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探討建設面向全校開放的材料科學與工程實驗教學平臺論文
材料是人類文明的物質基礎，應用非常廣泛，人們的衣食住行都離不開材料。但是材料如何分類、如何辨別、又是如何制備的，對很多人來說都很陌生，“隔行如隔山”成為一種相當普遍的現(xiàn)象。高等教育的綜合化是各國教育改革的主要內容。廈門大學作為綜合性大學，倡導不同領域、不同學科、不同學派觀點的交流、滲透。實驗教學可幫助學生感受、理解知識的產生和發(fā)展過程，學習和掌握必要的工程技術、測量方法、先進設備和科學的基本研究方法，培養(yǎng)學生收集、處理信息和分析問題、解決問題的能力。因此實驗教學對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神有著不可替代的作用。
廈門大學材料科學與工程實驗教學中心(以下簡稱“材料實驗教學中心”)是材料學院的專業(yè)基礎教學實驗室。經(jīng)過七年多的建設，已初具規(guī)模，初步建立了包括材料合成、材料加工與制備、材料熱處理、材料組成與結構表征、材料性能測試五大類實驗室，為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才提供堅實的保證。2012年，材料實驗教學中心成為“國家級專業(yè)實驗教學示范中心”建設項目之一。如何使材料實驗教學中心不僅服務于材料學院，同時為廣大師生和地方經(jīng)濟做貢獻，全面提升實驗中心的示范輻射作用一直是該中心考慮的重要問題。
1 以學生為本構建多學科、多層次的實驗教學體系
程專業(yè)是國家級特色專業(yè)和福建省專業(yè)教學改革試點專業(yè)。現(xiàn)有國家級精品課程1門，福建省精品課程2門，福建省教學名師2人，福建省教學團隊2個。基于當前高新技術對于材料學科的廣泛需求，材料實驗教學中心在建設之初就規(guī)劃構建一個面向全校的材料實驗教學公共平臺。該平臺針對不同學科、不同層面的學生，以“課程套餐”形式推出高級套餐(A)、中級套餐(B)以及初級套餐(C)3個層次的實驗課程組。課程套餐A—專業(yè)實驗課程，適合于本專業(yè)的本科生和部分外專業(yè)考入我院的研究生;課程套餐B—材料基礎實驗課程，適合于相近專業(yè)(如化學、化工、建筑、計算機、機電等理工科)的本科生;課程套餐C—材料通識實驗課程，適合于全校各專業(yè)，包括文科和藝術類學生。
1.1 課程套餐A：全程化、三層次、一體化的專業(yè)實驗教學
為適應國民經(jīng)濟與社會發(fā)展對材料專業(yè)人才的需求，材料學院將實驗課與理論課分離，建立全程化、三層次、一體化的專業(yè)實驗教學體系。全程化是指從一年級開始，實驗教學貫穿始終，4年不間斷;三層次是指實驗教學內容分為基礎層次、綜合層次和創(chuàng)新層次;一體化是指實驗教學與科研平臺一體化。
課程套餐A已順利運行9年，由專業(yè)基礎實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗組成。專業(yè)基礎實驗由9個實驗91個實驗項目組成，涵蓋材料合成、材料加工、材料熱處理、材料物理性能、材料力學性能、材料分析測試等內容，學生根據(jù)專業(yè)方向特點修學其中的54～60個實驗(必修)。綜合實驗由高分子材料、生物材料、金屬材料以及無機非金屬材料4個方向組成，每個方向分別提供3個較成熟的前沿研究小課題，共組成12個綜合實驗模塊，每個學生選擇兩個不同方向的模塊進行修習，每個模塊均包含材料制備、樣品制備、性能表征以及論文寫作等方面，全面提高學生的綜合實驗能力和分析能力。創(chuàng)新實驗包括院級、校級、省級、國家級、區(qū)域級以及國際級多個層次，每個項目期為1～2年。院級的“天生我才”創(chuàng)新實驗由學有余力的大一學生跟導師充分溝通后提出申請，經(jīng)過專家評審給予資助，項目期為2年，參與學生數(shù)約占總招生數(shù)的30%～45%。對于通過中期檢查的優(yōu)秀項目，則推薦參與“廈門大學基礎創(chuàng)新科研基金”“廈門大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃”、福建省或全國大學生“挑戰(zhàn)杯”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽等，促進學生自主創(chuàng)新興趣和能力的培養(yǎng)，提高學生的實踐能力。
1.2 課程套餐B：學科間交叉和融合的基礎實驗教學
隨著學科的發(fā)展，學科間的交叉、融合和相互借鑒的趨勢越來越占主導地位。材料學科是與化學學科、生命學科、能源學科、物理學科、計算機學科等緊密交叉和聯(lián)系的學科。材料學院學生在學期間除了修習本院開設的理論課程和實驗與實踐課程外，還必須修習校內多個學院開設的理論課程和實驗與實踐課程，包括計算機基礎、C程序設計基礎、無機化學、分析化學、無機及分析化學實驗、大學物理、電子技術、電工與電子技術實驗、機械制圖、大學物理實驗、物理化學、物理化學實驗、有機化學、有機化學實驗、機械制造實訓、電氣實訓、電子與工藝實訓等課程，為他們在今后的工作和學習中的創(chuàng)新奠定堅實基礎。同樣，其他相關學院的學生也需要了解與本專業(yè)相關的材料學科的理論和實驗與實踐知識。材料實驗教學中心開設的套餐B實驗課程，根據(jù)這些學科的特點，挖掘材料與各學科的結合點，整合實驗內容，為這些學科開設菜單式的材料類基礎實驗教學課程，包括材料科學基礎實驗、材料工程基礎實驗、材料分析及測試基礎實驗。通過相關學科間的相互學習和交流，提高學生各學科知識間的融會貫通，有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。同時有利于相關學科充分利用現(xiàn)有實驗資源避免重復建設，使有限的實驗教學資源發(fā)揮更大的共享程度和規(guī)模效益。
1.3 課程套餐C：科普與創(chuàng)新兼顧的通識實驗教學
課程套餐C面向全校包括文科和藝術類所有專業(yè)學生開放，包含材料通識基礎實驗和材料設計創(chuàng)新實踐兩個層次。
(1)材料通識基礎實驗層次。該實驗課程的設置有講究，必須兼具知識性、實用性、趣味性、藝術性和可操作性強的特點。如生活與藝術中的材料學實驗系列實驗課程，包含有趣味陶瓷工藝品制備實驗、趣味記憶合金工藝實驗、寶石鑒賞實驗、3D打印與生活等不同模塊的內容，學生可以根據(jù)自己的興趣點和開課時間選擇相應的模塊修學。該實驗課程的開設吸引了包括英語、金融、工商管理、會計、美術、物理、化學、計算機、建筑等院系學生的參與，反響熱烈。通過科普型的通識實驗課程，培養(yǎng)他們分析問題和解決問題的能力，以及嚴謹?shù)目茖W態(tài)度;同時讓學生了解日常生活中常見的各類材料是如何制備、如何加工，又是如何鑒別的。
(2)材料設計創(chuàng)新實踐層次。通過舉辦“廈門大學材料設計大賽”“全國大學生材料設計大賽”等創(chuàng)新實踐活動，吸引全校各專業(yè)甚至是全國的大學生參與。“廈門大學材料設計大賽”已成功舉辦5屆，每年的主題不一樣。在“變廢為寶”創(chuàng)新實踐中，各參賽隊通過積極利用生活中的廢棄材料設計出一個個精美藝術品或實用產品;在“瘋狂的雞蛋”中則指定用30根吸管現(xiàn)場制作護蛋裝置，挑戰(zhàn)一個生雞蛋落地的不碎高度和裝置的簡潔度。“全國大學生材料設計大賽”偏向材料及相關專業(yè)的大學生，根據(jù)給定的主題展示材料的特殊性能。如“形狀記憶合金材料”主題中，主要考慮材料的形狀記憶能力或超彈性，同時兼顧作品的觀賞性;“熱塑性聚合物基導電復合材料”主題中，則主要考慮材料的斷裂強度和導電性，觀賞性較佳的作品可酌情加分。通過多層次的趣味性競賽活動，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
2 以能力培養(yǎng)為核心 構建符合培養(yǎng)創(chuàng)新型人才要求的實驗教學模式
材料實驗教學中心在完成實驗教學任務的同時，積極做好實驗室的開放工作，給大學生科技創(chuàng)新和開放實驗項目提供支持，給碩士研究生和博士研究生的課題研究和培養(yǎng)提供便利條件，同時結合地方企業(yè)的需求開展聯(lián)合企業(yè)需要的人才。
2.1 建立教學科研協(xié)同發(fā)展的實驗教學模式
材料實驗教學中心依托的材料學院，現(xiàn)有教育部高性能陶瓷纖維重點實驗室、福建省防火阻燃材料重點實驗室、福建省特種先進材料重點實驗室、福建省固體表面涂層材料技術開發(fā)基地、福建省陶瓷纖維工程技術研究中心、福建省高校生物醫(yī)學工程重點實驗室、福建省高校特種陶瓷重點實驗室、廈門市高性能金屬材料重點實驗室、廈門市生物醫(yī)學工程技術研究中心、廈門市防火阻燃材料重點實驗室、廈門大學生物醫(yī)學工程中心、廈門大學材料設計與應用工程研究中心等12個部、省、市重點實驗室、工程研究中心和技術開發(fā)基地，科研力量雄厚，但存在科研實驗室面積擁擠，基礎實驗儀器設備配備不足的問題，不利于碩士研究生和博士研究生的培養(yǎng)。實驗教學中心則擁有相對寬敞的實驗空間、基礎儀器設備臺套數(shù)充裕的優(yōu)勢，但高精尖端的儀器設備匱乏，不利于學生創(chuàng)新課題和開放課題的開展。材料學院一貫堅持重點實驗室和實驗教學中心“一體化” 的發(fā)展模式，打通教學科研實驗室壁壘，科研實驗室和實驗教學中心在教學和科研方面各有側重，但又有機融合。實驗教學中心在滿足本科實驗教學之余，對課題組、研究生和博士生開放，支持科學研究和高層次人才培養(yǎng)。每年利用材料實驗教學中心資源開展課題研究的碩士和博士生研究生達400多人，除了有材料學院、物理機電學院、建筑學院、化學化工學院等校內院系外，還有廈門口腔醫(yī)院、廈門仙岳醫(yī)院、華僑大學等其他單位。而課題組和重點實驗室有意識地將一些科技成果及時轉化為綜合實驗和創(chuàng)新性實驗項目，讓學生了解材料學科的最新發(fā)展前沿和研究熱點。此外，這些實驗室的高精尖端儀器設備也對學生開放，全面促進學生創(chuàng)新實驗與實踐能力的培養(yǎng)。
2.2 形成校企聯(lián)合培養(yǎng)人才的實驗教學模式
校企合作是拓展實踐教學空間、提高學生應用能力的有效途徑。通過校企全方位與多層次的合作，有效地解決了高校工科教育中理論與實踐脫節(jié)、實驗設備水平滯后于產業(yè)技術發(fā)展、封閉培養(yǎng)環(huán)境與人才成長過程不適應等問題。材料實驗教學中心目前在廈門鎢業(yè)股份有限公司、廈門虹鷺鎢鉬工業(yè)有限公司、廈門集美職業(yè)技術學校機電LED實訓中心、新加坡三達(廈門)集團、廈門翔鷺化工有限公司、泉州信和新材料、泉州華碩實業(yè)有限公司等多家企業(yè)建立了長期、穩(wěn)定的專業(yè)教學實踐實習基地。學生通過實習了解工業(yè)化產品的制造工藝流程、工序和生產管理，增強所學理論知識與實際應用間的聯(lián)系，有利于縮短學生畢業(yè)后到企業(yè)工作的適應時間;而企業(yè)通過接納學生實習，有利于推廣產品和提高企業(yè)知名度，并有針對性地選拔和招聘工程技術人員。此外，企業(yè)在生產過程中需要研發(fā)新產品或解決碰到的問題，常以小課題的方式轉化成學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課題。如2010年“天生我才”創(chuàng)新項目“核殼結構聚合物納米微球負載納米銀抗菌涂料的研究” 是泉州紅瑞興紡織有限公司的研發(fā)項目;2013年廈門大學科研基礎創(chuàng)新基金“新型大功率曲面LED封裝散熱用硅氧碳自由膜基板的關鍵技術研究” 是廈門陽光恩耐照明有限公司提出亟須解決的技術難題。每年企業(yè)與材料學院簽訂的合作項目40多項，在解決實際企業(yè)問題的同時鍛煉和培養(yǎng)了高科技人才。材料學院在制訂人才培養(yǎng)方案和實驗課程的開設上，聘期企業(yè)技術專家參與，培養(yǎng)適合社會和企業(yè)需要的本科、研究生多層次創(chuàng)新性人才;企業(yè)通過設置“大平-容華乃梅獎學金”“海堡獎學金”“OTI-利明獎學金”“KPP鞋底科技獎學金”“大洋氣霧劑獎學金”“三達獎學金”等多項獎學金，通過良性校企合作支持創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。
3 建立自主開放式的管理模式
實驗室建設和管理的規(guī)范化、信息化和開放化是
當前我國高校實驗室建設的發(fā)展趨勢。材料實驗教學中心于2011年開始著手實驗室信息化的試點建設，逐漸形成了一套適用于材料實驗教學中心管理運行體制的智能化管理體系，包括以下內容。
(1)在實驗室門上安裝自動控制的智能鎖，實驗室門口安裝智能數(shù)據(jù)采集終端機，保證所有出入實驗室人員都是被授權的有序的出入。
(2)在每個實驗室房間內安裝視頻監(jiān)控設備，保證實驗室的運行和即時動態(tài)是在可視、可控的條件下進行的。
(3)在儀器貴重或臺套數(shù)少的實驗室安裝教學投影系統(tǒng)，儀器的顯示可以同步到投影屏幕上，避免學生擁擠而影響實驗效果，同時可實現(xiàn)實驗原理、儀器構造、實驗數(shù)據(jù)的實時大屏幕采集顯示等功能。
通過實驗室管理平臺中硬件設備與管理軟件系統(tǒng)的相互聯(lián)動，對實驗室與儀器設備的使用實現(xiàn)從預約、安全準入、培訓、審核、身份認證、時間認證、實驗過程監(jiān)督等自動化管理，全面提高實驗室空間和儀器設備的開放度和使用率。通過材料實驗教學中心的開放管理，校內兄弟院系和校外企事業(yè)單位(如化學化工學院、物理機電學院、建筑學院、薩本棟微機電中心、能源研究院、歷史系、廈門口腔醫(yī)院、廈門仙岳醫(yī)院、廈門三達膜技術股份有限公司、三明科飛技術開發(fā)有限公司、華僑大學等)，共享材料實驗教學中心的臺式掃描電子顯微鏡、接觸角測量儀、萬能拉伸實驗機、箱式電阻爐、拋光機、材料顯微鏡、激光粒度儀等儀器設備，提高實驗教學中心的輻射作用和影響力。
4 結束語
材料實驗教學中心的建設逐步完善，面向全校師生、面向地方行業(yè)開放迫在眉睫。針對不同專業(yè)背景的學生開設分層次、分體系的實驗教學課程，針對不同的人才培養(yǎng)需求采用相對應的實驗教學模式以及智能化的實驗室開放管理系統(tǒng)只是實驗中心建設的一部分內容。今后，材料實驗教學中心還將繼續(xù)加大儀器配置、實驗環(huán)境、師資隊伍、實驗教學管理機制等多方面的投入，逐步形成自我改進、持續(xù)完善、良性循環(huán)的實驗教學中心。
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