周耐根，唐建成，徐玉华，李样生，甘祥来

（南昌大学 材料科学与工程学院，江西 南昌 330031）

我国工程教育的规模位列全球第一，这为我国改革开放和现代化建设输送了大批工程人才。但我国现行的工程教育是在传统工业化过程中建立和发展起来的，工程教育的质量以及学生工程创新的能力却不容乐观。“大而不强、多而不精”一直是我国工程教育发展中的主要问题[1-2]。新工科教育理念的提出，开拓了工程教育改革新途径[3]。其中综合能力或工程创新能力就是新工科人才培养的核心要素之一，要求新工科背景下的学生具备的综合能力包括应用所学知识解决实际工程问题，工程设计、创新创造创业能力，团队、沟通交流和领导能力，终身学习能力以及专业所涉及的核心技能和职业态度等[3-4]。

高校内现有实验室基本上按课程进行建设，不利于新工科人才综合能力或工程创新能力的培养，因此有必要对现有的部分实验室进行升级改造，构建一个良好的校内实践场所，支撑新工科人才工程创新能力的培养，解决工程教育人才培养同生产和创新实践脱节等问题。本文以南昌大学材料科学与工程学院的校内工程实践场所构建为例进行探讨。

1 传统校内实验室现状

校内实验室基本上因课程而建设，基础课到专业课对应于基础课实验室和专业课实验室。基础课实验室包括大学物理实验室、大学化学实验室、计算中心、电工电子实验室、机械制图实验室等。专业课实验室则又分为专业基础课实验室和专业方向课实验室。各高校材料类各专业方向的基础课实验室大同小异，一般包括材料科学基础实验室、分析测试中心、材料性能学实验室等。专业课实验室则按照各专业方向的不同有所差异。如金属材料方向则有热处理实验室、金属熔炼实验室等；而无机非金属材料方向则建设陶瓷烧制实验室、粉体实验室等。这种附属于课程的实验室建设模式，可以较好地按照教学大纲满足基础课理论知识的实践训练，但同时存在以下不足：

（1）实验室功能单一[5-6]。一个实验室服务于某一门特定课程，安排上某一个或几个特定实验，实验内容相对固定。这种模式下的实验室难以让学生从原料到制备再到性能测试上完整地理解材料的工艺并进行实践，以至于学生在单科实践课程上拿高分，却在面对实际工程问题时一筹莫展。这也导致了工程教育培养的人才与国家重大工程建设、企业技术创新需求相脱节，不符合新工科对人才培养的要求。

（2）实验室缺乏交流讨论与主动学习的环境。传统实验室根据大纲要求配置实验仪器和设备，实验教学主要是在教师指导下开展演示性、验证性实验，少量综合性或设计性实验也是学生在课外设计好方案，再到实验室进行验证。这种模式决定了实验教学以教师为中心，学生被动地跟着教师完成实验内容，无法激发学生的学习兴趣和工程创新思维，也不利于学生的团队精神、交流合作等综合能力的培养。

2 面向新工科的校内工程实践场所的构建

在中国工程教育专业认证的 OBE（产出导向），CDIO（构思—设计—实施—运行）工程教育和“大工程观”的理论指导下，学院对部分专业实验室进行了升级改造。

2.1 按生产线模式重建校内工程实践场所

按生产线模式改造原有的教室和工程实验室，支持学生在实践中学习产品、过程和系统的建造能力，渐近式地引导学生从设计到实践实验；突破传统实验室功能单一的不足，从硬件上体现实践教学的系统性和完整性，注重工程本身的系统性和完整性。

图1—图3分别展示出了金属材料、陶瓷、新能源材料与器件的实验平台结构。这些实验室相同的特点是，在一个大的实践空间内，沿空间的四周按生产线的模式布置了实践所需的各类设备。金属材料实验平台布置示意见图 1，按原料设备—制备—热处理—加工成形—性能测试区依次布置；陶瓷实验平台建设效果见图 2，按粉磨配料—制样—烧结的顺序布置设备；新能源材料与器件实验平台见图 3，按电极制片—电芯装配—激活检测的流程布置。

学生一进实验室，就对材料的生产工艺有个完整的认识。同时，关于材料从原料到性能测试各环节的实践均可以在一个实验室内完成，增加了实践的灵活性和系统性，也利于培养学生的“大工程观”。

2.2 增设交流讨论空间和相关设施

图1 金属材料实验平台布置示意图

图2 陶瓷实验平台建设效果图

图3 新能源材料与器件实验平台

在大实践场所的中间，建设一个工作平台，再配上网络、电脑和多媒体展示等常见的其他设施，就在传统实验室内增设了一个学生构思、设计和交流的空间。工程实践场所以学生为中心，并且易用、方便和具有互动性，让学生体验整个产品、过程或系统的生命周期。上述措施从硬件上保证新工科的实践教学体系的实现。

3 面向新工科的校内工程实践场所的效果

（1）有利于培养学生的“大工程观”思想，以及与企业顺利对接的工程实践能力。“大工程观”最早是由美国麻省理工学院工学院院长乔尔莫西斯提出的一种全新的工程教育理念[7-8]。其主要思想是未来工程师的培养要注重工程本身的系统性和完整性。“大工程观”既包括宏大或复杂的工程视野、工程的多学科视野及其所需要的科学基础素养，还包含相应的人文情怀及工程组织素养等[9]。按生产线模式构建的校内工程实践场所包含了材料制备检测的全套工艺流程，体现了工程系统性，方便了与企业生产进行对接。讨论交流空间则非常利于学生的交流合作、工程组织素养的培养。全生产线、多功能、讨论交流等为解决材料科学与工程领域中的复杂工程问题提供了支撑，一方面培养了学生宏大或复杂的工程视野、工程的多学科视野；另一方面也通过合作交流培养了学生的团队精神和工程组织素养等。从硬件为“大工程观”的人才培养提供了保证。

（2）有利于发挥学生的主观能动性，培养学生的工程创新能力。为了更好地培养学生的工程创新能力，早在2004年Wallenburg基金会资助MIT和瑞典的几所大学共同研究提出了CDIO工程教育模式[10-11]，并得到了国内外广泛认可。这个以产品、过程和系统的构思、设计、实施、运行全生命周期为背景的教育理念，让学生主动地、实践性地通过课程之间具有有机联系的方式学习和获取工程能力[12]。并且，CDIO工程教育模式对实践场所提出了一个概念模型，CDIO实践场所的概念模型见图 4[13]。升级改造后的实践场所符合这个概念模型。每个实验室的中心预留了工作平台，可以完成构思和设计过程，实验室四周配备的系统完整的实验设备可以完成实施、运行过程。工作平台中的网络可以连接学校图书馆，提供学习资源；同时平台提供的电脑和投影（或大屏幕电视）等为小组合作讨论、交流提供了便利。加上实验室开放共享的管理等，完全符合CDIO实践场所需要的功能。

图4 CDIO实践场所的概念模型

中国工程教育专业认证协会提出 OBE（产出导向）理念和“以学生为中心”的思想[14-15]。这也是CDIO工程教育模式中反复强调的内容。而传统实验室适合“以教师为中心”的教学模式，难以让学生根据自己想法要求实施实验，不利于激发学生的主观能动性和创新性。升级改造后的实践场所，提供学生自由发挥的空间，实施自己想法的设备保障，和交流、讨论、相互学习的条件。因此，升级改造后的实践场所从硬件上保障了教与学模式的变革，从围绕老师开展实验实践的模式改变为围绕学生开展实验实践的模式，体现“以学生为中心”的理念。

我校材料科学与工程学院以工程实践场所建设为主要内容之一的教学改革获得了 2018年江西省教学成果奖。通过第三方机构（麦可思数据有限公司）评价发现，材料科学与工程专业的在校生对实践教学的满意度达到90%以上，近三届毕业生的工程能力达成度均在90%左右。用人单位对本专业学生工程推理和解决复杂工程问题的能力满意度也在90%左右。学生的一次就业率由2013年的78%提高到2019年的95%以上，位于学校和江西省其他高校前列。

4 结语

面向新工科的校内工程实践场所符合CDIO教育模式下的实践场所概念，也体现了中国工程教育工程认证的核心理念之一“以学生为中心”和“大工程观”的思想，有利于解决学校工程实践能力的培养与企业等用人单位的需求脱节的问题，以及材料类专业学生工程创新能力弱的问题。该工程实践场所是对传统材料类实验室的一个有效补充和提高，既能满足基本的实践教学需要，又可以作为科研训练项目、创新创业项目等训练基地。