面向新工科背景的《無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)》的課堂設(shè)計(jì)與改革

王靜 時(shí)志強(qiáng) 張桂芳

摘 要：新工科建設(shè)是主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動(dòng)，以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征，從服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求和面向未來發(fā)展的高度，在“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（簡稱“卓越計(jì)劃”）的基礎(chǔ)上，提出的一項(xiàng)持續(xù)深化工程教育改革的重大行動(dòng)計(jì)劃。根據(jù)“新工科”建設(shè)要求，對(duì)無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、教學(xué)模式等提出改革意見，有望促進(jìn)無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高，有助于“新工科”建設(shè)需要。

關(guān)鍵詞：新工科;無機(jī)非金屬材料;專業(yè)實(shí)驗(yàn)

2017年2月18日，北京大學(xué)、南京大學(xué)等40余所國內(nèi)高校在復(fù)旦大學(xué)召開了關(guān)于綜合性高校工程教育發(fā)展的戰(zhàn)略研討會(huì)，提出了高等工科教育“新工科”建設(shè)的人才培養(yǎng)思路。“新工科”為高校工科教育指明了方向。如何對(duì)接專業(yè)和產(chǎn)業(yè)、交叉學(xué)科、建設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)育人體系、擴(kuò)大學(xué)生視野以及處理好傳統(tǒng)工藝與新興技術(shù)的關(guān)系，成為各高校各專業(yè)研究探討的熱點(diǎn)。

天津工業(yè)大學(xué)是工科特色“雙一流”高校，材料學(xué)科是重中之重學(xué)科，無機(jī)非金屬材料專業(yè)的陶瓷工藝技術(shù)以及新能源技術(shù)，將推進(jìn)急需學(xué)科、交叉學(xué)科及新興學(xué)科發(fā)展相結(jié)合，對(duì)未來的行業(yè)發(fā)展注入新的活力。材料科學(xué)與工程學(xué)院無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)圍繞新工科內(nèi)涵落實(shí)在專業(yè)課程建設(shè)上由科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)、工程素養(yǎng)培養(yǎng)、職業(yè)技能培養(yǎng)三部分組成。由“材料科學(xué)基礎(chǔ)”、“材料化學(xué)合成”、“粉體工程”等系列課程建設(shè)形成了系統(tǒng)的材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為今后新材料的高端制造領(lǐng)域輸送優(yōu)質(zhì)人才。由工程制圖、工程力學(xué)、由中天實(shí)訓(xùn)中心構(gòu)建的3D打印技術(shù)應(yīng)用、傳感器應(yīng)用、高級(jí)過程控制、工業(yè)廢氣、污水處理等共同構(gòu)成工程素養(yǎng)，為未來的智能制造輸送有工程能力的人才;由“基礎(chǔ)電化學(xué)”、“電源工藝學(xué)”、“電化學(xué)儲(chǔ)能材料與器件”等新能源材料的課程模塊，對(duì)接天津的新能源、新材料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，構(gòu)成學(xué)生快速適應(yīng)企業(yè)發(fā)展的職業(yè)素養(yǎng)?；诖?，本專業(yè)學(xué)生既掌握了無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程方面的基礎(chǔ)知識(shí)與理論，又具備無機(jī)非金屬材料設(shè)計(jì)與制備、結(jié)構(gòu)測(cè)試與分析、物理與化學(xué)性能檢測(cè)、直至器件制備與電化學(xué)性能評(píng)價(jià)的理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐技能，更具備開發(fā)新材料、研究新工藝、改善材料性能和提高產(chǎn)品質(zhì)量的基本能力。結(jié)合我系實(shí)際，根據(jù)“新工科”建設(shè)要求，對(duì)無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方向進(jìn)行探討，與廣大同仁交流。

一、存在的問題

（一）專業(yè)實(shí)驗(yàn)教材的不規(guī)范

為適應(yīng)無機(jī)非金屬專業(yè)的兩個(gè)專業(yè)方向（功能陶瓷方向和新能源方向）的教學(xué)大綱要求，教材的內(nèi)容以自編的實(shí)驗(yàn)教材為主，且公共實(shí)驗(yàn)為6個(gè)，各專業(yè)方向?qū)嶒?yàn)為3個(gè)。專業(yè)實(shí)驗(yàn)教材應(yīng)根據(jù)方向不同，依據(jù)學(xué)生的培養(yǎng)要求具體劃分，對(duì)專業(yè)能力進(jìn)一步進(jìn)行提升。

（二）基于行業(yè)要求的動(dòng)手能力相對(duì)不足

雖然校企的產(chǎn)學(xué)研合作較多，但是科教融合力度不足，院系不能及時(shí)有效的判斷產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)于學(xué)生的要求。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開設(shè)應(yīng)結(jié)合當(dāng)前行業(yè)的需求，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更新。

（三）學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)有待提高

現(xiàn)階段的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)還停留在基本的“講授”和“操作”中，沒有自身的思考缺乏主動(dòng)和變通能力，實(shí)驗(yàn)效果差強(qiáng)人意。

二、改革的途徑

（一）精心設(shè)計(jì)與優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案

精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是新工科背景下創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的基本要求，也是提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的基本前提。構(gòu)建以專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)為要求的，專業(yè)基礎(chǔ)課程為依托，無機(jī)非金屬材料工程專業(yè)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)體系。對(duì)于新能源方向的學(xué)生，專業(yè)實(shí)驗(yàn)包括兩部分，一部分是粉體的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，如粉體震實(shí)密度的測(cè)試及粉體粒度分析等;另外一部分是面向行業(yè)發(fā)展的綜合實(shí)驗(yàn)，如三元正極材料的制備、粒度分析和元素含量測(cè)定，將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)融入到行業(yè)領(lǐng)域運(yùn)用。

（二）融合科研、競(jìng)賽和“雙創(chuàng)”設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和科技創(chuàng)新競(jìng)賽能有有效的激勵(lì)學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室加入科研團(tuán)隊(duì)，參與課題的創(chuàng)新性研究。學(xué)生在參與的過程中對(duì)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(xiàng)并獲得資助，或者競(jìng)賽獲獎(jiǎng)，都能極大的增強(qiáng)學(xué)生的自信心和興趣，促進(jìn)科研和實(shí)踐的良性循環(huán)。

（三）構(gòu)建開放實(shí)驗(yàn)室

構(gòu)建開放實(shí)驗(yàn)室主要是為學(xué)生提供不受時(shí)間限制的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和儀器設(shè)備資源，充分利用專業(yè)公共資源及教師課題組資源來鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。具體措施包括時(shí)間與空間開放、教學(xué)內(nèi)容開放、教學(xué)方式開放。專業(yè)教師將最新研究成果引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂，甚至帶領(lǐng)學(xué)生親自去體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室成果，這不僅是一種建設(shè)開放式實(shí)驗(yàn)課堂的有效途徑，而且可以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、提升教學(xué)水平，為學(xué)生提供多樣化的開放型實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，還可以對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新思路及實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行梳理和驗(yàn)證，對(duì)于大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的申報(bào)和科技競(jìng)賽提供良好的工作基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)技能。

三、結(jié)束語

基于“新工科”背景的無機(jī)非金屬材料專業(yè)實(shí)驗(yàn)改革面臨體制不夠完善，學(xué)生創(chuàng)新能力和意識(shí)不足等問題，本文從學(xué)科交叉融合、學(xué)生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面分析了改革途徑?；趯?shí)驗(yàn)室在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)過程中的重要作用，結(jié)合綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室體系建設(shè)分析新工科背景下基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革方案，提出的新舉措主要有：通過精心設(shè)計(jì)與優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，加強(qiáng)創(chuàng)新和綜合型實(shí)驗(yàn)建設(shè);鼓勵(lì)學(xué)生參加競(jìng)賽和科研團(tuán)隊(duì)以及開展“雙創(chuàng)”活動(dòng)，豐富創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;構(gòu)建開放實(shí)驗(yàn)室，為綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供保障等。