杜嫻　史翔　杜慧玲

【摘 要】實(shí)驗(yàn)教學(xué)是無(wú)機(jī)材料專業(yè)教學(xué)的重要組成部分，設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。本文以電子材料實(shí)驗(yàn)課為例討論設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容、方法、操作環(huán)節(jié)，分析設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的存在的問(wèn)題和解決思路。

【關(guān)鍵詞】設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；無(wú)機(jī)材料專業(yè)

The Application of Experimental Design in the Experimental Teaching of Inorganic Materials

DU Xian SHI Xiang DU Hui-ling

（School of Material Science and Engineering， Xian University of Science and Technology， Xian Shaanxi 710054， China）

【Abstract】Experimental teaching is an important part for inorganic materials. The purpose of the design experiment is to cultivate students innovative spirit and the practical ability. In this paper， we take the electronic material experiment course as an example to discuss the contents， methods and operations， analysis of the existing problems and find the solutions for the design experiments.

【Key words】Design experiment； Experimental teaching； Inorganic materials

電子材料的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，綜合性實(shí)驗(yàn)為輔助。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生對(duì)已知結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要在于實(shí)驗(yàn)過(guò)程的演示和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的證明，重點(diǎn)掌握實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生基本技能，對(duì)于無(wú)機(jī)專業(yè)學(xué)生材料方面的基本理論有比較好的效果。綜合性實(shí)驗(yàn)所需時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生掌握一套完善的電子材料的實(shí)驗(yàn)工藝以及結(jié)果表征。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)預(yù)習(xí)并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告后再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前由實(shí)驗(yàn)老師先進(jìn)行理論方面的講解，具體介紹實(shí)驗(yàn)的目的、操作步驟和方法，重點(diǎn)會(huì)強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題和解決思路。與綜合性實(shí)驗(yàn)相比，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有固定的實(shí)驗(yàn)思路，容易約束學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的想法，同時(shí)很容易出現(xiàn)相互借鑒實(shí)驗(yàn)結(jié)果的情況，很難達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的目的。

設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)一種創(chuàng)新形式，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)，提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維的重要作用已經(jīng)得到普遍認(rèn)同[1]。隨著自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的不斷應(yīng)用，其教學(xué)模式主要分為學(xué)生圍繞老師指定題目進(jìn)行自主設(shè)計(jì)[2-3]和學(xué)生自主選題、自主設(shè)計(jì)[4]兩種教學(xué)模式。在電子材料實(shí)驗(yàn)課程中我們主要采用學(xué)生自主選題、自主設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐，并對(duì)實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)和思考。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

電子材料的實(shí)驗(yàn)課開(kāi)設(shè)在大四第一學(xué)期，電子材料實(shí)驗(yàn)課所需掌握的基本專業(yè)知識(shí)已經(jīng)具備，也具有一定的動(dòng)手操作能力。因此在設(shè)計(jì)電子材料綜合實(shí)驗(yàn)課的時(shí)候，可以考慮多發(fā)揮學(xué)生自己的能力，讓學(xué)生以研究性實(shí)驗(yàn)為主。學(xué)生提出實(shí)驗(yàn)方案，教師根據(jù)情況加以指導(dǎo)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題后優(yōu)先讓學(xué)生自己通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料自己解決，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。學(xué)生先提出實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)方案、具體步驟、所需要用到的設(shè)備與藥品、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析測(cè)試表征。老師在學(xué)生提出的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室具體條件再進(jìn)行調(diào)整。電子材料實(shí)驗(yàn)課的總課時(shí)為26學(xué)時(shí)，其中驗(yàn)證性的課程實(shí)驗(yàn)3次，共10學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)1次，16學(xué)時(shí)。設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)分為資料查詢、實(shí)驗(yàn)思路的提出、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)具體操作流程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表征與實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯報(bào)6個(gè)階段。設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)以4-5人為一個(gè)小組，在理論課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師給出學(xué)生電子材料實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)較新的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)思路，讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)、圖書(shū)館等多種渠道查閱近些年的資料和文獻(xiàn)獲取實(shí)驗(yàn)思路。實(shí)驗(yàn)方案確定后，學(xué)生即以實(shí)驗(yàn)小組為單位，各小組將準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)方案、具體的實(shí)驗(yàn)步驟、所需要用到的設(shè)備與藥品制成幻燈片，并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告，由每小組委派一位學(xué)生將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在全班內(nèi)進(jìn)行交流與答辯，教師結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的條件論證學(xué)生實(shí)驗(yàn)的可行性后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)完成后撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論的報(bào)告在全班內(nèi)進(jìn)行第二次答辯，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇上，我們以熱門的電子材料與元器件為題目，學(xué)生可以自主選定課題項(xiàng)目。對(duì)于設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的考核，以考核實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的綜合能力為主，特別鼓勵(lì)在實(shí)驗(yàn)思路與內(nèi)容方面的創(chuàng)新。在選定的實(shí)驗(yàn)課題完成后，需要撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論的兩份報(bào)告對(duì)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，并進(jìn)行交流與答辯。教師根據(jù)學(xué)生所設(shè)計(jì)課題的創(chuàng)新性、設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)完成情況以及學(xué)生的答辯情況進(jìn)行綜合評(píng)判，最終確定設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)課程成績(jī)。

2 設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生有一定的電子陶瓷方面的理論和實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)，因此選擇將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)安排在設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)前。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)由學(xué)生個(gè)人獨(dú)立完成，可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立完成電子材料實(shí)驗(yàn)操作的能力，使每個(gè)學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)室基本儀器設(shè)備使用的常識(shí)、實(shí)驗(yàn)藥品的種類與用途、電子材料實(shí)驗(yàn)流程，補(bǔ)充學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和動(dòng)手的能力。設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的需要查閱資料較多、操作繁瑣復(fù)雜，一般學(xué)生難以獨(dú)立在有限的課時(shí)內(nèi)完成，因此學(xué)生以小組為單位，相互協(xié)調(diào)分工完成。綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由老師確定一個(gè)范圍學(xué)生可以在此范圍以內(nèi)選擇。如果學(xué)生有較好的想法，教師也會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生自主提出課題。學(xué)生組合的原則是自由自愿，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的磨合組員之間相互之間比較了解，有良好的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，這對(duì)后設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的完成具有決定性的意義。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)步驟都由老師寫(xiě)在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上，而且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)教師都會(huì)詳細(xì)講述，遇到問(wèn)題教師也能很快解決。而設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程都由學(xué)生自己完成，老師只起到指導(dǎo)和引導(dǎo)的作用，實(shí)驗(yàn)方案的確定、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品的選擇、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論都需要每組學(xué)生討論完成。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)查閱資料和文獻(xiàn)等尋找解決辦法，若遇到較大難度是教師可以協(xié)助解決。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中熟悉了電子材料制備的基本流程，形成了遇到問(wèn)題獨(dú)立思考的習(xí)慣，也極大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和創(chuàng)新能力。

3 設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)施

設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材分為公用和根據(jù)各組實(shí)際情況分配的試劑藥品。其中公用的設(shè)備如磁力攪拌器、量筒、燒杯、容量瓶等集中放置在柜子，并規(guī)定該集中區(qū)域?yàn)楣?，每次使用完成后必須清洗干凈放回遠(yuǎn)處。分配到每組自己使用的試劑和藥品，則要求每組學(xué)生將其放置到已經(jīng)安排好的專門試劑柜，由每組選出一人負(fù)責(zé)試劑柜鑰匙的保管，以免造成器皿樣品的丟失和混亂。實(shí)驗(yàn)臺(tái)面也分配每個(gè)小組一個(gè)，保證每組都有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)空間，避免在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生實(shí)驗(yàn)沖突。設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)以小組為單位，每組之間選擇的課題具有較大的差異，每組選擇的藥品也大多不相同。這就增加需要提供藥品的種類，藥品的使用率也大幅度下降。有些藥品只能使用很小的一部分，長(zhǎng)時(shí)間的放置導(dǎo)致最后藥品失效，造成浪費(fèi)。隨著設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的自選題目的長(zhǎng)期開(kāi)展，實(shí)驗(yàn)工藝種類越來(lái)越多，使用的藥品種類也會(huì)不斷增加，很多某種工藝才使用的藥品的使用頻率也會(huì)隨之降低，導(dǎo)致藥品的累積。針對(duì)藥品的浪費(fèi)問(wèn)題，教師在指導(dǎo)下一屆學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前回動(dòng)員學(xué)生對(duì)以前已經(jīng)做過(guò)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，或者選擇比較相似的材料體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，減少藥品的不必要閑置和浪費(fèi)。設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)不同于傳統(tǒng)驗(yàn)證性使用的可預(yù)知性，設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)周期較長(zhǎng)具有一定的復(fù)雜性，并且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能失敗需要重做，學(xué)生很難在安排的課程時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)并得到良好的實(shí)驗(yàn)效果。因此可以鼓勵(lì)學(xué)生在課余時(shí)間來(lái)補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，可以一周安排2-3次開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以通過(guò)預(yù)約來(lái)自主完成實(shí)驗(yàn)，任課老師和實(shí)驗(yàn)員輪流值班學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)。

4 實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)與思考

在設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)題目的選擇過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生傾向于選擇不同實(shí)驗(yàn)方法尤其是新型制備技術(shù)的課題。學(xué)生對(duì)新型的實(shí)驗(yàn)技術(shù)都具有較大熱情，但是由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制和學(xué)生對(duì)自身能力信心的不足，基本都會(huì)選擇較為簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)工藝。設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)學(xué)生很難在教學(xué)安排的課程時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)并寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論的報(bào)告，雖然學(xué)生愿意利用自己的休息時(shí)間來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，但是由于對(duì)知識(shí)掌握的不夠深刻以及自身能力的不足，在測(cè)試分析的過(guò)程中常常遇到較大的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析都較為簡(jiǎn)單，測(cè)試方法也比較單一，涉及到一些復(fù)雜測(cè)試時(shí)很難對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)室的許多儀器并沒(méi)有得到有效利用，測(cè)試與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合還需要教師進(jìn)行深度指導(dǎo)。針對(duì)上述問(wèn)題可以在學(xué)生大三剛開(kāi)始專業(yè)課的過(guò)程中對(duì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的介紹和培訓(xùn)，給學(xué)生推薦一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面的書(shū)籍資料，播放實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作的相關(guān)視頻。經(jīng)常在學(xué)生中開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室的宣傳和普及工作，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室熟悉儀器設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)室儀器旁放置儀器設(shè)備的詳細(xì)介紹，包括設(shè)備名稱、應(yīng)用范圍、使用規(guī)范及注意事項(xiàng)等，利于學(xué)生了解學(xué)習(xí)。此外，對(duì)于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案中經(jīng)常提及而實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有的儀器也要做適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充。

5 學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)反饋

學(xué)生的評(píng)價(jià)對(duì)教師教學(xué)質(zhì)量提高有著重要的作用。通過(guò)對(duì)學(xué)生的談話了解發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)很支持和理解，大家都認(rèn)為設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)中大家都參與研究、討論對(duì)如何自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有了初步的了解。尤其是經(jīng)過(guò)自己實(shí)際解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題和困難會(huì)對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的理解更為透徹，也能很好的將理論與實(shí)際相結(jié)合。在實(shí)驗(yàn)討論的過(guò)程中，每組成員都能提出一些很好的想法，大家相互交流取長(zhǎng)補(bǔ)短，營(yíng)造了很好的學(xué)習(xí)氛圍。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的調(diào)整最終得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成就感積極調(diào)動(dòng)了學(xué)生對(duì)科研的熱情，課后很多同學(xué)都會(huì)選擇自己的課題繼續(xù)做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

6 結(jié)語(yǔ)

電子材料的設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)指導(dǎo)教師也提出了較高的要求，學(xué)生選擇的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容老師可能并不是十分熟悉，因此要求老師也要來(lái)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料來(lái)判斷實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的各種影響因素和實(shí)驗(yàn)的可行性，以更好地指導(dǎo)學(xué)生。設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生自主選擇，激發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的熱情，促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中不斷學(xué)習(xí)新的知識(shí)，不斷探索和創(chuàng)新。電子材料設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)還需要教師在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方面不斷完善，幫助學(xué)生掌握電子材料領(lǐng)域方面知識(shí)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]許會(huì)靜，劉磊，李艷.生物化學(xué)檢驗(yàn)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與思考[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015，11：154-155.

[2]汪濤，李田，葉大梧，等.一個(gè)傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)向設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的升華[J].物理與工程，2011，21（1）：10-13.

[3]盧素敏，劉秀軍，郭玉高，等.化工原理流體力學(xué)自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2015，18（2）：24-30.

[4]王冰，王世儀，張成鴻，等.從自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)談學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)[J]. 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，16（1）：1-3.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]