前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的工程教育專業認證下的物性實驗教學，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：我國工程教育專業認證協會以《華盛頓協議》提出的畢業生素質要求為基礎，以結果導向（OBE）為核心理念，制定了工程教育專業認證標準。認證標準規定了學生在畢業時應該具備的基本專業知識、研究及設計能力、溝通能力、合作能力、終生學習的能力以及責任感等能力素質要求。而實踐能力是研究機構和公司引進人才時十分關注的方面，因此，如何讓學生關注實驗課程并參與發現問題、設計方案以及分析問題的過程是很重要的課題。本文提出了一種在材料物理性能測試實驗中演示與設計組合的教學模式，有助于提升學生解決復雜工程問題的能力。
關鍵詞：工程教育認證；本科實驗教學；演示—設計教學法
一、工程教育認證推進本科教學改革
中國工程教育專業認證協會開展的工程教育認證在高等教育中構建了工程教育的質量監控體系，推進中國工程教育改革，提高工程教育質量，特別是建立了與工程師制度相銜接的工程教育專業認證體系，促進工程教育與企業界的聯系，增強工程教育人才培養對產業發展的適應性。我國自2016年3月加入《華盛頓協議》，成為協議正式成員國后，我國的工程教育得到國際認可，為我國工程類學生提供了具有國際互認質量標準的學歷，也提供了更廣闊的國際化平臺。
二、工程教育認證對實驗課程的要求
高校的專業實驗在實踐類課程中，不同于公共實驗普遍適于各理工學科大類，也不同于實習設計極強的工業操作性，是每個專業針對本專業培養目標開設的培養學生專業素養的實踐課程。工程教育認證要求專業必須有明確、公開的畢業要求，畢業要求能夠支撐培養目標的達成。其中，不僅僅要求學生掌握包括數學、自然科學、工程基礎和專業理論等工程知識，還要求學生可以識別、表達并運用這些工程知識研究分析復雜工程問題，能針對復雜工程問題提出解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元或工藝流程等，會使用恰當的技術資源，能分析和解釋數據[1]。而專業實驗在實踐類課程中，是從理論知識到實踐操作的過渡，是從思維模式到操作方式的實現和轉化，在實踐課程中有著不可或缺的地位。本文將以上海理工大學材料科學與工程學院材料物理綜合實驗為例，闡述專業實驗在工程教育認證背景中如何實現培養目標和畢業要求。
材料物理綜合實驗是材料科學與工程專業的一門專業實踐課程。需要達到的課程目標包括：驗證、鞏固和補充課堂講授的理論知識，了解材料性能的分析和測試原理，研究材料物理性能和規律，掌握材料物理實驗方法以及材料物理量測量方法；能夠設計材料性能研究的實驗，制定并實施材料物理量測量的實驗方案，且利用圖、表等方式分析和評估實驗數據；了解測試儀器的基本工作原理、特點和應用，掌握常用儀器的基本操作方法，應用材料物化基本理論來研究、分析材料的組成、結構、性能等復雜的材料工程問題[2]。在傳統的目標導向教學模式里，學生通常使用實驗室已經搭建好的測試模板，將實驗樣品測量得出數據并計算，列出圖表分析即可。而結果導向（OBE）的模式更注重學生自主學習和思考設計的過程。為此，筆者設計了部分演示—整體設計的教學模式。部分演示—整體設計的教學方法下的實驗是設計性實驗，要求學生自主設計實驗方案觀察實驗現象，在掌握儀器的基本構造和原理后，自主搭建測試平臺或者設計實驗方法來測算材料物性數據，并根據具體要求列表作圖，分析圖表的數據?？紤]到實驗儀器的復雜性和可操作性，教師需根據實際課堂進度，增加直觀的演示過程。本文以材料的導熱性能測試實驗為例證。材料導熱性能測試實驗要求學生測算導熱系數以及比熱容等數據[3]。常用的導熱測量方法有非穩態導熱法和激光閃射法，兩種方法的原理不同，使用的儀器設備也不相同。非穩態導熱法主要運用的是傅里葉定律，是在準穩態的時間段內記錄和測量數據，而激光閃射法是利用激光光源照射樣品，瞬間完成測量并借助電腦軟件采集數據分析計算。我們關注到，非準穩態導熱法的實驗裝置簡單，但測算得到的不是直接數據，需要通過計算獲得導熱系數，因而精度有限。而激光閃射法可以快速精準地得到導熱系數，但是無法直觀地向學生展示實驗過程和具體的細節。因此，我們將這兩種方法相結合。首先，帶領學生梳理實驗思路，明確實驗所要達到的目的。向學生介紹兩種方法，回顧和鞏固兩種方法使用的理論依據，列出物理模型和數學表達式。接下來進行激光閃射法的演示。不同于獨立實驗課程，激光閃射法在本實驗中是一種輔助的測試方式，因此，教師應當減少占用課堂時間進行激光閃射法的實驗準備過程?？捎弥庇^的原理圖解釋其原理方法，然后由教師操作完成測試，并利用電腦軟件得出數據，操作的過程不應過長。筆者認為，對這種方法的演示，有助于拓寬學生設計非穩態導熱法實驗方案的思路，是銜接理論模型與設計實驗之間的一座橋梁。下一步，引導學生根據實驗要求，使用非穩態導熱法來設計測試平臺，包括從樣品，隔熱裝置，測溫裝置，以及電流電壓測量儀的準備，到逐步設計出測試模型，過程中可以形成良性循環，讓學生發現誤差來源和減少誤差的方法。筆者在承接本門課程中，采用學生與教師互問互答的方式，不斷給學生鋪路，在道路上又設置各種問題，讓學生解答，最終形成完整的裝置，并且在互問互答的過程中，也讓學生更透徹地理解使用的公式每一部分來源于實驗裝置的哪個環節，以及設計這些環節的原因。最終，由學生將兩種方法的數據進行對比分析，總結不同方法的優勢劣勢。而這些分析，也有助于學生理解實際工程或者科研、如何選擇合適的方案實驗，以達到設定的實驗目的。整個課堂最核心的部分就是教師與學生的互動。如何激發學生積極思考，如何引導學生一環一環達到實驗目的，并最終得出結論。這對教師對課堂的把握要求很高，這也是在高等教育里如何將工程教育生動化的挑戰，使學生具備運用材料科學原理、科學方法對材料研究的整體實驗設計、實驗方法制定及方案實施和評估的自我創新能力。
四、在反饋中持續改進
工程教育認證中另一大核心思想，就是在反饋機制中不斷持續改進。沒有一成不變的老師，也沒有一成不變的學生，更沒有一成不變的課堂，因此，在實踐的反饋機制里不斷改進教學方法，是每位教師持久的課題。在本文例舉的實驗中，我們可以通過課堂反響來改進課堂的進度和環節的設定。例如，如何在有限的課堂時間里，合理分配各環節的時間，把握啟發學生思考的進度，這就要求實驗課堂不能大，而應該是小班教學，正好符合工程教育認證的要求，在有充足的硬件配套設施的前提下，將學生小組化，小組分工合作的過程也能在提高學生團隊協作能力上起到重要的作用。學生與學生之間，個體對于知識的接受程度的差異性，也是教師必須要考慮的方面。在課堂中，根據實驗環境和條件，靈活巧妙地轉變演示方式，或利用三維影像，或利用工程實例，都能達到良好的表達效果。而工程教育認證里，對學生參與解決實際工程問題的能力要求十分具體，因此，將產業與校園實驗課堂相關聯，也是未來實驗課堂教學的重點和發展方向。作為課堂的主心骨，每位教師需要牢牢把握在固有的教學模式中靈活變通的思想。
參考文獻：
[1]上海理工大學材料科學與工程學院.中國工程教育專業認證自評報告[R].上海理工大學,2016:172-175.
[2]上海理工大學材料科學與工程學院.材料物理綜合實驗教學大綱[Z].上海理工大學,2016.
[3]上海理工大學材料科學與工程學院.材料物理綜合實驗指導書[Z].上海理工大學,2015:21-24.
作者:湯赟 單位:上海理工大學
