“材料科学与工程专业综合设计实验”课程改革探索

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  摘要:材料科学与工程专业综合设计实验是我校为材料科学与工程专业高年级本科生开设的开放性实践必修课程。课程为实践性教学,在基本技能教学实验的基础上,把多个实验单元组合起来,结合具体的理论分析,学生综合运用所学的基本实验技能和实验方法去完成一个探索性科研项目。在教学实践过程中,我们进行了一系列改革创新,获得了较好的教学效果。
  关键词:材料科学与工程;教学改革;教学研究
  材料科学与工程专业综合设计实验是我校为材料科学与工程专业高年级本科生开设的开放性实践必修课程。课程总学时4周,全部为实践性教学,分为矿物资源及工业固体废弃物利用、胶凝材料、陶瓷材料、耐火材料、纳米材料、新能源材料等方向,每个方向包含若干专题,学生依据兴趣和专业要求,系统开展从原料选择与加工、材料设计与制备、性能测试与分析的系列实验与研究,最终独立完成实验研究报告。材料科学概论、无机材料科学基础、无机材料工艺学、工业矿物与岩石、材料工程基础、现代测试技术等课程为该课程的前导性课程。通过本课程的学习,学生们要掌握原料选择与加工、材料设计与制备、材料性能测试与分析的系统方法与技术,提高动手能力、分析和解决问题的能力,运用所学知识分析材料制备工艺-显微结构-性能之间内在联系,强调培养学生的综合研究能力,引导学生积极参与科研实践,做到学以致用。
  一般来说,材料科学与工程专业实验分为基本技能教学实验和研究探索型综合实验。基本技能实验是给学生讲授材料科学与工程专业的基本实验方法和技术、常用实验仪器的基本操作,如材料的结构表征、物理化学性能测试等实验。通过理论讲授和实际操作训练,让学生了解掌握XRD、扫描电镜、红外-拉曼、网络分析仪、力学性能测试机等仪器和设备的基本操作,为今后从事材料科学与工程相关的科研工作打下基础。
  本课程则全部为实践课,是在基本技能教学实验的基础上,把多个实验单元组合起来,结合具體的理论分析,学生综合运用所学的基本实验技能和实验方法去完成一个探索性科研项目的训练过程。教学以学生实践为主,分为3-4人一组,自行查阅、分析资料,在指定的原料中选择,拟定配方及制备工艺,并由相应专业教师审核指导,系统开展从原料选择与加工、材料设计与制备、性能测试与分析的系列实验与研究。在教学实践过程中,我们进行了一系列改革创新。
  首先是把学生的实验探索与科研项目结合起来。注重教学与科研相结合,在一些专业课的讲授过程中,教师们把课程内容与自己承担的科研项目、获得的科研成果及相关研究领域的最新科研成果结合起来。让同学们了解当前材料科学发展的前沿,不仅能提高同学的学习兴趣,还能为学生今后从事材料科学与工程相关的科研工作打下良好的基础。通过教师的教学,学生了解了教师的研究工作,在具体分组的研究内容选择上,我们鼓励同学们选择感兴趣的教师的研究内容,通过文献调研设计实验内容,找研究相关内容的教师讨论修改,并在具体实验过程中请求相关教师指导,获得了很好的效果。
  另外,我校每年都要设立本科生创新计划项目,专任教师会根据自己所承担的科研项目,选择其中一部分内容,设立一个适合本科生参与的科研课题,安排本科二年级以上的学生参加,通过学校教务处组织项目申报、立项答辩,确定项目等级(国家级、省部级、校级),参加的学生获得实践学分。这些举措相当于给大部分本科二年级的学生配备了专业的科研导师,使本科生和本专业教师提前建立了联系。本科生在业余实践参加专业教师的课题组,参加学术讨论,接受学术熏陶,让学生尽早了解本学科的研究内容和研究方向,培养学生的创新意识和动手能力。在本课程的教学实践中,我们鼓励学生继续研究之前参加的创新计划项目,做出更好的成果。
  在考试方式及成绩评定办法方面,我们全面考查学生的实验工作态度、实验操作技能和实验研究报告,综合评价,力求做到公平公正,大多数学生都认可这样的评定方式。
  通过这些措施,大多数本科生得到了良好的科研训练,涌现出了一批有潜力的苗子。有的本科生在专任教师的指导下获得了很好的科研训练,取得了不少研究成果,有些本科生还发表了相关的研究论文,有些论文还是发表在相关领域国际著名的期刊上。还有一些本科生的研究成果参加了如挑战杯等各级科技竞赛,也获得了优异的成绩。另外,我们还将本课程与认识实习及生产实习的内容结合起来进行。认识实习和生产实习是本科生参与社会实践活动的关键环节,让学生对材料科学与工程专业有一个全面的认识,同时提高了同学们理论联系实际的能力和动手能力。
  通过以上教学实践改革的尝试,使同学们对材料科学与工程专业的相关研究工作有了更清晰的认识,学习积极性得到了很大提高,取得了较好的成绩,优秀率超过80%,说明我们的改革是成功的。当然,材料科学与工程研究的发展日新月异,教学实践也会不断碰到新问题,我们应该不断地进行教学改革研究,为国家培养新时代需要的创新型人才。
  参考文献:
  [1] 理查德 J.布鲁克.陶瓷工艺[M].北京:科学出版社,1999.
  [2] 徐惠忠.固体废弃物资源化技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
  (作者单位:中国地质大学(北京)材料科学与工程学院)
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