工程教育专业认证背景下功能材料专业实验教学内容改革初探
刘桂香 曹林洪 温建武 李延波
[摘 要]工程教育专业认证是高等教育国际化的必然趋势，对于我国工科学生跨国流动、促进工科学生全球就业具有十分重要的意义。在工程教育专业认证背景下，结合我校功能材料专业实验课程目前在实验内容方面存在的主要问题进行改革思考和探索。通过对功能材料专业实验课程进行实验内容优化，能激发学生的实验兴趣、提高学生的实验主观能动性、强化学生的专业基本技能、培养学生的工程设计能力和工程创新能力。
[关键词]工程教育；功能材料；实验教学；工程实践
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0036-02
一、前言
在我国的高等教育领域中，工程教育覆盖了超过90%的本科学校，工科专业布点数超过所有本科专业点数的1/3，工科专业在校生人数超过所有本科专业在校生人数的1/3。[1]可见，工程教育质量对于提高我国整个高等教育质量有着至关重要的作用。工程教育专业认证起始于20世纪初，通过认证对达到或超过既定教育质量标准的高校或工程专业给予认可，并协助院校和专业进一步提高教育质量。经过约一个世纪的发展，工程教育專业认证已成为国际上通行的工程教育质量保障制度，这也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。[2]在工程教育的学历互认方面，目前国际上有三个协议：《悉尼协议》、《都伯林协议》和《华盛顿协议》。其中《悉尼协议》是针对国际上工程技术人员学历资格的互认体系；《都伯林协议》一般是针对两年、层次较低的工程技术人员的学历互认体系；《华盛顿协议》是国际上影响力最大的四年制本科教育学位（学历）国际互认体系。
积极参与国际互认，是实现工程教育全球化战略和工程技术人员全球流动的必然选择。[3]我国从构建工程教育认证制度之初就明确把加入《华盛顿协议》作为一项重要的工作任务。加入《华盛顿协议》对于提高我国工科人才在世界的影响力和竞争力，建立国际水平的工程教育质量保障体系和教学改革机制，以及支持我国工科学生跨国流动、促进工科学生全球就业都具有十分重要的意义。[4]我国于2013年在韩国首尔召开的国际工程联盟会议上成为《华盛顿协议》的预备成员，这标志着我国的工程教育开始与国际接轨，这也意味我国工程教育面临着重大的改革。
功能材料专业实验课程是该专业本科生进行实践和创新能力培训的最重要途径之一。通过实验可以加深学生对理论知识的理解和掌握，使学生熟练掌握实验原理、方法、仪器使用、结果分析等科研工作知识和规律，从而有助于培养学生的研究能力、创新能力及解决实际问题的能力。但是，由于重理论轻实践、教学内容与社会需求脱节、培养模式单一、国际化意识不强等原因，学生学习的主动性不高、学习兴趣不浓、动手能力不强、创新能力和独立工作能力差。根据工程教育专业认证对学生实践和创新能力培养的要求，对我校功能材料专业实验课程的内容进行改革非常有必要。
二、实验教学内容模块的优化和改革
（一）功能材料专业原专业实验课程存在的问题
我校功能材料专业本科生以前需要学习的专业实验课有材料科学基础实验、材料分析测试技术（理论课内实验）、计算机在材料科学与工程中的应用（理论课内实验）、电子测量技术实验、半导体工艺试验和功能材料专业综合实验共计六门实验课程。这些为功能材料专业本科生开设的专业实验课程内容存在以下三个问题。一是虽然开设的专业实验课程数目较多，但不能体现专业实验课层次上的系统性，几乎每门实验课程中都存在很大比例的验证性实验项目或者演示性实验项目，综合性、设计性实验项目比例不足。二是实验内容滞后、缺乏创意，不能反映当代功能材料的发展现状，无法有效激发学生的实验积极性和创新性，难以满足工程教育专业认证背景下的本科工程人才培养标准。三是课程安排体现了以理论教学为主、实验教学为辅的特征，有三分之一的实验课程是理论课内实验，这些实验只是纯粹为了加深学生对某些理论知识的理解而开设的，不能很好地激发学生的实验兴趣，培养学生的实践创新能力。
（二）实验教学模块的优化
功能材料专业实验课程内容具有理论基础要求高和实践性要求强的特点。因此，首先需要排除重理论轻实践的旧观念，倡导理论教学和实验教学具有同等重要地位的新观念，然后对之前零散开设的实验课程进行有机整合，将实验课程按照学习的基本规律系统地分为两大模块：以演示性、验证性实验为主的基本专业技能培训实验模块和以综合性、设计性实验为主的创新实验模块。
1.基本专业技能培训实验模块实验内容优化
基础知识和基本技能是创新的基础和保障。要培养创新型工程应用人才，首先就需要对学生实施基本技能的训练。其目的在于加深学生对基本理论知识的理解，提高学生的实践动手能力，拓展学生对新材料、新设备、新工艺的了解。该实验模块占功能材料专业实验总内容的1/3，实验内容主要包括大型先进设备的演示以及实验室常用设备和功能材料性能检测设备的规范性操作训练。
针对一些用于科研工作的现代大型精密设备可以开设一些演示性实验项目，使学生了解这些设备的主要结构、工作原理以及在材料研究领域的用途。针对实验室常用的材料合成与制备类专业通用设备，如高温炉、球磨机、冷冻干燥机、喷雾干燥机等静压机等进行强化操作培训，使学生在了解每种设备的主要结构组成、工作原理、功能的基础上掌握每种设备的规范性操作。针对材料性能表征通用设备，如粉末多晶X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪等和功能材料性能专业检测设备，如四探针电阻测试仪、压敏电阻测试仪、热敏电阻测试仪、磁滞回线测量仪等设备进行操作培训，使学生了解每种设备的主要结构组成、工作原理、功能，掌握每种设备的操作方法，并且会利用理论知识对实验结果进行验证。
2.创新实验模块实验内容优化
学生在学习了一定的专业理论知识和完成基本的实验室专业技能培训后，就可以开始进行创新实验模块。创新实验模块能够培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力。该实验模块占功能材料专业实验教学内容的2/3，由综合设计性实验组成。
可以结合当代功能材料的发展现状和教师的科研项目，将原来孤立的、分散的实验内容通过专业综合设计性实验有机地结合起来，这样能使学生系统地掌握材料研究方法、手段及工艺过程，亲自动手，完成从材料制备、结构表征、性能检测、结果分析整个实验环节。如将原来开设的氧化物粉体制备、烧结性能实验、综合热分析实验、X射线衍射实验、扫描电子显微分析实验和压敏电阻的电性能测量这些孤立的综合性或者验证性实验项目，组合成一个大的综合设计性实验项目ZnO压敏电阻陶瓷的制备与性能表征。具体在实验过程中，给出学生实验室可用的化学试剂、材料合成与制备设备、学校范围内可提供的材料性能表征和检测设备。学生需要在理论知识和专业技能培训的基础上，查阅相关文献资料，先根据实验最终的产物要求设计出ZnO压敏电阻用粉体的制备工艺，确定粉体制备工艺参数，并对粉体产物进行性能表征；然后设计ZnO压敏电阻陶瓷的成型、烧结制备工艺，确定其工艺参数，并对陶瓷产物进行性能表征和电性能测试；最后形成实验报告，并讨论实验条件对产物微观结构的影响和陶瓷微观结构对其电性能的影响。该综合设计性实验的工艺设计、实驗参数的确定需要学生综合运用材料合成与制备技术、材料分析测试技术、材料科学基础以及功能材料等理论知识。当学生所设计的实验经过教师审查具有可行性后，学生方可利用之前掌握的基本专业技能来实施自己的实验设计方案。
与此类似，可以将教师的科研成果和手段融入实验教学当中，其他孤立的、分散的实验内容也可整合成综合设计性实验项目，如锰锌铁氧体的制备与性能表征、无铅压电陶瓷的制备与性能表征、不同方法制备的氧化物粉体的性能比较等。这些实验项目不仅能激发学生的兴趣，而且在整个实验过程中，教师只起引导的作用，这充分体现了学生是实验的主体这一工程教育专业认证的教学观点。这类实验项目能够充分调动学生的主观能动性，使学生能在完成实验任务的同时培养自己的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力。
三、结语
工程教育专业认证是高等教育国际化的必然趋势，对于我国工科学生跨国流动、促进工科学生全球就业具有十分重要的意义。本文在工程教育专业认证的背景下，结合我校功能材料专业实验课程目前在实验内容方面存在的主要问题进行了改革思考和探索。通过对功能材料专业实验课程进行实验内容优化，可以激发学生的实验兴趣，提高学生的实验主观能动性，强化学生的专业基本技能，培养学生的工程设计能力、工程创新能力，最终为国家输出国际通认的工程类人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王孙禺，赵自强，雷环.中国工程教育认证制度的构建与完善[J].高等工程教育研究，2014（5）：23-34.
[2] 张国斌.基于CDIO模式的学生实践能力的培养[J].实验室科学，2014（1）：126-131.
[3] 林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.
[4] 刘昭亚.本科院校工程教育专业认证制度研究[D].安徽：淮北师范大学，2014.
[责任编辑：陈 明]
[摘 要]工程教育专业认证是高等教育国际化的必然趋势，对于我国工科学生跨国流动、促进工科学生全球就业具有十分重要的意义。在工程教育专业认证背景下，结合我校功能材料专业实验课程目前在实验内容方面存在的主要问题进行改革思考和探索。通过对功能材料专业实验课程进行实验内容优化，能激发学生的实验兴趣、提高学生的实验主观能动性、强化学生的专业基本技能、培养学生的工程设计能力和工程创新能力。
[关键词]工程教育；功能材料；实验教学；工程实践
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2017）03-0036-02
一、前言
在我国的高等教育领域中，工程教育覆盖了超过90%的本科学校，工科专业布点数超过所有本科专业点数的1/3，工科专业在校生人数超过所有本科专业在校生人数的1/3。[1]可见，工程教育质量对于提高我国整个高等教育质量有着至关重要的作用。工程教育专业认证起始于20世纪初，通过认证对达到或超过既定教育质量标准的高校或工程专业给予认可，并协助院校和专业进一步提高教育质量。经过约一个世纪的发展，工程教育專业认证已成为国际上通行的工程教育质量保障制度，这也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。[2]在工程教育的学历互认方面，目前国际上有三个协议：《悉尼协议》、《都伯林协议》和《华盛顿协议》。其中《悉尼协议》是针对国际上工程技术人员学历资格的互认体系；《都伯林协议》一般是针对两年、层次较低的工程技术人员的学历互认体系；《华盛顿协议》是国际上影响力最大的四年制本科教育学位（学历）国际互认体系。
积极参与国际互认，是实现工程教育全球化战略和工程技术人员全球流动的必然选择。[3]我国从构建工程教育认证制度之初就明确把加入《华盛顿协议》作为一项重要的工作任务。加入《华盛顿协议》对于提高我国工科人才在世界的影响力和竞争力，建立国际水平的工程教育质量保障体系和教学改革机制，以及支持我国工科学生跨国流动、促进工科学生全球就业都具有十分重要的意义。[4]我国于2013年在韩国首尔召开的国际工程联盟会议上成为《华盛顿协议》的预备成员，这标志着我国的工程教育开始与国际接轨，这也意味我国工程教育面临着重大的改革。
功能材料专业实验课程是该专业本科生进行实践和创新能力培训的最重要途径之一。通过实验可以加深学生对理论知识的理解和掌握，使学生熟练掌握实验原理、方法、仪器使用、结果分析等科研工作知识和规律，从而有助于培养学生的研究能力、创新能力及解决实际问题的能力。但是，由于重理论轻实践、教学内容与社会需求脱节、培养模式单一、国际化意识不强等原因，学生学习的主动性不高、学习兴趣不浓、动手能力不强、创新能力和独立工作能力差。根据工程教育专业认证对学生实践和创新能力培养的要求，对我校功能材料专业实验课程的内容进行改革非常有必要。
二、实验教学内容模块的优化和改革
（一）功能材料专业原专业实验课程存在的问题
我校功能材料专业本科生以前需要学习的专业实验课有材料科学基础实验、材料分析测试技术（理论课内实验）、计算机在材料科学与工程中的应用（理论课内实验）、电子测量技术实验、半导体工艺试验和功能材料专业综合实验共计六门实验课程。这些为功能材料专业本科生开设的专业实验课程内容存在以下三个问题。一是虽然开设的专业实验课程数目较多，但不能体现专业实验课层次上的系统性，几乎每门实验课程中都存在很大比例的验证性实验项目或者演示性实验项目，综合性、设计性实验项目比例不足。二是实验内容滞后、缺乏创意，不能反映当代功能材料的发展现状，无法有效激发学生的实验积极性和创新性，难以满足工程教育专业认证背景下的本科工程人才培养标准。三是课程安排体现了以理论教学为主、实验教学为辅的特征，有三分之一的实验课程是理论课内实验，这些实验只是纯粹为了加深学生对某些理论知识的理解而开设的，不能很好地激发学生的实验兴趣，培养学生的实践创新能力。
（二）实验教学模块的优化
功能材料专业实验课程内容具有理论基础要求高和实践性要求强的特点。因此，首先需要排除重理论轻实践的旧观念，倡导理论教学和实验教学具有同等重要地位的新观念，然后对之前零散开设的实验课程进行有机整合，将实验课程按照学习的基本规律系统地分为两大模块：以演示性、验证性实验为主的基本专业技能培训实验模块和以综合性、设计性实验为主的创新实验模块。
1.基本专业技能培训实验模块实验内容优化
基础知识和基本技能是创新的基础和保障。要培养创新型工程应用人才，首先就需要对学生实施基本技能的训练。其目的在于加深学生对基本理论知识的理解，提高学生的实践动手能力，拓展学生对新材料、新设备、新工艺的了解。该实验模块占功能材料专业实验总内容的1/3，实验内容主要包括大型先进设备的演示以及实验室常用设备和功能材料性能检测设备的规范性操作训练。
针对一些用于科研工作的现代大型精密设备可以开设一些演示性实验项目，使学生了解这些设备的主要结构、工作原理以及在材料研究领域的用途。针对实验室常用的材料合成与制备类专业通用设备，如高温炉、球磨机、冷冻干燥机、喷雾干燥机等静压机等进行强化操作培训，使学生在了解每种设备的主要结构组成、工作原理、功能的基础上掌握每种设备的规范性操作。针对材料性能表征通用设备，如粉末多晶X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱仪等和功能材料性能专业检测设备，如四探针电阻测试仪、压敏电阻测试仪、热敏电阻测试仪、磁滞回线测量仪等设备进行操作培训，使学生了解每种设备的主要结构组成、工作原理、功能，掌握每种设备的操作方法，并且会利用理论知识对实验结果进行验证。
2.创新实验模块实验内容优化
学生在学习了一定的专业理论知识和完成基本的实验室专业技能培训后，就可以开始进行创新实验模块。创新实验模块能够培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力。该实验模块占功能材料专业实验教学内容的2/3，由综合设计性实验组成。
可以结合当代功能材料的发展现状和教师的科研项目，将原来孤立的、分散的实验内容通过专业综合设计性实验有机地结合起来，这样能使学生系统地掌握材料研究方法、手段及工艺过程，亲自动手，完成从材料制备、结构表征、性能检测、结果分析整个实验环节。如将原来开设的氧化物粉体制备、烧结性能实验、综合热分析实验、X射线衍射实验、扫描电子显微分析实验和压敏电阻的电性能测量这些孤立的综合性或者验证性实验项目，组合成一个大的综合设计性实验项目ZnO压敏电阻陶瓷的制备与性能表征。具体在实验过程中，给出学生实验室可用的化学试剂、材料合成与制备设备、学校范围内可提供的材料性能表征和检测设备。学生需要在理论知识和专业技能培训的基础上，查阅相关文献资料，先根据实验最终的产物要求设计出ZnO压敏电阻用粉体的制备工艺，确定粉体制备工艺参数，并对粉体产物进行性能表征；然后设计ZnO压敏电阻陶瓷的成型、烧结制备工艺，确定其工艺参数，并对陶瓷产物进行性能表征和电性能测试；最后形成实验报告，并讨论实验条件对产物微观结构的影响和陶瓷微观结构对其电性能的影响。该综合设计性实验的工艺设计、实驗参数的确定需要学生综合运用材料合成与制备技术、材料分析测试技术、材料科学基础以及功能材料等理论知识。当学生所设计的实验经过教师审查具有可行性后，学生方可利用之前掌握的基本专业技能来实施自己的实验设计方案。
与此类似，可以将教师的科研成果和手段融入实验教学当中，其他孤立的、分散的实验内容也可整合成综合设计性实验项目，如锰锌铁氧体的制备与性能表征、无铅压电陶瓷的制备与性能表征、不同方法制备的氧化物粉体的性能比较等。这些实验项目不仅能激发学生的兴趣，而且在整个实验过程中，教师只起引导的作用，这充分体现了学生是实验的主体这一工程教育专业认证的教学观点。这类实验项目能够充分调动学生的主观能动性，使学生能在完成实验任务的同时培养自己的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力。
三、结语
工程教育专业认证是高等教育国际化的必然趋势，对于我国工科学生跨国流动、促进工科学生全球就业具有十分重要的意义。本文在工程教育专业认证的背景下，结合我校功能材料专业实验课程目前在实验内容方面存在的主要问题进行了改革思考和探索。通过对功能材料专业实验课程进行实验内容优化，可以激发学生的实验兴趣，提高学生的实验主观能动性，强化学生的专业基本技能，培养学生的工程设计能力、工程创新能力，最终为国家输出国际通认的工程类人才。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 王孙禺，赵自强，雷环.中国工程教育认证制度的构建与完善[J].高等工程教育研究，2014（5）：23-34.
[2] 张国斌.基于CDIO模式的学生实践能力的培养[J].实验室科学，2014（1）：126-131.
[3] 林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.
[4] 刘昭亚.本科院校工程教育专业认证制度研究[D].安徽：淮北师范大学，2014.
[责任编辑：陈 明]
