談無機非金屬材料專業(yè)實驗教學模式

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摘要：“雙一流”建設和“新工科”建設對高校實驗教學提出了新要求，為了培養(yǎng)適應社會需求的創(chuàng)新意識強、綜合素質高、學科視野寬的復合型高素質人才，通過分析現(xiàn)行實驗教學體系存在的問題，以無機非金屬材料專業(yè)為例，提出系列改革措施，提高學生動手與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)高素質一流本科人才。

關鍵詞：信息技術；一流本科人才培養(yǎng)；實驗教學改革

北京科技大學材料科學與工程學院無機非金屬材料工程專業(yè)是一門實踐性很強的學科，教育教學的中心任務之一是培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力[1-4]。作為學校傳統(tǒng)優(yōu)勢專業(yè)和“雙一流”建設重點學科專業(yè)，承擔著培養(yǎng)材料科學與工程領域高素質拔尖創(chuàng)新人才的重任。傳統(tǒng)實驗教學存在一些問題，如學生課前預習和相關知識儲備不充分，實驗教師不得不占用實驗課堂時間重新講解預習內容，實際動手操作時間減少，實驗教學質量不能充分保證。實驗課中儀器操作復雜，動手能力要求高，實驗教師運用課堂集中演示講解的傳統(tǒng)方式效果欠佳。測試設備更新?lián)Q代快，實驗室擁有的同類教學設備存在規(guī)格型號多樣化、儀器結構和工作原理差異化現(xiàn)象，有限的課堂時間難以讓學生對所有儀器進行操作使用，不能充分利用先進設備資源。部分實驗項目原理抽象難懂且耗時長，有限的實驗課時無法完成實驗操作全過程，影響教學效果。實驗室計量認證和實驗室認可已成為測試行業(yè)必備的資質和實驗室水平的標志，實驗教學中很少以國家標準要求設計和進行實驗，不利于學生科學規(guī)范實驗操作和實驗技能養(yǎng)成。實驗課在介紹儀器構造原理時，通常是按照書本圖示加口頭描述進行講授，抽象不直觀，與理論課教學沒有明顯區(qū)別，學生對儀器的掌握主要停留在面板上按鈕和開關的使用，對其內部結構沒有直觀的了解，影響對儀器設備功能的拓展和創(chuàng)新開發(fā)。缺乏有效的實驗教學考核方式，基本以提交的實驗報告為主，而實驗往往是分組完成，組內的實驗數據、實驗結果相同，無法區(qū)分學生是否認真參與實驗，有效區(qū)分度的缺乏挫傷認真做實驗學生的積極性[5]。這些問題嚴重影響到教學質量的提高，亟待解決。

一、實驗教學改革

（一）建立網絡微課程平臺，實現(xiàn)線上自主學習利用微信訂閱號，建立實驗課程教學資料庫，打造動態(tài)在線學習資源庫，包括實驗指導書、PPT課件、背景知識、相關理論知識、安全知識、同類儀器設備功能與技術參數介紹、國家標準文件、練習題、預習考核題等。將難點、關鍵操作介紹制作成短小精煉的微視頻，推送至訂閱號，供學生課前自主學習，避免在實驗課上浪費過多的時間熟悉儀器。對于規(guī)格型號不同的同類儀器操作使用，制作成微課，擴大學生掌握使用儀器的數量。利用微信公共平臺，實驗教師和學生可以在實驗課前建立聯(lián)系群，討論問題、答疑解惑，有效避免學生課前準備不足狀況，提高實驗教學質量。學生完成課前預習，在平臺上提出預習考核申請，成績合格后可預約實驗課時間。

（二）引入虛擬仿真實驗，構建新型實驗教學模式虛擬仿真實驗能夠展示抽象的實驗原理，還原真實具體的實驗過程。針對某些無法觀察、實驗時間過長等的實驗項目，如“固態(tài)物質比表面積測定”，通過虛擬動畫方式形象展示肉眼無法觀察到的樣品脫氣處理、氣體分子吸附等實驗環(huán)節(jié)，以虛輔實，虛實結合，優(yōu)勢互補，提高實驗教學質量。

（三）國標要求引入實驗教學環(huán)節(jié)預習階段，要求學生學習相應國標文件。依據國標及時修改實驗教學大綱和實驗指導書，制訂符合國標的實驗操作規(guī)范和內容。按照修訂后的實驗指導書進行規(guī)范實驗，提高學生標準化意識和在科研中應用標準的自覺性，培養(yǎng)嚴謹規(guī)范的科研態(tài)度。

（四）改造老舊儀器設備目前，實驗課所用儀器設備可視部分通常只有面板上的按鈕和開關，學生無法觀測到儀器內部構造，不能有效加深對儀器工作原理的理解。將實驗室現(xiàn)有老舊儀器設備外殼加工改造成透明可活動拆裝式。改造后儀器設備內部所有器件旁均配有銘牌說明，一目了然，方便識別，實驗課更加真實、直觀、具體、全面，易于激發(fā)學生學習和動手興趣。

（五）建立科學合理的實驗課程過程評價體系科學合理地評價考核方法，不是單純看實驗結果的好壞，過程性評價能更科學地檢測學生的學習表現(xiàn)、學習態(tài)度、學習效果等。考核內容包括實驗態(tài)度，如學生網上學習時長、自我測試成績、課堂參與程度、同學間協(xié)作能力、實驗安全意識、紀律衛(wèi)生情況等。實驗操作包括實驗儀器操作的規(guī)范性、過程的準確性、實驗技能、實驗素質與創(chuàng)新思維。實驗結果分析與實驗報告書寫水平，如實驗報告格式規(guī)范、內容完整無缺、實驗數據分析處理，以及根據實驗結果提出結論性意見和改進性意見。

二、改革成效

強調課前預習，增設預習考核。學生事先在課下學懂微課程中的教學資料和教學視頻，預習考核合格后，方可參加課程實驗進行實操。如考核未通過，則不能進入課堂實驗預約環(huán)節(jié)。提高了實驗教學的質量和效果。微視頻使學生在課前對儀器設備功能及操作方法有基本了解，避免在實驗課上浪費過多時間熟悉儀器。實驗教師不再占用課堂時間來講授實驗原理，將更多時間留給學生動手實踐，實現(xiàn)了學習向學生為中心的回歸。學生實驗課程結束后仍可通過微信公眾號平臺進行查漏補缺，如有問題，可在公眾號給任課教師留言，互動釋疑。平臺上提供的學科前沿知識，供學有余力的學生學習參考。多臺套不同型號同類儀器設備使用方面，由原先實驗教師指定學生使用哪臺儀器設備變?yōu)閷W生自主選擇，增加了學生參與度，激發(fā)了學習熱情。虛擬仿真技術能夠將微觀抽象、實驗周期長或操作環(huán)節(jié)有危險的實驗，通過虛擬場景直觀形象展現(xiàn)出來，再現(xiàn)真實實驗的全過程，加深學生對理論的理解與認知，激發(fā)學習興趣，獲得良好實驗教學效果。利用實驗室已獲得CNAS和CMA認可檢測項目的資源優(yōu)勢，按照相應國標要求開展實驗，提高學生的實驗測試水平和能力，提升實驗教學質量。將老舊儀器設備改造加工，變成內部結構功能可視的標本式教學專用儀器設備，深化學生對實驗原理的理解和掌握，提高學生的創(chuàng)新意識。通過過程性考核評價，學生實驗課前有預習，課后能復習，實驗報告撰寫細致規(guī)范。學生在實驗過程中能做到實驗現(xiàn)象的認真觀察和實驗操作的規(guī)范進行，觀察能力、動手能力和獨立操作能力得到顯著提高。有利于培養(yǎng)自主學習能力，有利于加強教學過程控制，有利于考核的全面性、規(guī)范性和科學性，從而提高學生學習積極性和主動性。

參考文獻：

[1]董麗萍,敖天其.“雙一流”背景下高校教學實驗室建設新思路與實踐[J].實驗技術與管理,2019（11）：26-28.

[2]劉宇雷,佘明.“新工科”背景下高校實驗教學體系建設探索[J].實驗技術與管理,2019（11）：19-21.

[3]程紹玲,楊迎花,張海麗.微信公眾平臺輔助基礎化學實驗教學的實踐[J].實驗室研究與探索，2020（1）：225-228.

[4]王宗杰,古可成,楊玉春.高等工科院校專業(yè)實驗課實行工程化、綜合化的探索和實踐——材料成型及控制工程專業(yè)實驗課的改革[J].實驗科學與技術，2003（5）：159-162.

[5]王承鑫,徐龍軍,張?zhí)靷?“新工科”背景下實驗教學改革的探討[J].高等建筑教育,2019,28（2）：101-105.

作者：毛璟紅 孫建林 單位：北京科技大學大學