美國材料科學與工程本科專業(yè)課程體系的特點及其啟示

(南京林業(yè)大學材料科學與工程學院，南京 210037)

美國材料科學與工程本科專業(yè)課程體系的特點及其啟示

韓景泉曹德盛徐信武潘彪周曉燕

(南京林業(yè)大學材料科學與工程學院，南京 210037)

課程體系建設是高校人才培養(yǎng)體系建設的關鍵內容。為此，從基礎課程、選修課程、核心課程、實驗課程、實踐教學等方面，對美國多所著名高校材料科學與工程本科專業(yè)課程體系的內容和特點進行了系統(tǒng)介紹，并對中美高校材料科學與工程本科專業(yè)課程體系的內容和特點進行了對比分析。在此基礎上，針對我國高校材料科學與工程本科專業(yè)課程體系建設面臨的課程設置有待改進、實踐教學需要加強、實驗教學體系有待完善等問題，提出我國高校應認真借鑒美國高校成功經驗的建議，即優(yōu)化課程體系，注重課程設置的合理性和關聯(lián)性，構建多學科交叉的、內容與時俱進的、層次靈活多樣的模塊化課程體系；豐富以學生為主體的實踐實習和實驗課程，加強校企合作，開展名副其實的實踐教學；重視學生動手能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與提高，提升本科生的專業(yè)素養(yǎng)。

本科教育；材料科學與工程專業(yè)；課程體系；比較研究

材料科學與工程(Materials Science and Engineering，MSE)是以物理和化學為基礎對材料的結構組成、性質性能、加工制備以及應用技術等進行研究的綜合學科，與航空航天、電力電子和通訊等行業(yè)密切相關[1]。目前材料科學與工程學科正逐漸成為促進世界經濟發(fā)展和科技進步的主要學科。我國已有超過200所的高等院校設立了MSE本科專業(yè)。隨著科學技術的迅猛發(fā)展以及各類新型材料的不斷涌現(xiàn)，材料科學與工程領域多學科交叉的特點引起了廣泛關注。與此同時，材料科學與工程學科專業(yè)的人才培養(yǎng)質量將直接影響材料科學的未來發(fā)展。

當前，我國正處于向高科技強國轉型的關鍵時期，急需大批具有創(chuàng)新思維和實踐能力以及國際化視野的新型人才。課程體系建設是高校人才培養(yǎng)體系建設的關鍵內容。長期以來，我國高校始終把課程體系改革放在教育教學工作的重要位置，并取得了一定的成效，但是在改革過程中也存在著一些有待解決的問題以及需要完善和提高的地方。伴隨高等教育國際化的趨勢，學習和借鑒國外先進教育理念和教學經驗已成為我國高校提升教學質量、教育水平和培養(yǎng)專業(yè)技術人才國際競爭實力的關鍵途徑之一。尤其是材料科學與工程專業(yè)這樣的國際化專業(yè)，各國高校間的相互交流和學習不僅更加廣泛而且也在不斷深入。

美國作為全球材料科學發(fā)展最為領先的國家，其眾多著名高校在MSE本科專業(yè)的人才培養(yǎng)方面具有開闊的思維和長遠的目光，設置的課程體系頗具特色，尤為注重學生動手能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。因此，對美國高校MSE本科專業(yè)的課程體系進行全方位的了解和深入剖析，不僅有利于發(fā)展和完善我國高校MSE本科專業(yè)的課程體系，促進MSE本科專業(yè)特色型人才培養(yǎng)質量的提高，而且對推動我國在MSE領域的全面進步具有深遠的意義[2-4]。

為此，筆者基于對當代美國著名高校MSE本科專業(yè)課程體系建設情況的實際調研和系統(tǒng)闡述，對中美兩國高校MSE本科專業(yè)課程體系的特色進行了對比分析，并就兩者的差異進行了總結；同時，針對我國高校MSE本科專業(yè)人才培養(yǎng)和課程體系建設的現(xiàn)實問題，在借鑒美國高校先進經驗的基礎上，提出完善MSE本科專業(yè)課程體系的建議措施，從而為今后我國MSE本科專業(yè)的教育教學改革探索新路。

一、美國高校材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)課程體系的特點

課程體系是人才培養(yǎng)方案的重要組成部分。美國高校建立的“層次分明多樣、功能清晰明確、特色鮮明突出以及理論與實踐相結合”的MSE本科專業(yè)課程體系體現(xiàn)了其對學生知識結構的設計理念，即始終遵守“加強基礎、擴寬專業(yè)、優(yōu)化結構、注重實踐、體現(xiàn)特色”的原則和思路[5]。其中，“層次分明多樣”，就是開設不同類型的課程和構建多層次的課程體系，以滿足不同層次和類型學生對知識結構的需求差異；“功能清晰明確”，就是針對不同的生源制定多種培養(yǎng)計劃和學習計劃，以使學生能夠適合不同的工作崗位；“特色鮮明突出”，就是各高校根據(jù)各自在學科發(fā)展方向上的不同，在設置課程時有所側重[6]。概括地講，經過多年的優(yōu)化和改進，美國高校MSE本科專業(yè)不斷接受先進的教學理念，逐步形成了具有“以工為主，理工結合”特色以及國際性和開放性特點的課程體系，在引領世界高等教育發(fā)展方向上發(fā)揮了重要作用[4，7]。

因此，筆者從基礎課程、選修課程、核心課程、實驗課程和實踐教學5個方面，對美國知名高校MSE本科專業(yè)的課程設置情況進行了闡述和分析。

(一)全面的基礎課程

從宏觀的角度看，美國高校開設的MSE本科專業(yè)基礎課程與我國高校開設的類似，但是從微觀的角度看，還是有不同之處的。筆者以加州大學伯克利分校(University of California，Berkeley)為例，對美國高校MSE本科專業(yè)基礎課程的特點進行了分析。

美國加州大學伯克利分校MSE本科專業(yè)設置的基礎課程(詳見表1)分為自然科學(13門)和人文社科(3門)兩大類，主要具有以下特點。

表1 加州大學伯克利分校材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)基礎課程的設置

①以自然科學類課程為主要基礎課程，除了設置普通理工類課程之外，還側重于工程領域的課程。普通理工類課程包括數(shù)學、物理和化學3大類課程，而且一般的數(shù)理化課程都有更為具體的命名，例如“大學物理”課程通常被命名為“科學家和工程師物理”課程，以強調課程的專業(yè)性和針對性。工程領域的課程設置了“工程熱力學”和“工程技術分析方法”等課程，不僅突顯了MSE專業(yè)在材料學方面的工科性質，而且強調了對學生實際工程操作能力的培養(yǎng)。

②在必修基礎課程中設置了文科類課程，包括2門“閱讀和寫作”課程和1門“人文/社會科學”課程。這說明美國高校MSE本科專業(yè)不僅非常重視學生閱讀能力(獲取知識的能力)和寫作能力(表達思想的能力)的培養(yǎng)，而且非常注重人文社會科學知識的傳授和學生人文素質的提升。由此可見，人文社會科學在美國高等教育中的重要地位已經得到確立和保證。

③對同一門基礎課程的難度等級進行了嚴格劃分，例如“數(shù)學—微積分”分為A和B兩個等級。

再以哈佛大學為例，其MSE本科專業(yè)的核心基礎課程由7大領域、11個方向的課程組成。本科生至少需修滿32門課程才能畢業(yè)，其中包括專業(yè)基礎課程16門、公共基礎課程和基礎選修課程各8門。通常，學生需要在入學后的前2年修完核心基礎課程，在第3年開始學習專業(yè)課程。從課程內容可以看出，所開設的核心基礎課程旨在提高學生的創(chuàng)新意識和培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，使學生在牢固掌握基礎知識的同時能夠掌握學科間的聯(lián)系，從而最終實現(xiàn)學以致用[4]。

此外，由于同一學科在美國各高校的發(fā)展方向有所不同，所以各高校在設置課程時會根據(jù)各自的科研優(yōu)勢和教學強項有所側重。例如，美國賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)的材料科學與工程系在納米和生物材料領域實力雄厚，所以其MSE本科專業(yè)設置了生物材料科學與技術、納米材料科學等領域的課程以及相關最新研究進展的課程，主要包括在大學一年級開設的“納米技術導論”課程，在大學二年級開設的“生物材料及結構”“納米功能材料導論”“宏觀—納米材料熱力學”課程和“納米材料實驗課”，在大學三年級開設的“高分子及生物材料”和“納米尺度材料結構”課程[6]。

(二)典型的選修課程

筆者以卡耐基梅隆大學(Carnegie Mellon University)為例，對美國高校MSE本科專業(yè)選修課程的特點進行了分析。如表2所示，卡耐基梅隆大學為MSE本科專業(yè)學生開設了39門選修課程，包括公共選修課和專業(yè)選修課。其中，以專業(yè)選修課為主，學生為達到畢業(yè)要求需修滿6門左右的專業(yè)選修課；而公共選修課僅僅涉及人文類閱讀課程，所占比例極小。其選修課程主要具有以下特點。

①基于材料學科的廣泛性，在生物大分子、電子及磁性超導、無機非金屬半導體材料等研究方向，分別設置了對應的專業(yè)選修課。為此，學校建議學生在選課之前需慎重考慮，并鼓勵學生提前咨詢有關學科方向的導師及教授。

②在學校網站上，對開設的選修課及相關教師進行詳細說明和介紹，以方便學生詳細了解課程的具體內容和任課教師的研究方向。

③與其他學校不同的是，開設了“地質學”選修課，顯示了課程資源的豐富性。

④理論上，每學期都可以為學生提供所開設全部選修課程的教學。

表2 卡耐基梅隆大學材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)選修課程的設置

此外，美國大學十分重視交叉學科人才的培育，同一專業(yè)會針對不同的生源設置不同的培養(yǎng)計劃以及相應的課程體系。例如，美國麻省理工學院(MIT)的MSE本科專業(yè)共設置了3類課程體系：一是與傳統(tǒng)MSE專業(yè)對應的課程體系，適合于畢業(yè)后打算在材料相關領域工作或深造的學生；二是多學科專業(yè)交叉的具有較大的適應性和靈活性的課程體系，以材料學科的主要課程為主體，同時囊括相關交叉學科的核心課程，如管理學、經濟學、化學和生物學等，適合于計劃從事經濟、法律、工商管理、生物和醫(yī)藥等領域工作的學生；三是針對將來從事考古領域工作的學生設置的課程體系，在選修課程中設置了“地質學”“人類學”和“材料學”3門課程[6]?？梢?，在美國高校MSE本科專業(yè)的課程體系中，選修課程的涉及面相對較廣，特別是覆蓋了材料科學與工程相關學科專業(yè)的交叉課程和社會科學方面的課程。這使MSE專業(yè)學生能夠學到交叉學科的相關知識和人文社科知識，從而有利于其發(fā)展成為綜合型人才。

(三)富有特色的核心課程

在美國高校，專業(yè)核心課(含特色課程)是MSE本科專業(yè)課程體系的重要組成部分，其設置除了緊密圍繞人才培養(yǎng)目標以及符合MSE本科專業(yè)知識結構要求之外，主要特點是充分體現(xiàn)各高等院校自己的特色和專長[8]。筆者以伊利諾伊大學和麻省理工學院為例，對美國高校MSE本科專業(yè)核心課程的特點進行了分析。

在伊利諾伊大學，MSE本科專業(yè)的不同方向涉及的材料種類是不同的，有些偏于實際應用，有些偏于理論研究，學生可以根據(jù)個人興趣合理地選擇專業(yè)方向。因此，伊利諾伊大學MSE本科專業(yè)設置的核心課程并不是固定不變的，如表3所示，除了“工程材料”和“材料熱力學”2門必修課程之外，學生可以從另外5門分別覆蓋材料的物化性質、合成、測定以及動力學等內容的課程中選擇1門作為核心課程。由此可見，學生可以根據(jù)自己的專業(yè)方向來制定其所要修讀的核心課程方案。

表3 伊利諾伊大學材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)核心課程的設置

為了避免各高校在同一學科的建設上出現(xiàn)雷同重復的問題，也為了使材料科學與工程這一涉及范圍寬泛的學科可以更加全面地發(fā)展，麻省理工大學(MIT)MSE本科專業(yè)重點圍繞材料科學與工程領域的幾大主要方面設置核心課程，從不同角度全方位講授材料學的基礎知識，包括材料的物理化學性質、結構特征、特殊性能以及材料學的未來展望等。從表4不難發(fā)現(xiàn)，麻省理工學院MSE本科專業(yè)的核心課程分別對應了材料科學與工程領域的主要發(fā)展方向。例如，對應于材料學發(fā)展方向，設置了“材料結構”“材料缺陷”“材料表征實驗”和“材料熱力學”等課程；對應于材料加工及裝備自動化發(fā)展方向，設置了“材料運輸學”和“材料工程概要”等課程。但是，從所開設核心課程的數(shù)量上看，麻省理工學院MSE本科專業(yè)核心課程的主體依舊是偏向于“大材料”方向。此外，雖然麻省理工學院研究的材料種類較多，包括半導體材料、能源材料、納米材料和生物材料等，但是較少針對具體的材料種類設置核心課程。這說明其在構建MSE本科專業(yè)課程體系時非常重視材料學基礎的奠定，并沒有把學生過于局限于某一較為狹窄的領域內[9]。

表4 麻省理工學院材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)核心課程的設置

此外，國外部分高校還會有意識地讓MSE本科專業(yè)的學生提前接觸專業(yè)知識，所以有些核心課程甚至被安排在新生入學后的第1學期。例如，英國劍橋大學(University of Cambridge)材料科學與工程系為大學一年級學生設置了偏重于材料科學與礦物科學的課程，為大學二年級學生設置了側重于材料科學與冶金學的課程。再如，英國牛津大學(University of Oxford)材料科學與工程系為大學一年級學生提前開放了“材料性質”“材料轉變”和“材料結構”等核心課程。

(四)全面的實驗課程

筆者以康奈爾大學(Cornell University)和伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign)為例，對美國高校MSE本科專業(yè)實驗課程的特點進行了分析。

康奈爾大學材料科學專業(yè)的實驗課程有3大類(詳見表5)，分別是初級實驗、高級材料實驗和材料能源系統(tǒng)實驗。其中，初級實驗屬于基礎性實驗，安排在第2學年，主要是材料組織結構等方面的實驗。高級材料實驗和材料能源系統(tǒng)實驗都安排在第3學年，高級材料實驗的主要內容是材料的簡單制備和加工；材料能源系統(tǒng)實驗的主要內容是引導學生將材料學與能源動力學相結合，利用新型能源器件制備新材料，這也是康奈爾大學材料學科特色的具體體現(xiàn)，例如鋰電子電池和儲能電池制備實驗。此外，需要特別關注的是，康奈爾大學單獨設置了“高級實驗論文”課程，主要講授實驗類論文的寫作方法和技巧，并要求學生完成指定數(shù)量的論文寫作；否則，學生無法順利完成課程。這體現(xiàn)了康奈爾大學對論文寫作的高度重視，也為學術科研型人才綜合素質的培養(yǎng)奠定了扎實的基礎。

表5 康奈爾大學材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)實驗課程的設置

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校為MSE本科專業(yè)學生提供了5門實驗課程(詳見表6)，分別對應無機非金屬、金屬、高分子、電子和生物材料等方面的內容。學生需從中選擇1門實驗課程進行學習。通常，每門實驗課程都包括材料微觀和宏觀結構的觀察、材料成分的檢驗、材料鑒定以及材料組成對其結構性能的影響等實驗操作內容；而且除了“陶瓷加工實驗”之外，其余4門實驗課程都包含了材料合成的相關內容。一般情況下，每門實驗課程由3～4名教授負責指導，在4周內完成，每周進行2個實驗；每個實驗均有自己的主題，學生分組進行不同主題的實驗，每個實驗的時間基本控制在4～5小時之內；而且在實驗課程的教學過程中特別注重引導學生采取口頭技術報告、分組討論和論文寫作等交流形式。由于學生選擇實驗的自由空間較大，未必每個實驗都要參與，所以每門實驗課程每周都會特意安排2個課時供學生交流實驗心得，以便學生彼此了解各自開展實驗的情況。實驗課程的考核內容主要包括學生參與實驗教學的情況、聽課筆記、學術報告(包括課堂口頭匯報和書面實驗報告2部分)和期末考試等4部分。其中，學術報告是課程考核的主要內容，在課程成績中所占比例為70%。

表6 伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)高級實驗課的設置

注：學生可以從5門實驗課程中任選其一學習

(五)實踐教學

實踐教學對學生提高動手能力和學習能力有著極為重要的作用，是理論學習向實際應用轉化的最有效途徑。從總體上看，美國高校比中國高校更加重視實踐教學環(huán)節(jié)，實踐教學模式都具有“以實驗及實踐技能訓練為基礎，注重基礎理論知識與生產實際相結合”的遞進式特點[10]。這在美國高校對學生專業(yè)實習和畢業(yè)論文的安排上體現(xiàn)得尤為突出。

在學生的專業(yè)實習安排方面，美國的許多高校都注重與企業(yè)開展密切合作，其目的是為了讓學生熟識企業(yè)生產過程中的每一個具體環(huán)節(jié)，使學生通過實踐能夠學習到從書本上無法獲取的知識，從而在畢業(yè)后能夠順利地進入企業(yè)工作。此外，美國高校還鼓勵學生利用暑假等業(yè)余時間到自己感興趣的企業(yè)或科研機構實習。這將有助于學生對自己未來要選擇的職業(yè)有清晰的認識和更合理的規(guī)劃。例如，伯明翰大學(University of Birmingham)為學生設置了“通用技術培訓”這樣的課程，其目的在于使學生能夠在實習過程中提升解決實際問題的能力以及交流溝通能力和團隊協(xié)作能力[11]。

在學生的畢業(yè)設計和畢業(yè)論文要求方面，美國高校特別注重實踐環(huán)節(jié)以及理論與生產實際的緊密結合。例如，匹茲堡大學(University of Pittsburgh)、普林斯頓大學(Princeton University)、華盛頓大學(University of Washington)和賓夕法尼亞大學(University of Pennsylvania)等均在大學的第4學年設置了為期1年(2個學期)的畢業(yè)論文/畢業(yè)設計環(huán)節(jié)[12]。部分美國高校甚至將企業(yè)生產中的實際問題作為本科生的畢業(yè)論文題目，旨在培養(yǎng)具有一定生產實踐能力和創(chuàng)新能力的綜合型人才[13]。

二、我國材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)課程體系的特點

(一)基礎課程

相比之下，我國高校各專業(yè)的課程體系需按照教育部的相關規(guī)定構建，所以都具有模式化特點。總體而言，目前我國高校材料類本科專業(yè)的基礎課程體系主要由公共基礎課和專業(yè)基礎課2部分組成。其中，專業(yè)基礎課約占20%～35%，公共基礎課約占50%，其他課程約占15%～30%。例如，南京工業(yè)大學MSE本科專業(yè)設置了20門左右的主干課程，其中絕大多數(shù)為基礎課程[6]。再如，南京航空航天大學MSE本科專業(yè)在擴大學科和專業(yè)基礎平臺課程比例的同時，縮減了專業(yè)課學時，形成了以基礎課程為主的課程體系，主要包括公共基礎課、學科基礎課和專業(yè)基礎課[14]。此外，北京科技大學柯俊院士主持的原國家教委面向21世紀教改項目“材料類專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學內容體系改革的研究與實踐”的研究成果，也十分強調加強專業(yè)基礎教育和拓寬學生專業(yè)知識面的重要性[15]。

同時，我國部分高校正逐步將專業(yè)基礎課安排到本科低年級講授。例如，西華大學材料科學與工程學院除了為本科低年級學生開設了數(shù)學、化學、計算機和外語等公共基礎課程之外，還增設了“高分子化學”“現(xiàn)代材料研究方法”“工程材料的力學性能”“材料科學與工程基礎”和“高分子物理”等5大類專業(yè)基礎課[13]。

我國高校在MSE本科專業(yè)基礎課程設置方面采取的上述舉措，旨在夯實學生的專業(yè)基礎、開拓學生的創(chuàng)新思維、促進各相關學科間的交叉滲透、豐富MSE學科的內涵以及拓寬MSE本科專業(yè)的口徑[16]。然而，由此導致的問題也是顯而易見的，如學生獲取的專業(yè)知識不夠多，也不夠深；學生從課堂和教材上更多獲得的是理論知識，卻缺乏將理論知識應用于生產實踐的機會；學生的專業(yè)素養(yǎng)有待提高，等等。

(二)選修課程

我國高校MSE本科專業(yè)設置的選修課程較為偏向于理工科類。以上海交通大學的MSE本科專業(yè)為例，其設置的可供學生選擇的人文社科類課程所占比例偏低，即使將經濟管理類課程與人文社科類課程合并計算，人文社科類課程在選修課中所占的比例仍然有限，而且可供選擇的非MSE學科的課程種類和數(shù)量也偏少[17]。

同時，我國多數(shù)高校在MSE本科專業(yè)的專業(yè)方向設置上較為單一，相應的學生自由選擇選修課程的空間較小。以安徽建筑工業(yè)學院為例[18]，其MSE本科專業(yè)只設置了高分子材料和無機非金屬材料2個專業(yè)方向，并以這2個專業(yè)方向構建二級學科平臺作為專業(yè)限選課的選擇基礎。因此，其高分子材料專業(yè)方向僅開設了“高分子化學”“高分子物理”“聚合物合成工藝學”和“高分子材料成型加工工藝”4門專業(yè)選修課；無機非金屬材料專業(yè)方向也只開設了“材料檢測技術”“粉體工程基礎”“無機材料機械設備”和“材料科學基礎”4門專業(yè)選修課。

相比之下，美國高校MSE本科專業(yè)設置的選修課數(shù)量比我國高校要多，設置的專業(yè)方向也較為多樣化，可以滿足不同層次、不同類型學生的就業(yè)和發(fā)展需求。而且，美國高校對學生選擇專業(yè)方向的指導也較為細致，避免了學生因盲目選擇或誤選不感興趣的專業(yè)方向而導致學習積極性減弱等情況的出現(xiàn)。

(三)核心課程

我國高校MSE本科專業(yè)主要圍繞人才培養(yǎng)目標和學科專業(yè)要求設置核心課程，強調在體現(xiàn)學科專業(yè)共同特點的基礎上，突出各高校的辦學特色和長處。例如，成都理工大學材料與化學化工學院，按一級學科對材料科學與工程專業(yè)核心課程體系進行了優(yōu)化整合，設置“計算機在材料科學與工程中的應用”“材料科學基礎”“結晶學與礦物學”“材料設計與制備”“材料工程基礎”“材料物理性能”“材料物理化學性能”和“材料科學研究方法”8大核心課程，在總學分中所占的比例約為15%。其中，“結晶學與礦物學”等相關課程的開設充分體現(xiàn)了成都理工大學在礦物材料研究與應用方面的專業(yè)優(yōu)勢和學科特色[8]。

但是，與美國高校相比，我國多數(shù)高校都將專業(yè)課程安排在本科階段的后期開設。這不利于本科生在學習之初對所學專業(yè)有一個比較全面的了解。

(四)實驗課程

目前，我國高校MSE本科專業(yè)的實驗課程在保持原有教學內容的前提下，尤為注重基礎實驗的優(yōu)化整合。例如，中南大學通過從理論課程中分離基礎實驗的方法，將源于理論課程的實驗重新優(yōu)化整合為“材料制備與加工實驗”“材料性能測試與評價實驗”“材料組織結構分析與表征實驗”3門實驗課程，建立了與理論教學體系既相對獨立又有機銜接的實驗課程體系[19]，從而重點培養(yǎng)了學生的基本實驗能力。

再如，成都理工大學材料與化學化工學院MSE本科專業(yè)的平臺實驗室針對“材料”，分設了制備實驗室、組織結構分析實驗室、成分測試實驗室、計算機模擬實驗室和物理性能表征實驗室。這些實驗室彼此之間既相對獨立又相互聯(lián)系，構建了較為完整的實驗教學體系。一般情況下，首先，教師提出實驗題目。其次，學生在獲得各種原材料的前提下，需要了解材料制備原理、方法、工藝以及設備性能和表征方法，并設計出較為合理的制備工藝方案；然后學生在上述實驗室中對材料組分、內部結構、物化性能等進行分析測試，并對實驗結果進行比較討論，最后得出分析結果[8]。這不僅有助于學生較好地掌握實驗內容，而且在一定程度上有助于提高學生的思維能力和動手能力。但是，這種實驗教學模式也有其缺陷，即學生對教師的依賴性仍然較大，如在實驗題目選擇和儀器操作方面受教師的約束較多；而且學生在實驗過程中與指導教師和其他同學之間的交流和溝通不夠，對實驗的后續(xù)總結和拓展重視不夠。

與美國高校相比，在我國高校MSE本科專業(yè)的實驗課程教學過程中，學生的自主創(chuàng)新能力沒有得到充分培育；學生之間的相互交流學習較少，分組合作的過程往往被忽略；學生遇到難題后缺乏自己分析問題、解決問題的能力[20]?？偟膩碚f，學生的交流表達能力、團隊協(xié)作能力、創(chuàng)新思維能力和動手能力沒有得到充分的鍛煉和提高。

(五)實踐教學

我國高校MSE本科專業(yè)的實踐教學總體上較為薄弱，與美國高校相比，有較為明顯的差距。通常，我國高校MSE本科專業(yè)把實習安排在大學3年級下學期或者4年級上學期?？紤]到學生的實習安全問題和企業(yè)實際生產的要求，校方和企業(yè)一般不允許學生親自動手操作[21]，所以學生實習的主要內容是去工廠參觀，而不是親自參與生產過程[22]。而且，受資金和實際條件的限制，學生實習的時間較短，一般只能開展2周左右的實踐實習。這都導致學生無法全面、深入地了解企業(yè)的生產過程。此外，由于部分實習單位生產設備陳舊，管理模式未能與時俱進，所以學生在實習中難以獲得最新的生產技術和先進的管理經驗，從而逐漸喪失了實習的積極性和主動性[23]。總之，我國高校MSE本科專業(yè)的實踐教學改革還有很長一段路要走。

三、我國材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)課程體系建設面臨的問題

通過對中美兩國MSE本科專業(yè)課程體系的比較分析可以發(fā)現(xiàn)，我國高校MSE本科專業(yè)現(xiàn)有的課程體系難以滿足未來社會發(fā)展對人才的要求，急待解決的問題主要集中在以下幾個方面。

(一)課程設置有待改進

首先，從總體上看，我國高校MSE本科專業(yè)的課程設置較為固定、統(tǒng)一；而且對實踐課程重視不夠，理論課程所占比例過大，使學生難以做到學以致用。而美國高校的課程設置相對靈活多樣。例如，麻省理工學院針對MSE本科專業(yè)的3個方向確定了不同的培養(yǎng)方案以及相對應的課程，學生可以選擇自己感興趣的課程學習[9]。

其次，我國高校MSE本科專業(yè)設置的理論課程較為繁雜，且缺少合理的層次結構；同時，課程之間缺乏銜接，課程教學內容存在重復現(xiàn)象。這不僅浪費了教學時間，而且使學生難以有效地掌握所學的知識。

因此，基于現(xiàn)代社會對實踐型人才的需求，我國高校MSE本科專業(yè)的課程設置有待改進，對學生創(chuàng)新能力和解決實際問題能力的培養(yǎng)有待加強[24-25]。

(二)實踐教學需要加強

MSE本科專業(yè)作為工科專業(yè)，實踐教學需要大量實驗和多種實踐環(huán)節(jié)的融入。但是，目前我國大部分高校不僅很難做到這點；而且實驗內容往往一成不變，不能及時反映當代科技的發(fā)展水平[26]。這在一定程度上削弱了學生實踐動手能力、獨立思考能力、創(chuàng)新能力和分析解決問題能力的培養(yǎng)。

而美國高校普遍重視MSE本科專業(yè)的實踐教學。例如，斯坦福大學(Stanford University)材料系的培養(yǎng)方案規(guī)定學生幾乎在每學年都要到各類不同材料的相關企業(yè)參觀和實習，其中安排在大學三年級的工業(yè)實習的時間長達6～7個小時；同時，實驗教學的時間也是逐年增加，安排在大學一、二年級的實驗課教學時間分別為6小時和15小時。再如，康奈爾大學(Cornell University)鼓勵學生利用假期到相關企業(yè)或其他大學進行專業(yè)實習，以促使學生了解就業(yè)情況和提高就業(yè)能力[5]。

因此，我國高校MSE本科專業(yè)應重視和加強實踐教學環(huán)節(jié)，設置的實驗實習既要與相關的專業(yè)課程銜接，又要與企業(yè)的生產實際緊密結合，以保證學生學習的實驗技術是與時俱進的，從而幫助學生在畢業(yè)后能夠較快適應工作崗位的實際要求。

(三)實驗教學體系有待完善

我國高校MSE本科專業(yè)的實驗通常是已經設計好的，這導致學生的思維只是簡單停留在對實驗過程和結果的思考上，而缺乏積極主動分析問題和解決問題的意識，更不能從其他新的角度來思考實驗。這遠不能滿足培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的要求，也與培養(yǎng)實踐創(chuàng)新型人才的目標相悖。例如，在部分實驗課的學習過程中，學生往往知其然而不知其所以然；學生僅僅只是按照書本上的步驟完成課程實驗，卻不知實驗設置的根本目的[27]，更沒有在原有實驗的基礎上結合實際情況獨立動手設計實驗的想法和動機，從而造成學習上的被動和死板。

而美國高校MSE本科專業(yè)對實驗課的重視程度則比我國高很多。例如，麻省理工學院規(guī)定課程成績由考試成績與其他考核成績兩部分組成，各占50%，其中實驗成績在其他考核成績中占85%。而實驗成績通常由6次作業(yè)和3次測驗的成績組成，其中，每次作業(yè)安排3個思考題，以考察學生的思維分析能力，如果學生沒有按時交作業(yè)，則沒有作業(yè)分數(shù)；實驗報告則較為注意考察學生的口頭表達能力[9]。

因此，我國高校MSE本科專業(yè)應對實驗教學體系進行優(yōu)化、完善，以加強學生創(chuàng)新思維、實踐能力的培養(yǎng)。

四、美國材料科學與工程(MSE)本科專業(yè)課程體系建設經驗對我國高校的啟示

為了彌補當前我國高校MSE本科專業(yè)課程體系的不足與缺陷，筆者認為應借鑒國外高校MSE本科專業(yè)課程體系建設的成功經驗，從以下幾個方面采取改革措施。

(一)優(yōu)化課程體系，強調課程設置的合理性和關聯(lián)性

課程體系建設是人才培養(yǎng)方案的重要組成部分。只有合理地設計課程體系，優(yōu)化教學內容，才能在有限的學時內幫助學生建立起科學合理的知識結構。因此，我國高校MSE本科專業(yè)首先應拓寬專業(yè)基礎平臺，注重培養(yǎng)學生的基礎學科素質，這樣學生才能對MSE學科專業(yè)有一個具體的、宏觀的認識，也才更加易于接受新的知識，而不是局限于某一個方向[25]；其次應適當提高選修課在課程體系中所占的比例，這樣可以擴大學生的知識面，使學生更好地了解社會、適應社會，也可以使學生的個性得到充分發(fā)展；最后課程設置應注重知識的銜接，使課程之間保持一定的聯(lián)系[13]，同時應緊跟時代潮流，并與相關行業(yè)的實際需求保持緊密聯(lián)系，這樣可以提高學生的就業(yè)能力，使學生畢業(yè)后在相關行業(yè)的工作崗位上能夠迅速適應[10]。

(二)加強校企合作，開展名副其實的實踐教學

實踐教學是培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新能力的關鍵環(huán)節(jié)[28]。美國高校普遍重視學生的實踐環(huán)節(jié)，所構建的校企合作實踐教學模式不僅有利于增強學生的實踐能力，而且有助于學生未來的就業(yè)。因此，我國高校MSE本科專業(yè)首先應根據(jù)學科專業(yè)發(fā)展及時更新實驗和實踐類課程的教學內容，使教學與學科發(fā)展和社會產業(yè)發(fā)展緊密地結合在一起[5]；其次應對實驗和實踐類課程的考核進行完善和細化，以全面考核學生在實驗和實踐過程中的知識應用能力，從而引導學生注重實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)；最后應加強校企合作，鼓勵企業(yè)設立“頂崗式”實習崗位和相應的工薪制度，并按照企業(yè)考核員工的標準對學生的頂崗實習進行考核和給予一定的物質報酬。這樣，不僅有利于調動學生在實習期間的積極性，而且有利于培養(yǎng)學生的社會歸屬感，使學生把自己當作企業(yè)的一員，成為一名真正的“社會人”[22]。

(三)重視學生動手能力的培養(yǎng)和提高

我國高校MSE本科專業(yè)應從實處著手，真正重視學生動手能力的培養(yǎng)和提高。首先，應創(chuàng)新實驗模式，切實落實學生在實驗中的主體地位，要求學生獨立思考和完成從實驗方案制定、實施到實驗結論總結和討論的全過程；同時，對學生在實驗進程中需要完成的論文寫作和口述實驗報告提出具體、嚴格的要求，從而提高學生做實驗的邏輯性和鍛煉學生的口頭表達能力。其次，采取多種考核方式相結合的方法，引導學生更好地通過理論與實際相結合來解決材料科學中的實際問題，從而促進學生綜合素質的鍛煉和提高；同時，建立“教學效果快速反饋”機制，及時反饋教學過程中出現(xiàn)的問題，以增強學生對學科內容的理解和提升學生的自學能力[11]。

總之，材料科學與工程是一個龐大的學科體系，涵蓋了各種各樣的傳統(tǒng)材料和新興材料。我國高校MSE本科專業(yè)應在同類專業(yè)錯位發(fā)展的指導思想下，堅持走有自我特色的材料學科建設道路，圍繞各院校自己的專業(yè)特色優(yōu)化和改進課程體系，引領學生了解最新的行業(yè)情況，從而為輸出高質量的專業(yè)特色型人才提供強大的基礎保障[29]。同時，我國高校MSE本科專業(yè)應結合自身的教學特點，遵循理論與實踐相結合的原則，一方面通過對理論課程進行合理、靈活的安排，提高學生對材料學大方向的把握程度，使學生對材料科學與工程學科的整體內涵有較為深刻的理解；另一方面通過深化實驗和實踐教學改革，進一步加強學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

[1] 熊偉，王曉瓊，王彥芳.淺議石油院校材料類專業(yè)的課程設置與改革[J].科教文匯，2008(7)：40-41.

[2] 林文樹，薛偉，董希斌.中美森林工程專業(yè)本科教學的對比分析[J].中國林業(yè)教育，2016，34(4)：74-78.

[3] 林文樹，薛偉，董希斌.中美森林工程專業(yè)本科人才培養(yǎng)目標的對比研究[J].中國林業(yè)教育，2016，34(2)：74-78.

[4] 楊敬娟.美國大學課程歷史發(fā)展、特色及啟示[J].航海教育研究，2008，25(2)：33-35.

[5] 柏自奎，王羅新，郭俊，等.材料科學與工程專業(yè)課程體系的優(yōu)化整合研究[J].教育教學論壇，2016(17)：61-62.

[6] 張華，劉亞云.中外大學材料科學與工程專業(yè)課程體系的比較[J].理工高教研究，2006，25(4)：52-54.

[7] 米立偉，陳衛(wèi)華，衛(wèi)武濤，等.淺議材料科學與工程專業(yè)課程體系構建[J].廣州化工，2015，43(19)：164-165.

[8] 林金輝，汪靈，邱克輝，等.材料科學與工程專業(yè)的課程體系和實驗教學體系建設[J].高等教育研究，2007，24(2)：54-56.

[9] 鐘世云.麻省理工學院材料科學與工程專業(yè)本科培養(yǎng)計劃的分析[J].中國大學教學，2013(3)：85-95.

[10] 柏自奎，王羅新，劉曉洪，等.材料科學與工程專業(yè)教學實踐改革研究[J].科教導刊，2015(29)：124-125.

[11] 杜學麗，劉德寶.材料科學與工程專業(yè)本科培養(yǎng)模式探索[J].模具工業(yè)，2015，41(9)：70-73.

[12] 黃四平.材料化學專業(yè)課程體系優(yōu)化整合的探索與實踐——以咸陽師范學院化學與化工學院摩擦材料專業(yè)為例[J].廣東化工，2013，40(21)：182-183.

[13] 饒麗，屈金山，魏成富，等.材料科學與工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究[J].高等教育研究，2008，25(4)：54.

[14] 李子全.全面建設 整體優(yōu)化 構建品牌專業(yè)新體系——以南京航空航天大學“材料科學與工程”江蘇省首批品牌專業(yè)建設為例[J].南京航空航天大學學報(社會科學版)，2009，11(1)：82-86.

[15] 何勇，于廣華.占領新材料科學人才培養(yǎng)的制高點——北京科技大學材料科學與工程特色專業(yè)建設紀實[J].北京教育，2010(1)：57-59.

[16] 宋孝周，段海燕，孫景榮，等.木材科學與工程專業(yè)新生研討課的教學實踐[J].中國林業(yè)教育，2016，34(3)：58-60.

[17] 張玉平.中美高校材料科學與工程課程體系比較初探——以MIT和上海交通大學為例[J].高等理科教育，2010(5)：73-75.

[18] 李燕.建筑類地方院校材料科學與工程專業(yè)課程體系的探討[J].皖西學院學報，2009，25(2)：106-108.

[19] 黃繼武，潘清林，徐國富，等.中南大學材料科學與工程實驗教學的改革與創(chuàng)新[J].實驗技術與管理，2011，28(6)：262-267.

[20] 宋孝周，邱增處.木材科學與工程專業(yè)校內生產實習教學的改革與實踐[J].中國林業(yè)教育，2014，32(6)：28-30.

[21] 關春龍，盧新坡，李穎，等.材料科學與工程專業(yè)認識實習模式改革[J].中國冶金教育，2015(6)：48-50.

[22] 葉宏，閆忠琳.材料科學與工程專業(yè)實踐教學環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀與對策[J].重慶科技學院學報(社會科學版)，2007，16(2)：126-127.

[23] 王吉會，趙乃勤，鄭冀，等.材料科學與工程專業(yè)本科生生產實習的改革與實踐[J].高等工程教育研究，2005(S1)：61-63.

[24] 張鈞林.材料科學與工程學科的發(fā)展、現(xiàn)狀及人才培養(yǎng)[J].甘肅科技，2008，24(15)：165-168.

[25] 周志平，楊娟，邵紅紅，等.材料科學與工程學院人才培養(yǎng)方案修訂及改革初探[J].考試周刊，2013(85)：6-7.

[26] 陳前赫.材料科學與工程專業(yè)立體實踐教學改革研究[J].高師理科學刊，2016，36(3)：90-92.

[27] 胡智強.完全學分制下的分析化學教學改革[J].內蒙古石油化工，2012(6)：83.

[28] 朱秀芳，張紅霞，楊明，等.校企合作背景下材料科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索——以湖北汽車工業(yè)學院材料學院為例[J].科教導刊，2016(2)：23-24.

[29] 汪明棟，張愛勤，王彥敏，等.以錯位思維實現(xiàn)材料科學與工程專業(yè)的準確定位[J].教育教學論壇，2016(8)：102-103.

(責任編輯 柳小玲)

江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃重點項目“基于原位自組裝網絡結構的納米纖維素負載PANI/天然橡膠柔性傳感器基質的調控合成和機理研究”，項目編號201610298004Z；以及“聚合物基纖維素互穿網絡納米復合水凝膠”，項目編號201510298016Z。南京林業(yè)大學教學質量提升工程項目“材料科學與工程新專業(yè)人才培養(yǎng)模式探索與實踐”，項目編號00644-04-01016。南京林業(yè)大學研究生教育改革重點項目“木材加工企業(yè)研究生工作站運行質量保障體系的研究與實踐”，項目編號163020678。江蘇高校品牌專業(yè)建設工程資助項目(Topnotch Academic Programs Project of Jiangsu Higher Education Institutions，TAPP)“木材科學與工程品牌專業(yè)”，項目編號PPZY2015A062。