无机非金属材料工程专业实验教学体系整体优化的研究与实践

世行贷款21世纪初高等理工科教育教学改革项目无机非金属材料工程专业实验教学体系整体优化的研究与实践总结报告一、项目改革的背景、思路材料是当代社会经济和科学技术发展的四大支柱之一。我国高等院校担负着为国家经济建设培养材料科学与工程专业高级人才的重要历史使命。几十年来，我国的材料类专业高等教育发展迅速，特别是在20世纪末的改革浪潮中，材料类专业的教学改革也取得了很大的进展。但从整体看，已进行的教学改革研究中，对理论课程体系改革力度较大，而对实验教学课程体系的研究还远远不能满足现代工程教育、创新人才培养的需要。材料科学从主体上来说是一门实验科学。专业实验在培养学生探索材料本质、开发新材料和解决实际生产问题的综合素质和能力方面发挥着举足轻重的作用。因此研究并形成适合我国材料学科发展人才需求的、与改革后理论课程体系相配套的科学、完整的实验课程体系已势在必行。1996年，我校作为主持单位之一参加了教育部面向21世纪高等工程教育改革计划中“材料类专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究”项目，2000年通过国家鉴定。至此确立了面向一级学科专业立足二级学科专业的办学思路，并初步形成了新的“无机非金属材料工程专业教学计划”。为进一步深化教学改革，强化对学生的工程素质培养，确立与新理论教学体系相适应的实验课程体系，特提出“无机非金属材料工程专业实验教学体系整体优化的研究与实践”课题，并于2000年8月正式被教育部获准立项。该项目旨在巩固深化已取得的教学成果的同时，进一步对拓宽后的无机非金属材料工程专业的实验课程体系进行整体优化，改革实验教学方法，在专业实验教学中强化学生的能力和素质培养，探索新专业实验室的管理运作模式，实现其高效良性运作。二、项目研究、实践的情况项目根据材料科学与工程学科的特点，针对原有人才培养模式中工程实践训练的不足，确立无机非金属材料工程专业实验教学目标。项目针对实验课程体系的研究，实验教学方法和手段改革，“实验中心”管理运行模式探索等内容，全面实施了无机非金属材料专业实验教学改革。构筑了无机非金属材料工程专业实验教学新体系，出版了“无机非金属材料实验”教材及CAI课件，公开发表了36篇的教学改革研究论文，出版了“材料科学与工程专业教学改革研究与实践”论文专集，探索出材料专业实验室实施开放性和综合性实验教学的途径和方法。在建设过程中，该项目提出的实验课程体系，通过“试点——总结——扩大试点——总结——全面推广”的阶段，积极稳妥的在96级至99级4届材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业等18个班中实施。2003年，该实验体系又在2000级无机非金属材料工程专业6个班推广实践，至9月项目成果通过国家教育部项目结题验收，已累计有24个班644名学生参与改革实践。实践表明：通过项目的实施，教师教育理念得到转变，实验课程体系得以完善，实验教学方法和教学手段得到更新，实验室建设与管理水平得到提高，学生的专业实践能力和综合素质得到提高。2004年10月，项目研究成果通过全国高等教育研究中心组织的鉴定，鉴定委员会认为：项目研究与实践有创新、有突破，学生收益面较广，体现了高水平、高起点的特点。研究成果对国内高校专业实验改革具有很好的辐射和借鉴作用，研究成果在同类项目中达到国内领先水平。三、项目主要成果简介1、确立无机非金属材料工程专业实验教学目标通过对国内几十所高校及用人单位的广泛调研，认为：21世纪材料类专业人才必须具有良好的综合素质，必须通晓材料的制备与加工、组成与结构、性能与应用的材料科学与工程的全面知识，应具备开拓和创新精神，具备较强的适应社会发展的能力。由此确定无机非金属材料工程专业实验教学目标是：掌握材料科学与工程学科基础知识，兼顾材料科学家科学研究和材料工程师工程实践的综合需要，培养学生自主创新意识，锻炼学生动手能力和独立思考问题与解决问题的能力。2、新的无机非金属材料工程专业实验课程体系新的无机非金属材料专业实验课程体系，在与学科基础课配套设置物理实验、实验化学、电工与电子技术实验的同时，对原附属于理论课的实验内容进行全面整合，同时为拓宽专业实验内涵，强化工程能力训练，增设了粉体工程实验、材料制备与性能实验、材料研究与测试技术等课程实验内容，优化后形成了由材料工程实验（含粉体工程实验、热工工程实验、流体力学实验）、材料科学基础实验、材料制备与性能实验（含公共基础实验、专业选修实验），材料研究与测试方法等课程组成专业实验课程体系。调整后的无机非金属材料专业实验教学结构发生了根本变化，突出了培养材料工程师和材料科学家应具备的“材料研究”、“材料制备”和“材料生产”的基本能力的训练，实验学时比例大幅度增加。体现了加强学生综合能力，创新能力，主动实践能力的培养思路，实现了对学生的专业基础训练和专业综合能力训练。根据新课程体系设计思路，在实验教学中，改革传统工科专业将“专业基础实验”、“专业实验”教学完全分开的做法，在实验教学大纲制订中，将专业基础实验和专业实验融合为一体，避免交叉重复，形成更为合理的专业实验教学理论与实践体系，同时加大了对过去陈旧的、演示性、验证性实验项目的整合力度，以学生为主体，开发了一批设计性、综合性实验项目。3、无机非金属材料实验教材2002年6月由化工出版社出版。该教材按现代无机非金属材料研究与生产的总体需要选择了54个实验项目，根据专业的特点，把一些实验性质和实验内容相近的项目进行归类、调整，形成以原燃料质量测试研究、材料形成规律分析、材料性能测定为主线的比较科学的实验系列。教材出版后，受到专家较高评价，其理论体系被许多高等院校所关注。4、无机非金属材料专业实验多媒体课件该课件2003年6月由化工出版社出版。它的出版发行，填补了我国“无机非金属材料实验”教学课件的空白。为运用现代教学手段，改革传统的实验教学模式，提高实验教学水平和质量创造了必要条件。课件将录像和动画技术结合起来，通过录像展示实验仪器的操作方法，通过FLASH动画展示实验原理及实验过程中的细小变化，便于学生理解，具有很好的可视性和一定的先进性。课件不仅对教材中所述及的实验原理、实验设备、实验方法的理解与掌握起到了很好的辅助教学作用，而且对教材中的实验项目也进行了必要的增补，由原54个实验项目增至56个，反映的信息量大，实用性强。该课件由材料学院、艺术学院、学校电视台联合开发，设计有创意，制作质量高。课件采用模块化设计，分三级菜单完整体现无机非金属材料实验课程体系，使用者可以在三级目录中随意切换。5、教学改革实践成果在实验教学改革与实践过程中，我们收集96级、97级、98级、99级、2000级、2001级无机非金属材料专业实验调查资料及学生体会4本，整理典型实验报告6本，完成实践报告1份。本项目实验教学内容的改革重点在于对综合性、设计性实验内容的规划，在于对开放性的实验教学方法、科学的专业实验成绩评价方法研究探索，特色在于材料工程实验平台、材料科学公共基础实验平台、专业选修实验平台课程的实施。我们按照各种材料的制备、性能测试的系统性去安排实验，并根据各种材料的研究需要去体现实验的综合性，让学生系统地理解所开实验的目的意义、原理，掌握实验方法，掌握材料生产质量控制和科学研究基本技能，提高分析问题、解决问题的能力。在实践中，我们还进行了专业实验课程成绩的评价指标和方法的研究，提出以重知识运用、动手能力培养为主的思想。对实验数据处理及结果分析，则按实验性质进行分类，提出写综合实验报告、设计型实验报告的要求。6、实验教学基地的建设与科学管理根据学科建设的需要，学校对硅酸盐材料工程教育部重点实验室、材料复合新技术国家实验室、材料研究及测试中心进行了大幅度投入，同时对无机非实验材料中心进行建设，由此为无机非金属材料专业实验提供了强大的基地支撑。自1998年开始，学校先后增专项300万元，实现了无机非金属材料实验中心设备资源的优化重组，实验条件明显改善。目前，无机非金属材料实验中心已有各类仪器设备600多台套、总价值达450多万元，已初步形成了一定规模。每年能接纳近300位本科生专业实验和200名本科生、研究生的学位论文实验。已成为我校实施材料科学与工程专业本科生教学培养的重要实验基地，同时也已为全国材料类专业实验室的建设提供了很好的示范作用。实验中心还进行了开放实验室运行模式探索；在积极提高实验中心实验技术人员素质的同时，发挥我校材料学科优势，跨院系引入高职称的专业课教师参与实验教学，以改善实验教学队伍知识结构，提高实验教学水平。根据实验教学需要，我们将教学改革与实践经验、科研成果有机结合，创新开发与研制了20台套实验设备，并在满足自身教学需求的同时，成功向兄弟院校推广，为拓展项目成果和促进实验中心自身发展奠定了很好基础。四、项目成果推广及应用情况本项目针对无机非金属材料工程专业，研究并实施的全方位了实验教学改革，其成果不但对武汉理工大学其他专业实验教学改革产生示范作用，而且已通过无机非金属材料类专业教学指导委员会幅射到有无机非金属材料工程专业的高等院校。自2003年9月项目结题后，本实验体系2003年、2004年分别在武汉理工大学2000级、2001级材料科学与工程专业12个班推广实施，又有575名学生参与实践，取得很好教学效果。2003年，本专业本科生参与发表论文56篇，涉及人数73人。2004年，该专业本科毕业生，获湖北省优秀学士论文一等奖2项，二等奖2项，三等奖1项，获湖北省大学生科技成果一等奖、二等奖、三等奖各1项。同时实验教学改革思路也被推广到其他材料类专业，并在2003级教学计划中得到全面体现。2003年10月该项目成果在无机非金属材料类专业教学指导委员会年会上重点进行了交流，有56所学校代表参加，对相关学科、专业或学校的产生积极影响。本项目成果不仅满足了本校实验教学的需要，而且还满足了全国其他兄弟院校材料专业实验教学的需要。已有南京大学、中南大学、福州大学等40多所学校教师到无机非金属材料实验中心参观学习，出版的《无机非金属材料实验》教材，已在中国地质大学等高校销售2786册，“无机非金属材料实验多媒体课件”，已在重庆大学等12个高校销售13套。研制和开发的实验设备已在河海大学等11所高校推广54台套。五、项目成果的优势与特色项目成果的优势与特色主要体现在下面六个方面：1、研究内容系统而全面，在全国高校同类专业中独树一帜。本项目以无机非金属材料工程专业拓宽为契机，以实验教学思想的转变为动力，以大幅度提高本专业学生的综合素质及能力为根本目标，对原有专业实验课程进行整合优化的同时，在实验室管理运作模式、多媒体实验教学课件开发、综合性和设计性实验规划等多方面，协调一致地进行了全方位改革，力图探索一条符合中国特色的专业实验教学改革之路。这样全面系统地改革一个专业教学实验是我校历史上前所未有的，在全国高校同类专业中也是独树一帜的。2、《无机非金属材料实验》教材和CAI课件的配套出版，填补了我国“无机非金属材料实验”教学课件的空白。为运用现代教学手段，改革传统的实验教学模式，提高实验教学水平和质量创造了必要条件。3、开设的设计性、综合性实验项目交叉、综合、启发性强,具有创新性。本项目在教学内容的组织上，将专业基础实验和专业实验融合为一体，将传统的单项实验法与新型的多项实验组合法相统一，注重设计性、综合性实验项目的开设，形成由材料工程实验平台、材料科学公共基础实验平台、专业选修实验平台课程组成的特色实验体系。教材中把实验分为三类，即传统实验、综合实验和设计型实验，是教学、生产、科研相统一的最佳模式，这种结合具有创新性。4、项目研究和实践过程中，在探索开放性的实验教学方法，考试方法改革和实验设备的开发，以及发挥学科实验基地优势、跨院系组织实验教学等方面均体现出明显特色。5、取得的实验改革成果全面而系统，为成果推广创造了条件。项目构筑了无机非金属材料工程专业实验教学新体系，配套出版了高质量的专业实验教材和多媒体课件，研制成功经济实用的配套实验设备，同时探索出材料专业实验室实施开放性和综合性实验教学的途径和方法，为全国的材料专业实现全面系统