实践教学中综合性实验设计浅析

实践教学中综合性实验设计浅析

一、实践性教学现状

实践教学环节只重视验证性实验而忽视综合性实验,似乎教学的过程就是教会书本知识和基础理论就可以了,对于学生能力的开发没有或者交给别的教学内容。殊不知,能力的培养是需要点点滴滴的积累,任何课程都应该重视综合性实践教学内容,这样才不会背离教学培养人才创新思维和意识的宗旨。因此,在综合性实践教学内容的设计上显得尤为重要。一个好的综合性实践教学内容将有助于学生学习兴趣的养成和才能的开发利用。教师应该在综合性实践教学内容上精益求精,努力研究,并且不拘于一格,结合学科和学生特点,设计出理想的综合性实践教学内容。

二、综合性实践性教学设计要点

(一)综合性实验内容体现综合和创新性

综合性实验由若干简单实验组成,但并不是简单实验的重复和叠加,而是对简单实验的有机综合,并且鼓励学生在实验中敢于质疑、勇于探索、尊重科学、乐于奉献。因此,综合性实验一定要体现学生对知识的应用和能力的培养。同时,综合性实验也并不等同于创新设计,它实际上是简单验证性实验与创新设计之间的过渡与桥梁,鉴于很多学生在创新设计上没有思路、无从下手,就是缺少综合性实验训练,所以在学生的知识结构培养上,综合性实验应该是必不可少的重要一环。综合性实验是一个有机整体,需要围绕一条主线,结合若干知识点或学科的相关知识加以综合应用,训练学生的创新性思维。实验题目大小适宜,既可以是某门课程前后知识点的综合,也可以是多门课程某些知识点的综合。所以在设计实验题目的时候,要根据学生的知识结构和能力,做到难易适中,让学生既能动得了手,又需要充分发挥自己的想象力和创造力。

例如机械工程材料课程中开设的“金相试样的制备”及“硬度计的使用”等验证性实验,只是简单介绍实验方法和操作步骤,学生只要照着老师的指导,完成指定的参数测定即可。无法发挥学生的主观能动性,更不用说培养学生的创造性思维。我们设计了“渗碳工艺及渗碳钢组织与性能”的综合性实验。首先,在学习热处理基本原理的基础上,老师重点介绍固体渗碳和气体渗碳原理和工艺,提供常用渗碳用低碳钢材料、渗碳剂、箱式电阻炉、金相显微镜以及金相砂纸等,其余试样制备、组织观察、性能测试由学生自己查阅资料、分析工艺过程的基础上,正确填写工艺操作流程卡,然后才能进入下一步的操作实验过程。

完成这样一个综合性实验一般分为三个阶段进行:第一个阶段,以组为单位查阅资料,充分讨论,确定渗碳方法和渗碳工艺,制定出工艺流程。并根据自己所学知识预测即将进行的渗碳钢渗碳表层和心部组织特征以及显微硬度力学性能。第二个阶段,熟悉渗碳炉等设备的使用,并在老师的指导下完成渗碳和随后的热处理过程。第三个阶段,每个同学都要自己动手切割试样,制备金属镶样,在砂纸上磨制金相样品,观察渗层厚度和显微组织,测定表层显微硬度,并与未处理样品进行比较,分析材料(低碳钢)-工艺(渗碳及热处理)-性能(显微硬度)之间的关系,最后要求学生写出完整的实验报告,包括实验内容、实验步骤、实验结果以及结论。通过这三个阶段的辛苦劳动和亲身体验,使学生真切感受到创造性的工作充满艰辛,但是来不得半点马虎,必须脚踏实地、尊重事实才能达到成功的彼岸。很多同学经过这样的综合性实验训练以后,由衷地感叹道:这样的实验让我们真正体会到了知识的重要、劳动的艰辛和收获的快乐。

(二)综合性实验突出学生求知主动性

心理学研究表明,大多数学生都有很强的求知欲望,当他们遇到矛盾,对问题产生悬念的时候,大脑便会出现特有的兴奋,促使他们积极地思考,并千方百计去探索其中的奥秘,以获得心理上的满足。因此,综合性实验设计应该充分激发学生求知的强烈愿望,让学生积极主动地去探索规律,养成独立思考、主动学习的良好习惯。从而培养学生的创新精神。教师在综合性实验设计时应该设定若干未知节点,这些节点不预定标准答案,或者说可以没有标准答案,但必须自己独立思考。只要学生在实验探索的过程中付出了自己的劳动,发挥了自己的聪明才智,达到了锻炼能力的目标就可以了。通过这样的训练可以充分调动学习的积极性,增强主动探索未知领域欲望,享受探索所带来的成就与快乐,提高他们对于创造的兴趣。曾经有一名中国学生,获得过世界奥林匹克物理竞赛金奖,高中毕业被保送北大,但是在北大的日子里,他觉得大学基本上是在“混”中度过:一个学期选10门课程,甚至更多都没问题,只要考试通过就可以了。但是读大二的时候去美国麻省理工大学留学,在那里一学期虽然只选了5门课,但他感到异常地繁忙:每门课老师都要求大量地阅读,有的课还必须做大量的实验,稍微掉以轻心就跟不上,晚上在图书馆熬夜看书到深夜[1]。这说明了美国的教育更加重视学生主动学习能力的培养,当你主动学习的时候,你会需要付出更多的劳动,同时所得到的收获和经验也将远远高于被动学习,而且,主动学习的结果是培养了一种学习的能力。对于一个人的成长,这比收获知识本身更加重要。

(三)综合性实验不以成败论英雄

综合性实验不以验证结果正确与否、能否按照既定方案完成实验为最终的考核目标,而是要通过实验培养学生的能力。因此综合性实验要结合学生实验过程中的动手能力、思维方式以及行为习惯给予综合评价,这样才能客观地反映学生的个体差异,尊重其能力特点,真正做到发挥特长,追求最高效益的目的。在我们的“渗碳工艺及渗碳钢组织与性能”的综合性实验结果当中,就有的同学做出来与事实相反的实验结果,也有的同学无法正常完成实验过程,并没有把这些同学当成批评的对象,而是在鼓励当中不断提醒他们寻找原因,我们认为能够正确找到原因比一次性成功能够让学生学到更多的知识,培养良好的品质。因为无论是谁从事任何工作都不可能永远一帆风顺,只有在挫折当中学才能学会成长,只有坚忍不拔才可以无坚不摧。同时实验过程中以小组为单位,发挥集体的聪明才智,培养学生之间的团队意识和协作精神,这些都是综合性实验成绩最后考核的影响因素。所以在综合性实验内容的设计上,应该充分考虑学生能力和思维方式,对各种可能的实验方案做出预判和评估。在实验结果的评价上要有针对性地对每个学生的实验过程做出恰当评价,鼓励学生的良好习惯和创造性的思维,实验结果的正确与否并不是实验成绩评定的唯一指标,而应该综合考虑在实验过程当中所表现出来的能力、意识、精神、勇气等因素。

(四)重视综合性实验的结论总结和成果分析

综合性实验的结论和成果要进行认真分析和总结,不能以实验结束为终结。综合性实验方法可以有多种不同的实验方案,允许出现不同的实验结果,但是无论采取什么样的实验方案,得到什么样的实验结果,都应该进行认真总结,分析工艺的优缺点,比较投入与产出,提出创新点和改进意见。这部分工作既可以让学生自己独立完成,也可以在教师的指导下完成。这样的工作尽管繁琐,但却十分有意义,对于培养学生的工程意识、质量意识和效率意识是一种很好的锻炼。

三、结语

综合性实验的设计和教学形式的开展,不仅增强了学生的动脑动手能力、加深了对整个知识体系的理解,更重要的是培养了学生的自学能力,学生发现问题、归纳分析和解决实际问题能力及严谨的工作作风,启迪了学生的思维,提高了学生综合应用知识的能力,激发了学生的求知欲、创新意识和创新能力。在综合性实验内容的设计上要做到:(1)实验内容有的放矢,重在创新与综合。(2)实验形式不拘一格,重在兴趣。(3)实验结果允许偏差,重在分析。(4)实验结论认真对待,产生价值。

作者:胡席忠 邢泽炳 张秀全 春:山西农业大学工学院