摘要：根據(jù)材料科學(xué)飛速發(fā)展現(xiàn)狀，圍繞培養(yǎng)富有創(chuàng)新意識和能力的高素質(zhì)人才培養(yǎng)理念，提出了材料物理實驗教學(xué)內(nèi)容改革模式與思路，分析材料物理實驗教學(xué)內(nèi)容改革的具體措施。實踐證明，通過改革，大學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力和綜合素質(zhì)得到明顯提高。

關(guān)鍵詞：材料物理實驗；教學(xué)內(nèi)容；改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）14-0041-03

一、引言

伴隨高校學(xué)科專業(yè)分類的細(xì)化，許多偏重于應(yīng)用的學(xué)科，如機械、計算機等等，由于其合乎時代發(fā)展的學(xué)科設(shè)計、新穎實用的課程內(nèi)容而受到大量青年學(xué)生的歡迎。但對一些偏重于基礎(chǔ)研究的學(xué)科，如化學(xué)、數(shù)學(xué)、材料物理等，卻因其學(xué)科內(nèi)容更新速度慢、抽象性強、理論與實際應(yīng)用較難結(jié)合等缺點，受到越來越多的學(xué)生排斥。解決此問題行之有效的方法是設(shè)計時效性強、內(nèi)容豐富的實驗課程，確保實驗課發(fā)揮其將理論學(xué)習(xí)和應(yīng)用實際緊密聯(lián)系的紐帶作用[1]。學(xué)生通過自己動手研究深奧的理論公式，不但鍛煉動手能力、加強學(xué)習(xí)效果，還能提高學(xué)習(xí)專業(yè)理論的興趣。湖南工業(yè)大學(xué)理學(xué)院于2005年招收應(yīng)用物理專業(yè)材料物理專業(yè)方向?qū)W生，對材料物理專業(yè)來說，其實驗課程內(nèi)容的設(shè)計尤為重要。通過學(xué)習(xí)本課程，要求學(xué)生熟悉材料分析的常用設(shè)備及測試方法，掌握重要材料物理性質(zhì)的分析、測試手段及構(gòu)成，增強學(xué)生自行設(shè)計和創(chuàng)新、分析問題及解決問題的能力，緊密聯(lián)系理論與實踐，為以后進一步的科學(xué)研究打下堅實基礎(chǔ)[2]。

二、材料物理實驗教學(xué)內(nèi)容改革模式與思路

改革后的材料物理實驗課，應(yīng)該既是一門為材料專業(yè)理論服務(wù)的實驗基礎(chǔ)課，還應(yīng)是有利于學(xué)生將來做生產(chǎn)、開發(fā)工作或科學(xué)研究的技術(shù)基礎(chǔ)課。目的在于在材料物理的基礎(chǔ)理論和科技前沿領(lǐng)域的應(yīng)用中架設(shè)橋梁，讓學(xué)生明確科學(xué)研究的全過程，培養(yǎng)學(xué)生較好的實驗素養(yǎng)及科學(xué)思維方法[3]。為了突出材料物理實驗課的地位及作用，改革教學(xué)內(nèi)容時，應(yīng)提高教學(xué)課時利用率，在繼續(xù)加強學(xué)生基本實驗測量技術(shù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，還應(yīng)注重以下幾個方面因素：

1.緊密聯(lián)系學(xué)生所學(xué)理論課程。所有實驗的開設(shè)都應(yīng)該建立在學(xué)生知曉相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上，如果開設(shè)學(xué)生沒有學(xué)過理論知識的實驗課，不但做不到加深理論知識的效果，而且學(xué)生操作實驗時茫無目的，無法解釋實驗現(xiàn)象，對實驗失去興趣。因此在設(shè)計具體實驗內(nèi)容時，必須要先與學(xué)生溝通已學(xué)習(xí)的理論知識，做到心中有數(shù)、有的放矢。

2.內(nèi)容豐富。設(shè)計實驗課內(nèi)容時應(yīng)首先設(shè)計制備材料的基本方法實驗，還應(yīng)包含半導(dǎo)體、絕緣體、金屬幾種基本材料類型的性能分析實驗，并包括對材料成分和材料結(jié)構(gòu)進行分析的光譜學(xué)及電鏡等重要測試手段。一個實驗可以包含以上幾種情形，例如，開設(shè)“X射線衍射儀的應(yīng)用”這一實驗時，不但要求學(xué)生學(xué)習(xí)大型儀器的使用方法，而且要求學(xué)生測試幾種不同類型的材料進行比較，使學(xué)生掌握不同材料的基本性能。

3.時效性強。當(dāng)今的材料科學(xué)日新月異，各種新材料不斷涌現(xiàn)，物質(zhì)極大豐富，比如性能優(yōu)異的復(fù)合材料、用處廣泛的納米材料等等[4]。學(xué)生學(xué)習(xí)知識就應(yīng)該要學(xué)會解釋身邊的具體事物，否則，知識就變成了“死”的，沒有學(xué)習(xí)價值。既然新材料能夠引起人們的廣泛關(guān)注，那么對于像處在牙塔內(nèi)的求知若渴的學(xué)生更具有較強的吸引力。因此，要激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)該在設(shè)計實驗內(nèi)容時引入新材料研究的有關(guān)內(nèi)容。例如，設(shè)計“納米材料光致發(fā)光性能測試”的實驗，學(xué)生了解到納米材料在受到量子限域及小尺寸效應(yīng)之后，能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生徹底改變，學(xué)生從實驗中學(xué)習(xí)了基本能帶理論，并且可以用來解釋身邊的新事物，極大地提高了學(xué)習(xí)興趣。

4.適中的難易程度。材料物理實驗課是一門協(xié)助相關(guān)理論課程學(xué)習(xí)的輔助課，不能夠貪多貪難試圖讓學(xué)生掌握所有的材料物理知識。整體內(nèi)容豐富了，每個實驗應(yīng)該要做到易于開展、目的明確，所以，實驗課的難易程度要謹(jǐn)慎把握。不能夠偏難，使實驗難以進行，嚴(yán)重打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，當(dāng)然也不能過易，使學(xué)生感覺不具備挑戰(zhàn)性，失去自我創(chuàng)新的創(chuàng)造性思維。

三、材料物理實驗教學(xué)內(nèi)容改革措施與實踐

傳統(tǒng)實驗教學(xué)著重于驗證性實驗，忽略“以學(xué)生為本”，不注重因材施教，過度突出統(tǒng)一性卻忽視不同學(xué)生的個性化發(fā)展，從根本上制約了學(xué)生的主觀能動性及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。湖南工業(yè)大學(xué)理學(xué)院材料物理實驗室教師為適應(yīng)國家對創(chuàng)新型人才的需求，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實驗教育理念，本著“注重培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、實踐精神、探索和創(chuàng)新能力”的原則，踐行“兩個要求，三個層次”的獨立實驗教學(xué)體系，兩個要求即選做和必做實驗，三個層次即材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗（驗證性實驗，旨在加強對理論知識的認(rèn)知和理解）、材料分析測試實驗（訓(xùn)練性實驗，旨在提高學(xué)生的專業(yè)基本操作能力）、綜合設(shè)計型實驗（旨在培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用能力和科研創(chuàng)新能力），對材料物理實驗教學(xué)內(nèi)容進行改革與實踐。

1.材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗?；A(chǔ)實驗是要求學(xué)生掌握材料物理專業(yè)的實驗基本技能所開設(shè)的，學(xué)生必須要自己動手操作且分析實驗結(jié)果。包括制備金相試樣、典型組織金相分析、測量鐵磁材料磁滯回線、電子顯微鏡分析、金屬及非金屬材料的拉伸、彎曲及壓縮實驗等等，組成一個完整的材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗系統(tǒng)。

2.材料分析測試實驗。此實驗?zāi)康氖菫榱耸箤W(xué)生知曉材料科學(xué)前沿中新型材料的合成及測試方法，對不同種類材料進行表征及性能測試，由此拓寬學(xué)生知識面，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，為將來更高層次的研究工作做準(zhǔn)備。雖然材料制備手段和測試方法有多種形式，在課堂的有限時間內(nèi)，無法讓學(xué)生掌握全部材料的制備工藝與測試手段，但是，材料的絕大多數(shù)制備和測試方法是互通的?；诖耍覀兙哂嗅槍π缘卦O(shè)計了下面的實驗：電化學(xué)工作站的使用、四探針法測薄膜電阻率、材料熱重/差熱分析、橢圓偏振光譜儀測薄膜厚度及折射率、材料的紫外光譜測試、材料磁學(xué)性能的綜合測試等等。

3.綜合設(shè)計型實驗。綜合設(shè)計型實驗完全不同于傳統(tǒng)實驗教學(xué)，是具有命題式及設(shè)計性質(zhì)的綜合實驗，目的是培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力及創(chuàng)新能力，增強學(xué)生找到問題、研究問題及解決問題的能力[5]。原則上應(yīng)以學(xué)生掌握的專業(yè)知識為主，但不能完全局限在學(xué)生原有的知識層面上，要給學(xué)生一定的發(fā)展空間，沒學(xué)習(xí)的知識通過指導(dǎo)學(xué)生自己查閱文獻資料獲得，督促學(xué)生掌握新知識點，全面發(fā)展學(xué)生的知識體系，綜合提高學(xué)生素質(zhì)，這其實就是一個學(xué)生自主創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的階段。因此，此實驗選題不注重簡單或繁雜，而強調(diào)學(xué)生的發(fā)展創(chuàng)新。在綜合設(shè)計型實驗過程中，強調(diào)學(xué)生的主體地位，學(xué)生不再是單純地進行驗證實驗，而是要根據(jù)自己業(yè)已掌握的材料制備、加工、結(jié)構(gòu)及性能測試等方面的基本原理和基礎(chǔ)知識的基礎(chǔ)上，根據(jù)實驗教學(xué)要求，自主設(shè)計實驗方案[6]，按照既定目標(biāo)選擇實驗條件，并能正確表征材料性能，還要求學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象及結(jié)果，自主判斷最佳工藝條件及配方，探索材料制備方法-材料結(jié)構(gòu)╞材料性能的相互關(guān)系，極大地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并根據(jù)學(xué)生要求，綜合設(shè)計型實驗分為選做和必做兩組，必做實驗包括溶膠凝膠法制備納米材料、化學(xué)旋涂法制備薄膜材料、介電陶瓷的固相合成等。選做實驗開設(shè)了一維納米材料的制備、磁控濺射法制備薄膜材料、功能材料的制備等，可供學(xué)生按照自己的興趣選做。

在新世紀(jì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的態(tài)勢下，高校專業(yè)實驗課程的重要性日益凸顯。我們經(jīng)過認(rèn)真的實驗教學(xué)研究，提出一個切實合理學(xué)院材料物理專業(yè)方向?qū)嶋H的實踐教學(xué)內(nèi)容改革方案。從分析傳統(tǒng)實驗教學(xué)內(nèi)容不足出發(fā)，分析材料物理實驗課內(nèi)容改革模式、思路及措施，注重因材施教及學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。經(jīng)過幾年的教學(xué)實踐，結(jié)果證實教學(xué)內(nèi)容的改革行之有效，學(xué)生喜愛動手、會動手，對科研活動愈加感興趣，許多學(xué)生在學(xué)校舉行的創(chuàng)新競賽中取得了良好成績，近幾年理學(xué)院就業(yè)率達到95%以上。材料物理課程教學(xué)內(nèi)容的改革將是注重學(xué)生提高綜合素質(zhì)、綜合創(chuàng)新和實際能力培養(yǎng)的一種嶄新的實驗教學(xué)模式。

參考文獻

[1]王慧琴，吳慶豐，梁曉軍，黃偉軍.以應(yīng)用為導(dǎo)向的大學(xué)物理實驗改革的探討[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29（9）：148-150.

[2]鄭文清.研究性學(xué)習(xí)模式對大學(xué)籃球選項課的影響[J].體育科學(xué)研究，2009，13（1）：91-93.

[3]于衛(wèi)，尤玉軍，儲誠明，張正華.綜合性大學(xué)卓越工程師培養(yǎng)實踐教學(xué)模式研究[J].揚州大學(xué)學(xué)報（高教研究版），2012，16（1）：91-96.

[4]吳榮.材料物理專業(yè)實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的研究[J].實驗室研究與探索，2012，（12）：113-116.

[5]周昕，陳星輝.應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)《材料物理實驗》教學(xué)改革探討[J].中國校外教育，2013，（3）：118-118.

[6]張楓.材料物理專業(yè)綜合實驗的教學(xué)改革與實踐[J].中國水運，2007，07（08）：238-239.

基金項目：湖南工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)改革研究項目（2012C09）。

作者簡介：楊迪武（1975-），男，湖南株洲人，湖南工業(yè)大學(xué)副教授，博士，主要從事多元光聲層析成像研究。