曹 靜

（福州大學 材料科學與工程學院，福建 福州 350108）

工程教育背景下提高材料學科實驗教學效果的探索

曹 靜

（福州大學 材料科學與工程學院，福建 福州 350108）

實驗教學是材料學科本科教育的重要環(huán)節(jié)。近年來，實驗教學改革在各大高校中受到越來越多的重視，旨在提高實驗教學質量，培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新能力等綜合素質。本文論述了工程教育背景下高校材料類專業(yè)實驗教學的重要性以及傳統(tǒng)教學的主要問題，并以福州大學材料科學與工程學院為例，以提高實驗教學效果和提高學生整體素質為基本出發(fā)點，從改革實驗教學模式，實行開放式實驗教學、構建與工程教育接軌的教學課程體系、優(yōu)化教學方法和搭建多功能實驗教學平臺等多方面提出了實驗教學改革的切實可行的建議。

材料學科；教學模式；教學體系；開放實驗；實驗教學平臺

隨著現(xiàn)代科學技術和社會的不斷發(fā)展，材料學科發(fā)展迅猛，社會對材料領域人才的需求越來越趨向綜合型、創(chuàng)新型、實踐型人才，因此對高等教育的實驗實踐教學環(huán)節(jié)提出了更高的要求。而對于材料科學與工程這樣的理工科傳統(tǒng)專業(yè)，實驗實踐教學在專業(yè)教育中起著非常重要的作用，同時其作為大學生創(chuàng)新能力合和綜合素質培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一，已經(jīng)受到越來越多高校教育者們的關注。因此，為適應社會和學科發(fā)展需要，培養(yǎng)具有較強動手實踐能力、創(chuàng)新能力，并能為我國材料技術和經(jīng)濟發(fā)展服務的創(chuàng)造性人才任務重大。

1 材料專業(yè)實驗教學特點及教學中存在的問題

材料科學與工程專業(yè)是理工科傳統(tǒng)專業(yè)，它要求有直觀的工程專業(yè)知識及背景。目前，材料學廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)種植等各個領域［1］。一般來說，學生在進行材料專業(yè)實驗初期階段，由于缺乏相關的感性認識，同時又因為面臨一些新設備或新的方法技術，很容易陷入理論與實踐脫節(jié)，理論無法聯(lián)系實際的困境。此外，材料科學與工程專業(yè)涉及的知識面廣，這就要求學生具有較強的分析能力和靈活運用所學理論知識解決實際問題的能力。

材料科學與工程專業(yè)實驗教學內容包括專業(yè)基礎實驗和專業(yè)實驗，以培養(yǎng)學生綜合能力為宗旨，具體來說就是培養(yǎng)學生進行材料研究、材料制備和材料生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)的基本能力。傳統(tǒng)實驗教學中，教學模式是實驗課依附于理論課，實驗時間和實驗內容均取決于理論教學內容及其進度，這種按部就班的教學模式最明顯的缺點在于使各個實驗項目之間相對獨立，且每個實驗項目內容單一，難以融會貫通。另外，傳統(tǒng)的實驗教學，使教育者們比較注重培養(yǎng)學生正確規(guī)范的實驗操作技能以及如何操作儀器設備。此外，傳統(tǒng)的實驗項目類型多為演示型和驗證型實驗。這樣的實驗教學模式、內容和教學方法無法做到理論知識與實驗教學內容的有效結合，更無法做到融會貫通。因此不能有效提高培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。要真正實現(xiàn)素質教育，必須從教學模式、教學內容和教學方法等方面深入思考，進一步實施實驗教學改革。

2 實驗教學改革建議和探索

2.1 教學模式推陳出新

傳統(tǒng)實驗教學是依附于理論課程，大多數(shù)的實驗課程形式單一，內容也常常出現(xiàn)重復、陳舊等問題。因此，在教學過程中學生的積極性不高，參與度不夠，極大限制了對學生能力的培養(yǎng)。因此我們提出在實驗教學過程中，進行問題式探討、案例式分析的學習方式，讓學生主動參與討論，并為學生設置問題，以完成項目的方式，使學生通過自己設計實驗方案，參與解決實際問題［2］。在實驗教學過程中，教師應將這一教學模式貫徹實施。改善傳統(tǒng)中單調、陳舊的授課模式，讓學生通過主動學習、積極討論來完成實驗課程的操作學習，并通過具體項目的完成，鍛煉學生分析問題和解決實際是問題的能力。如此方能大大提高學生對于實驗課程的積極性。

新的教學模式要求進行開放式實驗教學，同時相應地要求緊抓實驗室安全教育，改善實驗室管理。開放式實驗教學可以更好地發(fā)揮學生的主觀能動性，以開放式教學取代以往的傳統(tǒng)教學方式，真正做到實驗室面向學生開放，從實驗時間、實驗內容等方面實行開放化，使實驗教學模式從傳統(tǒng)的“被動填鴨式”向學生“主動探索式”轉變。在對實驗課進行改革、獨立設課的基礎上，實現(xiàn)學生實驗技能、動手能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)目標。

福州大學材料科學與工程學院在實行開放式實驗教學的同時，引入了實驗室信息化管理系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)與門禁管理系統(tǒng)相結合，共同對開放實驗室進行有效管理。實驗教學采用網(wǎng)上預習—審核通過—預約實驗—按時實驗—網(wǎng)絡評分的方式實施開放實驗。材料科學與工程專業(yè)的特點決定了實驗室相當多的儀器與高溫、高壓、重力、粉塵、化學品有關，開放運行風險較大［3－4］，開放實驗存在一定的人身安全、儀器安全隱患，在缺乏老師監(jiān)管的情況下，學生面對危險情況可能不知如何應對。因此，加強實驗室安全教育，探索新型體制下實驗室監(jiān)管模式應成為實驗教學改革中的頭等大事，為此我院對實驗室的使用與管理，也同時進行了相應改革，制定了一系列與開放實驗相適應的管理制度，并將這些制度做成規(guī)程牌上墻。另外，每年對新生進行一次全面的實驗室安全教育，從而得以在實現(xiàn)開放實驗的同時保證學生人身安全，保證儀器不被損壞。

2.2 更新實驗教學內容，構建與工程教育接軌的教學體系

在工程教育認證的專業(yè)背景下，實驗課程設置應進行統(tǒng)一規(guī)劃，按照課程內容分為專業(yè)基礎實驗、專業(yè)實驗和綜合設計實驗等類型，循序漸進的培養(yǎng)學生的實踐能力。關于實驗內容設置，盡量減少演示型、驗證型實驗，增加綜合型、設計型、創(chuàng)新型實驗項目［5］。綜合實驗項目由指導教師提供可選項目或由學生自己選擇實驗項目，并要求學生根據(jù)項目要求自行設計實驗方案、查閱實驗步驟和所需要的儀器，以此為依據(jù)提出實驗申請，指導教師審核通過后，實驗室提供實驗場地及實驗儀器，并對學生在實驗中的表現(xiàn)進行評價。鼓勵學生根據(jù)自己的興趣或未來就業(yè)去向選擇實驗模塊，然后選擇該模塊中的某個實驗項目，通過這類實驗有助于學生了解材料專業(yè)前沿動態(tài)、熱點內容及創(chuàng)新方法和技術［6］。從工程教育專業(yè)認證的角度，應兼顧到每個學生的培養(yǎng)和發(fā)展，就應真正做到因材施教，讓實驗內容適合不同水平的學生，使學生在實踐環(huán)節(jié)中的能力真正得到培養(yǎng)。

以福州大學材料科學與工程學院為例，我院借助省級、國家級創(chuàng)新性科研訓練項目，以及福州大學設置的校級創(chuàng)新性科研訓練項目，不斷把學科的最新研究成果介紹給學生，進一步拓展學生探究未知空間的能力。我院向本科生開設了創(chuàng)新性實驗項目，這些項目一般是以教師的科研項目為依托，把科研課題中的部分科研項目引入到實驗教學中，讓學生以科研的模式完成實驗課程的內容［7］。通過本科生科研訓練類項目等方式，由科研一線的教師指導本科生參與科研項目中部分課題的研究。在此過程中，指導教師應積極為學生創(chuàng)造和尋找機會，讓學生參與其最新的、較為前沿的研究項目。

通過鼓勵教師指導本科生參與各級各類科研項目，大大開闊了學生的視野，拓寬了學生的知識面。如我院大型儀器設備包括場發(fā)射掃描電鏡、X射線衍射儀和同步熱分析儀等大型精密儀器設備，對全院及全校本科生開放，用于支持大學生使用大型儀器設備。大三以上學生即可參與教師的科研項目，教師指導其進行相關的學習與研究，邊學邊用，活學活用。通過科研項目訓練，整合學生的專業(yè)知識，提升學生的產(chǎn)品開發(fā)意識和能力，培養(yǎng)綜合性的工程素質。通過這些大型加工設備和檢測儀器的引入與開放，一方面開拓了學生的視野，讓我們的儀器分析不再是紙上談兵；另一方面，讓學生在大學期間就接觸并使用這些儀器設備，有利于日后進入企業(yè)的順利過渡，有利于培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)，通過大量的工程實踐，尤其是到生產(chǎn)車間或工程一線學習和現(xiàn)場實踐，才能夠對工程實際問題具有深入、系統(tǒng)、本質的認識和理解，才具備培養(yǎng)分析和解決問題能力的條件。

2.3 優(yōu)化教學方法

優(yōu)化實驗教學方法，同時制定合理的考核制度。實驗教學重在培養(yǎng)學生的工程技術能力和科研素養(yǎng)，材料專業(yè)的實驗教學更是如此。根據(jù)實驗類別，可以采用不同的教學方法。對于基礎性的實驗可以采用比較傳統(tǒng)的實驗儀器設備，使學生能夠直接看見儀器的內部結構，了解其工作原理，更有助于學生對驗證性試驗的認知，鍛煉學生最基本的實驗動手能力；對于綜合性實驗，可以采用較為先進的實驗設備，由于大型精密儀器設備的開放性相對差一些，但應要求學生能夠了解儀器工作原理，同時可以配備計算機進行輔助分析教學［8］。當今信息發(fā)達，技術先進，互聯(lián)網(wǎng)和多媒體已深入到各行各業(yè)。材料專業(yè)的實驗教學也可充分利用先進的現(xiàn)代化教學手段，將計算機應用和多媒體輔助引入教學。通過實際操作鍛煉，可以提高學生應用計算機和相關軟件處理數(shù)據(jù)、分析問題的能力和意識。教師可以利用圖形、圖像等軟件工具制備出形式多樣的實驗教學課件；制備出動態(tài)化的實驗原理和實驗過程演示流程圖或動畫；利用實驗教學錄像、網(wǎng)上課堂交流等多種教學方式，增強師生之間的互動交流，提高學生學習的主動性和積極性。

此外，福州大學材料科學與工程學院實驗中心還利用信息化管理系統(tǒng)，搭建了網(wǎng)絡實驗教學平臺。學生可以通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對所有實驗項目的查詢，在實驗前預習實驗大綱、指導書，并通過觀看實驗錄像，了解儀器的構造、實驗原理、材料的制備過程和實驗操作步驟［9］。

除以上方法外，為了提高學生對實驗課的重視程度，可適當提高實驗成績在學生總成績中的比重。同時可以通過考核方式的改革，引起學生的重視。如實行單獨實驗考核，制定多元化的考核制度。根據(jù)工程教育專業(yè)認證的要求，實驗成績可由課前預習報告、實驗過程表現(xiàn)、實驗總結報告等各部分成績組成，并根據(jù)實際情況分配各部分比重。而針對綜合實驗考核，其重點在于檢查學生實驗方案的確定及材料、儀器等的合理選用及解決實際問題等方面的能力。

2.4 高校—企業(yè)—科研院所有效協(xié)同，構建多功能實驗教學平臺

材料科學與工程專業(yè)為工科專業(yè)，在工程教育認證的專業(yè)背景下，更為注重學生工程實踐能力的培養(yǎng)。為使學生畢業(yè)后能夠快速適應企業(yè)環(huán)境，一方面可以利用現(xiàn)有條件，模擬工業(yè)生產(chǎn)的工程實踐環(huán)境，建立校內實踐教學與工程創(chuàng)新的仿真工程實踐場地；另一方面與企業(yè)協(xié)商并簽約建立校外實踐基地，直接將企業(yè)或企業(yè)的某些車間作為學生的實踐場所，為學生提供實習、實踐場地。學院鼓勵各位教師立足自身特色，積極聯(lián)系合作企業(yè)，推進校企合作培養(yǎng)工程人才。一方面積極配合企業(yè)共同建立各級工程實踐教育中心，構建以企業(yè)為基地的工程人才現(xiàn)場實習平臺；另一方面，拓展校內創(chuàng)新實踐平臺的外延，吸引企業(yè)共建工程人才培養(yǎng)的模擬實踐環(huán)境［10］。由于創(chuàng)新實踐平臺與企業(yè)密切合作，在模擬實際的仿真環(huán)境中，可以很好地解決大規(guī)模的學生實踐問題，真正提高學生解決復雜工程問題的能力。

福州大學材料科學與工程學院除了與相關制造企業(yè)合作共建校內的科研平臺以外，還主動與企業(yè)聯(lián)系，建立了校外企業(yè)的本科生實踐教學基地，考慮到學生的人身安全問題，企業(yè)為學生提供部分車間作為其專業(yè)實習場所，同時將實習期間表現(xiàn)較好的學生納入招聘人才的優(yōu)先考慮人選。而學院除了為企業(yè)提供了人才之外，還可借助教師們的科研經(jīng)驗，為企業(yè)解決一些生產(chǎn)中的實際問題，可謂互惠互利，良性循環(huán)。

3 結束語

實驗教學改革是材料科學與工程專業(yè)教育改革的重要環(huán)節(jié)。以工程教育專業(yè)認證要求為指導思想，需加快實驗教學改革步伐，切實提高實驗教學水平，改進實驗教學方法。這也是高等院校深化教育改革，全面推行素質教育的有效途徑之一。材料專業(yè)實驗教學因其在工科專業(yè)中所起的重要作用而備受關注，本篇根據(jù)材料專業(yè)實驗教學的特點，以福州大學材料科學與工程學院的實際經(jīng)驗為例，著重從教學模式、教學方法、教學體系以及多功能實驗教學平臺的建設方面提出切實可行且行之有效的改革建議。實驗教學改革是一項長期而艱巨的系統(tǒng)工程，它需要高校擯棄傳統(tǒng)舊觀念，大膽嘗試創(chuàng)新，樹立新思想，因材施教，不斷探索并總結經(jīng)驗，使實驗教學發(fā)揮其最大作用，從而培養(yǎng)學生愛動手、勤動腦、好鉆研、喜創(chuàng)新的優(yōu)良品質。

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Discussionand Practice to Improve the Experimental Teaching for M aterials M ajor Under the Engineering Education Background

CAO Jing
（College of Material Science and Engineering，F(xiàn)uzhou University，F(xiàn)uzhou 350108）

The experimental teaching in colleges and universities is an important link of undergraduate education ofMaterials Sci ence.In recent years，the reform of experimental teaching has

more and more attention in major colleges and universities，which aims to improve the quality of experimental teaching，and cultivate students＇practical ability and innovation ability.This paper discusses the importance of experimental teaching of Material Major in colleges and universities under the background ofengineering education and themain problems of traditional teaching.To improve the overall quality of students，taking the school of Material Sci ence and Engineering of Fuzhou University as an example，this paper takes the effectof improving experimental teaching and the over all quality of students as the foundation.Put forward the practical suggestions of the experimental teaching reform.Reforming the experi mental teachingmode，implementing the open experimental teaching，constructing the teaching curriculum system which meets the engineering education，optimizing the teachingmethod and establishing themulti－functional experimental teaching platform，and so on.

materials science；teachingmodel；teaching system；open experiment；experimental teaching platform

G424

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.029

2016－03－12；修改日期：2016－04－23

曹靜（1964），女，碩士，實驗師，主要從事材料學專業(yè)實驗教學、實驗教改方面的研究。