工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革初探

劉桂香　曹林洪　溫建武　李延波

[摘 要]工程教育專業(yè)認(rèn)證是高等教育國(guó)際化的必然趨勢(shì)，對(duì)于我國(guó)工科學(xué)生跨國(guó)流動(dòng)、促進(jìn)工科學(xué)生全球就業(yè)具有十分重要的意義。在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，結(jié)合我校功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程目前在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面存在的主要問題進(jìn)行改革思考和探索。通過對(duì)功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化，能激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)主觀能動(dòng)性、強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)基本技能、培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞]工程教育；功能材料；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；工程實(shí)踐

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）03-0036-02

一、前言

在我國(guó)的高等教育領(lǐng)域中，工程教育覆蓋了超過90%的本科學(xué)校，工科專業(yè)布點(diǎn)數(shù)超過所有本科專業(yè)點(diǎn)數(shù)的1/3，工科專業(yè)在校生人數(shù)超過所有本科專業(yè)在校生人數(shù)的1/3。[1]可見，工程教育質(zhì)量對(duì)于提高我國(guó)整個(gè)高等教育質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。工程教育專業(yè)認(rèn)證起始于20世紀(jì)初，通過認(rèn)證對(duì)達(dá)到或超過既定教育質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的高校或工程專業(yè)給予認(rèn)可，并協(xié)助院校和專業(yè)進(jìn)一步提高教育質(zhì)量。經(jīng)過約一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，工程教育專業(yè)認(rèn)證已成為國(guó)際上通行的工程教育質(zhì)量保障制度，這也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。[2]在工程教育的學(xué)歷互認(rèn)方面，目前國(guó)際上有三個(gè)協(xié)議：《悉尼協(xié)議》、《都伯林協(xié)議》和《華盛頓協(xié)議》。其中《悉尼協(xié)議》是針對(duì)國(guó)際上工程技術(shù)人員學(xué)歷資格的互認(rèn)體系；《都伯林協(xié)議》一般是針對(duì)兩年、層次較低的工程技術(shù)人員的學(xué)歷互認(rèn)體系；《華盛頓協(xié)議》是國(guó)際上影響力最大的四年制本科教育學(xué)位（學(xué)歷）國(guó)際互認(rèn)體系。

積極參與國(guó)際互認(rèn)，是實(shí)現(xiàn)工程教育全球化戰(zhàn)略和工程技術(shù)人員全球流動(dòng)的必然選擇。[3]我國(guó)從構(gòu)建工程教育認(rèn)證制度之初就明確把加入《華盛頓協(xié)議》作為一項(xiàng)重要的工作任務(wù)。加入《華盛頓協(xié)議》對(duì)于提高我國(guó)工科人才在世界的影響力和競(jìng)爭(zhēng)力，建立國(guó)際水平的工程教育質(zhì)量保障體系和教學(xué)改革機(jī)制，以及支持我國(guó)工科學(xué)生跨國(guó)流動(dòng)、促進(jìn)工科學(xué)生全球就業(yè)都具有十分重要的意義。[4]我國(guó)于2013年在韓國(guó)首爾召開的國(guó)際工程聯(lián)盟會(huì)議上成為《華盛頓協(xié)議》的預(yù)備成員，這標(biāo)志著我國(guó)的工程教育開始與國(guó)際接軌，這也意味我國(guó)工程教育面臨著重大的改革。

功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程是該專業(yè)本科生進(jìn)行實(shí)踐和創(chuàng)新能力培訓(xùn)的最重要途徑之一。通過實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，使學(xué)生熟練掌握實(shí)驗(yàn)原理、方法、儀器使用、結(jié)果分析等科研工作知識(shí)和規(guī)律，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生的研究能力、創(chuàng)新能力及解決實(shí)際問題的能力。但是，由于重理論輕實(shí)踐、教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)需求脫節(jié)、培養(yǎng)模式單一、國(guó)際化意識(shí)不強(qiáng)等原因，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性不高、學(xué)習(xí)興趣不濃、動(dòng)手能力不強(qiáng)、創(chuàng)新能力和獨(dú)立工作能力差。根據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的要求，對(duì)我校功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容進(jìn)行改革非常有必要。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容模塊的優(yōu)化和改革

（一）功能材料專業(yè)原專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程存在的問題

我校功能材料專業(yè)本科生以前需要學(xué)習(xí)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課有材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、材料分析測(cè)試技術(shù)（理論課內(nèi)實(shí)驗(yàn)）、計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用（理論課內(nèi)實(shí)驗(yàn)）、電子測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)、半導(dǎo)體工藝試驗(yàn)和功能材料專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)共計(jì)六門實(shí)驗(yàn)課程。這些為功能材料專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容存在以下三個(gè)問題。一是雖然開設(shè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程數(shù)目較多，但不能體現(xiàn)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課層次上的系統(tǒng)性，幾乎每門實(shí)驗(yàn)課程中都存在很大比例的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目比例不足。二是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容滯后、缺乏創(chuàng)意，不能反映當(dāng)代功能材料的發(fā)展現(xiàn)狀，無法有效激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性和創(chuàng)新性，難以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的本科工程人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。三是課程安排體現(xiàn)了以理論教學(xué)為主、實(shí)驗(yàn)教學(xué)為輔的特征，有三分之一的實(shí)驗(yàn)課程是理論課內(nèi)實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)只是純粹為了加深學(xué)生對(duì)某些理論知識(shí)的理解而開設(shè)的，不能很好地激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的優(yōu)化

功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容具有理論基礎(chǔ)要求高和實(shí)踐性要求強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，首先需要排除重理論輕實(shí)踐的舊觀念，倡導(dǎo)理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有同等重要地位的新觀念，然后對(duì)之前零散開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行有機(jī)整合，將實(shí)驗(yàn)課程按照學(xué)習(xí)的基本規(guī)律系統(tǒng)地分為兩大模塊：以演示性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的基本專業(yè)技能培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)?zāi)K和以綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K。

1.基本專業(yè)技能培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化

基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能是創(chuàng)新的基礎(chǔ)和保障。要培養(yǎng)創(chuàng)新型工程應(yīng)用人才，首先就需要對(duì)學(xué)生實(shí)施基本技能的訓(xùn)練。其目的在于加深學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，拓展學(xué)生對(duì)新材料、新設(shè)備、新工藝的了解。該實(shí)驗(yàn)?zāi)K占功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)總內(nèi)容的1/3，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括大型先進(jìn)設(shè)備的演示以及實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備和功能材料性能檢測(cè)設(shè)備的規(guī)范性操作訓(xùn)練。

針對(duì)一些用于科研工作的現(xiàn)代大型精密設(shè)備可以開設(shè)一些演示性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生了解這些設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)、工作原理以及在材料研究領(lǐng)域的用途。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室常用的材料合成與制備類專業(yè)通用設(shè)備，如高溫爐、球磨機(jī)、冷凍干燥機(jī)、噴霧干燥機(jī)等靜壓機(jī)等進(jìn)行強(qiáng)化操作培訓(xùn)，使學(xué)生在了解每種設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)組成、工作原理、功能的基礎(chǔ)上掌握每種設(shè)備的規(guī)范性操作。針對(duì)材料性能表征通用設(shè)備，如粉末多晶X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X射線光電子能譜儀等和功能材料性能專業(yè)檢測(cè)設(shè)備，如四探針電阻測(cè)試儀、壓敏電阻測(cè)試儀、熱敏電阻測(cè)試儀、磁滯回線測(cè)量?jī)x等設(shè)備進(jìn)行操作培訓(xùn)，使學(xué)生了解每種設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)組成、工作原理、功能，掌握每種設(shè)備的操作方法，并且會(huì)利用理論知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化

學(xué)生在學(xué)習(xí)了一定的專業(yè)理論知識(shí)和完成基本的實(shí)驗(yàn)室專業(yè)技能培訓(xùn)后，就可以開始進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)K能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力。該實(shí)驗(yàn)?zāi)K占功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的2/3，由綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)組成。

可以結(jié)合當(dāng)代功能材料的發(fā)展現(xiàn)狀和教師的科研項(xiàng)目，將原來孤立的、分散的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通過專業(yè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合起來，這樣能使學(xué)生系統(tǒng)地掌握材料研究方法、手段及工藝過程，親自動(dòng)手，完成從材料制備、結(jié)構(gòu)表征、性能檢測(cè)、結(jié)果分析整個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。如將原來開設(shè)的氧化物粉體制備、燒結(jié)性能實(shí)驗(yàn)、綜合熱分析實(shí)驗(yàn)、X射線衍射實(shí)驗(yàn)、掃描電子顯微分析實(shí)驗(yàn)和壓敏電阻的電性能測(cè)量這些孤立的綜合性或者驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，組合成一個(gè)大的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目ZnO壓敏電阻陶瓷的制備與性能表征。具體在實(shí)驗(yàn)過程中，給出學(xué)生實(shí)驗(yàn)室可用的化學(xué)試劑、材料合成與制備設(shè)備、學(xué)校范圍內(nèi)可提供的材料性能表征和檢測(cè)設(shè)備。學(xué)生需要在理論知識(shí)和專業(yè)技能培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，先根據(jù)實(shí)驗(yàn)最終的產(chǎn)物要求設(shè)計(jì)出ZnO壓敏電阻用粉體的制備工藝，確定粉體制備工藝參數(shù)，并對(duì)粉體產(chǎn)物進(jìn)行性能表征；然后設(shè)計(jì)ZnO壓敏電阻陶瓷的成型、燒結(jié)制備工藝，確定其工藝參數(shù)，并對(duì)陶瓷產(chǎn)物進(jìn)行性能表征和電性能測(cè)試；最后形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并討論實(shí)驗(yàn)條件對(duì)產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)的影響和陶瓷微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其電性能的影響。該綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)參數(shù)的確定需要學(xué)生綜合運(yùn)用材料合成與制備技術(shù)、材料分析測(cè)試技術(shù)、材料科學(xué)基礎(chǔ)以及功能材料等理論知識(shí)。當(dāng)學(xué)生所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)經(jīng)過教師審查具有可行性后，學(xué)生方可利用之前掌握的基本專業(yè)技能來實(shí)施自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。

與此類似，可以將教師的科研成果和手段融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，其他孤立的、分散的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也可整合成綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如錳鋅鐵氧體的制備與性能表征、無鉛壓電陶瓷的制備與性能表征、不同方法制備的氧化物粉體的性能比較等。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣，而且在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，教師只起引導(dǎo)的作用，這充分體現(xiàn)了學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的主體這一工程教育專業(yè)認(rèn)證的教學(xué)觀點(diǎn)。這類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，使學(xué)生能在完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的同時(shí)培養(yǎng)自己的工程實(shí)踐能力、工程設(shè)計(jì)能力和工程創(chuàng)新能力。

三、結(jié)語(yǔ)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是高等教育國(guó)際化的必然趨勢(shì)，對(duì)于我國(guó)工科學(xué)生跨國(guó)流動(dòng)、促進(jìn)工科學(xué)生全球就業(yè)具有十分重要的意義。本文在工程教育專業(yè)認(rèn)證的背景下，結(jié)合我校功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程目前在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面存在的主要問題進(jìn)行了改革思考和探索。通過對(duì)功能材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化，可以激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)主觀能動(dòng)性，強(qiáng)化學(xué)生的專業(yè)基本技能，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力、工程創(chuàng)新能力，最終為國(guó)家輸出國(guó)際通認(rèn)的工程類人才。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 王孫禺，趙自強(qiáng)，雷環(huán).中國(guó)工程教育認(rèn)證制度的構(gòu)建與完善[J].高等工程教育研究，2014（5）：23-34.

[2] 張國(guó)斌.基于CDIO模式的學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014（1）：126-131.

[3] 林健.工程教育認(rèn)證與工程教育改革和發(fā)展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.

[4] 劉昭亞.本科院校工程教育專業(yè)認(rèn)證制度研究[D].安徽：淮北師范大學(xué)，2014.

[責(zé)任編輯：陳 明]