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材料发现之旅

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  摘要:针对无机非金属专业培养方案中专业课开设较晚、低年级学生对专业认识不够的问题,本文尝试阐述在大一新生中开展关于材料认识的实践活动,记述实践过程,评价实践活动的意义和效果,发现带有竞赛性质的实践活动能有效增进新生对无机非金属专业的认识,激发学生的学习兴趣。
  关键词:无机非金属专业;实践活动;材料认识
  中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)39-0132-02
  无机非金属专业培养的是德、智、体、美等全面发展,具备材料科学与工程相关基础知识以及无机非金属材料科学、材料工程方面较宽厚的专业基础知识的高素质专门人才。在具体的培养方案中,学生在大学一、二年级主要学习公共基础课,在大学三年级开始学习专业基础课。这就使得学生接触专业课的时间相对较晚,在大学生活的前两年,很多学生并不了解无机非金属专业的研究内容,甚至从来没有进过实验室,对无机非金属专业的研究对象知之甚少,对这个专业存在陌生感,缺乏专业知识的学习兴趣。尽管从大学三年级到四年级逐渐接触相关的专业知识,但从陌生到认识,再从认识到熟悉,或者再到有兴趣,仍然需要一定的过程和时间,可以说仅仅在大学的最后两年来培养学生的专业兴趣,这在形成与提升其专业理论和实践能力方面是明显不够的。实践教学环节是培养学生创新精神的有效过程,如何能够充分利用大学四年安排时间灵活、形式多样、趣味性强的实践教学活动,对提高学生对无机非金属材料专业的兴趣和工作热情具有无法替代的作用。为此,笔者与相关的实验教学人员尝试在大一新生中开展具有浓厚专业特色的实践活动,消除新生对专业的陌生感,培养对无机非金属专业的兴趣,为培养创新型专业人才提供积极的建设性信息。
  一、选题――“材料发现之旅”
  对于刚刚迈进校园的大一新生,一切都是新鲜和陌生的,多数人对自己的专业――无机非金属研究对象的了解仅限于水泥、玻璃和陶瓷等名称。由于知识背景的差异,学生对水泥、玻璃和陶瓷的理解也各不相同,其中不乏许多误解。为了消除新生对无机非金属材料的认识误区,有必要开展相关的无机非金属材料认识的实践活动。为此,我校在针对大一新生开展了无机非金属材料的认识实践活动,主题为“材料发现之旅”。在尝试进行第一次“材料发现之旅”活动时,我们选择制作容易的传统陶瓷材料作为学生制作和认识的对象。通过亲手制作一块陶瓷材料,使他们认识陶瓷是怎样由各种原料通过一系列的处理而得到的。为了激发学生的参与热情,我们采用自由组队的方式,以小组为单位,通过比赛制备强度较高、色彩较为艳丽的陶瓷材料,并对获胜的小组颁发证书。由于采用比赛的方式进行陶瓷制备实验,事先没有给出统一的陶瓷配方,这就需要各个小组通过查找资料得到自己的配方。对于毫无专业知识的新生来说,根据备选原料,设计一个陶瓷配方并且要求陶瓷强度高、色彩艳丽,并不是一件容易的事情。他们需要学会去图书馆查找相关书籍,利用相关数据库检索文献,而且根据资料得到的配方很可能不会达到预期效果,尽管困难重重,但这一富有挑战的过程,却是对他们自学能力、创新意识、团队合作能力的一次很好锻炼。
  二、答辩――实施方案的评价
  经历一段时期的自由选择配方、实验过程设计阶段后,指导教师对学生实验方案进行评价是必不可少的。毕竟在缺少专业知识的前提下,学生自由选择的实验配方、工艺过程可能存在一定的错误,所查配方是否针对传统陶瓷,所用成型方式是湿法还是干法,陶瓷致色原料怎样选择,是否可以对坯体施釉等?由于专业条件的限制,学生无法进行判断和选取,作为指导教师应及时介入消除学生的困惑,避免由于存在的错误而很有可能导致实验失败,打击他们的自信心。为此,我们鼓励学生制作PPT讲稿,详细地介绍实验方案以及预期结果,提出寻找配方、制备工艺过程中遇到的问题,由指导教师从专业角度评价实验方案,解答疑惑,结合实验室现有条件给出相关的修改意见,完善实验方案,确保实验方案的可操作性。指导教师通过答辩的方式使学生对陶瓷原料配方的选取原则、成型工艺、烧成制度、测试方法和手段有个初步的了解。
  三、实验操作――陶瓷样品的成型
  在各小组的实验方案已完善之后,指导教师可以安排各小组利用自己的空闲时间开始陶瓷的制备实验。陶瓷的制备实验主要包括原料称取、混合研磨、压制成型、高温煅烧等步骤。除了原料称取,其他几个步骤涉及专业设备的使用和特定的实验操作方法。为了方便学生使用专业设备和掌握特定的操作方法,实验教师可以组织开展相关设备的培训使用,随时提供相关问题的解答和指导,同时,无机非金属实验室全天开放,保证该实践活动的顺利进行。各小组有了具体的实验方案,如何将预期设想转化为具体实物材料,是真正考验学生动手能力的环节。由于没有教师的具体指导,所有实验都要在小组成员的探讨和尝试中进行,这无疑会增加实验结果的不确定性,增加学生的自主权和更多的思考机会,对小组成员分析问题、解决问题以及交流表达、动手、团队合作等能力来说,都是一次良好的锻炼机会。
  四、样品测试――实验结果的评价
  对各小组制备陶瓷样品的色泽评价,采用全体学生投票的方式选出色泽最为艳丽的样品。陶瓷样品的强度以材料的压缩强度来评价,采用万能材料试验机进行测试,根据测试样品的平均压缩强度确定强度较大的样品。在测试过程中,实验教师要重点讲解万能材料试验机的工作原理和使用操作,使学生了解最常用的陶瓷强度测试设备。此外,指导教师需要解释影响陶瓷强度和色泽的几类因素,使学生了解陶瓷强度和原料配方、制备工艺间的联系。
  五、实践活动的总结
  针对大学一年级学生开展材料制备实践活动,是我校无机非金属专业首次面向低年级学生开展的实践教学活动,其目的是加强学生对本专业的认识,激发对无机非金属材料专业知识的学习热情,树立作为一名高素质材料人的志向。名为“材料发现之旅”的实践活动计划从大一新生开始,陆续对大一、大二学生开展。“材料发现之旅”第一季的关于传统陶瓷的认识已经顺利结束,在这次实践活动中,我们采用兴趣小组比赛的方式进行陶瓷材料制备,旨在通过学生自己动手制作陶瓷材料,从原料配方、坯体制备、陶瓷烧成、性能测试等几个方面系统了解传统陶瓷的配方及工艺特点。这种带有比赛性质的兴趣实验可以极大地激发学生的参与热情。我们设计的初衷是在自愿的基础上自由组队参加,但出乎我们意料,无机非金属专业大一年级接近90%的学生参与了这次活动,这充分体现出新一代大学生喜爱挑战、勇于进取的精神,但同时也反映出此次实践活动的巨大魅力。让人欣慰的是,尽管大一新生还没有接触到任何专业知识,但通过他们在图书馆查找资料,网上搜索相关信息等自我学习方式,已经给出比较接近的传统陶瓷配方,以及相关的陶瓷坯体成型工艺,而且有两个小组的陶瓷配方和实验操作过程设计已经和综合实验中的陶瓷制备实验非常相似,这说明:在一定的条件引导下,学生完全有能力来实现自我学习、自我教育,其自身的学习潜质很大。同时,在比赛争胜心理的作用下,小组成员集思广益,相互之间能够密切配合。一些小组还创造性地解决了实验操作中遇到的问题,极大地促进了学生的动手能力以及团队协作能力,这对提升以实验为基础的专业素养具有重要意义。同时,在小组成员相互探讨、紧密合作、积极准备参赛陶瓷样品的过程中,他们也不断地增进相互间的了解,促进同学间的友谊。
  通过这次实践活动,学生完全以自主学习的方式,亲自动手制备出陶瓷材料,对无机非金属材料中重要的陶瓷有了全新的认识。在各小组查找陶瓷配方,设计烧成工艺的过程中,也遇到许多无法理解的专业问题,比如怎样通过原料配方估计陶瓷烧成温度,怎样对陶瓷施釉,一次烧成还是二次烧成?这就使学生认识到,仅仅依靠几篇学术论文无法深入理解无机非金属材料的专业知识,无论是陶瓷、玻璃、水泥还是新型无机非金属材料,都有系统的知识体系,要想深入地了解,只能依靠系统学习,认识到专业知识对材料设计的重要性。学生在这次实践活动中发现的问题和困惑,实际上会增加其对以后将要开出专业课程的期待值,激发继续深入学习专业的知识热情和关注无机非金属材料的兴趣。
  通过这次针对大一新生的实践活动,笔者深刻地体会到在专业人才素质培养的过程中,学生好奇心和兴趣的培养是多么重要的一项任务。人们常说,兴趣是最好的老师,有了兴趣就有了学习的动力和渴望。那么,在对本科生进行专业教育的时候,我们是否意识到培养学生兴趣的重要性呢?是否还在一厢情愿地将满满的枯燥干瘪的内容填鸭给学生呢?我们是否在磨灭学生的兴趣?是否应该在学生懵懂迷茫时,给他们点亮一盏灯火?这些应该是每个专业课教师应该反思的问题。总而言之,一次“材料发现之旅”或许不会改变所有学生对无机非金属材料专业的认识,但第二次、第三次……总会让学生看到无机非金属材料的专业魅力。
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