“工業(yè)4.0”背景下英語+材料化學專業(yè)人才培養(yǎng)新思路

蔣 燦，張云飛，吳艷光，鄢國平，李 亮

(武漢工程大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205)

“工業(yè)4.0”是德國于2013年提出的一個高科技戰(zhàn)略計劃，是以智能制造為主導的第四次工業(yè)革命，其核心在于信息化、智能化的制造技術(shù)，其基礎在于材料科學與信息技術(shù)的融合與變革[1]。該技術(shù)革命正在全世界范圍內(nèi)發(fā)生翻天覆地變化[2-3]。面對德國的“工業(yè)4.0”，我國提出“中國制造2025”，這一計劃的實現(xiàn)，離不開培養(yǎng)具有國際視野的材料科學新技術(shù)人才[4]。

目前，國內(nèi)眾多的材料類專業(yè)是在傳統(tǒng)的材料學科基礎上建設而來，在以智能制造為核心的材料學科(即增材制造)建設方面較為滯后[5]。清華大學、北京航空航天大學、大連理工大學、華中科技大學、杭州電子科技大學、華南理工大學等在該領(lǐng)域取得了一系列研究成果，同時也培養(yǎng)了一批專門性新技術(shù)研究型人才。面對快速發(fā)展的增材制造技術(shù)，培養(yǎng)專門性研究型人才遠遠不夠，急需在本科教育中培養(yǎng)大批具有國際視野的復合型、應用型人才[6]。目前，國內(nèi)高校材料學科本科教育在增材制造課程建設上僅僅停留在通識階段，遠未形成系統(tǒng)的課程體系[7]。

材料化學專業(yè)是材料學科新興專業(yè)，融合傳統(tǒng)材料科學與新技術(shù)的新興學科。我校英語+材料化學專業(yè)在本科四年級的實驗課程建設中，探索以“材料化學合成-材料減材制造-模型設計-材料增材制造-性能檢測”為思路，結(jié)合傳統(tǒng)材料學科知識體系與智能制造新技術(shù)的教學模式，培養(yǎng)具有國際視野的材料科學新技術(shù)復合型、應用型人才，以適應未來智能制造技術(shù)對世界帶來的變革。該實驗課程的建設與探索是材料學科的發(fā)展方向，在國內(nèi)眾多材料專業(yè)實驗課程建設中具有開創(chuàng)性意義。

1 英語+材料化學專業(yè)實驗課程建設與探索

我校英語+材料化學專業(yè)于2014年開始招生，最早一批學生現(xiàn)已進入本科四年級。經(jīng)過前三年的材料化學專業(yè)相關(guān)知識的學習，學生已初步掌握材料化學合成、材料加工的相關(guān)知識。根據(jù)培養(yǎng)方案設置，英語+材料化學學生將在大四上學期進行材料化學專業(yè)實驗課程的學習，旨在鞏固其所學專業(yè)知識，加深對本專業(yè)的認識，培養(yǎng)其動手能力和實踐能力，培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng)。不同于材料化學專業(yè)的實驗課程設置，英語+材料化學專業(yè)實驗課程更加側(cè)重于學生實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在“工業(yè)4.0”背景下，除注重講授傳統(tǒng)材料化學知識體系以外，結(jié)合新興的智能制造技術(shù)，使學生全方位發(fā)展。因此，該專業(yè)實驗課程的建設和探索，是將英語+材料化學專業(yè)學生培養(yǎng)成為具有國際視野的新技術(shù)復合型、應用型人才的重要環(huán)節(jié)，是到達培養(yǎng)目標的重要途徑。在2017-2018學年，我們已初步完成了英語+材料化學專業(yè)實驗課程教學條件和教學內(nèi)容等建設工作，形成了以“材料化學合成-材料減材制造-模型設計-材料增材制造-性能檢測”等單元組成的創(chuàng)新性教學思路，完善了實驗教學條件。根據(jù)學生對該課程學習的反映情況，我們對課程內(nèi)容進行了優(yōu)化，部分內(nèi)容刪減和增添。對學生的學習效果進行了分析和討論，總結(jié)出實驗教學環(huán)節(jié)中存在的問題，為今后該課程的完善奠定了基礎。經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)通過該課程的學習，學生對已學習過的學科基礎知識有了更為全面的了解，對學科發(fā)展有了更深刻的認識。同時，學生們更能主動地去解決學習中所遇到的困難，獨立思考能力得到了極大的提高。

2 專業(yè)實驗課程建設對學生協(xié)作、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的促進

由于在專業(yè)實驗課程內(nèi)容中，我們增加了以往課程中沒有的部分—“增材制造”內(nèi)容。該教學內(nèi)容對于拓展學生視野，豐富學生想象力，培養(yǎng)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神有極大的促進作用。該部分內(nèi)容利用工程教育實訓中心3D打印設備，為學生們提供了一個相互交流和合作的發(fā)展平臺。在課程的教學過程當中，許多任務學生們需要合作完成，比如3D打印建模、材料加工設備的操作，這些過程使得學生的協(xié)作能力得到了鍛煉。此外，在該課程的教學過程中，讓學生深入探討了該技術(shù)的發(fā)展趨勢，引導和幫助學生開展創(chuàng)新研究，對于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維有極大的幫助。而且，筆者分析了學生們難于創(chuàng)新、不敢嘗試的原因，總結(jié)出激發(fā)學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的因素，并在其它課程的教學過程中，對學生的創(chuàng)新精神有針對性的進行引導和培養(yǎng)。比如，在無機化學理論課程和實驗課程中，糾正課本知識即是真理的固有觀念，鼓勵學生采取質(zhì)疑的方式進行學習，多讓學生談自己的理解和見解，以溝通和討論的教學方式為主。這些方法也為今后該實驗課程及其它課程培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力提供了很好的借鑒。

3 專業(yè)實驗課程建設在英語+材料化學教學實踐改革中的應用以及提高學生實踐能力

教學實踐課程是材料化學專業(yè)必不可少的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生實踐能力，動手能力，培養(yǎng)應用型人才的重要組成部分。英語+材料化學專業(yè)實驗課程是基于材料化學合成、材料加工、材料測試等專業(yè)基礎課程上，結(jié)合了新興的增材制造技術(shù)。然而，關(guān)于此技術(shù)內(nèi)容的課程，在以往的專業(yè)基礎課程中均未涉及到。因此，該專業(yè)實驗課程對現(xiàn)有專業(yè)課程內(nèi)容的改革提出了要求。比如，我們在《高分子化學》課程中，引入聚乳酸材料的合成等內(nèi)容；在《材料化學》以及 《材料測試分析方法》中需強調(diào)材料熱性能、流變性能和力學性能等內(nèi)容；尤其是，對于《材料加工工藝學》這一門課提出了增添智能制造內(nèi)容的要求。此外，在材料化學專業(yè)實習實踐課程中，與增材制造相關(guān)企業(yè)合作開展科學研究，并與相關(guān)3D打印技術(shù)企業(yè)建立實習基地等，為學生對該領(lǐng)域的學習和實踐提供了良好的發(fā)展平臺。使學生全面了解和掌握材料學科知識體系、材料產(chǎn)業(yè)上中下游基本生產(chǎn)模式，以及智能制造相關(guān)知識。

4 專業(yè)課程建設成果及經(jīng)驗在實驗課程材料化學課堂教學改革中的應用

傳統(tǒng)的大學課堂教學主要以教師板書或多媒體教學為主，所講內(nèi)容多是以書本知識或結(jié)合自身經(jīng)驗灌輸式的教學。當代的大學生從九年義務教育到三年高中，再到大學，這種灌輸式的教學方式已經(jīng)使得學生對學習感到疲憊甚至厭卷。因而，針對這一問題許多學校進行了大量的教學改革，但收效甚微。學生對具體詳細的知識或者實踐經(jīng)驗更有興趣，更具主動學習的熱情。增材制造技術(shù)在教學中的應用為解決這一問題帶來了契機。增材制造技術(shù)的應用可將教學過程中抽象知識和問題以直觀的方式顯現(xiàn)出來，或者讓學生通過應用智能制造探索問題本源，更能激發(fā)學生的學習熱情和興趣。因此，智能制造技術(shù)在英語+材料化學課堂教學中運用是非常有必要的。

5 結(jié)束語

在英語+材料化學專業(yè)實驗的課程建設中，構(gòu)建傳統(tǒng)材料化學基礎理論與智能制造技術(shù)相結(jié)合的知識體系，對于提高學生團結(jié)協(xié)作能力和綜合素質(zhì)，提高學生的科研能力、就業(yè)能力，并培養(yǎng)學生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等方面，提供了嶄新的教學思路。這一教學方法，不僅使學生具有產(chǎn)品開發(fā)、設計、技術(shù)改造乃至市場運營、管理等多方面的能力，而且讓學生在學校所學的知識與社會需求完美銜接，使得學生綜合素質(zhì)明顯提高，培養(yǎng)出緊跟社會發(fā)展潮流的創(chuàng)新型人才。