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材料物理专业综合改革研究与实践

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摘要:依托学科特色,结合现有的教学科研条件,针对材料物理专业的专业综合改革进行了研究。围绕培养和造就富有创新意识和能力的宽口径、厚基础、高素质的人才培养理念,优化了该专业的课程体系和课程设置,加强了实验教学环节,重建了专业实验的教学内容体系。实践证明,教学效果得到明显提高,学生的创新能力和实践能力得到明显提升。

关键词:专业综合改革;材料物理专业;课程体系;课程设置;专业实验

中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)09-0248-02

2011年,国家教育部和财政部联合启动了高等学校专业综合改革试点项目,倡导高校推进培养模式、教学团队、课程教材、教学管理等专业发展重要环节的综合改革,新材料作为国家战略需求的新兴产业之一,其相关专业也成为此次国家“本科教学工程”的重点支持领域之一。郑州轻工业学院的材料物理专业是河南省最早设立的材料物理本科专业,已在省内形成较大的影响并具有良好的声誉。该专业属于材料科学与物理学交叉学科领域,其定位是一个理科专业,一直以来更加注重学生物理类专业知识和专业技能的培养,对材料类的相关知识和技能的培养和训练重视不够,学生的实践能力有所欠缺,已逐渐跟不上国家、河南省迅速发展新材料产业的人才需求。鉴于此,我们立足于本专业学科特色,结合现有的教学科研条件,围绕培养和造就富有创新意识和能力的宽口径、厚基础、高素质的人才培养理念,认真梳理和构建了本专业的课程体系,优化了课程设置,增加了实践教学环节,重新规划了本专业的专业实验内容,力求提高学生的实践能力、创新能力,以更好地服务于河南省和国家新材料产业的发展。

一、课程体系的梳理和重构

课程体系关系到整个专业的培养目标和要求[1]。课程体系的设计是否合理直接关系到人才培养的质量。我们紧紧围绕培养具有创新意识和能力的宽口径、厚基础、高素质的人才的目标,本着“夯实基础、注重综合、加强实践、鼓励创新”的原则[2],立足于专业的学科背景和就业“出口”,对材料物理专业的课程体系进行了认真的梳理和重构。

本次改革,除学校统一安排的全校性人文社科课程平台、素质教育平台和理工科的公共基础课平台之外,我们对专业相关的课程体系进行了比较大的调整。学科基础课程平台主要包括本专业方向所属材料科学和物理学科的基础理论和基础知识以及一些基本工具类的课程,为学生专业课程的学习打下良好的基础。专业课程平台主要包括材料科学学科和少部分物理学科的专业理论、专业知识和专业技能,以及本专业科学、应用前沿及发展趋势等方面的课程,为学生就业做知识储备。集中实践教学平台主要是对学生学习的学科基础课程及专业课程理论知识和技能进行实践实训,培养和锻炼学生勤于思考、综合应用专业知识解决本专业范围内一般问题的解决能力,提高学生实践能力和综合素质。创新、创业教学课程平台则是为了培养学生独立设计和完成的专业课题的能力,提高其创新能力。四个大类的课程平台前后关联、紧密结合,一起构成了材料物理专业的课程体系。建成后,四类专业相关课程学分占学生毕业所需总学分的60.95%,其中必修部分占近80%。

二、理论课程设置的调整

专业相关的课程设置直接关系到学生毕业后的“出口”。如前所述,材料物理专业属于材料科学和物理学科交叉领域,学生“出口”也集中在这两个领域。其中物理类侧重于考研深造,材料类则是考研和就业兼而有之。

考研的专业和方向主要包括材料物理与化学、凝聚态物理、材料学及材料工程等。涉及的课程主要有《量子力学》、《固体物理学》、等学科基础课。以前的课程设置更侧重物理类,《量子力学》和《固体物理学》的学时比较饱满,《材料科学基础》则只开设一个学期50学时,且未开设与材料合成与制备密切相关的《物理化学》。考虑到这种情况,本次改革在学科基础课方面将《材料科学基础》课程调整为两学期80学时,并增开了70学时的《物理化学》(包括58学时理论课时和12学时实验课时),充分做到了“厚基础”,不但有利于学生考研深造,也为学生学习后面的专业课程和走向工作岗位打下了坚实的基础。

根据材料物理专业的培养目标,本专业的就业方向主要是在材料的设计、合成、改性、加工、测试、分析和应用等材料相关领域从事科学研究、技术和产品开发、材料选用等方面工作。为了更好地服务于国家和河南省新材料产业的发展,实现真正的“宽口径”,在必修课方面,我们设置了8门理论课,包括《半导体物理》、《材料合成与制备》、《现代分析技术》、《材料物理性能》、《薄膜技术与薄膜材料》等,内容涵盖了材料的设计、合成、改性、测试、分析和应用等各个材料相关领域的专业知识和技能。在选修课程方面,我们共设置了13门理论课程供学生选择。主要向学生介绍各种新型材料及其应用、材料科学和物理学领域最前沿的科研成果,主要包括《先进材料科学与进展》、《电解质材料及应用》、《新能源材料》、《信息材料学》、《发光材料学》等等,进一步拓宽学生的知识面,了解更多材料物理领域前沿,为学生将来的就业选择提供更多的可能。

三、实验教学环节的调整

实践教学环节是将知识转化为能力的过程,对培养学生的观察能力、实践能力和创新能力起着重要作用[3]。改革前,本校材料物理专业的专业相关的实践教学环节主要包括《课程设计》、《专业实验》和《毕业设计》。其中,专业实验是其中最重要的一环。通过专业实验,可使学生在加深对材料物理专业理论和知识理解的同时,了解和熟悉本专业的研究对象及其使用的研究方法和测试手段,掌握必要的专业实验技能[4],为其后的《毕业设计》环节打下良好的基础。因此,在本次教学改革中,我们着重加强了专业实验的规划和建设。

此前,本校材料物理专业的专业实验分为A和B两个部分,共80学时,设置有20个实验项目,分别在第六和第七学期开设。其中,绝大部分实验项目和实验设备是2003年本专业开始招生是设置和购置的,在近十年间未经过大的调整,在学生能力培养方面逐渐暴露出一些问题。主要包括:部分实验项目已跟不上材料物理领域科技发展和应用的变化,与生产实践脱节;部分实验项目与本专业课程内容联系不够紧密,不能起到理论联系实际,学以致用的效果;专业实验的开设学期与相关专业课教学不同步;实验项目绝大多数为验证性实验,综合设计类项目较少,对学生创新能力的培养未能起到预期效果。

鉴于以上问题,本次改革中,我们首先将专业实验A和B的开设学期调整至第五和第六学期,并根据本学期开设的专业课程重新安排了针对性的实验项目,将课程理论和实验环节有机结合起来,比如:针对第五学期开设的《材料科学基础2》、《材料合成与制备》、《纳米材料》等课程,该学期的专业实验项目主要集中在材料合成与制备方面;针对第六学期开设的《薄膜技术与薄膜材料》、《电子材料学》、《现代分析技术》等课程,该学期的专业实验项目则以薄膜材料、电子材料等的表征、分析为主。其次,淘汰了一批明显与生产实践脱节的实验项目和陈旧的实验设备,并安排了新的实验项目作为补充,其中包括五个综合设计性实验项目,如“介/铁电陶瓷材料的合成与性能分析”、“材料光致发光特性研究”等。最后,我们新增了《专业实验C》(第七学期选修)和《研究型实验》(第五、六、七学期选修),为学有余力的同学提供更多的实践训练。

改革完成后,材料物理专业的专业实验环节包括专业实验与研究型实验两个部分。其中专业实验分A、B和C,共30个实验项目,分别在第五、第六和第七学期开设。所有实验项目均与课程内容紧密结合,综合设计性实验比重增加,实验项目紧跟材料物理领域国际前沿,加强了实践性和创新性。研究型实验为期4周,在第五、六、七学期向学生开放,供学有余力的学生选择,一般都是围绕教师承担的科研项目引导学生开展科学研究,系统训练学生解决问题的实践能力和创新能力。

四、改革实践和效果

郑州轻工业学院材料物理专业综合改革实施近三年半,首批学生已经是大四第一学期,本次改革内容已基本实施完毕。虽然还没有经过人才市场的考验,但从教学效果上来看,改革非常成功,得益于整个课程体系和课程设置的合理安排,学生对专业基础知识和基本理论的掌握得到明显改善,综合运用专业知识的能力也得到明显提高,这些成果集中反映在每个学期期末考试成绩中。自实施改革以来,学生专业基础课和专业课的考试成绩明显提高、在试题难度基本相同的情况下,学生不及格率从往届学生的近10%降低到5%。经过系统的专业实验训练,学生的专业技能掌握良好,对本专业的实验手段和实验方法有了充分的了解,在综合设计性实验中表现出较强的实践动手能力和创新能力。有将近30%的学生参与了本专业教师的科学研究项目,受到了老师们的一致好评,有4名同学参与完成科研论文,其中杨栋宇同学以第一作者完成一篇学术论文,并参与研发了一套实验装置,发展出一种高温高压下液体密度测量的新方法。

五、结语

本次专业综合改革的成效已在理论、实验教学效果和学生参与科学研究的实践中得到初步体现,但学生的真正“质量”还需等待半年后用人单位的检验。届时,我们将根据学生的考研和就业情况,再对我们的改革计划进行适当的调整,力求为社会、为国家培养一批具有创新意识和能力的宽口径、厚基础、高素质的人才。

参考文献:

[1]李波.按培养模式重构地方高校课程体系[J].教育研究,2011,(8):59-63.

[2]张健.应用型本科教育课程体系建设刍议[J].当代教育论坛,2010,(11):81-82.

[3]吴伟.打造品牌专业,加强实践教学建设,全面提高教学质量[J].中国地质教育,2008,(2):41-45.

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