叢園　王家慧

[摘 要]工程教育專業(yè)認證標準對學生工程實踐能力、工程意識和綜合素質提出了較高要求。實驗教學環(huán)節(jié)是提高學生實踐能力和綜合素質的重要途徑。結合目前材料科學與工程專業(yè)實驗教學現(xiàn)狀和存在的問題，文章提出統(tǒng)籌布局，結合工程實際設計實驗項目，構建層層遞進的實驗教學體系，擴展實驗教學方法，提高實驗室建設與管理效率，完善課上課下融合的改進方案。為促進工程教育改革、提升工程教育質量、培養(yǎng)優(yōu)秀的工程技術類人才提供了一定參考。

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2022）05-0102-03

工程教育專業(yè)認證是工程教育和工程師資格國際多邊互認的重要基礎[1]。2016年6月起我國正式成為《華盛頓協(xié)議》締約國成員[1-2] ，現(xiàn)階段工程教育認證體系在國內(nèi)迅速發(fā)展，為促進工程教育改革、提升工程教育質量，全國各高校積極申報工程教育專業(yè)認證。工程教育專業(yè)認證標準中強調以學生為中心、以產(chǎn)出為導向、持續(xù)改進三大基本理念[3] 。專業(yè)認證通用標準明確規(guī)定了課程體系必須包括的工程實踐部分 （ 含畢業(yè)論文 ） 至少占總學分的 20% 以上，表明了工程實踐部分在本科教育中的重要性。材料科學與工程專業(yè)是一個理論性、實踐性緊密結合的工科專業(yè)，在材料類專業(yè)補充標準中對學生工程實踐能力、工程意識、綜合素質等方面都有較高要求。材料科學與工程專業(yè)的實驗教學體系，是學生提高發(fā)現(xiàn)和解決問題水平，鍛煉工程設計和工程實踐能力，培養(yǎng)工程意識、團隊精神和創(chuàng)新意識的重要平臺。本文提出通過統(tǒng)籌布局，結合工程實際設計實驗項目，構建層層遞進的實驗教學體系，豐富實驗教學方法，充分體現(xiàn)學生作為學習主體的主動性和創(chuàng)造性，提高實驗室建設與管理效率，完善課上課下融合的實驗教學體系改革方案。始終強調以學生為中心，以結果為導向的教育理念，是培養(yǎng)目標得以實現(xiàn)的重要保障。

一、實驗教學目前存在的不足

（一）實驗項目陳舊，整體布局不合理

目前，南京工程學院材料科學與工程專業(yè)實驗教學內(nèi)容包括理論課課內(nèi)實驗、綜合實驗周、綜合設計周三種類型。其中，課內(nèi)實驗占用理論課學時完成，每個實驗項目統(tǒng)一安排2個學時。其主要教學目標是教會學生與理論課所學知識相對應的基本實驗技能，輔助其加深對理論課所學知識的理解。實驗項目由于內(nèi)容陳舊，其主要以驗證型實驗為主，與工程實際密切結合的實驗內(nèi)容較少。

綜合實驗周和綜合設計周一般安排在一門理論課結課之后，每個實驗周安排一周時間。雖然也和理論課內(nèi)容密切相關，但綜合實驗周是相對獨立的實驗教學環(huán)節(jié)，除基本實驗操作技能以外，實驗周的設置更加強調學生對實際問題的分析和解決能力、實驗方案的設計、專業(yè)手段的綜合運用能力;設計類實驗周包括本專業(yè)相關儀器裝置、設備的設計方案等內(nèi)容。與課內(nèi)實驗相比，實驗周雖然有了提升綜合能力的機會，但因實驗周的設置仍然以理論課安排作為引導，而對學生實際技能水平考慮不足，實驗教學內(nèi)容整體布局存在斷層，無法形成由淺入深、由易到難的層層遞進的體系。一部分課內(nèi)實驗與實驗周內(nèi)容有所重疊，另一部分需要在實驗周運用到的實踐技能卻沒有提前掌握，造成實驗時間的浪費和學習重點的偏離，學習內(nèi)容不夠深入。

（二）實驗教學形式僵化，對工程意識的體現(xiàn)不足

實驗教學方法單一，仍然延續(xù)教師演示、學生照做的方式，缺乏目標引導，導致學生學習興趣低下，積極性不夠，實驗課效果堪憂。實驗教學形式僵化，固定的2個學時課內(nèi)實驗，難以實現(xiàn)由點到面的系統(tǒng)貫穿，甚至對于一些耗時長的實驗來說，現(xiàn)場測得數(shù)據(jù)都無法完成，只能退而求其次，由實際操作改成演示，由實測數(shù)據(jù)改成標準數(shù)據(jù)。這樣的實驗課犧牲了留給學生們自由思考的時間，變成機械的填鴨教育，又談何工程意識的培養(yǎng)呢？

工程教育專業(yè)認證標準中，首先強調了畢業(yè)生應具有較好的人文社會科學素養(yǎng)、較強的社會責任感和良好的工程職業(yè)道德。這些基本素質能力的培養(yǎng)顯然不能靠僵化固定的教學內(nèi)容來實現(xiàn)。工程意識的體現(xiàn)，必須放在與工程實際密切結合的教學環(huán)境基礎上，目前的教學內(nèi)容和形式已經(jīng)不利于學生工程觀念的建立，更無法幫助畢業(yè)生進入工作崗位后迅速完成由學生到工程技術人員的轉變。

（三）實驗設施陳舊，管理方式不科學

目前專業(yè)實驗場所存在空間不足、部分設施陳舊、人員及經(jīng)費投入不夠、管理跟不上等問題。以熱處理工藝實驗為例，實際生產(chǎn)中，常常將各種熱處理方式配合使用以及進行復雜的化學熱處理。而目前的實驗設備只能滿足傳統(tǒng)的單一熱處理工藝，不具備化學熱處理條件，引入這些復雜先進的設備不僅是簡單的經(jīng)費投入問題，其帶來的實驗場地改造、設備維護維修、化學介質管理、量器量具管理、測溫校準等大量工作需要成倍的人員投入和更高效的管理方式。同時，高校實驗室環(huán)境復雜、專業(yè)技術性強、設備種類多樣、危險源眾多、實驗室安全管理的科學性不足，也間接導致了實驗室開放不足，實驗設備閑置和浪費。

二、實驗教學改革探索與實踐

（一）統(tǒng)籌布局，構建逐層遞進式實驗教學體系

以理論課為引導開展實驗教學的方式難以解決實驗教學項目布局散亂、效率不高、脫離實際的根本問題。為解決這一問題，需以學生實際動手能力為引導，對實驗教學體系進行獨立設計，建立基礎技能實驗、提高實驗、綜合創(chuàng)新實驗三種層次遞進式實驗教學體系[4]。每一個層次的實驗彼此關聯(lián)，相互依托，循序漸進。圖1中以材料硬度測試實驗教學為例，說明了三種層次的實驗項目之間的關聯(lián)。

基礎技能實驗中，學生以掌握某一種特定的專業(yè)技能、某一種專業(yè)設備的基本操作及對理論知識的進一步理解為目的，基礎技能實驗課為后續(xù)提高實驗和綜合創(chuàng)新實驗打下技能基礎，不追求面面俱到，不能要求大學生通過第一次接觸就能夠對專業(yè)知識深入理解和應用。

在掌握了基本實驗技能的前提下，學生可進入提高實驗。每個提高實驗項目以4～6個學時為宜。引入工程實際應用背景，幫助學生了解本專業(yè)的前沿發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，對專業(yè)知識進行進一步挖掘和深化，從簡單的設備使用到讓學生了解該設備與專業(yè)方法如何應用到實際中，培養(yǎng)綜合運用所學科學理論和技術手段分析并解決工程問題的基本能力。

綜合創(chuàng)新實驗以基礎技能實驗和提高實驗為前提，根據(jù)具體實驗項目特點，每個綜合創(chuàng)新實驗設置3～5天時間，保證學生有充分的時間提取問題、收集資料、整理方案、驗證結論。以學生為主體的實驗教學并不是對教師作用的削弱，相反，教師要對所有實際應用背景更加熟悉，在整個實驗進程中，隨時對學生進行指導并進行實驗的全局把控，這需要教師具備更豐富的工程素養(yǎng)及更高的執(zhí)教水平。

（二）結合工程實際設計實驗項目

重視校外實習實訓基地建設，加強校企合作，拓寬學生學習的時間空間范圍。現(xiàn)代化的工程技術人才，既要有專業(yè)知識深度，又要具有全行業(yè)的視野廣度。為了拓寬學生視野，開發(fā)創(chuàng)新意識，使其學有所用，必須在實驗項目設計中引入工程實際背景，使實驗教學做到有的放矢。要加強校企合作，整合優(yōu)化教師資源，與本地區(qū)本行業(yè)相關企業(yè)單位建立合作。要定期互訪，主動了解和掌握行業(yè)發(fā)展趨勢，為企業(yè)解決實際問題，為地方行業(yè)發(fā)展做出貢獻[5]。同時，在解決實際問題過程中要重視學生培養(yǎng)，吸收學生團隊，隨時調整綜合創(chuàng)新實驗的實驗項目，例如針對材料力學性能實驗，優(yōu)化后的實驗項目設計如表1中所示。

（三）豐富教學內(nèi)容，創(chuàng)新教學方法

對實驗教學內(nèi)容進行豐富與拓展，提升學生學習興趣，培養(yǎng)其獨立思考能力與創(chuàng)新意識。例如對于某一種專業(yè)設備的學習，不應僅僅局限于設備的使用和操作，可以擴展到該設備如何出現(xiàn)與發(fā)展演變、世界主要公司及其優(yōu)勢、我國的行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展空間、行業(yè)領軍人物、本專業(yè)的應用與將來的發(fā)展趨勢、對社會和環(huán)境的影響、本專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)前景等。

在疫情背景下，各行各業(yè)都進行了艱苦創(chuàng)新。為了培養(yǎng)創(chuàng)新人才，實驗教學方法也出現(xiàn)了很多創(chuàng)新形式?；A技能實驗是學生進行其他實驗和創(chuàng)新的基礎，也是學生進入實驗室必須掌握的技能。對于設備的原理講解、發(fā)展趨勢介紹、基本操作過程可以采用視頻錄制的模式，做成教學資料庫，學生在進入實驗室之前可以自行下載學習，再到現(xiàn)場實際操作并考核，考核通過后可進入下一層次的實驗，即具備使用實驗室資格。將學生所獲資格與實驗室預約系統(tǒng)進行整合，可同時實現(xiàn)實驗室的有效管理和開放。

綜合創(chuàng)新實驗的大部分內(nèi)容都來源于企業(yè)，有些還是教師的個人項目，學生需要教師隨時指導方能完成。要變“教師教學生學”為“學生為主教師為輔”[6]。在充分規(guī)劃與設計的前提下，面對實際工程問題，學生習自行查閱資料、設計實驗方案、選擇實驗設備、完成實驗項目、得出結論、解決問題。要利用學校實驗教學信息化模塊，加強課上課下結合，使學生更方便地加入各個教師課題組，教師也可以隨時了解實驗進度，及時指導學生解決困惑。

在實驗成績評價上，為了避免僅憑實驗報告定分數(shù)這種單一的評價手段，可通過合理引導進一步增強學生的學習自主性，對三種層次的實驗項目分別進行考核?；A技能實驗僅設置合格、不合格兩項，考核合格是進入下一步實驗的基礎，也是進入實驗室獨立操作設備的前提。提高實驗和綜合創(chuàng)新實驗則注重過程評價，在預習準備、方案設計、團隊協(xié)作、操作能力、分析能力幾方面分別設置考核點，隨時監(jiān)督與記錄，同時促進學生之間各取所長，訓練學生表達能力、組織能力、團隊協(xié)作能力。最終分數(shù)由各個考核點分數(shù)加權平均得出，即學生的評價模式由單一的報告評價轉變?yōu)橥暾膶W習過程評價，給學生設置一定的學習壓力或增加成就感。

（四）更新實驗設備，改進實驗室管理方式

借助國家級、省級、學校各類建設經(jīng)費的支持，增加投入，增加現(xiàn)有基礎教學實驗設備的臺套數(shù)，保障基礎技能實驗設備數(shù)量。例如，材料專業(yè)基礎實驗設備的顯微鏡，從原來的兩人一臺擴充至每人一臺，可拍照顯微鏡由三臺擴充至六臺。引入先進設備，優(yōu)化管理，保證設備長期穩(wěn)定運行。購買擴充涉及材料制備、結構和性能表征的高端實驗設備，使專業(yè)綜合創(chuàng)新實驗具有深度，達到行業(yè)先進水平。同時，加強老舊設備的更新?lián)Q代，根據(jù)實驗項目的規(guī)律，整合實驗設備，優(yōu)化實驗室布局，優(yōu)化各實驗室間的動線設計，使現(xiàn)有的實驗室空間得到充分利用。目前，南京工程學院材料科學與工程學院已將樣品制備實驗室擴大到原來的三倍，所有公共教學實驗室桌椅全部換新，所有實驗室安裝門禁和攝像設備。

利用學校網(wǎng)絡服務器、微信平臺、校園卡終端共同建立實驗教學信息化模塊，將所有大型實驗設備納入信息化模塊管理，實現(xiàn)實驗室資源和信息的網(wǎng)絡共享[7]。利用實驗教學信息化模塊，規(guī)范實驗設備的預約、使用登記、實時管理使用情況。將教師、學生、設備信息進行整合，全部處于可知狀態(tài)，在提高設備利用率的同時做好監(jiān)督，減少設備故障和安全隱患。建立健全實驗耗材申領、購置、使用、放置等信息登記，加強實驗耗材進出庫的管理，減少不必要的浪費。對危險藥品的使用和存儲進行實時監(jiān)控，確保實驗室安全。加強交流與培訓，對于一些高端專用設備，建立師生交流平臺，使學生了解實驗室運行制度、實驗設備特點，熟悉實驗室，開發(fā)創(chuàng)新科研課題，激發(fā)學生自主學習熱情。

三、結語

工程教育專業(yè)認證是一種先進的教育理念，其特點是工程教育應以學生發(fā)展為主，將學生的學習成果和社會滿意度作為教學質量的最終評價依據(jù)。通過大量的實驗教學訓練，學生一方面可以加深對基礎理論知識的理解，另一方面能夠學會專業(yè)設備的操作、實際問題的處理、專業(yè)手段的應用，對于培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力、綜合素質有重要作用。本文以工程教育專業(yè)認證為背景，對南京工程學院材料科學與工程專業(yè)原有的實驗教學問題進行了分析，在重新設計實驗教學體系的基礎上，注重將工程實際問題引入實踐教學中，加強學生工程實踐能力、工程意識、綜合素質方面的培養(yǎng)。同時，以專業(yè)培養(yǎng)目標為判斷依據(jù)，不斷分析研究實驗教學中存在的問題，做到持續(xù)改進。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 李志義.解析工程教育專業(yè)認證的持續(xù)改進理念[J].中國高等教育，2015（Z3）：33-35.

[2] 人民網(wǎng).歷史性突破，開啟新征程：中國工程教育正式加入《華盛頓協(xié)議》[EB/OL].（2016-06-03）[2020-06-21].http：//edu.people.com.cn/n1/2016/0603/c1006-28410286.html.

[3] 工程教育認證標準 [ M ]. 中國工程教育專業(yè)認證協(xié)會，2018.

[4] 于蕾，候長波，王曉迪. 工程教育背景下電子類實踐課程教學模式的研究與實踐[J]. 實驗科學與技術，2020（1）： 58-62.

[5] 李寶坤，盧士玲，董娟，等. 產(chǎn)學研研究生基地建設與實踐[J]. 教育現(xiàn)代化，2019（54）：253-255.

[6] 胡標，劉振英，王慶平，等. 工程教育專業(yè)認證背景下工程類專業(yè)實驗教學改革探索[J]. 華北理工大學學報（社會科學版），2020（3）：104-107.

[7] 馬馳，王開宇，程春雨，等.基于教育信息化的實驗教學和實驗管理新模式[J].實驗技術與管理，2017（6）：139-142.

[責任編輯：劉鳳華]