丛园 王家慧
[摘 要]工程教育专业认证标准对学生工程实践能力、工程意识和综合素质提出了较高要求。实验教学环节是提高学生实践能力和综合素质的重要途径。结合目前材料科学与工程专业实验教学现状和存在的问题，文章提出统筹布局，结合工程实际设计实验项目，构建层层递进的实验教学体系，扩展实验教学方法，提高实验室建设与管理效率，完善课上课下融合的改进方案。为促进工程教育改革、提升工程教育质量、培养优秀的工程技术类人才提供了一定参考。
[关键词]工程教育认证;实验教学;材料科学与工程[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2022）05-0102-03
工程教育专业认证是工程教育和工程师资格国际多边互认的重要基础[1]。2016年6月起我国正式成为《华盛顿协议》缔约国成员[1-2] ，现阶段工程教育认证体系在国内迅速发展，为促进工程教育改革、提升工程教育质量，全国各高校积极申报工程教育专业认证。工程教育专业认证标准中强调以学生为中心、以产出为导向、持续改进三大基本理念[3] 。专业认证通用标准明确规定了课程体系必须包括的工程实践部分 （ 含毕业论文 ） 至少占总学分的 20% 以上，表明了工程实践部分在本科教育中的重要性。材料科学与工程专业是一个理论性、实践性紧密结合的工科专业，在材料类专业补充标准中对学生工程实践能力、工程意识、综合素质等方面都有较高要求。材料科学与工程专业的实验教学体系，是学生提高发现和解决问题水平，锻炼工程设计和工程实践能力，培养工程意识、团队精神和创新意识的重要平台。本文提出通过统筹布局，结合工程实际设计实验项目，构建层层递进的实验教学体系，丰富实验教学方法，充分体现学生作为学习主体的主动性和创造性，提高实验室建设与管理效率，完善课上课下融合的实验教学体系改革方案。始终强调以学生为中心，以结果为导向的教育理念，是培养目标得以实现的重要保障。
一、实验教学目前存在的不足
（一）实验项目陈旧，整体布局不合理
目前，南京工程学院材料科学与工程专业实验教学内容包括理论课课内实验、综合实验周、综合设计周三种类型。其中，课内实验占用理论课学时完成，每个实验项目统一安排2个学时。其主要教学目标是教会学生与理论课所学知识相对应的基本实验技能，辅助其加深对理论课所学知识的理解。实验项目由于内容陈旧，其主要以验证型实验为主，与工程实际密切结合的实验内容较少。
综合实验周和综合设计周一般安排在一门理论课结课之后，每个实验周安排一周时间。虽然也和理论课内容密切相关，但综合实验周是相对独立的实验教学环节，除基本实验操作技能以外，实验周的设置更加强调学生对实际问题的分析和解决能力、实验方案的设计、专业手段的综合运用能力;设计类实验周包括本专业相关仪器装置、设备的设计方案等内容。与课内实验相比，实验周虽然有了提升综合能力的机会，但因实验周的设置仍然以理论课安排作为引导，而对学生实际技能水平考虑不足，实验教学内容整体布局存在断层，无法形成由浅入深、由易到难的层层递进的体系。一部分课内实验与实验周内容有所重叠，另一部分需要在实验周运用到的实践技能却没有提前掌握，造成实验时间的浪费和学习重点的偏离，学习内容不够深入。
（二）实验教学形式僵化，对工程意识的体现不足
实验教学方法单一，仍然延续教师演示、学生照做的方式，缺乏目标引导，导致学生学习兴趣低下，积极性不够，实验课效果堪忧。实验教学形式僵化，固定的2个学时课内实验，难以实现由点到面的系统贯穿，甚至对于一些耗时长的实验来说，现场测得数据都无法完成，只能退而求其次，由实际操作改成演示，由实测数据改成标准数据。这样的实验课牺牲了留给学生们自由思考的时间，变成机械的填鸭教育，又谈何工程意识的培养呢？
工程教育专业认证标准中，首先强调了毕业生应具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德。这些基本素质能力的培养显然不能靠僵化固定的教学内容来实现。工程意识的体现，必须放在与工程实际密切结合的教学环境基础上，目前的教学内容和形式已经不利于学生工程观念的建立，更无法帮助毕业生进入工作岗位后迅速完成由学生到工程技术人员的转变。
（三）实验设施陈旧，管理方式不科学
目前专业实验场所存在空间不足、部分设施陈旧、人员及经费投入不够、管理跟不上等问题。以热处理工艺实验为例，实际生产中，常常将各种热处理方式配合使用以及进行复杂的化学热处理。而目前的实验设备只能满足传统的单一热处理工艺，不具备化学热处理条件，引入这些复杂先进的设备不仅是简单的经费投入问题，其带来的实验场地改造、设备维护维修、化学介质管理、量器量具管理、测温校准等大量工作需要成倍的人员投入和更高效的管理方式。同时，高校实验室环境复杂、专业技术性强、设备种类多样、危险源众多、实验室安全管理的科学性不足，也间接导致了实验室开放不足，实验设备闲置和浪费。
二、实验教学改革探索与实践
（一）统筹布局，构建逐层递进式实验教学体系
以理论课为引导开展实验教学的方式难以解决实验教学项目布局散乱、效率不高、脱离实际的根本问题。为解决这一问题，需以学生实际动手能力为引导，对实验教学体系进行独立设计，建立基础技能实驗、提高实验、综合创新实验三种层次递进式实验教学体系[4]。每一个层次的实验彼此关联，相互依托，循序渐进。图1中以材料硬度测试实验教学为例，说明了三种层次的实验项目之间的关联。
基础技能实验中，学生以掌握某一种特定的专业技能、某一种专业设备的基本操作及对理论知识的进一步理解为目的，基础技能实验课为后续提高实验和综合创新实验打下技能基础，不追求面面俱到，不能要求大学生通过第一次接触就能够对专业知识深入理解和应用。
在掌握了基本实验技能的前提下，学生可进入提高实验。每个提高实验项目以4～6个学时为宜。引入工程实际应用背景，帮助学生了解本专业的前沿发展现状和趋势，对专业知识进行进一步挖掘和深化，从简单的设备使用到让学生了解该设备与专业方法如何应用到实际中，培养综合运用所学科学理论和技术手段分析并解决工程问题的基本能力。
综合创新实验以基础技能实验和提高实验为前提，根据具体实验项目特点，每个综合创新实验设置3～5天时间，保证学生有充分的时间提取问题、收集资料、整理方案、验证结论。以学生为主体的实验教学并不是对教师作用的削弱，相反，教师要对所有实际应用背景更加熟悉，在整个实验进程中，随时对学生进行指导并进行实验的全局把控，这需要教师具备更丰富的工程素养及更高的执教水平。
（二）结合工程实际设计实验项目
重视校外实习实训基地建设，加强校企合作，拓宽学生学习的时间空间范围。现代化的工程技术人才，既要有专业知识深度，又要具有全行业的视野广度。为了拓宽学生视野，开发创新意识，使其学有所用，必须在实验项目设计中引入工程实际背景，使实验教学做到有的放矢。要加强校企合作，整合优化教师资源，与本地区本行业相关企业单位建立合作。要定期互访，主动了解和掌握行业发展趋势，为企业解决实际问题，为地方行业发展做出贡献[5]。同时，在解决实际问题过程中要重视学生培养，吸收学生团队，随时调整综合创新实验的实验项目，例如针对材料力学性能实验，优化后的实验项目设计如表1中所示。
（三）丰富教学内容，创新教学方法
对实验教学内容进行丰富与拓展，提升学生学习兴趣，培养其独立思考能力与创新意识。例如对于某一种专业设备的学习，不应仅仅局限于设备的使用和操作，可以扩展到该设备如何出现与发展演变、世界主要公司及其优势、我国的行业现状与发展空间、行业领军人物、本专业的应用与将来的发展趋势、对社会和环境的影响、本专业毕业生的就业前景等。
在疫情背景下，各行各业都进行了艰苦创新。为了培养创新人才，实验教学方法也出现了很多创新形式。基础技能实验是学生进行其他实验和创新的基础，也是学生进入实验室必须掌握的技能。对于设备的原理讲解、发展趋势介绍、基本操作过程可以采用视频录制的模式，做成教学资料库，学生在进入实验室之前可以自行下载学习，再到现场实际操作并考核，考核通过后可进入下一层次的实验，即具备使用实验室资格。将学生所获资格与实验室预约系统进行整合，可同时实现实验室的有效管理和开放。
综合创新实验的大部分内容都来源于企业，有些还是教师的个人项目，学生需要教师随时指导方能完成。要变“教师教学生学”为“学生为主教师为辅”[6]。在充分规划与设计的前提下，面对实际工程问题，学生习自行查阅资料、设计实验方案、选择实验设备、完成实验项目、得出结论、解决问题。要利用学校实验教学信息化模块，加强课上课下结合，使学生更方便地加入各个教师课题组，教师也可以随时了解实验进度，及时指导学生解决困惑。
在实验成绩评价上，为了避免仅凭实验报告定分数这种单一的评价手段，可通过合理引导进一步增强学生的学习自主性，对三种层次的实验项目分别进行考核。基础技能实验仅设置合格、不合格两项，考核合格是进入下一步实验的基础，也是进入实验室独立操作设备的前提。提高实验和综合创新实验则注重过程评价，在预习准备、方案设计、团队协作、操作能力、分析能力几方面分别设置考核点，随时监督与记录，同时促进学生之间各取所长，训练学生表达能力、组织能力、团队协作能力。最终分数由各个考核点分数加权平均得出，即学生的评价模式由单一的报告评价转变为完整的学习过程评价，给学生设置一定的学习压力或增加成就感。
（四）更新实验设备，改进实验室管理方式
借助国家级、省级、学校各类建设经费的支持，增加投入，增加现有基础教学实验设备的台套数，保障基础技能实验设备数量。例如，材料专业基础实验设备的显微镜，从原来的两人一台扩充至每人一台，可拍照显微镜由三台扩充至六台。引入先进设备，优化管理，保证设备长期稳定运行。购买扩充涉及材料制备、结构和性能表征的高端实验设备，使专业综合创新实验具有深度，达到行业先进水平。同时，加强老旧设备的更新换代，根据实验项目的规律，整合实验设备，优化实验室布局，优化各实验室间的动线设计，使现有的实验室空间得到充分利用。目前，南京工程学院材料科学与工程学院已将样品制备实验室扩大到原来的三倍，所有公共教学实验室桌椅全部换新，所有实验室安装门禁和摄像设备。
利用学校网络服务器、微信平台、校园卡终端共同建立实验教学信息化模块，将所有大型实验设备纳入信息化模块管理，实现实验室资源和信息的网络共享[7]。利用实验教学信息化模块，规范实验设备的预约、使用登记、实时管理使用情况。将教师、学生、设备信息进行整合，全部处于可知状态，在提高设备利用率的同时做好监督，减少设备故障和安全隐患。建立健全实验耗材申领、购置、使用、放置等信息登记，加强实验耗材进出库的管理，减少不必要的浪费。对危险药品的使用和存储进行实时监控，确保实验室安全。加强交流与培训，对于一些高端专用设备，建立师生交流平台，使学生了解实验室运行制度、实验设备特点，熟悉实验室，开发创新科研课题，激发学生自主学习热情。
三、结语
工程教育专业认证是一种先进的教育理念，其特点是工程教育应以学生发展为主，将学生的学习成果和社会满意度作为教学质量的最终评价依据。通过大量的实验教学训练，学生一方面可以加深对基礎理论知识的理解，另一方面能够学会专业设备的操作、实际问题的处理、专业手段的应用，对于培养学生的工程实践能力、创新能力、综合素质有重要作用。本文以工程教育专业认证为背景，对南京工程学院材料科学与工程专业原有的实验教学问题进行了分析，在重新设计实验教学体系的基础上，注重将工程实际问题引入实践教学中，加强学生工程实践能力、工程意识、综合素质方面的培养。同时，以专业培养目标为判断依据，不断分析研究实验教学中存在的问题，做到持续改进。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 李志义.解析工程教育专业认证的持续改进理念[J].中国高等教育，2015（Z3）：33-35.
[2] 人民网.历史性突破，开启新征程：中国工程教育正式加入《华盛顿协议》[EB/OL].（2016-06-03）[2020-06-21].http：//edu.people.com.cn/n1/2016/0603/c1006-28410286.html.
[3] 工程教育认证标准 [ M ]. 中国工程教育专业认证协会，2018.
[4] 于蕾，候长波，王晓迪. 工程教育背景下电子类实践课程教学模式的研究与实践[J]. 实验科学与技术，2020（1）：
58-62.
[5] 李宝坤，卢士玲，董娟，等. 产学研研究生基地建设与实践[J]. 教育现代化，2019（54）：253-255.
[6] 胡标，刘振英，王庆平，等. 工程教育专业认证背景下工程类专业实验教学改革探索[J]. 华北理工大学学报（社会科学版），2020（3）：104-107.
[7] 马驰，王开宇，程春雨，等.基于教育信息化的实验教学和实验管理新模式[J].实验技术与管理，2017（6）：139-142.
[责任编辑：刘凤华]
猜你喜欢 实验室实验教学设备 基于科学探究的高中生物实验教学探索中学生物学(2022年3期)2022-05-13网络与云技术在实验教学中的应用科教创新与实践(2022年1期)2022-04-20调试新设备当代工人(2020年13期)2020-09-27电竞实验室电子竞技(2019年22期)2019-03-07电竞实验室电子竞技(2019年21期)2019-02-24电竞实验室电子竞技(2019年20期)2019-02-24电竞实验室电子竞技(2019年19期)2019-01-16初中化学实验教学中“微课”教学模式的探讨理科考试研究·初中(2017年4期)2017-11-04谈初中化学实验教学的初探中学课程辅导·教学研究(2017年11期)2017-09-23认一认娃娃画报(2009年9期)2009-09-14