周 花 劉興軍 任 磊 戴李宗 彭棟梁 熊曉鵬 肖祖法

廈門大學(xué)材料學(xué)院 福建廈門 361005

材料科學(xué)課程教學(xué)專題

建設(shè)面向全校開放的材料科學(xué)與工程實驗教學(xué)平臺

周 花 劉興軍 任 磊 戴李宗 彭棟梁 熊曉鵬 肖祖法

廈門大學(xué)材料學(xué)院 福建廈門 361005

廈門大學(xué)材料科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心是2012年教育部批準(zhǔn)建設(shè)的國家級專業(yè)實驗教學(xué)示范中心。該實驗教學(xué)中心針對不同學(xué)科、不同層面的學(xué)生，開設(shè)面向本專業(yè)的A類專業(yè)實驗課程、面向校內(nèi)相關(guān)理工科專業(yè)的B類材料基礎(chǔ)實驗課程以及面向全校各專業(yè)的C類材料通識實驗課程。通過分層次、分體系的實驗課程設(shè)置，教學(xué)科研協(xié)同發(fā)展和校企聯(lián)合培養(yǎng)的實驗教學(xué)模式，以及智能化管理系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)實驗室對全校師生的開放，全面提高實驗中心的輻射示范作用。

國家級專業(yè)實驗教學(xué)示范中心；全校開放；材料科學(xué)與工程實驗教學(xué)平臺

材料是人類文明的物質(zhì)基礎(chǔ)，應(yīng)用非常廣泛，人們的衣食住行都離不開材料。但是材料如何分類、如何辨別、又是如何制備的，對很多人來說都很陌生，“隔行如隔山”成為一種相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。高等教育的綜合化是各國教育改革的主要內(nèi)容[1,2]。廈門大學(xué)作為綜合性大學(xué)，倡導(dǎo)不同領(lǐng)域、不同學(xué)科、不同學(xué)派觀點的交流、滲透。實驗教學(xué)可幫助學(xué)生感受、理解知識的產(chǎn)生和發(fā)展過程，學(xué)習(xí)和掌握必要的工程技術(shù)、測量方法、先進設(shè)備和科學(xué)的基本研究方法，培養(yǎng)學(xué)生收集、處理信息和分析問題、解決問題的能力。因此實驗教學(xué)對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神有著不可替代的作用[3]。

廈門大學(xué)材料科學(xué)與工程實驗教學(xué)中心(以下簡稱“材料實驗教學(xué)中心”)是材料學(xué)院的專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)實驗室。經(jīng)過七年多的建設(shè)，已初具規(guī)模，初步建立了包括材料合成、材料加工與制備、材料熱處理、材料組成與結(jié)構(gòu)表征、材料性能測試五大類實驗室，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才提供堅實的保證。2012年，材料實驗教學(xué)中心成為“國家級專業(yè)實驗教學(xué)示范中心”建設(shè)項目之一。如何使材料實驗教學(xué)中心不僅服務(wù)于材料學(xué)院，同時為廣大師生和地方經(jīng)濟做貢獻，全面提升實驗中心的示范輻射作用一直是該中心考慮的重要問題[4,5]。

1 以學(xué)生為本構(gòu)建多學(xué)科、多層次的實驗教學(xué)體系

廈門大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)科是國家“985工程”以及“211工程”重點建設(shè)學(xué)科，材料科學(xué)與工程專業(yè)是國家級特色專業(yè)和福建省專業(yè)教學(xué)改革試點專業(yè)?，F(xiàn)有國家級精品課程1門，福建省精品課程2門，福建省教學(xué)名師2人，福建省教學(xué)團隊2個?；诋?dāng)前高新技術(shù)對于材料學(xué)科的廣泛需求，材料實驗教學(xué)中心在建設(shè)之初就規(guī)劃構(gòu)建一個面向全校的材料實驗教學(xué)公共平臺。該平臺針對不同學(xué)科、不同層面的學(xué)生，以“課程套餐”形式推出高級套餐(A)、中級套餐(B)以及初級套餐(C)3個層次的實驗課程組。課程套餐A—專業(yè)實驗課程，適合于本專業(yè)的本科生和部分外專業(yè)考入我院的研究生；課程套餐B—材料基礎(chǔ)實驗課程，適合于相近專業(yè)(如化學(xué)、化工、建筑、計算機、機電等理工科)的本科生；課程套餐C—材料通識實驗課程，適合于全校各專業(yè)，包括文科和藝術(shù)類學(xué)生。

1.1 課程套餐A：全程化、三層次、一體化的專業(yè)實驗教學(xué)

為適應(yīng)國民經(jīng)濟與社會發(fā)展對材料專業(yè)人才的需求，材料學(xué)院將實驗課與理論課分離，建立全程化、三層次、一體化的專業(yè)實驗教學(xué)體系。全程化是指從一年級開始，實驗教學(xué)貫穿始終，4年不間斷；三層次是指實驗教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)層次、綜合層次和創(chuàng)新層次；一體化是指實驗教學(xué)與科研平臺一體化[6]。課程套餐A已順利運行9年，由專業(yè)基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗組成。專業(yè)基礎(chǔ)實驗由9個實驗91個實驗項目組成，涵蓋材料合成、材料加工、材料熱處理、材料物理性能、材料力學(xué)性能、材料分析測試等內(nèi)容，學(xué)生根據(jù)專業(yè)方向特點修學(xué)其中的54～60個實驗(必修)。綜合實驗由高分子材料、生物材料、金屬材料以及無機非金屬材料4個方向組成，每個方向分別提供3個較成熟的前沿研究小課題，共組成12個綜合實驗?zāi)K，每個學(xué)生選擇兩個不同方向的模塊進行修習(xí)，每個模塊均包含材料制備、樣品制備、性能表征以及論文寫作等方面，全面提高學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰头治瞿芰?。?chuàng)新實驗包括院級、校級、省級、國家級、區(qū)域級以及國際級多個層次，每個項目期為1～2年。院級的“天生我才”創(chuàng)新實驗由學(xué)有余力的大一學(xué)生跟導(dǎo)師充分溝通后提出申請，經(jīng)過專家評審給予資助，項目期為2年，參與學(xué)生數(shù)約占總招生數(shù)的30%～45%。對于通過中期檢查的優(yōu)秀項目，則推薦參與“廈門大學(xué)基礎(chǔ)創(chuàng)新科研基金”“廈門大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃”、福建省或全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽等，促進學(xué)生自主創(chuàng)新興趣和能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的實踐能力。

1.2 課程套餐B：學(xué)科間交叉和融合的基礎(chǔ)實驗教學(xué)

隨著學(xué)科的發(fā)展，學(xué)科間的交叉、融合和相互借鑒的趨勢越來越占主導(dǎo)地位。材料學(xué)科是與化學(xué)學(xué)科、生命學(xué)科、能源學(xué)科、物理學(xué)科、計算機學(xué)科等緊密交叉和聯(lián)系的學(xué)科。材料學(xué)院學(xué)生在學(xué)期間除了修習(xí)本院開設(shè)的理論課程和實驗與實踐課程外，還必須修習(xí)校內(nèi)多個學(xué)院開設(shè)的理論課程和實驗與實踐課程，包括計算機基礎(chǔ)、C程序設(shè)計基礎(chǔ)、無機化學(xué)、分析化學(xué)、無機及分析化學(xué)實驗、大學(xué)物理、電子技術(shù)、電工與電子技術(shù)實驗、機械制圖、大學(xué)物理實驗、物理化學(xué)、物理化學(xué)實驗、有機化學(xué)、有機化學(xué)實驗、機械制造實訓(xùn)、電氣實訓(xùn)、電子與工藝實訓(xùn)等課程，為他們在今后的工作和學(xué)習(xí)中的創(chuàng)新奠定堅實基礎(chǔ)。同樣，其他相關(guān)學(xué)院的學(xué)生也需要了解與本專業(yè)相關(guān)的材料學(xué)科的理論和實驗與實踐知識。材料實驗教學(xué)中心開設(shè)的套餐B實驗課程，根據(jù)這些學(xué)科的特點，挖掘材料與各學(xué)科的結(jié)合點，整合實驗內(nèi)容，為這些學(xué)科開設(shè)菜單式的材料類基礎(chǔ)實驗教學(xué)課程，包括材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗、材料工程基礎(chǔ)實驗、材料分析及測試基礎(chǔ)實驗。通過相關(guān)學(xué)科間的相互學(xué)習(xí)和交流，提高學(xué)生各學(xué)科知識間的融會貫通，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。同時有利于相關(guān)學(xué)科充分利用現(xiàn)有實驗資源避免重復(fù)建設(shè)，使有限的實驗教學(xué)資源發(fā)揮更大的共享程度和規(guī)模效益。

1.3 課程套餐C：科普與創(chuàng)新兼顧的通識實驗教學(xué)

課程套餐C面向全校包括文科和藝術(shù)類所有專業(yè)學(xué)生開放，包含材料通識基礎(chǔ)實驗和材料設(shè)計創(chuàng)新實踐兩個層次。

(1)材料通識基礎(chǔ)實驗層次。該實驗課程的設(shè)置有講究，必須兼具知識性、實用性、趣味性、藝術(shù)性和可操作性強的特點。如生活與藝術(shù)中的材料學(xué)實驗系列實驗課程，包含有趣味陶瓷工藝品制備實驗、趣味記憶合金工藝實驗、寶石鑒賞實驗、3D打印與生活等不同模塊的內(nèi)容，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣點和開課時間選擇相應(yīng)的模塊修學(xué)。該實驗課程的開設(shè)吸引了包括英語、金融、工商管理、會計、美術(shù)、物理、化學(xué)、計算機、建筑等院系學(xué)生的參與，反響熱烈。通過科普型的通識實驗課程，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力，以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度；同時讓學(xué)生了解日常生活中常見的各類材料是如何制備、如何加工，又是如何鑒別的。

(2)材料設(shè)計創(chuàng)新實踐層次。通過舉辦“廈門大學(xué)材料設(shè)計大賽”“全國大學(xué)生材料設(shè)計大賽”等創(chuàng)新實踐活動，吸引全校各專業(yè)甚至是全國的大學(xué)生參與?！皬B門大學(xué)材料設(shè)計大賽”已成功舉辦5屆，每年的主題不一樣。在“變廢為寶”創(chuàng)新實踐中，各參賽隊通過積極利用生活中的廢棄材料設(shè)計出一個個精美藝術(shù)品或?qū)嵱卯a(chǎn)品；在“瘋狂的雞蛋”中則指定用30根吸管現(xiàn)場制作護蛋裝置，挑戰(zhàn)一個生雞蛋落地的不碎高度和裝置的簡潔度?！叭珖髮W(xué)生材料設(shè)計大賽”偏向材料及相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生，根據(jù)給定的主題展示材料的特殊性能。如“形狀記憶合金材料”主題中，主要考慮材料的形狀記憶能力或超彈性，同時兼顧作品的觀賞性；“熱塑性聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料”主題中，則主要考慮材料的斷裂強度和導(dǎo)電性，觀賞性較佳的作品可酌情加分。通過多層次的趣味性競賽活動，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

2 以能力培養(yǎng)為核心 構(gòu)建符合培養(yǎng)創(chuàng)新型人才要求的實驗教學(xué)模式

材料實驗教學(xué)中心在完成實驗教學(xué)任務(wù)的同時，積極做好實驗室的開放工作，給大學(xué)生科技創(chuàng)新和開放實驗項目提供支持，給碩士研究生和博士研究生的課題研究和培養(yǎng)提供便利條件，同時結(jié)合地方企業(yè)的需求開展聯(lián)合企業(yè)需要的人才。

2.1 建立教學(xué)科研協(xié)同發(fā)展的實驗教學(xué)模式

材料實驗教學(xué)中心依托的材料學(xué)院，現(xiàn)有教育部高性能陶瓷纖維重點實驗室、福建省防火阻燃材料重點實驗室、福建省特種先進材料重點實驗室、福建省固體表面涂層材料技術(shù)開發(fā)基地、福建省陶瓷纖維工程技術(shù)研究中心、福建省高校生物醫(yī)學(xué)工程重點實驗室、福建省高校特種陶瓷重點實驗室、廈門市高性能金屬材料重點實驗室、廈門市生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究中心、廈門市防火阻燃材料重點實驗室、廈門大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程中心、廈門大學(xué)材料設(shè)計與應(yīng)用工程研究中心等12個部、省、市重點實驗室、工程研究中心和技術(shù)開發(fā)基地，科研力量雄厚，但存在科研實驗室面積擁擠，基礎(chǔ)實驗儀器設(shè)備配備不足的問題，不利于碩士研究生和博士研究生的培養(yǎng)。實驗教學(xué)中心則擁有相對寬敞的實驗空間、基礎(chǔ)儀器設(shè)備臺套數(shù)充裕的優(yōu)勢，但高精尖端的儀器設(shè)備匱乏，不利于學(xué)生創(chuàng)新課題和開放課題的開展。材料學(xué)院一貫堅持重點實驗室和實驗教學(xué)中心“一體化” 的發(fā)展模式，打通教學(xué)科研實驗室壁壘，科研實驗室和實驗教學(xué)中心在教學(xué)和科研方面各有側(cè)重，但又有機融合。實驗教學(xué)中心在滿足本科實驗教學(xué)之余，對課題組、研究生和博士生開放，支持科學(xué)研究和高層次人才培養(yǎng)。每年利用材料實驗教學(xué)中心資源開展課題研究的碩士和博士生研究生達400多人，除了有材料學(xué)院、物理機電學(xué)院、建筑學(xué)院、化學(xué)化工學(xué)院等校內(nèi)院系外，還有廈門口腔醫(yī)院、廈門仙岳醫(yī)院、華僑大學(xué)等其他單位。而課題組和重點實驗室有意識地將一些科技成果及時轉(zhuǎn)化為綜合實驗和創(chuàng)新性實驗項目，讓學(xué)生了解材料學(xué)科的最新發(fā)展前沿和研究熱點。此外，這些實驗室的高精尖端儀器設(shè)備也對學(xué)生開放，全面促進學(xué)生創(chuàng)新實驗與實踐能力的培養(yǎng)。

2.2 形成校企聯(lián)合培養(yǎng)人才的實驗教學(xué)模式

校企合作是拓展實踐教學(xué)空間、提高學(xué)生應(yīng)用能力的有效途徑。通過校企全方位與多層次的合作，有效地解決了高校工科教育中理論與實踐脫節(jié)、實驗設(shè)備水平滯后于產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展、封閉培養(yǎng)環(huán)境與人才成長過程不適應(yīng)等問題[7,8]。材料實驗教學(xué)中心目前在廈門鎢業(yè)股份有限公司、廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司、廈門集美職業(yè)技術(shù)學(xué)校機電LED實訓(xùn)中心、新加坡三達(廈門)集團、廈門翔鷺化工有限公司、泉州信和新材料、泉州華碩實業(yè)有限公司等多家企業(yè)建立了長期、穩(wěn)定的專業(yè)教學(xué)實踐實習(xí)基地。學(xué)生通過實習(xí)了解工業(yè)化產(chǎn)品的制造工藝流程、工序和生產(chǎn)管理，增強所學(xué)理論知識與實際應(yīng)用間的聯(lián)系，有利于縮短學(xué)生畢業(yè)后到企業(yè)工作的適應(yīng)時間；而企業(yè)通過接納學(xué)生實習(xí)，有利于推廣產(chǎn)品和提高企業(yè)知名度，并有針對性地選拔和招聘工程技術(shù)人員。此外，企業(yè)在生產(chǎn)過程中需要研發(fā)新產(chǎn)品或解決碰到的問題，常以小課題的方式轉(zhuǎn)化成學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題。如2010年“天生我才”創(chuàng)新項目“核殼結(jié)構(gòu)聚合物納米微球負載納米銀抗菌涂料的研究” 是泉州紅瑞興紡織有限公司的研發(fā)項目；2013年廈門大學(xué)科研基礎(chǔ)創(chuàng)新基金“新型大功率曲面LED封裝散熱用硅氧碳自由膜基板的關(guān)鍵技術(shù)研究” 是廈門陽光恩耐照明有限公司提出亟須解決的技術(shù)難題。每年企業(yè)與材料學(xué)院簽訂的合作項目40多項，在解決實際企業(yè)問題的同時鍛煉和培養(yǎng)了高科技人才。材料學(xué)院在制訂人才培養(yǎng)方案和實驗課程的開設(shè)上，聘期企業(yè)技術(shù)專家參與，培養(yǎng)適合社會和企業(yè)需要的本科、研究生多層次創(chuàng)新性人才；企業(yè)通過設(shè)置“大平-容華乃梅獎學(xué)金”“海堡獎學(xué)金”“OTI-利明獎學(xué)金”“KPP鞋底科技獎學(xué)金”“大洋氣霧劑獎學(xué)金”“三達獎學(xué)金”等多項獎學(xué)金，通過良性校企合作支持創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

3 建立自主開放式的管理模式

實驗室建設(shè)和管理的規(guī)范化、信息化和開放化是當(dāng)前我國高校實驗室建設(shè)的發(fā)展趨勢。材料實驗教學(xué)中心于2011年開始著手實驗室信息化的試點建設(shè)，逐漸形成了一套適用于材料實驗教學(xué)中心管理運行體制的智能化管理體系，包括以下內(nèi)容。

(1)在實驗室門上安裝自動控制的智能鎖，實驗室門口安裝智能數(shù)據(jù)采集終端機，保證所有出入實驗室人員都是被授權(quán)的有序的出入。

(2)在每個實驗室房間內(nèi)安裝視頻監(jiān)控設(shè)備，保證實驗室的運行和即時動態(tài)是在可視、可控的條件下進行的。

(3)在儀器貴重或臺套數(shù)少的實驗室安裝教學(xué)投影系統(tǒng)，儀器的顯示可以同步到投影屏幕上，避免學(xué)生擁擠而影響實驗效果，同時可實現(xiàn)實驗原理、儀器構(gòu)造、實驗數(shù)據(jù)的實時大屏幕采集顯示等功能。

通過實驗室管理平臺中硬件設(shè)備與管理軟件系統(tǒng)的相互聯(lián)動，對實驗室與儀器設(shè)備的使用實現(xiàn)從預(yù)約、安全準(zhǔn)入、培訓(xùn)、審核、身份認(rèn)證、時間認(rèn)證、實驗過程監(jiān)督等自動化管理，全面提高實驗室空間和儀器設(shè)備的開放度和使用率。通過材料實驗教學(xué)中心的開放管理，校內(nèi)兄弟院系和校外企事業(yè)單位(如化學(xué)化工學(xué)院、物理機電學(xué)院、建筑學(xué)院、薩本棟微機電中心、能源研究院、歷史系、廈門口腔醫(yī)院、廈門仙岳醫(yī)院、廈門三達膜技術(shù)股份有限公司、三明科飛技術(shù)開發(fā)有限公司、華僑大學(xué)等)，共享材料實驗教學(xué)中心的臺式掃描電子顯微鏡、接觸角測量儀、萬能拉伸實驗機、箱式電阻爐、拋光機、材料顯微鏡、激光粒度儀等儀器設(shè)備，提高實驗教學(xué)中心的輻射作用和影響力。

4 結(jié)束語

材料實驗教學(xué)中心的建設(shè)逐步完善，面向全校師生、面向地方行業(yè)開放迫在眉睫。針對不同專業(yè)背景的學(xué)生開設(shè)分層次、分體系的實驗教學(xué)課程，針對不同的人才培養(yǎng)需求采用相對應(yīng)的實驗教學(xué)模式以及智能化的實驗室開放管理系統(tǒng)只是實驗中心建設(shè)的一部分內(nèi)容。今后，材料實驗教學(xué)中心還將繼續(xù)加大儀器配置、實驗環(huán)境、師資隊伍、 實驗教學(xué)管理機制等多方面的投入，逐步形成自我改進、持續(xù)完善、良性循環(huán)的實驗教學(xué)中心。

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Construction an Opening Materials Science and Engineering Experimental Platform for all Students in the University

Zhou Hua, Liu Xingjun, Ren Lei, Dai Lizong, Peng Dongliang, Xiong Xiaopeng, Xiao Zufa
College of Materials, Xiamen University, Xiamen, 361005, China

Materials science and engineering experimental teaching center of Xiamen University is an national professional teaching demonstration center, which was approved to construct by the education Ministry in 2012. According to the knowledge background and different requirement of the students in the university the experimental teaching center offers three level experimental courses: Course A is for the students in material college, which contains many specialized materials experiments; Course B is for the students major in science and engineering in the university, which contains basic materials experimental courses; Course C is for all students in the university, which contains general study materials experimental courses. Through the three level course settings and relevant teaching methods, as well as a controlled, visualized and intelligent management system, the center orderly opening to the students comes true. It is beneft to improve the role of radiation and demonstration of the center.

national-level demonstration center for experimental teaching; opening platform; materials science and engineering experimental center

2016-12-09

周花，碩士，高級工程師，實驗中心副主任。