材料科學與工程專業(yè)的實驗室教學地位思考

劉慶鎖+張欣+陸翠敏+劉德寶

[摘要]站在一級學科專業(yè)角度理解“材料科學與工程”實踐教學的含義，剖析目前我國高等學校本科實驗室在實踐教學方面存在的問題。提出高等學校的實踐教學應該以培養(yǎng)大學生科學實驗及工程實踐的能力為目的，以傳授科學發(fā)現(xiàn)的實驗方法、研究手段以及工藝技術(shù)為任務，并在認知學科知識、掌握專業(yè)技能基礎上實現(xiàn)大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；實驗室應該是完成實踐教學任務的主要基地，實驗室建設應該是高校實踐教學基地建設的落腳點與主要方向。

[關(guān)鍵詞]實驗室；實踐教學；工程實踐能力；人才培養(yǎng)

[中圖分類號]G642[文獻標識碼]A[文章編號]10054634（2016）05005103

0引言

“材料科學與工程”專業(yè)是一級學科專業(yè)，深刻理解專業(yè)內(nèi)涵，是保證實現(xiàn)專業(yè)人才培養(yǎng)目標的關(guān)鍵。從培養(yǎng)專業(yè)人才的角度，專業(yè)教學自然包括學科理論知識與專業(yè)實踐能力協(xié)調(diào)統(tǒng)一的兩個部分。如何進行專業(yè)實踐能力的培養(yǎng)是高校普遍關(guān)注的問題，也是目前高校教育工作者的重點研究課題[15]。伴隨國家對教育的重視和大量投入，用于培養(yǎng)學生實踐能力的基礎設施得到完善。然而，這并不意味著專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的問題得到解決，恰恰相反，社會要求高校改革實踐教學模式，培養(yǎng)高素質(zhì)工程實踐能力人才的呼聲日益強烈。深刻思考高校實踐教學現(xiàn)狀，目光聚焦教學實驗室，高校教學實驗室的性質(zhì)、作用與地位值得再審視。高校教學實驗室的建設方向?qū)Ω咝嵺`教學模式改革的影響作用值得探究。

1從“材料科學與工程”的學科內(nèi)涵理解專業(yè)實踐教學的涵義“材料科學與工程”學科是研究有關(guān)材料成分/結(jié)構(gòu)、制備/合成、性能和使用效能及其關(guān)系的科學技術(shù)與生產(chǎn)。對此，材料科學與工程專業(yè)的基本教育要面向?qū)W科的要素，自然科學知識與工程技術(shù)知識應該是構(gòu)成知識結(jié)構(gòu)的主要方面。就理論教學而言，要以系統(tǒng)的知識學習和綜合思考能力培養(yǎng)為主，強調(diào)寬厚的基礎、學科知識橫向與縱向間的聯(lián)系。理論教學的核心任務，就是培養(yǎng)專業(yè)理論素質(zhì)。實踐教學不應該僅是理論的再現(xiàn)和簡單證明，而是強調(diào)理論在應用中的相關(guān)性和綜合性，同時引導和激發(fā)學生走向科學研究和工程實踐的起點。實踐教學的任務和目的就是培養(yǎng)大學生獲取科學知識的能力與工程實踐的能力?；诖?，確立了高校實踐教學改革以及實踐教學基地建設的方向。高校教學實驗室是完成實踐教學任務，實施學生工程實踐能力培養(yǎng)計劃的主體，高校實踐教學改革以及實踐教學基地建設的對象是教學實驗室（以下簡稱實驗室）。

2我國材料科學與工程專業(yè)教育的發(fā)展現(xiàn)狀對實踐教學的要求2.1重視寬口徑材料類人才的培養(yǎng)

材料類型已經(jīng)覆蓋了金屬材料、無機非金屬以及高分子材料材料工程方面，覆蓋了金屬的成型與加工、無機非金屬工程、高分子材料工程以及冶金工程等。材料科學與工程專業(yè)的實踐教學應該與此對應，重視寬口徑的科學研究和工程實踐能力的培養(yǎng)[3]。

實際上，在專業(yè)人材培養(yǎng)過程中，各個學校依據(jù)自身條件和發(fā)展定位而限定“寬口徑”的“度”，即辦學特色。由此，也決定了“寬口徑的科學研究和工程實踐能力的培養(yǎng)”的實踐教學內(nèi)涵對于每個學校來講是有一定限度的。實驗室對于實現(xiàn)“寬口徑”的科學研究和工程實踐能力的培養(yǎng)目的具有了可行性。

2.2培養(yǎng)模式由“專業(yè)培養(yǎng)”向“學科培養(yǎng)”方向發(fā)展各教學環(huán)節(jié)的學科性特點日益突出：在課程設置上，普遍注重學科式課程，專業(yè)課程已從中心地位轉(zhuǎn)向了載體地位；在課程內(nèi)容上，圍繞學科發(fā)展和技術(shù)進步，培養(yǎng)學生適應社會科技發(fā)展的大方向。實踐教學與學科性內(nèi)容的關(guān)聯(lián)性日益緊密[4]。例如，大功率X射線衍射儀、透射電子顯微鏡等高、精、尖設備大量向本科教學開放；普遍提倡本科生低年級開始進入科研團隊，參與導師的科研工作；畢業(yè)論文或設計題目普遍要求真題真做。實驗室對于實現(xiàn)寬口徑的科學研究和工程實踐能力的培養(yǎng)的有效性日益彰顯。寬口徑的科學研究與工程實踐能力培養(yǎng)的主體地位也日益凸顯。

2.3實踐教學方面的投入由基礎轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)

伴隨國家對教育的重視和大量投入，培養(yǎng)學生實踐能力的基礎設施得到完善，學生的實際操作動手水平、分析和解決問題的能力得到了明顯的提高。以天津理工大學為例，在經(jīng)歷“十五”、“十一五”基礎實驗室專項投資建設基礎上，投資0.24億元進行了“十二五”建設，以學科與專業(yè)綜合建設作為重點，加強教學科研創(chuàng)新平臺以及人才培養(yǎng)質(zhì)量建設。實踐教學方面的投入已由基礎轉(zhuǎn)向?qū)I(yè)，投入的趨向突顯學科性?？茖W研究和工程實踐能力的培養(yǎng)越來越可以立足于實驗室。

2.4材料科學與材料工程相結(jié)合的綜合性人才的培養(yǎng)日益受到重視隨著社會的發(fā)展及國際競爭日趨激烈，社會對材料研究專門人才的需求淡化了材料科學與材料工程的概念，對材料科學與材料工程相結(jié)合綜合性人才的需求增加。

伴隨專業(yè)教學內(nèi)容學科化、綜合化，實踐性更強，探索性更強。以專業(yè)認識實習或企業(yè)化的現(xiàn)場實踐為實施方式的教學模式呈現(xiàn)出不適應性。實驗室建設作為學校教學改革的重要部分，其建設易于朝向保障實現(xiàn)材料科學與材料工程相結(jié)合的綜合性人才培養(yǎng)目標發(fā)展。從高校的性質(zhì)與任務、高校實驗室建設的目的，以及從現(xiàn)實條件來看都是符合邏輯的。

3高等學校實驗室實踐教學現(xiàn)狀的思考與改革措施3.1高等學校實驗室實踐教學現(xiàn)狀的思考

1） 以科學實驗教學涵蓋實踐教學。實驗室的實踐教學過于強調(diào)學科性：教學內(nèi)容突出學科化，教學方式強調(diào)科學探索。與此對應，用于實踐教學的投資趨向于科學研究設備。實驗設備現(xiàn)代化、高精尖化以及專門化。這種實踐教學現(xiàn)狀使科學探索深度不斷加大，基礎實踐能力逐漸淡化。雖然對教師與大學生雙方的科學素質(zhì)要求越來越嚴格，但基本技術(shù)的實際操控能力越來越弱化。如果以寬口徑的科學研究與工程實踐能力的培養(yǎng)標準來衡量高等學校實驗室的實踐教學，對學生工程實踐能力的培養(yǎng)會被弱化。

從材料測試分析方法的課程教學來講，由于側(cè)重電子探針、原子探針等現(xiàn)代分析手段，材料成分分析最基礎的化學分析方法被淡化，而化學分析方法是工程實際中測定鋼平均成分的基本方法。大學生就業(yè)主體還在企業(yè)，仍面向工程實際。大學教育，特別是工科的大學教育，工程知識的教學偏弱，大學生就業(yè)難，社會接受度低，這些也是需要考慮在內(nèi)的客觀原因。

另外，先進科研手段層出不窮，先進工程技術(shù)不斷發(fā)展。在先進科技面前，面對高精尖、高價值科技手段，存在看得見卻摸不得的客觀現(xiàn)實。不能上手，實踐能力無從培養(yǎng)。

除此之外，在科技飛速發(fā)展的今天，要求大學生群體在一個相對較短的、確定的時間段內(nèi)了解新的科學研究方法，培養(yǎng)出相適應的科學研究能力，是不可能的，也是不可行的。

2） 實驗室實踐教學存在明顯的教學實驗性。高等學校實驗室的實踐教學受傳統(tǒng)的思想影響，實驗教學依課程開設，且在內(nèi)容上注重理論知識的驗證，正所謂教學實驗，而非實驗教學。而且，在實驗教學內(nèi)容中對科學發(fā)現(xiàn)的歷史缺乏重視。科學發(fā)現(xiàn)的歷史，不僅在于體現(xiàn)知識體系的形成過程，有助于學生更好地理解、掌握知識，而且在于展現(xiàn)了探究科學的思想方法、在探究科學問題中所采用的技術(shù)手段以及技術(shù)手段的選擇使用、改進與發(fā)展的過程，這些恰恰表現(xiàn)的是工程實踐的核心內(nèi)容。

在實驗教學形式上，所謂基礎性、設計性及綜合性實驗的劃分，多是從實驗內(nèi)容的量、涉及知識性的面及工作難度角度，而非從實驗教學的內(nèi)涵上來考慮。項目之間相互獨立，缺乏系統(tǒng)性，且實驗項目在內(nèi)容設置上重復現(xiàn)象嚴重；實踐教學在培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識、專業(yè)實驗能力及科學研究基本能力方面的主體地位與作用上沒有有效體現(xiàn)；學生創(chuàng)新意識不能得到有效激發(fā)；教學過程未能切實體現(xiàn)以學生為本、學為主體的教育理念。

傳統(tǒng)的實驗室教學模式不適應寬口徑的科學研究與工程實踐能力的培養(yǎng)這一實踐教學的內(nèi)涵，實驗室教學的實質(zhì)作用未有效體現(xiàn)。

3） 高校實驗室教學的優(yōu)勢尚待發(fā)揮且不能與工程實踐相協(xié)調(diào)。按照傳統(tǒng)觀念，實驗室的實踐教學注重科學理論相關(guān)的工作。在此觀念下，設立的實驗室多屬于科學實驗型實驗室，而非工程實踐基地。為彌補這一不足，高校多致力于建設校外工程實踐基地，使本屬于學校自身的實踐教學體系，被分成校內(nèi)的實驗室實踐教學與校外的工程實踐教學兩部分，使得科學研究和工程實踐能力的培養(yǎng)出現(xiàn)脫節(jié)，不能協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

校外實踐基地的建設有效支撐高校實踐教學。因而，許多高校大力建設校外產(chǎn)學研基地，實施“卓越工程師”培養(yǎng)計劃等。在“十二五”期間，天津市投資了4.25億元用于實施卓越人才教育培養(yǎng)計劃，建設10個可共享的工程實踐教育中心。在實踐中發(fā)現(xiàn)，所謂工程實踐基地實踐教學的內(nèi)容與形式偏向工程，一定程度上弱化實踐教學的科學研究與工程實踐能力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對材料科學與材料工程相結(jié)合的綜合性人才培養(yǎng)目標的實現(xiàn)具有一定局限性。同樣，工程實踐基地建設為適應科技飛速發(fā)展的現(xiàn)實，滿足大學生群體在一個相對較短的、確定的時間段內(nèi)掌握不斷涌現(xiàn)的新的科學技術(shù)是不可能的，也是不可行的。另外，由于企業(yè)客觀現(xiàn)實的限制，校外產(chǎn)學研基地的工程實踐教學效果確實大打折扣。況且，在信息交流高度發(fā)展的今天，是否需要花大力氣建設校外產(chǎn)學研基地以完成工程實踐教學是一個值得商榷的問題。

3.2高等學校實驗室實踐教學改革措施

1） 提高對實驗室工作重要性的認識。高等學校實驗室是學生實踐能力培養(yǎng)及實施工程素質(zhì)教育的重要場所，保證教學質(zhì)量及實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的重要基地。黨的十八屆五中全會已經(jīng)明確，內(nèi)涵發(fā)展、提升教育教學質(zhì)量是“十三五” 高等學校改革的核心。必須樹立以學生為本，實施知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的實驗教學觀念，提高實驗教學對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才重要性的認識，深化實驗教學改革，支撐教育教學質(zhì)量的提升。

2） 加強實驗室建設，深化實驗教學改革。首先，通過管理體制創(chuàng)新，實現(xiàn)實驗室的角色轉(zhuǎn)換。高等學校實驗室建設，要以深化改革現(xiàn)有實驗教學體系和管理體制為核心。通過體制創(chuàng)新，打通實驗教學與理論教學的教師身份界限，在建立起滿足實驗教學需要的高素質(zhì)實驗教學隊伍基礎上，形成設備先進、資源共享與開放服務的實驗教學環(huán)境，提高實驗教學水平，支持實踐教學質(zhì)量的提升，使實驗室真正成為實施實踐教學任務的主要基地。

其次，通過理念創(chuàng)新，打通科學研究與教學實踐之間的界壘，有效地實現(xiàn)教研相長，培養(yǎng)了學生的實踐能力。通過理念創(chuàng)新，形成科學研究與教學實踐協(xié)調(diào)一致、科研研究室與教學實驗室協(xié)調(diào)統(tǒng)一的機制，實現(xiàn)教研相長。學術(shù)性的教學模式，打通了科研研究驗室與教學實驗室的管理界壘，專業(yè)教學任務由團隊協(xié)調(diào)處理，應該是一個積極的探索。

4結(jié)束語

實踐教學改革是高校特別是工科院校教育改革的重要部分。實踐教學改革是保障學校培養(yǎng)滿足社會發(fā)展需要的，科學發(fā)現(xiàn)與工程實踐能力相結(jié)合的綜合性人才的重要支撐。從高等教育發(fā)展面臨的形勢要求、高校的性質(zhì)與任務，以及學科專業(yè)建設內(nèi)涵與發(fā)展方向的邏輯出發(fā)，高校實驗室應該培養(yǎng)大學生獲取科學知識能力與工程實踐能力的能力。借助體制創(chuàng)新，使實驗室真正成為實施實踐教學任務的核心載體。教育者應通過理念創(chuàng)新，打通科學研究與教學實踐之間的界壘，使實驗室真正成為學生獲取科學知識與進行工程實踐能力培養(yǎng)的主要基地。