材料成型及控制工程專業(yè)設(shè)計型綜合實驗教學(xué)改革探索獲獎科研報告

材料成型及控制工程專業(yè)設(shè)計型綜合實驗教學(xué)改革探索獲獎科研報告摘要：本文著重闡述了材料成型及控制工程專業(yè)實驗教學(xué)體系的改革與實踐，分析了成型專業(yè)傳統(tǒng)實驗教學(xué)存在重理論、輕實踐且教學(xué)內(nèi)容與模式滯后的問題，提出了實驗教學(xué)應(yīng)與理論教學(xué)相結(jié)合，全面推進設(shè)計型綜合實驗的新思路。實踐證明：獨立開設(shè)設(shè)計型綜合實驗課，引進虛擬仿真先進技術(shù)改革教學(xué)模式，完善實驗考核制度可全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為高校材料類實驗教學(xué)改革提供借鑒。

關(guān)鍵詞：材料成型及控制工程實驗教學(xué)存在問題對策

1.引言

實驗教學(xué)是整個高等學(xué)校（簡稱高校）教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，與學(xué)科結(jié)構(gòu)、課程體系和教學(xué)改革密切相關(guān)。它不僅是對理論教學(xué)的驗證、補充和拓展，更是培養(yǎng)學(xué)生獨立解決實際工程問題能力、提高學(xué)生自主創(chuàng)新能力、實踐動手能力和綜合素質(zhì)的重要途徑[1]-[2]。由于材料成型及控制工程專業(yè)（簡稱成型專業(yè)）屬于實踐性比較強的學(xué)科，在做好專業(yè)理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，加強對實驗教學(xué)培養(yǎng)模式、理念和管理機制的改革與創(chuàng)新，最大限度地發(fā)揮實驗教學(xué)的作用，對于提高學(xué)生的實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力具有重要意義。

2.成型專業(yè)實驗教學(xué)不足

2.1實驗教學(xué)嚴重依附理論教學(xué)

受傳統(tǒng)觀念影響，高校一直以理論教學(xué)為主，實踐教學(xué)為輔。理論教學(xué)體現(xiàn)了學(xué)術(shù)性，實踐教學(xué)是理論教學(xué)的一個環(huán)節(jié)、一個補充[3]。在成型專業(yè)實驗教學(xué)過程中，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)也得不到足夠重視。主要表現(xiàn)為學(xué)時較少；實驗內(nèi)容嚴重依附于理論教學(xué)；各個實驗之間彼此獨立，缺少聯(lián)系和配合；各門實驗課程規(guī)模小且分散，實驗課安排伸縮性、隨意性強；教學(xué)內(nèi)容相互脫節(jié)，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)容遺漏和重復(fù)設(shè)置的現(xiàn)象。在教師和學(xué)生的潛意識中，實驗教學(xué)只是理論教學(xué)的輔助手段，造成對課堂紀律、出勤率、課堂教學(xué)質(zhì)量、課后實驗報告等環(huán)節(jié)的重視程度明顯不足。學(xué)校常以理論教學(xué)為主要的考評依據(jù)評價教學(xué)質(zhì)量，或者進行教學(xué)檢查時實驗教學(xué)僅占很小的部分。另外，部分實驗教師本身沒有正確認識實驗教學(xué)與理論教學(xué)的區(qū)別，忽視了理論知識重在實踐應(yīng)用，未能形成以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程實踐能力為主線的實驗教學(xué)體系，長此以往根本不能適應(yīng)材料類專業(yè)的定位目標[3]。可以說，實驗教學(xué)處于理論教學(xué)的從屬地位，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力中發(fā)揮的作用遠遠不夠，嚴重影響教學(xué)質(zhì)量。

2.2實驗教學(xué)缺乏科學(xué)的管理與指導(dǎo)

實驗教學(xué)過程中，由于學(xué)生人數(shù)多，相對散亂，給管理帶來了很多不便。第一，讓一些逃課的同學(xué)有機可乘。請同學(xué)“代到”、“幫忙簽名”，甚至在老師點名后便不見蹤影等現(xiàn)象屢見不鮮；第二，學(xué)生實驗操作能力存在差異，難免有損壞設(shè)備、浪費材料的現(xiàn)象，給教師的指導(dǎo)工作帶來不便；第三，有的實驗具有一定的危險性，盡管教師反復(fù)強調(diào)注意安全，仍然有學(xué)生在好奇心、粗心的驅(qū)使下做出違反實驗規(guī)章的事情，帶來極大的安全隱患；第四，為了保證學(xué)生的絕對安全和實驗室設(shè)備的完好，如合金熔煉及澆注，教師只能親自示范，學(xué)生只需記錄操作步驟和實驗結(jié)果，任務(wù)單一且缺乏實踐性?？傊鲜鲈蚨即蟠笤黾恿藢嶒灲虒W(xué)的工作量，對實驗室的管理和維護等提出了極高的要求。

2.3實驗教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)模式滯后

受實驗條件的限制，有的高校存在實驗課程開設(shè)少、實驗內(nèi)容陳舊、驗證性實驗所占比例偏高等問題。對于培養(yǎng)學(xué)生綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性能力的實驗偏少，體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和專業(yè)特色的實驗就更少，根本做不到與時俱進式地教學(xué)。在實驗教學(xué)方法上，仍采用“填鴨式、依葫蘆畫瓢”的方式，網(wǎng)絡(luò)科技、虛擬仿真等先進實驗技術(shù)尚未在教學(xué)中推廣應(yīng)用。對于學(xué)生而言，過于依賴實驗指導(dǎo)書，每次實驗按部就班操作，急于完成實驗，根本不設(shè)計、分析和思考其中的原因及原理。學(xué)生作為實驗主體，在實驗教學(xué)中不能充分發(fā)揮主觀能動性，依然處于機械式照搬實驗書和被動學(xué)習(xí)的狀態(tài)，在一定程度上對學(xué)生的開放創(chuàng)新思維起到抑制作用，不利于他們獨立思考、創(chuàng)新能力和分析解決問題能力的培養(yǎng)。

2.4實驗設(shè)備和實驗經(jīng)費不足

成型專業(yè)實驗涉及購買實驗原材料、制備試樣、試樣組織與性能觀測分析等，需要大型實驗設(shè)備，且實驗周期長、原材料價格貴、分析測試費用高。近年來，高校不斷擴招，一方面實驗儀器數(shù)量不夠，另一方面也許投入更多的經(jīng)費。為了保證實驗教學(xué)質(zhì)量，勢必需要增加實驗崗教師，購買更多的儀器設(shè)備、增添實驗場地等，這就需要學(xué)校加大對實驗教學(xué)的經(jīng)費投入。倘若經(jīng)費不足，不但影響實驗教學(xué)作用的正常發(fā)揮，更在一定程度上使實驗崗教師工作積極性乃至學(xué)生學(xué)習(xí)熱情下降。

2.5考核機制不完善

科學(xué)地評定學(xué)生的實驗成績對引導(dǎo)學(xué)生重視實踐教學(xué)，正確處理知識、能力和素質(zhì)的關(guān)系具有導(dǎo)向作用[4]。目前實驗教學(xué)中，教師要么根據(jù)學(xué)生實驗報告給出成績，要么將實驗成績依附于理論考試成績給出課程總成績，不能充分反映學(xué)生的實驗設(shè)計、實踐能力、數(shù)據(jù)處理及分析問題等綜合實驗?zāi)芰Α＿@樣的考核機制無形中削弱了學(xué)生實驗的積極性，降低了學(xué)生對實驗課程的重視程度，甚至出現(xiàn)了抄襲、篡改、編造實驗結(jié)果和實驗報告的現(xiàn)象，這兩種考核機制均不完善[5]-[6]。

3.成型專業(yè)實驗教學(xué)改革

3.1設(shè)計型綜合實驗教學(xué)

我校成型專業(yè)實驗教學(xué)在課程體系總體規(guī)劃上，廣泛收集工科專業(yè)工程實踐的教學(xué)資料，單獨設(shè)立了能夠突出不同專業(yè)方向能力的設(shè)計型綜合實驗，涵蓋了鑄鍛焊三個方向的多個工藝方案。實驗內(nèi)容分為：選材（成分設(shè)計）、材料成形工藝設(shè)計、材料性能測試與分析、材料微觀組織檢測與分析、計算機輔助模擬設(shè)計和工藝方案優(yōu)化設(shè)計6個實驗?zāi)K。教學(xué)過程側(cè)重材料成型原理及材料成型控制技術(shù)、成型過程組織變化規(guī)律及相關(guān)的現(xiàn)代測試技術(shù)方法的訓(xùn)練，以進一步學(xué)生對材料加工工藝、性能和組織間相互關(guān)系的深入理解。學(xué)生從選題、查閱文獻，到設(shè)計實驗方案、工藝流程，到選擇實驗設(shè)備、儀器，直至完成實驗記錄、實驗報告和參加答辯，整個實驗過程全部由自己獨立完成。這種教學(xué)方式模擬了實際工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的基本過程，向企業(yè)工藝設(shè)計工程師工作看齊，目的是讓學(xué)生在掌握相關(guān)專業(yè)知識的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)生綜合能力為目標，對學(xué)生專業(yè)知識交叉滲透、相互融合的能力進行培養(yǎng)和訓(xùn)練，提高了學(xué)生查閱資料能力、實驗動手能力、綜合分析能力[7]-[8]，使其掌握正確的實驗設(shè)計方法和科學(xué)研究方法，強化實驗技術(shù)和技能，突出對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力及工程素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。通過上述實踐訓(xùn)練給學(xué)生創(chuàng)造了運用理論教學(xué)知識解決實際問題的環(huán)境，讓學(xué)生學(xué)以致用，實現(xiàn)從理論向?qū)嵺`能力的轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析、解決問題的能力。3.2開放性實驗教學(xué)

我校成型專業(yè)實驗教學(xué)在開設(shè)設(shè)計型綜合實驗的同時還引進了開放式實驗教學(xué)。該系統(tǒng)的核心是教師與學(xué)生角色的轉(zhuǎn)變，教師主要發(fā)揮啟發(fā)和引導(dǎo)作用，學(xué)生由“填鴨式”的被動學(xué)習(xí)變?yōu)椤昂＞d式”的主動學(xué)習(xí)。在保證正常教學(xué)的前提下，實驗室實行全天開放，學(xué)生可根據(jù)自身實際情況選擇時間進行不同的實驗。在實驗教師的指導(dǎo)下，學(xué)生以小組或個人為單位獨立完成實驗，通過查閱文獻資料、制訂實驗方案及工藝路線，充分發(fā)揮主觀能動性和創(chuàng)造性，自主選擇實驗設(shè)備儀器、工藝方法、實驗流程。開放式實驗教學(xué)系統(tǒng)，不僅有利于學(xué)生獨立工作、分析解決實際問題能力的提高，更能促進學(xué)生個性化的發(fā)展和創(chuàng)新思維的發(fā)揮，在整個實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中真正確立了學(xué)生的主體地位。這極大地推動了教學(xué)改革向更深層次發(fā)展，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力營造了理想的教學(xué)環(huán)境[9]-[10]。

3.3完善實驗教學(xué)考核制度

實驗考核考核實行目標控制，依據(jù)實驗教學(xué)目標進行考核，設(shè)計型綜合實驗成績評定與理論課一樣嚴格?？己藘?nèi)容包括：上課出勤率（10%）、動手實踐能力（20%）、相互協(xié)作能力（10%）、實驗記錄（150%）、實驗報告（15%）、綜合答辯（30%）。其中，出勤率通過點名、簽到形式完成；動手能力需在實驗操作現(xiàn)場考核，著重考查學(xué)生制訂實驗方案的合理性，實驗操作的規(guī)范程度；相互協(xié)作能力主要是通過將個人成績與小組總成績捆綁實現(xiàn)，目的是鼓勵學(xué)生發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的團隊精神；實驗記錄和實驗報告是學(xué)生完成整套實驗流程的記錄和總結(jié)；綜合答辯環(huán)節(jié)中，一方面根據(jù)學(xué)生利用計算機輔助工藝設(shè)計時，計算機評定的工藝方案結(jié)果，另一方面根據(jù)學(xué)生實驗項目的完成情況提出問題，學(xué)生根據(jù)自己所掌握的知識進行回答。教師參照學(xué)生以上表現(xiàn)，給出設(shè)計型綜合實驗的最終成績。

3.4虛擬仿真實驗教學(xué)

我校成型專業(yè)實驗教學(xué)積極探索理論教學(xué)與實驗教學(xué)相結(jié)合的新方式，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，刪去落后的實驗，減少驗證性實驗。將先進的網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)引入實驗教學(xué)系統(tǒng)，開展直觀教學(xué)，改革實驗教學(xué)的模式。目前，我校成型專業(yè)實驗教學(xué)正在積極構(gòu)建實驗虛擬仿真系統(tǒng)、多媒體實驗操作系統(tǒng)。實驗虛擬仿真系統(tǒng)主要是針對精密大型設(shè)備的內(nèi)部構(gòu)造原理，實驗過程復(fù)雜、實驗成本較高的實驗內(nèi)容而設(shè)計的一個實驗教學(xué)子系統(tǒng)。實驗操作系統(tǒng)是一套能夠播放實驗錄像視頻資料的實驗教學(xué)子系統(tǒng)，如老師根據(jù)實驗教學(xué)的需求播放能夠?qū)τ嘘P(guān)工藝方案——顯微組織進行動態(tài)演示和分析的實驗錄像資料。這種虛擬仿真教學(xué)模式信息量大、內(nèi)容豐富、直觀易懂，使得學(xué)生積極投入教學(xué)活動，實現(xiàn)以學(xué)生為主體的啟發(fā)式教育，對于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、思考和解決問題的能力起到十分積極的作用。

4.余論

競爭在教育，取勝在人才。當