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[关键词]材料学科 实验教学 课程体系
[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）17-0125-02
材料科学是一门研究固体材料性质规律、设计及控制材料性能的科学，其目的在于揭示材料的成分、工艺、组织结构和性能之间的关系，是与工程技术密不可分的应用科学。实验教学是连接材料学科教学工作中理论与实践的枢纽。只有高度重视实验教学工作，才能真正提高学生理解和掌握专业理论的能力，才能真正提升学生实践和创新的素质。
一、高校材料学科实验教学的现状
长期以来，实验教学环节的重要性在教学过程中往往被忽视，实验教学仅仅附属于理论教学；整个培养过程中各个独立的教学实验之间缺乏系统性和连贯性，学生在教学实验环节所学到的只是一些与课堂教学相关零散的知识，不能系统地了解材料科学实验研究各个阶段的内在联系。从而造成知识的断裂和缺陷，学生的实验技能匮乏、工程意识淡漠；或者脱离时代和社会发展以及学生实际的状况，过分强调学生的创新实验，注重创新成果，忽略实验的基本理论和基本技能培养。在当前材料学科实验教学的培养过程中，材料类共性的基础性实验没有得到重视，因而也就不可能使得学生的综合素质得到有效的培养。
因此，构建反映时展需求，有利于素质教育和创新人才培养的科学合理的材料学科实验教学体系，已经成为材料学科实验教学需要亟须解决的问题。
二、材料学科实验教学的目标
材料学科是一门实践性很强的学科，实验教学是材料学科教学的重要组成部分，实验教学的目的在于促进学生巩固材料学科的基础理论知识，掌握材料学科实验研究的基本技能，培养学生运用材料学科的科学方法，研究和开发高性能新材料、改善和提高传统材料组织性能。在此基础上才能更好地通过综合性创新实验培养学生的创新能力，而不是片面追求创新成果。
本科阶段材料学科实验教学的培养目标应分为三个层次：一是掌握验证材料科学的基本原理，这方面的内容主要是材料科学基础课程教学中涉及的演示、验证性实验；二是掌握材料分析测试与工艺的基本技能；三是创新性能力的培养。
三、材料学科实验教学体系内容
随着社会经济和科学技术的发展，金属材料、非金属材料、高分子材料、生物材料等之间融合越来越密切，出现了大量的材料类交叉学科；各种材料涉及的组织结构、材料性质、设计制备技术、使用方法等不尽相同，不同材料制备技术和材料各学科之间发展水平存在较大的差异；各高等院校材料学科专业特色及材料学科技术应用服务的领域不同。由于以上原因，材料学科实验课程体系内容设置存在较大难度。
应调整和完善材料类实验教学体系、结构、内容，以更好地适应高素质创造性人才培养的要求。湖南大学材料科学与工程学院根据材料学科实验教学体系的培养目标，以材料基本实验操作、研究方法、现代测试分析手段为基本实验教学内容。以学生实践能力培养为核心，构建了以“材料制备与加工-材料性能测试与评价-材料组织结构分析与表征”为基础的材料科学基础性实验体系：基础型实验、综合设计型实验、研究创新型实验。
（一） 基础型实验
基础型实验包括材料制备实验、材料分析技术实验及材料性能测试技术实验。这部分实验内容是材料大类基础性实验，旨在使学生学会基本的仪器设备操作，了解测试原理和测试方法，重点培养学生的基本实验手段、方法和技能。
湖南大学材料科学与工程学院将基础实验项目从理论课程中分离出来，建立与理论教学体系相对独立且有机衔接的实验课程体系。将原来依附于理论课程的《材料科学基础》、《材料工程基础》、《材料测试技术》课程实验重新优化整合为《材料制备与加工实验》、《材料性能测试技术实验》、《材料组织结构分析与表征实验》3门基础实验课程，加深学生对理论教学内容的理解，验证理论教学的相关定律、定理和基本概念等。
《材料制备与加工类实验》 根据专业不同而设置相应的实验教学内容。课程主要是涉及材料的制备及生产加工的实验项目，目的是使学生掌握材料的制备及生产加工所需设备的用途、结构特点、实验方法、操作技能。
《材料组织结构分析类实验》是材料大类基础型实验。其主要包括材料金相试样的制备及金相组织观察、材料组织结构的电子显微分析等方面的实验内容，目的是使学生掌握材料的电子显微分析技术、X-射线分析技术的仪器基本构造、测试原理、实验方法及操作技能。
《材料性能测试技术实验》 根据专业不同而设置相应的实验教学内容。其主要是涉及材料的力学、热学和电学性能检测分析方面的实验项目，目的是使学生掌握材料的材料性能测试的仪器结构特点、实验方法及操作技能。
（二） 综合设计型实验
综合设计型实验必须强化专业基础实验，具有鲜明的专业特色，以培养学生对所学基础理论与专业知识的系统分析和综合应用的能力。通过综合设计实验，学生将了解从材料制备、结构表征到性能检测的全过程，使学生对自己的专业方向有一个较为全面的了解和认识，深化其对专业理论课程的学习。通过综合设计型实验，加强学生的工程意识培养，加强学生的动手能力、开放性思维的培养，强化学生在实验过程中发现问题，应用基础理论与专业知识，初步形成分析问题、解决问题的能力。
湖南大学材料科学与工程学院综合设计实验主要从系统性和综合性出发，针对不同专业方向，分别开设金属材料、非金属材料、材料物理、材料化学、高分子材料4个主要专业方向的综合实验。
（三） 研究创新型实验
研究创新实验是为了让学生了解最新学科发展动向，了解学科前沿，拓宽学生的知识面，激发学生求新、创新欲望，实现从“要学生学”到“学生自己要学”的转变。培养学生在实验中发现问题并利用所学基础理论、专业知识分析问题并最终解决问题的科研能力，进而培养学生的创新思维和能力。
这类实验项目主要是三类：导师课程、研究创新实验和毕业设计。研究创新型实验主要通过以下方案来实施。
湖南大学材料学院围绕“培养将来可成为材料领域和工业界精英人才的有志向的本科毕业生”的精英人才培养目标，推行本科生“导师制”――本科生从大一开始就必须进入导师团队，由导师开设导师课程。这样，学生从大学一年级开始就能够参与导师的科研实验和科研学术活动。
研究创新实验项目由学生自主申报，并成立相应的学生研究小组，在教师指导下完成。这类项目主要依托“ SIT计划”项目、“湖南大学大型精密贵重仪器设备实验实践研究项目”。
毕业设计主要依托教师在研课题，在毕业设计选题中设置一些创新型的科研课题，也可以由学生自主提出研究课题，要求学生一人一题，让学生“自主选题、自主设计、自主实验”。同时，考虑到教师的教学科研任务及实验条件，对教师指导毕业设计的学生人数做一定数量的限制。
研究创新实验项目和毕业设计以学院各研究所、科研室 （课题组） 、实验中心及重点实验室为依托单元，在教师指导和支持下完成。
材料科学与工程实验教学是实现素质教育和创新人才培养的重要环节，对培养学生创新思维和实验能力有着不可替代的作用。构建科学合理的材料类实验教学体系，是材料科学与工程实验教学的基础，也是培养学生实践能力、科研能力和创新能力的重要保证。材料类实验教学体系既要注重大材料类学科的宽口径实践能力的培养，同时也需强化专业基础实践能力的培养。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 孙建林，李晓刚，谢建新等.材料科学与工程学院实验室改革与创新[J].北京科技大学学报，2002（4）：74-77.
[2] 刘天模，王金星，黄佳木.以学生为本，构建材料类课程实验教学体系[J].实验技术与管理，2011（6）：254-256.
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关键词：材料;本科;创新能力;实验平台
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2014）41-0269-03
一、前言
高等教育的任务是要合理调配和使用有限的教育资源，为国家培养更多、更好的人才和创造更多、更好的科研成果，而创新能力的培养是高等教育人才培养中的重中之重。党的十六届五中、六中全会做出了建设创新型国家的战略决策，而建设创新型国家决定的因素是人才，关键是创新型人才。创新型人才对党和国家事业发展至关重要。作为建设创新型国家重要支撑和动力的高等学校，必须不断提升自主创新能力，真正担负起培养创新型人才的重任。面对经济社会发展的新形势，加强大学生创新能力的培养，探索适合我国国情的高等学校创新人才培养之路，是当前我国高等教育面临的重要问题。培养大批接受过良好工程教育，具有坚实基本工程素养和卓越创新能力的未来工程师，是国家走新型工业化道路、建设创新型国家战略目标的必然要求。教育改革必须适应培养创新人才的需要，因此，培养创新型人才已成为现阶段我国高等院校在人才培养中的首要任务，是实现创新型国家战略目标的重要保障。
二、材料学科创新人才培养现状
材料是一个科技含量高、学科范围广、技术密集、应用性强的学科，其理论构想、创意、验证和研究都必须依赖实践来完成，即通过理论与实践的结合，使其有形化、物质化。实验教学在材料专业教育中占据着战略性的重要地位，是培养材料领域创新人才的关键环节，具有其他任何教学方式不可替代的独特作用。实验室能为学生提供一个实践平台，学生在实践教学中不仅学习科学实验的基本知识、方法和技能，更要受到严谨的科学作风训练，培养科学的世界观和方法论，在科学实验产生科技发展突破性成果的一个个实例中激发探索精神和创新激情，形成创新人才所必须具有的独立思考能力，分析问题、解决问题的综合能力和创新能力。在目前的材料类专业实验教学过程中，一般是将本科教学和科研分开，本科实验教学自成一体，有专门的实验室，专门的实验人员负责指导学生实验，而科研资源是博导、硕导带着研究生在科研实验室进行科学研究。本科教学实验项目几年甚至几十年不变，而在当今科学技术发展日新月异，知识爆炸的年代，这一本科实验教学模式显然与时代的发展不符，与培养创新性材料人才的目标相差甚远。以山东理工大学材料学院的本科教学实验为例，本科教学实验室承担材料科学与工程、材料化学和高分子材料与工程三个本科专业的实验教学任务，该体系传授材料学科基本实验知识和技能，但对于训练学生科学思维方法和创新实践能力则力不从心。而学科所拥有的国家工业陶瓷工程研究中心等科研平台不承担一个本科实验教学项目，在创新性材料人才培养过程中暴露出许多不足。因此，我们将材料科学与工程实验中心的材料学科教学和科研实验资源重新配置，最大限度的做到资源共享，提高利用效率，期望能更好地服务于本科教学，提高材料类本科创新性人才的培养质量，同时也拓宽了科研和社会服务资源，为高校实验平台资源建设和管理模式改革进行探讨。
三、材料学科教学科研一体化实验平台的建设措施和成果
我们的实验室改革围绕如何科学配置实验资源和功能，最大限度的做到资源共享，提高利用效率，更好服务于教学、科研和社会服务的开展，提高大学生的创新能力，其中主要进行以下几方面的工作。
1.材料学院实验资源现状分析。截至2007年，材料科学与工程学院材料学科实验室完成了初级建设阶段，拥有了较为完整的学科教学实验体系和实验基础条件，实验设备总值达到了950余万元，但是没有一台单价5万元以上的设备，承担着材料学科三个本科专业的实验教学任务，实验任务由实验中心的专职实验员准备、指导完成。而以国家工业陶瓷工程研究中心为代表的科研平台科研仪器设备资源总值达到了1800余万元，其中5万元以上的设备50余台件，承担研究生培养和教师的科研任务。但科研平台在运行中暴露出许多问题，比如管理人员不足、设备开发利用不够、教学科研资源分离，导致资源设备的利用效益偏低，大型设备的人才培养功能得不到利用，设备的领用、管理、使用、服务机制不够健全。这种状况使大型设备的人才培养功能得不到利用，本科生创新能力的培养得不得保障。随着学校建设教学科研型大学目标的提出，学校进入内涵式发展阶段，材料学院也明确提出以培养“能力强、素质高、具有创新精神的应用型人才”为目标。因此，如何做好实验资源的优化配置、精细管理和充分共享，推动教学科研社会服务三大功能的实现，具有重要的现实意义。
2.教学、科研一体化实验平台建设。课题组通过调研相应高校材料学科实验室建设的情况，研究分析我校材料学科实验教学及科研方向等，针对实际找出实验资源配置、共享、使用、管理中存在的问题。通过分析问题，制定调整改进管理办法并付诸实施。根据学科特点和仪器设备类型重新划分实验室，按照专业培养方案要求，确定实验室的教学功能，充分整合学科资源建设教学科研一体化实验平台，打破教学科研资源壁垒，实施学科实验资源共享，以中心为依托统一构建学科教学科研实验平台。不再将实验室明确分为本科教学实验室和科研实验室，将原来的本科教学实验室和各类研究中心（国家工业陶瓷材料工程技术研究中心、山东省陶瓷基复合材料重点实验室、山东省陶瓷基复合材料工程技术研究中心实验室、工程陶瓷制备技术国家地方共建工程中心、先进陶瓷材料研究所、功能高分子材料研究所、晶体材料研究所、表面工程研究所、皇冠新材料研究所、鲲鹏精细陶瓷材料研究所、15个校企共建工程技术中心等）有机整合为材料学科教学科研共享资源平台，平台管理人员实行专兼结合，实验室专职人员负责仪器设备管理、维护和维修工作，兼职教师参与实验教学的指导和实验室的管理工作。实验中心的大型精密贵重仪器设备实行专人专管，将中心拥有的29台大精贵仪器设备按照功能分为15个机组，每个机组聘用2名以上的管理人员，实行机组负责制，每个机组必须利用大精贵仪器开设3项以上本科实验项目。材料学科教学科研一体化实验平台实行时间和仪器设备全方位开放。大学生可以利用实验平台信息网站进行实验仪器设备使用预约、实验时间预约。实验时间上的开放，可以让学生能够自主选择安排实验，有力调动了学生学习的主动性和积极性。实验设备自由开放，学生在实验室预约登记后就可以随时去实验室进行实验，实验室会有专门的实验教师安排指导。
3.开展创业，创新训练、竞赛，与教学实验互相补充。材料学科教学科研一体化实验平台除具备进行大学生实验教学功能外，还建设成为大学生创业、创新训练、学科竞赛的平台。利用平台优质资源开展各层次的材料实验技能大赛、新材料创新设计大赛、组织参加“挑战杯”创业计划大赛，开展国家级、校级科技创新项目，与实验教学互相补充，弥补实验教学在教学内容和模式上的局限和不足，形成完整的实践创新体系，这是提高当代大学创新素质的有效途径。
4.充实实验教学队伍，提高实验教学质量。教学科研一体化平台聘任高水平的理论课教师和科研人员参与到实验教学中，充实实验教学队伍，提高实验教学队伍水平和素质。目前平台已经聘请了28名专任教师为兼职实验指导教师。中心实行实验室工作人员的动态流入机制，提高了实验指导人员的数量和水平。实行“科研导师”制，为每个本科生配备科研导师，引导本科生参加科技创新活动，以大学生第二课堂创新研究活动和开放实验室项目为纽带，加强课外实验教学，将实验教学延伸到学科的科研基地，逐渐使课外实验教学成为培养学生创新能力的重要途径之一。
5.规范过程管理，完善监控体系。实验资源平台建立以后，运行和管理由实验中心统一组织和协调，学科实验教学指导委员会负责对实验教学的重大问题进行决策。建立完善各项平台运行过程管理制度、平台开放制度和质量监控评价体系。实行实验室房间责任人制和大精贵仪器设备机组负责制，实验室责任人和大型机组每年年底考核，考核的主要内容包括为大学生服务的实验项目数、实验教学质量、指导大学生创新项目数、参与学生人数和大学生获奖情况等方面，考核合格的实验室和机组续聘，不合格的解除聘用。
6.教学科研一体化实验平台实践效果。实验教学打破本科生实验单一的演示实验方式，组织各种形式的兴趣科技小组，配备大型精贵设备机组责任人为指导教师，让学生参与到教师的科研课题中，在实验研究过程中提高样品处理、仪器操作、结果分析等实验技能。平台“以研究引领教学，以研究促进创新，教学和研究相互交融”，大量科研项目整合提炼为研究创新实验内容，通过课程实验、创新活动、技能大赛等多样的实验教学方式锻炼学生。把科研活动、工程实践与实验教学紧密结合起来，提高实验教学质量。每年中心大型设备使用培训相关实验项目和学生创新活动课题达30多项，受益学生170余人。如培训学生对化学气相渗透炉、多功能高温烧结炉、计算机控制流变仪、高效液相色谱仪等大精贵设备操作熟练，提高了学生的就业竞争能力，学生在毕业时受到企事业单位技术开发部门、质量控制检测部门的欢迎。利用教学科研一体化实验平台资源，近三年毕业生论文有7篇获得山东省优秀学位论文，42篇获得学校优秀论文;17名同学在大学生数学建模大赛和“挑战杯”创业计划大赛等比赛中获奖;本科生正式发表学术论文22篇;在“大学生第二课堂创新活动”项目中，本科生承担完成285项;材料学院本科毕业生一次就业率达到90%以上。
参考文献：
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【Key words】Powder materials and technology；Teaching benefits teachers as well as students；Leading science and technology
《粉体材料与工程》是我校材料科学专业本科生主干专业课程之一，集理论概括性与跨学科交叉性于一身，同时也与基础学科和应用科学紧密相连[1]，综合运用现有教学技术和手段，结合前沿专题与实验教学，对于提升学生对于知识的综合运用能力、实践创新能力具有重要的意义。本课程对学生未来的就业与科研工作，同样具有认知与过渡的重要作用。
1 粉体材料与工程在国民经济与前沿科学中的重要意义
粉体材料的理论知识与实际应用，遍布与人们的生产生活，从古至今，从生产到科研，从工业到农业，无处不在。无论中华文明中的陶瓷与火药，制墨与印染，还是现代工业的选矿与煤炭运输，石油业的催化与超硬材料的磨料磨具，粉体材料与技术都在默默的发挥着重大的作用。
随着现代检测与微观技术的发展，特别是纳米技术与纳米材料产业的迅速崛起，人们对于粉体有了更为广阔的分类（块体，颗粒，超细/超微颗粒，纳米颗粒，皮米/飞米颗粒）[2]。对于微观粉体科学的研究，在太阳能电池、无机抗菌材料、纳米仿生材料、超导材料、复合功能材料等前沿科学的研究中越来越被人们所重视。
2 粉体材料与工程的课堂与实验教学内容
针对于材料科学专业，《粉体材料与工程》的课堂教学主要针对以下几个专题进行讲授：颗粒的几何特征，粒径测试方法，粉体颗粒的力学性质，粉碎与制备，分级与分离，储存与转运，混合与造粒，危害与防治等[1-5]。增加备受关注的纳米材料与技术，应用广泛的粉体工业设备的专题介绍。同时辅以《粉体材料与工程实验》课程的实验设计与操作（包括气流粉碎实验、粒度测试与表征、颗粒表面改性等实验），使学生充分认识粉体材料与技术所涉及的物理、化学等各个学科知识，并了解粉碎、造粒、粒度测试与表征等微型仪器设备的原理与使用；综合本专业实习基地（协进陶瓷）现场的实习认知与实际操作，充分调动学生对于知识的运用和理解，激发科研兴趣，为就业与科研工作打下良好的基础。
3 粉体材料与纳米材料
纳米材料与纳米技术是新型科学与技术的代表之一，因为其对神秘微观世界的深入分析以及对现代生产生活的巨大影响而越来越多的被广大同学所喜爱，在绝大多数的材料科学与工程院校均独立开设了课程。纳米粉体属于微观粉体的一种，是粒径尺寸介于1-100纳米的粉体颗粒；纳米粉体具有粉体的一般特性，纳米技术适用于多数的粉体工程；且纳米粉体和技术具有自己独特的尺度特性，如燕山大学、吉林大学与美国芝加哥大学合作制备的纳米孪晶结构金刚石，其硬度相当于天然金刚石的两倍[6]。这些研究成果的引入与介绍，为课堂教学增添了较大的学习乐趣。《粉体材料与工程》课程中，纳米材料与技术是其中重要的一部分，因此把握好粉体材料/技术与纳米材料/技术对于提高学生的学习热情与科研兴趣具有重要的作用，也可以为《纳米材料》等课程的学习打下基础。
4 粉体材料及粉体技术与科学研究
考研、读博，从事科研工作，是学生们毕业后的选择之一，也是现在科技发展、社会需求对教育教学提出的一个潜在要求。粉体材料与技术，涵盖了粉体制备技术、测试技术、表面改性技术、纳米材料与技术、显微仪器操作与设计、分子药物制备、纳米能源器件等各种先进的技术与理念[7]。因此，针对于粉体材料的教学，在基本教学内容中，添加一定的前沿科学知识，有助于学生科研兴趣的培养，对于今后研究生科研课题的基础教育与衔接，有着重大的影响。粉体产业相关的仪器设备，如今在实验室中更加微型化、普遍化，如激光粒度仪、扫描电子显微镜等，这些设备的原理掌握与熟练操作，对于今后的科研工作、设备的改造与研发，有一定的推动作用。
粉体材料及技术，与实际生产生活息息相关，因此开设《粉体材料与工程》相应的实验课程必不可少。为了加强学生对粉体技术的熟悉和掌握，我院单独开设了《粉体材料与工程实验》课程，实验内容以制备、表征和改性为主；依据本地的粉体行业热点（本专业对应的实习基地协进陶瓷是建筑用外墙砖领军企业之一）和实验室现有科研课题、相关设备，制定了高岭土粉碎及颗粒表征实验、粉体颗粒表面改性剂测试等实验。实验中应用到小型气流粉碎机、标准筛、激光粒度仪、扫描电子显微镜等粉体技术常用的制备（破碎）、筛分、表征设备，与《纳米材料》、《材料科学基础》和《现代材料分析测试技术》等课程紧密相连。《粉体材料与工程实验》课程，聘请材料学专业研究生作为助理，针对于粉体技术与理论知识在科研中的应用和重要性，在学生间相互交流得到强化。
5 粉体材料及技术与生活
关键词：材料化学 专业实验 科研结合
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1673-9795（2013）05（a）-0045-01
材料化学专业是一个在我国多所高校都设立的本科专业，这个专业研究材料的制备、组成、结构、性质及其应用，具有明显的交叉学科、边缘学科和应用型学科的性质。同时，材料化学专业是一门应用型理工科专业，实验教学在此专业的教学活动中占有重要的地位。实验教学开展的好坏将直接影响本专业毕业生的水平。另一方面，实验教学是高等院校理工科专业教学体系的重要一环，在培养学生创新精神和实践能力方面具有举足轻重的作用。从大的方面讲，高等院校人才培养的结果将直接影响我国的国际竞争力，因为国家间的竞争是人才的竞争，高素质的人才是一个国家创新的根本，因此，培养创新型人才就成为摆在我国高等教育面前最紧迫的任务。针对上述观点，为更好的培养我校材料化学专业本科生的实验探索能力和创新精神，结合我校在化学与材料科研方面的特点，经过多年的实验教学探索，我们建立了以前沿科学研究融入材料化学专业实验的新型实验的教学方式，以科研骨干力量作为实验指导老师，一方面强化学生的基础动手能力，强调基本功；另一方面带领学生紧跟学科发展方向，突出以学生为中心的实验教学模式，形成依托科研方向和科研项目的研究式为主的实验教学方式。
1 专业实验的基本构成
我们将专业实验课程分为材料合成、结构及性能测试实验和材料加工与设计实验两大部分，这两部分专业实验贯穿两个主旨，一个是加强学生对专业知识的理解和掌握，同时，提高学生的基本动手能力和基本实验素养，学生在学习完成无机化学、结构化学、电化学、物理化学以及其它前导课的理论课及实验课的基础上，进一步学习材料化学方面的相关理论及实践知识。这一部分包括的实验有：（1）LaCeCoNiO3钙钛矿超细粉末的制备；（2）电沉积法制备ITO/TiO2/CdS半导体复合薄膜；（3）X射线衍射粉末法物相分析；（4）染料敏化二氧化钛纳米晶薄膜电极的光电流测试；（5）TiO2/CdS半导体膜电极光电性能的测试；（6）采用比表面分析仪测定改性纳米TiO2的比表面积；（7）钙钛矿型汽车尾气三元催化剂性能的测试；（8）以SBA-16为模板电沉积Fe；（9）CVD法制备碳纳米管；（10）气敏传感器件的加工、组装及测试；（11）偶氮苯的电子结构和光谱性质的理论计算；（12）金红石相TiO2的晶体结构及相关性质的计算；（13）压力对金红石相TiO2的带系的调控作用等。通过该课程的学习，使学生对功能材料及纳米材料的制备原理、方法有深刻的理解和认识，并使学生能将化学的基本理论与功能材料有机结合起来，培养学生独立思考和创新能力来解决材料化学问题，使学生对现代材料化学的研究现状和发展趋势有所了解。另一方面，是学生科学研究能力的培养和创新能力的培养，利用实验教师的紧跟时代的科研课题，激发学生的学习热情，同时，让学生体会到在科学探究过程中的乐趣。包括有：（1）基于纳米结构TiO2光电池的组装及其性能；（2）TiO2纳米粒子的制备、表征及其光催化性能；（3）功能复合微球设计合成及性质研究等实验，这些实验的结果并不是唯一的，学生可以选择自己感兴趣的方向选择其中一个。通过材料化学实验，使学生了解无机化合物功能材料领域的最新进展，系统掌握无机纳米粒子、超微粉体的制备、分离、表征以及性质研究等方法，培养学生的综合创新能力。
2 专业实验与科研相结合
依托功能无机材料化学教育部重点实验室、光电与能源环境材料省级重点实验室、功能材料省高校重点实验室，我院教师在新型石墨烯材料、半导体光电转换电极材料、光催化材料、化学传感器、光存储材料和有机光电功能材料及器件等方面的研究已经达到了国际前沿水平，同时，承担材料专业化学专业实验教学的老师全部承担参与了国家自然科学基金项目，并且绝大多数老师都是国家自然科学基金项目的项目主持人，这些资源为给学生开展优质的材料化学专业实验提供了保证。学生根据每一位指导教师的研究方向和课题并结合学生自己的兴趣，设计和执行实验方案。在各科研团队老师的指导下，分析实验结果，对存在的问题提出解决方案，最后得出实验结论。随着科研团队研究方向的发展，实验内容每隔三、四年即会调整更新，让学生始终能跟踪材料科学发展的方向，体会到创新的乐趣，自然增加了学生的积极性。
3 为学生创造条件继续深入科研
对一些学有所长，并且有时间和精力的同学，我们对他们开放实验室，为学生创造条件。有兴趣的同学可以在课余深入到教师的科研实验室，在相关教师的指导下，进行科学探索研究。因为专业实验的老师绝大部分都是科研骨干，所以学生在上专业实验课程的时候，能够了解各个老师的研究方向并找到自己感兴趣的方向，在课余时间，学生就可以找到相关的老师，继续自己感兴趣的研究，为他们日后打下基础。进几年来，已经有几位本科生在专业实验之后，走进实验室进行科学研究，并凭借其本科阶段的研究经验成功申请到奖学金，到发达国家的大学继续攻读研究生学位。
经过这些专业实验课程的改革之后，学生的上课热情高涨，学习的积极性也极大的提高起来，而且还有一些学生迸发了进一步进行科学研究的热情。这样又倒过来推动了学生对理论课程的学习，从总体上改善了学生的学习效果，能够更好的培养创新型人才。
参考文献
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南昌大学地处江西，江西有着非常丰富的铜、钨、稀土等矿产资源，经过几十年的发展，江西已经形成了从矿产开采、冶炼、再到加工的一套比较完整产业链。但江西金属企业多集中在产业链上游，利用高新技术生产高附加值产品的企业不多，特别是在铜、钨的深加工方面，无论是研究水平还是生产技术水平都与国外存在一定差距。由于缺乏相关专业人才使得江西省资源得不到充分的开发和利用，造成资源优势的浪费。作为中国高等教育的重点大学，南昌大学有义务也有必要积极培养与省情相适应的专业人才，将江西的资源优势转化为技术优势，为江西和国家的发展做贡献。然而此次调查发现，南昌大学虽然每年都培养出很多材料专业学生，但真正能进入到江西铜、钨和稀土领域的学生却很少。就目前情况来看，南昌大学虽然设置了大量的实践教学内容，但其实践教学体系研究内容相对比较分散，都是根据各个课程的特点开设一些实验课，没有形成比较系统的有针对性的实验实践教学体系。要改变这种现状，就需要对实验教学和实习实践进行有效的整合，开展富有江西资源和产业特色的材料科学与工程专业实践教学体系研究。通过本次对江西的资源特色和产业结构以及国内外著名大学实践教学模式的调查和研究发现，南昌大学可以从以下几个方面进行改进:
1．教学理念的转变发展着眼于省情，江西有着非常丰富的矿产资源，一方面，作为江西省教学和科研实力最强的重点大学，培养这方面的技术和研究型人才来服务于江西建设;另一方面，正因为有这种很好资源和产业的外在优势，南昌大学就应该充分的加以利用，在以后的研究和探索中形成自己独有的专业和技术优势。
2．课程设置方面首先，铜、钨生产和加工工艺都比较传统，学生在掌握好专业课的基础上完全可以自学;但稀土材料就不同，它涉及内容广泛，又自成一体，同时也是一门新兴学科，知识理论对本科生来讲还是有一定深度。为此，学校应该聘请在相关方面有深入研究的专家和教师，开设相关课程，教授学生相关方面的专业知识。其次，学校可以开设相关专题讲座，邀请一些大型企业的工程师或是技术人员进行定期或不定期技术介绍或给学生授课，这不仅可以促进学生对企业的生产过程、生产设备、生产技术以及产品的了解，也为将来的工作打下扎实的基础;同时也可以促进学生对专业知识的消化［3］。再次，学校应加强与国内外高校和研究所相关方面的交流与合作。
3．实验设置方面虽然实验课程较多，但就目前的实验安排来看，与本土优势资源相关的较少，实验设置可以向这方面有所侧重。
4．实践教学改进可借鉴麻省理工学院的实践教学模式。麻省理工学院(MIT)有一个本科实践机会计划(UPOP)，它由三个阶段组成:第一阶段:安排一周富有挑战性的、集中而全面的学习培训;第二阶段:由两部分组成。前部分在春季学期雇方与学生的双向选择，达成协议后，双方签订协议。后部分为10—12周的夏季实践;第三阶段:参加由助教们安排的讨论会。讨论时学生必须提供一份报告并做答辩，答辩通过后得到3个学分。虽然UPOP实施的社会环境和实施方式与我们的实践教学大不相同，但它有以下几个方面值得我们借鉴:UPOP有一个专门的部门或者说是管理队伍负责UPOP协调、学生服务以及与校友联系等管理工作，这就保证了学生的实践活动能够顺利实施，如果过程中遇到问题也可以及时得到解决。所以我们的高校也需要设立相应的管理部门来专门负责学生的实践教学工作。在实习之前，管理部门要给学生安排一个集中培训，除了专业技能的培训之外，最主要的是训练他们的沟通与协作能力。学生的实践活动不一定局限于学校的统一安排，可以鼓励学生主动与企业联系，分小组实习肯定会比大批量人员的实习质量更好。无论是哪种实习方式，学生和企业一定要签订协议，以保障学生的安全和企业的利益不受损失。实习结束之后，学生为了得到学分，还必须从本学院找一位教师评阅实习报告和参加答辩，讨论整个实践情况。当然，在实践教学过程当中，除了可以参考以上几个方面，我们还应注意选择大型的正规的企业进行实习，这不仅可以较好的保证学生的人身安全，也可以让学生学到更专业更前沿的知识;同时我们还应该注重学生兴趣和爱好的培养，兴趣是学习的最大动力。
二、国内外大学材料科学与工程专业实践教学差别及其原因
着眼于世界，我们发现，美国，德国，英国，日本，澳大利亚等工业比较发达的国家，他们的高等教育尤其是工科教育水平远远超过其他国家。这与他们本国的国情、教学理念、文化等因素存在着密切联系。经过此次调查发现，他们的工科实践教学都具有以下几个特点:1、学生人数少，实践教学资源充足，实验室随时向学生和教师开放，而且学校会举办很多的学术交流活动。2、社会对大学生的实践实习活动非常支持，保证学生有大量的机会去培养自己的实践动手能力。3、对学生理论知识的培养较弱，更注重培养学生的动手能力和实践创新能力。4、重视学生兴趣和特长的培养，从事研究的教师和学生的专业素质相对较高。以上几点都是我国大多数高校所不具备的，其原因有多个方面:第一，高等工科教育受国情的制约和影响。虽然我国高校的实验教学资源比较完善，但由于学生人数多，就很难保证实验和教学质量;同时，人数多也不便于学生和实验设备的管理，所以我国大部分高校的实验室很难做到随时向学生和老师开放，这种现状导致的结果就是我国学生的实践动手能力和专业素质普遍不如发达国家的学生。第二，我国高校的实践教学得不到社会的足够支持。一般的中国企业都不太愿意接受学生在其单位实习，其原因是多方面的:一是现在我们还没有一套比较正规合作协议来保证学校和企业双边利益;二是学生实习必定会影响企业正常的生产工作，可能会损害企业的经济利益。三是企业担心自己的技术专利或科研成果外泄。第三，中国传统的教学方式———灌输式教学，虽然能够使我们的学生有较高的理论水平，但同时也使我们的学生缺乏自主学习的能力和实践创新能力。
三、我国未来实践教学的发展趋势
虽然现在我们都配备了科学工具箱和学具袋，为教师准备实验材料节省了时间和精力，但是教师们并不能将实验材料准备的砝码完全压在工具箱和学具袋上。因为，其中的材料有些实验效果不明显，有些甚至会导致实验失败。因此，我们在备课过程中要做到心中有数，对实验材料要精挑细选。我们不要忽视学校实验室中留下来的常识课的实验材料，只要是能在科学课上用得上的，就应该选择合适的材料对其进行整理和修复，尤其是像酒精灯、烧杯、放大镜、铁架台、温度计、弹簧秤、水槽等实验材料，要好好保管，在科学实验课中，发挥他们应有的作用。例如，我在上《测量水的温度》一课时，就充分利用了常识课留下来的烧杯、温度计等实验材料，让其在科学课中得到充分利用。其实，以往常识课教学中的许多实验材料，经过整理后还是能在科学实验课中利用的，如简单机械实验盒、热学实验盒、物体沉浮实验盒等质量较好的器材，实验效果比科学工具箱中的器材要好得多。因此，选用现有的实验材料对我们有效开展科学实验非常重要。
二、拓展实验材料的渠道，充分保障实验器材
1.用心对待，注意积累
科学教师首先在平日教学中要做一个有心人，随时留意可作为科学实验材料的东西，不断搜集和积累，同时，还可以调动学生开展相应的搜集活动。例如，四年级下册的《各种各样的岩石》一课，经过每次实验教师和学生的共同搜集，我们实验室中的岩石种类愈加增多；三年级的《养蚕》《种凤仙花》单元，我们可以让学生把整个“养”的过程，或每次微小的变化拍成照片或拍成录像，通过收集、陈列学生的这些作品，可以为下一次教学提供丰富的资源。通过一轮轮的收集积累，以后科学教学中的实验材料准备就会变得轻而易举。
2.动手自制，替代不足
由于已有的实验材料并不能满足每一项科学探究活动的需要，部分探究活动要求的实验材料根本难以在实验室中寻找到，这时就要求教师根据实验要求自行设计、制作实验器材了。例如，教学五年级的《金属的热胀冷缩》一课时，学校实验室里只有铜球可以用作研究固体的热胀冷缩，这显然难以让学生信服实验的结果。于是，我就在课前设计并制作了一个新的教具。我把两根靠在一起但没有连在一起的铝条接入简单电路中，利用酒精灯在两根铝条的缝隙处加热，过了一会儿，学生惊奇地看到了小灯泡突然亮了的实验现象。这证明了铝也有热胀冷缩的性质，而且灯泡的发光与否对学生眼球的刺激更大，学生实验起来更有兴趣。
3.发动学生，拓展渠道
关键词 透射电镜 实验课程 材料学科 体会
透射电子显微镜（Transmission electron micro-scope，TEM）简称透射电镜，是利用高能电子束作为照明光源对材料的显微结构进行高倍放大成像的大型分析设备，目前已广泛应用在各科技领域，是探索研究微观世界的有力工具。借助于该设备，研究人员不仅可以表征材料的微观形貌，还可以直接观察到材料内部的组织状态和微观缺陷，借助于电子衍射功能还可以分析材料的晶体结构，因此，透射电镜已成为材料研究不可或缺的一种测试手段。
武汉理工大学材料学科作为学校的重点学科，不可或缺的就是对材料测试方法的学习。随着教学改革的不断深入以及越来越多的学生对透射电镜的需求，对本科生开设透射电镜实验课程势在必行。但在具体的教学工作中，存在一些棘手的问题，如不同学科所采用的制样方式以及观察重点都有所不同，而且由于透射电镜作为一种大型仪器设备，结构精密且操作步骤复杂，而实验课学生众多，贸然进行操作可能会出现操作不当，引起设备不能正常运行等。在这种背景下，如何在有限的教学中做到有的放矢，既让更多的学生得到实践的机会、学到更多的知识，又要确保仪器在使用过程中完好无损，就显得非常重要。我们单位由于测试样品种类比较广泛，但大多集中在无机非金属材料、金属材料等样品，需要涉及到低倍形貌的拍摄、高分辨电子显微观察和电子衍射的分析等方面。因此，我们针对材料学科特点，有针对性地开展教学内容，包含样品的制备、对透射电镜结构、原理和操作的了解以及图像分析的掌握。
1 理论教学
透射电镜结构比较精密，操作相对复杂，如果每年让许多学生都上机操作，且不能因失误操作导致损坏仪器，教学难度较大。因此，在实践教学之前，我们会首先要求学生预习实验指导书中的内容，对透射电镜有一个初步的了解。然后开设理论教学，向学生详细地介绍透射电子显微镜的原理、结构和应用、粉体和块体的制备等理论知识，在接触仪器之前提前讲解仪器的操作步骤、特点及注意事项，并展示一些透射电镜的图像特点，希望学生对透射电镜有进一步的认识，并且可以认识到透射电镜与扫描电镜、X射线衍射等其他测试方法之间的差别及联系。这样学生们在进入实验室前，已经对实验内容有了充分的了解，可以减少不必要的失误。
2 实验教学环节
2.1 仪器介绍及操作演示
带领学生进入仪器房间之后，我们首先对于前期教学中介绍的实验注意事项，重新针对实物强调一遍，加强印象。然后结合仪器本身，简单介绍一下仪器的结构和原理，使学生能够将理论图片与实物结合起来，加强理解。最后，我们将仪器的操作步骤向学生演示一遍，其间结合理论中所介绍的一些原理和结构特点进行讲解。
2.2 实践操作
实践操作是实验教学中最重要的环节，针对不同的学科，需要调整其相应的侧重点，并演示相应的典型样品。在这个环节中，我们分为三个部分来进行。
（1）样品的制备，包括铜网的选择、粉末样品的分散和制备、块体样品的切割、打磨、凹坑和减薄等。不同类型的样品，拍摄要求不同，所选择的铜网类型也不一样，一般情况下要求粉末样品分散均匀，浓度不宜过高，也不宜过低，而块体样品需要切割成直径3mm的圆片，打磨至100%em厚，凹坑后再进行离子减薄。
（2）针对学科特点，选择既可以拍摄低倍形貌，也可以拍摄高分辨晶格相的样品放入电镜进行拍摄。首先指导学生打开电子枪阀门，出现光斑后，对光路进行合轴之后，寻找合适的样品区域，拍摄清晰的低倍形貌照片以及高分辨电子显微图像，仪器和样品条件允许的情况下，还可进行电子衍射花样的拍摄，同时在拍摄过程中穿行合轴的指导和样品的解析。由于透射电镜操作上的难度，学生很难在短时间内完全掌握仪器操作，而实验课时有限，因此，我们只要求学生对操作的整个过程进行初步的掌握即可，如需独立操作，可在后期参与专门的培训。
（3）针对图像数据的处理。我们针对性选取一些有特点的图像数据，指导学生学会采用Digitalmicrograph软件测量样品的尺寸、晶面间距，学会样品缺陷结构的观察以及电子衍射的简单标定等，并布置相应的图片作业，希望学生可以在课后熟练运用软件，并利用晶体的理论知识与实际数据结果相联系进行分析和理解。
3 结论
透射电镜的广泛应用，逐步对实验教学提出了更高的要求，但又受限于其本身大型精密仪器的特质，如何针对不同学校不同学科不同样品，有侧重点地开设教学课程，是个一直以来都在探索和改进的课题。本单位针对测试样品广泛但集中在无机材料的特点，有针对性地开设实验课程，不仅指导学生了解电镜操作，还将理论课程中关于材料内部结构的W习融入数据解析，既有助于提高实验教学的实用性，也增加了学生对理论知识的理解，对以后从事科研工作大有裨益。
参考文献
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[2] 赵梅，李成栋，程俊梅，于广水，谭冠中.高分子学科透射电镜实验教学的体会[J].实验科学与技术，2015（13）：52-54.
[3] 李明芳，王晓岗，许新华，祝全敬.透射电子显微镜用于实验教学中的几个重要环节[J].实验室科学，2015（4）：49-52.
