毛潭　楊越　曹雷剛　蒙毅　李弘

【摘 要】以北方工業(yè)大學材料科學與工程實驗中心的建設為例，對實驗中心的建設情況進行了總結(jié)及歸納，提出了構(gòu)建以“大材料”學科共同的知識和技能為基礎的實驗中心建設思路，建立了獨立的專業(yè)實驗教學體系與配套的實驗中心管理模式，以期為材料類專業(yè)實驗教學的改革和實踐有所幫助。

【關鍵詞】材料科學與工程；實驗中心建設；實驗教學

The Thinking And Practice of Materials Science And Engineering

Experiment Center of The Construction

MAO Tan YANG Yue CAO Lei-gang MENG Yi LI Hong

（North China University of Technology，Shijingshan District of Beijing 100144）

【Abstract】Take the construction of experimental center of material science and engineering in North China University of Technology for example， the paper has summarized and induced the constructive condition of experimental center， put forward the idea of building the platform of experimental center based on the common knowledge and skills of "big material" discipline， and set up the independent professional experimental teaching system and matched management model of experimental center， excepted to help the reform and practice of experimental teaching for materials major.

【Key words】Materials science and engineering；Experiment center construction；Experiment teaching

0 引言

實驗教學在高等教育中越來越重要，其對于大學生工程意識、創(chuàng)新思維、解決問題等能力的培養(yǎng)都起著重要的作用[1]。材料學科屬于實踐性比較強的學科，因此發(fā)揮實驗教學的作用對于培養(yǎng)材料專業(yè)創(chuàng)新性人才尤為重要，人們也不斷地進行著實驗教學改革的研究和探索[2-3]。

北方工業(yè)大學于2013年9月興辦材料科學與工程本科專業(yè)，2014年7月由國務院學位委員會批準增列“材料工程”碩士專業(yè)學位授權(quán)點，同年11月正式成立材料科學與工程系。2015年，根據(jù)北京市教委部署開設新材料方向“雙陪計劃”招生項目。在材料系建設初期，材料專業(yè)傳統(tǒng)實驗項目依附理論課程嚴重，每個項目互相獨立，多項內(nèi)容重復，不利于教與學的有機結(jié)合。因此我校在區(qū)域功能化調(diào)整優(yōu)化過程中，加強實驗教學資源的整合及實驗教學改革，推進了材料科學與工程實驗中心的建設。在此背景下材料科學與工程實驗中心逐漸發(fā)展完善，筆者作為實驗中心的一名建設者和實踐者，現(xiàn)將中心建設的思考及實踐總結(jié)如下，以供同行交流和共同探討，以期為材料類專業(yè)實驗教學的改革和實踐有所幫助。

1 實驗中心建設理念與改革

1.1 建設依據(jù)及目標

我校材料科學與工程系是基于學校建設“大學科”背景下的成立及發(fā)展的，是以培養(yǎng)新世紀材料領域?qū)ｉT人才為宗旨，構(gòu)建大材料學科共同的知識和技能平臺實驗室，不斷促進實驗教學過程管理規(guī)范化，提高實驗教學質(zhì)量和效益，構(gòu)建相應的實驗教學課程體系和實驗室管理體系。

1.2 建設規(guī)劃

實驗中心的建設堅持“以學生為本”，引導學生個性發(fā)展，提高學生綜合素質(zhì)，加強條件建設和制度管理。

（1）加強材料科學與工程專業(yè)的體系建設[4]；

根據(jù)專業(yè)發(fā)展的要求，建立和完善材料類課程的實驗教學體系， 形成專業(yè)必修課程、專業(yè)選修課程、分層分流課程等多層次的教學體系，同時加強實踐教學環(huán)節(jié)的建設。

（2）加強實驗教學的建設及改革[5]；

深入開展實驗教學研究，更新實驗內(nèi)容，加強綜合性、設計性、創(chuàng)新性實驗比例，營造有利于學生自主學習的環(huán)境，培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力，同時加強實驗教學隊伍的建設。

（3）加大實驗室開放的力度，完善實驗室的科學管理[6]；

開放實驗是指為學生提供一定數(shù)目的課外選做實驗項目，使學生有更多獨立實驗的機會，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造力。

（4）在實驗教學中引入科研應用項目，鼓勵學生參與教師的科研實驗；

為個性發(fā)展創(chuàng)造條件，通過引入科研應用項目鼓勵學生參與科研實驗，有利于培養(yǎng)學生科研應用意識，提高科學思維創(chuàng)新能力。

2 實驗中心的建設與實施

2.1 實驗教學體系的構(gòu)建

材料科學工程是研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、性能、制備與加工等內(nèi)容極其廣泛的一門學科。而實際上，各類材料如無機非金屬、金屬、高分子、復合材料等，雖然分支各異，都它們都具有共同的或相似的學科基礎、科學內(nèi)涵、研究方法及設備。因此，材料科學與工程學科除滲透交叉綜合發(fā)展的趨勢外，更加趨向于一體化大學科的發(fā)展趨勢。

我校材料系的課程體系分專業(yè)課程體系和實驗教學體系兩大體系。具體培養(yǎng)方案如下：endprint

公共基礎課包括數(shù)學、英語、計算機、物理、化學、專業(yè)導論等；

專業(yè)基礎課包括程物理化學、電工電子、機械設計、工程力學、材料力學、材料科學基礎、材料研究方法、熱工基礎、材料腐蝕與防護、金屬、無機非金屬、高分子材料等；

公共選修課有素質(zhì)教育等多門課程；

專業(yè)選修課包括專業(yè)英語、功能材料、工程材料學、材料表面工程、材料信息學、有限元分析、金屬塑性成型工藝及過程模擬、材料科學基礎提高、材料研究方法提高等課程；

分層分流選修課分為兩個方向：材料制備方向及材料檢測方向，包含材料制備科學與技術(shù)、有色金屬熔煉與鑄錠、材料分析技術(shù)、無損檢測技術(shù)等課程；

大部分課程都配有實驗教學體系及內(nèi)容，同時還有本科認識實習、課程設計等工程實踐教學環(huán)節(jié)。

綜上所述，我校材料系的課程體系以公共基礎課、專業(yè)基礎課和公共選修課、專業(yè)選修課、分層分流選修課、工程實踐環(huán)節(jié)為框架，涵蓋了材料的制備與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、使用性能等四個要素。

2.2 專業(yè)實驗室的建設

實驗中心搭建以大材料學科共同的知識和技能為平臺的實驗室，構(gòu)建以課程基本知識——專業(yè)綜合——設計創(chuàng)新為層次的實驗教學體系。課程基本知識實驗教學體系服務于專業(yè)理論課程的實驗教學，即工程實踐中的基礎實驗部分；專業(yè)綜合實驗教學體系獨立于專業(yè)理論課程的平臺實驗教學，包括課程設計、材料綜合實驗、畢業(yè)設計（論文）等；設計創(chuàng)新實驗教學體系服務于學生自主設計創(chuàng)新的平臺實驗教學。

為了既滿足材料科學與工程專業(yè)工程實踐中的基礎實驗和專業(yè)實驗的要求，也要為材料綜合實驗教學水平的提高和學生自主設計創(chuàng)新創(chuàng)造必要的條件，專業(yè)實驗室分為基礎實驗室和專業(yè)實驗室。

基礎實驗室為物理實驗室、化學實驗室。專業(yè)實驗室則根據(jù)材料制備工藝——材料成分——材料組織結(jié)構(gòu)——材料性能結(jié)構(gòu)體系，下設分為以下幾個實驗室：

材料制備實驗室（負責實驗課程：材料制備科學與技術(shù)8學時、有色金屬熔煉與鑄錠4學時）；

材料成分測試實驗室（負責實驗課程：材料腐蝕與防護4學時、材料分析技術(shù)8學時、無損檢測技術(shù)4學時）；

材料組織結(jié)構(gòu)分析實驗室（負責實驗課程：材料科學基礎4學時、材料研究方法4學時）；

材料物理性能表征實驗室（負責實驗課程：材料力學4學時、材料力學性能8學時、材料物理性能4學時）；

材料計算機模擬實驗室（負責實驗課程：材料科學基礎提高8學時、材料研究方法提高4、學時材料綜合實驗32學時）；

這樣形成了相對獨立又相互聯(lián)系的實驗教學系統(tǒng)，這種設置可以滿足材料科學與工程專業(yè)課程實驗的需要，同時規(guī)劃中充分考慮實驗室對科研工作的支持，結(jié)合學校教師相關的科研課題，也能為材料綜合實驗教學、學生自主設計創(chuàng)新以及科研開發(fā)創(chuàng)造必要的條件。

3 實驗教學隊伍建設與管理體制創(chuàng)新

實驗中心實驗人員及管理人員的素質(zhì)在實驗教學中至關重要，同時有效的管理體制也不可或缺。為此，實驗中心大力加強師資隊伍建設，具體措施如下：

（1）有計劃引進高學歷的青年教師充實實驗教學隊伍；

（2）鼓勵青年骨干教師從事實驗教學工作，實驗教師及技術(shù)人員采取雙肩挑聘任制；

（3）鼓勵實驗技術(shù)人員在職攻讀博士或進修培訓，提高學歷層次；

（4）定期進行實踐教學觀摩及參加教學基本功比賽，提高實驗教學質(zhì)量；

（5）對于重大設備，組織專業(yè)培訓，做到專用設備專人管理；

我校材料系現(xiàn)擁有一支高素質(zhì)、高水平的師資隊伍，是一個充滿活力、團結(jié)向上的集體，多年獲得校級先進集體的榮譽稱號?，F(xiàn)有教授5名，副教授2名，講師11名，包括長城學者2名，北京市優(yōu)秀拔尖人才1名，北京市優(yōu)秀教師1名，北京市中青年骨干教師多名。17名專任教師中15人擁有國內(nèi)985院校及國外名校授予的博士學位，其中專職研究生導師及副導師12人。該系所有教師都在實驗中心兼任各實驗室的教學和管理工作，全面實現(xiàn)的雙肩挑機制，建立了一支年齡結(jié)構(gòu)、學歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定，實驗經(jīng)驗豐富，勇于創(chuàng)新的實驗教學隊伍。

實驗中心實行院、系兩級管理制度。系主任負責中心的實驗室建設，責任教師負責實驗教學管理與其他日常工作的管理。實驗中心儀器設備、經(jīng)費和人員統(tǒng)一管理，而實驗教師與實驗室管理人員相對分離，其教學質(zhì)量通過網(wǎng)上評教和教學檢查等方式進行考核。另外，實驗中心實行開放式運行，特別是鼓勵中高年級本科學生、研究生，利用課余時間進行探索性實驗等課外科技活動，或深入教師科研項目，研究新實驗及項目。鼓勵學生申報大學生創(chuàng)業(yè)、大學生科技活動等相關科研項目，并提供儀器和實驗環(huán)境，包括基礎實驗設施及大型儀器實驗設備，以求最大限度地提高設備的利用率，服務于教學和科研工作。

4 實驗教學效果及成果與未來發(fā)展思路

我校材料科學與工程實驗中心經(jīng)過近年來的整合、優(yōu)化和發(fā)展，已建立了較為完善的運行體系?，F(xiàn)實驗中心總面積達600m2，現(xiàn)有和在建大型儀器近10臺，所屬儀器設備共計約400臺件，固定資產(chǎn)總值近3000萬元。實驗中心下設有12個實踐教學與測試服務平臺和5個研究室，承擔相關3個本科專業(yè)和3個研究生專業(yè)的教學任務，開設專業(yè)課22門，學位課8門，實驗教學課14門，基本都是相關專業(yè)的必修課程和重點課程，涵蓋普通驗證類、提高類和研究類實驗近百項，每年實驗學生數(shù)達200人，年實驗教學工作量達3萬人時，全部實驗室常年開放。近3年，實驗中心教師指導學生獲得校內(nèi)科技立項數(shù)十項。曾參與科技活動的學生習成績突出、科研能力強，多名學生保送名校攻讀碩士學位，在進入碩士階段學習后也能夠較快融入導師的科研工作。近年來，越來越多的本科生利用課余時間在實驗中心參與科研訓練和創(chuàng)新性實踐活動，并多次在校級、市級競賽中獲獎。2016年7月，我校本科生在材料系實驗教師的指導下參加全國金相技能大賽，從133所參賽高校中脫穎而出，獲得了團體第二名的好成績，同時獲得包括“萊卡”特別獎、一等獎在內(nèi)的多個個人獎項。endprint

實驗中心通過科研與教學互動，科研成果轉(zhuǎn)化為實驗教學項目，不斷更新研究性、綜合設計性、創(chuàng)新性實驗項目，提升實驗教學水平和質(zhì)量，成為材料科學與工程系本科生與研究生實踐教學的主要基地，也是材料系大型分析儀器科學研究的重要平臺。實驗中心主要面向航天、軍工、電子、冶金、高端裝備制造等新材料應用領域，承擔著多項國家863計劃、國家支撐計劃、國家自然科學基金等縱向課題及大量的橫向軍工課題，部分研究成果達到國內(nèi)外先進水平，所研發(fā)的多種新材料、新技術(shù)及其裝置已獲得實際應用，累積發(fā)表高水平論文百余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利數(shù)十項，多項科研成果獲得省部級獎勵。同時，實驗中心積極與校內(nèi)外各單位建立了廣泛的聯(lián)系與合作，逐漸成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、產(chǎn)出高質(zhì)量科研成果的基地。

實驗中心的建設和改革是一項系統(tǒng)，長期的工程，需要各級領導的大力支持和全體教師不懈的努力。目前，我校材料科學與工程實驗中心的建設只是初具規(guī)模，因此，實驗中心的建設及未來的發(fā)展需要進一步深化改革、細化改革，在實驗教學理念、實驗教學模式、實驗教學體系、實驗方法與創(chuàng)新、實驗室管理模式和實驗技術(shù)隊伍的建設等方面進一步深入研究，牢固樹立并切實貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，構(gòu)建以“大材料”學科共同的知識和技能為基礎的平臺實驗中心，發(fā)揮實驗室的最大功效，推進材料學科可持續(xù)發(fā)展，為培養(yǎng)具有國際競爭能力的優(yōu)秀人才做出更大的努力，真正實現(xiàn)教學改革的總目標。

【參考文獻】

[1]焦玉國，馬映君.改革實驗室管理體制，加強實驗室建設[J]. 實驗室研究與探索，2009，28（3）：267-269.

[2]吳敏華，李志平.實驗教學示范中心建設與實驗課程體系構(gòu)建[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28（10）：105-108.

[3]劉嘉南，胡今鴻.高校實驗教學改革項目管理平臺的建設[J]. 實驗室研究與探索，2011，30（6）：119-121+157.

[4]楊明波，楊惠，唐麗文等，材料科學與工程專業(yè)實驗課程體系的改革[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24（1）：8-10+36.

[5]匡翠萍，劉曙光，鐘桂輝，等.實驗教學改革與學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索，2012，31（9）：86-88

[6]林鍵.高校科研型實驗室開放模式下安全管理[J].實驗室研究與探索，2014，33（10）：299-303.endprint