摘要：从对材料专业教改的讨论入手，分别介绍了材料的分类、无机非金属材料所属的领域，进而对材料专业无机非方向的专业实验的设置进行了探讨。通过分析认为无机非方向专业实验宜采用实验模块架构形式，主要分成四个综合实验模块，即包括粉体的制备及测试（系列）部分、玻璃的制备实验部分、水泥综合实验部分、陶瓷制备综合实验部分。具体实验模块宜设置成综合性、设计性的内容。
关键词：材料专业；实验体系；实验模块；无机非
作者简介：刘子全（1963-），男，山东即墨人，烟台大学环境学院，副教授；姜付义（1967-），男，山东莱西人，烟台大学环境与材料工程学院，副教授。（山东 烟台 264005）
基金项目：本文系山东省高等学校教育改革研究项目（2009194）、2009年烟台大学教学改革与研究立项项目（83）的研究成果。
中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）02-0083-03
材料科学与工程专业通常简称为材料专业。随着我国高等教育的蓬勃发展以及材料领域研究和开发热点的涌现和应用范围的不断扩大，不少学校对原有与材料相关的各个二、三级学科的专业做了大幅度整合，也有些在化学、物理等类的专业的基础上新开办了材料方向的专业。随着材料专业办学规模的不断扩大，与之相关的教学改革也有了长足进步。由于我国幅员辽阔，不同地域情况千差万别，各地高校的材料专业因为背景不同发展很不平衡，大家都在思考怎么样才能快速发展，力争上游。因此，针对材料专业的教改研究方面的话题引起了学校内外各界的广泛关注。[1]材料专业总的来看属于工科专业，它的工科性质决定了其教学内容的设置宗旨一定要理论联系实际，把实践环节充分纳入教学内容中来，要培养学生的工程的概念、企业的概念、成本的概念等等。要培养学生的实际动手能力，提高学生综合素质，以更好地适应市场需求。[2]全面来看，在已经进行的教研工作中，对理论教学的课程体系研究较多，而对实验教学课程体系的研究还比较薄弱，不符合现代工程教育的目标要求，当然也不能满足社会对创新人才的需要。如何发挥各自的有利条件变劣势为优势是材料专业教改的重要课题。
烟台大学（以下简称“我校”）的材料专业的本科学生在进入专业课程的学习之前，根据学生的学习兴趣、就业及考研院校专业等实际情况分别设置了5个专业方向，分别是无机非方向、新型建材方向、材料检测方向、金属方向、高分子复合材料方向等5个相对具体的小的专业方向。考虑到选定具体方向的时候，学生已即将进入或已进入大三或大四的学习，对材料专业的各个领域已经有了一定的认识和了解，所以学生的小的专业方向的确定基本上是由其自由选定，选定之前各个专业方向的相关老师也会对其进行一定的引导和交流。根据学生每年的选定情况看，无机非方向每年都有约40名学生。因此，学院非常重视无机非方向的各项教学工作安排。对实验教学的安排专门组织力量研究解决。
材料专业属于工科类专业，大多数学校也都比较重视对学生实践和动手能力的培养，因此开设的实验课程都比较多。对于实验体系的建设方面，大家也越来越认识到改革实验教学的内容和组织指导形式等的重要性和紧迫性，纷纷出台各种办法和采取不同措施手段，鼓励实验管理部门及其具体的组织管理者积极开设综合性、设计性和创新性类型的实验课程。与此同时，大力倡导和鼓励本科生参与各级组织的大学生科技创新等的科研活动。
综合性实验一般是指实验内容涉及课程的综合性的知识或者与本课程相关的已学课程知识的实验，内容看起来可能显得比较庞杂，但却是系统的，有针对性的，其目的是培养学生解决可能遇到的问题的系统思维能力和综合动手能力的。设计性实验一般是指设定实验目的并给出较为确定的实验条件，而由学生独立或实验小组自主设计实验方案、编制实验流程并加以实现的实验。有鉴于此，确有不少院校确定无机非金属材料专业实验体系建设以开设综合性实验为主体，压缩减少验证性实验的数量比例，适当增加学生独立或实验小组自主安排实验方案的实验，注意加强与外部企业或科研院所的联系合作，利用现代教育技术和网络等手段改进实验教学，架构多支柱式的无机非方向专业实验体系。材料专业本科生的教学大纲大多数都单独开设有大学普通物理实验、大学化学实验、物理化学实验、材料科学基础实验、材料工程基础实验、专业方向实验等的实验课程。属于学科基础或专业基础方面的实验课程已经比较成熟，探讨的文献比较多，已有较为完整的实验教材或实验指导书。但是目前各个专业方向的专业实验体系探讨的文献资料还不多见。课题小组在近些年在这项教学工作中有了一点体会，后面将我们对无机非方向专业实验中的实验体系架构等问题的探索和实践情况与大家交流，向同行请教。
一、无机非方向专业实验体系架构需要解决的问题
材料专业属于工科类的专业，材料学从本质上看属于一门实验科学。因此学校各级组织部门十分重视对学生实践和动手能力的培养，积极组织人力、财力、物力，创造条件开设各类必需的实验项目和实验教学课程。早期开设的实验多数是验证性的实验，学生课前预习实验指导书，老师实验前现场讲解，学生按实验指导书的要求步骤进行实验操作，观察实验现象，记录实验数据，分析实验结果，撰写实验报告。这种实验模式方式不能激发学生的学习兴趣，不利于调动学生的学习积极性和实验的创造性。在整个的实验过程中，学生始终处于“被”的状态，处于被动的地位。经过一些轮的教学实践和对于实验体系的架构和实验建设，大家也越来越认识到改革实验教学的内容和组织指导形式等的重要性和紧迫性，纷纷出台各种办法和采取不同措施手段，鼓励实验管理部门及其具体的组织管理者积极开设综合性、设计性和创新性类型的实验课程。与此同时，大力倡导和鼓励本科生参与各级组织的大学生科技创新等的科研活动。要很好地开展这项工作，首先要确立专业实验体系架构。在确立的专业实验体系架构和组成元素的时候，需要理清如下几个问题。
首先，要明确无机非方向的专业实验的目的。要搞清楚无机非方向的专业实验是干什么的，要解决哪些问题，要达到的目标是什么？大家知道，粉体制备及新型无机非金属材料的开发是研究的重点领域，而粉体制备和窑炉煅烧是无机非金属材料产品生产的显著特点，因此无机非方向的专业实验内容的安排也应主要围绕这三点进行。通过组织安排专业实验让无机非方向的学生了解各类无机非金属材料产品的生产工艺过程、原燃料及配方设计、熟悉产品质量检验测试以及开发新产品方面的基本知识和原理、要求，着重培养学生的独立思考、模拟分析解决实际生产中的问题的能力，提升学生的科学研究的素养。给学生充分的锻炼机会，大力培养他们的实践动手能力。各类无机非金属材料的生产工艺过程和开发新产品等方面的内容主要有原燃材料的选取及预处理、设计配料方案、原料破碎、原料烘干、原料配料、粉体制备、半成品等的储存、水泥熟料的煅烧和陶瓷的高温烧制、玻璃的融制成型操作等等。各类无机非金属材料产品及半成品的检测项目则主要有：各工序过程质量控制和产品质量检验测试等等。各类无机非金属材料的生产过程中主要包括三大块，即粉体制备、窑炉煅烧和产品检验。因而在进行无机非方向的专业实验体系架构设计和项目内容的设置安排时，一般应围绕粉体制备、窑炉煅烧和产品检验这三个方面进行。在实验组织形式上宜安排为综合设计性实验。在倡导学生积极参加实验教学活动的同时，应着重培养学生的积极参与科学研究和技术工作意识。
其次，要注意体现无机非金属材料生产工艺过程的特点。各类无机非金属材料产品的工业生产过程具有自身鲜明的特点，应该充分认识到这一点，注意专业实验体系架构的主要元素及其它们之间的内在联系，在进行有效的结构设计和比例分量关系科学匹配基础上，合理安排具体的实验项目。注意不同类别的无机非金属材料产品生产工艺过程的特色、特点和各类工艺过程显性及内在的共性东西，注意有所取舍，有所侧重又相辅相成。
再次，专业实验应主要设置成综合性或设计性实验。本科学生的专业实验大都安排在大三下学期或大四上学期。进入这个时间段的学生的大多数必修课程都已经学过。他们已经学习和掌握了不少的专业理论和实验理论知识，具备了初步的实验设计必备的基础知识，也初步具备了一定的实际动手能力。如果时间安排合理，实验指导得当，提供一定的实验条件，学生基本具备了进行设计性的综合实验的能力。可以安排不同的学生或实验小组分别制取不同的无机非金属材料品种，例如陶瓷粉体、生物水泥、镀膜玻璃、彩色瓷、艺术瓷、透明瓷、开片瓷、白色水泥、彩色水泥、琉璃、多孔陶瓷、分子筛、增韧瓷、瓷质刀具、医用玻璃、医用瓷、羟基磷灰石等等。从原料选取、预处理和配料设计着手，依次进行粉体的制备、成型加工、烘干处理、半成品的测试、高温烧成和产品检验等。设计性实验能够激发参与者的求知和探索的原动力，使他们能够更加积极主动地参加到实验教学活动中来。在属于方向课程的专业实验安排上，应该尽量采用设计性（综合）方式，以利于提高实验教学活动的功效。
二、无机非方向专业实验体系架构及其相关内容
材料的最基本的分类方式是按化学成分来分的，一般分为三大类，即无机非金属材料，金属材料、高分子材料。无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐等原料和氧化物、氮化物、碳化物、硫化物等原料经一定的工艺制备而成的一类材料。[3]无机非金属材料的种类名目也很多，目前也还没有一个统一的分类方法。目前在领域内大家较为公认的分类是将这类材料分为传统无机非金属材料和新型无机非金属材料两大类，有时又称为普通无机非金属材料和先进无机非金属材料两大类别。日常所见的多为传统无机非金属材料，这类材料主要有玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料、砖瓦和矿物材料等等。先进无机非金属材料主要有先进陶瓷、无机薄膜涂层、无机纤维材料等。从本科学生的就业方面和考研升学发展的去向看，课程内容的设置以传统无机非金属材料有玻璃、水泥、陶瓷为主，辅以先进陶瓷、无机涂层、无机纤维等先进无机非金属材料。因此，无机非方向的实验设置上也遵循了课程体系的主体架构形式和内容。
1.方向实验采用模块架构形式
无机非金属材料专业方向实验是这个方向学生的必修课。根据无机非金属材料领域的涵盖及以上分析研究，将无机非方向的实验以综合实验形式为主，主要分成4个模块，即包括粉体的制备及测试（系列）综合实验模块部分、玻璃的制备综合实验模块部分、水泥综合实验模块部分、陶瓷制备综合实验模块部分。
2.在内容的编排上尽量做到各个模块之间既相互独立，又有机联系在一起
具体内容安排是尽量避免出现内容是的空白点，也要避免相互重叠或冲突。强调各个模块内部的内容的系统性和完整性。为做到这一点，课题组的相关人员既合理分工负责又密切合作，从而保障了实验内容设置安排的合理性。
粉体的制备及测试（系列）实验包含粉体的制备、粉体细度检验、粉体表面积的测定、粉体真密度的测定和粉体粒度分布的测定等。粉体制备及测试在主要的无机非金属材料产品生产、检验及新产品开发过程中是必备的环节，为原料、半成品或最终的产品加工或后续工序处理所必须。从这些不同的领域抽取独立出来对于统筹安排、节省实验时间、高效合理利用实验教学资源大有裨益。
玻璃的制备实验旨在模仿玻璃材料的生产工艺实际过程，主要让学生在实验室内学会有关玻璃材料的组成设计、原料选择、配方计算、材料制备、加工以及性能测试等过程的实验研究方法。旨在树立学生的创新精神和培养学生的工程实践能力，为进一步促进和巩固学生对专业课理论知识的学习，为毕业设计（论文）环节和今后的工作阶段打下良好的实践基础，为将来的就业服务。玻璃的制备综合实验包含玻璃组成设计、原料的选择、配方的计算、玻璃配合料的制备、玻璃的熔制、玻璃的成型、玻璃的退火、玻璃的加工及试样制备等等。
水泥是传统无机非金属材料产品中体量最大的一类。水泥生产及其检验也是相当完备，实验内容较多，别的实验课程中涉及较少，因此宜将水泥方面的实验适当多安排一些。通过调研分析后，课题组确定水泥综合实验包含水泥熟料的设计与制备实验、水泥粉体材料的制备、水泥标准稠度用水量实验、水泥凝结时间测定、水泥安定性实验、水泥胶砂强度检验等等。
陶瓷方面的实验类别和项目比较多。其中，陶瓷材性检测类的实验项目数量最多。各种版本的实验教材或实验指导书给出的陶瓷物性检测方面的实验项目就有十多种。譬如，气孔率、吸水率、白度、光泽度、透光度、显微硬度等等的测定实验[4-6]。另外还有一些陶瓷金属氧化物粉体的制备实验等等。但是有些陶瓷类属的实验项目在前面开设的专业基础实验中已经开设或涵盖了，则在方向实验部分安排的时候注意合理地衔接和有效地避让，以免出现实验项目或内容的空白、重叠或重复等不足。但作为较为系统完整的陶瓷实验模块部分，在安排其组成元素时，着重注意其整个实验模块的连贯性，以保障整个陶瓷实验模块的完整性和系统性。实验体系研究课题小组通过多方面的调研，将陶瓷方面的实验确定为陶瓷制备综合实验，其内容主要包含坯料可塑性的测定、陶瓷制备实验等。
3.对于无机非方向的实验指导采取分工协作的办法。
具体做法是，无机非金属材料专业方向实验安排4个实验指导教师，每个人负责1个模块。即分别对包括粉体的制备及测试（系列）综合实验板块、玻璃的融制制备综合实验板块、水泥综合实验板块、陶瓷制备综合实验板块各安排1个固定指导教师，由模块的指导教师具体指导相应实验模块的实验教学工作。但是在具体工作中要求做到分工不分家，做到不漏项、不重复、不冲突。
三、结语
新的无机非方向专业实验体系从最近几年的实际运行情况来看，内容编排还算合理，实验安排也还协调有序。从直接就业的毕业生们那里得到的反映情况是，到工厂里面去之后，发现专业方向实验很有用，企业里各项产品、半成品的检验项目与在学校做的方向实验的大同小异。从成功实现考研升学的同学们群体反馈回来的信息显示，我们学校的方向实验内容、深度等是基本完备的。
在科学技术迅速发展的今天，如何培养具有自我发展能力、能够自发学习不断成长的适合社会需求的复合型人才，怎么样不断提高教学质量，对于提高学校的办学水平和社会影响力以及社会美誉度至关重要。这也是社会赋予我们的神圣职责。我们要密切追踪材料领域的发展动向，培养更多的符合社会需要的合格的毕业生。
参考文献：
[1]刘子全,姜付义,聂惠瑛,等.无机非金属材料专业方向陶瓷模块实验的设置探讨[J].福建建材,2011,(2):120-122.
[2]刘子全,于兴梅,姜付义,等.提高工科专业教学质量方式的探讨[J].吉林工程技术师范学院学报,2008,24(8):4-6.
[3]王培铭.无机非金属材料学[M].上海:同济大学出版社,1999.
[4]周永强.无机非金属材料专业实验[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002.
[5]伍洪标.无机非金属材料实验[M].北京:化学工业出版社,2002.
[6]施惠生.无机非金属材料实验[M].上海:同济大学出版社,1999.
（责任编辑：刘丽娜）
