淺談設計性實驗對學生工程實踐能力的探究論文
實驗教學在高等學校教學工作中非常重要，是衡量學校教學科研質量的一個重要因素，也是大學生個體工程素質的體現。要達到培養具有高素質創新能力的優秀學生，探討有效、實用的創新素質實驗教學模式，無疑已經成為當前實驗課面臨的一項具有挑戰性的重要課題。而設計性實驗，因其具有綜合性、全面性、設計性、創新性等區別于傳統實驗教學的特點與優勢，已經成為各個高校開展教改的一項重要課題。
設計性實驗是指在學生具有一定基礎知識和基本操作技能的基礎上，運用某一門課程或多門課程的綜合知識，在給定實驗目的、要求和實驗條件，或指定實驗儀器的情況下，由學生根據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、實驗過程設計、實驗步驟的擬訂等) 并加以實現的實驗。材料成型及控制工程專業是吉林化工學院新開專業，幾年來，我們在針對材料成型及控制工程專業學生開展設計性實驗方面進行了大量有益的嘗試與實踐，取得了較好的教學效果。本文對吉林化工學院材料成型及控制工程專業開設設計性實驗教學的重要性及特點加以闡述，并提出在該專業開展設計性實驗的幾點思考。
1 開設設計性實驗的重要性
1. 1 利于學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涉及的知識面很寬，需要掌握的理論知識也很多，通過專業實驗課程教學將這些復雜的專業課知識形象化非常重要。特別是設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，便于學生的綜合知識運用。設計性實驗與理論課的關系如圖1 所示。通過設計性專業實驗課教學可以將晦澀難懂的專業知識通過具體實驗過程展示給學生，讓學生自己動手、動腦，用更加形象、直接的實驗產生更強的感性認識，從而加強對專業知識的理解和掌握。例如，在金屬學理論課中，講述亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼之間成分—組織—性能的關系問題，通過開設的“方便方法區分鋼的種類”實驗，激起了學生的極大熱情。將同樣直徑尺寸的三類鋼，分給三組學生，每組3 人，每人都有自己的試樣。學生拿到試樣，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分; 有的小組，采用硬度法，很快就區分了三類鋼; 更有細心的學生，在打磨過程中，發現三種鋼冒出的火花不同，以示區分，學生對鋼的種類有了更深入的`理解。遠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。這種設計性專業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 利于培養學生動手能力及工程實踐創新意識
工科的學生不僅要具備堅實的專業知識，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，會使他們畢業后能勝任工作崗位。例如某一組學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攻讀碩士、博士的學生而言，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計和操作，沒有一定的實驗動手能力是不行的。通過設計性實驗可以培養每一名學生的動手能力，讓他們可以學到在書本上學不到的東西。
創新是科技進步的源動力，實驗本身就是一種創新。培養學生注重實驗環節，開展設計性專業實驗對培養學生創新意識具有非常重要的意義。從進入實驗室開始，學生有更多的機會去親自動手操作設備，實施實驗過程，處理數據、分析數據。學生學會了材料性能檢測，各種力學設備如拉伸、壓縮、扭轉、摩擦磨損等實驗設備的熟練使用及分析; 熟練操作熱處理爐，根據不同工況及材料設定其合理的熱處理工藝，查閱圖書資料，完成各種介質中的淬火操作; 洛氏硬度、布氏硬度和顯微維氏硬度計的使用、分析; 能獨立制備一個質量較高的金相試樣( 包括磨樣、拋光、腐蝕) ，并能熟練應用金相分析軟件進行金相組織分析。
在實驗過程中學生難免會遇到這樣或者那樣的問題，學會自己去圖書館、利用網絡查找資料，與同學、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。通過開展設計性實驗教學，對培養學生的動手、動腦、工程實踐創新意識培養都非常有益。
1. 3 利于提高授課教師的自身素質
設計性實驗涉及知識點多、設計難度較驗證性實驗難度大得多，提高教師的自身素質是關系到這種實驗教學成敗的重要因素。各高等學校都非常注重高校教師隊伍的建設，包括引進博士、到企業培訓，甚至邀請專家等方式。多讓教師參與實驗教學，對提高教學質量和培養教師自身授課水平非常重要。教師在參與實驗教學中能學到很多知識，本身設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，為提高教學和科研的互補性提供基礎，從而做到教學與科研相輔相成，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 設計性實驗的特點
設計性實驗的特征主要體現為實驗內容的探索性、學生參與的自主性和實驗方法的多樣性。設計性實驗在開設過程中，教師只布置實驗目的并提供實驗場所和設備，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，讓學生受到從實驗對象遴選、查閱資料、設計實驗方案、進行完整的實驗操作等系統的訓練。這樣可以讓學生有更大的空間思考自己干什么、怎么干的問題。拓寬學生的探索創新空間，提高其分析問題、解決問題能力。這就是開展設計性實驗的精髓所在。設計性實驗具有一定的難度，應該加強整體設計和綜合考慮。要注意教師的合理引導與學生自我積極性的激發相結合。在吉林化工學院材料成型及控制工程專業實驗室、分析測試中心以及工程訓練中心提供的平臺上，由學生為實驗的主體，主導并安排整個實驗，指導教師則負責輔助指導與點評。設計性實驗以新材料的研究模式進行實驗，鼓勵學生自立實驗課題，并依托實驗室資源由學生自己構思實驗方案、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設計性實驗特點。
引進先進方法、技術、設備等硬件設施，實驗項目更多涉及學科交叉，以擴大學生的視野、提高學生的創新能力，實現實驗方法多樣性。同時，鼓勵、引導學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目的。既可以促使學生深入學習方法和原理，又可以得到實際操作能力的訓練，鞏固理論教學效果。
3 全面開展設計性實驗教學的一些思考
3. 1 加強實驗室經費投入
實驗室硬件條件是保證設計性實驗得以順利開展的最重要環節之一。應該加大實驗基礎設施投入，加大多臺套、多型號實驗設備，為設計性實驗教學奠定物質層面的基礎。由于設計性實驗是學生自主設計完成的，實驗過程中失敗和反復的次數較多，這就要求有充足的經費、實驗場地及時間保證。因此，教師可以通過立項獲得科研經費以及學校教改項目經費，為順利開展設計性實驗教學提供經費保證。
3. 2 開放實驗室
設計性實驗所安排的學時量偏緊，如吉林化工學院材料成型及控制工程專業的一個“合金鋼的熱處理工藝”實驗，規定4 學時，而學生在實驗過程中所需要的實驗課時遠遠超出實驗規定課時。這是由于本設計性實驗內容多、過程復雜，每一單元環節要求高，實驗訓練的持續時間長，甚至很多需要重復實驗所造成的。這也是大多數設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 提高教師自身素質及涵養
設計性實驗涉及的內容廣，實驗過程中的不確定因素多，教師指導時間長、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、實踐經驗、動手能力，教師要不斷提高自身素質，增強組織協調能力，與時俱進，不斷充實自己。更重要的是，教師應該具有“蠟炬成灰淚始干”的精神，要靜下心來加強修養，努力干好自己的工作。
4 結束語
設計性實驗的開設，調動了學生的學習積極性，給學生提供了極大的自由發揮的空間，培養了學生的創造性思維，提高了學生的實驗技能以及綜合分析問題、發現問題和解決問題的能力，使學生的工程創新實踐能力得到全面鍛煉。盡管在設計性實驗的開設過程中還存在很多不足，相信隨著經驗的積累以及與同行的交流與學習，以后會做得越來越好。
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