江娟 张蕾 郑克玉 曹万强

摘要：文章探讨了在材料物理实验教学中探索的四种新模式，即引入翻转课堂、将科研平台引入实验教学、将毕业论文与实验教学结合起来和采用开放式教学管理模式。针对特定实验项目选择合适的教学模式能有效提高教学效果。

关键词：翻转课堂；科研平台；开放式教学管理

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）47-0277-02

一、引言

实验教学是各高校教学的一个重要组成部分，是培养学生实践能力、创造能力的主要手段之一[1]。目前，各高校的实验教学大部分采用传统教学模式，即对每个实验项目学生必须在特定时空完成实验内容[2]。这种教学模式逐渐暴露出一些问题，一方面大部分学生参与积极性不高；另一方面，学有余力的同学希望通过实验课程作为桥梁来了解和参与教师的科研活动也大大受到限制。因此，实验教学改革的目的就是在有限学时内提高教学效果，使学生的能力得到培养和提高。为了实现该目的，探索异于传统教学模式的新模式是一条必经之路。

本论文以材料物理专业实验教学为例，探讨了几种新教学模式。

二、实验教学中创新模式探索

1.利用翻转课堂模式。翻转课堂的教学模式大致分为三个阶段，即课前自学——课中内化——课后升华。翻转课堂的课前自学阶段，学生利用多媒体终端自学与新知识点相关的微视频并完成相应作业；课中内化阶段，师生间充分互动、讨论，老师给予学生针对性辅导；课后升华阶段，学生巩固加深对知识的理解记忆[3]。针对我校材料物理专业实验，甄选出适合的实验项目，录制知识点小视频，要求在实验课前学生必须学习并完成相关练习。例如，在《陶瓷材料制备实验》项目中，我们以制备一种微波介质陶瓷材料为例，将对陶瓷材料制备工艺流程录制成视频，对实验的每个步骤的原理加以介绍，对需要注意的问题加以提示，演示各步操作结果，最后设置几个相关问题。学生在实验课前通过学习视频对陶瓷制备工艺流程有一个初步了解。在实验过程中学生直接操作获得结果，当结果跟预期不一致时可以与老师及同学充分讨论，弄清其中原因。比如，有同学按照实验步骤操作，但是最后制备的微波介质陶瓷Q*f相比预期结果差别太大，经与老师讨论发现影响微波介质陶瓷Q*f的因素有本征因素和非本征因素。本征因素主要包括材料体系，非本征因素包括密度、气孔、杂质、缺陷等，且每一种因素对陶瓷Q*f的影响程度也不相同。通过这样深入讨论的方式，学生感觉收获很多，因此对该实验课的兴趣倍增。

2.将科研平台引入实验教学。众所周知，大部分高校拥有大量先进的科研综合实验平台，如何利用这些科研平台在本科实验教学中提高学生动手实践能力，受到了众多高校的关注。本科实验课程大多只有单一的课程实验，大多数学生仅能掌握单一的实验基本技能，缺少综合类实验训练，对一些先进的大型实验仪器很少有机会接触或使用。如何通过实验项目设计，使本科阶段的学生把这些重要课程所学的基础知识串联起来，并明白所学专业基础知识的重要性及在实际中的应用过程，是项目设计的最终目的。另外，直接让本科生通过实验项目接触最前沿的科研领域能显著增加他们对于专业学习的兴趣[4-6]。

在材料物理专业实验中，我们引入了学院科研平台的材料制备设备，如磁控溅射仪、脉冲激光沉积设备（PLD）和化学气相沉积设备（CVD）等，材料结构表征设备，如X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电子显微镜、投射电子显微镜、综合热分析和X射线光电子能谱（XPS）等以及光学和电磁学性能表征设备。例如，在《材料制备实验》中，有学生在实验老师指导下利用PLD制备了一种多铁材料薄膜，利用X射线衍射仪确定该薄膜的晶相结构（如晶系、晶胞参数），利用扫描电子显微镜观察薄膜的微观结构，利用XPS确定该薄膜中某种元素的价态情况，最后使用电磁学测试平台研究其磁电耦合效应。在这个过程中，很多环节需要学生进行资料查询，在老师的帮助下进行实验操作及数据采集、处理和分析，最终获得可靠的实验结果。这样一来，学生有机会接触到高端的大型设备，大大开阔了学生的视野；同时体会到理论与科研实际的紧密结合，体会到科研的综合性和严谨性。

3.将毕业论文与实验教学结合起来。目前，大部分高校将毕业论文时间安排在第7—8学期，但是第7学期正值考研关键时期同时也是求职高峰期，大多数学生无心于毕业论文。而到第8学期，考研初试通过国家线的同学忙着准备复试，而在第7学期求职未如愿的同学更在这一学期全力以赴奔波于各大招聘会现场。因此，从一定程度上来说，学生并没有将精力完全放在毕业设计上[7]。文献调研、撰写文献综述以及开题报告，这些工作时间比较灵活，学生可以根据自己实际情况灵活安排，但是实验工作只能安排在答辩之前相对集中的1—2周时间内，在老师的指导下匆忙完成，这样的毕业论文效果一般不理想。针对毕业论文时间紧张的问题，我们专业尝试将部分学生的毕业论文提前一学期至第6学期与一门专业实验课程相结合。本科毕业论文包括调研文献、提出实验方案、实验操作、获得实验数据、总结实验结果和撰写毕业论文几个阶段。将学生的毕业论文与实验教学结合起来，老师要提前和学生沟通好，使学生明白每个看似独立的实验项目和最后毕业论文之间是部分与整体的关系。这样一来将毕业论文每个步骤分解到每个具体实验项目中去，大大减小了第8学期毕业论文的压力。但是这样操作就对实验教学提出更高的要求，传统的实验教学是以单个实验项目进行的，现在将其与毕业论文结合起来之后，针对每个项目不仅单独考虑其实验目的、实验原理、实验操作和实验结果等问题，还要将其作为毕业论文的一次小实验来考虑，因此实验项目之间的关联性更要予以重视。

4.采用开放式实验教学管理模式。传统的实验教学往往采取整齐划一的模式，即参加某一门实验课程的所有学生在同一时段完成同样的实验内容，对每个学生都是同样的要求和统一的考核标准，大部分学生对实验课程热情不高，出现这一状况的原因是实验室多数采用的是非开放式管理模式，即学生只能在教学管理部门和实验室安排好的时段到实验室完成规定的实验内容，不能充分发挥学生学习的积极性和主动性。目前，我们材料物理专业实验是分层次教学的，即将实验项目划分为“基础验证型、综合设计型、创新研究型”3个层次，基础验证型是通过实验来验证一些重要结论；综合设计型着力于综合运用所学的知识模块，培养学生分析问题和解决问题的实践能力；创新研究型旨在培养学生良好的科研素养。与基础型验证性实验项目相比，综合设计型和创新研究型实验的知识含量要大得多，综合程度要高得多，学生所遇到的困难也要多得多，如果对学生采取开放式教学模式将会大大提升实验教学效果。实验室实行开放管理模式以保证学生有灵活的时间来安排自己的实验内容。对于不同层次的学生可以在同一个时段同一实验室完成不同的实验项目。通过几年的实践，这种实验教学管理模式已经取得了良好的效果[8-9]。

三、结语

虽然文中提到四种新的教学模式，但并非完全否认传统实验教学模式，因为每一种教学模式均有不同的适合对象，对实验教学管理的要求也不尽相同，因此在实际操作中不可生搬硬套。对待每一门实验课程或每一个实验项目适合哪一种教学模式，实验教师要做充分的调研选择，切不可人云亦云。真正做到对待每个实验项目采用合适的教学模式才能达到激发学生对实验课的兴趣和提升学生创新能力的目的。

参考文献：

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[3]安军，刘杰，范劲松.翻转课堂教学模式在材料力学课程中的实践与探索[J].高教论坛，2016，12（12）：28-31.

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[9]杨国丽，任长超，王松叶.开放性实验中的问题与对策[J].实验技术与管理，2017，09，10，20：54.