工程教育背景下提高材料学科实验教学效果的探索

曹 静

（福州大学 材料科学与工程学院，福建 福州 350108）

工程教育背景下提高材料学科实验教学效果的探索

曹 静

（福州大学 材料科学与工程学院，福建 福州 350108）

实验教学是材料学科本科教育的重要环节。近年来，实验教学改革在各大高校中受到越来越多的重视，旨在提高实验教学质量，培养学生的动手能力、创新能力等综合素质。本文论述了工程教育背景下高校材料类专业实验教学的重要性以及传统教学的主要问题，并以福州大学材料科学与工程学院为例，以提高实验教学效果和提高学生整体素质为基本出发点，从改革实验教学模式，实行开放式实验教学、构建与工程教育接轨的教学课程体系、优化教学方法和搭建多功能实验教学平台等多方面提出了实验教学改革的切实可行的建议。

材料学科；教学模式；教学体系；开放实验；实验教学平台

随着现代科学技术和社会的不断发展，材料学科发展迅猛，社会对材料领域人才的需求越来越趋向综合型、创新型、实践型人才，因此对高等教育的实验实践教学环节提出了更高的要求。而对于材料科学与工程这样的理工科传统专业，实验实践教学在专业教育中起着非常重要的作用，同时其作为大学生创新能力合和综合素质培养的重要环节之一，已经受到越来越多高校教育者们的关注。因此，为适应社会和学科发展需要，培养具有较强动手实践能力、创新能力，并能为我国材料技术和经济发展服务的创造性人才任务重大。

1 材料专业实验教学特点及教学中存在的问题

材料科学与工程专业是理工科传统专业，它要求有直观的工程专业知识及背景。目前，材料学广泛地应用于工业生产、农业种植等各个领域［1］。一般来说，学生在进行材料专业实验初期阶段，由于缺乏相关的感性认识，同时又因为面临一些新设备或新的方法技术，很容易陷入理论与实践脱节，理论无法联系实际的困境。此外，材料科学与工程专业涉及的知识面广，这就要求学生具有较强的分析能力和灵活运用所学理论知识解决实际问题的能力。

材料科学与工程专业实验教学内容包括专业基础实验和专业实验，以培养学生综合能力为宗旨，具体来说就是培养学生进行材料研究、材料制备和材料生产等各个环节的基本能力。传统实验教学中，教学模式是实验课依附于理论课，实验时间和实验内容均取决于理论教学内容及其进度，这种按部就班的教学模式最明显的缺点在于使各个实验项目之间相对独立，且每个实验项目内容单一，难以融会贯通。另外，传统的实验教学，使教育者们比较注重培养学生正确规范的实验操作技能以及如何操作仪器设备。此外，传统的实验项目类型多为演示型和验证型实验。这样的实验教学模式、内容和教学方法无法做到理论知识与实验教学内容的有效结合，更无法做到融会贯通。因此不能有效提高培养学生分析问题、解决问题的能力和创新能力。要真正实现素质教育，必须从教学模式、教学内容和教学方法等方面深入思考，进一步实施实验教学改革。

2 实验教学改革建议和探索

2.1 教学模式推陈出新

传统实验教学是依附于理论课程，大多数的实验课程形式单一，内容也常常出现重复、陈旧等问题。因此，在教学过程中学生的积极性不高，参与度不够，极大限制了对学生能力的培养。因此我们提出在实验教学过程中，进行问题式探讨、案例式分析的学习方式，让学生主动参与讨论，并为学生设置问题，以完成项目的方式，使学生通过自己设计实验方案，参与解决实际问题［2］。在实验教学过程中，教师应将这一教学模式贯彻实施。改善传统中单调、陈旧的授课模式，让学生通过主动学习、积极讨论来完成实验课程的操作学习，并通过具体项目的完成，锻炼学生分析问题和解决实际是问题的能力。如此方能大大提高学生对于实验课程的积极性。

新的教学模式要求进行开放式实验教学，同时相应地要求紧抓实验室安全教育，改善实验室管理。开放式实验教学可以更好地发挥学生的主观能动性，以开放式教学取代以往的传统教学方式，真正做到实验室面向学生开放，从实验时间、实验内容等方面实行开放化，使实验教学模式从传统的“被动填鸭式”向学生“主动探索式”转变。在对实验课进行改革、独立设课的基础上，实现学生实验技能、动手能力和创新思维的培养目标。

福州大学材料科学与工程学院在实行开放式实验教学的同时，引入了实验室信息化管理系统，并将该系统与门禁管理系统相结合，共同对开放实验室进行有效管理。实验教学采用网上预习—审核通过—预约实验—按时实验—网络评分的方式实施开放实验。材料科学与工程专业的特点决定了实验室相当多的仪器与高温、高压、重力、粉尘、化学品有关，开放运行风险较大［3－4］，开放实验存在一定的人身安全、仪器安全隐患，在缺乏老师监管的情况下，学生面对危险情况可能不知如何应对。因此，加强实验室安全教育，探索新型体制下实验室监管模式应成为实验教学改革中的头等大事，为此我院对实验室的使用与管理，也同时进行了相应改革，制定了一系列与开放实验相适应的管理制度，并将这些制度做成规程牌上墙。另外，每年对新生进行一次全面的实验室安全教育，从而得以在实现开放实验的同时保证学生人身安全，保证仪器不被损坏。

2.2 更新实验教学内容，构建与工程教育接轨的教学体系

在工程教育认证的专业背景下，实验课程设置应进行统一规划，按照课程内容分为专业基础实验、专业实验和综合设计实验等类型，循序渐进的培养学生的实践能力。关于实验内容设置，尽量减少演示型、验证型实验，增加综合型、设计型、创新型实验项目［5］。综合实验项目由指导教师提供可选项目或由学生自己选择实验项目，并要求学生根据项目要求自行设计实验方案、查阅实验步骤和所需要的仪器，以此为依据提出实验申请，指导教师审核通过后，实验室提供实验场地及实验仪器，并对学生在实验中的表现进行评价。鼓励学生根据自己的兴趣或未来就业去向选择实验模块，然后选择该模块中的某个实验项目，通过这类实验有助于学生了解材料专业前沿动态、热点内容及创新方法和技术［6］。从工程教育专业认证的角度，应兼顾到每个学生的培养和发展，就应真正做到因材施教，让实验内容适合不同水平的学生，使学生在实践环节中的能力真正得到培养。

以福州大学材料科学与工程学院为例，我院借助省级、国家级创新性科研训练项目，以及福州大学设置的校级创新性科研训练项目，不断把学科的最新研究成果介绍给学生，进一步拓展学生探究未知空间的能力。我院向本科生开设了创新性实验项目，这些项目一般是以教师的科研项目为依托，把科研课题中的部分科研项目引入到实验教学中，让学生以科研的模式完成实验课程的内容［7］。通过本科生科研训练类项目等方式，由科研一线的教师指导本科生参与科研项目中部分课题的研究。在此过程中，指导教师应积极为学生创造和寻找机会，让学生参与其最新的、较为前沿的研究项目。

通过鼓励教师指导本科生参与各级各类科研项目，大大开阔了学生的视野，拓宽了学生的知识面。如我院大型仪器设备包括场发射扫描电镜、X射线衍射仪和同步热分析仪等大型精密仪器设备，对全院及全校本科生开放，用于支持大学生使用大型仪器设备。大三以上学生即可参与教师的科研项目，教师指导其进行相关的学习与研究，边学边用，活学活用。通过科研项目训练，整合学生的专业知识，提升学生的产品开发意识和能力，培养综合性的工程素质。通过这些大型加工设备和检测仪器的引入与开放，一方面开拓了学生的视野，让我们的仪器分析不再是纸上谈兵；另一方面，让学生在大学期间就接触并使用这些仪器设备，有利于日后进入企业的顺利过渡，有利于培养学生的工程素养，通过大量的工程实践，尤其是到生产车间或工程一线学习和现场实践，才能够对工程实际问题具有深入、系统、本质的认识和理解，才具备培养分析和解决问题能力的条件。

2.3 优化教学方法

优化实验教学方法，同时制定合理的考核制度。实验教学重在培养学生的工程技术能力和科研素养，材料专业的实验教学更是如此。根据实验类别，可以采用不同的教学方法。对于基础性的实验可以采用比较传统的实验仪器设备，使学生能够直接看见仪器的内部结构，了解其工作原理，更有助于学生对验证性试验的认知，锻炼学生最基本的实验动手能力；对于综合性实验，可以采用较为先进的实验设备，由于大型精密仪器设备的开放性相对差一些，但应要求学生能够了解仪器工作原理，同时可以配备计算机进行辅助分析教学［8］。当今信息发达，技术先进，互联网和多媒体已深入到各行各业。材料专业的实验教学也可充分利用先进的现代化教学手段，将计算机应用和多媒体辅助引入教学。通过实际操作锻炼，可以提高学生应用计算机和相关软件处理数据、分析问题的能力和意识。教师可以利用图形、图像等软件工具制备出形式多样的实验教学课件；制备出动态化的实验原理和实验过程演示流程图或动画；利用实验教学录像、网上课堂交流等多种教学方式，增强师生之间的互动交流，提高学生学习的主动性和积极性。

此外，福州大学材料科学与工程学院实验中心还利用信息化管理系统，搭建了网络实验教学平台。学生可以通过互联网实现对所有实验项目的查询，在实验前预习实验大纲、指导书，并通过观看实验录像，了解仪器的构造、实验原理、材料的制备过程和实验操作步骤［9］。

除以上方法外，为了提高学生对实验课的重视程度，可适当提高实验成绩在学生总成绩中的比重。同时可以通过考核方式的改革，引起学生的重视。如实行单独实验考核，制定多元化的考核制度。根据工程教育专业认证的要求，实验成绩可由课前预习报告、实验过程表现、实验总结报告等各部分成绩组成，并根据实际情况分配各部分比重。而针对综合实验考核，其重点在于检查学生实验方案的确定及材料、仪器等的合理选用及解决实际问题等方面的能力。

2.4 高校—企业—科研院所有效协同，构建多功能实验教学平台

材料科学与工程专业为工科专业，在工程教育认证的专业背景下，更为注重学生工程实践能力的培养。为使学生毕业后能够快速适应企业环境，一方面可以利用现有条件，模拟工业生产的工程实践环境，建立校内实践教学与工程创新的仿真工程实践场地；另一方面与企业协商并签约建立校外实践基地，直接将企业或企业的某些车间作为学生的实践场所，为学生提供实习、实践场地。学院鼓励各位教师立足自身特色，积极联系合作企业，推进校企合作培养工程人才。一方面积极配合企业共同建立各级工程实践教育中心，构建以企业为基地的工程人才现场实习平台；另一方面，拓展校内创新实践平台的外延，吸引企业共建工程人才培养的模拟实践环境［10］。由于创新实践平台与企业密切合作，在模拟实际的仿真环境中，可以很好地解决大规模的学生实践问题，真正提高学生解决复杂工程问题的能力。

福州大学材料科学与工程学院除了与相关制造企业合作共建校内的科研平台以外，还主动与企业联系，建立了校外企业的本科生实践教学基地，考虑到学生的人身安全问题，企业为学生提供部分车间作为其专业实习场所，同时将实习期间表现较好的学生纳入招聘人才的优先考虑人选。而学院除了为企业提供了人才之外，还可借助教师们的科研经验，为企业解决一些生产中的实际问题，可谓互惠互利，良性循环。

3 结束语

实验教学改革是材料科学与工程专业教育改革的重要环节。以工程教育专业认证要求为指导思想，需加快实验教学改革步伐，切实提高实验教学水平，改进实验教学方法。这也是高等院校深化教育改革，全面推行素质教育的有效途径之一。材料专业实验教学因其在工科专业中所起的重要作用而备受关注，本篇根据材料专业实验教学的特点，以福州大学材料科学与工程学院的实际经验为例，着重从教学模式、教学方法、教学体系以及多功能实验教学平台的建设方面提出切实可行且行之有效的改革建议。实验教学改革是一项长期而艰巨的系统工程，它需要高校摈弃传统旧观念，大胆尝试创新，树立新思想，因材施教，不断探索并总结经验，使实验教学发挥其最大作用，从而培养学生爱动手、勤动脑、好钻研、喜创新的优良品质。

［1］胡茂良.以材料学专业为例浅析高校课堂的教学改革［J］.教育教学论坛，2014 134（1）：34－36.

［2］孙君，程丝，王新波，等.“卓越计划＂背景下的材料学科实验教学探索［J］.实验科学与技术，2014，12（6）：75－76，143.

［3］杨延梅，杨清伟，周富春.高等学校开放式实验教学的探讨［J］.高校实验室工作研究，2012，112（2）：6－7.

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［8］李书权，严干贵，赵钰婷.高等学校实验教学的改革与探索［J］.东北电力学院学报，2005，25（3）：55－58.

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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，Fuzhou University，Fuzhou 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

曹静（1964），女，硕士，实验师，主要从事材料学专业实验教学、实验教改方面的研究。