培养创新人才的实验教学模式的探索与实践

科技信息　。高校讲坛ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１０年第７期　培养创新人才的实验教学模式的探索与实践　张军燕友果胡松青付殿岭韩治德　（中国石油大学＜华东＞物理科学与技术学院　山东　东营２５７０６１）　【摘要】本文结合中国石油大学（华东）材料物理专业实际，阐述了通过四年实验教学不断线的实验教学模式，对本科生实践能力、协作能　力、自主分析能力和创新能力进行的培养。经过多年来的探索和实践，这种实验教学模式取得了显著效果，学生的创新实践能力得到了较大提　高。　【关键词】实验教学模式；创新实践能力；人才培养　由于受传统教育的影响，长期以来我国高等教育一直存在如下问　分析与检测实验》课程设有形貌探测及磁、热、电等物理性能测试相关　题：①相当多的教师在教育观念上依然持有“理论为主，实验为辅”的　观点；②受“理论为主，实验为辅”观念的影响，很多高校对实验教学重　视不够．造成了实验设备陈旧、实验方案老套，并且实验以验证性的简　单实验为主，而设计性、综合性实验极少。不仅消减了学生对科研探究　的兴趣．同时也不利于对学生的实践能力、知识运用能力和创新能力　的培养。　随着国家提出建设“创新型国家”的战略目标，为了响应国家号　召，同时也为了适应时代进步的要求，我国的高等教育教学模式要进　行适当调整，不仅要注重对专业基础知识的教授，同时也应加强对实　验教学的重视，有意识的培养学生的科研探索精神与自主创新意识，　为国家培养科技创新人才。针对传统教学模式的不足，我校材料物理　专业通过对创新型人才培养模式的不断探索，在实验教学方面逐步形　成了“四年实验教学不断线”的教学模式。经过长期的探索和实践，该　教学模式逐渐完善，不仅扭转了“理论为主，实验为辅”的传统观念，增　大了实验教学在整个教学计戈　中的比重：同时也按照实验难易程度合　理安排实验，制定了分层次、依次递进的实验教学计划，并重点增加了　设计性、综合性实验的数量，不仅使学生对实验产生了浓厚的兴趣，而　且使学生的实践能力和创新能力得到了很大提高。本文就“四年实验　教学不断线”教学模式以及取得的成果等进行了阐述。　的１Ｏ个设计性实验项目．如材料热物性测量、椭偏仪测量薄膜厚度及　折射率等。通过对材料结构的分析和性能参数测量。要求学生了解材　料结构和性质研究的常用方法和手段．掌握材料性能测量的原理、仪　器设备的操作方法，并在此基础上能够对实验现象和实验结果进行分　析总结，给出创新性见解。同时还开设有《近代物理实验》，包括原子物　理、电磁学、光学等多个学科的２１个实验项目，如电子衍射实验、低温　超导、光栅光谱仪应用、核磁共振等．让学生了解科学前沿。开拓了视　野。第二层次的实验类型以设计性、综合性实验为主．需要学生独立自　主地设计出实验方案完成实验任务。由于该层次的实验专业性较强，　因此要求学生首先要具有扎实的专业基础，同时还要具备知识的综合　运用能力。通过对实验方案的验证、讨论，再设计、再验证，不仅训练了　学生发现问题解决问题的能力．而且进一步开发了学生的创新性思　维，使得学生已初具科学研究的基本素养。　第三层次：依托材料物理系专业实验室设置大型专业实验，体现　专业特色，培养科研精神，锻炼科研能力。该层次的授课对象主要是大　学四年级本科生。开设的《材料腐蚀与防护实验》主要采用高温高压动　态腐蚀仪、电化学测量系统、盐雾实验箱、腐蚀速率测量系统等一系列　性能优良的腐蚀实验设备．开展腐蚀速率测量、缓蚀剂的评价等材料　腐蚀与防护方面的专业设计性实验，体现出了该专业服务于石油石化　方面的特色，使学生在腐蚀与防护方面得到实验锻炼，储备学生工程　实践知识，锻炼工程实践能力，与石油石化行业对该方面的需求接轨。　开设的《材料科学综合实验》主要采用大型综合实验仪器进行实验，如　１　“四年实验教学不断线”实验教学模式的构建和完善　１．１模式的构建　基于中国石油大学（华东）物理科学与技术学院丰富的实验教学　超高真空磁控溅射系统、化学气相沉积系统等设备，涉及到的实验内　资源．材料物理学专业针对不同年级学生的特点，把实验教学分成了　容包括块体材料的制备、样品的化学处理、薄膜材料的制备及电学、磁　四个层次，制定了分层次、依次递进的实验教学计划，建立了“四年教　学等物性的测量。该类实验为大型综合性实验。涉及到的专业知识面　广、操作过程复杂，为了能够保障学生顺利完成实验，采用了“学生为　学不断线”的实验教学模式。　第一层次：开设《普通物理实验》实验教学，培养学生基本操作能　主体，教师和研究生协助”的教学模式。该模式下，学生可以从研究生　力与知识运用能力。物理科学与技术学院《普通物理实验》课程是校级　那里感受到做科学研究的态度，锻炼学生从事科学研究的能力，进一　　精品课程、山东省高等学校实验教学示范中心。实验内容分为基础性、　步提高学生发现问题、分析问题进而解决问题的能力和科学素养。第四层次：结合中国石油大学（华东）物理科学与技术学院的创新　验证性、综合性、设计性几个层次的教学，实验项目遍及力学、热学、光　学、电磁学、原子物理、量子力学、电子线路、智能仪器、虚拟实验等领　实验平台、国家大学生创新实验项目及部分科研项目开展大学生创新　域，共计３Ｏ多个实验项目。由于《普通物理实验》的授课对象是大学一　能力培养。材料物理专业依托学院创新实验平台，积极组织学生申报　年级和二年级学生．该阶段的学生以学习专业基础课为主而专业课较　国家级、省级及校级创新实验项目。学生通过参加创新实验项目，不仅　少，因此设置的实验类型以基础性实验为主。通过该层次的学习，主要　更进一步增强了创新能力，同时还认识到团队合作的重要性，增强团　培养学生以下三方面的能力：（１）培养学生从事科学实验的基本素质。　队精神。本专业还利用专业科研优势，积极引导大学生参与到教师的　学生刚接触实验室不久，对实验室的规章制度和实验室氛围不太适　科研项目中去，采用“导师一研究生一本科生”的研究梯队，争取实现　应，该阶段以安排较简单的基础性试验为主。学生在老师的指导下不　每个学生在大学四年间都能参与一到两项的课题研究。通过课题研究　　仅能较顺利的完成实验任务，加深对物理学原理的理解，而且增强了　可极大地培养学生的科研创新能力。表１　材料物理学专业开设的实验项目类型、数量和百分ｔ　对实验研究的兴趣。更重要的是通过这些实验培养了学生实事求是、　理论联系实际的科学作风。（２）培养学生的实验操作规范。在老师指导　下学生应能熟练完成实验操作，形成良好的实验操作规范。（３）培养学　生的知识运用能力与独立自主意识。学生通过对综合性实验以及少量　设计性实验的操作，能够较好的锻炼对已经掌握的理论知识联合贯　通、综合应用的能力，同时还能引导学生积极地进行独立思考、独立解　基础性　实验名称　普通物理　近代物理　材料性能分析与检　验证性　个数　设计性　综合性　总数　个数　百丹比　个数　百分比　百分比　个数　百分比　个数　百分比　测实验　材料科学综台实验　材料腐蚀与防护　合计　３　３．９　３６　４　７７　决问题的自主意识。通过第一层次的培养，使学生得到物理实验的基　本锻炼并形成了独立自主意识，为后面实践创新能力的培养奠定了坚　实的基础。　第二层次：设置专业相关实验．重点培养学生综合运用专业知识　１．２实验教学模式的完善　深入分析、解决问题的能力。该层次的授课对象是材料物理学专业大　在“四年实验教学不断线”的教学模式不断完善中，材料物理专业　学三年级学生．该阶段学生以学习专业课为主，因此开设的《材料性能　重点抓了以下三个方面的工作。（１）注重实验项目的（下转第１Ｏ４页）　１４９　２０１０年第７期　。机械与电子０　科技信息　个辊缝除以一个相应的Ｒ。这样在主级联速度给定的基础上，通过速　ＮＬＤＴＲＱ．经滤波后得到ＮＴＯＲＱＦＩＬＴ。　度修正量去动态自动调整上游机架的速度给定，协调上下游机架之间　的速度关系，使钢坯在堆拉关系下正常轧制。　由此可见．堆拉关系控制系统的实质是在上游轧机主传动控制系　通过内部计算，对于正在咬钢的本轧机机架，其张力级联值为：　ＮＴＣＣ＝（Ｎ一１）ＴＣＣ　ＴＣＣ——堆拉关系级联值　对于已不在咬钢的上游机架其张力级联值为：　统上增加张力外环．在堆拉关系控制中，由堆拉关系的给定值与堆拉　关系的检测值相比较相成堆拉关系偏差，此偏差值与堆拉关系控制的　ＮＴＣＣ＝ＮＴＯＲＱＦＩＬＴ＊ＴＣＯＮＳＴ　其中ＴＣ０一ｓＴ＝Ｚ＊２００００００／ＤＷ＊ＡＲＥＡ　比例增益相乘，形成堆拉关系控制的比例速度校正量；此张力偏差值　乘以堆拉关系控制增益常数形成一个信号，即堆拉关系控制中用于Ｒ　ＴＣ０Ｎｓ卜堆拉关系常数ｚ——齿轮箱齿比　系数积分控制的校正信号，此信号将送给Ｒ系数控制环节，通过自整　ＤＷ——轧辊直径ＡＲＥＡ——轧辊受力面积　２力矩记忆　定产生经过校正的Ｒ系数，送到级联系统中，调节上游轧机的速度，实　４－当轧件到机架的距离Ｌ＜ＷＬ３时，逻辑信号Ｌ７＝ｌ，程序存储张力　现堆拉关系控制。　Ｎ　ＮＴＣＣ，并计算得到张力偏差：　ＮＴＡＣＴ＝Ｎ　ｒＣＣ一（Ｎ－１）ＴＭＥＭ　ＴＭＥＭ——张力存储值　则张力修正值为：　ＮＴＤＥＶ＝ＮＴＡＣＴ＋ＮＴＲＥＦ　其中本机架张力参数ＴＲＥＥ的设定范围是０—２Ｎ／ａｍ２ｒ　４＿３堆拉关系控制　当逻辑信号Ｌ３＝ｌ时，则对Ｒ因子和上游机架速度进行校正。　Ｒ因子校正公式：　ＮＴＩＮＴＧ＝Ｎ　ⅡＧＡＩＮ　ＮＴＤＥＶ　ＴＩＧＡＩＮ——积分增益值　上游速度校正公式：　ＮＴＰＲＯＰＵ＝ＮＴＰＧＡＩＮ丰ＮＴＤＥＶ　ＴＰＧＡＩＮ——比例增益值　５结论　采用堆拉关系控制方法极大的调整了轧机间的堆拉关系，最大程　图１　堆拉关系控制原理圈　度上将负荷均匀化，保证了产品的高精度要求，要中小型钢材的生产　４堆拉关系控制的有关计算　４．１　轧机力矩的测量与滤波　线中取得了较为显著的效果。ｅ　作者简介：王宁国（１９８１一），助理工程师，学士研究方向为自动化控制与应　甩。　当轧件进入机架时，跟踪元素ＴＲＡＣ—Ｈ１给出咬钢信号Ｐ，通过内　程序的ＰＣ元素ＣＯＭ—ＣＶＩ１，从ＤＣＶ读取下列数据上游机架电机转矩　【责任编辑：张爽］　（上接第１４９页）层次性，在开设的实验项目中注意不同类型实验项目　省级物理科技竞赛，取得了一些较好的成绩，部分高水平成果得到了　的比例设计。表１中给出了材料物理学专业开设的实验项目类型、数　省内外专家的认可　毕业生受到石油石化行业用人单位的青睐，近三　量和百分比。在所有实验项目中，综合性和设计性实验项目占较大比　年来本科生毕业生就业率一直稳居９０％以上，毕业生在生产一线展现　例，达到了８０．５％。其中设计性实验项目占４４．１％，综合性实验项目占　出良好的实践创新能力，多人已走上基层领导岗位，毕业生在各个用　３６．４％，突出了对学生创新能力与知识综合运用能力的培养。（２）注重　人单位普遍得到了好评，促进了在校生的就业工作开展。学生培养和　实验项目的筛选，在近几年的教学中，不断更新改革实验项目，保留了　些典型的物理学实验，并结合科技的最新进展增加了新的实验项　目，同时剔除了部分意义不大，内容陈旧的实验项目。经过实验项目的　不断更新筛选完善了实验教学培养体系。（３）注意对学生选课的引导，　针对学生选择实验的盲目性，把实验项目分为必选和限选两种。对于　一行业需求之间形成了良性循环，促进了专业的发展。　如上所述．“四年实验教学不断线”的实验教学模式在中国石油大　学（华东）材料物理学专业经过多年实践。结果表明这种实验教学模式　对大学生创新实践能力的培养能够起到极大的促进作用。该实验教学　模式具有很好的实用性和示范性．对一般以工为主特别是行业特色鲜　注重于专业基础知识的实验项目定为必修．同时为了满足学生不同兴　明的高等学校理科专业有重要的借鉴意义和推广价值。ｌ　【参考文献】　［１］孙维民，廉舒，王维，等．大学物理实验教学体系改革与实践啪．大学物理实　趣爱好，提供了多个方面的限选实验项Ｅｌ。通过必修和限选课的设置　既保证了学生基础实验能力的培养，又加强了对学生兴趣爱好的引　导。　２１）．　材料物理学专业对本科生进行了分层次、分阶段的实验训练，全面培　验，２００８（创建多层次实验教学模式的探索研究ｆＪ１．中国科教创新导刊．　养了学生实践能力、协作能力、自主分析能力和创新能力，在多年的摸　［２］李晓勤，杨玲．２８）．　索过程中逐渐形成了一套完善的针对大学本科生创新实践能力的实　２００８（验教学培养模式。　［３］杨宏春，杨春，杨伟．构建工科大学应用物理专业课程体系的平台思想叨．内　江师范学院学报，２００３（１８）．　［４］孙腊珍，张增明．研究型大学物理实验教学平台建设的实践与探索［Ｊ］．实验　２“四年实验教学不断线”教学模式取得的成果　技术与管理，２００８　ｆ２５）．　“四年实验教学不断线”教学模式充分地利用了专业（系）、学院现　有的实验室资源，能够使本科生在大学四年期间的实验教学环节不问　作者简介：张军，博士，副教授，中国石油大学（华东）物理科学与技术学院　　断，实现了从基本方法、基本技能的训练到高水平创新性的训练，对学　材料物理系主任。生创新实践能力的培养起了积极的作用，取得了丰硕的成果。多名学　生在本科期间发表了高质量论文，取得了一些有价值的科研成果。在　ｆ责任编辑：张新雪］　材料物理专业领导和教师的鼓励下，一些学生积极地参与了国家级和　１０４