工程教育專業(yè)認證背景下功能材料專業(yè)實驗教學(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)認證是高等教育國際化的必然趨勢，對于我國工科學(xué)生跨國流動、促進工科學(xué)生全球就業(yè)具有十分重要的意義。在工程教育專業(yè)認證背景下，結(jié)合我校功能材料專業(yè)實驗課程目前在實驗內(nèi)容方面存在的主要問題進行改革思考和探索。通過對功能材料專業(yè)實驗課程進行實驗內(nèi)容優(yōu)化，能激發(fā)學(xué)生的實驗興趣、提高學(xué)生的實驗主觀能動性、強化學(xué)生的專業(yè)基本技能、培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞]工程教育；功能材料；實驗教學(xué)；工程實踐

[中圖分類號] G642.0 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0036-02

一、前言

在我國的高等教育領(lǐng)域中，工程教育覆蓋了超過90%的本科學(xué)校，工科專業(yè)布點數(shù)超過所有本科專業(yè)點數(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)量對于提高我國整個高等教育質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。工程教育專業(yè)認證起始于20世紀初，通過認證對達到或超過既定教育質(zhì)量標(biāo)準的高?；蚬こ虒I(yè)給予認可，并協(xié)助院校和專業(yè)進一步提高教育質(zhì)量。經(jīng)過約一個世紀的發(fā)展，工程教育專業(yè)認證已成為國際上通行的工程教育質(zhì)量保障制度，這也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎(chǔ)。[2]在工程教育的學(xué)歷互認方面，目前國際上有三個協(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》是針對國際上工程技術(shù)人員學(xué)歷資格的互認體系；《都伯林協(xié)議》一般是針對兩年、層次較低的工程技術(shù)人員的學(xué)歷互認體系；《華盛頓協(xié)議》是國際上影響力最大的四年制本科教育學(xué)位（學(xué)歷）國際互認體系。

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

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

二、實驗教學(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)實驗課程存在的問題

我校功能材料專業(yè)本科生以前需要學(xué)習(xí)的專業(yè)實驗課有材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗、材料分析測試技術(shù)（理論課內(nèi)實驗）、計算機在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用（理論課內(nèi)實驗）、電子測量技術(shù)實驗、半導(dǎo)體工藝試驗和功能材料專業(yè)綜合實驗共計六門實驗課程。這些為功能材料專業(yè)本科生開設(shè)的專業(yè)實驗課程內(nèi)容存在以下三個問題。一是雖然開設(shè)的專業(yè)實驗課程數(shù)目較多，但不能體現(xiàn)專業(yè)實驗課層次上的系統(tǒng)性，幾乎每門實驗課程中都存在很大比例的驗證性實驗項目或者演示性實驗項目，綜合性、設(shè)計性實驗項目比例不足。二是實驗內(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)生的實驗積極性和創(chuàng)新性，難以滿足工程教育專業(yè)認證背景下的本科工程人才培養(yǎng)標(biāo)準。三是課程安排體現(xiàn)了以理論教學(xué)為主、實驗教學(xué)為輔的特征，有三分之一的實驗課程是理論課內(nèi)實驗，這些實驗只是純粹為了加深學(xué)生對某些理論知識的理解而開設(shè)的，不能很好地激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。

（二）實驗教學(xué)模塊的優(yōu)化

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

1.基本專業(yè)技能培訓(xùn)實驗?zāi)K實驗內(nèi)容優(yōu)化

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

針對一些用于科研工作的現(xiàn)代大型精密設(shè)備可以開設(shè)一些演示性實驗項目，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。針對實驗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、冷凍干燥機、噴霧干燥機等靜壓機等進行強化操作培訓(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)檢測設(shè)備，如四探針電阻測試儀、壓敏電阻測試儀、熱敏電阻測試儀、磁滯回線測量儀等設(shè)備進行操作培訓(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，并且會利用理論知識對實驗結(jié)果進行驗證。

2.創(chuàng)新實驗?zāi)K實驗內(nèi)容優(yōu)化

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

可以結(jié)合當(dāng)代功能材料的發(fā)展現(xiàn)狀和教師的科研項目，將原來孤立的、分散的實驗內(nèi)容通過專業(yè)綜合設(shè)計性實驗有機地結(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，親自動手，完成從材料制備、結(jié)構(gòu)表征、性能檢測、結(jié)果分析整個實驗環(huán)節(jié)。如將原來開設(shè)的氧化物粉體制備、燒結(jié)性能實驗、綜合熱分析實驗、X射線衍射實驗、掃描電子顯微分析實驗和壓敏電阻的電性能測量這些孤立的綜合性或者驗證性實驗項目，組合成一個大的綜合設(shè)計性實驗項目ZnO壓敏電阻陶瓷的制備與性能表征。具體在實驗過程中，給出學(xué)生實驗室可用的化學(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設(shè)備。學(xué)生需要在理論知識和專業(yè)技能培訓(xùn)的基礎(chǔ)上，查閱相關(guān)文獻資料，先根據(jù)實驗最終的產(chǎn)物要求設(shè)計出ZnO壓敏電阻用粉體的制備工藝，確定粉體制備工藝參數(shù)，并對粉體產(chǎn)物進行性能表征；然后設(shè)計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)，并對陶瓷產(chǎn)物進行性能表征和電性能測試；最后形成實驗報告，并討論實驗條件對產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)的影響和陶瓷微觀結(jié)構(gòu)對其電性能的影響。該綜合設(shè)計性實驗的工藝設(shè)計、實驗參數(shù)的確定需要學(xué)生綜合運用材料合成與制備技術(shù)、材料分析測試技術(shù)、材料科學(xué)基礎(chǔ)以及功能材料等理論知識。當(dāng)學(xué)生所設(shè)計的實驗經(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)技能來實施自己的實驗設(shè)計方案。

與此類似，可以將教師的科研成果和手段融入實驗教學(xué)當(dāng)中，其他孤立的、分散的實驗內(nèi)容也可整合成綜合設(shè)計性實驗項目，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。這些實驗項目不僅能激發(fā)學(xué)生的興趣，而且在整個實驗過程中，教師只起引導(dǎo)的作用，這充分體現(xiàn)了學(xué)生是實驗的主體這一工程教育專業(yè)認證的教學(xué)觀點。這類實驗項目能夠充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生能在完成實驗任務(wù)的同時培養(yǎng)自己的工程實踐能力、工程設(shè)計能力和工程創(chuàng)新能力。

三、結(jié)語

工程教育專業(yè)認證是高等教育國際化的必然趨勢，對于我國工科學(xué)生跨國流動、促進工科學(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)認證的背景下，結(jié)合我校功能材料專業(yè)實驗課程目前在實驗內(nèi)容方面存在的主要問題進行了改革思考和探索。通過對功能材料專業(yè)實驗課程進行實驗內(nèi)容優(yōu)化，可以激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，提高學(xué)生的實驗主觀能動性，強化學(xué)生的專業(yè)基本技能，培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力、工程創(chuàng)新能力，最終為國家輸出國際通認的工程類人才。

[ 參 考 文 獻 ]

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

[2] 張國斌.基于CDIO模式的學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)[J].實驗室科學(xué)，2014（1）：126-131.

[3] 林健.工程教育認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)認證制度研究[D].安徽：淮北師范大學(xué)，2014.

[責(zé)任編輯：陳 明]