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兼具理科和工科的特點，本科人才培養總體目標是要培養出既有扎實的專業基礎和系統的知識結構，又具有較強的工程實踐與創新能力、并有國際化視野的專業人才。實驗教學是材料科學與工程專業教學的重要環節，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]。“材料綜合實驗1”和“材料綜合實驗2”(以下統稱“材料綜合實驗”)作為獨立的專業實驗課程，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認證進行課程改革，促進本專業工程教育與國際接軌，提升教學質量，培養具有國際化視野的專業人才。ABET認證是從美國發起，現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，以此來評價專業辦學的有效性。持續改進也是ABET認證關注的一個重要觀測指標，通過定期收集數據、定期評審培養目標的達成程度、定期改進教學計劃，促進教學改革的持續深化，最終的目的是實現專業的培養目標。

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，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，涵蓋材料的結構、性質、加工、使用性能四個要素，“材料綜合實驗”課程的教學內容與之相符，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，并用以分析實驗結果。在具體教學過程中，將實驗教學體系分為專業基礎型驗、專業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]。

專業基礎型實驗內容包括材料的宏觀制樣與觀察、微觀結構觀察與物相分析、力學性能、基本物理性能測試分析等，側重于以傳統的經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構與性能的變化，以及優化材料性能的加工方法等，學習材料與應用之間相互協調的關系以及優化方法，側重于培養學生融會貫通、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，將科研內容與實驗教學緊密結合，由各學科團隊為學生提供專業化的實驗項目，并利用各平臺現代化的專業實驗設備組織實施，充分發揮團隊的師資和設備優勢[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，培養研究的興趣，著重于培養學生的創新意識和創新能力、創新能力和基本科研素質[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：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。例如，在“低碳鋼材料的微觀結構觀察”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，與實驗結果進行對比，并進行分析，體現出學生已經掌握了“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據相結合。這些現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，這種能力的培養體現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、簡練地闡述實驗過程，分析結果，給出結論。“材料綜合實驗”是材料專業本科生的第一門專業實驗課程，由于本專業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，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的角度來判斷、分析問題的能力，也有利于培養自主學習能力。口頭溝通主要是通過實驗結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，內容不僅涉及實驗數據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體現在小組實驗項目中，尤其是專業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、實驗設備的使用協調、實驗內容的實施、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成員得分一致，可以有效發揮學生的個體優勢。工作內容由小組討論，協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，又提高了學生協調、解決問題、自我管理和團隊管理的水平。

在實驗教學過程中，向學生灌輸依照國際、國家、行業等標準進行實驗操作的意識，并針對部分實驗項目依據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相關的通用標準，更重要的是培養學生這種按照相應標準開展工作的意識，為學生今后在企業進行實踐活動打下基礎。這些能力的培養符合ABET認證中所涉及到的學生學習成效○k “綜合運用技術、技能和現代工程工具來進行工程實踐的能力”。

材料專業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的安全意識和規范操作習慣對于今后的職業生涯具有重要意義。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掌握了一定的安全知識。在材料綜合實驗課堂上，第一節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，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容對提高學生安全意識，培養實驗中做好安全防護、規范使用化學品、按照操作要求規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節[14-15]。

2 材料綜合實驗全英文教學的優勢

2.1 強化了實驗內容的階梯遞進關系

循序漸進的實驗教學體系從低到高、從基礎到前沿、從接受知識到培養綜合能力再到自主創新，是一個逐漸提高的體系。在課程內容的設計上，考慮到教學內容的必要性和可行性，通過合理安排實驗項目，使實驗內容具有一定的關聯性、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，開拓了專業視野，提升創新意識，培養創新能力。

2.2 有助于持續改進教學質量

材料綜合實驗的全英文教學，不僅體現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點，重點關注對學生能力的培養。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、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，再根據這些考察結果對實驗教學體系進行持續改進，不斷改善教學質量。

2.3 保證了課程目標的實現

在材料綜合實驗課程中，綜合性實驗和創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項目的總體要求，利用現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，根據實驗結果發現問題，并不斷調整、優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，對實驗數據進行分析，在這個過程中充分激發了學生的探索精神，培養了創新意識，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、實驗內容的細化安排，這些對于培養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、協調與合作。學生在以上方面得到鍛煉和培養，也實現了這門課程的課程目標。

3 結 語

本文初步探索了材料科學與工程專業“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，并培養了學生的有效溝通能力、團隊合作意識和創新意識。這些能力的培養也是ABET認證對工程技術專業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，強化了實驗內容由專業基礎、專業綜合向創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、運用專業知識解決工程問題的能力和自主創新能力，并有效強化了學生的有效溝通能力，培養了團隊合作精神。這種全英文教學模式促進了材料綜合實驗教學質量的改善，保證了課程目標的實現，顯示出一定的優勢。

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