多孔陶瓷开放创新实验实践与探索

薛兵 刘虹

摘要：本文分析了开放创新实验——多孔陶瓷实验的教学现状和不足，并根据开放创新实验对学生能力培养、兴趣培养的教育宗旨，提出通过加强学生实验设计自主性、调整实验方法以激发学生参与兴趣、加强小组成员之间的合作、合理评价学生成绩等教改措施，促进多孔陶瓷实验的教学改革与发展。

关键词：开放创新实验；多孔陶瓷实验

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）15-0150-02

开放创新实验是我校面向本科生开设的以问题为基础的研究型实验项目，其宗旨在于推进以问题为核心的课外探究性实践学习，激发学生学习兴趣及研究问题的主动性，培养学生分析问题、解决问题能力，培养团队合作意识和创新意识，进而启发大学生创新创业训练项目研究。具体实施办法是学生在教师指导下，自主设计实验方案、技术路线，自主进行实验、分析实验结果，最终解决问题，并独立撰写实验报告。然而，在开放创新实验项目实施过程中，由于种种原因，很多项目没有完全达成最初的设计目标，从而降低了教学质量，不利于学生能力和素质的培养。多孔陶瓷实验是材料学院开设的众多开放创新实验项目中的一个，具有明显的无机非金属材料专业特征。由于该项目尚未在激发学生学习兴趣、培养学生研究主动性等方面达到开放创新实验项目设立的初衷，因此笔者从加强学生实验设计自主性、调整实验内容、加强小组成员之间的协作和团队意识的培养、合理评价学生成绩等方面提出几点建议，以加快多孔陶瓷开放创新实验的完善和发展。

一、多孔陶瓷实验存在的不足

1.验证性实验设计不利于学生能力培养。多孔陶瓷实验讲述的是利用造孔剂法在陶瓷内部构造出大量的细微孔道，提高陶瓷的孔隙率，进而获得具有多孔结构的陶瓷保温材料、过滤材料、催化剂载体等。实验所围绕的问题是如何控制陶瓷内部孔的数量和尺寸。实验最初设计是采用单一造孔剂（尿素）对陶瓷内部进行造孔，造孔剂尿素的使用量是固定的，陶瓷的配方也是固定的，即所有学生都采用同样的方案进行实验。这样的设计虽然保证了所有学生实验的可靠性，但同时却将创新实验变成了验证实验，远离了开放创新实验设立的目标。

2.实验方法专业性过强。多孔陶瓷实验面向的是全校本科生，每年都有很多非本专业的学生选课，如果实验选用过于专业的方法，势必会影响外专业学生的接受效果和参与兴趣。传统无机非金属教学会采用干法成型，即利用模具将已经粉磨好的陶瓷原料压制成型，形成具有规则外形的坯体（如立方体、长方体），方便后期测试。对于外专业学生来说，他们普遍认为陶瓷应该具有类似瓷盘、瓷碗一样的外形，而且印象中陶瓷的成型应该是用拉坯机做成的或者由淘泥直接捏成的，对于干法由粉末成型的过程感到陌生，甚至感到失望，没有见到期待中陶瓷的成型方式，因而减弱参与实验的兴趣。

3.小组协作性差。多孔陶瓷实验面向全校本科生开放，选课学生也来自不同专业，同一个小组成员可能来自不同学院不同专业，陌生的成员之间的交流、讨论明显不够深入，加之实验配方设计已经固定，因此在以小组为单位进行实验时，小组成员之间的协作性较差。

二、多孔陶瓷实验改革与探索

1.加强学生实验设计自主性。为培养学生分析问题、解决问题能力，应将学习自主权归还给学生，改变预先定好实验内容，学生只是程式化完成实验的做法，由学生自己设计实验方案、自主进行实验、分析实验结果。对于多孔陶瓷实验来说，取消预先设计好的陶瓷配方，只提出要达到的实验目标，比如多孔陶瓷的显气孔率>40%，抗压强度>50MPa，由学生根据要达到的实验目标自己选择造孔剂的种类、粒度、用量，并确定最终的多孔陶瓷配方，并自己选定烧成工艺条件（如烧制温度、烧制时间等），自己完成多孔陶瓷的设计、制作。当然，由于该实验面向全校本科生进行选课，受专业知识的限制，对本专业和外专业学生的实验要求也各不相同。本专业学生由于了解初步的专业知识，可要求设计陶瓷的基础配方（确定高岭石、长石、石英的比例）和造孔剂种类、粒度及添加量，而外专业学生应该在实验教师讲解后，能够给造孔剂的使用条件，结合参考的陶瓷基础配方，设计多孔陶瓷配方。在烧成工艺温度、时间选择上，指导学生查阅相关专业书籍，根据设计的配方选择合适的烧成工艺条件。在实验结果评价方面，通过专业测试得到显气孔率和抗压强度数值，并通过小组讨论得到影响多孔陶瓷多孔性和力学性能的多种因素。最后，由实验指导教师评价小组的讨论结果，并对相关问题给出解答。总之，在实验运行中逐渐放开对学生的限制，将更有利于他们探究新事物、寻求新方法，促进能力与素质的提升。

2.调整实验方法以激发学生参与兴趣。兴趣是最好的老师，学生兴趣浓厚，他们就会积极参与到实验中来，主动寻求问题的解决方案，获得良好的学习效果。相反，实验内容不吸引人，学生就会感到无趣，被动地参与自然不会得到更大的收获。如何激发学生的学习兴趣、参与兴趣是开放创新实验首先要解决的重要问题。对于多孔陶瓷实验，更多的在实验讲解过程中引入生活中常见的陶瓷制品，利用丰富的事例解释多孔的作用，将有助于吸引学生的注意力，引起兴趣。通过不断地例举生活中的实例，深入浅出地解释多孔陶瓷的各种用途，不但能加深学生的理解，更能吸引学生尝试亲手制作这样一块多孔陶瓷的欲望。另外，在选择陶瓷成型方式上，改变专业性更强的干法成型方式，而选择大众熟知的湿法成型更有助于拉近学生距离，增强实验的趣味性。2018年的春季开放实验项目运行中，多孔陶瓷实验首次采用了陶瓷的湿法成型方法制备陶瓷，即采用拉坯机对湿的陶瓷料进行拉坯成型。由于成型方式与陶艺成型十分相似，学生在实验中找到了一种玩的感觉，兴致勃勃地雕琢自己的艺术品。在“玩”的过程中就完成了陶瓷的湿法成型。在兴趣的驱使下，学生们在接下来的陶瓷烧制、性能测试实验中进行得格外积极。在实验结束学生的反馈中，多数学生都提到了实验有趣，有收获。这表明，趣味性的实验更容易使学生在实验中获得新知识，更容易参与其中，获得能力和素质方面的锻炼。

3.加强小组成员之间的合作。开放创新实验的另一个目标是要培养团队合作意识，由于前几轮多孔陶瓷实验已经固定了实验方案，客观上限制了学生的自主选择权，对小组成员之间的讨论交流不利。在由学生自主开展实验时，鼓励小组成员之间对实验方案进行深入的讨论。具有不同专业背景、不同知识结构的学生之间的相互讨论更有利于从不同角度分析实验问题，获得较为优化的实验方案，有利于学生之间的相互学习。开放创新实验课题组计划，不仅在实验方案设计上，还要在陶瓷制作、测试、结果分析方面完全采用小组形式进行，更多的为小组成员创造合作交流机会，培养团队合作意识。

4.合理评价学生成绩。以往的开放创新实验成绩评定主要考查学生的实验报告，实验报告写的规范、工整，就会获得较好的分数，而缺乏对学生在实验过程中的表现的考查。学生在团队中的合作能力、交流能力、动手能力，以及是否对实验有想法、有思考，都应成为评定学生实验成绩的依据。在未来的多孔陶瓷实验中，计划尝试对实验结果和学生表现进行综合评价，给出最终成绩。成绩权重为：总成绩=实验成绩（20%）+实验想法（30%）+动手能力（10%）+交流能力（20%）+合作意识（20%）。通过对学生学习情况的综合评价，考查多孔陶瓷实验对学生能力和素质的影响，并不断地进行调整以达到开放创新实验设置的培养目标。

三、结束语

本文以开放创新实验的培养目标为导向，分析了多孔陶瓷实验存在的问题和不足，针对这些问题，提出了几点关于改善多孔陶瓷实验教学效果的方法。笔者认为要实现开放创新实验激发学生学习兴趣及研究问题主动性的目标，首先就要改变传统验证性实验的教学模式，加强学生对实验设计的自主性，由学生自己设计实验方案、自主进行实验、分析实验结果。更为重要的是增加实验内容以及讲述内容的趣味性，激发学生的学习热情，使学生乐于参与其中，并从中学习新知识，获得能力和素質方面的锻炼。同时，要注意小组成员之间的协作和团队意识的培养，并通过教学模式的调整，将学习主动权交还给学生，为学生创造更多的合作机会和交流机会，在思想的碰撞中产生创新的灵感。另外，要合理的评价学生的学习效果，考查多孔陶瓷实验对学生能力和素质的影响，并通过成绩分析，不断地进行教学方法的调整以达到开放创新实验设置的培养目标，推动多孔陶瓷实验的教学改革和发展。