材料科学与工程实验中心建设的思考与实践

毛潭　杨越　曹雷刚　蒙毅　李弘

【摘 要】以北方工业大学材料科学与工程实验中心的建设为例，对实验中心的建设情况进行了总结及归纳，提出了构建以“大材料”学科共同的知识和技能为基础的实验中心建设思路，建立了独立的专业实验教学体系与配套的实验中心管理模式，以期为材料类专业实验教学的改革和实践有所帮助。

【关键词】材料科学与工程；实验中心建设；实验教学

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

實验教学在高等教育中越来越重要，其对于大学生工程意识、创新思维、解决问题等能力的培养都起着重要的作用[1]。材料学科属于实践性比较强的学科，因此发挥实验教学的作用对于培养材料专业创新性人才尤为重要，人们也不断地进行着实验教学改革的研究和探索[2-3]。

北方工业大学于2013年9月兴办材料科学与工程本科专业，2014年7月由国务院学位委员会批准增列“材料工程”硕士专业学位授权点，同年11月正式成立材料科学与工程系。2015年，根据北京市教委部署开设新材料方向“双陪计划”招生项目。在材料系建设初期，材料专业传统实验项目依附理论课程严重，每个项目互相独立，多项内容重复，不利于教与学的有机结合。因此我校在区域功能化调整优化过程中，加强实验教学资源的整合及实验教学改革，推进了材料科学与工程实验中心的建设。在此背景下材料科学与工程实验中心逐渐发展完善，笔者作为实验中心的一名建设者和实践者，现将中心建设的思考及实践总结如下，以供同行交流和共同探讨，以期为材料类专业实验教学的改革和实践有所帮助。

1 实验中心建设理念与改革

1.1 建设依据及目标

我校材料科学与工程系是基于学校建设“大学科”背景下的成立及发展的，是以培养新世纪材料领域专门人才为宗旨，构建大材料学科共同的知识和技能平台实验室，不断促进实验教学过程管理规范化，提高实验教学质量和效益，构建相应的实验教学课程体系和实验室管理体系。

1.2 建设规划

实验中心的建设坚持“以学生为本”，引导学生个性发展，提高学生综合素质，加强条件建设和制度管理。

（1）加强材料科学与工程专业的体系建设[4]；

根据专业发展的要求，建立和完善材料类课程的实验教学体系， 形成专业必修课程、专业选修课程、分层分流课程等多层次的教学体系，同时加强实践教学环节的建设。

（2）加强实验教学的建设及改革[5]；

深入开展实验教学研究，更新实验内容，加强综合性、设计性、创新性实验比例，营造有利于学生自主学习的环境，培养学生实践创新能力，同时加强实验教学队伍的建设。

（3）加大实验室开放的力度，完善实验室的科学管理[6]；

开放实验是指为学生提供一定数目的课外选做实验项目，使学生有更多独立实验的机会，充分发挥学生的创造力。

（4）在实验教学中引入科研应用项目，鼓励学生参与教师的科研实验；

为个性发展创造条件，通过引入科研应用项目鼓励学生参与科研实验，有利于培养学生科研应用意识，提高科学思维创新能力。

2 实验中心的建设与实施

2.1 实验教学体系的构建

材料科学工程是研究材料的组成、结构、性质、性能、制备与加工等内容极其广泛的一门学科。而实际上，各类材料如无机非金属、金属、高分子、复合材料等，虽然分支各异，都它们都具有共同的或相似的学科基础、科学内涵、研究方法及设备。因此，材料科学与工程学科除渗透交叉综合发展的趋势外，更加趋向于一体化大学科的发展趋势。

我校材料系的课程体系分专业课程体系和实验教学体系两大体系。具体培养方案如下：endprint

公共基础课包括数学、英语、计算机、物理、化学、专业导论等；

专业基础课包括程物理化学、电工电子、机械设计、工程力学、材料力学、材料科学基础、材料研究方法、热工基础、材料腐蚀与防护、金属、无机非金属、高分子材料等；

公共選修课有素质教育等多门课程；

专业选修课包括专业英语、功能材料、工程材料学、材料表面工程、材料信息学、有限元分析、金属塑性成型工艺及过程模拟、材料科学基础提高、材料研究方法提高等课程；

分层分流选修课分为两个方向：材料制备方向及材料检测方向，包含材料制备科学与技术、有色金属熔炼与铸锭、材料分析技术、无损检测技术等课程；

大部分课程都配有实验教学体系及内容，同时还有本科认识实习、课程设计等工程实践教学环节。

综上所述，我校材料系的课程体系以公共基础课、专业基础课和公共选修课、专业选修课、分层分流选修课、工程实践环节为框架，涵盖了材料的制备与加工、组成与结构、性质、使用性能等四个要素。

2.2 专业实验室的建设

实验中心搭建以大材料学科共同的知识和技能为平台的实验室，构建以课程基本知识——专业综合——设计创新为层次的实验教学体系。课程基本知识实验教学体系服务于专业理论课程的实验教学，即工程实践中的基础实验部分；专业综合实验教学体系独立于专业理论课程的平台实验教学，包括课程设计、材料综合实验、毕业设计（论文）等；设计创新实验教学体系服务于学生自主设计创新的平台实验教学。

为了既满足材料科学与工程专业工程实践中的基础实验和专业实验的要求，也要为材料综合实验教学水平的提高和学生自主设计创新创造必要的条件，专业实验室分为基础实验室和专业实验室。

基础实验室为物理实验室、化学实验室。专业实验室则根据材料制备工艺——材料成分——材料组织结构——材料性能结构体系，下设分为以下几个实验室：

材料制备实验室（负责实验课程：材料制备科学与技术8学时、有色金属熔炼与铸锭4学时）；

材料成分测试实验室（负责实验课程：材料腐蚀与防护4学时、材料分析技术8学时、无损检测技术4学时）；

材料组织结构分析实验室（负责实验课程：材料科学基础4学时、材料研究方法4学时）；

材料物理性能表征实验室（负责实验课程：材料力学4学时、材料力学性能8学时、材料物理性能4学时）；

材料计算机模拟实验室（负责实验课程：材料科学基础提高8学时、材料研究方法提高4、学时材料综合实验32学时）；

这样形成了相对独立又相互联系的实验教学系统，这种设置可以满足材料科学与工程专业课程实验的需要，同时规划中充分考虑实验室对科研工作的支持，结合学校教师相关的科研课题，也能为材料综合实验教学、学生自主设计创新以及科研开发创造必要的条件。

3 实验教学队伍建设与管理体制创新

实验中心实验人员及管理人员的素质在实验教学中至关重要，同时有效的管理体制也不可或缺。为此，实验中心大力加强师资队伍建设，具体措施如下：

（1）有计划引进高学历的青年教师充实实验教学队伍；

（2）鼓励青年骨干教师从事实验教学工作，实验教师及技术人员采取双肩挑聘任制；

（3）鼓励实验技术人员在职攻读博士或进修培训，提高学历层次；

（4）定期进行实践教学观摩及参加教学基本功比赛，提高实验教学质量；

（5）对于重大设备，组织专业培训，做到专用设备专人管理；

我校材料系现拥有一支高素质、高水平的师资队伍，是一个充满活力、团结向上的集体，多年获得校级先进集体的荣誉称号。现有教授5名，副教授2名，讲师11名，包括长城学者2名，北京市优秀拔尖人才1名，北京市优秀教师1名，北京市中青年骨干教师多名。17名专任教师中15人拥有国内985院校及国外名校授予的博士学位，其中专职研究生导师及副导师12人。该系所有教师都在实验中心兼任各实验室的教学和管理工作，全面实现的双肩挑机制，建立了一支年龄结构、学历结构、职称结构合理稳定，实验经验丰富，勇于创新的实验教学队伍。

实验中心实行院、系两级管理制度。系主任负责中心的实验室建设，责任教师负责实验教学管理与其他日常工作的管理。实验中心仪器设备、经费和人员统一管理，而实验教师与实验室管理人员相对分离，其教学质量通过网上评教和教学检查等方式进行考核。另外，实验中心实行开放式运行，特别是鼓励中高年级本科学生、研究生，利用课余时间进行探索性实验等课外科技活动，或深入教师科研项目，研究新实验及项目。鼓励学生申报大学生创业、大学生科技活动等相关科研项目，并提供仪器和实验环境，包括基础实验设施及大型仪器实验设备，以求最大限度地提高设备的利用率，服务于教学和科研工作。

4 实验教学效果及成果与未来发展思路

我校材料科学与工程实验中心经过近年来的整合、优化和发展，已建立了较为完善的运行体系。现实验中心总面积达600m2，现有和在建大型仪器近10台，所属仪器设备共计约400台件，固定资产总值近3000万元。实验中心下设有12个实践教学与测试服务平台和5个研究室，承担相关3个本科专业和3个研究生专业的教学任务，开设专业课22门，学位课8门，实验教学课14门，基本都是相关专业的必修课程和重点课程，涵盖普通验证类、提高类和研究类实验近百项，每年实验学生数达200人，年实验教学工作量达3万人时，全部实验室常年开放。近3年，实验中心教师指导学生获得校内科技立项数十项。曾参与科技活动的学生习成绩突出、科研能力强，多名学生保送名校攻读硕士学位，在进入硕士阶段学习后也能够较快融入导师的科研工作。近年来，越来越多的本科生利用课余时间在实验中心参与科研训练和创新性实践活动，并多次在校级、市级竞赛中获奖。2016年7月，我校本科生在材料系实验教师的指导下参加全国金相技能大赛，从133所参赛高校中脱颖而出，获得了团体第二名的好成绩，同时获得包括“莱卡”特别奖、一等奖在内的多个个人奖项。endprint

实验中心通过科研与教学互动，科研成果转化为实验教学项目，不断更新研究性、综合设计性、创新性实验项目，提升实验教学水平和质量，成为材料科学与工程系本科生与研究生实践教学的主要基地，也是材料系大型分析仪器科学研究的重要平台。实验中心主要面向航天、军工、电子、冶金、高端装备制造等新材料应用领域，承担着多项国家863计划、国家支撑计划、国家自然科学基金等纵向课题及大量的横向军工课题，部分研究成果达到国内外先进水平，所研发的多种新材料、新技术及其装置已获得实际应用，累积发表高水平论文百余篇，获授权发明专利数十项，多项科研成果获得省部级奖励。同时，实验中心积极与校内外各单位建立了广泛的联系与合作，逐渐成为培养创新型人才、产出高质量科研成果的基地。

实验中心的建设和改革是一项系统，长期的工程，需要各级领导的大力支持和全体教师不懈的努力。目前，我校材料科学与工程实验中心的建设只是初具规模，因此，实验中心的建设及未来的发展需要进一步深化改革、细化改革，在实验教学理念、实验教学模式、实验教学体系、实验方法与创新、实验室管理模式和实验技术队伍的建设等方面进一步深入研究，牢固树立并切实贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，构建以“大材料”学科共同的知识和技能为基础的平台实验中心，发挥实验室的最大功效，推进材料学科可持续发展，为培养具有国际竞争能力的优秀人才做出更大的努力，真正实现教学改革的总目标。

【参考文献】

[1]焦玉国，马映君.改革实验室管理体制，加强实验室建设[J]. 实验室研究与探索，2009，28（3）：267-269.

[2]吴敏华，李志平.实验教学示范中心建设与实验课程体系构建[J].实验技术与管理，2011，28（10）：105-108.

[3]刘嘉南，胡今鸿.高校实验教学改革项目管理平台的建设[J]. 實验室研究与探索，2011，30（6）：119-121+157.

[4]杨明波，杨惠，唐丽文等，材料科学与工程专业实验课程体系的改革[J].实验技术与管理，2007，24（1）：8-10+36.

[5]匡翠萍，刘曙光，钟桂辉，等.实验教学改革与学生创新能力培养[J].实验室研究与探索，2012，31（9）：86-88

[6]林键.高校科研型实验室开放模式下安全管理[J].实验室研究与探索，2014，33（10）：299-303.endprint