復(fù)雜，設(shè)備的操作與結(jié)果分析均需經(jīng)培訓(xùn)合格后才能使用。但學(xué)生在專業(yè)實驗過程中，特別是在設(shè)計性實驗中，學(xué)生不可避免地要使用這些設(shè)備，但精大稀設(shè)備臺套數(shù)和操作復(fù)雜的限制，嚴(yán)重制約了實驗進(jìn)程，削弱了學(xué)生的實驗積極性，甚至影響實驗教學(xué)效果[4]。

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

二、微課實驗教學(xué)手段的特點

如何提高學(xué)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(xué)的特點，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的針對性和有效性是材料專業(yè)實驗教學(xué)必須要解決的問題。而改革實驗教學(xué)手段是首要途徑。微課教學(xué)在專業(yè)理論教學(xué)中已經(jīng)成功使用，但目前在實驗教學(xué)中應(yīng)用較少。相對于傳統(tǒng)的多媒體視頻教學(xué)，微課具有短而精、內(nèi)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(xué)過程中的重點、難點等內(nèi)容進(jìn)行有針對性地講授[4]。教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容及知識點，設(shè)計新穎的短視頻進(jìn)行教學(xué)。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(xué)生接受。重要的是，微課具有可以在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的特點，從而利于學(xué)生對實驗課程知識進(jìn)行多次學(xué)習(xí)。因此，在實驗教學(xué)中采用微課教學(xué)的新型教學(xué)手段是可行的。當(dāng)傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式不能滿足當(dāng)前教學(xué)體系時，教師將探索新的教學(xué)模式以提高學(xué)生的工程應(yīng)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(xué)中，運(yùn)用嫻熟的專業(yè)知識及整合力，將課程中的重點、難點內(nèi)容以個性化的設(shè)計通過短視頻的形式展示給學(xué)生[6]，不但可以突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，還可以提升實驗教師的授課能力，促進(jìn)實驗教師的專業(yè)知識更新，能夠達(dá)到一舉兩得的效果。

三、微課實驗教學(xué)手段的應(yīng)用

應(yīng)用型材料專業(yè)人才培養(yǎng)，要求學(xué)生不但要有扎實的理論基礎(chǔ)、良好的實踐操作能力、熟練地使用專業(yè)設(shè)備，還能夠做到理論聯(lián)系實際，利用理論知識指導(dǎo)實踐過程。為了更好地提高學(xué)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(jìn)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)，需要對材料專業(yè)實驗教學(xué)進(jìn)行改革，在傳統(tǒng)實驗教學(xué)手段的基礎(chǔ)上引入微課教學(xué)。微課教學(xué)在實驗教學(xué)中主要應(yīng)用在實驗理論知識的鞏固、精大稀設(shè)備操作、實驗教學(xué)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(jié)構(gòu)與性能，這種抽象化的專業(yè)知識，學(xué)生在理論教學(xué)中雖然已經(jīng)學(xué)習(xí)，但調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍未能真正掌握，只停留在淺顯的認(rèn)識階段，需要通過實驗教學(xué)來進(jìn)一步實現(xiàn)專業(yè)知識的認(rèn)知和掌握。但在專業(yè)理論知識未牢固掌握的情況下，進(jìn)行相關(guān)專業(yè)實驗，必然會顯著降低預(yù)期的實驗教學(xué)效果。因此，為了更好地使學(xué)生通過實驗教學(xué)，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(xué)，增加實驗理論知識鞏固的環(huán)節(jié)，并要求學(xué)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(wù)實驗教學(xué)，與實驗教學(xué)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(guān)的問題由學(xué)生進(jìn)行解答，使學(xué)生帶著疑問、探討、求知的學(xué)習(xí)態(tài)度進(jìn)行實驗。這種形式也有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和持續(xù)專業(yè)知識學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。

（二）實驗設(shè)備操作材料專業(yè)實驗所用的檢測設(shè)備較多，特別是針對一些精大稀檢測設(shè)備，由于設(shè)備昂貴的原因，不能滿足學(xué)生實驗的臺套數(shù)要求。而且針對實驗設(shè)備操作環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)手段主要采取的方式為課堂上教師講解設(shè)備原理、方法，并針對本次課程所需設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場演示為主。針對實驗設(shè)備操作內(nèi)容，均采用微課這種教學(xué)手段來實施。為了保證微課教學(xué)手段的成功運(yùn)用，針對實驗設(shè)備的原理、構(gòu)造內(nèi)容，微課中采用動畫的方式配以解說介紹。而實驗設(shè)備的具體操作，采用實際設(shè)備操作的視頻來講授，具體由實驗教師按照設(shè)備的操作規(guī)程，配以詳細(xì)的解說，詳細(xì)地將具體操作劃分為若干細(xì)節(jié)，一步一步地展現(xiàn)給學(xué)生，在實驗操作結(jié)束后，還要針對設(shè)備的操作重點和安全規(guī)程進(jìn)行重點講解歸納。實驗設(shè)備操作的微課課件，通常會在實驗教學(xué)講授過程中提供給學(xué)生，但為了保證學(xué)生能夠熟練地操作實驗設(shè)備，實驗設(shè)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(luò)上，供學(xué)生進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，以減少學(xué)生在實驗教學(xué)過程中的實驗壓力，提高學(xué)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(jìn)行。

（三）實驗教學(xué)講授實驗教學(xué)中，驗證性實驗是為了證實已知的結(jié)果，而綜合性、設(shè)計性實驗是為了找出新的工藝條件和探討改變已知結(jié)果的理論、方法和條件，因此，實驗過程應(yīng)該是處于不斷探索、總結(jié)、反思的過程。借助于有力的教學(xué)手段，能夠在實驗教學(xué)中營造這種探究、研討、啟發(fā)的實驗氛圍，更有利于學(xué)生在實驗過程中深入掌握相關(guān)理論知識和實驗技能，促使學(xué)生養(yǎng)成不斷創(chuàng)新、求真的探討精神。在實驗教學(xué)講授過程中，采用傳統(tǒng)教學(xué)輔以微課教學(xué)的方式，必須要靈活運(yùn)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(xué)輔以微課教學(xué)的方式，微課視頻應(yīng)是起到利于學(xué)生理解專業(yè)知識，同時能促使學(xué)生引起思考的作用。這樣與傳統(tǒng)的實驗教學(xué)優(yōu)勢相結(jié)合，才能達(dá)到優(yōu)化課堂教學(xué)、增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生工程實踐能力的目的。例如“金屬構(gòu)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(xué)模式是直接給出零件失效的定義，學(xué)生只能通過圖片和文字去了解構(gòu)件的失效過程。而微課的引入可以打破這種枯燥的教學(xué)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(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在進(jìn)一步的實驗講授中，如何使學(xué)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(guān)重要的。因此，在該部分教學(xué)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(gòu)件斷裂特征，構(gòu)建失效分析流程，通過圖片結(jié)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(jié)合檢測結(jié)果可以確定失效原因并給出最終結(jié)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(xué)生，可以幫助學(xué)生理清思路，牢固地建立失效分析流程，從而提高學(xué)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(xué)的傳統(tǒng)實驗講授所不能達(dá)到的效果。這種在實驗講授過程中合理采用微課教學(xué)的教學(xué)手段，不但能激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，促進(jìn)學(xué)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(yīng)用創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)。

（四）實驗預(yù)期效果通過微課教學(xué)，可以反復(fù)強(qiáng)調(diào)實驗過程中存在的問題及解決辦法，能夠有效提高學(xué)生對實驗的興趣。另外，利用微課教學(xué)手段，可以使學(xué)生更加直觀地觀察材料的微觀形態(tài)及特征，使學(xué)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(xué)生實驗的動力。最后，在微課的輔助下，可以促使學(xué)生獨(dú)立完成實驗的全部環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)對學(xué)生獨(dú)立完整地完成工程實踐能力的培訓(xùn)的目的。

四、結(jié)語

實驗教學(xué)是培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才的重要環(huán)節(jié)。為了提高學(xué)生的社會競爭力，培養(yǎng)學(xué)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(xué)模式，要敢于創(chuàng)新、引入新的教學(xué)手段，對實驗進(jìn)行教學(xué)改革，注重高質(zhì)量教學(xué)，培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展的人才。實踐表明，在實驗教學(xué)中采用微課教學(xué)手段，可以打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，保證實驗效果，提高學(xué)生工程實踐能力。

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作者：馬勝男 趙志偉 李強(qiáng) 于景媛 單位：遼寧工業(yè)大學(xué)