國際化教育背景下材料綜合實驗全英文教學初探

吳雪艷， 周偉敏， 陳秋龍， 曹力軍， 朱申敏

(上海交通大學 材料科學與工程學院， 上海 200240)

0 引 言

材料科學與工程專業(yè)兼具理科和工科的特點，本科人才培養(yǎng)總體目標是要培養(yǎng)出既有扎實的專業(yè)基礎和系統(tǒng)的知識結(jié)構，又具有較強的工程實踐與創(chuàng)新能力、并有國際化視野的專業(yè)人才。實驗教學是材料科學與工程專業(yè)教學的重要環(huán)節(jié)，對于鞏固學生理論知識，并運用理論知識解決工程實踐問題起著重要的作用[1-3]?！安牧暇C合實驗1”和“材料綜合實驗2”(以下統(tǒng)稱“材料綜合實驗”)作為獨立的專業(yè)實驗課程，依托材料科學與工程實驗教學中心，利用材料科學與工程專業(yè)試點國際化教學的契機，開展全英文授課，針對美國工程與技術認證委員會(Accreditation Board for Engineering and Technology, ABET)的國際工程教育專業(yè)認證進行課程改革，促進本專業(yè)工程教育與國際接軌，提升教學質(zhì)量，培養(yǎng)具有國際化視野的專業(yè)人才。ABET認證是從美國發(fā)起，現(xiàn)今最被廣泛認可的一個高等教育體系認證，ABET重視成果導向教育(Outcome-based Education)，提出11條畢業(yè)要求(a-k Graduate Outcomes)，用以評價學生學習成效[4-6]，聚焦于學生“應該得到什么”，并評價所有學生學習成效的達成度，以此來評價專業(yè)辦學的有效性。持續(xù)改進也是ABET認證關注的一個重要觀測指標，通過定期收集數(shù)據(jù)、定期評審培養(yǎng)目標的達成程度、定期改進教學計劃，促進教學改革的持續(xù)深化，最終的目的是實現(xiàn)專業(yè)的培養(yǎng)目標。

1 針對ABET認證的材料綜合實驗可行性探索

1.1 三層次教學體系的劃分和實施

針對材料專業(yè)，ABET認證要求課程體系涉及金屬、陶瓷、聚合物、復合材料四大材料領域，涵蓋材料的結(jié)構、性質(zhì)、加工、使用性能四個要素，“材料綜合實驗”課程的教學內(nèi)容與之相符，范圍廣泛。實驗項目基本與理論核心課程學習內(nèi)容同步，便于學生在實驗中進一步理解核心理論知識，并用以分析實驗結(jié)果。在具體教學過程中，將實驗教學體系分為專業(yè)基礎型驗、專業(yè)綜合型和拓展型特色實驗三層次，形成階梯式循序漸進模式[7]。

專業(yè)基礎型實驗內(nèi)容包括材料的宏觀制樣與觀察、微觀結(jié)構觀察與物相分析、力學性能、基本物理性能測試分析等，側(cè)重于以傳統(tǒng)的經(jīng)典案例和技術方法對學生進行訓練，給予學生第一手的實驗經(jīng)驗，旨在加深學生對基礎知識的理解和對基礎實驗技能的掌握。專業(yè)綜合型實驗在學生掌握基本技能的基礎上，逐步增加涵蓋了典型工程材料的綜合研究實驗，根據(jù)特定的成熟材料應用工藝技術路線，設計包含材料制備工藝、工藝實施前后材料微觀組織結(jié)構與性能的變化，以及優(yōu)化材料性能的加工方法等，學習材料與應用之間相互協(xié)調(diào)的關系以及優(yōu)化方法，側(cè)重于培養(yǎng)學生融會貫通、視野開闊的綜合實踐能力。拓展型特色實驗利用本學科的科研資源，將科研內(nèi)容與實驗教學緊密結(jié)合，由各學科團隊為學生提供專業(yè)化的實驗項目，并利用各平臺現(xiàn)代化的專業(yè)實驗設備組織實施，充分發(fā)揮團隊的師資和設備優(yōu)勢[8-9]。使學生通過該課程設計，掌握材料科學與工程研究及應用的基本思路與方法，對材料及其技術發(fā)展有比較充分的認識，目的是使學生在具備材料制備以及分析技術初步綜合能力的基礎上，開闊學生視野，培養(yǎng)研究的興趣，著重于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力、創(chuàng)新能力和基本科研素質(zhì)[10-11]。

1.2 學生學習成效的考察

學生學習成效的考察主要通過以下幾方面體現(xiàn)：① 學生在實驗過程中的參與度；② 實驗報告的撰寫情況；③ 口頭報告的匯報情況；④ 學生對教學效果的反饋。

實驗報告是反映學習成效達成度的一個重要證據(jù)。例如，在“低碳鋼材料的微觀結(jié)構觀察”實驗項目中，從書面報告中可以看到一部分學生利用鐵碳相圖的相關知識計算出了樣品中珠光體、鐵素體的含量，與實驗結(jié)果進行對比，并進行分析，體現(xiàn)出學生已經(jīng)掌握了“材料科學基礎”中相關知識。而還有部分學生僅描述了樣品的金相照片，沒有進一步的分析與闡述，說明其未理解基本概念，或不能把相關基礎知識與實驗數(shù)據(jù)相結(jié)合。這些現(xiàn)象的存在說明在引導學生利用理論知識解決工程實踐問題及在教學內(nèi)容和形式上還有待于改善。

有效溝通對于工程類人才非常重要，溝通能力包括書面溝通和口頭溝通。在材料綜合實驗中，這種能力的培養(yǎng)體現(xiàn)在書面實驗報告的撰寫和口頭成果報告上，要求學生能科學、專業(yè)、簡練地闡述實驗過程，分析結(jié)果，給出結(jié)論?！安牧暇C合實驗”是材料專業(yè)本科生的第一門專業(yè)實驗課程，由于本專業(yè)本科階段沒有開設科技英語課程，并且實驗報告的撰寫離不開大量的文獻閱讀和分析總結(jié)，學生在第一次提交報告時反映要花費較多的時間和精力完成實驗報告。但隨著課程的深入，他們很快適應了這種形式，并普遍反饋這鍛煉了其從專業(yè)的角度來判斷、分析問題的能力，也有利于培養(yǎng)自主學習能力?？陬^溝通主要是通過實驗結(jié)果的口頭宣講形式進行，并伴有學生間互相提問和教師點評，內(nèi)容不僅涉及實驗數(shù)據(jù)分析的合理性與可靠性，還涉及對報告人表達方式、整體形象的分析。這些細節(jié)的指導有助于促進學生的有效溝通，提升他們與人交流時的自信度。

團隊合作能力的培養(yǎng)體現(xiàn)在小組實驗項目中，尤其是專業(yè)綜合型和拓展型實驗項目中[12]。項目的進展過程包括實驗方案的設計、實驗設備的使用協(xié)調(diào)、實驗內(nèi)容的實施、實驗報告的撰寫和口頭陳述等。小組成員間的有效溝通與合作是順利完成項目的必要條件。教師采用整體指導，不過分干涉的方式，鼓勵學生自己解決問題，并將評分標準定為組內(nèi)成員得分一致，可以有效發(fā)揮學生的個體優(yōu)勢。工作內(nèi)容由小組討論，協(xié)商決定各組員的分工與職責，這種小組化實驗項目的實施既有助于建立團隊合作精神，又提高了學生協(xié)調(diào)、解決問題、自我管理和團隊管理的水平。

在實驗教學過程中，向?qū)W生灌輸依照國際、國家、行業(yè)等標準進行實驗操作的意識，并針對部分實驗項目依據(jù)相應技術標準進行實驗樣品的準備和實驗項目的實施。例如，材料力學性能測試實驗，指導學生按照相關標準進行樣品的準備和測試，按照國標GB/T228.1-2010和GB/T 8653-200X進行室溫金屬材料的拉伸試驗和試樣的彈性模量、弦線模量、切線模量測試。在沖擊實驗中，按照GB/T229-2007將金屬試樣加工成V形缺口，進行沖擊性能測試。在聚合物的熱力學性能測試中，采用ASTM D3418-08作為測試標準來確定聚合物的轉(zhuǎn)變溫度。通過在實驗教學中使用相應的標準，使學生了解一些材料專業(yè)相關的通用標準，更重要的是培養(yǎng)學生這種按照相應標準開展工作的意識，為學生今后在企業(yè)進行實踐活動打下基礎。這些能力的培養(yǎng)符合ABET認證中所涉及到的學生學習成效○k “綜合運用技術、技能和現(xiàn)代工程工具來進行工程實踐的能力”。

材料專業(yè)的實驗中既要使用到大、中、小型設備設施，又涉及到化學品的使用，存在輻射、火災、機械電子、化學、環(huán)境污染等安全問題，因此學生的安全教育也是實驗教學的一部分[13]。學生在本科階段培養(yǎng)的安全意識和規(guī)范操作習慣對于今后的職業(yè)生涯具有重要意義。除了對大一新生的普遍安全教育外，安全教育與考試管理系統(tǒng)既是學生學習安全知識的一個資源，也是學生進入實驗室的一道安全考評門檻，使學生在進入實驗室前已經(jīng)掌握了一定的安全知識。在材料綜合實驗課堂上，第一節(jié)課一般會安排學生進一步學習與本課程有關的安全知識，在每個實驗項目開始前，針對該項目的具體細節(jié)，也必須詳細講述實驗過程中存在的潛在危險和注意事項，并在具體實驗操作中不斷提示這些注意事項，這些必不可少的教學內(nèi)容對提高學生安全意識，培養(yǎng)實驗中做好安全防護、規(guī)范使用化學品、按照操作要求規(guī)范使用儀器設備的習慣非常必要，也是ABET認證中實驗室安全的一個考察環(huán)節(jié)[14-15]。

2 材料綜合實驗全英文教學的優(yōu)勢

2.1 強化了實驗內(nèi)容的階梯遞進關系

循序漸進的實驗教學體系從低到高、從基礎到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力再到自主創(chuàng)新，是一個逐漸提高的體系。在課程內(nèi)容的設計上，考慮到教學內(nèi)容的必要性和可行性，通過合理安排實驗項目，使實驗內(nèi)容具有一定的關聯(lián)性、對比性與科學價值。這種實驗教學體系使學生既具有扎實的理論基礎和基本實驗技能，又通過綜合型實驗促進了知識的融會貫通與靈活運用，另外，通過參與創(chuàng)新型特色實驗項目，學生可以接觸到科研領域前沿課題，開拓了專業(yè)視野，提升創(chuàng)新意識，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

2.2 有助于持續(xù)改進教學質(zhì)量

材料綜合實驗的全英文教學，不僅體現(xiàn)在使用英語進行授課，更重要的是實驗課程的設計與安排以ABET認證要素學生學習成效為出發(fā)點，重點關注對學生能力的培養(yǎng)。課程中對學生評分的標準突出對學生綜合能力的評價，在實驗教學過程中，通過觀察學生在課程中的表現(xiàn)、實驗報告的撰寫情況、學生的反饋，可以考察學生學習成效的達成度，進而判斷教學是否達到預期效果，再根據(jù)這些考察結(jié)果對實驗教學體系進行持續(xù)改進，不斷改善教學質(zhì)量。

2.3 保證了課程目標的實現(xiàn)

在材料綜合實驗課程中，綜合性實驗和創(chuàng)新性實驗所占比例越來越大，并采用小組的形式開展。小組化項目式的實驗教學實施模式可以使學生根據(jù)項目的總體要求，利用現(xiàn)有設備設施自主設計實驗方案，并付諸實施，在實驗進展過程中，根據(jù)實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)問題，并不斷調(diào)整、優(yōu)化實驗方案和實驗條件，學生需要靈活運用已掌握的理論知識和實驗技能，對實驗數(shù)據(jù)進行分析，在這個過程中充分激發(fā)了學生的探索精神，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識，鍛煉了動手解決實際問題的能力，另外，由于實驗設備和教學時間的限制，為保證實驗項目的完成，學生必須學會分工合作，提前做好實驗設備的預約、實驗內(nèi)容的細化安排，這些對于培養(yǎng)學生的計劃性非常有效。而且，以組為單位的團隊模式促進了學生間的溝通、協(xié)調(diào)與合作。學生在以上方面得到鍛煉和培養(yǎng)，也實現(xiàn)了這門課程的課程目標。

3 結(jié) 語

本文初步探索了材料科學與工程專業(yè)“材料綜合實驗”課程在國際化背景下的全英文授課模式。采用階梯式循序漸進的課程體系，有利于學生在進一步理解核心專業(yè)概念的基礎上，將理論知識融會貫通，綜合運用各種實驗技能，動手解決實際問題，并培養(yǎng)了學生的有效溝通能力、團隊合作意識和創(chuàng)新意識。這些能力的培養(yǎng)也是ABET認證對工程技術專業(yè)學生學習成效的考察指標。目前材料綜合實驗全英文教學順利實施，并取得了初步的成果，證明這種教學模式是可行的，強化了實驗內(nèi)容由專業(yè)基礎、專業(yè)綜合向創(chuàng)新型實驗的遞進關系，在實驗教學過程中提升了學生的實驗實踐能力、運用專業(yè)知識解決工程問題的能力和自主創(chuàng)新能力，并有效強化了學生的有效溝通能力，培養(yǎng)了團隊合作精神。這種全英文教學模式促進了材料綜合實驗教學質(zhì)量的改善，保證了課程目標的實現(xiàn)，顯示出一定的優(yōu)勢。

[1] 郭立童, 許 程, 范賀良,等. 省級實踐教育中心建設與管理模式探索[J]. 實驗室研究與探索, 2014, 33(10) :144-146.

[2] 吳 音, 劉蓉翾, 李亮亮. 科研成果轉(zhuǎn)化為綜合性實驗教學探索[J]. 實驗技術與管理, 2016, 33(8)：162-164.

[3] 傅 斌，由 臣. 材料綜合實驗教學初探[J]. 中國輕工教育, 2015(6) :82-84.

[4] 李 穎. 高等工程教育專業(yè)認證標準研究-以美國“2014--2015年度工程專業(yè)認證標準”為例[J]. 國際高等教育研究, 2015(1) :23-29.

[5] 楊若凡,何 倩. 美國工程技術類專業(yè)認證標準對我國應用技術大學建設的啟示[J]. 中國高教研究, 2015(8):87-91.

[6] 劉文華. ABET技術類專業(yè)與工程類專業(yè)認證標準對我國發(fā)展技術教育的啟示[J]. 機械職業(yè)教育, 2012(12) :11-14.

[7] 唐頌超, 沈?qū)W寧, 王以群, 等. 加強基礎 培養(yǎng)工程和創(chuàng)新能力-材料類專業(yè)實驗課程體系改革與實踐[J]. 實驗室研究與探索, 2011, 30(10) :242-244.

[8] 于冰川, 吳洪特. 實驗教學于科研有機結(jié)合培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和能力[J]. 實驗室研究與探索, 2010, 29(2) :76-77.

[9] 毛衛(wèi)國, 戴翠英, 陳尚達, 等. 材料科學與工程專業(yè)新型實驗教學體系改革淺析[J]. 教學研究, 2016, 39(5) :54-57.

[10] 陳 勇, 邱隆偉, 任擁軍,等. 專業(yè)課教學實驗室功能定位與建設的思考[J]. 實驗技術與管理, 2014, 31(11) :229-230.

[11] 黃鎖義, 黎巧玲, 林夢瑤,等. 以科研和競賽為特色的導師制實踐型教學[J]. 實驗室研究與探索, 2015, 34(10):168-171.

[12] 何林錦, 翟云波, 李彩亭. 項目式實驗教學模式及其可行性評價方法[J]. 實驗室研究與探索, 2010, 29(2) :94-96.

[13] 解麗芳, 林宏輝. 在本科生物實驗教學中開設“實驗室安全教育”網(wǎng)絡課程[J]. 實驗技術與管理, 2014, 31(12) :170-172.

[14] 徐菊美, 許 琨, 雷 明, 等. ABET認證對實驗教學改革的啟示[J]. 實驗技術與管理, 2015(7) :193-196.

[15] 徐菊美, 樂清華, 雷 明, 等. ABET認證對實驗室安全管理工作的啟示[J]. 實驗室研究與探索, 2015, 34(6) :294-297.