引言

國(guó)務(wù)院學(xué)位委員會(huì)于1998年修訂研究生專業(yè)目錄時(shí)，特別設(shè)立了材料物理和化學(xué)專業(yè)。材料物理和材料化學(xué)是材料科學(xué)的重要基礎(chǔ)?，F(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展已經(jīng)由過去的宏觀研究和發(fā)展進(jìn)入到微觀分析和研究，用電子、原子、分子的尺度來研究改變物質(zhì)的性質(zhì)，發(fā)展新興的材料。特別是當(dāng)今以服務(wù)于高科技，現(xiàn)代工業(yè)和國(guó)防為主的現(xiàn)代材料或新材料的需求量越來越大，新材料的研制與開發(fā)速度也越來越快，因而涌現(xiàn)出的新概念、新理論、新技術(shù)、新方法、新工藝、新產(chǎn)品和新問題越來越需要材料學(xué)家和物理學(xué)家等共同努力來歸納、整理、總結(jié)及創(chuàng)新。由此產(chǎn)生的材料化學(xué)新專業(yè)無疑是多學(xué)科知識(shí)交叉、滲透的結(jié)果。它給現(xiàn)代材料的研究、開發(fā)和應(yīng)用以及相關(guān)科學(xué)的發(fā)展帶來了新的空間，為新材料的可持續(xù)發(fā)展提供完善而系統(tǒng)的理論指導(dǎo)和技術(shù)保障。因?yàn)椴牧匣瘜W(xué)專業(yè)是技能性、實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科領(lǐng)域。如何通過材料化學(xué)各實(shí)驗(yàn)課程的改革，深化學(xué)生對(duì)課堂知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方式和實(shí)踐能力，從而提高學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力，是我們面臨的一個(gè)重要問題。如何通過實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生多層次、多方向的掌握材料物理性能與材料的制備、工藝和測(cè)試手段的關(guān)系。并且通過獨(dú)立操作和控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，培養(yǎng)學(xué)生的研究精神和創(chuàng)造能力是我們材料化學(xué)專業(yè)需要迫切解決的問題。我們通過分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)，取得了良好的教學(xué)效果。

分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)法研究

通過分層次開設(shè)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的合理的思維方式和實(shí)踐能力，從而提高學(xué)生研究精神和創(chuàng)造性能力。具體過程分為以下三個(gè)步驟：

1.加強(qiáng)有關(guān)材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

在材料化學(xué)專業(yè)本科生具有了初步的化學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，首先將材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程從相關(guān)理論課程剝離，綜合成材料化學(xué)專業(yè)專門的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，集中訓(xùn)練學(xué)生的材料制備和材料性能檢測(cè)技能，并以此為實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)重點(diǎn)，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本技能得以鞏固和提高。

2.開展綜合性實(shí)驗(yàn)并結(jié)合本專業(yè)開展遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在材料化學(xué)專業(yè)本科生已經(jīng)具有初步的材料制備和性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)上，第二步開設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)并結(jié)合遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)。綜合性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)是為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展和需求，在綜合實(shí)驗(yàn)新體系中，要求開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)盡可能反映材料、生命、環(huán)境、信息等學(xué)科的內(nèi)容；了解和學(xué)習(xí)材料化學(xué)研究方法與現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)在高新科技學(xué)科中的應(yīng)用成為我們新的建設(shè)目標(biāo)。因此，不僅要打破專業(yè)的界限，還要打破學(xué)科的界限，使綜合性實(shí)驗(yàn)成為跨學(xué)科、多技能的綜合訓(xùn)練。在我們材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)的綜合性實(shí)驗(yàn)中，與材料、信息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)有新型能源材料的合成，SDC（固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料）的合成和表征，壓電陶瓷的制備和表征等等；與生物相關(guān)的實(shí)驗(yàn)是天然物或中草藥物的提取及指紋圖譜等。這樣可以使學(xué)生掌握無機(jī)非金屬材料的制備方法和相關(guān)性能測(cè)試方法，掌握天然生成物質(zhì)的提取方法和結(jié)構(gòu)確定的手段，從而有效地提高學(xué)生的專業(yè)知識(shí)并擴(kuò)展了知識(shí)面。為今后學(xué)生進(jìn)行主導(dǎo)型研究性實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

目前，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日益完善，網(wǎng)絡(luò)速度和寬帶不再成為制約網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的瓶頸。計(jì)算機(jī)軟、硬件的飛速發(fā)展無疑使得虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境更加逼真、智能。當(dāng)然，虛擬實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、培養(yǎng)學(xué)生的誤差分析能力等方面還不可能取代傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式。但是開設(shè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以使接受遠(yuǎn)程教育的學(xué)生獲得與在校生一樣的從感知到理解的過程。有利于培養(yǎng)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的能力，為終身學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。對(duì)我們專業(yè)來說，因?yàn)槭切麻_的專業(yè)，很多實(shí)驗(yàn)還缺乏必要的實(shí)驗(yàn)器材，很多綜合性實(shí)驗(yàn)課程無法開出。但借助遠(yuǎn)程教育平臺(tái)，可以與兄弟院校和我校其他院系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源實(shí)現(xiàn)共享，從而使相關(guān)實(shí)驗(yàn)得以進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知。

3.開展學(xué)生主導(dǎo)型研究性實(shí)驗(yàn)的模式

學(xué)生主導(dǎo)型研究性實(shí)驗(yàn)是在綜合性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上由學(xué)生自己選題、查閱文獻(xiàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在教師指導(dǎo)下完成研究性實(shí)驗(yàn)論文并進(jìn)行論文答辯。該模式的主要目的是全方位地鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)研究的能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，激發(fā)他們從事材料科學(xué)研究的興趣和熱情，為其今后的畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。同時(shí)這種新的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭蔡岣吡藢?shí)驗(yàn)室在學(xué)生學(xué)習(xí)中所占的地位，建立了進(jìn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的意識(shí)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)開發(fā)學(xué)生智力和創(chuàng)新能力有著重要作用。但在具體實(shí)施時(shí)，對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)要有一個(gè)由淺入深的過程，我們材料化學(xué)專業(yè)的主導(dǎo)型研究性實(shí)驗(yàn)采取在大學(xué)中后期開設(shè)，在學(xué)生已經(jīng)完成材料化學(xué)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合指導(dǎo)教師的課題或相關(guān)專業(yè)后開設(shè)（可參考材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)教程中的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)）。具體過程一般為以下幾個(gè)步驟：（1）選題； （2）查閱文獻(xiàn)收集資料； （3）研究方案。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理，方法和步驟，擬定實(shí)驗(yàn)所需藥品、儀器，探討實(shí)驗(yàn)時(shí)可能產(chǎn)生的現(xiàn)象和容易發(fā)生的失誤以及安全等應(yīng)注意的問題，最后獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案包括：實(shí)驗(yàn)題目、儀器、藥品、操作步驟和實(shí)驗(yàn)表征儀器等。然后將審閱實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案交給教師，教師在尊重學(xué)生創(chuàng)造精神的原則下選出幾種最佳方法，同時(shí)糾正某些實(shí)驗(yàn)方案的錯(cuò)誤指出某些實(shí)驗(yàn)方案的缺陷，再將設(shè)計(jì)方案反饋給學(xué)生，將教師選中的方案交由全班同學(xué)討論、完善。然后采取論文答辯的方式檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)效果。在整個(gè)形式上基本是本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)的模型，通過這樣的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)和將來的進(jìn)一步深造奠定基礎(chǔ)。

最后，在整個(gè)分層次法實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們的實(shí)驗(yàn)室采取的是開放式實(shí)驗(yàn)管理模式，在時(shí)間方面，我們安排了中午、晚上和雙休日對(duì)學(xué)生開放，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一些探索，對(duì)實(shí)驗(yàn)基本技能進(jìn)行鞏固和掌握。同時(shí)，有2~3周開展專門的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。在人員配備方面，采用專業(yè)課教師和實(shí)驗(yàn)室教師結(jié)合的方式，使每個(gè)實(shí)驗(yàn)都有專業(yè)教師進(jìn)行指導(dǎo)，以保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

結(jié)語

通過分層次法實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和科研能力，營(yíng)造了一個(gè)以“學(xué)”為主的學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)生普遍反映在分層次教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，通過查資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題等，學(xué)到了真本領(lǐng)，但作為新成立的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)受很多條件的制約，目前的這種分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)還有待進(jìn)一步完善，要在實(shí)踐中不斷探索，使之更充分地發(fā)揮作用。