摘要：文章首先从优化实验场地及教学资源，加大开放共享力度，提高设备利用率；合并相似实验模块，提供多样化实验选择，促进学生综合能力提升；增加体现专业特色的实验项目，提高实验内容与专业培养目标的契合度三个方面论述了专业认证背景下高校材料类专业实验教学改革方案，然后说明了专业认证背景下高校材料类专业实验教学改革效果。

　　关键词：实验教学；材料类专业；专业认证；高校

　　2016年6月，中国成为国际本科工程学位互认协议—《华盛顿协议》的正式会员。2017年，教育部、财政部、国家发展改革委印发《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法（暂行）》，标志着我国高等教育国际工程教育专业认证（以下简称“专业认证”）和“双一流”建设的稳步推进。相关举措的出台促使高校人才培养体系和培养手段发生根本性变化，最终导致“以产出为导向”的专业认证理念深入各个教学环节，而以“持续改进”为内涵的教学质量提升也已成为高校发展的必由之路[1-2]。

　　按照《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《高等教育专题规划》的指示精神，高校应着重培养创新型、实用型、复合型人才，为社会和经济发展服务[3-4]。因此，能否拓宽学生的知识面，提高学生的综合能力与素质，以及解决实际问题的能力，成为高校培养人才的衡量标准。目前，社会主义市场经济和当代科学技术发展对材料类人才的需求发生了改变，即既要具有较宽的知识面和坚实的专业基础，又要具有特色鲜明的解决实际工程问题的能力，故而创新思维、探索精神和实践动手能力的培养成为材料类专业人才培养的重要方向和目标。支撑培养环节的实验教学能够把抽象的理论知识具体化，激发学生创新探索欲望，是串起理论和实践环节的重要手段，有助于学生对理论的深入理解，在培养学生动手能力、科研创新能力和探索求知精神等方面都具有不可替代的作用，是实现素质教育和创新人才培养不可缺少的重要组成部分。

　　随着高等教育的发展和专业认证理念的推进，作为人才培养重要环节的实验教学已不能满足新形势下教育发展的需要。硬件方面，实验台套数不足，实验场地面积紧张；软件方面，实验项目数量不足，同质化严重，实验项目对专业认证指标点要求的支撑不够。尤其是近年来各高校人才引进数量不断增加，对科研的重视度持续提升，相对而言，本科教学经费投入减少。主要体现为积攒学科建设经费用于购买大型科研仪器设备，本科专业的经费投入力度不大。由于科研用房的紧张，科研场地逐渐占据本科实验教学场地。同时，各专业实验室在建设初期按照传统思维分布，实验室相互独立，实验类型相互借鉴，在实验项目设置上存在严重的同质化问题，对培养目标中专业化应用型人才的培养支撑不够。另外，在本科教育成为通识教育的大趋势下，学生的专业知识面存在不足，严重影响了学生的就业选择。因此，在全国高校极力推进专业认证的背景下，实验教学改革迫在眉睫。

　　陕西科技大学材料科学与工程学院（以下简称“学院”）已连续有三个专业通过认证，专业认证通过率为75％，在实验教学改革方面积累了较为丰富的经验。近年来，学院通过材料类专业实验室建设与实验教学改革试点，从以下方面进行实验室工作整改：按照实验室功能划分实验区块，打乱原有的按照专业的实验室设置，合理配置实验仪器设备，并对大型仪器设备进行科学管理和开放共享，以助力学院本科专业及学科发展；整合现有实验课程内容，将相似或相近的实验模块合并，增设材料性能检测与分析实验，增强学生实验自主选择性，并加强材料的性能表征测试与专业培养目标的契合度，以求推动应用型工程人才的全面培养及发展。鉴于此，以下将对专业认证背景下高校材料类专业实验教学改革方案加以论述。

　　一、专业认证背景下高校材料类专业实验教学改革方案

　　（一）优化实验场地及教学资源，加大开放共享力度，提高设备利用率

　　专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，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。针对材料类专业人才培养需求，建设适应工程教育专业认证标准的实验室，是培养达到行业认可的既定质量标准要求的工科专业毕业生的首要要求。根据专业认证关于实验教学的要求，实验设备台套数需满足3人一组的要求，才能有效锻炼学生实践操作能力，从而满足毕业要求。而按照学生实验课程体系设置，每次进入实验室的学生数以每班30人计，则实验过程中每一环节的设备台套数需有10台以上[5-6]。各专业如果按照传统思维建设实验室，则需要在设备台套数和实验室面积方面投入大量的经费。而对于实验室而言，实验室设备只用于本专业实验教学，会导致设备利用率不高，造成较大的教学资源闲置与浪费。尤其是各专业实验室重复建设现象严重，限制了实验项目的创新与发展。同时，实验设备维护和管理方面的综合性管理人员缺乏专业性。因此，需打破传统实验室建设思维，优化整合现有各专业实验室的设备和场地等教学资源，成立本科实验教学中心，使其服务于材料类专业的实验教学，从而解决实验教学设备台套数不足、实验场地紧缺的问题，同时提高实验设备的利用率和实验室管理的规范性。

　　为此，学院基于专业认证指标要求，对各专业实验中涉及材料制备、材料性能测试和材料功能应用等项目所需设备与场地进行分析核算，按照材料制备、材料性能测试和材料功能应用等不同功能模块整合并优化现有实验教学资源的配置，划分实验区域，搭建实验平台，布置相关实验设备，从而提高了实验教学场地使用率及仪器设备的利用率。经过规划整合，现已形成材料科学与工程学院本科实验教学中心，其中包含无机非金属（玻璃）专业实验室、无机非金属（陶瓷）专业实验室、材料化学专业实验室、材料物理专业实验室、纳米科学与技术专业实验室5个专业实验室；材料科学基础和结晶矿物学2个专业基础教学实验室；湿化学制备、金相分析、高温热处理、光刻及显像技术4个材料制备实验室；功能薄膜涂层性能、电化学性能、半导体物理性能、光电性能、力学机械性能5个理化性能测试实验室。实验教学中心的管理采用“主管教学副院长—中心主任—专业（系）副主任—实验教师”的多级管理方式，可实现任务分解，责任明晰，有利于快速有效地解决各种实验室管理及实验教学中出现的问题。专职实验教师队伍建设与现代实验室的管理水平密切相关，对提高实验的教学效果和促进师生科研项目顺利进行有显著影响。为此，实验教学中心还根据实际情况制定了实验技术人员上岗、考核等相关制度，明确其主要承担教学仪器设备的使用、改造和维护，以及实验室的清洁管理等工作。

　　为进一步提高设备使用频率和利用率，学院加大了本科专业实验室的开放力度，凡是在本科实验教学时间范围外，本科实验教学中心的仪器设备都参与院级开放共享，本科生参与国家大学生创新性实验计划项目、“挑战杯”全国大学生系列科技学术竞赛、全国大学生金相技能大赛及完成本科毕业论文，以及研究生科研工作均可使用。实验教学场地采用以实验室专职教师管理为主、使用人管理为辅的双层管理模式，按照“先申请后使用，谁申请谁负责”的原则，统筹规划实验室仪器设备的合理使用、开放共享、安全运行及保养维护等工作，从而有效地提高了仪器设备的利用率、可靠性和使用寿命，降低了故障率，保证了实验教学设备的良好运转和科研工作的顺利进行，为培养创新型、实用型、复合型材料类专业人才打下了坚实的基础[7]。

　　（二）合并相似实验模块，提供多样化实验选择，促进学生综合能力提升

　　目前，材料类专业开设的实验项目较为单一，且多为验证性实验，缺乏系统性，很难将材料“组成—结构—性能”三者的固有关系全面“灌输”给学生，致使学生创新思维不强，分析与解决实际问题的能力不足。传统的实验课程一般都是让学生按照实验指导书的方法和步骤准备实验仪器，按照固定方法开展实验，学生只需记录数据、绘制表格，按部就班地完成实验项目即可，这样既不能使学生完全了解实验过程和原理，也限制了学生独立思考能力的提升，使得学生的动手能力得不到培养。同时，各高校材料类专业的实验设置同质化现象严重，学生可选的实验项目较少。由此导致不同专业学生相互抄袭实验报告，学习主动性不够，缺乏独立思考和创新思维，动手能力和分析解决问题的能力比较欠缺。因此，各高校需打破传统实验思维模式，合并相似实验模块，给学生提供让其参与设计、分析与总结的综合性实验。落实到具体举措上，教师需要减少验证性实验，增加参与性实验和设计性实验，并增设选做实验，给学生提供多样化的实验选择。同时，教师还要采用开放式的管理模式，并以引导和点拨为主，使学生全程参与实验项目，真正做到实验前学生设计并准备、实验过程中学生自主进行实验、实验结束后学生对实验结果进行系统分析，从而掌握材料“组成—结构—性能”的关系，促进学生综合能力的提升[8]。

　　基于此，学院要正确认识实验教学的目的及其在人才能力培养中的作用，改变传统的以教师为主导的实验教学形式，在实验教学过程中坚持“以学生为中心”，建立多层次、模块化、系统化的开放式实验课程体系，赋予学生更多的选择权和主动权，让学生根据自身专业兴趣和实际能力进行主动的、探究性的学习，从而将知识的传授和综合素质能力的培养有效结合起来，培养学生进行科学研究和解决复杂工程问题的创新精神、协作精神、思维能力和实践能力，从而达到工程教育专业认证的要求[9]。

　　具体实施时，将各专业实验项目中近似的环节合并归类，同时设计多种制备方案供学生选择。由此，学生不受自己专业限制，可根据自己的专业特色及个人自身的能力特点，自主选择并设计材料的制备工艺方案。随后，学生经指导教师审查通过后进入实验室实施实验。实验完成后，还要求学生归纳、总结、对比不同实验方案，提出实验中遇到的问题并进行分析，探究解决问题的方法[10-13]。

　　在实验课程的考核环节，可通过细化考核指标的方式让学生对实验项目进行归并、对实验结果进行深入探讨，提出新见解、新发现，实现新突破，总结出实验创新之处。具体而言，在设置考核指标时，除了纳入实验报告，还应该纳入实验操作过程中学生的表现。通过自主选择实验内容、设计实验方案、完成实验过程及对实验深入思考，更有助于培养学生的创新思维意识，提高实验教学效果。此外，针对部分具有较强创新意识和动手能力的学生，可以为其提供更加个性化的实验方案选择，促进其能力的进一步提升。此外，还可进一步借助虚拟仿真实验室和网络平台，引入国内外专业领域的最新技术与方法，从而开阔学生的知识视野，促进教学效率提升。

　　（三）增加体现专业特色的实验项目，提高实验内容与专业培养目标的契合度

　　目前，各高校材料类专业设置的实验项目多数为几届学生传承下来的，能够体现现代科学的实验项目比较少，如很少有高校的学生实验项目涉及XED、SEM等材料基本结构的表征与分析，实验系统性不强。另外，由于材料测试系统成本较高，各高校较难设置材料测试系统的分析实验，导致实验项目设置与专业契合度不高，不能体现专业特色。对此，各高校需更新实验项目，增设能够体现现代科学的材料类实验项目，加强实验内容与专业培养目标的契合度，强化对学生专业技能的培养。落实到具体举措上，需要先分解材料类专业的培养目标，以明晰专业培养目标对实验教学的要求，然后据此有针对性地增加材料类实验项目，以提高实验内容与专业培养目标的契合度。

　　为此，学院各专业要在深入研究材料类专业培养目标的基础上，提炼不同专业的特色，遵循“专业—学科”耦合的原则，在实验设置过程中合理规划，注重对功能的优化，明确专业实验项目对教学培养目标的支撑作用，增加与其专业培养目标相适应的实验教学模块，分专业开展材料性能测试和功能应用等实验项目教学。基于材料类专业的培养目标，一般可增加的体现专业特色的实验项目主要涉及以下三类：材料组织分析检测类、材料加工及性能检测类、材料选用综合类。如材料物理专业综合实验中的半导体陶瓷性能测试实验模块，可在制备得到TiO2或ZnO2粉体或块体材料后，对其进行介电、电导率、半导体特性等性能测试，偏重材料的半导体物理特性及其应用研究，与专业认证要求相适应；而材料化学专业综合实验中的薄膜涂层的制备及性能模块，则可在制备得到TiO2膜或颗粒材料后对其进行表面形貌观测、光吸收性能、光催化性能、结晶性等的表征测试，重点关注材料的形貌及理化性能的分析，这与该专业的培养目标相适应。通过这样的方法，进一步针对不同专业方向体现各专业特色，可增强专业实验项目的针对性，强化对学生复杂工程问题的认识和解决问题能力的培养，使其达到毕业要求。

　　二、专业认证背景下高校材料类专业实验教学改革效果

　　（一）功能化配置实验场地及教学资源，解决了实验场地紧缺和实验设备台套数不足的问题

　　学院对实验场地和教学资源进行功能化整合后，各实验室功能明确，将原有各专业的材料制备相关设备集中在一起，解决了各专业实验台套数不足的问题。实验小组的划分由原来的5人一组变更为2人一组，能够满足专业类实验3人一组的设备台套数要求。这也是学院连续三个材料类专业通过专业认证的一项重要举措，曾连续多次受到认证专家的一致好评。同时，整改后的实验室能够满足材料类不同专业的材料合成要求，即以共性功能平台为基础设定实验教学中心，承担不同专业的实验项目，提高了实验室的使用率和设备利用率，便于开展开放创新性实验。另外，功能实验室的建立，将原有的实验室面积980平方米压缩到540平方米，且整合后的实验室空间增大，解决了实验室面积紧张、利用率不高的问题，同时其能够按照功能设定相关的实验室管理人员，便于对实验室进行规范、高效、专业的管理。目前，学院的实验教学中心已成为能够满足材料类专业开展实验教学和科技创新活动的服务性平台，为材料类专业教学提供了重要支撑。

　　（二）优化实验项目，提高了学生实验选择多样性，增强了学生专业知识广谱性

　　通过实验室硬件整合调整，进一步优化了材料类专业实验项目，从原有的实验设计、材料制备、性能检测转化为材料设计、材料制备方法选择与工艺设计、材料的结构分析与和材料性能检测与分析，帮助学生构建了材料“组成—结构—性能”的关系模型，提高了学生分析解决问题的能力，增强了学生的工程意识。实验设置方面，新增了24项材料制备与性能检测实验项目，能使学生在设计实验过程中，了解多种材料制备方法，有效提升了学生实验兴趣，同时较为全面系统的材料性能测试手段也增强了学生专业知识的广谱性。明确可供选择的实验项目对专业培养目标的支撑，使得实验实践教学知识与课堂专业知识实现了相互呼应，便于学生对专业知识的理解与应用，为学生进入企业工作奠定了基础。近年来，材料类专业学生多数在大型新材料企业就业，就业质量明显提升。同时，这一实验改革也提升了学生的科研探索兴趣，促使学院考研上线率大幅度提升，2020—2023年连续三年考研上线率超过55％。

　　三、结语

　　材料学科的发展离不开实验室的相关工作。专业认证标准也使实验室建设面临机遇和挑战，使其成为一项长期而艰巨的重要任务。学院以工程教育专业认证和国家“双一流”建设目标为导向，着眼于所在区域和自身的发展需求，充分认识到实验室建设与“双一流”建设间的紧密关系，明确实验室作为创新人才培养基地、科学研究和社会服务平台的重要性，通过合理规划布置场地、仪器设备开放共享、实验教学内容设置调整等多方面工作的落实，加强和改进了实验室的管理和运行，提高了仪器设备的开放率和共享率，并有效调动了学生的实验积极性和主观能动性，为推动材料学科发展、本科工程教育人才培养，实现教育战略目标提供了重要支撑和保障。随着实验室和实验课程建设在实践中的不断完善，实验室必将在学生培养方面发挥更大作用。同时，这些措施也为本校其他专业或其他高校的材料类专业的实验教学资源和实验课程教学的改革与创新提供了一些可行和可借鉴的经验。

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