淺談設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐能力的探究論文
實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高等學(xué)校教學(xué)工作中非常重要，是衡量學(xué)校教學(xué)科研質(zhì)量的一個(gè)重要因素，也是大學(xué)生個(gè)體工程素質(zhì)的體現(xiàn)。要達(dá)到培養(yǎng)具有高素質(zhì)創(chuàng)新能力的優(yōu)秀學(xué)生，探討有效、實(shí)用的創(chuàng)新素質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，無疑已經(jīng)成為當(dāng)前實(shí)驗(yàn)課面臨的一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的重要課題。而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，因其具有綜合性、全面性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性等區(qū)別于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為各個(gè)高校開展教改的一項(xiàng)重要課題。
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用某一門課程或多門課程的綜合知識(shí)，在給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒁蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，或指定實(shí)驗(yàn)儀器的情況下，由學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求獨(dú)立查閱資料、獨(dú)立制訂實(shí)驗(yàn)方案( 包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)工藝的選擇、實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟的擬訂等) 并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。材料成型及控制工程專業(yè)是吉林化工學(xué)院新開專業(yè)，幾年來，我們?cè)卺槍?duì)材料成型及控制工程專業(yè)學(xué)生開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)方面進(jìn)行了大量有益的嘗試與實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。本文對(duì)吉林化工學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性及特點(diǎn)加以闡述，并提出在該專業(yè)開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)思考。
1 開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要性
1. 1 利于學(xué)生運(yùn)用理論課程與實(shí)驗(yàn)課程綜合知識(shí)
材料成型及控制工程專業(yè)涉及的知識(shí)面很寬，需要掌握的理論知識(shí)也很多，通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)將這些復(fù)雜的專業(yè)課知識(shí)形象化非常重要。特別是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)而非驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)可以將各個(gè)知識(shí)相互貫通，互相連接，便于學(xué)生的綜合知識(shí)運(yùn)用。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與理論課的關(guān)系如圖1 所示。通過設(shè)計(jì)性專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)可以將晦澀難懂的專業(yè)知識(shí)通過具體實(shí)驗(yàn)過程展示給學(xué)生，讓學(xué)生自己動(dòng)手、動(dòng)腦，用更加形象、直接的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生更強(qiáng)的感性認(rèn)識(shí)，從而加強(qiáng)對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解和掌握。例如，在金屬學(xué)理論課中，講述亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼之間成分—組織—性能的關(guān)系問題，通過開設(shè)的“方便方法區(qū)分鋼的種類”實(shí)驗(yàn)，激起了學(xué)生的極大熱情。將同樣直徑尺寸的三類鋼，分給三組學(xué)生，每組3 人，每人都有自己的試樣。學(xué)生拿到試樣，打磨、拋光、腐蝕、金相觀察，自己親手看到試樣的組織形貌以便區(qū)分; 有的小組，采用硬度法，很快就區(qū)分了三類鋼; 更有細(xì)心的學(xué)生，在打磨過程中，發(fā)現(xiàn)三種鋼冒出的火花不同，以示區(qū)分，學(xué)生對(duì)鋼的種類有了更深入的`理解。遠(yuǎn)比老師在課程上照本宣科或者采用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證什么是亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的知識(shí)收獲更多。這種設(shè)計(jì)性專業(yè)實(shí)驗(yàn)可以將知識(shí)理解更深化、更具體，做到相輔相成的效果。
1. 2 利于培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力及工程實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)
工科的學(xué)生不僅要具備堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還必須具備一定的動(dòng)手能力。動(dòng)手能力過硬，有信心解決實(shí)際問題以及一些意想不到的困難，會(huì)使他們畢業(yè)后能勝任工作崗位。例如某一組學(xué)生在利用恒溫油浴爐做腐蝕實(shí)驗(yàn)時(shí)，油浴爐突然不工作了，他們沒有直接去找指導(dǎo)教師，而是斷電后，利用萬能表，逐一檢測(cè)是哪的原因。最后查出是油浴爐里的爐絲短路將保險(xiǎn)絲燒斷引起的，很好地解決了故障。另外，較好的動(dòng)手能力對(duì)于一些要繼續(xù)攻讀碩士、博士的學(xué)生而言，顯得更為重要。在碩士、博士階段，每一個(gè)人都要面對(duì)很多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，沒有一定的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力是不行的。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)每一名學(xué)生的動(dòng)手能力，讓他們可以學(xué)到在書本上學(xué)不到的東西。
創(chuàng)新是科技進(jìn)步的源動(dòng)力，實(shí)驗(yàn)本身就是一種創(chuàng)新。培養(yǎng)學(xué)生注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，開展設(shè)計(jì)性專業(yè)實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)具有非常重要的意義。從進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開始，學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)去親自動(dòng)手操作設(shè)備，實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程，處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。學(xué)生學(xué)會(huì)了材料性能檢測(cè)，各種力學(xué)設(shè)備如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、摩擦磨損等實(shí)驗(yàn)設(shè)備的熟練使用及分析; 熟練操作熱處理爐，根據(jù)不同工況及材料設(shè)定其合理的熱處理工藝，查閱圖書資料，完成各種介質(zhì)中的淬火操作; 洛氏硬度、布氏硬度和顯微維氏硬度計(jì)的使用、分析; 能獨(dú)立制備一個(gè)質(zhì)量較高的金相試樣( 包括磨樣、拋光、腐蝕) ，并能熟練應(yīng)用金相分析軟件進(jìn)行金相組織分析。
在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生難免會(huì)遇到這樣或者那樣的問題，學(xué)會(huì)自己去圖書館、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料，與同學(xué)、老師交流，解決問題、拓寬知識(shí)，這些對(duì)于他們都是非常重要的。通過開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦、工程實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)都非常有益。
1. 3 利于提高授課教師的自身素質(zhì)
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)涉及知識(shí)點(diǎn)多、設(shè)計(jì)難度較驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)難度大得多，提高教師的自身素質(zhì)是關(guān)系到這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)成敗的重要因素。各高等學(xué)校都非常注重高校教師隊(duì)伍的建設(shè)，包括引進(jìn)博士、到企業(yè)培訓(xùn)，甚至邀請(qǐng)專家等方式。多讓教師參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)，對(duì)提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)教師自身授課水平非常重要。教師在參與實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能學(xué)到很多知識(shí)，本身設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)就是一種極好的鍛煉。將科研工作中、工程實(shí)踐中的前沿課題放到課堂上來，為提高教學(xué)和科研的互補(bǔ)性提供基礎(chǔ)，從而做到教學(xué)與科研相輔相成，相互促進(jìn)。另外，教師在備課和講課之中也會(huì)提高自身的語言表達(dá)能力、邏輯思維能力和知識(shí)儲(chǔ)備。
2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特征主要體現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的探索性、學(xué)生參與的自主性和實(shí)驗(yàn)方法的多樣性。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在開設(shè)過程中，教師只布置實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟⑻峁⿲?shí)驗(yàn)場(chǎng)所和設(shè)備，不講解實(shí)驗(yàn)具體要求和講解操作過程。在實(shí)驗(yàn)中引入未知因素，讓學(xué)生受到從實(shí)驗(yàn)對(duì)象遴選、查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行完整的實(shí)驗(yàn)操作等系統(tǒng)的訓(xùn)練。這樣可以讓學(xué)生有更大的空間思考自己干什么、怎么干的問題。拓寬學(xué)生的探索創(chuàng)新空間，提高其分析問題、解決問題能力。這就是開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的精髓所在。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)具有一定的難度，應(yīng)該加強(qiáng)整體設(shè)計(jì)和綜合考慮。要注意教師的合理引導(dǎo)與學(xué)生自我積極性的激發(fā)相結(jié)合。在吉林化工學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室、分析測(cè)試中心以及工程訓(xùn)練中心提供的平臺(tái)上，由學(xué)生為實(shí)驗(yàn)的主體，主導(dǎo)并安排整個(gè)實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)教師則負(fù)責(zé)輔助指導(dǎo)與點(diǎn)評(píng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以新材料的研究模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生自立實(shí)驗(yàn)課題，并依托實(shí)驗(yàn)室資源由學(xué)生自己構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在實(shí)驗(yàn)中部分或全部體現(xiàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)。
引進(jìn)先進(jìn)方法、技術(shù)、設(shè)備等硬件設(shè)施，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更多涉及學(xué)科交叉，以擴(kuò)大學(xué)生的視野、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方法多樣性。同時(shí)，鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以達(dá)到舉一反三的目的; 可以采用不同方法達(dá)到一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)康�。既可以促使學(xué)生深入學(xué)習(xí)方法和原理，又可以得到實(shí)際操作能力的訓(xùn)練，鞏固理論教學(xué)效果。
3 全面開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些思考
3. 1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)投入
實(shí)驗(yàn)室硬件條件是保證設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)得以順利開展的最重要環(huán)節(jié)之一。應(yīng)該加大實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施投入，加大多臺(tái)套、多型號(hào)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定物質(zhì)層面的基礎(chǔ)。由于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生自主設(shè)計(jì)完成的，實(shí)驗(yàn)過程中失敗和反復(fù)的次數(shù)較多，這就要求有充足的經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地及時(shí)間保證。因此，教師可以通過立項(xiàng)獲得科研經(jīng)費(fèi)以及學(xué)校教改項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)，為順利開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供經(jīng)費(fèi)保證。
3. 2 開放實(shí)驗(yàn)室
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所安排的學(xué)時(shí)量偏緊，如吉林化工學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)的一個(gè)“合金鋼的熱處理工藝”實(shí)驗(yàn)，規(guī)定4 學(xué)時(shí)，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中所需要的實(shí)驗(yàn)課時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)驗(yàn)規(guī)定課時(shí)。這是由于本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多、過程復(fù)雜，每一單元環(huán)節(jié)要求高，實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的持續(xù)時(shí)間長，甚至很多需要重復(fù)實(shí)驗(yàn)所造成的。這也是大多數(shù)設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)所遇到的普遍問題。要合理解決好該問題，實(shí)驗(yàn)室要做到真正的開放，要在學(xué)生課余的時(shí)間段，包括周一至周五晚上、周末，百分之百開放實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供充分自主和開放的實(shí)驗(yàn)條件。
3. 3 提高教師自身素質(zhì)及涵養(yǎng)
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容廣，實(shí)驗(yàn)過程中的不確定因素多，教師指導(dǎo)時(shí)間長、工作量大，因此對(duì)教師的要求更高。要求教師要有過硬的理論知識(shí)、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、動(dòng)手能力，教師要不斷提高自身素質(zhì)，增強(qiáng)組織協(xié)調(diào)能力，與時(shí)俱進(jìn)，不斷充實(shí)自己。更重要的是，教師應(yīng)該具有“蠟炬成灰淚始干”的精神，要靜下心來加強(qiáng)修養(yǎng)，努力干好自己的工作。
4 結(jié)束語
設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，給學(xué)生提供了極大的自由發(fā)揮的空間，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能以及綜合分析問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，使學(xué)生的工程創(chuàng)新實(shí)踐能力得到全面鍛煉。盡管在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)過程中還存在很多不足，相信隨著經(jīng)驗(yàn)的積累以及與同行的交流與學(xué)習(xí)，以后會(huì)做得越來越好。
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