無(wú)機(jī)材料專業(yè)梯度式實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

王亞麗 崔素萍 蘭明章 王為 田英良 嚴(yán)建華

[摘 要]針對(duì)北京市材料行業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合北京工業(yè)大學(xué)無(wú)機(jī)材料專業(yè)依托北京建材行業(yè)發(fā)展的特色，面向區(qū)域與行業(yè)交叉的人才需求及就業(yè)取向，以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合作為提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑，堅(jiān)持“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體，注重基礎(chǔ)，因材施教，以學(xué)生能力成長(zhǎng)為核心”的教育理念，通過(guò)分析北京工業(yè)大學(xué)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的無(wú)機(jī)材料試點(diǎn)培養(yǎng)要求，不斷整合、優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，構(gòu)建并實(shí)施了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的無(wú)機(jī)材料梯度式實(shí)踐教學(xué)體系。教學(xué)體系具有鮮明的教育、教學(xué)特色，能較好地激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，滿足“無(wú)機(jī)材料卓越工程師”的培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求。

[關(guān)鍵詞]無(wú)機(jī)材料；卓越工程師；實(shí)踐教學(xué)體系；創(chuàng)新人才培養(yǎng)

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）02-0080-03

○、引言

北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院于2011年獲批為“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”示范專業(yè)，無(wú)機(jī)材料專業(yè)模塊自2012級(jí)本科學(xué)生開始執(zhí)行“卓越工程師”培養(yǎng)方案。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020 年）》提出“人才培養(yǎng)要深化教育教學(xué)改革，創(chuàng)新教育教學(xué)方法……”，《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020 年）》的舉措是“創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，建立學(xué)校教育和實(shí)踐鍛煉相結(jié)合的開放式培養(yǎng)體系，突出培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力”?！白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計(jì)劃”是符合國(guó)家教育和人才培養(yǎng)規(guī)劃的重大改革項(xiàng)目[1]，該計(jì)劃為我國(guó)實(shí)現(xiàn)從“中國(guó)制造”到“中國(guó)創(chuàng)造”的跨越提供了人才支持。[2][3]但是，在學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過(guò)程中，還缺少有效的實(shí)驗(yàn)課程體系來(lái)支撐培養(yǎng)目標(biāo)，學(xué)生缺乏創(chuàng)新思維與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，傳統(tǒng)的灌輸式、演示型的實(shí)驗(yàn)課學(xué)習(xí)方法壓制了學(xué)生的創(chuàng)新思維，學(xué)生缺乏科研活動(dòng)創(chuàng)新精神，以簡(jiǎn)單模仿單一實(shí)驗(yàn)為主，很難獲得自主創(chuàng)新成果。

本科教育是高等教育的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)是本科教育特別是理、工、農(nóng)、醫(yī)等學(xué)科教育的重要組成部分[4]，其在培養(yǎng)具有知識(shí)、能力、技能等綜合素質(zhì)的創(chuàng)新型人才方面有著理論教學(xué)不可替代的作用。[5]實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)分析和解決實(shí)際問題的能力，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神。[6]一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)時(shí)通常較少，1個(gè)學(xué)分只有24個(gè)學(xué)時(shí)，在有限的學(xué)時(shí)里，教師很難引導(dǎo)學(xué)生完成一些創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的探索，因此很多實(shí)驗(yàn)只能開設(shè)最為基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另外，實(shí)驗(yàn)手段和教學(xué)方法比較單一。實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置沒有充分考慮學(xué)生的需求，實(shí)驗(yàn)過(guò)程變成了教師的“獨(dú)角戲”，學(xué)生只是在機(jī)械地模仿和復(fù)制一遍實(shí)驗(yàn)而已。

針對(duì)以上問題，結(jié)合我?！白吭焦こ處熍囵B(yǎng)計(jì)劃”的無(wú)機(jī)材料試點(diǎn)培養(yǎng)要求，我們不斷整合、優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)模式，構(gòu)建并實(shí)施了“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的無(wú)機(jī)材料工程型人才的梯度式實(shí)踐教學(xué)體系。經(jīng)過(guò)5年的探索沉淀，我們形成了以實(shí)踐教學(xué)知材料、以設(shè)計(jì)訓(xùn)練用材料、以鼓勵(lì)創(chuàng)新成才的“卓越工程師”培養(yǎng)路徑。

一、實(shí)踐教學(xué)體系的構(gòu)建

無(wú)機(jī)材料方向是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)的四大模塊之一，該專業(yè)的卓越工程師計(jì)劃是培養(yǎng)具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力、具有自我獲取知識(shí)的能力、社會(huì)交往能力、組織管理能力和具有國(guó)際化視野的無(wú)機(jī)材料工程型人才。我們的目的是使學(xué)生在掌握材料科學(xué)與工程領(lǐng)域所需要的基礎(chǔ)知識(shí)的基礎(chǔ)上，使學(xué)生樹立材料與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的理念，具備扎實(shí)的自然科學(xué)基礎(chǔ)、人文社會(huì)科學(xué)基礎(chǔ)和材料科學(xué)與工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)；掌握材料科學(xué)與工程的基本理論、研究方法和生產(chǎn)工藝技術(shù)，具備較強(qiáng)的無(wú)機(jī)材料技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢、技術(shù)服務(wù)、工程設(shè)計(jì)與工程實(shí)施能力；能在無(wú)機(jī)材料科技型企業(yè)（研究、設(shè)計(jì)院）、生產(chǎn)型企業(yè)、咨詢服務(wù)型企業(yè)等，從事新產(chǎn)品研究、技術(shù)開發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、技術(shù)改造、工程應(yīng)用等方面的工作。

我們針對(duì)北京市材料行業(yè)的特點(diǎn)，面向區(qū)域與行業(yè)交叉的人才需求及就業(yè)取向，以產(chǎn)學(xué)研結(jié)合作為提高教學(xué)質(zhì)量的重要途徑，以學(xué)生能力成長(zhǎng)為核心教育理念修訂了培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱。具體為提高專業(yè)模塊課中的實(shí)踐學(xué)時(shí)，在模塊理論課無(wú)機(jī)材料工學(xué)和混凝土學(xué)中增設(shè)部分實(shí)驗(yàn)課程，以演示和操作為主，培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)實(shí)踐技能；整合原有1個(gè)學(xué)分的無(wú)機(jī)非金屬材料綜合實(shí)驗(yàn)為2個(gè)學(xué)分的無(wú)機(jī)材料綜合設(shè)計(jì)，以水泥、玻璃、陶瓷材料的綜合設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)為主線，以材料的性能和分析為重要技術(shù)支撐，涵蓋材料制備、性能與分析及生產(chǎn)全過(guò)程，為學(xué)生提供無(wú)機(jī)材料制備理論與技術(shù)工程實(shí)踐和綜合訓(xùn)練，為學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)打基礎(chǔ)；開設(shè)無(wú)機(jī)材料熱工測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生深入了解無(wú)機(jī)材料生產(chǎn)過(guò)程的熱能轉(zhuǎn)換、測(cè)試手段和節(jié)能措施等知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生解決工程及科學(xué)研究問題的能力與素質(zhì)。同時(shí)，我們還將暑期2周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)改為4周的綜合實(shí)習(xí)，以提升學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。我們依托校內(nèi)無(wú)機(jī)材料與廢棄物建材資源化校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，形成了以基本技能實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以綜合型實(shí)驗(yàn)為重點(diǎn)、以設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)為提高的梯度式、立體化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。無(wú)機(jī)材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系組成見表1。

本模塊的梯度式、開放式實(shí)踐教學(xué)體系以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以工程訓(xùn)練和科學(xué)研究相結(jié)合的實(shí)踐教學(xué)體系，規(guī)范了工程師的基本訓(xùn)練和要求，著重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，工藝操作能力、工程設(shè)計(jì)能力、科學(xué)研究能力和創(chuàng)新能力。同時(shí)，梯度式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)層次分明，可以因材施教，優(yōu)才優(yōu)育，這既有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事無(wú)機(jī)材料研究和開發(fā)的基本技能和工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，又使部分?yōu)秀學(xué)生具有一定的創(chuàng)新和研究能力，能為學(xué)生將來(lái)進(jìn)一步深造和到企業(yè)工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是灌輸式，學(xué)生圍著教師轉(zhuǎn)，少有學(xué)生能動(dòng)介入，這種教學(xué)忽視了學(xué)生個(gè)體的特性。我們?cè)跇?gòu)建無(wú)機(jī)材料卓越工程人才實(shí)踐教學(xué)體系以來(lái)，不斷優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)方式、教學(xué)方案、評(píng)價(jià)模式和考核方式，探索開放式教學(xué)模式，形成了鮮明的教育、教學(xué)特色，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。我們打破學(xué)生只是機(jī)械地模仿和復(fù)制實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)估依靠教師評(píng)定為主的局限，重視學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的主體作用和他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中的思考與探索。

綜合性實(shí)驗(yàn)主要是訓(xùn)練學(xué)生結(jié)合典型材料生產(chǎn)工藝流程特點(diǎn)，根據(jù)材料的性能自行設(shè)計(jì)材料的組成，通過(guò)一系列工藝制備這種材料，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段檢測(cè)材料的性能，看材料是否達(dá)到預(yù)期的目的；同時(shí)開展面向工藝過(guò)程的材料環(huán)境負(fù)荷辨識(shí)分析，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到材料四要素中“合成與加工”的內(nèi)容與成分結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與使用性質(zhì)各要素間的關(guān)系，明確合成加工過(guò)程將改變材料的組織、成分與結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響到材料的使用性能這一思路和方法。在這一過(guò)程之中，學(xué)生們的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和自學(xué)能力都得到了很好的鍛煉。

我們根據(jù)“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的培養(yǎng)目標(biāo)和工程教育理論，不斷優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)方式、教學(xué)方案，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，在實(shí)踐中加深學(xué)生對(duì)理論課程的理解，提高學(xué)生的思維能力、動(dòng)手能力、設(shè)計(jì)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，實(shí)現(xiàn)了讓學(xué)生從理論水平的提高到工程能力提高的轉(zhuǎn)變，取得了較好的效果。實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革亮點(diǎn)如下。

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改變。由固定小實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證改為學(xué)生自行設(shè)計(jì)一種無(wú)機(jī)材料，完成包括原料的選擇-配方計(jì)算-工藝設(shè)計(jì)-制備-性能測(cè)試-結(jié)構(gòu)分析-環(huán)境影響分析等全過(guò)程的訓(xùn)練。

2.教學(xué)模式改變。不固定上課時(shí)間，學(xué)生自行安排，學(xué)期末提交作品和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師從旁指導(dǎo)。

3.學(xué)生參與過(guò)程改變。[7]學(xué)生根據(jù)自己的興趣，自行組成實(shí)驗(yàn)小組，和教師共同商定題目，通過(guò)文獻(xiàn)檢索、資料查詢及運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取與所選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的資料，組內(nèi)人員互相交流探討，形成材料的設(shè)計(jì)方案并和指導(dǎo)教師進(jìn)行討論，方案設(shè)計(jì)不合理不能開展實(shí)驗(yàn)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)前自行熟悉儀器設(shè)備和實(shí)驗(yàn)方法，同組同學(xué)之間分工合作共同完成實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)完成后要撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，每組學(xué)生都要制作PPT進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。整個(gè)過(guò)程能將學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，讓學(xué)生完成從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、試樣制備和結(jié)果評(píng)價(jià)等綜合過(guò)程，這在增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，還可以讓學(xué)生學(xué)會(huì)理論分析，充分提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

4.評(píng)價(jià)方法改革。原來(lái)單一的評(píng)價(jià)方式是指導(dǎo)教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)分。通過(guò)改革，我們建立以學(xué)生為本的多層次、綜合性評(píng)價(jià)辦法，改變單一的以實(shí)驗(yàn)操作或?qū)嶒?yàn)報(bào)告為主的評(píng)價(jià)方式。這樣評(píng)價(jià)方式逐漸弱化了實(shí)驗(yàn)報(bào)告在評(píng)價(jià)中的比重，通過(guò)實(shí)驗(yàn)考評(píng)方法的變革來(lái)體現(xiàn)對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)，避免了評(píng)價(jià)的片面性。

5.科研成果與教學(xué)培養(yǎng)結(jié)合，將生態(tài)建材的廢棄物資源化方面的科研成果引入教學(xué)實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)并開設(shè)了開放式、研究型綜合實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生掌握前沿技術(shù)、學(xué)習(xí)最新的專業(yè)技術(shù)與方法、提高實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)奠定了基礎(chǔ)。

6.建立“特色”實(shí)習(xí)。無(wú)機(jī)材料專業(yè)的大三學(xué)生分別到中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院、北京建筑材料科學(xué)研究總院、北京建都設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司等單位，在不同崗位完成4周的工作實(shí)習(xí)。實(shí)習(xí)指導(dǎo)由校內(nèi)導(dǎo)師和實(shí)習(xí)單位導(dǎo)師共同完成，每個(gè)學(xué)生單獨(dú)配備一名指導(dǎo)教師，學(xué)生融入科研團(tuán)隊(duì)，深入工廠一線，結(jié)合在校期間的理論基礎(chǔ)解決實(shí)際工程應(yīng)用問題。這樣的實(shí)習(xí)可以培養(yǎng)學(xué)生在工程中運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)的意識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)工程原理分析解決復(fù)雜工程問題的能力；培養(yǎng)學(xué)生在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮不同角色作用的能力，培養(yǎng)終生學(xué)習(xí)意識(shí)和自我獲取知識(shí)的能力；讓學(xué)生了解行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法律法規(guī)、工程倫理，正確認(rèn)識(shí)工程實(shí)施對(duì)環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響；培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任和在工程實(shí)踐中自覺遵守職業(yè)道德的意識(shí)。

在建立“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的無(wú)機(jī)材料工程型人才的梯度式實(shí)踐教學(xué)體系前提下，我們不斷改革和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，完善和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容，建立了科學(xué)合理的教學(xué)評(píng)價(jià)體系，具有鮮明的教育、教學(xué)特色，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

三、人才培養(yǎng)的效果顯著

基于“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的無(wú)機(jī)材料工程型人才的梯度式實(shí)踐教學(xué)體系取得了顯著的效果。導(dǎo)師制的建立，使學(xué)生能一入學(xué)就開始進(jìn)入專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，直接參與包括國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的科研工作。我們組織本科生參加國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，聆聽校外優(yōu)秀專家的講座，讓學(xué)生樹立專業(yè)意識(shí)；學(xué)生連續(xù)多年參加“全國(guó)混凝土大賽”、“無(wú)機(jī)非金屬材料知識(shí)競(jìng)賽”等競(jìng)賽活動(dòng)。除了基本技能實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)外，我們還鼓勵(lì)本科生申請(qǐng)參與學(xué)校組織的“大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目”和“星火基金”項(xiàng)目。實(shí)踐表明，這種梯度式的實(shí)踐教學(xué)，不僅調(diào)動(dòng)了本學(xué)科本科生的學(xué)習(xí)熱情，也提高了其分析問題和解決問題的綜合能力。學(xué)生通過(guò)這些科研實(shí)踐活動(dòng)，取得部分成果，并發(fā)表了學(xué)術(shù)論文。這種方式培養(yǎng)的大批畢業(yè)生已成為我國(guó)重點(diǎn)行業(yè)和北京地區(qū)發(fā)展生態(tài)建筑材料的骨干力量，對(duì)北京新材料產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)突出，用人單位反映很好。

四、結(jié)論

我校無(wú)機(jī)材料專業(yè)以材料設(shè)計(jì)-工藝-制備-性能-結(jié)構(gòu)-環(huán)境多元素為支撐，以涵蓋無(wú)機(jī)材料制備、性能與分析及生產(chǎn)全過(guò)程培訓(xùn)的特色實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建了 “卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”的無(wú)機(jī)材料工程型人才的梯度式實(shí)踐教學(xué)體系。完善的無(wú)機(jī)材料與廢棄物建材資源化校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，形成了以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以綜合型實(shí)驗(yàn)為重點(diǎn)、以設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和研究型實(shí)驗(yàn)為提高的多梯度實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，在此基礎(chǔ)上我們優(yōu)化了實(shí)踐教學(xué)方式、教學(xué)方案、評(píng)價(jià)模式和考核方式。這種開放式、梯度式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，層次分明，能因材施教，既有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事無(wú)機(jī)非金屬材料研究和開發(fā)的基本技能和工程實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，又使部分?yōu)秀學(xué)生具有一定的創(chuàng)新和研究能力，為將來(lái)學(xué)生進(jìn)一步深造和到企業(yè)工作打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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[責(zé)任編輯：陳 明]