一流本科专业建设背景下材料科学与工程专业实践教学体系改革

关春龙 ， 韩 平 ， 张琳琪 ， 李彦涛 ， 赵小苗 ， 段 磊 ， 杜苏轩

(河南工业大学 材料学院 , 河南 郑州 450007)

0 前言

在全国教育大会和《加快推进教育现代化实施方案(2018—2022年)》精神指引下，做强一流本科，建设一流专业，培养一流人才，全面振兴本科教育，提高高校人才培养能力，实现高等教育内涵式发展，教育部启动一流本科专业建设“双万计划”[1]。国务院早在《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》中，教育部在《关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》(教高厅函[2011]1号)和《关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见》(教高厅函[2011]6号)中明确指出，要求高校提高学生培养质量，集中培养大学生解决实际问题的实践能力和创新创业能力，更好地满足我国经济社会发展对应用型人才、复合型人才和拔尖创新人才的需要,实现我国建设人力资源强国和创新型国家的战略目标[2-3]。

我院材料科学与工程专业在2018年通过认证，实践教学作为高等学校教学工作的重要组成部分，是培养创新型复合人才的重要环节，其在学生能力和综合素质培养方面有其不可替代的作用。在一流本科专业建设和工程认证的两大背景下，必须深入贯彻“学生中心、产出导向 、持续改进”教育理念，对材料科学与工程专业实践教学体系、模式及内容等进行改革。

1 实践教学现状

在国家政策及建设一流本科专业的大背景下，学校和学院对实践教学的重视程度不断加大。但是，目前在实践教学中仍然存在以下问题。

1.1 实践教学资源匮乏

尤其是在2017年后，原有的“超硬材料方向”与“磨料磨具方向”进行合并成为“材料科学与工程专业”。由于招生量增加，实践教学软硬件条件不足等诸多问题突显，如实践教学场地和教学设备紧张、陈旧设备不能及时更新、能够体现科技前沿的新设备欠缺等问题。

1.2 实践教学内容体系不完善

在认证之前，考虑到磨料磨具和超硬材料行业的特点和材料科学与工程专业在行业中的地位等实际情况，在实践教学环节我们特别注重加强对学生动手能力的培养，但多集中在组分设计、工艺流程与质量检测等方面能力的培养，体现工程能力和创新能力的综合性、创新性实验占比偏少，不能更好地开拓学生的眼界，更不能实现更强有力的创新思维和实践能力的培养。其次，实验教学方法有待进一步提高，在互联网高度发达的今天，没能很好地利用现代化教学工具，尤其是对于实验过程复杂、抽象的实验项目，缺乏生动形象的现代化多媒体动画和虚拟实验教学平台，大大降低了上课的效果和效率。再次，实验教学的考核方式不完善，由于实验成绩只占相应理论课程的一小部分，甚至不纳入成绩计算中，学生的重视程度较低，再加上大多数实验仅仅按照实验报告来给定实验成绩，没有结合学生在实验过程中的表现， 影响评价结果的合理性，不利于学生做实验的积极性，不能充分调动学生的主观能动性，甚至可能出现抄袭等现象。

1.3 专业实习形式化过于严重

专业实习主要包括认识实习、生产实习和毕业实习环节，在校教师带领学生到企业进行集中参观，根本达不到实习效果，更谈不上培养学生的实践能力和创新能力。 可见，要达到一流本科专业和工程教育专业认证的标准，亟需探索双背景下材料类专业实践教学体系改革。

2 原有的实践教学体系和内容整合改进

学院组织行业相关专家对原有培养方案进行修订，现行培养方案为2017.2.0版。根据培养目标及要求，对实验教学内容进行梳理整合。明确各阶段实验教学培养任务，以一流本科专业建设和工程专业认证为契机，构建了由基本操作技能、综合性、设计性及自主研究开放性实验项目的四个层次，实验教学模块、专业实习模块、综合设计模块及创新创业模块，四大模块的“四层次、四模块”组成的实践课程新体系，如图1所示。原有的专业实验涉及的知识点分散，彼此独立，系统性较差，要按照“材料体系设计”“材料合成及制备”“材料结构及性能表征”的主线对其进行重新整合。实验项目设置要求教师要更新实验内容，将学术前沿及科研成果纳入到实验内容，降低简单的重复性实验比例，增加综合性设计性实验项目。此外，按照工程认证要求，还要把环境保护、团队合作、人际交流沟通等意识和能力的培养纳入到实验项目中。

图1 材料科学与工程专业实践课程体系

3 实践教学体系改革

3.1 将“互联网+教育”手段运用到实践教学中

根据《教育信息化2.0行动计划》和教育部《2020年教育信息化和网络安全工作要点》的部署(教科技司〔2020〕215号)积极推进“互联网+教育”发展，将教育信息化教学应用实践教学势在必行[4]。目前，我院学生数量日益增多，“材料结构表征”等课程又面向所有专业学生开设，课程实验中涉及到如扫描电子显微镜、X-射线衍射仪及拉曼光谱仪等大型仪器设备，根本无法满足现有实践教学需求。之前，这类试验只能采用教师操作学生观看的模式进行，根本达不到教学效果。另外，在生产实习和毕业实习期间，由于企业考虑到安全等原因，造成学生无法进行设备现场操作，达不到培养学生实践能力。“刚玉高温冶炼及性能检测虚拟仿真实验”虚拟平台建设本着围绕工大磨料磨具特色方向，以棕刚玉冶炼加工为模拟仿真对象。棕刚玉在电弧炉中高温冶炼(2 200 ℃)，属于高危、高成本、极端条件下的材料制备工艺，不宜将教学安排在生产现场，需建设安全可靠、绿色节约、可视化的虚拟仿真实验教学平台。项目由河南工业大学拥有完全自主知识产权，借助3D仿真/VR技术/动画技术实现棕刚玉冶炼、加工和检测三个实验操作系统虚拟仿真。通过虚拟仿真操作，使学生能够体验棕刚玉冶炼、加工和检测基本操作全过程和技术要点，开展认知学习。通过探索和设计，优化生产工艺。实现磨料制造的关键知识、技能的社会共享和服务，为培养磨料磨具行业高级技术人才提供平台。

虚拟仿真实验可满足学生、教师、工人等不同人群的需求；实现人机相互、生生相互、师生交互等人性化的协同学习。本项目还面向全国材料和冶金类专业的高校进行开放共享，也可对行业技术人员进行专业培训和科普宣传。在使用过程中，系统持续更新，资源不断丰富，服务持续跟进。将开发更具操作性的APP虚拟仿真实验管理系统，并加快校企联合等多层面大范围实验教学资源共享，扩大项目成果受众面，提高社会影响力。

3.2 加强校外企业实习基地建设

学生在学校的实践课程具有局限性，无法了解企业运行机制、运行状况、生产流程以及环境保护等诸多环节。校外企业实习是培养学生工程实践能力的必要环节，也是提高实践创新能力的重要途径。我校材料科学与工程专业具有地方行业特殊性，涉及的专业大都是超硬材料和磨料磨具相关企业，其具有很强的实践性，这就必须要求学生真正走进生产一线。建设几个长期稳定合作的校外企业实习基地，走“产、学、研”相结合的道路。

3.3 毕业实习和毕业设计教学改革

毕业实习是教学与生产实际相结合的重要实践性教学环节，毕业实习课程开设在最后一个学期，所有专业课程结束以后。其目的是旨在培养学生利用专业知识分析和解决实际工程问题能力，为今后进入企业或自主创业打下良好基础。现有的毕业设计环节主要有两方面的不足：①两周毕业实习时间安排在大四下学期，这学期同时还安排有毕业设计环节，两个实践课程同时进行，再加上好多学生要考研复试面试，时间必然发成冲突，势必会造成时间紧任务重的现象。所以，需要对毕业实习的时间进行重新调整。②两周的毕业实习全部在我院超硬材料工程中心完成。认证专家反馈意见指出，尽管学院有场地、有条件进行毕业实习，但是学生无法对企业运行机制、安全制度、技术标准以及产业发展趋势等方面进行全面了解。

3.4 加强具有工程经验的师资队伍建设

学院近些年引进的青年教师，基本都没有企业经历和工程实践背景，经过企业培训后，可达到锻炼青年教师队伍的目的。让老师真正地把理论知识和实际应用紧密连接起来，了解到企业需要什么技术问题，带着这些问题再投入到教学和科研工作中，一定会对科研及教学工作起到积极促进的作用。

4 毕业实习和毕业设计教学改革

①对原有的两周毕业实习时间进行调整，拟从大四第二学期调整到大四第一学期。②对原有的毕业实习内容进行改革，从原有的两周毕业实习全部在校内超硬材料工程中心完成，修改为至少三天要在校外相关专业企业完成，其余时间在校内完成。

5 结束语

河南工业大学材料科学与工程专业通过一系列的实践教学改革，取得了一定成效。但是，还存在不少问题亟待解决。例如，刚玉高温冶炼及性能检测虚拟仿真项目建设进展缓慢，需加快建设；学生实习经费较少，需进一步增加；加强具有工程背景的教师队伍建设，提高基地装兼职教师的素质和指导实践教学能力。总之，需不断加强完善实践教学体系，实现培养材料类高质量应用型人才的最终目标。