材料科学与工程专业实验教学体系的建设与思考

王严东，路大勇，张 钰，张启忠，耿树东，宋 岩

(吉林化工学院材料与工程学院，吉林吉林132022)

近年来，国内高校材料科学与工程专业的教学改革一直得到迅猛的进步发展，所以材料科学与工程专业实验体系也应该与时俱进，及时更新［1］。因此具有独到特色的材料科学与工程专业建设就成为一般本科院校专业建设的重要内容。

一、应用型人才培养模式构建

2012年教育部对本科专业目录进行了调整，材料类(0804)下设“材料科学与工程(080401)”、材料物理(080402)、材料化学(080403)等八个本科专业［2］。由于材料科学与工程在学科目录中为一级学科，该专业的专业方向设置既可以偏理论研究也可以偏向工程实际，需要办学高校自行按照个性化要求设置。因此，材料科学与工程专业在国内高校出现了办学方向多样化的方式。

材料科学与工程专业素质教育体系主要通过系统的专业理论课程学习、专业实验教学和实习、实践课程来实现。课堂教学是专业教育的主体，非重点普通本科院校主要培养应用型工程师，因此的专业课程教学要向工程应用型靠拢。应用型教学能够提高学生专业实践素质、获得基本理论联系实际的思想方法，培养学生今后学习其他知识的能力。专业实验教学主要包括专业方向实验和课程设计，还要根据相应材料生产企业建立实习教学基地开设认识实习、生产实习等实践教学课程。培养具有创新意识的应用型材料工程技术人员［3-5］。

应用型材料科学与工程专业的建设要立足于工程实践意识，侧重材料生产工艺、产品开发测试应用，培养产品过程控制的工程技术人员［6-8］，有别于研究型和教学研究型大学。

二、材料科学与工程实验教学体系

(一)专业实验体系构建

材料科学与工程专业学科交叉性较多、综合性强，新型教学模式应该强调理论在实践应用中的相关性和综合性，建设相应的专业实验课程教学体系。专业实验题目的应反映本校自身的办学特色，应该能够体现应用型材料学专业特点，培养学生基本实验操作技能和初步的工程应用能力，使学生在本科阶段建立工程意识。

我们在无机材料方面的科研成果教学转化比较成功，打造无机材料研究特色鲜明的专业实验:包括粉末的水热合成、冷压陶瓷技术、固相反应合成、X射线衍射(XRD)、晶体结构计算、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的微结构观察、介电温谱测定、铁电体电滞回线的测定等。

(二)专业实验课程体系的具体设置

针对材料科学与工程实验课程体系，从基本技能训练、验证型、综合设计型和开放创新型4个实验层次来设置和调整实验项目及内容。

学生进入大一下学期开始进行材料学专业的基本技能训练，主要以基本的物理、化学实验为主，锻炼学生对于基本仪器设备的使用，了解实验室的基本规则。如化学的玻璃器皿加工、酸碱滴定、天平的使用等基本操作。

基础验证型实验主要是为了加深学生在课堂上学习的理论知识的印象，验证材料学理论知识的相关定理和基本概念，具有一定的实验操作技能，该层次主要通过设置的“材料科学基础实验”课程实现。如固相反应、溶胶凝胶、金属热处理、结晶等方面的实验题目。

综合设计型主要是提高综合分析及解决问题的能力，重点是深化和拓展理论教学的内容。该层次主要通过设置“材料化学实验”和“材料分析测试实验”课程实现。学生对于制备的材料进行不同的分析测试手段进行测试，了解制备工艺对材料电学性能、力学性能等方面的影响。如:铁电材料钛酸钡的制备及性能测试实验中，要求学生利用不同方式制备钛酸钡样品(固相反应、溶胶凝胶等)，控制不同条件反应过程来获得多个样品，然后进行介电常数、XRD、拉曼光谱、SEM等手段测试物理性能。使学生对于材料相变、铁电转化、软模等知识内容有着直观认识。

开放创新型培养学生的创新意识和能力，让部分有兴趣的学生的学生参加全国“挑战杯”竞赛和参与教师科研项目等活动，让学有余力的学生参与创新实验项目和科研项目，为学生的毕业论文和毕业设计做准备。按照材料科学与工程专业的个别人才培养定位在创新型“工程师”的要求，选拔优秀的学生直接参与“无机固体功能材料”领域的高层次科研项目，在材料合成技术、现代测试技术、计算机技术、学术研究等方面培养部分学生的动手能力和自信心，发表高水平科研论文，为部分学生的考研继续深造和到高新技术企业工作打好基础，做到人才培养与科研成果双丰收。

三、鲜明特色的专业课程和专业实验

确保材料科学与工程专业所需要的综合性人才培养的理论课程设置大类材料的基础知识，统筹和优化课程内容，避免重复，确保绝人才培养定位在应用型“基础工程师”的综合性人才［9-12］。材料科学与工程专业的多门专业课程中的教学内容交叉严重，如晶体结构以及缺陷在《固体物理学》以及《材料物理系》的重复讲授。需要多门课程教师进行集体教学研究，交流和沟通，按照课程的先后和教学规律，进一步优化教学内容。

突出重点，将无机材料方面研究的科研成果融入到理论课程教学中，我们在无机固体功能材料研究领域的科研成果显著，许多研究成果都可以融入到教学体系中，如钛酸钡陶瓷的固态相变、固态扩散、显微结构、缺陷化学研究等等，涉及XRD、SEM、EPR、RS等多种测试技术。这些现实的数据在教材中极其缺少，它们在教学中的融入将极大地增强学生的认知能力，更加突出人才培养的无机特色。

结合本系教师的科研优势，结合国家自然科学基金项目建设，设计与创新无机特色专业实验。利用在高介电陶瓷材料研究领域基金项目的优势，以及材料科学与工程研究中心数百万元的先进科研设备，将多种无机材料的合成、制备技术、和材料评价技术方面的多项先进的科研技术进行教学化，设计与创新多个无机特色专业实验。如(A)《X射线衍射》与样品鉴定;(B)《X射线衍射测定陶瓷材料的晶格常数》:利用材料中心制备的样品的X射线衍射衍射数据，采用美国MS Modeling软件进行晶体结构计算，同时运用Sma4、Excel、Word、txt软件，充分培养学生的计算机能力和理论与材料分析相结合的实践能力;(C)《原子力显微镜》实验是学生认识材料微观结构的高技术实验，实验内容是寻找适合探针的高密度、高光滑度的陶瓷和薄膜;(D)《陶瓷材料的介电常数的测定》;(E)《铁电体电滞回线的测定》寻找适合实验的高密度、高抛光度、高介电、高铁电的陶瓷和薄膜;(F)《晶体缺陷的EPR技术确定》;(G)《珍珠粉的鉴定》;(H)《拉曼光谱对珠宝玉石的鉴定》等。

四、结 语

材料科学与工程专业实验体系经过几年来的摸索和实践，在我院取得了较好的教学效果，缩短了课堂教学与科研、生产实际的距离，巩固和提高了基本实验技能，加深了学生对所学专业理论知识的掌握和理解。同时也锻炼学生理论联系实际、学以致用的能力，提高了学生对本专业的认识和兴趣。但总体来讲，由于专业综合实验的发展在我国高等院校基本还属于探索阶段，所以需要不断地研究与完善。材料科学与工程专业实验建设是一项系统工程，涉及到实验教学的方方面面，因此还需要在实验教学理念、实验教学模式和实验教学体系等方面进一步深化改革，提高实验教学水平。

［1］ 杨明波.材料科学与工程实验教学示范中心建设的思考与实践［J］.实验技术与管理，2008，25(10):97-100.

［2］ 中华人民共和国教育部高等教育司.普通高等学校本科专业目录和专业介绍［M］.北京:高等教育出版社，2012.

［3］ 王章忠，皮锦红，巴志新.材料科学与工程专业应用型人才培养的思考［J］.南京工程学院学报，2007，7(1):37-40.

［4］ 温路新，王胜武，邵鑫，等.材料科学与工程专业实验体系的建设［J］.聊城大学学报，2004，17(1):100-101.

［5］ 王严东，胡勇，王显德.应用物理学专业课程体系的改革与实践［J］.吉林化工学院学报，2013，30(4):59-61.

［6］ 李侃社，周安宁，周岭梅.材料科学与工程专业人才培养方案和课程体系研究［J］.煤炭高等教育，2001(5):44-45.

［7］ 郝红元.材料专业实验教学改革初探［J］.中北大学学报:社会科学版，2006，22(3):91-92，96.

［8］ 张婕，牛骁，张钟彦，等.综合型实验教学改革的实践与探讨［J］.实验室研究与探索，2007，26(2):103-105.

［9］ 庄志军，苏显春.地方工科院校学生实践创新能力培养途径的研究与实践［J］.吉林化工学院学报，2012，29(2):61-63.

［10］钱大益，孙建林，刘云，等.材料实验教学示范中心建设的启示［J］.实验技术与管理，2009，26(5):114-117.

［11］王国强，吴敏，陆庆，等.研究型大学实验教学创新平台的构建［J］.实验室研究与探索，2007，26(8):66-68.

［12］杨通，范新会，王正品.材料类专业实验课程体系的改革［J］.实验室研究与探索，2004，23(10):71-80.