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針對“無(wú)機材料科學(xué)與性能實(shí)驗”課程教學(xué)的研究論文
“無(wú)機材料科學(xué)與性能實(shí)驗”是無(wú)機非金屬材料專(zhuān)業(yè)本科生開(kāi)設的一門(mén)專(zhuān)業(yè)必修課,旨在加強實(shí)驗基本技能的訓練和培養學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力,使學(xué)生掌握無(wú)機材料科學(xué)與工程領(lǐng)域所涉及的實(shí)驗方法、實(shí)驗原理和測試技術(shù),培養和提高學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力、分析和解決問(wèn)題的能力以及工程設計的能力,以適應現代材料工程對工程技術(shù)人員知識、能力與素質(zhì)的全面要求。以新開(kāi)設的“水泥漿體水化過(guò)程中pH的測定”“水泥漿體水化過(guò)程中黏度的測定”和“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實(shí)驗為途徑,以我校材料科學(xué)與工程學(xué)院無(wú)機非金屬專(zhuān)業(yè)的30名大三學(xué)生為教學(xué)對象,通過(guò)多項改革措施充分調動(dòng)學(xué)生對實(shí)驗課程的積極性和主動(dòng)性,培養學(xué)生的綜合能力。
1 “無(wú)機材料科學(xué)與性能實(shí)驗”教學(xué)現狀
近年來(lái),隨著(zhù)教學(xué)改革的不斷深入,為了更好地提高大學(xué)生的實(shí)驗設計和動(dòng)手操作能力,培養全面發(fā)展、各方面更具競爭力的創(chuàng )新型人才,各高校紛紛綜合國家、省市、學(xué)校和院系各方面的力量,充分研討現有課程實(shí)驗體系,積極進(jìn)行大學(xué)生實(shí)驗教學(xué)的改革。教學(xué)內容在不斷革新結構、充實(shí)內容的基礎上日趨完善,教學(xué)手段在多媒體信息技術(shù)的帶動(dòng)下逐漸呈現多樣化、豐富化等特點(diǎn)。課程實(shí)驗的不斷發(fā)展和完善可以更好地滿(mǎn)足學(xué)生的真實(shí)需求,對培養學(xué)生的動(dòng)手能力提高學(xué)生的綜合素質(zhì)具有很大的積極作用,但是在具體實(shí)施過(guò)程中仍然存在很多問(wèn)題。
首先,有些任課教師需提高實(shí)施實(shí)驗教學(xué)的綜合素質(zhì)。在實(shí)際實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中,教師應時(shí)刻以學(xué)生為完成實(shí)驗的主體,更好地發(fā)揮教師作為引導者而非灌輸者的作用。在很多本科高校的實(shí)驗教學(xué)中,由于教師擔心學(xué)生對相關(guān)理論知識的掌握并不是十分透徹,為了保障實(shí)驗的順利進(jìn)行,所以每次做實(shí)驗時(shí)都進(jìn)行大量細致而煩瑣的講解,導致大量時(shí)間的浪費;另外,當學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中遇到問(wèn)題時(shí),為了不影響實(shí)驗的進(jìn)度,個(gè)別教師傾向于直接告訴學(xué)生解決方案,而不是去引導、啟發(fā)學(xué)生自行解決,導致學(xué)生對實(shí)驗過(guò)程、實(shí)驗原理理解不深刻、不透徹。對實(shí)驗過(guò)程中的異常情況缺乏行之有效的處理手段,不利于培養學(xué)生獨立思考和解決問(wèn)題的能力。
其次,部分大學(xué)生的實(shí)驗習慣和實(shí)踐動(dòng)手能力有待提升。除了高校教師需要注意掌控整體實(shí)驗教學(xué)進(jìn)度,作為教學(xué)主體的大學(xué)生更是需要端正實(shí)驗態(tài)度及注意提高自己的動(dòng)手能力。實(shí)驗過(guò)程中,教師給學(xué)生講解正確規范的實(shí)驗操作是培養大學(xué)生良好科研習慣的第一步,也是使學(xué)生終生受益的重要教學(xué)環(huán)節,然而相當一部分學(xué)生不以為然,不能理解教師的良苦用心;另外,由于實(shí)驗設備的數量有限,很多情況下實(shí)驗教學(xué)都是分組進(jìn)行,容易導致部分學(xué)生混在實(shí)驗小組中充當“南郭先生”,實(shí)驗前不愿預習、實(shí)驗中不愿動(dòng)手,實(shí)驗報告也是應付了事。
此外,實(shí)驗課程的設置需要進(jìn)一步優(yōu)化。合理的課程設置是實(shí)驗教學(xué)改革的一個(gè)重要問(wèn)題。在校學(xué)生反映實(shí)驗任務(wù)繁重,幾乎每門(mén)專(zhuān)業(yè)課都有課程實(shí)驗,而且部分實(shí)驗存在操作重復現象,有些實(shí)驗的思路設計落后實(shí)際工業(yè)發(fā)展水平,存在實(shí)驗設備陳舊等問(wèn)題。這類(lèi)實(shí)驗對學(xué)生專(zhuān)業(yè)能力的培養意義不大,在學(xué)生課業(yè)繁忙的情況下還容易導致學(xué)生的逆反心理。合理的實(shí)驗教學(xué)內容是保證課程實(shí)驗教學(xué)效果的關(guān)鍵,也是有效培養學(xué)生綜合素質(zhì)的關(guān)鍵。
2 構建高!敖獭迸c“學(xué)”機制
建立并遵循高!敖獭迸c“學(xué)”機制是保證課程實(shí)驗教學(xué)效果的關(guān)鍵。美國著(zhù)名學(xué)者布魯巴克曾提出:
“最精湛的教學(xué)藝術(shù),遵循的最高標準就是讓學(xué)生自己提問(wèn)題!痹谡n程實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中,任課教師應徹底摒棄實(shí)驗教學(xué)是以傳授和驗證知識為目標的舊觀(guān)念,增加實(shí)驗的綜合性、設計性和創(chuàng )新性,增強學(xué)生在課程實(shí)驗實(shí)施過(guò)程中的參與度,充分發(fā)揮“教”與“學(xué)”的互動(dòng),從而激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。
為了提高“無(wú)機材料科學(xué)與性能實(shí)驗”的教學(xué)質(zhì)量,我們根據無(wú)機非金屬材料行業(yè)目前的發(fā)展狀況,新開(kāi)設了“水泥漿體水化過(guò)程中pH 的測定”“水泥漿體水化過(guò)程中黏度的測定”和“陶瓷漿體ζ-電位的測定”3個(gè)課程實(shí)驗,并致力于在其實(shí)施過(guò)程中構建并遵循高效“教”與“學(xué)”機制。
首先,保證每個(gè)學(xué)生都參與“設計實(shí)驗體系-探討可能出現的問(wèn)題-提出應對方案-擬定實(shí)驗步驟-分工協(xié)作-分析總結”這一完整的研究過(guò)程。根據實(shí)驗設備的數量確定合理的分組數目,并把分組的主動(dòng)權交給學(xué)生;然后引導學(xué)生運用已掌握的專(zhuān)業(yè)基礎知識、結合實(shí)驗講義、查閱相關(guān)資料,提出具體設計思路和擬定實(shí)驗方案?朔藢W(xué)生可能只是觀(guān)測實(shí)驗或驗證實(shí)驗的老問(wèn)題,充分調動(dòng)學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性。
其次,在“無(wú)機材料科學(xué)與性能”的實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中增加“課前提問(wèn)”和“實(shí)驗操作考核”環(huán)節。在開(kāi)始講課前隨機選取每個(gè)實(shí)驗小組的部分學(xué)生進(jìn)行有關(guān)實(shí)驗的基本思路、實(shí)驗設備的操作原理及注意事項等課前提問(wèn),通過(guò)學(xué)生的回答掌握其對理論部分的整體理解程度,將個(gè)別課前預習效果太差的學(xué)生安排到下一輪的實(shí)驗分組,從而在督促學(xué)生保證實(shí)驗預習效果的基礎上合理安排實(shí)驗時(shí)間。
由于“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實(shí)驗正好需要運用在“水泥水化過(guò)程中pH 值的測定”實(shí)驗中掌握的實(shí)驗方法和技能,我們選擇將“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實(shí)驗中高嶺土—水的pH 值測定作為實(shí)驗考試,學(xué)生需獨立進(jìn)行操作。實(shí)驗過(guò)程中指導教師進(jìn)行巡視,觀(guān)察學(xué)生的操作水平,并對每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗結果進(jìn)行評分。這不僅有利于加強學(xué)生將所學(xué)內容與實(shí)際應用相結合的意識,也可以促使學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中互相監督,充分調動(dòng)每個(gè)學(xué)生對實(shí)驗的參與性。
在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中,特別注意培養學(xué)生發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力:
(1)在“水泥水化過(guò)程中pH 值的測定”實(shí)驗中,有學(xué)生提出,每隔固定時(shí)間測試水泥漿體的pH 值時(shí),是否停止磁力攪拌會(huì )影響測試數值的疑問(wèn),據此順勢引導學(xué)生自發(fā)組織做分組對比實(shí)驗。
(2)在“陶瓷漿體ζ-電位的測定”實(shí)驗過(guò)程中,學(xué)生在向注入水或待測樣品的比色皿中插入十字標或電極時(shí)常常出現氣泡,影響ζ-電位測試的準確性,而工程師建議的輕彈趕氣泡方法并不理想且耗時(shí)很長(cháng),對此問(wèn)題,有學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中發(fā)現,通過(guò)調整比色皿中溶液的加入量可有效避免這一現象的出現。
(3)“水泥漿體水化過(guò)程中黏度的測定”是3個(gè)實(shí)驗中最富挑戰性、也是最有利于學(xué)生開(kāi)拓思路的實(shí)驗,學(xué)生可根據自己的興趣點(diǎn),通過(guò)改變轉子類(lèi)型、轉子型號、轉速及漿體水灰比等一系列實(shí)驗參數,設計不同實(shí)驗體系下水泥水化過(guò)程中黏度變化規律的測試,從而充分理解轉子類(lèi)型/型號/轉速的選取原則,并結合水泥加入速度等實(shí)驗細節,摸索出控制扭矩范圍在60%~70%的最佳參數組合。這個(gè)過(guò)程中每個(gè)學(xué)生的測試數值,都有可能影響整體變化規律的科學(xué)性與準確性,因此對于提高學(xué)生的團體協(xié)作能力以及充分掌握非牛頓流體的特性,都具有重要意義。
3 提高實(shí)驗教學(xué)效果的其他方案
要保證大學(xué)生課程實(shí)驗的教學(xué)效果,有效鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐與創(chuàng )新能力等綜合素質(zhì),不僅要遵循高!敖獭迸c“學(xué)”相結合的實(shí)驗教學(xué)機制,還應該注意以下幾個(gè)方面:
(1)材料科學(xué)與工程課程實(shí)驗教學(xué)的“與時(shí)俱進(jìn)”!盁o(wú)機材料科學(xué)與性能實(shí)驗”作為材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)無(wú)機非金屬材料方向的重要實(shí)驗課程,應面向工程與生產(chǎn)實(shí)際相結合,在實(shí)驗內容、實(shí)驗方法及實(shí)驗設備等方面都要與行業(yè)現有發(fā)展水平密切聯(lián)系。注意實(shí)驗教學(xué)設備的維護和更新,并積極引入新的實(shí)驗手段,真正使學(xué)生學(xué)有所用。
(2)建立全方位多層次的綜合考評機制。實(shí)驗教學(xué)之所以常常流于形式,主要由于實(shí)驗課程的成績(jì)評價(jià)標準比較片面,很難反映實(shí)驗教學(xué)的實(shí)施效果。學(xué)生的實(shí)驗報告只能作為學(xué)生課程實(shí)驗成績(jì)考核的一個(gè)方面,學(xué)生在具體實(shí)驗過(guò)程中的參與程度及其在實(shí)驗小組中的團隊協(xié)作表現都應納入考評。比如,實(shí)驗預習情況、課堂紀律、實(shí)驗操作的規范性等方面應該和實(shí)驗報告一起列入綜合評定基礎成績(jì)的衡量范圍,與此同時(shí),也應該通過(guò)實(shí)驗操作的抽考,對實(shí)驗過(guò)程中能否發(fā)現問(wèn)題、提出問(wèn)題和解決問(wèn)題,實(shí)驗報告分析中是否有自己的獨立思考與見(jiàn)解等方面來(lái)評定成績(jì)。
(3)培養學(xué)生嚴謹實(shí)驗、規范操作的習慣。大學(xué)實(shí)驗教學(xué)是養成學(xué)生良好習慣的重要平臺,不僅實(shí)驗過(guò)程中所用主要儀器設備(梅特勒臺式PH 計Seven-Compact系列S220多參數測試儀、博勒飛DV2T 型旋轉式黏度計、JS94H 型微電泳儀)的使用要嚴格遵循操作規程并按要求填寫(xiě)實(shí)驗記錄,實(shí)驗中用過(guò)的藥品也要及時(shí)歸位,燒杯、試管及瑪瑙研缽等使用完畢后也要及時(shí)清洗干凈,而且實(shí)驗結束后應自覺(jué)清理實(shí)驗臺并打掃實(shí)驗室衛生。良好的實(shí)驗室操作習慣是學(xué)生科學(xué)素養的重要體現,規范操作習慣的養成會(huì )使學(xué)生受益終生。
4 結語(yǔ)
通過(guò)“水泥漿體水化過(guò)程中pH 的測定”“水泥漿體水化過(guò)程中黏度的測定”和“陶瓷漿體ζ-電位的測定”3個(gè)課程實(shí)驗,將“教”與“學(xué)”作為一對有機體貫穿于整個(gè)實(shí)驗教學(xué)中,充分提高了學(xué)生的積極主動(dòng)性、參與度、動(dòng)手實(shí)踐能力、團隊協(xié)作能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在教育改革的大趨勢下,學(xué)生的動(dòng)手能力和自主學(xué)習能力成為衡量教育質(zhì)量的重要指標之一,我們保持教學(xué)思維的與時(shí)俱進(jìn),不斷更新適合現階段行業(yè)發(fā)展水平的教學(xué)方法,確保學(xué)生在實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中培養扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)基礎和良好的科研素質(zhì),才能使其在走向工作崗位后真正成長(cháng)為材料行業(yè)的中流砥柱。
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