东华大学材料科学与工程本科专业学生的培养目标为“具有深厚人文底蕴、扎实专业知识、强烈创新意识、宽广国际视野的国家栋梁和社会精英”。根据这一人才培养目标,结合实验中心实际,确立了中心的实验教学指导思想。实验教学理念:坚持以学生的全面发展和成才为中心,以培养学生实践能力、创新能力为核心,充分发挥学科交叉优势,以高水平科研引领和促进实验教学内容、方法和手段的改革与创新;全流程参与、多学科交叉,促进学生知识、能力和素质的协调发展,培养具有强烈的创新意识和实践能力的材料科学与工程高素质创新型人才。
在实验教学体系设计上,遵循“由浅入深、注重交叉、强调综合能力培养、鼓励创新”的原则,坚持“一个核心,四个结合”:以培养学生的动手能力、工程能力和创新能力培养为核心,坚持实验教学与理论教学结合、实验教学与工程实践结合、实验教学与科学研究结合、课内实验与课外科技活动结合。
一、主要教学方法
为紧跟材料科学与技术的发展步伐,主动适应社会经济发展和科技进步对人才素质的要求,培养知识结构合理、实践能力和创新能力强的专业人才,多年来,本实验中心对实验教学方法进行了积极探索和实践,形成了一批创新性的实验教学方法,并
取得了良好的实践效果。
1. 构建“一二三级”实验课程体系,实施分层次、多模块实验教学
为适应 21 世纪材料科学与工程专业人才培养的需要,根据材料科学与工程的学科内涵,1998 年开始,学院构筑培养具有材料科学与工程(一级学科)的基础知识、二级学科的专业知识、三级学科特长的复合型人才的理论课程体系。对应于该体系,
我们对专业实验教学体系进行了拓宽和整合,构筑了“一二三级”专业实验体系,通过三层次实验环节训练,完善学生的实验技能结构,提高学生的实践能力和创新精神。
2. 发挥学科优势,探索教学科研结合的实验模式
(1)将重大科研成果及时转化为实验教学内容
本学科科研力量雄厚,有科研促进教学的优良传统。2003 年,我们进一步探索教学科研结合的实验模式,提出重大科研项目与专业实验“零距离接触”的口号,将获“国家科技进步二等奖”的“碳纤维制备”、“高强高模聚乙烯纺丝”、“多功能纳米
复合材料的制备”,获得“中国高校十大科技进展”的“Lyocell 纤维制备”等 14 个最新科研成果连同仪器设备引入本科大型综合实验,让学生直接接触科学前沿和尖端工程技术。
(2)鼓励学生进行自主创新实验
东华大学材料学院是一个研究型学院,依托强大的学科基础,我们从 1998 年起推行“准研究生”本科生培养模式,即将分散进行的专业外语、文献检索、课外科技活动和毕业论文四个教学环节结合成一个整体,将大三学生全部提前分到课题组接受系统的科研训练,充分发展其创新能力,其实践效果受到学生的欢迎和《光明日报》等媒体的肯定。实验中心从 2007 年开始,依托国家、上海市、学校、学院四级大学生创新性实验计划项目,进一步推进本科生的“准研究生”模式培养。中心所有教师科研课题全部对本科生开放,更鼓励学生自带课题来选择导师指导,从一年级开始就“真枪实弹”地参与科学研究,“零距离”接触体现本领域最新科技进展的研究项目,进行自主创新实验。通过实验培养学生的研究兴趣,提高动手能力。中心对学生课外科技创新工作提供强大的平台保障,建立了完善的工作机制,保证只要学生想做科研创新工作,就有师资、经费的支持。中心所有的仪器设备 24 小时开放使用保障了学生课外科创顺利进行。2011 年,中心大学生课外科创平台正式挂牌成立。目前 30%的一年级本科生、70%的二年级本科生、100%的三年级本科生参与了科研实践活动。
3. 自制实验仪器,开设特色实验
(1)发挥具有学科特色的自制仪器作用,开设领先于社会的测试实验
中心有着优良的自制仪器设备的传统,从学科创始人到现在的中青年教师,自制了很多学科上有价值的仪器设备,解决了学术或技术难题。我们及时将这些代表学科特色的仪器设备引入本科生实验,开设了一些充分体现学科特色的实验,不但让学
生了解了学科的前沿和特色,而且掌握了领先于社会的专业技能和测试方法。“纤维声速仪”是我们学院经过几代人努力研制和完善的自制仪器,其作用是表征高分子材料制备成纤维后内部大分子链排列情况。我们在上世纪 80 年代就将“声速实验”作为化学纤维专业学生的必修实验。目前“声速仪”已经发展到第四代,其中数据采集分析已经由电脑软件自动完成,适用分析的高分子材料从原来化纤常规品种到所有纤维材料,在航天航空、军工国防、生物环保等材料测试中发挥了重要作用。“声速实验”已被教育部高等院校高分子材料与工程专业教学指导分委员会作为必修实验写进相关的文件中,全国有许多学校开设了该实验。类似“声速仪”这样的自制仪器引入实验教学的还有多种,如解偏振仪、小角激光仪、张力仪、熔点仪、切片水分测定仪等。
(2)利用自主设计开发的微型设备,开设绿色加工实验
近年来,微型实验在化学实验领域由于其绿色环保性得到重视和推广,而在材料加工实验领域鲜有报道。目前高校高分子材料加工实验基本采用与企业型号类似的双螺杆挤出机、注塑成型机、纺丝机等加工设备。而这些设备不仅占用空间大、需要的原料多,而且操作复杂,有一定的安全性问题。其中很多合成单体和添加剂价格非常昂贵,增加了实验成本;另外很多原料有一定毒性,会给环境造成污染。特别有些纺丝加工设备安装需要 2-3 个楼层,几个老师才能操作,对科学研究和学生动手能力培养有很多制约。
4. 紧密结合社会需求,构建校企联合实验教学平台
(1)校企联合,综合实验对接职业资格培训
中心积极进行专业实验与在校本科生职业资格培训结合的探索,于 2005 年承担了上海市职业培训研究发展中心《高分子材料加工人员(准高级)》职业开发项目,于 2006 年 12 月承担了上海产学合作教育“十一五”规划项目“合作教育与职业资格证书相结合的可行性研究”。通过 2 个项目的研究,按照国家劳动和社会保障部关于“职业标准”制定的技术规程,严格按照上海市职业培训研究发展中心编制的《上海市职业开发技术规程》,确定了高分子材料与工程专业在校本科生职业资格培训的总体目标、培训要求、模块设置、培训课时及培训方式。形成的《高分子材料加工人员(准高级)》职业开发软件包于 2008 年初在国内材料类高校中第一个通过国家劳动部鉴定。
(2)产学研合作,强化综合实验平台
本学科具有“产学研”合作的历史积淀,许多科研成果都已经或部分在企业转化,如高性能碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚酰亚胺高性能纤维、有机/无机功能性纤维等。在这些科技成果转化的过程中,学生参与发挥了重要作用。