材料物理專業(yè)綜合改革研究與實踐

王永強 蘇玉玲

摘要：依托學(xué)科特色，結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)科研條件，針對材料物理專業(yè)的專業(yè)綜合改革進行了研究。圍繞培養(yǎng)和造就富有創(chuàng)新意識和能力的寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)的人才培養(yǎng)理念，優(yōu)化了該專業(yè)的課程體系和課程設(shè)置，加強了實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，重建了專業(yè)實驗的教學(xué)內(nèi)容體系。實踐證明，教學(xué)效果得到明顯提高，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力得到明顯提升。

關(guān)鍵詞：專業(yè)綜合改革；材料物理專業(yè)；課程體系；課程設(shè)置；專業(yè)實驗

中圖分類號：G642.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）09-0248-02

2011年，國家教育部和財政部聯(lián)合啟動了高等學(xué)校專業(yè)綜合改革試點項目，倡導(dǎo)高校推進培養(yǎng)模式、教學(xué)團隊、課程教材、教學(xué)管理等專業(yè)發(fā)展重要環(huán)節(jié)的綜合改革，新材料作為國家戰(zhàn)略需求的新興產(chǎn)業(yè)之一，其相關(guān)專業(yè)也成為此次國家“本科教學(xué)工程”的重點支持領(lǐng)域之一。鄭州輕工業(yè)學(xué)院的材料物理專業(yè)是河南省最早設(shè)立的材料物理本科專業(yè)，已在省內(nèi)形成較大的影響并具有良好的聲譽。該專業(yè)屬于材料科學(xué)與物理學(xué)交叉學(xué)科領(lǐng)域，其定位是一個理科專業(yè)，一直以來更加注重學(xué)生物理類專業(yè)知識和專業(yè)技能的培養(yǎng)，對材料類的相關(guān)知識和技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練重視不夠，學(xué)生的實踐能力有所欠缺，已逐漸跟不上國家、河南省迅速發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)的人才需求。鑒于此，我們立足于本專業(yè)學(xué)科特色，結(jié)合現(xiàn)有的教學(xué)科研條件，圍繞培養(yǎng)和造就富有創(chuàng)新意識和能力的寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)的人才培養(yǎng)理念，認真梳理和構(gòu)建了本專業(yè)的課程體系，優(yōu)化了課程設(shè)置，增加了實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，重新規(guī)劃了本專業(yè)的專業(yè)實驗內(nèi)容，力求提高學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力，以更好地服務(wù)于河南省和國家新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一、課程體系的梳理和重構(gòu)

課程體系關(guān)系到整個專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和要求[1]。課程體系的設(shè)計是否合理直接關(guān)系到人才培養(yǎng)的質(zhì)量。我們緊緊圍繞培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和能力的寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)的人才的目標(biāo)，本著“夯實基礎(chǔ)、注重綜合、加強實踐、鼓勵創(chuàng)新”的原則[2]，立足于專業(yè)的學(xué)科背景和就業(yè)“出口”，對材料物理專業(yè)的課程體系進行了認真的梳理和重構(gòu)。

本次改革，除學(xué)校統(tǒng)一安排的全校性人文社科課程平臺、素質(zhì)教育平臺和理工科的公共基礎(chǔ)課平臺之外，我們對專業(yè)相關(guān)的課程體系進行了比較大的調(diào)整。學(xué)科基礎(chǔ)課程平臺主要包括本專業(yè)方向所屬材料科學(xué)和物理學(xué)科的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識以及一些基本工具類的課程，為學(xué)生專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。專業(yè)課程平臺主要包括材料科學(xué)學(xué)科和少部分物理學(xué)科的專業(yè)理論、專業(yè)知識和專業(yè)技能，以及本專業(yè)科學(xué)、應(yīng)用前沿及發(fā)展趨勢等方面的課程，為學(xué)生就業(yè)做知識儲備。集中實踐教學(xué)平臺主要是對學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)科基礎(chǔ)課程及專業(yè)課程理論知識和技能進行實踐實訓(xùn)，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生勤于思考、綜合應(yīng)用專業(yè)知識解決本專業(yè)范圍內(nèi)一般問題的解決能力，提高學(xué)生實踐能力和綜合素質(zhì)。創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)教學(xué)課程平臺則是為了培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計和完成的專業(yè)課題的能力，提高其創(chuàng)新能力。四個大類的課程平臺前后關(guān)聯(lián)、緊密結(jié)合，一起構(gòu)成了材料物理專業(yè)的課程體系。建成后，四類專業(yè)相關(guān)課程學(xué)分占學(xué)生畢業(yè)所需總學(xué)分的60.95%，其中必修部分占近80%。

二、理論課程設(shè)置的調(diào)整

專業(yè)相關(guān)的課程設(shè)置直接關(guān)系到學(xué)生畢業(yè)后的“出口”。如前所述，材料物理專業(yè)屬于材料科學(xué)和物理學(xué)科交叉領(lǐng)域，學(xué)生“出口”也集中在這兩個領(lǐng)域。其中物理類側(cè)重于考研深造，材料類則是考研和就業(yè)兼而有之。

考研的專業(yè)和方向主要包括材料物理與化學(xué)、凝聚態(tài)物理、材料學(xué)及材料工程等。涉及的課程主要有《量子力學(xué)》、《固體物理學(xué)》、等學(xué)科基礎(chǔ)課。以前的課程設(shè)置更側(cè)重物理類，《量子力學(xué)》和《固體物理學(xué)》的學(xué)時比較飽滿，《材料科學(xué)基礎(chǔ)》則只開設(shè)一個學(xué)期50學(xué)時，且未開設(shè)與材料合成與制備密切相關(guān)的《物理化學(xué)》。考慮到這種情況，本次改革在學(xué)科基礎(chǔ)課方面將《材料科學(xué)基礎(chǔ)》課程調(diào)整為兩學(xué)期80學(xué)時，并增開了70學(xué)時的《物理化學(xué)》（包括58學(xué)時理論課時和12學(xué)時實驗課時），充分做到了“厚基礎(chǔ)”，不但有利于學(xué)生考研深造，也為學(xué)生學(xué)習(xí)后面的專業(yè)課程和走向工作崗位打下了堅實的基礎(chǔ)。

根據(jù)材料物理專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，本專業(yè)的就業(yè)方向主要是在材料的設(shè)計、合成、改性、加工、測試、分析和應(yīng)用等材料相關(guān)領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)和產(chǎn)品開發(fā)、材料選用等方面工作。為了更好地服務(wù)于國家和河南省新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)真正的“寬口徑”，在必修課方面，我們設(shè)置了8門理論課，包括《半導(dǎo)體物理》、《材料合成與制備》、《現(xiàn)代分析技術(shù)》、《材料物理性能》、《薄膜技術(shù)與薄膜材料》等，內(nèi)容涵蓋了材料的設(shè)計、合成、改性、測試、分析和應(yīng)用等各個材料相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識和技能。在選修課程方面，我們共設(shè)置了13門理論課程供學(xué)生選擇。主要向?qū)W生介紹各種新型材料及其應(yīng)用、材料科學(xué)和物理學(xué)領(lǐng)域最前沿的科研成果，主要包括《先進材料科學(xué)與進展》、《電解質(zhì)材料及應(yīng)用》、《新能源材料》、《信息材料學(xué)》、《發(fā)光材料學(xué)》等等，進一步拓寬學(xué)生的知識面，了解更多材料物理領(lǐng)域前沿，為學(xué)生將來的就業(yè)選擇提供更多的可能。

三、實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的調(diào)整

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是將知識轉(zhuǎn)化為能力的過程，對培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實踐能力和創(chuàng)新能力起著重要作用[3]。改革前，本校材料物理專業(yè)的專業(yè)相關(guān)的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括《課程設(shè)計》、《專業(yè)實驗》和《畢業(yè)設(shè)計》。其中，專業(yè)實驗是其中最重要的一環(huán)。通過專業(yè)實驗，可使學(xué)生在加深對材料物理專業(yè)理論和知識理解的同時，了解和熟悉本專業(yè)的研究對象及其使用的研究方法和測試手段，掌握必要的專業(yè)實驗技能[4]，為其后的《畢業(yè)設(shè)計》環(huán)節(jié)打下良好的基礎(chǔ)。因此，在本次教學(xué)改革中，我們著重加強了專業(yè)實驗的規(guī)劃和建設(shè)。

此前，本校材料物理專業(yè)的專業(yè)實驗分為A和B兩個部分，共80學(xué)時，設(shè)置有20個實驗項目，分別在第六和第七學(xué)期開設(shè)。其中，絕大部分實驗項目和實驗設(shè)備是2003年本專業(yè)開始招生是設(shè)置和購置的，在近十年間未經(jīng)過大的調(diào)整，在學(xué)生能力培養(yǎng)方面逐漸暴露出一些問題。主要包括：部分實驗項目已跟不上材料物理領(lǐng)域科技發(fā)展和應(yīng)用的變化，與生產(chǎn)實踐脫節(jié)；部分實驗項目與本專業(yè)課程內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密，不能起到理論聯(lián)系實際，學(xué)以致用的效果；專業(yè)實驗的開設(shè)學(xué)期與相關(guān)專業(yè)課教學(xué)不同步；實驗項目絕大多數(shù)為驗證性實驗，綜合設(shè)計類項目較少，對學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)未能起到預(yù)期效果。

鑒于以上問題，本次改革中，我們首先將專業(yè)實驗A和B的開設(shè)學(xué)期調(diào)整至第五和第六學(xué)期，并根據(jù)本學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課程重新安排了針對性的實驗項目，將課程理論和實驗環(huán)節(jié)有機結(jié)合起來，比如：針對第五學(xué)期開設(shè)的《材料科學(xué)基礎(chǔ)2》、《材料合成與制備》、《納米材料》等課程，該學(xué)期的專業(yè)實驗項目主要集中在材料合成與制備方面；針對第六學(xué)期開設(shè)的《薄膜技術(shù)與薄膜材料》、《電子材料學(xué)》、《現(xiàn)代分析技術(shù)》等課程，該學(xué)期的專業(yè)實驗項目則以薄膜材料、電子材料等的表征、分析為主。其次，淘汰了一批明顯與生產(chǎn)實踐脫節(jié)的實驗項目和陳舊的實驗設(shè)備，并安排了新的實驗項目作為補充，其中包括五個綜合設(shè)計性實驗項目，如“介/鐵電陶瓷材料的合成與性能分析”、“材料光致發(fā)光特性研究”等。最后，我們新增了《專業(yè)實驗C》（第七學(xué)期選修）和《研究型實驗》（第五、六、七學(xué)期選修），為學(xué)有余力的同學(xué)提供更多的實踐訓(xùn)練。

改革完成后，材料物理專業(yè)的專業(yè)實驗環(huán)節(jié)包括專業(yè)實驗與研究型實驗兩個部分。其中專業(yè)實驗分A、B和C，共30個實驗項目，分別在第五、第六和第七學(xué)期開設(shè)。所有實驗項目均與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，綜合設(shè)計性實驗比重增加，實驗項目緊跟材料物理領(lǐng)域國際前沿，加強了實踐性和創(chuàng)新性。研究型實驗為期4周，在第五、六、七學(xué)期向?qū)W生開放，供學(xué)有余力的學(xué)生選擇，一般都是圍繞教師承擔(dān)的科研項目引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)研究，系統(tǒng)訓(xùn)練學(xué)生解決問題的實踐能力和創(chuàng)新能力。

四、改革實踐和效果

鄭州輕工業(yè)學(xué)院材料物理專業(yè)綜合改革實施近三年半，首批學(xué)生已經(jīng)是大四第一學(xué)期，本次改革內(nèi)容已基本實施完畢。雖然還沒有經(jīng)過人才市場的考驗，但從教學(xué)效果上來看，改革非常成功，得益于整個課程體系和課程設(shè)置的合理安排，學(xué)生對專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本理論的掌握得到明顯改善，綜合運用專業(yè)知識的能力也得到明顯提高，這些成果集中反映在每個學(xué)期期末考試成績中。自實施改革以來，學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的考試成績明顯提高、在試題難度基本相同的情況下，學(xué)生不及格率從往屆學(xué)生的近10%降低到5%。經(jīng)過系統(tǒng)的專業(yè)實驗訓(xùn)練，學(xué)生的專業(yè)技能掌握良好，對本專業(yè)的實驗手段和實驗方法有了充分的了解，在綜合設(shè)計性實驗中表現(xiàn)出較強的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。有將近30%的學(xué)生參與了本專業(yè)教師的科學(xué)研究項目，受到了老師們的一致好評，有4名同學(xué)參與完成科研論文，其中楊棟宇同學(xué)以第一作者完成一篇學(xué)術(shù)論文，并參與研發(fā)了一套實驗裝置，發(fā)展出一種高溫高壓下液體密度測量的新方法。

五、結(jié)語

本次專業(yè)綜合改革的成效已在理論、實驗教學(xué)效果和學(xué)生參與科學(xué)研究的實踐中得到初步體現(xiàn)，但學(xué)生的真正“質(zhì)量”還需等待半年后用人單位的檢驗。屆時，我們將根據(jù)學(xué)生的考研和就業(yè)情況，再對我們的改革計劃進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，力求為社會、為國家培養(yǎng)一批具有創(chuàng)新意識和能力的寬口徑、厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)的人才。

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