談無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

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摘要：“雙一流”建設(shè)和“新工科”建設(shè)對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了新要求，為了培養(yǎng)適應(yīng)社會需求的創(chuàng)新意識強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、學(xué)科視野寬的復(fù)合型高素質(zhì)人才，通過分析現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系存在的問題，以無機(jī)非金屬材料專業(yè)為例，提出系列改革措施，提高學(xué)生動手與創(chuàng)新能力，培養(yǎng)高素質(zhì)一流本科人才。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；一流本科人才培養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，教育教學(xué)的中心任務(wù)之一是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力[1-4]。作為學(xué)校傳統(tǒng)優(yōu)勢專業(yè)和“雙一流”建設(shè)重點(diǎn)學(xué)科專業(yè)，承擔(dān)著培養(yǎng)材料科學(xué)與工程領(lǐng)域高素質(zhì)拔尖創(chuàng)新人才的重任。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一些問題，如學(xué)生課前預(yù)習(xí)和相關(guān)知識儲備不充分，實(shí)驗(yàn)教師不得不占用實(shí)驗(yàn)課堂時間重新講解預(yù)習(xí)內(nèi)容，實(shí)際動手操作時間減少，實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量不能充分保證。實(shí)驗(yàn)課中儀器操作復(fù)雜，動手能力要求高，實(shí)驗(yàn)教師運(yùn)用課堂集中演示講解的傳統(tǒng)方式效果欠佳。測試設(shè)備更新?lián)Q代快，實(shí)驗(yàn)室擁有的同類教學(xué)設(shè)備存在規(guī)格型號多樣化、儀器結(jié)構(gòu)和工作原理差異化現(xiàn)象，有限的課堂時間難以讓學(xué)生對所有儀器進(jìn)行操作使用，不能充分利用先進(jìn)設(shè)備資源。部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目原理抽象難懂且耗時長，有限的實(shí)驗(yàn)課時無法完成實(shí)驗(yàn)操作全過程，影響教學(xué)效果。實(shí)驗(yàn)室計量認(rèn)證和實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可已成為測試行業(yè)必備的資質(zhì)和實(shí)驗(yàn)室水平的標(biāo)志，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中很少以國家標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不利于學(xué)生科學(xué)規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)技能養(yǎng)成。實(shí)驗(yàn)課在介紹儀器構(gòu)造原理時，通常是按照書本圖示加口頭描述進(jìn)行講授，抽象不直觀，與理論課教學(xué)沒有明顯區(qū)別，學(xué)生對儀器的掌握主要停留在面板上按鈕和開關(guān)的使用，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有直觀的了解，影響對儀器設(shè)備功能的拓展和創(chuàng)新開發(fā)。缺乏有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核方式，基本以提交的實(shí)驗(yàn)報告為主，而實(shí)驗(yàn)往往是分組完成，組內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同，無法區(qū)分學(xué)生是否認(rèn)真參與實(shí)驗(yàn)，有效區(qū)分度的缺乏挫傷認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)學(xué)生的積極性[5]。這些問題嚴(yán)重影響到教學(xué)質(zhì)量的提高，亟待解決。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

（一）建立網(wǎng)絡(luò)微課程平臺，實(shí)現(xiàn)線上自主學(xué)習(xí)利用微信訂閱號，建立實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)資料庫，打造動態(tài)在線學(xué)習(xí)資源庫，包括實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、PPT課件、背景知識、相關(guān)理論知識、安全知識、同類儀器設(shè)備功能與技術(shù)參數(shù)介紹、國家標(biāo)準(zhǔn)文件、練習(xí)題、預(yù)習(xí)考核題等。將難點(diǎn)、關(guān)鍵操作介紹制作成短小精煉的微視頻，推送至訂閱號，供學(xué)生課前自主學(xué)習(xí)，避免在實(shí)驗(yàn)課上浪費(fèi)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(kuò)大學(xué)生掌握使用儀器的數(shù)量。利用微信公共平臺，實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課前建立聯(lián)系群，討論問題、答疑解惑，有效避免學(xué)生課前準(zhǔn)備不足狀況，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)，在平臺上提出預(yù)習(xí)考核申請，成績合格后可預(yù)約實(shí)驗(yàn)課時間。

（二）引入虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘故境橄蟮膶?shí)驗(yàn)原理，還原真實(shí)具體的實(shí)驗(yàn)過程。針對某些無法觀察、實(shí)驗(yàn)時間過長等的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如“固態(tài)物質(zhì)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(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，以虛輔實(shí)，虛實(shí)結(jié)合，優(yōu)勢互補(bǔ)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

（三）國標(biāo)要求引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)預(yù)習(xí)階段，要求學(xué)生學(xué)習(xí)相應(yīng)國標(biāo)文件。依據(jù)國標(biāo)及時修改實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，制訂符合國標(biāo)的實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范和內(nèi)容。按照修訂后的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書進(jìn)行規(guī)范實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生標(biāo)準(zhǔn)化意識和在科研中應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的自覺性，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的科研態(tài)度。

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

（五）建立科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)課程過程評價體系科學(xué)合理地評價考核方法，不是單純看實(shí)驗(yàn)結(jié)果的好壞，過程性評價能更科學(xué)地檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)效果等。考核內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)態(tài)度，如學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)時長、自我測試成績、課堂參與程度、同學(xué)間協(xié)作能力、實(shí)驗(yàn)安全意識、紀(jì)律衛(wèi)生情況等。實(shí)驗(yàn)操作包括實(shí)驗(yàn)儀器操作的規(guī)范性、過程的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)素質(zhì)與創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與實(shí)驗(yàn)報告書寫水平，如實(shí)驗(yàn)報告格式規(guī)范、內(nèi)容完整無缺、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理，以及根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提出結(jié)論性意見和改進(jìn)性意見。

二、改革成效

強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)，增設(shè)預(yù)習(xí)考核。學(xué)生事先在課下學(xué)懂微課程中的教學(xué)資料和教學(xué)視頻，預(yù)習(xí)考核合格后，方可參加課程實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)操。如考核未通過，則不能進(jìn)入課堂實(shí)驗(yàn)預(yù)約環(huán)節(jié)。提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效果。微視頻使學(xué)生在課前對儀器設(shè)備功能及操作方法有基本了解，避免在實(shí)驗(yàn)課上浪費(fèi)過多時間熟悉儀器。實(shí)驗(yàn)教師不再占用課堂時間來講授實(shí)驗(yàn)原理，將更多時間留給學(xué)生動手實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)向?qū)W生為中心的回歸。學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后仍可通過微信公眾號平臺進(jìn)行查漏補(bǔ)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(xué)科前沿知識，供學(xué)有余力的學(xué)生學(xué)習(xí)參考。多臺套不同型號同類儀器設(shè)備使用方面，由原先實(shí)驗(yàn)教師指定學(xué)生使用哪臺儀器設(shè)備變?yōu)閷W(xué)生自主選擇，增加了學(xué)生參與度，激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情。虛擬仿真技術(shù)能夠?qū)⑽⒂^抽象、實(shí)驗(yàn)周期長或操作環(huán)節(jié)有危險的實(shí)驗(yàn)，通過虛擬場景直觀形象展現(xiàn)出來，再現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)的全過程，加深學(xué)生對理論的理解與認(rèn)知，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，獲得良好實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。利用實(shí)驗(yàn)室已獲得CNAS和CMA認(rèn)可檢測項(xiàng)目的資源優(yōu)勢，按照相應(yīng)國標(biāo)要求開展實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)測試水平和能力，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。將老舊儀器設(shè)備改造加工，變成內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能可視的標(biāo)本式教學(xué)專用儀器設(shè)備，深化學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的理解和掌握，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識。通過過程性考核評價，學(xué)生實(shí)驗(yàn)課前有預(yù)習(xí)，課后能復(fù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)報告撰寫細(xì)致規(guī)范。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中能做到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的認(rèn)真觀察和實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范進(jìn)行，觀察能力、動手能力和獨(dú)立操作能力得到顯著提高。有利于培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力，有利于加強(qiáng)教學(xué)過程控制，有利于考核的全面性、規(guī)范性和科學(xué)性，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動性。

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作者：毛璟紅 孫建林 單位：北京科技大學(xué)大學(xué)