新工科背景下中南大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式的思考

李松林+伍秋美+黃勁松+李篤信+劉繼進+周忠誠+方華蟬

摘要：國民經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型升級急需新工科人才。論文根據(jù)新工科對人才的要求，并結(jié)合中南大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)特點，探討新工科人才培養(yǎng)模式。分析了本專業(yè)新材料的具體發(fā)展方向及對本科生能力和素質(zhì)的特定要求，提出了適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)要求的課程體系設(shè)置，并對課程內(nèi)容、課堂和實驗教學(xué)方式的改革方法提出了一些建議。

關(guān)鍵詞：新工科；材料化學(xué)；人才培養(yǎng)模式

1.新工科的提出及對新材料人才的要求分析

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進行，綜合國力競爭愈加激烈。國家實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“一帶一路”等重大戰(zhàn)略，以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點的新經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，要求工程科技人才具備更高的實踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，這些新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對工科人才提出了新的要求[1]。

目前中國擁有世界上最大規(guī)模的工程教育，每年工科本科畢業(yè)生過百萬。但工科人才存在人才結(jié)構(gòu)性過剩與短缺現(xiàn)象，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)人才素質(zhì)提高和轉(zhuǎn)崗轉(zhuǎn)業(yè)任務(wù)艱巨，領(lǐng)軍人才和大國工匠緊缺，先進制造技術(shù)領(lǐng)域人才不足，支撐制造業(yè)從大向強轉(zhuǎn)型升級的能力不強。高校的工程人才培養(yǎng)與企業(yè)實際需求脫節(jié)，產(chǎn)教融合不夠深入、工程教育實踐環(huán)節(jié)薄弱，學(xué)校和培訓(xùn)機構(gòu)基礎(chǔ)能力建設(shè)滯后是普遍存在的頑疾[2]。

新經(jīng)濟的發(fā)展對傳統(tǒng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)提出了挑戰(zhàn)。新工科要求適應(yīng)未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟，著眼于互聯(lián)網(wǎng)革命、新技術(shù)發(fā)展、制造業(yè)升級等時代特征，交叉融合科學(xué)、人文、工程知識，培養(yǎng)復(fù)合型、綜合性人才?？梢哉f，新經(jīng)濟對人才提出的新的目標(biāo)定位與需求為“新工科”提供了契機，新經(jīng)濟的發(fā)展呼喚“新工科”。正因為新工科是一個新事物，2017年2月教育部發(fā)布了《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實踐的通知》，希望各地高校開展新工科的研究實踐活動，深化工程教育。在該文件中，新工科的主要研究內(nèi)容被歸納為“五個新”，即工程教育的新理念、學(xué)科專業(yè)的新結(jié)構(gòu)、人才培養(yǎng)的新模式、教育教學(xué)的新質(zhì)量、分類發(fā)展的新體系[1]。

相對于傳統(tǒng)的工科人才，“新工科”人才是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。新工科人才不僅要在某一學(xué)科專業(yè)上學(xué)業(yè)精深，而且還應(yīng)具有“學(xué)科交叉融合”的特征；他們不僅能運用所掌握的知識去解決現(xiàn)有的問題，也有能力學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)去解決未來發(fā)展出現(xiàn)的問題，對未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)起到引領(lǐng)作用；他們不僅在技術(shù)上優(yōu)秀，同時懂得經(jīng)濟、社會和管理，兼具良好的人文素養(yǎng)。其中快速探究性學(xué)習(xí)新事物的能力應(yīng)該是學(xué)生最核心的能力[3]。

也是在今年2月教育部、人力資源和社會保障部、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)了《制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南》，人才需求巨大且短缺嚴(yán)重的制造業(yè)十大重點領(lǐng)域是：新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、先進軌道交通裝備、節(jié)能與新能源汽車、電力裝備、農(nóng)機裝備、新材料、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械等10個專業(yè)。新材料專業(yè)不僅榜上有名，且這份《指南》中，其它9個重點專業(yè)的發(fā)展都離不開新材料及其制備技術(shù)的突破[3]。新工科將一躍成為大學(xué)里最熱門的專業(yè)之一。

由上分析可以看出，新工科的探索和實踐是個宏大的課題，新材料是新工科的重要領(lǐng)域。本文將對中南大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)新工科人才的模式進行探討，并期望對綜合型大學(xué)同類專業(yè)培養(yǎng)新材料方向的新工科人才的研究具有一定參考價值。

2.新工科背景下材料化學(xué)專業(yè)培養(yǎng)能力與素質(zhì)的要求及課程設(shè)置

綜合大學(xué)利用多學(xué)科優(yōu)勢催生交叉學(xué)科，特別是以理科為基礎(chǔ)的有應(yīng)用前景的新興學(xué)科值得大力發(fā)展；同時需要創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式和機制體制[1-3]。材料化學(xué)專業(yè)就是中南大學(xué)材料和化學(xué)優(yōu)勢學(xué)科交叉催生的新專業(yè)。中南大學(xué)材料類專業(yè)的優(yōu)勢是有色冶金材料、結(jié)構(gòu)材料等傳統(tǒng)工科方向[4]，結(jié)合新工科的形勢[5-7]，在新工科背景下我校材料化學(xué)專業(yè)需主動與新材料融合，注重信息化帶動工業(yè)化、高性能結(jié)構(gòu)材料和具有前期科研優(yōu)勢的功能材料等方向，可發(fā)展新型復(fù)合材料、納米粉體、新能源電極材料、無機功能材料、氣相沉積的表面涂層材料等新材料。培養(yǎng)能從事新材料合成與制備、材料表面技術(shù)研究開發(fā)和生產(chǎn)管理的高層次專業(yè)人才。畢業(yè)生除面向有色冶金等材料外，還可適應(yīng)電子、航空航天、新能源等應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)生可也在打下一定基礎(chǔ)后，按自己的興趣轉(zhuǎn)專業(yè)到生物醫(yī)學(xué)、微制造與再制造、工商管理等專業(yè)。

按新工科人才要求，本科生既要保證化學(xué)和材料的理論和基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，還要強化綜合能力培養(yǎng)，成為高素質(zhì)人才。能力和素質(zhì)培養(yǎng)要求分析如下。

1）能力要求

學(xué)生需掌握材料學(xué)科和材料化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識、技術(shù)，具有較強的工程設(shè)計、實踐技能，能自主學(xué)習(xí)、具有分析和解決本專業(yè)問題的能力和一定的創(chuàng)新能力；同時具有一定的組織管理能力、團隊領(lǐng)導(dǎo)能力和較強國際化競爭能力。具體可分解為以下5個能力：

①具有應(yīng)用本專業(yè)所必需的學(xué)科基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識分析問題的能力；

②掌握運用現(xiàn)代信息技術(shù)獲取相關(guān)信息的基本方法；具有較強的外語綜合運用能力，具有寬廣的國際化視野和社會交往能力；

③具有良好的思辨能力；

④具有一定的應(yīng)用本專業(yè)的理論、技術(shù)、工藝等相關(guān)知識發(fā)現(xiàn)、分析和解決本專業(yè)問題的能力；具有一定的創(chuàng)新的能力。

⑤獲得較好的工程實踐訓(xùn)練，具有本專業(yè)必要的制圖、設(shè)計、計算、測試、調(diào)研、實驗與基本工藝操作等基本技能，具有綜合分析和解決工程實際問題的能力。

2）素質(zhì)要求

具有良好的科學(xué)素質(zhì)、人文素質(zhì)、職業(yè)素質(zhì)、精神素質(zhì)和專業(yè)素質(zhì)。

①科學(xué)素質(zhì)

能夠理解并掌握科學(xué)原理、方法等科學(xué)本質(zhì)，善于發(fā)現(xiàn)問題，敢于提出問題。

②人文素質(zhì)

具有正確的人生觀和世界觀。了解一般的社交規(guī)范，遵守社會公德，誠實守信，具有良好的是非分辨能力，善于理解人，熱心幫助他人，具有較強的適應(yīng)能力。

③職業(yè)素質(zhì)

具有很強的職業(yè)道德素質(zhì)和職業(yè)精神，愛崗敬業(yè)，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真。具有良好的質(zhì)量、安全、服務(wù)和環(huán)保意識和公民意識。

④精神素質(zhì)

具有社會責(zé)任感，關(guān)心時事，關(guān)注社會。具有實事求是的科學(xué)態(tài)度和積極向上的工作作風(fēng)。富有進取精神，能夠經(jīng)受挫折與失敗。

⑤專業(yè)素質(zhì)

具備良好的科學(xué)思維方法，較強的溝通表達與寫作能力，及競爭與合作能力。能夠發(fā)現(xiàn)并解決實際工程應(yīng)用問題。

對應(yīng)培養(yǎng)的5個能力，參考我們原來的課程體系[4，8-10]本科期間課程設(shè)計考慮如下：

為培養(yǎng)能力1，開設(shè)的課程有：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工科大學(xué)化學(xué)系列課程（無機與結(jié)構(gòu)化學(xué)基礎(chǔ)、有機化學(xué)基礎(chǔ)、物理化學(xué)）；工程基礎(chǔ)（工程制圖基礎(chǔ)、機械設(shè)計基礎(chǔ)、工程力學(xué)、電工學(xué)技術(shù)），專業(yè)基礎(chǔ)（材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料化學(xué)基礎(chǔ)）等。

為培養(yǎng)能力2，開設(shè)的課程有：計算機程序設(shè)計基礎(chǔ)、文獻檢索與數(shù)據(jù)處理、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)導(dǎo)論、大學(xué)英語。對于英語基礎(chǔ)較好的可以免修普通的大學(xué)英語課，選修提高課程，如新聞英語視聽、英漢口譯、商務(wù)英語、英語公眾演講、高級英語寫作等。

為培養(yǎng)能力3，開設(shè)的主要是思政教育類課程：大學(xué)生心理健康教育、思想道德修養(yǎng)與法律基礎(chǔ)、形勢與政策、中國近現(xiàn)代史綱要、馬克思主義基本原理概論、毛澤東思想與中國特色社會主義理論體系概論；畢業(yè)教育。

為培養(yǎng)能力4，開設(shè)的主要是必修和選修專業(yè)課程：專業(yè)課有：材料性能學(xué)、材料分析測試技術(shù)、材料表面技術(shù)、材料化學(xué)合成與制備、工程材料概論、材料腐蝕與防護；專業(yè)選修課有：固體物理導(dǎo)論、功能材料概論、復(fù)合材料、無機材料、納米材料、粉末冶金原理等課程。

為培養(yǎng)能力5，需強化工程實踐。每個學(xué)期都開設(shè)不同類的實踐課程，如通識課程實驗課、專業(yè)課程實驗課、集中實踐等。通識課程實驗課：工科大學(xué)化學(xué)實驗——基本操作、大學(xué)物理實驗、物理化學(xué)實驗、制造工程訓(xùn)練、電工電子實驗、機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計。專業(yè)課程實驗課：材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗、材料結(jié)構(gòu)及性能表征實驗、材料制備與表面工程實驗；集中實踐：認(rèn)識實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)、材料專題研究、畢業(yè)實習(xí)與畢業(yè)論文（設(shè)計）。為提高個性化培養(yǎng)，還要求學(xué)生進行課外研學(xué)，包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐（含創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、科研訓(xùn)練、學(xué)科競賽、論文成果等）、開放性實驗、社會實踐、實驗室技術(shù)安全與環(huán)境保護知識學(xué)習(xí)培訓(xùn)、技能考試、素質(zhì)修養(yǎng)等，修滿一定學(xué)分即可。

為提高對新材料的認(rèn)識和學(xué)習(xí)興趣，進校即開設(shè)新生課- 材料與人類文明。

對應(yīng)5個素質(zhì)的培養(yǎng)，本科期間課程設(shè)計考慮如下：

為培養(yǎng)素質(zhì)1，3，4開設(shè)的課程有：思政類課程、體育。

為培養(yǎng)素質(zhì)2開設(shè)非工科門類課程的文化素質(zhì)課： 如音樂、美學(xué)、國際關(guān)系、市場營銷、個人修養(yǎng)等，可自行選擇時間修滿。

為培養(yǎng)素質(zhì)5，對應(yīng)的課程有各類基礎(chǔ)課和專業(yè)課、各種實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。

3.課程內(nèi)容、課堂和實踐教學(xué)方式的改革

新工科人才培養(yǎng)的課程體系設(shè)計非常重要，課程內(nèi)容、課堂和實踐教學(xué)方式的改革是實現(xiàn)新工科人才培養(yǎng)目標(biāo)實現(xiàn)的關(guān)鍵[11-12]。根據(jù)我們的理解和思考，提出一些相關(guān)建議。

課程內(nèi)容更新方面在保留經(jīng)典理論的同時于基礎(chǔ)課程注重引入新工科的內(nèi)容。如計算機課程中加強互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)的內(nèi)容；機械設(shè)計與實踐課程引入計算機三維立體設(shè)計內(nèi)容。將新材料內(nèi)容融入各基礎(chǔ)和專業(yè)課程中，如新材料涉及的理論可包含于大學(xué)物理、固體物理導(dǎo)論課程；新材料的結(jié)構(gòu)及表征包含于材料化學(xué)基礎(chǔ)、現(xiàn)代材料分析測試技術(shù)課程；功能材料的性能介紹包含于材料性能及測試課程；新材料合成的原理和技術(shù)內(nèi)容包含于材料化學(xué)基礎(chǔ)、材料的化學(xué)合成課程等。

課堂教學(xué)也需探索模式改革，著重提高學(xué)生主動參與性和思辨能力。學(xué)校大力提倡的開放式精品課程建設(shè)其實就是順應(yīng)新工科的有效模式。要精心設(shè)計課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，提高學(xué)生課堂的參與意識?？商剿髟趯I(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課程教學(xué)中設(shè)置課程論文撰寫環(huán)節(jié)和課程論文討論環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、獲取信息、歸納整理的能力。重視“啟發(fā)式”教學(xué)、“討論式”教學(xué)和“分層次”教學(xué)，重視不同個體的個性特征和認(rèn)識特點。教學(xué)中加大案例和問題式教學(xué)比重，課堂教學(xué)設(shè)置質(zhì)疑環(huán)節(jié)，留出一定討論時間，開展小組辯論、小論文撰寫、大型題目答辯等等多種模式。嘗試給學(xué)生提供形式多樣的與課堂教學(xué)不同的學(xué)習(xí)課件：如只列出要點，促使學(xué)生作筆記或比講課的內(nèi)容更詳細，拓展講課內(nèi)容等。提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性、積極性，滿足學(xué)生多元需求，培養(yǎng)學(xué)生思辨能力。完善和豐富課程考試形式，根據(jù)課程實際情況，將創(chuàng)新實驗報告、小論文（設(shè)計）、調(diào)查報告、課程論文等納入考核體系。

實踐教學(xué)方面，需建設(shè)和完善適合新材料實驗實踐的平臺，強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)。材料化學(xué)具有技術(shù)方法多、涉及的材料種類及其應(yīng)用面廣的特點，需建設(shè)具有新材料特色的實驗平臺和具有“設(shè)計性-綜合性-創(chuàng)新性”的三性實驗。結(jié)合粉末冶金研究院在粉體材料領(lǐng)域的優(yōu)勢，加強基于化學(xué)原理制備高性能粉體及粉體材料領(lǐng)域的實驗體系、創(chuàng)新教育體系建設(shè)；增加自主設(shè)計型、創(chuàng)新性、綜合性和課外開放實驗，如可開設(shè)納米粉體的合成、新能源材料及復(fù)合材料制備、氣相沉積、磁控濺射、3D打印等相關(guān)內(nèi)容的實驗，使學(xué)生真切感受認(rèn)識新材料和新技術(shù)，將來能與新材料產(chǎn)業(yè)迅速接軌。

與企業(yè)開展產(chǎn)學(xué)研合作，共建創(chuàng)新平臺。在專業(yè)課程教學(xué)、實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)、畢業(yè)論文（設(shè)計）、教師培養(yǎng)等方面與行業(yè)、企業(yè)、科研院所等深度合作，探索出校企聯(lián)合培養(yǎng)高水平研發(fā)型人才的新模式和新機制。

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感謝2017年中南大學(xué)專業(yè)綜合改革試點項目資助。