面向新工科背景的《无机非金属材料专业实验》的课堂设计与改革

王静 时志强 张桂芳

摘 要：新工科建设是主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略行动，以新技术、新产业、新业态和新模式为特征，从服务国家战略、满足产业需求和面向未来发展的高度，在“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）的基础上，提出的一项持续深化工程教育改革的重大行动计划。根据“新工科”建设要求，对无机非金属材料专业实验的教学内容、实验项目、教学模式等提出改革意见，有望促进无机非金属材料专业实验教学质量的提高，有助于“新工科”建设需要。

关键词：新工科;无机非金属材料;专业实验

2017年2月18日，北京大學、南京大学等40余所国内高校在复旦大学召开了关于综合性高校工程教育发展的战略研讨会，提出了高等工科教育“新工科”建设的人才培养思路。“新工科”为高校工科教育指明了方向。如何对接专业和产业、交叉学科、建设创新创业育人体系、扩大学生视野以及处理好传统工艺与新兴技术的关系，成为各高校各专业研究探讨的热点。

天津工业大学是工科特色“双一流”高校，材料学科是重中之重学科，无机非金属材料专业的陶瓷工艺技术以及新能源技术，将推进急需学科、交叉学科及新兴学科发展相结合，对未来的行业发展注入新的活力。材料科学与工程学院无机非金属材料工程专业围绕新工科内涵落实在专业课程建设上由科学素养培养、工程素养培养、职业技能培养三部分组成。由“材料科学基础”、“材料化学合成”、“粉体工程”等系列课程建设形成了系统的材料微观结构设计能力培养，培养学生的科学素养，为今后新材料的高端制造领域输送优质人才。由工程制图、工程力学、由中天实训中心构建的3D打印技术应用、传感器应用、高级过程控制、工业废气、污水处理等共同构成工程素养，为未来的智能制造输送有工程能力的人才;由“基础电化学”、“电源工艺学”、“电化学储能材料与器件”等新能源材料的课程模块，对接天津的新能源、新材料领域的产业发展，构成学生快速适应企业发展的职业素养。基于此，本专业学生既掌握了无机非金属材料科学与工程方面的基础知识与理论，又具备无机非金属材料设计与制备、结构测试与分析、物理与化学性能检测、直至器件制备与电化学性能评价的理论知识与实验、实践技能，更具备开发新材料、研究新工艺、改善材料性能和提高产品质量的基本能力。结合我系实际，根据“新工科”建设要求，对无机非金属材料专业实验教学改革方向进行探讨，与广大同仁交流。

一、存在的问题

（一）专业实验教材的不规范

为适应无机非金属专业的两个专业方向（功能陶瓷方向和新能源方向）的教学大纲要求，教材的内容以自编的实验教材为主，且公共实验为6个，各专业方向实验为3个。专业实验教材应根据方向不同，依据学生的培养要求具体划分，对专业能力进一步进行提升。

（二）基于行业要求的动手能力相对不足

虽然校企的产学研合作较多，但是科教融合力度不足，院系不能及时有效的判断产业发展对于学生的要求。实验内容的开设应结合当前行业的需求，对实验进行更新。

（三）学生的创新创业意识有待提高

现阶段的实验过程中，学生对于实验还停留在基本的“讲授”和“操作”中，没有自身的思考缺乏主动和变通能力，实验效果差强人意。

二、改革的途径

（一）精心设计与优化实验方案

精心设计实验内容是新工科背景下创新型人才培养的基本要求，也是提高实验教学效果的基本前提。构建以专业培养目标为要求的，专业基础课程为依托，无机非金属材料工程专业学生综合能力培养的实验体系。对于新能源方向的学生，专业实验包括两部分，一部分是粉体的基础实验，如粉体震实密度的测试及粉体粒度分析等;另外一部分是面向行业发展的综合实验，如三元正极材料的制备、粒度分析和元素含量测定，将基础实验融入到行业领域运用。

（二）融合科研、竞赛和“双创”设计创新实验

创新创业项目和科技创新竞赛能有有效的激励学生走进实验室加入科研团队，参与课题的创新性研究。学生在参与的过程中对于课题的论证，问题的解决能力能得到很大程度的提高，如果能够立项并获得资助，或者竞赛获奖，都能极大的增强学生的自信心和兴趣，促进科研和实践的良性循环。

（三）构建开放实验室

构建开放实验室主要是为学生提供不受时间限制的实验场所和仪器设备资源，充分利用专业公共资源及教师课题组资源来锻炼学生的动手能力和创新意识。具体措施包括时间与空间开放、教学内容开放、教学方式开放。专业教师将最新研究成果引入实验教学课堂，甚至带领学生亲自去体验实验室成果，这不仅是一种建设开放式实验课堂的有效途径，而且可以优化教学内容、提升教学水平，为学生提供多样化的开放型实验室。同时，还可以对学生的创新思路及实验方案进行梳理和验证，对于大学生创新创业项目的申报和科技竞赛提供良好的工作基础和实验技能。

三、结束语

基于“新工科”背景的无机非金属材料专业实验改革面临体制不够完善，学生创新能力和意识不足等问题，本文从学科交叉融合、学生的创新能力培养等方面分析了改革途径。基于实验室在大学生创新能力培养过程中的重要作用，结合综合创新实验室体系建设分析新工科背景下基础实验教学模式改革方案，提出的新举措主要有：通过精心设计与优化实验方案，加强创新和综合型实验建设;鼓励学生参加竞赛和科研团队以及开展“双创”活动，丰富创新实验内容;构建开放实验室，为综合创新实验室建设提供保障等。