索忠源，姜 峰，王 鑫，張志浩，王毅堅(jiān)

(吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

·創(chuàng)新型人才培養(yǎng)·

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生工程實(shí)踐能力的探究

索忠源，姜 峰，王 鑫，張志浩，王毅堅(jiān)

(吉林化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

以吉林化工學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，論述了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的重要性、特點(diǎn)及對學(xué)生工程實(shí)踐能力的影響，總結(jié)和引證了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的作用，并提出了開展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的一些思考。實(shí)踐表明：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，不僅提高了學(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，而且使學(xué)生的工程創(chuàng)新實(shí)踐能力得到全面鍛煉。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；材料成型及控制工程；工程實(shí)踐；創(chuàng)新能力

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[1-3]。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，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?、要求和?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)[4]。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(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。

圖1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與理論課的關(guān)系示意圖

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，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)，甚至邀請專家等方式。多讓教師參與實(shí)驗(yàn)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(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)[5-7]。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[8-9]。

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。

[1] 李艷玲. 綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)與管理[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2008, 27(8): 110-111.

[2] 楊一平, 李蘋, 王貴學(xué), 等. 培養(yǎng)學(xué)生具有創(chuàng)新素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2011, 30(7): 259-261.

[3] 鄭鷺斌, 嚴(yán)菲, 王曉棟. 高校綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開設(shè)與管理的探討[J]. 赤峰學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 29(6): 206-207.

[4] 梁兵. 探析綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對學(xué)生能力的培養(yǎng)[J]. 百色學(xué)院學(xué)報(bào), 2009, 22(3): 62-64.

[5] 朱利敏, 王長生, 王順興, 等.《機(jī)械工程材料學(xué)》綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué), 2008(1): 49-50.

[6] 曾小彬. 深化實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革提升應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010, 29(3): 1-3.

[7] 田運(yùn)生, 劉維華, 王景春. 綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目建設(shè)的探索與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2012, 29(2): 126-129.

[8] 張可方. 水處理技術(shù)綜合性實(shí)驗(yàn)的組合和開設(shè)[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2006, 25(8): 966-968.

[9] 何峰, 馮小平, 謝峻林. 材料專業(yè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué), 2012, 15(2): 9-12.

Study of Designed Experiment on Engineering Practice Ability of Students

SUO Zhongyuan, JIANG Feng, WANG Xin, Zhang Zhihao, WANG Yijian

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology, Jilin 132022, China)

The importance and characteristics of the designed experiments are investigated by Jilin Institute of Chemical Technology majoring in material forming and control engineering teaching as an example. The influence on the engineering practice ability of students is discussed. And the role of designed experiments for students of engineering practice and innovation capability are summarized and cited. Some thoughts on designed experiments are proposed. Practice shows that: the designed experiments, not only improve the students' experimental ability and comprehensive analysis of the problems, the ability of finding and solving problems, but also make innovations in engineering practice ability of the students to fully exercise.

designed experiment; material forming and controlling engineering; engineering practice; innovation capacity

2014-02-17；修改日期: 2014-03-15

吉林化工學(xué)院教研基金資助項(xiàng)目(2011045)。

索忠源(1979-)，男，博士，副教授，主要從事非晶合金及其復(fù)合材料的研究。

G642.4

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.02.050