淺談設(shè)計性實驗對學(xué)生工程實踐能力的探究論文
實驗教學(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)量的一個重要因素，也是大學(xué)生個體工程素質(zhì)的體現(xiàn)。要達到培養(yǎng)具有高素質(zhì)創(chuàng)新能力的優(yōu)秀學(xué)生，探討有效、實用的創(chuàng)新素質(zhì)實驗教學(xué)模式，無疑已經(jīng)成為當(dāng)前實驗課面臨的一項具有挑戰(zhàn)性的重要課題。而設(shè)計性實驗，因其具有綜合性、全面性、設(shè)計性、創(chuàng)新性等區(qū)別于傳統(tǒng)實驗教學(xué)的特點與優(yōu)勢，已經(jīng)成為各個高校開展教改的一項重要課題。
設(shè)計性實驗是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識和基本操作技能的基礎(chǔ)上，運用某一門課程或多門課程的綜合知識，在給定實驗?zāi)康�、要求和實驗條件，或指定實驗儀器的情況下，由學(xué)生根據(jù)實驗要求獨立查閱資料、獨立制訂實驗方案( 包括實驗原理、實驗工藝的選擇、實驗過程設(shè)計、實驗步驟的擬訂等) 并加以實現(xiàn)的實驗。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，我們在針對材料成型及控制工程專業(yè)學(xué)生開展設(shè)計性實驗方面進行了大量有益的嘗試與實踐，取得了較好的教學(xué)效果。本文對吉林化工學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)開設(shè)設(shè)計性實驗教學(xué)的重要性及特點加以闡述，并提出在該專業(yè)開展設(shè)計性實驗的幾點思考。
1 開設(shè)設(shè)計性實驗的重要性
1. 1 利于學(xué)生運用理論課程與實驗課程綜合知識
材料成型及控制工程專業(yè)涉及的知識面很寬，需要掌握的理論知識也很多，通過專業(yè)實驗課程教學(xué)將這些復(fù)雜的專業(yè)課知識形象化非常重要。特別是設(shè)計性實驗而非驗證性實驗可以將各個知識相互貫通，互相連接，便于學(xué)生的綜合知識運用。設(shè)計性實驗與理論課的關(guān)系如圖1 所示。通過設(shè)計性專業(yè)實驗課教學(xué)可以將晦澀難懂的專業(yè)知識通過具體實驗過程展示給學(xué)生，讓學(xué)生自己動手、動腦，用更加形象、直接的實驗產(chǎn)生更強的感性認(rèn)識，從而加強對專業(yè)知識的理解和掌握。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”實驗，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證性實驗來驗證什么是亞共析鋼、共析鋼和過共析鋼的知識收獲更多。這種設(shè)計性專業(yè)實驗可以將知識理解更深化、更具體，做到相輔相成的效果。
1. 2 利于培養(yǎng)學(xué)生動手能力及工程實踐創(chuàng)新意識
工科的學(xué)生不僅要具備堅實的專業(yè)知識，還必須具備一定的動手能力。動手能力過硬，有信心解決實際問題以及一些意想不到的困難，會使他們畢業(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驗時，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，逐一檢測是哪的原因。最后查出是油浴爐里的爐絲短路將保險絲燒斷引起的，很好地解決了故障。另外，較好的動手能力對于一些要繼續(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，每一個人都要面對很多實驗設(shè)計和操作，沒有一定的實驗動手能力是不行的。通過設(shè)計性實驗可以培養(yǎng)每一名學(xué)生的動手能力，讓他們可以學(xué)到在書本上學(xué)不到的東西。
創(chuàng)新是科技進步的源動力，實驗本身就是一種創(chuàng)新。培養(yǎng)學(xué)生注重實驗環(huán)節(jié)，開展設(shè)計性專業(yè)實驗對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識具有非常重要的意義。從進入實驗室開始，學(xué)生有更多的機會去親自動手操作設(shè)備，實施實驗過程，處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。學(xué)生學(xué)會了材料性能檢測，各種力學(xué)設(shè)備如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、摩擦磨損等實驗設(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的使用、分析; 能獨立制備一個質(zhì)量較高的金相試樣( 包括磨樣、拋光、腐蝕) ，并能熟練應(yīng)用金相分析軟件進行金相組織分析。
在實驗過程中學(xué)生難免會遇到這樣或者那樣的問題，學(xué)會自己去圖書館、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，這些對于他們都是非常重要的。通過開展設(shè)計性實驗教學(xué)，對培養(yǎng)學(xué)生的動手、動腦、工程實踐創(chuàng)新意識培養(yǎng)都非常有益。
1. 3 利于提高授課教師的自身素質(zhì)
設(shè)計性實驗涉及知識點多、設(shè)計難度較驗證性實驗難度大得多，提高教師的自身素質(zhì)是關(guān)系到這種實驗教學(xué)成敗的重要因素。各高等學(xué)校都非常注重高校教師隊伍的建設(shè)，包括引進博士、到企業(yè)培訓(xùn)，甚至邀請專家等方式。多讓教師參與實驗教學(xué)，對提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)教師自身授課水平非常重要。教師在參與實驗教學(xué)中能學(xué)到很多知識，本身設(shè)計實驗就是一種極好的鍛煉。將科研工作中、工程實踐中的前沿課題放到課堂上來，為提高教學(xué)和科研的互補性提供基礎(chǔ)，從而做到教學(xué)與科研相輔相成，相互促進。另外，教師在備課和講課之中也會提高自身的語言表達能力、邏輯思維能力和知識儲備。
2 設(shè)計性實驗的特點
設(shè)計性實驗的特征主要體現(xiàn)為實驗內(nèi)容的探索性、學(xué)生參與的自主性和實驗方法的多樣性。設(shè)計性實驗在開設(shè)過程中，教師只布置實驗?zāi)康牟⑻峁⿲嶒瀳鏊驮O(shè)備，不講解實驗具體要求和講解操作過程。在實驗中引入未知因素，讓學(xué)生受到從實驗對象遴選、查閱資料、設(shè)計實驗方案、進行完整的實驗操作等系統(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)計性實驗的精髓所在。設(shè)計性實驗具有一定的難度，應(yīng)該加強整體設(shè)計和綜合考慮。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)實驗室、分析測試中心以及工程訓(xùn)練中心提供的平臺上，由學(xué)生為實驗的主體，主導(dǎo)并安排整個實驗，指導(dǎo)教師則負(fù)責(zé)輔助指導(dǎo)與點評。設(shè)計性實驗以新材料的研究模式進行實驗，鼓勵學(xué)生自立實驗課題，并依托實驗室資源由學(xué)生自己構(gòu)思實驗方案、獨立完成實驗并提交實驗報告，并在實驗中部分或全部體現(xiàn)設(shè)計性實驗特點。
引進先進方法、技術(shù)、設(shè)備等硬件設(shè)施，實驗項目更多涉及學(xué)科交叉，以擴大學(xué)生的視野、提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，實現(xiàn)實驗方法多樣性。同時，鼓勵、引導(dǎo)學(xué)生通過一個實驗可以達到舉一反三的目的; 可以采用不同方法達到一個實驗?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)計性實驗教學(xué)的一些思考
3. 1 加強實驗室經(jīng)費投入
實驗室硬件條件是保證設(shè)計性實驗得以順利開展的最重要環(huán)節(jié)之一。應(yīng)該加大實驗基礎(chǔ)設(shè)施投入，加大多臺套、多型號實驗設(shè)備，為設(shè)計性實驗教學(xué)奠定物質(zhì)層面的基礎(chǔ)。由于設(shè)計性實驗是學(xué)生自主設(shè)計完成的，實驗過程中失敗和反復(fù)的次數(shù)較多，這就要求有充足的經(jīng)費、實驗場地及時間保證。因此，教師可以通過立項獲得科研經(jīng)費以及學(xué)校教改項目經(jīng)費，為順利開展設(shè)計性實驗教學(xué)提供經(jīng)費保證。
3. 2 開放實驗室
設(shè)計性實驗所安排的學(xué)時量偏緊，如吉林化工學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)的一個“合金鋼的熱處理工藝”實驗，規(guī)定4 學(xué)時，而學(xué)生在實驗過程中所需要的實驗課時遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實驗規(guī)定課時。這是由于本設(shè)計性實驗內(nèi)容多、過程復(fù)雜，每一單元環(huán)節(jié)要求高，實驗訓(xùn)練的持續(xù)時間長，甚至很多需要重復(fù)實驗所造成的。這也是大多數(shù)設(shè)計類實驗所遇到的普遍問題。要合理解決好該問題，實驗室要做到真正的開放，要在學(xué)生課余的時間段，包括周一至周五晚上、周末，百分之百開放實驗室，為學(xué)生提供充分自主和開放的實驗條件。
3. 3 提高教師自身素質(zhì)及涵養(yǎng)
設(shè)計性實驗涉及的內(nèi)容廣，實驗過程中的不確定因素多，教師指導(dǎo)時間長、工作量大，因此對教師的要求更高。要求教師要有過硬的理論知識、實踐經(jīng)驗、動手能力，教師要不斷提高自身素質(zhì)，增強組織協(xié)調(diào)能力，與時俱進，不斷充實自己。更重要的是，教師應(yīng)該具有“蠟炬成灰淚始干”的精神，要靜下心來加強修養(yǎng)，努力干好自己的工作。
4 結(jié)束語
設(shè)計性實驗的開設(shè)，調(diào)動了學(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)生的實驗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)新實踐能力得到全面鍛煉。盡管在設(shè)計性實驗的開設(shè)過程中還存在很多不足，相信隨著經(jīng)驗的積累以及與同行的交流與學(xué)習(xí)，以后會做得越來越好。
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