油气特色的材料专业“3344”实验教学体系的构建与实践

王彦芳 石志强 何艳玲

中国石油大学(华东) 山东青岛 266580

深化高校创新创业教育改革，是推进高等教育综合改革的突破口，是加快实施创新驱动发展战略的迫切需要。高等教育应从培养计划、课程体系到课程内容都要加强学生创新创业能力的培养。《教育部关于中央部门所属高校深化教育教学改革的指导意见》明确指出，高等学校要牢固树立科学的创新创业教育理念，把创新创业教育作为全面提高高等教育质量的内在要求和应有之义，修订专业人才培养方案，将创新精神、创业意识和创新创业能力作为评价人才培养质量的重要指标[1-3]。材料学科作为各产业及社会发展的物质基础和先导，是国家积极支持发展的高技术之一。材料专业基础理论深奥复杂，必须以大量的实验探索为重要手段，才可以完成材料的制备、改性。因此，材料科学实验教学在培养材料专业本科生探索材料本质、开发新材料和解决实际生产问题的工程意识、实践能力和创新能力等综合素质方面发挥着举足轻重的作用[4-8]。

中国石油大学(华东)是一所以工为主、石油石化特色鲜明、多学科协调发展的教育部直属重点大学，是“石油科技人才的摇篮”。根据学校特色和材料学科的实际，提出了：以石油石化行业为背景，以“材料设计—材料制备—材料加工/成型—材料结构与性能—材料的工程应用”为实验教学主线，打破不同课程间的条块分割，将课程实验从理论课程中独立出来，并进行整合和扩充，单独设课，构建“三结合、三层次、四大基础实验模块、四大特色实验模块”的“3344”创新人才培养的实验教学新体系[9]。针对不同年级学生按照纵向层次化、横向模块化，创建了由基本型实验、综合设计型实验和研究创新型实验构成的实验教学平台。

1 构建“3344”实验教学体系的思路

“3344”实验教学体系以提高学生工程意识、创新意识和创新能力为总目标。在教学内容上加强专业基础实验技能训练，将传统知识与现代科学技术发展相融合，将科学研究的最新成果、工程和社会应用的成功案例融入实验教学内容。在教学体系上，重视工程意识和创新能力培养，建立科学、合理、规范的材料科学与工程实验教学体系，形成“专业基础实验—综合设计型实验—研究创新型实验”的多层次、多模块化实验教学体系，使实验教学具有系统性、高效性和科学性。在实验建设上，加强综合型实验和创新型实验建设，着重于学生动手能力、创新能力和利用专业知识解决实际问题的工程意识的培养，全面提高学生综合素质。

按照石油石化行业与地方经济对基础厚、知识新、素质高、能力强的创新型、研究型、应用型材料学科人才培养的需要，材料科学与工程系依托材料科学与工程一级学科博士点和材料科学与工程博士后流动站，国家采油装备工程技术研究中心、石油石化新型装备与技术教育部工程研究中心、中国人民解放军总装备部材料电子理论研究室和材料界面实验室和青岛市焊接与表面技术工程研究中心等平台，对实验教学理念和模式进行探索，形成面向石油石化工程，加强理论基础，提高实验技能和培养科技创新能力的“宽基础、强综合、多交叉、重创新”的实验教学新理念。

2 “3344”实验教学体系的具体内容

2.1 三结合

在实验内容设计上注重三结合。

(1)实验教学与理论教学相结合。理论教学与实验教学相辅相成。实验课是对理论课的进一步深化，是从理性认识回归到感性认识，再由感性认识上升到理性认识的螺旋式变化过程。以往理论课教师只讲理论，实验课教师只讲操作，两者较割裂。因此，打通了理论教学和实验教学的界限，教学科研骨干教师担任实验教学课程负责人，推动实验室制度建设。理论课主讲教师同时承担实验课程教学，使理论教学和实验教学不仅在形式上，而且在实质上实现有机结合，打破传统实验教学对理论教学的附属地位。

(2)实验教学与石油石化工业生产和社会应用密切结合。结合学校石油人才摇篮的优势，充分利用校内外企业的实验教学资源，拓展本科实验教学领域，围绕石油石化用材进行实验教学体系改革，以服务石油石化和地方经济建设调整实验项目，训练学生的实践能力和创新精神，增强工程意识。

(3)实验教学与科研项目相结合，提升实验教学层次。实验教学是科学研究的重要基础性环节。在实验教学过程中，将教师科研成果和先进技术融入学生实验中，使实验内容与科研项目相结合，实验方法与科学研究相结合。此类实验项目反映科学前沿领域的新成果，激发学生研究科学与热点的兴趣。科研项目体现了多科学多知识点的结合与交叉，学生通过参与科研活动，提高学生综合解决问题的能力。科学研究为实验教学服务，拓宽实验教学的内容，提升实验教学水平，发挥科学研究在实验教学的促进作用，增加学生的科研能力和创新意识。

2.2 三层次

针对不同年级，开设专业基础型、综合设计型和研究创新型三层次实验。

(1)基础型实验针对低年级学生，主要是验证型和操作型实验，对学生进行基本知识、基本概念、基本方法和基本技能的系统训练，强调学生基本知识和基本能力的培养。学生通过基础型实验项目全面训练，深化理论学习，掌握实验的基本操作方法及技能，能够进行简单数据处理和分析。

(2)综合设计型实验是介于基础型实验和创新型实验之间的实验教学活动。实验教学内容与科研、工程、社会实践密切联系，具有综合性、设计性及应用性的特点。是高年级学生在学习掌握了一定的专业知识后，针对某个具体问题，综合运用所学专业知识进行分析，设计实验方案和方法。目的在于培养学生综合应用学科知识，分析问题和解决问题的能力，加深创新思维培养。

(3)研究创新型实验是综合设计型实验的进一步延续和补充，为学生从事创新性科学研究及实践提供条件。为配合国家大学生创新实验项目的实施，积极创造条件服务创新实验项目。学生可按照自己的兴趣、特长和条件选做教师课题或申报各级大学生创新实验项目，参与科学研究。研究创新型实验以科技创新项目的研发团队和多学科创新团队为服务对象，为学生从事创新性科学研究及实践提供条件。实验内容与学科前沿、工程应用以及发明创造密切联系，强调学生自主性，侧重训练和提高学生的创新能力、综合分析和解决问题能力。

2.3 四大基础实验模块与四大特色实验模块

从材料科学与工程要素及其相互关系基本设计理念出发，打破原有的专业基础课实验、专业方向课实验和选修课实验的分散实验教学体系。围绕“知识—能力—素质—创新”的主线，建立覆盖整个材料科学与工程“设计—制备—加工/成型—结构、性能—工程应用”全流程主要内容的新实验教学体系。根据材料学科内在联系和学校实际，创建材料类专业的四大基础实验教学模块(①金相试样制备与金相学模块，②材料成分与结构分析模块，③材料性能分析模块，④材料热处理综合实验模块)和四大专业特色实验教学模块(①材料现代分析方法特色实验模块，②能源材料合成与制备特色实验模块，③石油石化表面改性特色实验模块，④石油石化用材腐蚀与防护特色实验模块)。使学生全流程参与“材料制备/合成”“材料加工/成型”“材料组成/结构/性能”“材料应用与评估”的模块化实验，培养学生综合创新思维能力，体现材料科学与工程学科群对21世纪高素质创新人才培养的要求。实验教学层次与模块化间的相互关系如图1所示。

图1 材料科学与工程实验教学体系结构图

3 “3344”实验教学体系的实施效果

经过近十年的建设与实践，材料科学与工程专业的“3344”实践教学体系在学生实践能力培养方面的优势逐渐显现。

(1)学生学习主动性和学习质量明显提高，优秀人才脱颖而出。通过“3344”实验教学体系的实施，打破了学生刻板的按照教师的指令完成实验内容的模式，学生的学习主动性和学习质量明显提高，优秀人才脱颖而出。近三年，以本科生为主要作者，在期刊上发表科技论文20余篇，申请专利40余项。每年均有同学报送到中科院金属所、清华大学、北京科技大学、西北工业大学等高校攻读硕士研究生。近三年，有2名学生的毕业论文获山东省优秀学士学位论文，11名同学获校级优秀毕业论文。

(2)学生的实践能力和综合素质得到明显提高。通过综合型、研究创新性实验项目的实施，学生参与科技竞赛、大学生实验创新项目的热情明显高涨。近3年，共参与大学生创新创业计划项目50余项，其中国家级10余项。特别需要指出的是，我们连续4年组织学生参加全国大学生金相技能大赛，共获得一等奖3项，二等奖7项，3次获得团体优胜奖。

4 结语

根据学校“服务国家重大战略，服务石油石化工业，服务区域经济与社会发展”的战略、坚持“基础认知—工程训练—综合应用—探索创新”实践教学体系的培养目标，突出实践性教学环节，优化资源配置，促进教学与科研有机结合，构建了具有浓厚石油石化特色的材料专业“3344”实验教学体系。实验教学新体系在学生工程实践能力的培养方面取得了初步成效，但仍需在实施中不断发展和完善。

[1]李国华,位会娟,张婉婷.材料专业本科生创新能力培养探索[J].实验技术与管理,2014,12(31):9-12.

[2]郭亚利,冯辉宗,穆仁龙,张鹏.以实践能力培养为核心的实践教学体系构建与实践[J].实验室研究与探索,2011(7):324-326.

[3]贾阳.材料科学与工程实验室建设与管理创新的思考[J].实验技术与管理,2015(5):268-270.

[4]金宏伟.应用型地方高校材料工程专业实践教学模式改革[J].实验技术与管理,2016(2):178-181.

[5]叶宏,麻彦龙.基于创新人才培养的材料专业实验教学改革[J].中国现代教育装备,2016(17):104-106.

[6]许建文,刘斌,顾永华,沈剑云.材料成型实验教学中心教学体系的研究[J].实验技术与管理,2015(2):167-169.

[7]崔建军,万桂怡.材料学科实验教学体系改革的思考与实践[J].实验技术与管理,2012(3):138-140.

[8]王严东,路大勇,张钰,张启忠,耿树东,宋岩.材料科学与工程专业实验教学体系的建设与思考[J].吉林化工学院学报,2015(2):67-69.

[9]王彦芳,石志强,熊伟,王引真,王炳英,何艳玲.MSE素质教育的专业实验课程体系构建[J].中国石油大学学报:社会科学版,2009(Z):162-163.