劉海輝+張興祥+宋俊+趙義平

（1.天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程國家實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387）

摘要：針對天津工業(yè)大學(xué)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，分析了開設(shè)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的必要性，介紹了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在改革與實(shí)踐中所取得的建設(shè)成效。

關(guān)鍵詞：材料科學(xué)與工程專業(yè)；綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）24-0275-02

2016年8月中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》[1]，到2020年我國要進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列，基本建成中國特色國家創(chuàng)新體系?！毒V要》對高等學(xué)校的人才培養(yǎng)提出了明確的要求。人才培養(yǎng)是高等學(xué)校最重要的職能，如何優(yōu)化人才成長環(huán)境，培養(yǎng)更多的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才是當(dāng)前的首要任務(wù)。目前的高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中主要開設(shè)基本型實(shí)驗(yàn)，包括基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)[2]，實(shí)驗(yàn)的類型比較固定，教師講解或演示后學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)教程完成即可，對創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作用有限，簡單的重復(fù)性工作對提升實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的水平不利[3]。如何利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件提高本科生的創(chuàng)新能力，是當(dāng)前面臨的一個(gè)難題。

一、專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與主要問題

材料科學(xué)與工程專業(yè)具有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)性，要求培養(yǎng)的本科生具有良好的“動手能力”，為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，從大學(xué)一年級起，根據(jù)自己專業(yè)特色，陸續(xù)開設(shè)“物理、無機(jī)、有機(jī)、物化實(shí)驗(yàn)”等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，以及“金屬材料、非金屬材料、高分子化學(xué)和物理、材料近代分析測試和材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)”等專業(yè)性實(shí)驗(yàn)，逐漸培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)動手能力和素養(yǎng)。天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心則根據(jù)自己的專業(yè)特色開設(shè)《化學(xué)纖維實(shí)驗(yàn)》和《橡膠塑料實(shí)驗(yàn)》等基本型實(shí)驗(yàn)?；拘蛯?shí)驗(yàn)的設(shè)置、操作要求達(dá)到規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，通過嚴(yán)格要求進(jìn)一步夯實(shí)實(shí)驗(yàn)技能基礎(chǔ)。引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)態(tài)度對待實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生提高觀察問題、分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)的綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)（畢業(yè)論文）打下良好的基礎(chǔ)。基本型實(shí)驗(yàn)也存在一些難以克服的問題：⑴教學(xué)大綱制定過程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是為配合理論教學(xué)設(shè)置的，把實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)依附于理論總學(xué)時(shí)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，按照“規(guī)定動作”完成“規(guī)定任務(wù)”，得到早已估計(jì)到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對陳舊；⑵實(shí)驗(yàn)注重單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)，缺乏多個(gè)實(shí)驗(yàn)技能的相互關(guān)聯(lián)、協(xié)同；⑶實(shí)驗(yàn)課程的評價(jià)考核體系不健全。實(shí)驗(yàn)考核方式主要是依據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確與否評價(jià)實(shí)驗(yàn)成績而忽略了對實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)過程以及分析解決問題能力的考核?？己朔绞綄W(xué)生的創(chuàng)造性要求較低，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的能動性不大，無形中降低學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的重視程度，加之現(xiàn)在部分學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性不強(qiáng)，極易造成對實(shí)驗(yàn)課程不重視和互相抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告等問題。為了培養(yǎng)更多的高水平創(chuàng)新型人才，必須對實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，以適應(yīng)“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”創(chuàng)新型材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。

二、基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的改革

天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心經(jīng)過論證，引入近年來最新高分子科研成果，增加了一些創(chuàng)新性強(qiáng)、有利于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ膶?shí)驗(yàn)，結(jié)合中心教師科研項(xiàng)目開發(fā)的“反相聚合制備聚丙烯酰胺微球?qū)嶒?yàn)”、“高聚物結(jié)晶結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)”等特色實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，一方面滿足了傳統(tǒng)《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》、《高分子物理實(shí)驗(yàn)》等基本型實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容要求，另一方面對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)性、思考性、趣味性提升，在學(xué)生中受到廣泛好評。為開設(shè)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

三、綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)

在基本型實(shí)驗(yàn)課程基礎(chǔ)上，天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在第三學(xué)年第一學(xué)期開設(shè)《材料科學(xué)研究方法實(shí)驗(yàn)》、《材料科學(xué)與工程大型綜合實(shí)驗(yàn)》等實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生分成3—5人小組，在教師指導(dǎo)下查閱相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，確定操作方案，實(shí)施操作，最終完成實(shí)驗(yàn)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程強(qiáng)化了學(xué)生對材料各種性能測試和分析手段的運(yùn)用能力，以及圍繞材料“設(shè)計(jì)→合成→加工制備→性能檢測→應(yīng)用”主線的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，內(nèi)部分工協(xié)作，查閱資料、選定材料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)工藝流程和參數(shù)、實(shí)施操作、完成預(yù)定目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生既各司其責(zé)又密切配合，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)工作，通過每個(gè)成員的努力，合作完成實(shí)驗(yàn)課程。綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)方案要求在閱讀相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上完成，教師通過閱讀學(xué)生提交的書目報(bào)告或小組會面談?wù)莆諏W(xué)生對實(shí)驗(yàn)的掌握情況，決定是否批準(zhǔn)開始實(shí)驗(yàn)。為了緊跟材料科學(xué)發(fā)展的前沿，中心開設(shè)的綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)中有50%的實(shí)驗(yàn)是從教師獲得國家級或省部級技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)、科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)或發(fā)表的SCI收錄論文的內(nèi)容簡化而來的，使本科生有機(jī)會接觸到學(xué)科發(fā)展的前沿，有利于調(diào)動學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。如，根據(jù)國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)內(nèi)容設(shè)立的“中空纖維超濾膜的制備與性能測試”和“儲熱調(diào)溫纖維的制備及性能表征”實(shí)驗(yàn)，報(bào)名人數(shù)達(dá)到60人，不得不開設(shè)4—6輪才能滿足學(xué)生的需要。由于學(xué)生參加綜合型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的積極性提高，教師開設(shè)實(shí)驗(yàn)的積極性也得到了促進(jìn)，教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、教育部新世紀(jì)人才、天津市高層次創(chuàng)新型科技領(lǐng)軍人才、天津市特聘教授、天津市131創(chuàng)新型人才第一層次入選者等知名教授親自開設(shè)綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，顯著提高了實(shí)驗(yàn)教師的職稱和學(xué)歷水平，使學(xué)生不但在課堂上，還能在實(shí)驗(yàn)室中近距離接觸知名教授。實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)已經(jīng)由2011年6個(gè)，提升到2016年的30個(gè)，學(xué)生的選擇范圍大大拓寬，一些學(xué)生興趣不大的實(shí)驗(yàn)被自然淘汰。2015年，中心在中央財(cái)政支持地方高等學(xué)校建設(shè)專項(xiàng)資金資助下，購進(jìn)了3D打印機(jī)，2016年首次開設(shè)的“3D打印技術(shù)在生物醫(yī)用材料制備中的應(yīng)用”受到學(xué)生熱捧，新技術(shù)的應(yīng)用加深了學(xué)生對材料科學(xué)與工程專業(yè)知識的認(rèn)識。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范作用明顯

隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的日益豐富、實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)施的日益完善，天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心在被批準(zhǔn)為天津市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心之后，又被評為天津市優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，2013年獲批為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。目前中心開設(shè)的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)服務(wù)于校內(nèi)五個(gè)本科專業(yè)，年實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到60000人·時(shí)[4]，2015年還為中國民航大學(xué)和新加坡的訪學(xué)團(tuán)開設(shè)特色實(shí)驗(yàn)課程。中心成立以來，先后有北京工業(yè)大學(xué)、燕山大學(xué)、沈陽化工學(xué)院、黑龍江工業(yè)大學(xué)等學(xué)校的教師代表來校學(xué)習(xí)、交流，并在天津市教育委員會舉辦的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)大會上作經(jīng)驗(yàn)介紹，對其他高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)起到了一定的示范作用。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是材料科學(xué)與工程方面創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的必備手段，實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)工程，涉及到實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整，實(shí)驗(yàn)方法與手段的改變，實(shí)驗(yàn)室管理模式與運(yùn)行方式的改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍的建設(shè)等方面，必須要領(lǐng)導(dǎo)重視，教師和學(xué)生共同努力，才能取得良好的效果，也才能在創(chuàng)新型國家建設(shè)中發(fā)揮更大的人才培養(yǎng)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]中共中央國務(wù)院.《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》.2016年8月19日

[2]潘清林，黃繼武，徐國富，等.材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（1）：11-14，38.

[3]魏雪芬.高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)發(fā)展的探索與實(shí)踐[J].教育教學(xué)論壇，2016，（48）：163-164.

[4]天津工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心.“十二五”國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心申請書.2013年3月.