面向新工科背景的《無機非金屬材料專業實驗》的課堂設計與改革

王靜 時志強 張桂芳

摘 要：新工科建設是主動應對新一輪科技革命與產業變革的戰略行動，以新技術、新產業、新業態和新模式為特征，從服務國家戰略、滿足產業需求和面向未來發展的高度，在“卓越工程師教育培養計劃”（簡稱“卓越計劃”）的基礎上，提出的一項持續深化工程教育改革的重大行動計劃。根據“新工科”建設要求，對無機非金屬材料專業實驗的教學內容、實驗項目、教學模式等提出改革意見，有望促進無機非金屬材料專業實驗教學質量的提高，有助于“新工科”建設需要。

關鍵詞：新工科;無機非金屬材料;專業實驗

2017年2月18日，北京大學、南京大學等40余所國內高校在復旦大學召開了關于綜合性高校工程教育發展的戰略研討會，提出了高等工科教育“新工科”建設的人才培養思路。“新工科”為高校工科教育指明了方向。如何對接專業和產業、交叉學科、建設創新創業育人體系、擴大學生視野以及處理好傳統工藝與新興技術的關系，成為各高校各專業研究探討的熱點。

天津工業大學是工科特色“雙一流”高校，材料學科是重中之重學科，無機非金屬材料專業的陶瓷工藝技術以及新能源技術，將推進急需學科、交叉學科及新興學科發展相結合，對未來的行業發展注入新的活力。材料科學與工程學院無機非金屬材料工程專業圍繞新工科內涵落實在專業課程建設上由科學素養培養、工程素養培養、職業技能培養三部分組成。由“材料科學基礎”、“材料化學合成”、“粉體工程”等系列課程建設形成了系統的材料微觀結構設計能力培養，培養學生的科學素養，為今后新材料的高端制造領域輸送優質人才。由工程制圖、工程力學、由中天實訓中心構建的3D打印技術應用、傳感器應用、高級過程控制、工業廢氣、污水處理等共同構成工程素養，為未來的智能制造輸送有工程能力的人才;由“基礎電化學”、“電源工藝學”、“電化學儲能材料與器件”等新能源材料的課程模塊，對接天津的新能源、新材料領域的產業發展，構成學生快速適應企業發展的職業素養。基于此，本專業學生既掌握了無機非金屬材料科學與工程方面的基礎知識與理論，又具備無機非金屬材料設計與制備、結構測試與分析、物理與化學性能檢測、直至器件制備與電化學性能評價的理論知識與實驗、實踐技能，更具備開發新材料、研究新工藝、改善材料性能和提高產品質量的基本能力。結合我系實際，根據“新工科”建設要求，對無機非金屬材料專業實驗教學改革方向進行探討，與廣大同仁交流。

一、存在的問題

（一）專業實驗教材的不規范

為適應無機非金屬專業的兩個專業方向（功能陶瓷方向和新能源方向）的教學大綱要求，教材的內容以自編的實驗教材為主，且公共實驗為6個，各專業方向實驗為3個。專業實驗教材應根據方向不同，依據學生的培養要求具體劃分，對專業能力進一步進行提升。

（二）基于行業要求的動手能力相對不足

雖然校企的產學研合作較多，但是科教融合力度不足，院系不能及時有效的判斷產業發展對于學生的要求。實驗內容的開設應結合當前行業的需求，對實驗進行更新。

（三）學生的創新創業意識有待提高

現階段的實驗過程中，學生對于實驗還停留在基本的“講授”和“操作”中，沒有自身的思考缺乏主動和變通能力，實驗效果差強人意。

二、改革的途徑

（一）精心設計與優化實驗方案

精心設計實驗內容是新工科背景下創新型人才培養的基本要求，也是提高實驗教學效果的基本前提。構建以專業培養目標為要求的，專業基礎課程為依托，無機非金屬材料工程專業學生綜合能力培養的實驗體系。對于新能源方向的學生，專業實驗包括兩部分，一部分是粉體的基礎實驗，如粉體震實密度的測試及粉體粒度分析等;另外一部分是面向行業發展的綜合實驗，如三元正極材料的制備、粒度分析和元素含量測定，將基礎實驗融入到行業領域運用。

（二）融合科研、競賽和“雙創”設計創新實驗

創新創業項目和科技創新競賽能有有效的激勵學生走進實驗室加入科研團隊，參與課題的創新性研究。學生在參與的過程中對于課題的論證，問題的解決能力能得到很大程度的提高，如果能夠立項并獲得資助，或者競賽獲獎，都能極大的增強學生的自信心和興趣，促進科研和實踐的良性循環。

（三）構建開放實驗室

構建開放實驗室主要是為學生提供不受時間限制的實驗場所和儀器設備資源，充分利用專業公共資源及教師課題組資源來鍛煉學生的動手能力和創新意識。具體措施包括時間與空間開放、教學內容開放、教學方式開放。專業教師將最新研究成果引入實驗教學課堂，甚至帶領學生親自去體驗實驗室成果，這不僅是一種建設開放式實驗課堂的有效途徑，而且可以優化教學內容、提升教學水平，為學生提供多樣化的開放型實驗室。同時，還可以對學生的創新思路及實驗方案進行梳理和驗證，對于大學生創新創業項目的申報和科技競賽提供良好的工作基礎和實驗技能。

三、結束語

基于“新工科”背景的無機非金屬材料專業實驗改革面臨體制不夠完善，學生創新能力和意識不足等問題，本文從學科交叉融合、學生的創新能力培養等方面分析了改革途徑。基于實驗室在大學生創新能力培養過程中的重要作用，結合綜合創新實驗室體系建設分析新工科背景下基礎實驗教學模式改革方案，提出的新舉措主要有：通過精心設計與優化實驗方案，加強創新和綜合型實驗建設;鼓勵學生參加競賽和科研團隊以及開展“雙創”活動，豐富創新實驗內容;構建開放實驗室，為綜合創新實驗室建設提供保障等。