金屬材料工程專業(yè)綜合實驗課程體系

1、金屬材料工程專業(yè)綜合實驗課程體系的改革與實踐總結報告張松 楊林 陳立佳 邱克強 張春華沈陽工業(yè)大學材料科學與工程學院2008年12月21世紀的今天，高新技術日新月異，人才競爭日益加劇。知識教育、素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育已成為當前教育改革的熱點，人才教育與教育創(chuàng)新已成為我們民族之魂，發(fā)展之根。人才培養(yǎng)、科學研究和社會服務是高校的三大主要任務和功能，而人才培養(yǎng)是高校的根本任務。如何建立面向社會、面向市場，特別是面向未來發(fā)展的教育與教學體系，培養(yǎng)具有高競爭能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)專業(yè)人才，這是當代高等教育工作者肩負的歷史重任。與其它學科一樣，材料科學與工程學科也面臨著前所未有的責任與挑戰(zhàn)。在現(xiàn)代社會眾多的高

2、新技術領域中，新材料起著發(fā)展基礎和先導作用，它不僅滲透到所有傳統(tǒng)的工業(yè)部門，支撐著它們的發(fā)展和變革，而且新材料技術的突破，往往會促進生產(chǎn)方式比較徹底的變革。因此，材料科學的發(fā)展及其人才競爭已成為世界主要國家高新技術產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點領域。實驗教學在高等學校教學工作中具有舉足輕重的地位，是衡量學校教學、科研質(zhì)量的一個重要因素。目前，材料科學與工程專業(yè)課程設置與教學模式的改革，是適應大材料學科與專業(yè)的培養(yǎng)目標“培養(yǎng)寬基礎、高素質(zhì)、具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高水平材料科學與工程類人才”的必由之路。構建新的金屬材料工程專業(yè)本科課程綜合實驗教學體系和模式，為了充分發(fā)揮中心實驗室的作用，加強學生的實踐和創(chuàng)新能力

3、的培養(yǎng)，自2007年始我們在大四第七學期末為學生開設了為期四周的課程綜合實驗試點。通過實踐表明，課程綜合實驗課的開設，收到了很好的效果，值得我們認真地探討、總結和推廣。綜合實驗課程教學的基本思路是：該課程既服務于本專業(yè)基礎課程和專業(yè)課程，同時又獨立于課程，構建獨立的課程綜合實驗體系。其體系大致由“基本技能實驗”、“基礎實驗”、“綜合實驗”等幾部分綜合構成。實驗模式將逐步辦成開放式實驗室，保證每個學生能夠自己動手在指導教師的指導下，查閱資料、設計和完成教學實驗，同時對一些有能力的學生給予創(chuàng)新實驗的幫助。目前金屬材料工程專業(yè)實驗教學中存在的主要問題：對近幾屆畢業(yè)生的初步調(diào)查表明，我校實驗教學質(zhì)量在

4、總體上還是比較好的，但是學生中普遍存在實際知識不足，重理論輕實驗的現(xiàn)象，實驗技能較低等問題，實驗教學的積極性難以調(diào)動。畢業(yè)后，學生在工作崗位上對實際工作適應性較差，遇到問題不能及時解決。同時，長期以來，專業(yè)基礎課實驗教學，多是驗證型、演示型實驗，按課程設置實驗內(nèi)容，內(nèi)容單調(diào)重復，學生按照規(guī)定的內(nèi)容、方法和步驟去完成實驗內(nèi)容，驗證課堂上的理論或定理等。這種實驗方法，教學效果不理想，學生基本上處于被動接受的地位，積極性不高，同學之間交流很少，得不到相互啟發(fā)。這種做法，不僅與現(xiàn)代化先進的教學實驗要求不相適應，而且不利于更好的開發(fā)學生的智力和創(chuàng)造性?；诖?，金屬材料工程專業(yè)全體教師高度重視新型材料人才

5、的教育和培養(yǎng)工作，在近幾年探索人才培養(yǎng)模式研究和實踐的基礎上，針對專業(yè)綜合實驗課程體系的改革與實踐形成了一系列教育教學新理念，教學研究與改革特色鮮明，并取得了一定的成績。重視課程綜合性實踐教學環(huán)節(jié)是國外高校課程改革的趨勢，在充分借鑒國內(nèi)外的先進理論和經(jīng)驗，著眼于國情、校情，本課程改革項目是在考察課程綜合化改革在廣度、深度方面的相互關系，合理處理局部與整體、微觀與宏觀、基礎加厚與專業(yè)拓寬的基礎上提出的。課程綜合實驗教學體系是一門綜合運用理論課程的實驗教學課程，獨立于理論課程的平臺實驗教學，由學生自主設計的創(chuàng)新型實驗教學體系。目前，服務于理論課程的課程實驗教學已經(jīng)覆蓋了80%的理論課程。獨立于理論

6、課程的平臺實驗教學包括：材料基本技能實驗，材料科學基礎實驗，專業(yè)技術實驗。由學生自主設計的創(chuàng)新型課程綜合實驗教學是在材料學院中心開放實驗室，在指導教師的具體指導下，查閱資料、保證每個學生能夠自己動手，設計和完成教學實驗。課程綜合實驗涉及的主要專業(yè)理論課程如下：課程綜合實驗材料科學基礎工程材料學固態(tài)相變及應用材料物理性能現(xiàn)代表面技術材料現(xiàn)代檢測技術材料力學性能課程綜合實驗與理論課程關系示意圖傳統(tǒng)實驗教學體系中的實驗項目嚴重依附理論教學課程，使得各個實驗項目相互獨立，從屬性很強，比較分散，規(guī)模也不大，并且有的實驗項目在內(nèi)容設置上重復現(xiàn)象嚴重，因而，非常不利于相近課程或?qū)I(yè)知識的交叉和實驗教學內(nèi)容的

7、有機融合，極大地影響了金屬材料工程專業(yè)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和限制了實驗教學作用的發(fā)揮，已難以適應現(xiàn)代高等教育發(fā)展的客觀要求。為了解決實驗教學中存在的問題，我們憑借平臺實驗室先進的實驗條件設計了課程綜合實驗項目。綜合性、設計性實驗的設計是在大量文獻調(diào)研基礎上制定出合理可行的方案。通過設計及實施，首先可以使學生洞悉科研的一般程序，對實驗或科研的一般程序有個整體認識，對實驗“知其然，亦知其所以然”；其次可以充分調(diào)動學生主動學習的積極性，提高學生鉆研科學的興趣，由“要我做”，轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙觥保纳平虒W效果；第三，可充分發(fā)揮學生的主觀能動性，更有利于培養(yǎng)他們獨立思考、善于創(chuàng)造、綜合運用知識的能力。由于實驗題目

8、生動具體，使學生感覺實驗項目新穎，解決問題的欲望非常強烈，可提高學生走向工作崗位解決實際工程問題的能力。我們認為培養(yǎng)金屬材料工程創(chuàng)新人才的關鍵是教育思想必須創(chuàng)新，轉(zhuǎn)變繼承性教育思想和知識性教育觀，改革單向系統(tǒng)傳授知識的教學體系，樹立創(chuàng)新教育思想和創(chuàng)新性教育觀，建立系統(tǒng)傳授與探索研究相結合的新教學體系。為此，我們積極探索創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)規(guī)律和模式，制定了以綜合實驗教學改革作為切入點，以科研全面滲入本科教學作為改革的突破口，以教學管理體制改革作為推動力，全面帶動本科教學整體改革，從而強化學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學理念。立足大學本科教育要為創(chuàng)新型人才打好三個基礎，即扎實的基礎理論、

9、廣博的基礎知識、熟練的基本技能；同時學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力也應得到訓練與培養(yǎng)。在實踐過程中我們實現(xiàn)了教師教學思想觀念的三個轉(zhuǎn)變：（1）由教學向教育轉(zhuǎn)變；（2）由傳授知識向傳授知識和傳授學習知識方法并重轉(zhuǎn)變；（3）由單純的課堂教學向全方位服務學生轉(zhuǎn)變。堅持高水平的學術研究是培養(yǎng)高級材料創(chuàng)新人才的必然途徑的教育理念，使學生培養(yǎng)成為知識創(chuàng)新的源泉，在綜合實驗課程體系的改革過程中，我們把科學研究人才培養(yǎng)社會需要看作是知識創(chuàng)新傳播應用的一個完整的知識供應鏈。在操作的全過程中，我們以“高質(zhì)量、高水平”為目標，通過嚴格管理、嚴格訓練和嚴格要求，實行了導師與研究方向?qū)W科小組相結合的選題制度，讓學生

10、吸取不同導師的知識與經(jīng)驗，開啟學生的思路。在學生培養(yǎng)過程中，重視科學研究的全過程及方法論教育，對學生要“授人以漁”，而非“授人以魚”，以指導教師自己切身的科研體會向?qū)W生傳授研究工作的方法，強化其創(chuàng)新思維的形成與培養(yǎng)，掌握科學的從事研究工作的方法，讓學生個性化發(fā)展。為了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，教學必須與科研很好地結合，而教學與科研結合的關鍵是教師。將高水平的科學研究成果轉(zhuǎn)化為本科教學資源，是教學團隊致力于教學改革的一個重要特色。我校材料學科具有很強的科研能力，我們專業(yè)承擔了大量的國家級和省部級科研項目和與企業(yè)合作的開發(fā)項目。通過科研與教學的良好互動與協(xié)調(diào)發(fā)展，科研全面滲入本科教學，將科研優(yōu)勢轉(zhuǎn)換成為教學

11、優(yōu)勢。為此在綜合實驗改革與實踐過程中我們結合金屬材料工程專業(yè)教師的科研方向，課程綜合實驗在實施過程中主要涉及以下研究方向。課程綜合實驗涉及的主要研究方向示意圖課程綜合實驗材料表面工程高性能鎂合金及其應用結構材料的疲勞與斷裂行為亞穩(wěn)材料及其表征材料的組織控制及性能本項目在實施過程中體現(xiàn)了這樣的特色：強實踐，重創(chuàng)新?！皬妼嵺`”是強化綜合性、設計性及創(chuàng)新性實驗，加強學生實驗、實踐能力的培養(yǎng)?！爸貏?chuàng)新”是學生提前參與科研，科研引入教學，以科研促進教學，提高學生創(chuàng)新的意識與創(chuàng)新能力，從而體現(xiàn)學生知識體系的復合性、多樣化、前沿性。克服了傳統(tǒng)實驗教學體系中實驗項目嚴重依附理論教學課程、實驗項目相互獨立、從屬

12、性強、規(guī)模小的弊端。通過綜合實驗課程的鍛煉,使學生提高了人際交流、溝通、表達、競爭、合作等素質(zhì)，既服務了社會，又完善了自我，增加了學生對科學研究的向往性、對社會的適應性，為畢業(yè)后走上工作崗位打下良好的基礎，為培養(yǎng)金屬材料工程創(chuàng)新型人才提供了可持續(xù)發(fā)展的核心和動力。課程綜合實驗教學過程具體實施路線圖如下：選 題資料查閱總結完成實驗報告實驗方案設計具體實驗操作成績評定實驗方案答辯實驗方案修訂(1) 選題：以指導教師為主，學生參與。教師根據(jù)教學與科研經(jīng)驗，或根據(jù)工廠生產(chǎn)實際或研究中出現(xiàn)的有關金屬材料零部件失效的問題，選擇一些切合學生實際能力和學識水平的實驗題目，實驗題目必須是：綜合性強，能用到專業(yè)基

13、礎課實驗課的知識；靈活性大，學生可以自行設計多種方案，能夠充分利用中心開放實驗室的儀器設備。(2) 資料查詢：實驗過程中，教師首先講解有關的文獻資料及查閱方法，然后明確實驗的重點、難點，為設計實驗方案奠定基礎。(3) 實驗方案設計：此工作以學生為主，教師參與。做到一人一題設計方案，然后師生共同討論，確定可行方案。(4) 具體實驗操作：學生根據(jù)方案進行實驗，教師主要是解答問題，宏觀調(diào)控，把握進度，引導學生獨立思考，鍛煉動手能力，同時使學生將各專業(yè)課知識融會貫通，提高綜合運用知識及獨立工作的能力。(5) 實驗報告：綜合課程實驗結束后，要求學生獨立完成實驗報告，要求學生以科研論文的形式擬寫實驗報告，

14、改革了以往理論課程實驗羅列實驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。敘述實驗過程的做法，報告內(nèi)容增加了文獻資料查閱、方案設計、實驗結果分析和實驗結論等內(nèi)容。(6) 成績評定：教師根據(jù)學生資料查詢、實驗方案設計、實際操作、實驗報告寫作等幾個方面綜合評定，給學生一個成績。通過以上做法克服了傳統(tǒng)實驗教學體系中實驗項目嚴重依附理論教學課程、實驗項目相互獨立、從屬性強、規(guī)模小的弊端，注重本專業(yè)學生工程意識和創(chuàng)新思維，以及動手能力和分析問題、解決問題能力的培養(yǎng)，從而提高學生走向工作崗位解決實際工程問題的能力。我校金屬材料工程專業(yè)堅持“面向國際、面向前沿、面向行業(yè)”的指導思想，注重面向社會、面向市場、滿足社會，強化學生創(chuàng)新能力、實踐

15、能力的培養(yǎng)。在多年的教學研究、改革與實踐過程中，牢固樹立教學質(zhì)量的中心地位，理論與實踐教學相結合，充分發(fā)揮學科建設、科學研究的優(yōu)勢，以科研促進教學，形成良性互動，逐漸形成了有特色的人才培養(yǎng)模式。本項目實施過程中在理論探索和教學改革實踐兩方面取得一定的成績。在中國現(xiàn)代教育研究雜志（2007.No9）發(fā)表了“談適應社會需求新型金屬材料工程人才的培養(yǎng)模式”研究論文，并在我金屬材料工程人才培養(yǎng)中進行了全面實踐。通過實施課程綜合性實驗教學的創(chuàng)新活動，強化了本專業(yè)學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)和實踐，做到了科研教學結合、注重學生能力培養(yǎng)、強化實踐能力、凸現(xiàn)學科交叉，培養(yǎng)了一批高素質(zhì)本科畢業(yè)生，促使學生參與教師科研完成了撰寫了大量高水平的學術論文，使金屬材料工程專業(yè)畢業(yè)生