专业综合实验教学改革与实践

摘 要：专业综合实验是材料类专业一门重要的实践性教学课程。为提高学生的综合素质和创新能力，实现应用型人才培养目标，高校需要对专业综合实验教学进行改革，实行“自助式”实验教学模式。实践结果表明，专业综合实验教学改革在提高学生综合素质和创新能力方面取得了良好的效果，同时也促进了教师专业水平的提高。

关键词：专业综合实验；教学改革；自助式；材料类专业

实验教学是高校教学工作的重要组成部分，与理论教学相辅相成。材料类专业是实践性很强的专业，实验教学对该专业大学生创新能力、动手能力的培养具有重要意义。近年，许多高校对材料类专业实验教学进行了改革，开设了各种模式的综合型实验， 取得了一些富有成效的经验。中原工学院专业综合实验课程是材料科学与工程专业、材料成型与控制工程专业教学计划中一个重要的实践性教学环节，属于独立设置的实验教学必修课，目的是使学生运用所学专业知识和技能，综合处理实际工作中遇到的问题，提高解决实际问题的能力，为以后从事金属材料的生产和科研奠定基础。

中原工学院材料类专业从2007级学生开始，独立设置专业综合实验课程。实验项目是给出一系列机械零件名称及所用的材料，提出技术要求，要求学生自由选择题目，根据题目要求制订热处理工艺方案，并完成相应的组织与性能检测。专业综合实验的开设，虽然在一定程度上增强了学生的创新意识与实践能力， 学生的自主设计、自主学习能力都有所提高， 取得了一定的教学效果，但学生的积极性、主动性及创造性未能得到充分发挥。为此，课程组对专业综合实验教学进行了改革，结合工程实际生产与教师的科研项目，增加了一些新的实验项目，提出了专业综合实验“自助式”实验教学模式，经过3年实施，取得了良好的效果。

一、“自助式”实验教学特点

“自助式”实验教学是指在实验教学中，以学生为主、教师为辅的教学方法，即以学生为中心，教师围绕学生的思路进行辅导教学，由学生根据自己的意愿、兴趣完成整个实验过程。学生自由选择实验项目、仪器设备，自主设计、实施实验方案，独立获得实验数据、完成实验报告。在整个实验过程中，教师仅提供实验项目，提出实验要求，进行必要的指导，充分发挥了学生的自主性和能动性。

“自助式”实验教学具有以下特点及作用：（1）实验项目数量充足，学生可以根据自己的专业兴趣选择题目，有利于提高学生学习的积极性和主动性。（2）一个实验项目一般由3～5名学生共同完成，大家相互讨论制订实验方案，分工合作，共同完成整个实验，有利于培养学生的团队精神、协调能力及组织能力。（3）实验方案及实验过程由小组学生自主完成，能够培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力及创新能力。（4）实验设备由学生自己选择，设备的参数由学生自己调试，有利于培养学生严谨认真的工作态度和实践能力。（5）“自助式”实验不同于以往的简单验证性实验，具有综合性、设计性和创新性。一个实验不仅需要以前学过的知识，而且需要一些未曾接触过的新知识，需要学生去查阅相关资料，有利于培养学生综合运用所学知识解决问题的能力及查阅文献资料的能力。（6）学生自选项目多样，涉及的知识比较宽泛，需要指导教师有宽广的知识面，这样指导学生才能得心应手。

二、专业综合实验教学内容的设计

专业综合实验作为中原工学院材料类专业的一门课程，注重对学生进行综合技能的训练，培养学生独立分析、解决问题的能力。

选题是综合实验的第一步。在选题时，应充分考虑实验内容与理论课程的关联性，依托理论课程体系的学科基础课、专业课和专业方向课平台构建相应的实验体系。同时，紧密结合各专业当前的发展方向，注重选题的新颖性。综合实验的题目可以与实际生产相结合，也可以与教师的科研课题相结合，还可以由学生自己提出，老师审定。每一实验项目的设计都以某一零件的材料选择为主线，综合运用了多门理论课知识和多项实验技能。经过近几年的实践，最后精选出三个方向的实验项目（每个方向的实验项目都有具体的实验内容及要求）：（1）常用机械零件的热处理及组织与性能分析，要求每个小组在所给的零件中任选其一，然后进行组织和性能分析。（2）等离子表面改性处理及组织与性能分析，要求每个小组在给定的基体材料、熔覆粉末及处理方式中至少选择一种基体材料、一种处理方式，若进行熔覆处理只选择一种粉末，先进行表面改性处理，然后分析其组织和性能。（3）合金的设计与熔炼及组织与性能分析，要求每个小组在给定的材料中熔炼一组不同成分的合金，然后分析其组织和性能。每个实验题目由3～5人为一组完成。学生可以根据自己的意愿和专业知识兴趣选择实验项目，指导老师只提出最终实验要求。这样的实验项目内容设计要求学生能够将材料科学基础、材料性能与检测、金属材料及热处理等相关理论知识结合，达到理论知识的有机融合；将热处理工艺操作技术、金相试样制备技术、金相组织摄影及分析技术、相关性能测试技术等相关实验技能结合，达到实验技能的有机融合。通过这样的实验项目，可以达到对学生进行运用理论知识，提高实验技能、分析能力、实践能力、创新能力和工程意识综合训练的目的。

三、专业综合实验教学的组织与实施

专业综合实验教学时间为2周， 主要安排在大四上学期，在学生学完全部专业课并具备了基本实验技能的基础上开设。具体做法是：学生自由组合成小组，每个小组选择一个题目，由小组拟定实验方案，独立操作与分析判断实验结果，写出实验报告，最后进行汇报答辩。如果学生选择一个具体的零件，就要按照零件的技术要求，进行合理选材，安排加工工艺路线，画出热处理工艺曲线，明确如何检测热处理后的组织和力学性能。经指导教师审阅合格后，学生才能进入实验室做实验，按照制定的工艺路线进行热处理，制作金相试样观察组织并测试、分析材料的性能，比较处理前后材料组织性能的变化及其规律。整个实验由学生独立完成，由学生自主查阅相关资料、确定实验工艺、处理实验数据、分析实验结果。

在实验过程的组织和实施中，每一组学生都由理论课教师和实验课教师（两位教师）指导。在整个实验过程中，教师只解答学生在实验中遇到的问题，引导他们独立思考，学会解决具体问题的方法和步骤， 锻炼学生的思维方法及综合处理解决问题的能力，从而促使学生由被动接受一个实验项目转变为自主运用所学理论知识解决实际问题，有效提高了学生的创造思维能力，锻炼了其独立实验技能，培养了其材料工程意识。

实验后的总结非常重要，它是学生分析问题、解决问题的重要环节。要求学生首先独立思考，然后相互讨论，将实验以实验报告的形式进行总结。报告内容包括实验内容、实验方案、实验方法、实验结果和结果分析，最后以小组为单位做成PPT，进行汇报答辩。小组之间可以互相提问、讨论，最终由教师点评。通过汇报、小组之间的提问及教师点评，有助于学生对各自试验结果与相似小组进行比较，从而加深学生对实验结果的理解，拓展学生的知识面，激发学生复习理论知识的积极性；既提高学生分析问题、解决问题的能力，为以后从事材料科学研究打下良好的基础，又能增强学生的成就感，培养他们的专业兴趣及爱岗敬业的职业道德。

每个小组的最终成绩由指导教师和其他小组综合评定，指导教师评价占60%，学生评价占40%。指导教师根据实验小组的整体实验方案、实验进展情况、实验过程中的表现、实验结果、分析讨论情况、报告的质量及汇报答辩情况进行整体评价，给出每个小组的成绩。同样，每个小组也同时给出其他小组的成绩。综合教师和小组评定，最后给出每个小组的成绩。小组内每个学生的成绩由指导教师和小组组长根据其综合表现和实验报告质量在小组成绩基础上给出。实验评判鼓励创新，只要有创意，实验思路明晰，操作无误，分析准确到位，结果合理，就可以评定为优秀的实验报告。这样评分既公平，又能提高学生的参与意识和积极性。

四、专业综合实验教学改革实施效果

1.提高了学生的综合素质和创新能力

通过近几年的专业综合实验课教学训练，学生普遍反映动手能力得到了很大的提高。大多数学生能够独立操作实验设备，熟练掌握熔炼设备、表面处理设备、热处理设备的操控及金相试样的制备、金相组织观察与摄影、力学性能测试等材料专业基本实验技能，同时在实验过程中一些新思维、新想法不断涌现，这对学生的个性发展和创新能力的培养起到了积极的推动作用，有利于培养具有开拓意识、创新能力的新型人才。此外，实验过程中需要小组同学之间相互协作，又培养了学生的团队协作精神及协调能力。

2.提高了教师的专业水平

“自助式”专业综合实验课的开设对指导教师提出了较高的要求，要求指导教师必须提供充足的实验项目，供学生自由选择。此外，学生在综合实验及小组汇报答辩过程中都会遇到各种各样的理论和实际问题，有些问题需要指导教师查阅相关资料或者向企业工程技术人员及其他教师请教，经过深入思考才能加以解决，有利于促进教师专业水平的提高。

五、结语

专业综合实验教学经过几年的摸索和实践，采用“自助式”实验教学模式，取得了良好的效果。学生通过专业综合实验，提高了基本实验技能，加深了对所学专业理论知识的理解，锻炼了理论联系实际、综合应用专业知识解决实际问题的能力，提高了对专业的认知、兴趣及工程意识，为后期的毕业设计及毕业后的工作奠定了良好的基础。

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责编：沐 林