材料專業留學生階梯式實踐課程的教學實踐

許佳麗， 吳文華， Ftemeh ZABIHI， 朱 蕾，朱冰潔， 施鎮江， 陳文萍， 馬 駿

（東華大學a.材料科學與工程學院；b.材料科學與工程國家級實驗教學示范中心；c.科學技術研究院，上海 201620）

0 引 言

近年來，隨著經濟全球化進程的不斷加快和我國綜合實力的迅速增加，教育國際化成為我國高等教育發展的必然趨勢和緊迫要求，特別是2013年習近平總書記提出“一帶一路”合作倡導以來，來自“一帶一路”沿線國家的留學生規模穩步擴大，生源國數量不斷增加，學習層次逐步提高［1-3］。這些國家大多數屬于發展中國家和新興市場國家，對工業和經濟發展有強烈渴望，因此留學生中有相當一部分選擇理工類專業，并希望學成歸國后服務于本國的經濟和科技發展［3-4］。而對于肩負留學生教育責任的高校來說，培養一批具有國際視野、專業基礎扎實的高素質國際人才，為“一帶一路”政策順利實施提供人才保證和智力支撐。這是我國高等院校走向國際化的一個重要契機，也是對國際化人才培養能力提出了全新挑戰。

我校自1954年開始招收留學生，是我國最早招收留學生的院校之一，至今已為140多個國家培養了萬余名留學生［5］。作為一所以紡織、服裝、材料、貿易為特色學科的學校，每年招收大量的留學生攻讀材料、紡織等相關專業。實踐教學是工科人才培養過程中的重要環節，在培養學生的動手能力、實踐能力和綜合素質方面發揮著重要作用［6-7］。材料科學與工程專業是一門實踐性很強的學科，因此，實踐教學對于材料專業人才培養尤為重要。但在實際開展留學生實踐教學過程中，受語言、文化、師資等眾多因素的制約，導致留學生實踐教學質量難以大幅提升。

我校材料科學與工程國家級實驗教學示范中心（又為材料學院儀器設備公共平臺，以下簡稱“實驗中心”）致力于探索材料類專業留學生的實踐課程和教學模式，以留學生的學習需求為出發點，利用實驗室優質教學資源，搭建材料測試分析技術學習平臺，使留學生有機會接觸先進的測試方法和手段，提高動手能力和實踐技能。自2016年設立材料專業留學生“階梯式”培訓課程以來，實驗中心為全校來自巴基斯坦、蘇丹、烏干達、也門等10余個“一帶一路”沿線國家的100多名留學生開展了140次的儀器設備培訓課程，累計參加課程的留學生近1 000人次，授課對象涵蓋了學校的材料學院、紡織學院、化工學院等多個工科學院的留學生。在留學生實踐類課程教學中的經驗和體會，總結教學過程中存在的問題，從實踐課程建設的必要性和可行性入手，結合“互聯網＋”在線教學平臺［8-9］，通過設計課程內容、優化培訓方式、建立師資隊伍、完善課程評估等舉措，探索構建了“階梯式”的培訓課程體系，旨在提升留學生實踐教學質量，打造品牌專業課程，同時也為工科專業留學生的其他實踐教學積累經驗。

1 材料專業留學生實踐教學中存在的問題

材料的分析測試是研究材料科學的重要手段，留學生需要系統地了解現代各類材料測試方法，掌握不同儀器的基本原理、結構及圖譜分析，并在科學研究中靈活應用，但在實際的留學生教學中發現普遍存在以下幾方面問題。

（1）留學生專業基礎參差不齊。留學生大多來自不同國家，有著不同的政治、經濟、文化和教育背景，造成了留學生之間專業基礎差距懸殊［10-11］。有些跨專業攻讀材料專業碩博學位的留學生，他們的專業基礎相對更差。總體來說，在專業知識的儲備方面，留學生是遠遠低于國內本科生的水平，因此，在留學生實踐教學中照搬我國學生的教學內容和教學形式是不適宜的。比如，在材料的熱分析實驗中，需要留學生掌握關于聚合物玻璃化轉變、結晶、熔融等高分子物理的理論知識，但有些留學生對這些概念是不夠清晰的，更談不上熱分析測試的實踐經歷；有些留學生雖有過相關的實驗經驗，但是使用的儀器比較陳舊，技術相對落伍。

（2）留學生動手能力相對欠缺。材料分析測試是一門對實踐能力要求較高的課程，學生需要利用所掌握的理論知識解決實際問題，通過該課程的學習可以為將來的科研工作打下基礎。在我校材料學院本科生的實踐教學中設計了大量的實驗訓練，旨在讓學生鞏固所學的理論知識，將知識和技能運用到實際問題，提高發現問題、分析和解決問題的能力。而留學生對分析測試的動手能力是遠不能達到科研要求的，而且對實驗的安全意識也較為薄弱［12］。留學生動手能力欠缺主要由于以下3方面原因：①大多數留學生在國內本科階段沒有進行過系統性的實驗訓練；②留學生教學課程中相對缺乏實踐類課程的設置；③留學生缺少平臺鍛煉動手能力。

（3）缺乏適合留學生的實踐課程及實驗教材。材料的分析測試能力是留學生亟須掌握的專業技術，而在現有課程設置中，針對留學生材料分析測試的實踐課程卻幾乎空白。留學生對專業實驗的學習可能僅通過自學或者課題組同學、導師的傳授，缺乏系統性的學習，且接觸的測試技術較為有限。此外，材料分析測試實驗課程沒有現成的指導教材，原版英文教材的編寫只適用于其本國國內的教學需要［13］，而不是針對在華留學生編寫，而且原版英文教材信息量大，對于專業基礎知識薄弱的留學生，采用這類材料容易造成教學內容的脫節，而中文的實驗教材又不適用于留學生教學。要開展實踐教學，任課教師不得不花費大量的時間和精力自行編寫難度適中、內容全面的指導教程，這也加大了開展實踐課程的難度。

（4）語言交流障礙偏大。留學生主要來自巴基斯坦、蘇丹、烏干達等亞非國家，英語并不是留學生的第一語言，雖然留學生具有良好的英語聽讀能力，但英語發音帶有濃厚的口音，不易聽懂［14］。在實際教學中多采用英語教學，但英語對于師生雙方均非母語，交流互動存在一定的困難。有些知識點晦澀難懂，要清楚解釋出相關概念，有時候需要借助PPT、多媒體視頻、動畫才能闡述清晰；此外，儀器設備結構和應用講解中還會涉及到很多生僻的專業名詞，例如原子力顯微鏡的測試實驗中，儀器構造和操作較為復雜，既要準確講解各個部件作用和注意事項，又要便于留學生理解和掌握。全英文授課對教師的綜合素養提出了很高的要求，不僅要具備良好的英語口語表達能力，同時也要具備較高的專業水平。

（5）留學生學習習慣差異較大。留學生的學習習慣和我國學生有較大差異。在前幾年的培訓課程開展中發現，留學生對課堂紀律重視不夠，時間觀念不強，出入課堂隨意，遲到現象較嚴重［13］。與此同時，還必須尊重留學生的風俗和習慣，例如有一部分留學生是穆斯林，每天有固定時間段需要禱告，每年還有齋月活動，在課程開展的時間上需要盡量避開相關時間段。另外，課堂中留學生具有思維發散、氣氛活躍的特點，愿意與教師交流互動，課堂提問多且千奇百怪，不像我國學生做到目標明確，重點突出，總體上留學生對知識點理解不夠透徹。因此，在教學方式上，不能完全套用我國學生的教學經驗，需要采取適合留學生的教學模式和方法。

2 留學生“階梯式”培訓課程體系的構建

2.1 課程體系建設的必要性和可行性

鑒于在留學生培養過程中出現的問題，亟須推動材料類專業留學生的實踐教學。針對當前留學生知識基礎和實踐能力存在差異化的特點，建立多層次漸進式的實踐培訓課程，采用不同的課程進展模式、不同層次的課程內容，既填補留學生實踐訓練的空白，又幫助留學生做好專業實踐學習的過渡和銜接。鑒于留學生學習特點和文化語言等客觀因素，探索適合留學生的實踐教學模式，創新教學方法，提高留學生動手能力和實踐能力。依托我校纖維材料改性國家重點實驗室，根據留學生專業學習需求和學科特色，利用實驗室優質教學資源，遵循“基礎-專業-尖端”的課程建設思路，構建了“階梯式”的培訓課程體系（見圖1）。結合“互聯網＋”在線教學平臺，通過線上線下混合式的教學手段，探索符合“一帶一路”留學生發展需求的培養模式。

圖1 “階梯式”培訓課程體系

2.2 構建課程體系框架，打造特色培訓課程

“階梯式”培訓課程體系主要在材料通用測試實驗（第1層次基礎）、專業測試實驗（第2層次專業）以及大精尖儀器測試實驗（第3層次尖端）3方面進行構筑，共計24項實驗課程（124學時），見表1。

表1 “階梯式”儀器設備培訓課程體系

針對留學生受教育水平、動手能力參差不齊的情況，開展第1層次通用測試培訓課程，側重于材料基礎測試實驗，主要包括材料的光學性能（偏光顯微鏡）、力學性能（萬能試驗機、單絲／復絲纖維強伸度儀）、熱分析（差示掃描量熱儀、熱重分析儀）、光譜測試（紅外光譜、熒光光譜、拉曼光譜、紫外光譜）等共12個實驗項目。此類實驗中采用了用于科研以及教學的進口儀器，大部分的儀器單價超過了10萬元，良好的硬件條件讓留學生既能學習到材料專業最常用的測試技能，又能夠掌握當今世界先進的測試方法，為留學生日后的科研工作打下良好的基礎。

針對掌握良好專業理論知識和具備一定操作基礎的留學生，開展第2層次專業實驗培訓，在第1層次的課程基礎上拓展測試內容，側重于材料專業中經典實驗及特色實驗。目前，新材料的開發越來越注重多學科的交叉融合，除了常規通用的測試手段外，各類新材料的功能表征測試需求日益增加。對此，第2層次課程中主要涵蓋了熒光材料分析表征（熒光顯微鏡）、材料界面分析表征（全自動視頻接觸角測量儀、光學輪廓儀）、材料電位及粒徑分析（納米粒度及zeta電位分析儀）、材料微型加工及表征儀器（微型共混儀、微型注塑機、毛細管流變儀、動態熱機械分析儀）等共8個實驗。其中，材料微型加工設備由實驗中心老一輩教師自主研發，具有鮮明的專業特色，在教學和科研中發揮了重要作用［15］。微型設備能在確保實驗安全的同時，讓留學生自主操作，深入探究材料的制備過程。

針對具有科研經歷且實踐技能良好的留學生，開展第3層次大精尖儀器的實驗培訓，注重培養留學生微觀結構的測試及性能分析，主要包括掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀以及原子力顯微鏡共3種大型精密儀器。材料的應用往往取決于材料性能，性能好壞又往往和材料的結構有密切聯系，以上3種儀器在結構、形貌、性能等方面的表征中有廣泛的應用，是在科研中必不可少的測試手段，但相對于1級和2級培訓內容，該階段中儀器的原理復雜、操作要求高、學習難度大、培訓周期較長，即便是國內學生也需要在長期的培訓和實踐中，才能上機操作，現將儀器培訓向留學生開放，使其有機會獨立操作大精尖儀器，并結合自身科研需求自主測樣，極大地提升了留學生的實踐能力和分析能力。

2.2 因材施教自編課件，開展線上線下混合式培訓模式

通常專業實驗的教材內容以語言文字為主，晦澀難懂、枯燥無味，實驗教學效果欠佳。為增強學習效果，在全英文培訓課件的籌建過程中，由表及里、由淺入深地介紹儀器構造、原理、運用、樣品準備及注意事項等，并輔以大量精美的示意圖等穿插于課件中，以循序漸進為原則進行圖片的排列組合，達到感性認識和理性認識的結合，增強留學生的學習趣味。課件內容不僅參考材料分析測試相關英文書籍、文獻資料以及網絡檢索資料，還結合實際運用中得到的測試譜圖加以分析和解釋。比如纖維強伸度儀測試實驗中，介紹國際國內不同的測試標準，采用不同纖維的對比測試，讓留學生更深入了解各種纖維材料的力學性能差異。

傳統的培訓模式通常是以老師為中心，老師單向灌輸、學生被動接受，而且大多基于現場一次教學，學生學習效果不理想，更缺乏動手操作的機會［16］。對此，實驗中心實施“線上線下”相結合的培訓新模式（如圖2），提供多元化的學習方式，拓寬留學生學習維度，調動學生的積極性，釋放他們的學習熱情。將培訓課程錄制成視頻上傳至在線學習網站［8-9，17］，留學生可提前預習培訓課程內容，結合線上自主學習情況、學習興趣、科研需求及時間安排，靈活選擇相應的小班化線下培訓課程。線下課程的培訓人數一般不超過10人，小班化培訓給予留學生更大的動手實訓力度，確保培訓質量。同時，鼓勵留學生自帶樣品，在培訓過程中即可上機測試樣品，并可與老師共同探討學習數據分析。2020年全球新型冠狀病毒肆虐，大多數留學生被困在國外，線上資源讓留學生的實踐學習保持常態化。相對于以往的一次現場學習，線上培訓課件可讓留學生重復學習，更好地掌握相關知識；而教師則成為學生自主學習的引導者和推動者，大大減少了在課堂上重復講解和演示操作的時間，留出更多精力進行針對性、個性化指導。

圖2 線上線下相結合的培訓模式

2.4 多措并舉，促進師生間有效溝通

語言暢通、溝通無障礙是保證知識得到有效傳遞的基礎。專業實驗課程中涉及到的專業詞匯較多，概念抽象不易表達，教師能否與學生順利溝通和交流是提升教學質量的關鍵。實驗中心采取了多種手段和途徑，不斷增強與留學生的交流。①邀請青年教師和外籍教師共同參與，增強教師隊伍活力。結合留學生的學習特點，在教學過程中多采用啟發式、互動式、討論式的教學模式，加深留學生對專業理論知識的理解程度，促進提升實踐操作技能。②建立多元化的培訓隊伍，全方面提升培訓質量。除了專職教師外，邀請儀器設備研究生助管，協助指導留學生實踐操作，同時邀請高年級留學生擔任課程助教，參與到低年級留學生的培訓課程，以“老帶新”的方式傳遞知識。③在課堂中適當穿插簡單易懂的中文，活躍課堂氣氛，體現中國特色。對留學生采用單一的全英文教學并不一定能獲得最佳的教學效果，適量中文講解不僅會吸引留學生的注意力，也將知識講授、技能傳授和語言訓練有機融合為一體。④利用現有便捷的社交應用，增強留學生課下與教師的交流互動。建立留學生交流QQ群、微信群、網站交流區等互動方式，隨時掌握留學生學習動態，收集建議、要求和改進意見，優化培訓方案，提高培訓質量。

2.4 建立合理的考核體系，科學評價培訓效果

培訓考核評價是直接反映留學生學習效果的必要途徑，是提升學習動力的有效手段。完善培訓考核評價體系，體現以能力培養為導向的評價指標，增加學生實踐教學的過程要素，從出勤情況、實驗態度、實驗安全、實驗操作、書面報告等5個方面進行考核，真正發揮實踐類課程特點，充分調動學生學習熱情。評價指標和對應分值占比如圖3所示，合理科學的評分體系在一定程度上規范了留學生的實驗習慣和學習方法。自將出勤情況、實驗態度納入考核內容后，學生遲到率有了很大程度的減少，時間觀念明顯增強，以分數評定的方式促使留學生在學習過程中，端正學習態度，重視實踐操作。同時，為進一步鼓勵留學生積極參與培訓課程，激發留學生學習興趣，切實提高實驗操作技能，實驗中心對完成培訓課程體系且表現優異的留學生頒發儀器設備培訓課程結業證書及儀器設備操作證書。兩類證書的頒發制度，規范了整個培訓流程，減少留學生對待培訓課程的隨意性，不能不按要求“不請自來”，也不能無視規則“想來就來，想走就走”。

圖3 培訓課程體系考核指標及比重

3 實施與成效

自2016年設立開展材料專業留學生“階梯式”培訓課程體系以來，實驗中心已為全校來自巴基斯坦、蘇丹、烏干達、也門等10余個“一帶一路”沿線國家的100多名工科專業留學生，開展了140次的培訓課程，累計參加人數近1 000人次，課程授課對象涵蓋了我校材料學院、紡織學院、化工學院等多個工科學院的留學生。從學生的反饋信息來看，培訓課程體系使留學生獲得堅實和廣泛的知識面，提高了留學生在解決具體問題中的實踐能力和動手能力，已有超過1／3的留學生發表了學術論文。通過各類實驗儀器、操作技術的講解，加深了留學生對專業基礎知識的理解，為將來的科研工作奠定了良好的專業基礎；線上線下相結合的培訓模式增強了留學生自主學習的能力，提高了學習的主動性和學習興趣，促進了理論與實踐的結合，受到了留學生的普遍認可；多元化的培訓教師隊伍，建立了師生間的有效溝通，促進了實踐課程的教學質量；合理科學的評分體系在一定程度上修正了留學生的實驗習慣和學習方法，充分調動了學生學習熱情。

4 結 語

經過4年多的探索與實踐，“階梯式”的培訓課程體系取得了一定的教學成效。實踐表明，實踐類課程的開展有助于培養留學生實踐能力、分析能力、以及理論聯系實際的能力。隨著留學生實踐教學研究的深入，未來結合“互聯網＋”的線上線下培訓模式仍需要進一步完善和改革，不斷加強課程資源建設，致力于形成材料專業留學生儀器培訓課程開展的長效機制，打造留學生品牌專業課程，提高留學生實踐教學質量，培養符合生源地國家需求的優秀留學生人才。