新工科建設(shè)背景下的材料學(xué)專業(yè)的教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究

孔海娟　劉延輝　張凡

【摘要】本文以新工科建設(shè)為背景，以上海工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)為例，分析了專業(yè)背景及存在的問題，根據(jù)新工科的要求，結(jié)合國家新材料發(fā)展、上海產(chǎn)業(yè)化以及學(xué)校的定位等進(jìn)行分析。提出材料科學(xué)專業(yè)的教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思路和措施。

【關(guān)鍵詞】新工科? 材料科學(xué)與工程? 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

【基金項(xiàng)目】該項(xiàng)目得到上海工程技術(shù)大學(xué)教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目（x201905001）、國家自然基金項(xiàng)目（51603120）的支持。

【中圖分類號】G64 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）07-0124-02

新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征[1-2]。2017年，教育部提出新工科人才的新要求，即“工程科技人員具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力”。

智能材料、新能源材料、3D打印技術(shù)……材料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異，新材料作為國家十大重點(diǎn)領(lǐng)域，預(yù)計(jì)2025年“新材料”領(lǐng)域人才需求總量達(dá)1000萬人，但總?cè)笨诔^400萬人[3]。從人才需求可以看出，除了新興的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)需求量比較大，電力裝備和新材料是需求比較大、空缺較多的行業(yè)。新時(shí)代呼喚“新工科”人才，人才需求不僅是數(shù)量上，更需要面向新興產(chǎn)業(yè)和區(qū)域發(fā)展的需求，調(diào)整人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。伴隨新一輪科技革命與經(jīng)濟(jì)全球化的加速進(jìn)行，現(xiàn)代工程實(shí)際問題的復(fù)雜性和涉及的不可預(yù)見因素往往超越現(xiàn)有的工程解決方法和標(biāo)準(zhǔn)、單一的學(xué)科知識領(lǐng)域甚至技術(shù)范疇，目前的教育在解決實(shí)際問題能力培養(yǎng)方面存在結(jié)構(gòu)性短板等問題。

本論文結(jié)合上海工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程本科專業(yè)、相關(guān)學(xué)科和工程教育專業(yè)以及“新工科的特點(diǎn)”，對專業(yè)在學(xué)生教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式上進(jìn)行系統(tǒng)研究和分析。

一、新工科建設(shè)背景下材料專業(yè)面臨的問題與挑戰(zhàn)

上海工程技術(shù)大學(xué)是上海地方性高校，目標(biāo)是培養(yǎng)了解國際規(guī)則、具備綜合能力、擁有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和奉獻(xiàn)精神的高等工程應(yīng)用人才。而目前學(xué)生的工程實(shí)踐能力不夠強(qiáng)、創(chuàng)新能力比較弱等問題，教育與產(chǎn)業(yè)結(jié)合、與企業(yè)合作程度不夠緊密，使目前學(xué)生所學(xué)到的知識體系相對陳舊、知識更新相對緩慢，不能跟上時(shí)代的需求，同時(shí)教師重視科研等基礎(chǔ)研究，而工程實(shí)踐和背景相對較弱，難以應(yīng)對快速新材料發(fā)展過程中新的工藝、設(shè)備以及新材料生產(chǎn)和應(yīng)用的需求。

結(jié)合新工科以及工程教育認(rèn)證對人才的需求和學(xué)校的定位，提出本專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)：本專業(yè)以先進(jìn)制造業(yè)和新材料為專業(yè)背景，注重與化學(xué)、機(jī)械、微電子、信息等領(lǐng)域的交叉滲透，以金屬材料和表面工程為重點(diǎn);注重培養(yǎng)學(xué)生新材料開發(fā)和設(shè)計(jì)、材料改性、材料性能檢測和失效分析的能力;培養(yǎng)具備材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論，能在材料的制備、加工成型、結(jié)構(gòu)研究與分析、材料表面工程、新材料開發(fā)等領(lǐng)域，從事科學(xué)研究與教學(xué)、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、產(chǎn)品質(zhì)量控制與分析、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高等工程應(yīng)用型人才[4]。

因此在新工科建設(shè)背景下，材料科學(xué)與工程專業(yè)的建設(shè)需要以社會需求為導(dǎo)向，結(jié)合國家和上海的發(fā)展需求，提出培養(yǎng)目標(biāo)。在新工科背景下，材料科學(xué)與工程專業(yè)的建設(shè)以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，如何結(jié)合目前國家戰(zhàn)略的發(fā)展和應(yīng)用的需求（材料、能源、信息），進(jìn)行課程體系的設(shè)計(jì)、課程教學(xué)模式和學(xué)生的培養(yǎng)模式進(jìn)行探索。

二、新工科建設(shè)背景下材料類專業(yè)綜合改革的具體路徑和措施

（一）培養(yǎng)目標(biāo)

新材料的技術(shù)被稱為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”。新材料產(chǎn)業(yè)是當(dāng)今世界各國重點(diǎn)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。新材料技術(shù)對其他領(lǐng)域的發(fā)展起著引導(dǎo)、支撐和相互依存的關(guān)鍵性作用，是最具推動力的共性基礎(chǔ)技術(shù)。具有優(yōu)異性能或特定功能、應(yīng)用前景廣闊的新材料已成為發(fā)展信息、航天、能源、生物等高技術(shù)的重要基礎(chǔ)材料。國外及中國多個(gè)國家非常重視材料的開發(fā)與研究。

跟蹤國家戰(zhàn)略，面向區(qū)域經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。國家中國制造2025明確新材料是十大重點(diǎn)領(lǐng)域，“中國制造2025”戰(zhàn)略，就是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，向產(chǎn)業(yè)鏈中高端轉(zhuǎn)移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展模式。上海作為我國建設(shè)中的國際經(jīng)濟(jì)、金融、貿(mào)易和航運(yùn)中心，努力推進(jìn)科技創(chuàng)新、實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略方面走在全國乃至世界前列，加快建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心。其中汽車及零部件制造產(chǎn)業(yè)在全球城市中排名第一。

上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)校所在地松江位于“G60科創(chuàng)走廊”也鼓勵(lì)推進(jìn)制造業(yè)強(qiáng)區(qū)和質(zhì)量強(qiáng)區(qū)的發(fā)展。因此，我們專業(yè)課程體系的設(shè)計(jì)和人才的培養(yǎng)目標(biāo)可以結(jié)合。專業(yè)目標(biāo)是以金屬材料和表面工程為重點(diǎn);注重培養(yǎng)學(xué)生新材料開發(fā)和設(shè)計(jì)、材料改性、材料性能檢測和失效分析的能力;培養(yǎng)具備材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論，能在材料的制備、加工成型、結(jié)構(gòu)研究與分析、材料表面工程、新材料開發(fā)等領(lǐng)域，從事科學(xué)研究與教學(xué)、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、產(chǎn)品質(zhì)量控制與分析、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高等工程應(yīng)用型人才。

（二）構(gòu)建理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的課程體系

建立理論與實(shí)際相結(jié)合、教師與學(xué)生緊密結(jié)合、學(xué)校與企業(yè)緊密結(jié)合的人才培養(yǎng)模式，構(gòu)建“學(xué)中做”“做中學(xué)”“學(xué)做結(jié)合”“重在實(shí)踐”教學(xué)體系。課堂是新工科人才培養(yǎng)的主渠道，課堂是連接學(xué)生與國家戰(zhàn)略需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑。陳舊的照本宣科式的教學(xué)已不再適合當(dāng)前人才培養(yǎng)的發(fā)展趨勢，專業(yè)應(yīng)發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢，打通科研成果與課堂教學(xué)的通道，有效地將科研資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，讓實(shí)驗(yàn)室里、研發(fā)中心、生產(chǎn)一線的科研成果、前沿知識變成“活教材”，讓學(xué)生在課堂上真正學(xué)得深、吃得透。

課程體系建設(shè)更加完善和系統(tǒng)。（1）通過設(shè)立模塊化課程體系（公共必修、平臺基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、職業(yè)素質(zhì)拓展等），解決之前存在的各自傳統(tǒng)的學(xué)科優(yōu)勢，二級學(xué)科設(shè)置課程，專業(yè)基礎(chǔ)受局限、被弱化、專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)技術(shù)課程容易被混淆的問題。（2）課程設(shè)計(jì)中注重課程內(nèi)容交叉綜合，1+N=？“新工科”人才培養(yǎng)指向的是多學(xué)科交叉融合的復(fù)合型人才，如今“大數(shù)據(jù)時(shí)代”已經(jīng)到來，在課程中應(yīng)該將計(jì)算機(jī)引入課程體系。與其他學(xué)院的課程內(nèi)容交叉，如電子通信（互聯(lián)網(wǎng)+、AI技術(shù)）、自動化、藝術(shù)設(shè)計(jì)等交叉。（3）面向產(chǎn)業(yè)的特色課程。開設(shè)的課程既要滿足傳統(tǒng)材料學(xué)專業(yè)，又有創(chuàng)新的課程，如前沿性課程、面向汽車、分析檢測等不同領(lǐng)域開設(shè)特色課程。（4）工程經(jīng)驗(yàn)教師隊(duì)伍建設(shè)。目前工程經(jīng)驗(yàn)教師少，對于實(shí)際工程問題不清楚。（5）構(gòu)建工程實(shí)踐教學(xué)課程體系，課程實(shí)踐教學(xué)重視學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力，滿足新工科的專業(yè)素養(yǎng)和通識教育面向應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)要求。

加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。創(chuàng)新教育就是通過教學(xué)活動來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)造新的、有用的思維產(chǎn)品的能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為我國提出的一種新的教育理念，并不是創(chuàng)新教育與創(chuàng)業(yè)教育的簡單疊加，而是在理念和內(nèi)容上實(shí)現(xiàn)了對創(chuàng)新教育或創(chuàng)業(yè)教育的超越。構(gòu)建學(xué)科競賽體系，鼓勵(lì)學(xué)生參加學(xué)科和創(chuàng)新創(chuàng)意大賽，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力（參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、互聯(lián)網(wǎng)+等）和團(tuán)結(jié)能力。通過組織學(xué)生參加各種知識競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力和動力，同時(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等。

（三）構(gòu)建產(chǎn)教融合校企育人平臺，提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

學(xué)校、學(xué)院協(xié)助廣泛搭建實(shí)踐育人平臺，為學(xué)生提供課程實(shí)踐能力訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的空間。結(jié)合學(xué)院教師承擔(dān)研究項(xiàng)目，提供學(xué)生實(shí)驗(yàn)室平臺、實(shí)踐基地，在本科二年級開始學(xué)生可以加入教師研究團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行動手能力、思考問題、解決問題等方面的培養(yǎng)和專業(yè)知識的運(yùn)用，課本知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，更好地培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng);以企業(yè)研發(fā)項(xiàng)目為載體、在具體工程項(xiàng)目實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生研發(fā)創(chuàng)新能力，鼓勵(lì)學(xué)生參與教師橫向課題的研究，一是可以了解實(shí)際應(yīng)用需要解決的問題，二是給學(xué)生接觸企業(yè)提供條件，如企業(yè)課題需要解決腐蝕和防腐的措施、表面強(qiáng)化、無損檢測等，可以使學(xué)生結(jié)合自己的專業(yè)知識與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，把專業(yè)知識靈活應(yīng)用。

聘請企業(yè)工程背景專家為兼職教師或是派遣教師進(jìn)入企業(yè)接受培訓(xùn)和掛職鍛煉，加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)。對于大部分的專業(yè)教師來說，80%是高校直接畢業(yè)參加工作，專業(yè)能力比較強(qiáng)，但是由于缺少實(shí)際的工程應(yīng)用條件，這方面能力比較欠缺，因此，專業(yè)教師隊(duì)伍里邊引進(jìn)部分在公司任職的全職工程技術(shù)人員作為教師或是兼職教師，根據(jù)專業(yè)特色和背景，展開教育。

采用與企業(yè)合作的校企合作模式，校企協(xié)同育人等模式。可以根據(jù)專業(yè)特色探索滿足企業(yè)需求的人才培養(yǎng)模式，共同培養(yǎng)材料行業(yè)緊缺的高端技術(shù)技能人才，為學(xué)生的實(shí)習(xí)和就業(yè)搭建更好的平臺，也為材料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力的人才支撐，為材料行業(yè)升級發(fā)展做出貢獻(xiàn)[5]。

三、結(jié)語

新工科建設(shè)背景下，材料學(xué)作為傳統(tǒng)專業(yè)需要從學(xué)校定位、人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系設(shè)置和教學(xué)等方面進(jìn)行綜合考慮和改革創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)新工科全面提高人才培養(yǎng)能力和學(xué)生綜合素養(yǎng)的目標(biāo)，培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的人才，為實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的力量。

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[5]周娟，樊湘芳，郭棣彬.基于校企合作人才培養(yǎng)模式的材料成型及控制[J].教育現(xiàn)代化，2016-6（16）：6-7