毛潭　楊越　曹雷剛　蒙毅　李弘

【摘 要】以北方工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)為例，對實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)情況進(jìn)行了總結(jié)及歸納，提出了構(gòu)建以“大材料”學(xué)科共同的知識和技能為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)思路，建立了獨(dú)立的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與配套的實(shí)驗(yàn)中心管理模式，以期為材料類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和實(shí)踐有所幫助。

【關(guān)鍵詞】材料科學(xué)與工程；實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

The Thinking And Practice of Materials Science And Engineering

Experiment Center of The Construction

MAO Tan YANG Yue CAO Lei-gang MENG Yi LI Hong

（North China University of Technology，Shijingshan District of Beijing 100144）

【Abstract】Take the construction of experimental center of material science and engineering in North China University of Technology for example， the paper has summarized and induced the constructive condition of experimental center， put forward the idea of building the platform of experimental center based on the common knowledge and skills of "big material" discipline， and set up the independent professional experimental teaching system and matched management model of experimental center， excepted to help the reform and practice of experimental teaching for materials major.

【Key words】Materials science and engineering；Experiment center construction；Experiment teaching

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高等教育中越來越重要，其對于大學(xué)生工程意識、創(chuàng)新思維、解決問題等能力的培養(yǎng)都起著重要的作用[1]。材料學(xué)科屬于實(shí)踐性比較強(qiáng)的學(xué)科，因此發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用對于培養(yǎng)材料專業(yè)創(chuàng)新性人才尤為重要，人們也不斷地進(jìn)行著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究和探索[2-3]。

北方工業(yè)大學(xué)于2013年9月興辦材料科學(xué)與工程本科專業(yè)，2014年7月由國務(wù)院學(xué)位委員會批準(zhǔn)增列“材料工程”碩士專業(yè)學(xué)位授權(quán)點(diǎn)，同年11月正式成立材料科學(xué)與工程系。2015年，根據(jù)北京市教委部署開設(shè)新材料方向“雙陪計(jì)劃”招生項(xiàng)目。在材料系建設(shè)初期，材料專業(yè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依附理論課程嚴(yán)重，每個項(xiàng)目互相獨(dú)立，多項(xiàng)內(nèi)容重復(fù)，不利于教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合。因此我校在區(qū)域功能化調(diào)整優(yōu)化過程中，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的整合及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，推進(jìn)了材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)。在此背景下材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心逐漸發(fā)展完善，筆者作為實(shí)驗(yàn)中心的一名建設(shè)者和實(shí)踐者，現(xiàn)將中心建設(shè)的思考及實(shí)踐總結(jié)如下，以供同行交流和共同探討，以期為材料類專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和實(shí)踐有所幫助。

1 實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)理念與改革

1.1 建設(shè)依據(jù)及目標(biāo)

我校材料科學(xué)與工程系是基于學(xué)校建設(shè)“大學(xué)科”背景下的成立及發(fā)展的，是以培養(yǎng)新世紀(jì)材料領(lǐng)域?qū)ｉT人才為宗旨，構(gòu)建大材料學(xué)科共同的知識和技能平臺實(shí)驗(yàn)室，不斷促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程管理規(guī)范化，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和效益，構(gòu)建相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程體系和實(shí)驗(yàn)室管理體系。

1.2 建設(shè)規(guī)劃

實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)堅(jiān)持“以學(xué)生為本”，引導(dǎo)學(xué)生個性發(fā)展，提高學(xué)生綜合素質(zhì)，加強(qiáng)條件建設(shè)和制度管理。

（1）加強(qiáng)材料科學(xué)與工程專業(yè)的體系建設(shè)[4]；

根據(jù)專業(yè)發(fā)展的要求，建立和完善材料類課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系， 形成專業(yè)必修課程、專業(yè)選修課程、分層分流課程等多層次的教學(xué)體系，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的建設(shè)。

（2）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的建設(shè)及改革[5]；

深入開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)比例，營造有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，同時(shí)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍的建設(shè)。

（3）加大實(shí)驗(yàn)室開放的力度，完善實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)管理[6]；

開放實(shí)驗(yàn)是指為學(xué)生提供一定數(shù)目的課外選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生有更多獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的機(jī)會，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力。

（4）在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入科研應(yīng)用項(xiàng)目，鼓勵學(xué)生參與教師的科研實(shí)驗(yàn)；

為個性發(fā)展創(chuàng)造條件，通過引入科研應(yīng)用項(xiàng)目鼓勵學(xué)生參與科研實(shí)驗(yàn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生科研應(yīng)用意識，提高科學(xué)思維創(chuàng)新能力。

2 實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)與實(shí)施

2.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建

材料科學(xué)工程是研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、性能、制備與加工等內(nèi)容極其廣泛的一門學(xué)科。而實(shí)際上，各類材料如無機(jī)非金屬、金屬、高分子、復(fù)合材料等，雖然分支各異，都它們都具有共同的或相似的學(xué)科基礎(chǔ)、科學(xué)內(nèi)涵、研究方法及設(shè)備。因此，材料科學(xué)與工程學(xué)科除滲透交叉綜合發(fā)展的趨勢外，更加趨向于一體化大學(xué)科的發(fā)展趨勢。

我校材料系的課程體系分專業(yè)課程體系和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系兩大體系。具體培養(yǎng)方案如下：endprint

公共基礎(chǔ)課包括數(shù)學(xué)、英語、計(jì)算機(jī)、物理、化學(xué)、專業(yè)導(dǎo)論等；

專業(yè)基礎(chǔ)課包括程物理化學(xué)、電工電子、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程力學(xué)、材料力學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料研究方法、熱工基礎(chǔ)、材料腐蝕與防護(hù)、金屬、無機(jī)非金屬、高分子材料等；

公共選修課有素質(zhì)教育等多門課程；

專業(yè)選修課包括專業(yè)英語、功能材料、工程材料學(xué)、材料表面工程、材料信息學(xué)、有限元分析、金屬塑性成型工藝及過程模擬、材料科學(xué)基礎(chǔ)提高、材料研究方法提高等課程；

分層分流選修課分為兩個方向：材料制備方向及材料檢測方向，包含材料制備科學(xué)與技術(shù)、有色金屬熔煉與鑄錠、材料分析技術(shù)、無損檢測技術(shù)等課程；

大部分課程都配有實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系及內(nèi)容，同時(shí)還有本科認(rèn)識實(shí)習(xí)、課程設(shè)計(jì)等工程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

綜上所述，我校材料系的課程體系以公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和公共選修課、專業(yè)選修課、分層分流選修課、工程實(shí)踐環(huán)節(jié)為框架，涵蓋了材料的制備與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、使用性能等四個要素。

2.2 專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

實(shí)驗(yàn)中心搭建以大材料學(xué)科共同的知識和技能為平臺的實(shí)驗(yàn)室，構(gòu)建以課程基本知識——專業(yè)綜合——設(shè)計(jì)創(chuàng)新為層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。課程基本知識實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系服務(wù)于專業(yè)理論課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，即工程實(shí)踐中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分；專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系獨(dú)立于專業(yè)理論課程的平臺實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包括課程設(shè)計(jì)、材料綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）等；設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系服務(wù)于學(xué)生自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新的平臺實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

為了既滿足材料科學(xué)與工程專業(yè)工程實(shí)踐中的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)的要求，也要為材料綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高和學(xué)生自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新創(chuàng)造必要的條件，專業(yè)實(shí)驗(yàn)室分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)實(shí)驗(yàn)室。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室為物理實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。專業(yè)實(shí)驗(yàn)室則根據(jù)材料制備工藝——材料成分——材料組織結(jié)構(gòu)——材料性能結(jié)構(gòu)體系，下設(shè)分為以下幾個實(shí)驗(yàn)室：

材料制備實(shí)驗(yàn)室（負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)課程：材料制備科學(xué)與技術(shù)8學(xué)時(shí)、有色金屬熔煉與鑄錠4學(xué)時(shí)）；

材料成分測試實(shí)驗(yàn)室（負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)課程：材料腐蝕與防護(hù)4學(xué)時(shí)、材料分析技術(shù)8學(xué)時(shí)、無損檢測技術(shù)4學(xué)時(shí)）；

材料組織結(jié)構(gòu)分析實(shí)驗(yàn)室（負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)課程：材料科學(xué)基礎(chǔ)4學(xué)時(shí)、材料研究方法4學(xué)時(shí)）；

材料物理性能表征實(shí)驗(yàn)室（負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)課程：材料力學(xué)4學(xué)時(shí)、材料力學(xué)性能8學(xué)時(shí)、材料物理性能4學(xué)時(shí)）；

材料計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)室（負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)課程：材料科學(xué)基礎(chǔ)提高8學(xué)時(shí)、材料研究方法提高4、學(xué)時(shí)材料綜合實(shí)驗(yàn)32學(xué)時(shí)）；

這樣形成了相對獨(dú)立又相互聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，這種設(shè)置可以滿足材料科學(xué)與工程專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)的需要，同時(shí)規(guī)劃中充分考慮實(shí)驗(yàn)室對科研工作的支持，結(jié)合學(xué)校教師相關(guān)的科研課題，也能為材料綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)生自主設(shè)計(jì)創(chuàng)新以及科研開發(fā)創(chuàng)造必要的條件。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍建設(shè)與管理體制創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)人員及管理人員的素質(zhì)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中至關(guān)重要，同時(shí)有效的管理體制也不可或缺。為此，實(shí)驗(yàn)中心大力加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，具體措施如下：

（1）有計(jì)劃引進(jìn)高學(xué)歷的青年教師充實(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍；

（2）鼓勵青年骨干教師從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，實(shí)驗(yàn)教師及技術(shù)人員采取雙肩挑聘任制；

（3）鼓勵實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員在職攻讀博士或進(jìn)修培訓(xùn)，提高學(xué)歷層次；

（4）定期進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)觀摩及參加教學(xué)基本功比賽，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量；

（5）對于重大設(shè)備，組織專業(yè)培訓(xùn)，做到專用設(shè)備專人管理；

我校材料系現(xiàn)擁有一支高素質(zhì)、高水平的師資隊(duì)伍，是一個充滿活力、團(tuán)結(jié)向上的集體，多年獲得校級先進(jìn)集體的榮譽(yù)稱號?，F(xiàn)有教授5名，副教授2名，講師11名，包括長城學(xué)者2名，北京市優(yōu)秀拔尖人才1名，北京市優(yōu)秀教師1名，北京市中青年骨干教師多名。17名專任教師中15人擁有國內(nèi)985院校及國外名校授予的博士學(xué)位，其中專職研究生導(dǎo)師及副導(dǎo)師12人。該系所有教師都在實(shí)驗(yàn)中心兼任各實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)和管理工作，全面實(shí)現(xiàn)的雙肩挑機(jī)制，建立了一支年齡結(jié)構(gòu)、學(xué)歷結(jié)構(gòu)、職稱結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)豐富，勇于創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)隊(duì)伍。

實(shí)驗(yàn)中心實(shí)行院、系兩級管理制度。系主任負(fù)責(zé)中心的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，責(zé)任教師負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理與其他日常工作的管理。實(shí)驗(yàn)中心儀器設(shè)備、經(jīng)費(fèi)和人員統(tǒng)一管理，而實(shí)驗(yàn)教師與實(shí)驗(yàn)室管理人員相對分離，其教學(xué)質(zhì)量通過網(wǎng)上評教和教學(xué)檢查等方式進(jìn)行考核。另外，實(shí)驗(yàn)中心實(shí)行開放式運(yùn)行，特別是鼓勵中高年級本科學(xué)生、研究生，利用課余時(shí)間進(jìn)行探索性實(shí)驗(yàn)等課外科技活動，或深入教師科研項(xiàng)目，研究新實(shí)驗(yàn)及項(xiàng)目。鼓勵學(xué)生申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)、大學(xué)生科技活動等相關(guān)科研項(xiàng)目，并提供儀器和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)施及大型儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以求最大限度地提高設(shè)備的利用率，服務(wù)于教學(xué)和科研工作。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果及成果與未來發(fā)展思路

我校材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心經(jīng)過近年來的整合、優(yōu)化和發(fā)展，已建立了較為完善的運(yùn)行體系?，F(xiàn)實(shí)驗(yàn)中心總面積達(dá)600m2，現(xiàn)有和在建大型儀器近10臺，所屬儀器設(shè)備共計(jì)約400臺件，固定資產(chǎn)總值近3000萬元。實(shí)驗(yàn)中心下設(shè)有12個實(shí)踐教學(xué)與測試服務(wù)平臺和5個研究室，承擔(dān)相關(guān)3個本科專業(yè)和3個研究生專業(yè)的教學(xué)任務(wù)，開設(shè)專業(yè)課22門，學(xué)位課8門，實(shí)驗(yàn)教學(xué)課14門，基本都是相關(guān)專業(yè)的必修課程和重點(diǎn)課程，涵蓋普通驗(yàn)證類、提高類和研究類實(shí)驗(yàn)近百項(xiàng)，每年實(shí)驗(yàn)學(xué)生數(shù)達(dá)200人，年實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作量達(dá)3萬人時(shí)，全部實(shí)驗(yàn)室常年開放。近3年，實(shí)驗(yàn)中心教師指導(dǎo)學(xué)生獲得校內(nèi)科技立項(xiàng)數(shù)十項(xiàng)。曾參與科技活動的學(xué)生習(xí)成績突出、科研能力強(qiáng)，多名學(xué)生保送名校攻讀碩士學(xué)位，在進(jìn)入碩士階段學(xué)習(xí)后也能夠較快融入導(dǎo)師的科研工作。近年來，越來越多的本科生利用課余時(shí)間在實(shí)驗(yàn)中心參與科研訓(xùn)練和創(chuàng)新性實(shí)踐活動，并多次在校級、市級競賽中獲獎。2016年7月，我校本科生在材料系實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下參加全國金相技能大賽，從133所參賽高校中脫穎而出，獲得了團(tuán)體第二名的好成績，同時(shí)獲得包括“萊卡”特別獎、一等獎在內(nèi)的多個個人獎項(xiàng)。endprint

實(shí)驗(yàn)中心通過科研與教學(xué)互動，科研成果轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，不斷更新研究性、綜合設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量，成為材料科學(xué)與工程系本科生與研究生實(shí)踐教學(xué)的主要基地，也是材料系大型分析儀器科學(xué)研究的重要平臺。實(shí)驗(yàn)中心主要面向航天、軍工、電子、冶金、高端裝備制造等新材料應(yīng)用領(lǐng)域，承擔(dān)著多項(xiàng)國家863計(jì)劃、國家支撐計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等縱向課題及大量的橫向軍工課題，部分研究成果達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，所研發(fā)的多種新材料、新技術(shù)及其裝置已獲得實(shí)際應(yīng)用，累積發(fā)表高水平論文百余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利數(shù)十項(xiàng)，多項(xiàng)科研成果獲得省部級獎勵。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)中心積極與校內(nèi)外各單位建立了廣泛的聯(lián)系與合作，逐漸成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、產(chǎn)出高質(zhì)量科研成果的基地。

實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)和改革是一項(xiàng)系統(tǒng)，長期的工程，需要各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和全體教師不懈的努力。目前，我校材料科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)只是初具規(guī)模，因此，實(shí)驗(yàn)中心的建設(shè)及未來的發(fā)展需要進(jìn)一步深化改革、細(xì)化改革，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)方法與創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)室管理模式和實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍的建設(shè)等方面進(jìn)一步深入研究，牢固樹立并切實(shí)貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，構(gòu)建以“大材料”學(xué)科共同的知識和技能為基礎(chǔ)的平臺實(shí)驗(yàn)中心，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的最大功效，推進(jìn)材料學(xué)科可持續(xù)發(fā)展，為培養(yǎng)具有國際競爭能力的優(yōu)秀人才做出更大的努力，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革的總目標(biāo)。

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