材料专业留学生阶梯式实践课程的教学实践

许佳丽， 吴文华， Ftemeh ZABIHI， 朱 蕾，朱冰洁， 施镇江， 陈文萍， 马 骏

（东华大学a.材料科学与工程学院；b.材料科学与工程国家级实验教学示范中心；c.科学技术研究院，上海 201620）

0 引 言

近年来，随着经济全球化进程的不断加快和我国综合实力的迅速增加，教育国际化成为我国高等教育发展的必然趋势和紧迫要求，特别是2013年习近平总书记提出“一带一路”合作倡导以来，来自“一带一路”沿线国家的留学生规模稳步扩大，生源国数量不断增加，学习层次逐步提高［1-3］。这些国家大多数属于发展中国家和新兴市场国家，对工业和经济发展有强烈渴望，因此留学生中有相当一部分选择理工类专业，并希望学成归国后服务于本国的经济和科技发展［3-4］。而对于肩负留学生教育责任的高校来说，培养一批具有国际视野、专业基础扎实的高素质国际人才，为“一带一路”政策顺利实施提供人才保证和智力支撑。这是我国高等院校走向国际化的一个重要契机，也是对国际化人才培养能力提出了全新挑战。

我校自1954年开始招收留学生，是我国最早招收留学生的院校之一，至今已为140多个国家培养了万余名留学生［5］。作为一所以纺织、服装、材料、贸易为特色学科的学校，每年招收大量的留学生攻读材料、纺织等相关专业。实践教学是工科人才培养过程中的重要环节，在培养学生的动手能力、实践能力和综合素质方面发挥着重要作用［6-7］。材料科学与工程专业是一门实践性很强的学科，因此，实践教学对于材料专业人才培养尤为重要。但在实际开展留学生实践教学过程中，受语言、文化、师资等众多因素的制约，导致留学生实践教学质量难以大幅提升。

我校材料科学与工程国家级实验教学示范中心（又为材料学院仪器设备公共平台，以下简称“实验中心”）致力于探索材料类专业留学生的实践课程和教学模式，以留学生的学习需求为出发点，利用实验室优质教学资源，搭建材料测试分析技术学习平台，使留学生有机会接触先进的测试方法和手段，提高动手能力和实践技能。自2016年设立材料专业留学生“阶梯式”培训课程以来，实验中心为全校来自巴基斯坦、苏丹、乌干达、也门等10余个“一带一路”沿线国家的100多名留学生开展了140次的仪器设备培训课程，累计参加课程的留学生近1 000人次，授课对象涵盖了学校的材料学院、纺织学院、化工学院等多个工科学院的留学生。在留学生实践类课程教学中的经验和体会，总结教学过程中存在的问题，从实践课程建设的必要性和可行性入手，结合“互联网＋”在线教学平台［8-9］，通过设计课程内容、优化培训方式、建立师资队伍、完善课程评估等举措，探索构建了“阶梯式”的培训课程体系，旨在提升留学生实践教学质量，打造品牌专业课程，同时也为工科专业留学生的其他实践教学积累经验。

1 材料专业留学生实践教学中存在的问题

材料的分析测试是研究材料科学的重要手段，留学生需要系统地了解现代各类材料测试方法，掌握不同仪器的基本原理、结构及图谱分析，并在科学研究中灵活应用，但在实际的留学生教学中发现普遍存在以下几方面问题。

（1）留学生专业基础参差不齐。留学生大多来自不同国家，有着不同的政治、经济、文化和教育背景，造成了留学生之间专业基础差距悬殊［10-11］。有些跨专业攻读材料专业硕博学位的留学生，他们的专业基础相对更差。总体来说，在专业知识的储备方面，留学生是远远低于国内本科生的水平，因此，在留学生实践教学中照搬我国学生的教学内容和教学形式是不适宜的。比如，在材料的热分析实验中，需要留学生掌握关于聚合物玻璃化转变、结晶、熔融等高分子物理的理论知识，但有些留学生对这些概念是不够清晰的，更谈不上热分析测试的实践经历；有些留学生虽有过相关的实验经验，但是使用的仪器比较陈旧，技术相对落伍。

（2）留学生动手能力相对欠缺。材料分析测试是一门对实践能力要求较高的课程，学生需要利用所掌握的理论知识解决实际问题，通过该课程的学习可以为将来的科研工作打下基础。在我校材料学院本科生的实践教学中设计了大量的实验训练，旨在让学生巩固所学的理论知识，将知识和技能运用到实际问题，提高发现问题、分析和解决问题的能力。而留学生对分析测试的动手能力是远不能达到科研要求的，而且对实验的安全意识也较为薄弱［12］。留学生动手能力欠缺主要由于以下3方面原因：①大多数留学生在国内本科阶段没有进行过系统性的实验训练；②留学生教学课程中相对缺乏实践类课程的设置；③留学生缺少平台锻炼动手能力。

（3）缺乏适合留学生的实践课程及实验教材。材料的分析测试能力是留学生亟须掌握的专业技术，而在现有课程设置中，针对留学生材料分析测试的实践课程却几乎空白。留学生对专业实验的学习可能仅通过自学或者课题组同学、导师的传授，缺乏系统性的学习，且接触的测试技术较为有限。此外，材料分析测试实验课程没有现成的指导教材，原版英文教材的编写只适用于其本国国内的教学需要［13］，而不是针对在华留学生编写，而且原版英文教材信息量大，对于专业基础知识薄弱的留学生，采用这类材料容易造成教学内容的脱节，而中文的实验教材又不适用于留学生教学。要开展实践教学，任课教师不得不花费大量的时间和精力自行编写难度适中、内容全面的指导教程，这也加大了开展实践课程的难度。

（4）语言交流障碍偏大。留学生主要来自巴基斯坦、苏丹、乌干达等亚非国家，英语并不是留学生的第一语言，虽然留学生具有良好的英语听读能力，但英语发音带有浓厚的口音，不易听懂［14］。在实际教学中多采用英语教学，但英语对于师生双方均非母语，交流互动存在一定的困难。有些知识点晦涩难懂，要清楚解释出相关概念，有时候需要借助PPT、多媒体视频、动画才能阐述清晰；此外，仪器设备结构和应用讲解中还会涉及到很多生僻的专业名词，例如原子力显微镜的测试实验中，仪器构造和操作较为复杂，既要准确讲解各个部件作用和注意事项，又要便于留学生理解和掌握。全英文授课对教师的综合素养提出了很高的要求，不仅要具备良好的英语口语表达能力，同时也要具备较高的专业水平。

（5）留学生学习习惯差异较大。留学生的学习习惯和我国学生有较大差异。在前几年的培训课程开展中发现，留学生对课堂纪律重视不够，时间观念不强，出入课堂随意，迟到现象较严重［13］。与此同时，还必须尊重留学生的风俗和习惯，例如有一部分留学生是穆斯林，每天有固定时间段需要祷告，每年还有斋月活动，在课程开展的时间上需要尽量避开相关时间段。另外，课堂中留学生具有思维发散、气氛活跃的特点，愿意与教师交流互动，课堂提问多且千奇百怪，不像我国学生做到目标明确，重点突出，总体上留学生对知识点理解不够透彻。因此，在教学方式上，不能完全套用我国学生的教学经验，需要采取适合留学生的教学模式和方法。

2 留学生“阶梯式”培训课程体系的构建

2.1 课程体系建设的必要性和可行性

鉴于在留学生培养过程中出现的问题，亟须推动材料类专业留学生的实践教学。针对当前留学生知识基础和实践能力存在差异化的特点，建立多层次渐进式的实践培训课程，采用不同的课程进展模式、不同层次的课程内容，既填补留学生实践训练的空白，又帮助留学生做好专业实践学习的过渡和衔接。鉴于留学生学习特点和文化语言等客观因素，探索适合留学生的实践教学模式，创新教学方法，提高留学生动手能力和实践能力。依托我校纤维材料改性国家重点实验室，根据留学生专业学习需求和学科特色，利用实验室优质教学资源，遵循“基础-专业-尖端”的课程建设思路，构建了“阶梯式”的培训课程体系（见图1）。结合“互联网＋”在线教学平台，通过线上线下混合式的教学手段，探索符合“一带一路”留学生发展需求的培养模式。

图1 “阶梯式”培训课程体系

2.2 构建课程体系框架，打造特色培训课程

“阶梯式”培训课程体系主要在材料通用测试实验（第1层次基础）、专业测试实验（第2层次专业）以及大精尖仪器测试实验（第3层次尖端）3方面进行构筑，共计24项实验课程（124学时），见表1。

表1 “阶梯式”仪器设备培训课程体系

针对留学生受教育水平、动手能力参差不齐的情况，开展第1层次通用测试培训课程，侧重于材料基础测试实验，主要包括材料的光学性能（偏光显微镜）、力学性能（万能试验机、单丝／复丝纤维强伸度仪）、热分析（差示扫描量热仪、热重分析仪）、光谱测试（红外光谱、荧光光谱、拉曼光谱、紫外光谱）等共12个实验项目。此类实验中采用了用于科研以及教学的进口仪器，大部分的仪器单价超过了10万元，良好的硬件条件让留学生既能学习到材料专业最常用的测试技能，又能够掌握当今世界先进的测试方法，为留学生日后的科研工作打下良好的基础。

针对掌握良好专业理论知识和具备一定操作基础的留学生，开展第2层次专业实验培训，在第1层次的课程基础上拓展测试内容，侧重于材料专业中经典实验及特色实验。目前，新材料的开发越来越注重多学科的交叉融合，除了常规通用的测试手段外，各类新材料的功能表征测试需求日益增加。对此，第2层次课程中主要涵盖了荧光材料分析表征（荧光显微镜）、材料界面分析表征（全自动视频接触角测量仪、光学轮廓仪）、材料电位及粒径分析（纳米粒度及zeta电位分析仪）、材料微型加工及表征仪器（微型共混仪、微型注塑机、毛细管流变仪、动态热机械分析仪）等共8个实验。其中，材料微型加工设备由实验中心老一辈教师自主研发，具有鲜明的专业特色，在教学和科研中发挥了重要作用［15］。微型设备能在确保实验安全的同时，让留学生自主操作，深入探究材料的制备过程。

针对具有科研经历且实践技能良好的留学生，开展第3层次大精尖仪器的实验培训，注重培养留学生微观结构的测试及性能分析，主要包括扫描电子显微镜、X射线衍射仪以及原子力显微镜共3种大型精密仪器。材料的应用往往取决于材料性能，性能好坏又往往和材料的结构有密切联系，以上3种仪器在结构、形貌、性能等方面的表征中有广泛的应用，是在科研中必不可少的测试手段，但相对于1级和2级培训内容，该阶段中仪器的原理复杂、操作要求高、学习难度大、培训周期较长，即便是国内学生也需要在长期的培训和实践中，才能上机操作，现将仪器培训向留学生开放，使其有机会独立操作大精尖仪器，并结合自身科研需求自主测样，极大地提升了留学生的实践能力和分析能力。

2.2 因材施教自编课件，开展线上线下混合式培训模式

通常专业实验的教材内容以语言文字为主，晦涩难懂、枯燥无味，实验教学效果欠佳。为增强学习效果，在全英文培训课件的筹建过程中，由表及里、由浅入深地介绍仪器构造、原理、运用、样品准备及注意事项等，并辅以大量精美的示意图等穿插于课件中，以循序渐进为原则进行图片的排列组合，达到感性认识和理性认识的结合，增强留学生的学习趣味。课件内容不仅参考材料分析测试相关英文书籍、文献资料以及网络检索资料，还结合实际运用中得到的测试谱图加以分析和解释。比如纤维强伸度仪测试实验中，介绍国际国内不同的测试标准，采用不同纤维的对比测试，让留学生更深入了解各种纤维材料的力学性能差异。

传统的培训模式通常是以老师为中心，老师单向灌输、学生被动接受，而且大多基于现场一次教学，学生学习效果不理想，更缺乏动手操作的机会［16］。对此，实验中心实施“线上线下”相结合的培训新模式（如图2），提供多元化的学习方式，拓宽留学生学习维度，调动学生的积极性，释放他们的学习热情。将培训课程录制成视频上传至在线学习网站［8-9，17］，留学生可提前预习培训课程内容，结合线上自主学习情况、学习兴趣、科研需求及时间安排，灵活选择相应的小班化线下培训课程。线下课程的培训人数一般不超过10人，小班化培训给予留学生更大的动手实训力度，确保培训质量。同时，鼓励留学生自带样品，在培训过程中即可上机测试样品，并可与老师共同探讨学习数据分析。2020年全球新型冠状病毒肆虐，大多数留学生被困在国外，线上资源让留学生的实践学习保持常态化。相对于以往的一次现场学习，线上培训课件可让留学生重复学习，更好地掌握相关知识；而教师则成为学生自主学习的引导者和推动者，大大减少了在课堂上重复讲解和演示操作的时间，留出更多精力进行针对性、个性化指导。

图2 线上线下相结合的培训模式

2.4 多措并举，促进师生间有效沟通

语言畅通、沟通无障碍是保证知识得到有效传递的基础。专业实验课程中涉及到的专业词汇较多，概念抽象不易表达，教师能否与学生顺利沟通和交流是提升教学质量的关键。实验中心采取了多种手段和途径，不断增强与留学生的交流。①邀请青年教师和外籍教师共同参与，增强教师队伍活力。结合留学生的学习特点，在教学过程中多采用启发式、互动式、讨论式的教学模式，加深留学生对专业理论知识的理解程度，促进提升实践操作技能。②建立多元化的培训队伍，全方面提升培训质量。除了专职教师外，邀请仪器设备研究生助管，协助指导留学生实践操作，同时邀请高年级留学生担任课程助教，参与到低年级留学生的培训课程，以“老带新”的方式传递知识。③在课堂中适当穿插简单易懂的中文，活跃课堂气氛，体现中国特色。对留学生采用单一的全英文教学并不一定能获得最佳的教学效果，适量中文讲解不仅会吸引留学生的注意力，也将知识讲授、技能传授和语言训练有机融合为一体。④利用现有便捷的社交应用，增强留学生课下与教师的交流互动。建立留学生交流QQ群、微信群、网站交流区等互动方式，随时掌握留学生学习动态，收集建议、要求和改进意见，优化培训方案，提高培训质量。

2.4 建立合理的考核体系，科学评价培训效果

培训考核评价是直接反映留学生学习效果的必要途径，是提升学习动力的有效手段。完善培训考核评价体系，体现以能力培养为导向的评价指标，增加学生实践教学的过程要素，从出勤情况、实验态度、实验安全、实验操作、书面报告等5个方面进行考核，真正发挥实践类课程特点，充分调动学生学习热情。评价指标和对应分值占比如图3所示，合理科学的评分体系在一定程度上规范了留学生的实验习惯和学习方法。自将出勤情况、实验态度纳入考核内容后，学生迟到率有了很大程度的减少，时间观念明显增强，以分数评定的方式促使留学生在学习过程中，端正学习态度，重视实践操作。同时，为进一步鼓励留学生积极参与培训课程，激发留学生学习兴趣，切实提高实验操作技能，实验中心对完成培训课程体系且表现优异的留学生颁发仪器设备培训课程结业证书及仪器设备操作证书。两类证书的颁发制度，规范了整个培训流程，减少留学生对待培训课程的随意性，不能不按要求“不请自来”，也不能无视规则“想来就来，想走就走”。

图3 培训课程体系考核指标及比重

3 实施与成效

自2016年设立开展材料专业留学生“阶梯式”培训课程体系以来，实验中心已为全校来自巴基斯坦、苏丹、乌干达、也门等10余个“一带一路”沿线国家的100多名工科专业留学生，开展了140次的培训课程，累计参加人数近1 000人次，课程授课对象涵盖了我校材料学院、纺织学院、化工学院等多个工科学院的留学生。从学生的反馈信息来看，培训课程体系使留学生获得坚实和广泛的知识面，提高了留学生在解决具体问题中的实践能力和动手能力，已有超过1／3的留学生发表了学术论文。通过各类实验仪器、操作技术的讲解，加深了留学生对专业基础知识的理解，为将来的科研工作奠定了良好的专业基础；线上线下相结合的培训模式增强了留学生自主学习的能力，提高了学习的主动性和学习兴趣，促进了理论与实践的结合，受到了留学生的普遍认可；多元化的培训教师队伍，建立了师生间的有效沟通，促进了实践课程的教学质量；合理科学的评分体系在一定程度上修正了留学生的实验习惯和学习方法，充分调动了学生学习热情。

4 结 语

经过4年多的探索与实践，“阶梯式”的培训课程体系取得了一定的教学成效。实践表明，实践类课程的开展有助于培养留学生实践能力、分析能力、以及理论联系实际的能力。随着留学生实践教学研究的深入，未来结合“互联网＋”的线上线下培训模式仍需要进一步完善和改革，不断加强课程资源建设，致力于形成材料专业留学生仪器培训课程开展的长效机制，打造留学生品牌专业课程，提高留学生实践教学质量，培养符合生源地国家需求的优秀留学生人才。