国际化教育背景下材料综合实验全英文教学初探

2018-01-29吴雪艳周伟敏陈秋龙曹力军朱申敏

实验室研究与探索 2017年12期

吴雪艳，周伟敏，陈秋龙，曹力军，朱申敏

(上海交通大学材料科学与工程学院，上海 200240)

0 引言

材料科学与工程专业兼具理科和工科的特点，本科人才培养总体目标是要培养出既有扎实的专业基础和系统的知识结构，又具有较强的工程实践与创新能力、并有国际化视野的专业人才。实验教学是材料科学与工程专业教学的重要环节，对于巩固学生理论知识，并运用理论知识解决工程实践问题起着重要的作用[1-3]。“材料综合实验1”和“材料综合实验2”(以下统称“材料综合实验”)作为独立的专业实验课程，依托材料科学与工程实验教学中心，利用材料科学与工程专业试点国际化教学的契机，开展全英文授课，针对美国工程与技术认证委员会(Accreditation Board for Engineering and Technology, ABET)的国际工程教育专业认证进行课程改革，促进本专业工程教育与国际接轨，提升教学质量，培养具有国际化视野的专业人才。ABET认证是从美国发起，现今最被广泛认可的一个高等教育体系认证，ABET重视成果导向教育(Outcome-based Education)，提出11条毕业要求(a-k Graduate Outcomes)，用以评价学生学习成效[4-6]，聚焦于学生“应该得到什么”，并评价所有学生学习成效的达成度，以此来评价专业办学的有效性。持续改进也是ABET认证关注的一个重要观测指标，通过定期收集数据、定期评审培养目标的达成程度、定期改进教学计划，促进教学改革的持续深化，最终的目的是实现专业的培养目标。

1 针对ABET认证的材料综合实验可行性探索

1.1 三层次教学体系的划分和实施

针对材料专业，ABET认证要求课程体系涉及金属、陶瓷、聚合物、复合材料四大材料领域，涵盖材料的结构、性质、加工、使用性能四个要素，“材料综合实验”课程的教学内容与之相符，范围广泛。实验项目基本与理论核心课程学习内容同步，便于学生在实验中进一步理解核心理论知识，并用以分析实验结果。在具体教学过程中，将实验教学体系分为专业基础型验、专业综合型和拓展型特色实验三层次，形成阶梯式循序渐进模式[7]。

专业基础型实验内容包括材料的宏观制样与观察、微观结构观察与物相分析、力学性能、基本物理性能测试分析等，侧重于以传统的经典案例和技术方法对学生进行训练，给予学生第一手的实验经验，旨在加深学生对基础知识的理解和对基础实验技能的掌握。专业综合型实验在学生掌握基本技能的基础上，逐步增加涵盖了典型工程材料的综合研究实验，根据特定的成熟材料应用工艺技术路线，设计包含材料制备工艺、工艺实施前后材料微观组织结构与性能的变化，以及优化材料性能的加工方法等，学习材料与应用之间相互协调的关系以及优化方法，侧重于培养学生融会贯通、视野开阔的综合实践能力。拓展型特色实验利用本学科的科研资源，将科研内容与实验教学紧密结合，由各学科团队为学生提供专业化的实验项目，并利用各平台现代化的专业实验设备组织实施，充分发挥团队的师资和设备优势[8-9]。使学生通过该课程设计，掌握材料科学与工程研究及应用的基本思路与方法，对材料及其技术发展有比较充分的认识，目的是使学生在具备材料制备以及分析技术初步综合能力的基础上，开阔学生视野，培养研究的兴趣，着重于培养学生的创新意识和创新能力、创新能力和基本科研素质[10-11]。

1.2 学生学习成效的考察

学生学习成效的考察主要通过以下几方面体现：① 学生在实验过程中的参与度；② 实验报告的撰写情况；③ 口头报告的汇报情况；④ 学生对教学效果的反馈。

实验报告是反映学习成效达成度的一个重要证据。例如，在“低碳钢材料的微观结构观察”实验项目中，从书面报告中可以看到一部分学生利用铁碳相图的相关知识计算出了样品中珠光体、铁素体的含量，与实验结果进行对比，并进行分析，体现出学生已经掌握了“材料科学基础”中相关知识。而还有部分学生仅描述了样品的金相照片，没有进一步的分析与阐述，说明其未理解基本概念，或不能把相关基础知识与实验数据相结合。这些现象的存在说明在引导学生利用理论知识解决工程实践问题及在教学内容和形式上还有待于改善。

有效沟通对于工程类人才非常重要，沟通能力包括书面沟通和口头沟通。在材料综合实验中，这种能力的培养体现在书面实验报告的撰写和口头成果报告上，要求学生能科学、专业、简练地阐述实验过程，分析结果，给出结论。“材料综合实验”是材料专业本科生的第一门专业实验课程，由于本专业本科阶段没有开设科技英语课程，并且实验报告的撰写离不开大量的文献阅读和分析总结，学生在第一次提交报告时反映要花费较多的时间和精力完成实验报告。但随着课程的深入，他们很快适应了这种形式，并普遍反馈这锻炼了其从专业的角度来判断、分析问题的能力，也有利于培养自主学习能力。口头沟通主要是通过实验结果的口头宣讲形式进行，并伴有学生间互相提问和教师点评，内容不仅涉及实验数据分析的合理性与可靠性，还涉及对报告人表达方式、整体形象的分析。这些细节的指导有助于促进学生的有效沟通，提升他们与人交流时的自信度。

团队合作能力的培养体现在小组实验项目中，尤其是专业综合型和拓展型实验项目中[12]。项目的进展过程包括实验方案的设计、实验设备的使用协调、实验内容的实施、实验报告的撰写和口头陈述等。小组成员间的有效沟通与合作是顺利完成项目的必要条件。教师采用整体指导，不过分干涉的方式，鼓励学生自己解决问题，并将评分标准定为组内成员得分一致，可以有效发挥学生的个体优势。工作内容由小组讨论，协商决定各组员的分工与职责，这种小组化实验项目的实施既有助于建立团队合作精神，又提高了学生协调、解决问题、自我管理和团队管理的水平。

在实验教学过程中，向学生灌输依照国际、国家、行业等标准进行实验操作的意识，并针对部分实验项目依据相应技术标准进行实验样品的准备和实验项目的实施。例如，材料力学性能测试实验，指导学生按照相关标准进行样品的准备和测试，按照国标GB/T228.1-2010和GB/T 8653-200X进行室温金属材料的拉伸试验和试样的弹性模量、弦线模量、切线模量测试。在冲击实验中，按照GB/T229-2007将金属试样加工成V形缺口，进行冲击性能测试。在聚合物的热力学性能测试中，采用ASTM D3418-08作为测试标准来确定聚合物的转变温度。通过在实验教学中使用相应的标准，使学生了解一些材料专业相关的通用标准，更重要的是培养学生这种按照相应标准开展工作的意识，为学生今后在企业进行实践活动打下基础。这些能力的培养符合ABET认证中所涉及到的学生学习成效○k “综合运用技术、技能和现代工程工具来进行工程实践的能力”。

材料专业的实验中既要使用到大、中、小型设备设施，又涉及到化学品的使用，存在辐射、火灾、机械电子、化学、环境污染等安全问题，因此学生的安全教育也是实验教学的一部分[13]。学生在本科阶段培养的安全意识和规范操作习惯对于今后的职业生涯具有重要意义。除了对大一新生的普遍安全教育外，安全教育与考试管理系统既是学生学习安全知识的一个资源，也是学生进入实验室的一道安全考评门槛，使学生在进入实验室前已经掌握了一定的安全知识。在材料综合实验课堂上，第一节课一般会安排学生进一步学习与本课程有关的安全知识，在每个实验项目开始前，针对该项目的具体细节，也必须详细讲述实验过程中存在的潜在危险和注意事项，并在具体实验操作中不断提示这些注意事项，这些必不可少的教学内容对提高学生安全意识，培养实验中做好安全防护、规范使用化学品、按照操作要求规范使用仪器设备的习惯非常必要，也是ABET认证中实验室安全的一个考察环节[14-15]。

2 材料综合实验全英文教学的优势

2.1 强化了实验内容的阶梯递进关系

循序渐进的实验教学体系从低到高、从基础到前沿、从接受知识到培养综合能力再到自主创新，是一个逐渐提高的体系。在课程内容的设计上，考虑到教学内容的必要性和可行性，通过合理安排实验项目，使实验内容具有一定的关联性、对比性与科学价值。这种实验教学体系使学生既具有扎实的理论基础和基本实验技能，又通过综合型实验促进了知识的融会贯通与灵活运用，另外，通过参与创新型特色实验项目，学生可以接触到科研领域前沿课题，开拓了专业视野，提升创新意识，培养创新能力。

2.2 有助于持续改进教学质量

材料综合实验的全英文教学，不仅体现在使用英语进行授课，更重要的是实验课程的设计与安排以ABET认证要素学生学习成效为出发点，重点关注对学生能力的培养。课程中对学生评分的标准突出对学生综合能力的评价，在实验教学过程中，通过观察学生在课程中的表现、实验报告的撰写情况、学生的反馈，可以考察学生学习成效的达成度，进而判断教学是否达到预期效果，再根据这些考察结果对实验教学体系进行持续改进，不断改善教学质量。

2.3 保证了课程目标的实现

在材料综合实验课程中，综合性实验和创新性实验所占比例越来越大，并采用小组的形式开展。小组化项目式的实验教学实施模式可以使学生根据项目的总体要求，利用现有设备设施自主设计实验方案，并付诸实施，在实验进展过程中，根据实验结果发现问题，并不断调整、优化实验方案和实验条件，学生需要灵活运用已掌握的理论知识和实验技能，对实验数据进行分析，在这个过程中充分激发了学生的探索精神，培养了创新意识，锻炼了动手解决实际问题的能力，另外，由于实验设备和教学时间的限制，为保证实验项目的完成，学生必须学会分工合作，提前做好实验设备的预约、实验内容的细化安排，这些对于培养学生的计划性非常有效。而且，以组为单位的团队模式促进了学生间的沟通、协调与合作。学生在以上方面得到锻炼和培养，也实现了这门课程的课程目标。

3 结语

本文初步探索了材料科学与工程专业“材料综合实验”课程在国际化背景下的全英文授课模式。采用阶梯式循序渐进的课程体系，有利于学生在进一步理解核心专业概念的基础上，将理论知识融会贯通，综合运用各种实验技能，动手解决实际问题，并培养了学生的有效沟通能力、团队合作意识和创新意识。这些能力的培养也是ABET认证对工程技术专业学生学习成效的考察指标。目前材料综合实验全英文教学顺利实施，并取得了初步的成果，证明这种教学模式是可行的，强化了实验内容由专业基础、专业综合向创新型实验的递进关系，在实验教学过程中提升了学生的实验实践能力、运用专业知识解决工程问题的能力和自主创新能力，并有效强化了学生的有效沟通能力，培养了团队合作精神。这种全英文教学模式促进了材料综合实验教学质量的改善，保证了课程目标的实现，显示出一定的优势。

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