金亞旭 秦鳳明 宮長偉 鄭建軍

太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024

隨著中國制造2025、互聯(lián)網(wǎng)+、智能制造、工業(yè)4.0等高科技戰(zhàn)略計劃的實施，以及傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與新產(chǎn)業(yè)形態(tài)的產(chǎn)生，對材料類專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求，高校所培養(yǎng)的人才需要具備扎實的專業(yè)知識以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等綜合性素質(zhì)[1]。教育部在2019年啟動實施“六卓越一拔尖”計劃2.0以迎接新一輪的產(chǎn)業(yè)變革和科技革命，積極推進“新工科”建設(shè)以實現(xiàn)教育帶動創(chuàng)新、創(chuàng)新助力發(fā)展。工科類專業(yè)是實踐性很強的專業(yè)，旨在培養(yǎng)具備多學(xué)科與跨文化背景、能在相應(yīng)工程技術(shù)領(lǐng)域解決復(fù)雜工程問題的專業(yè)工程技術(shù)人才。因此對于材料類等工科專業(yè)來說，在持續(xù)深化“新工科”建設(shè)的時代背景下，人才培養(yǎng)機制的改革方向正聚焦于實踐、科研、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面，改革思路都強調(diào)實踐教學(xué)與理論教學(xué)的同等重要性[2]。學(xué)科競賽在培養(yǎng)人才的模式方面與“新工科”背景下對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)需求契合，通過推進學(xué)科競賽工作能夠有效提升學(xué)生實踐技能和理論知識相結(jié)合的綜合能力[3-5]，因此，學(xué)科競賽是“新工科”背景下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的重要途徑。

1 “新工科”背景下材料類專業(yè)人才培養(yǎng)的現(xiàn)狀

國內(nèi)高校材料類專業(yè)的設(shè)立一般是在1950年以后，該專業(yè)大多源自原來的金屬熱處理專業(yè)或硅酸鹽專業(yè)，受傳統(tǒng)因素與實際條件的限制，實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)很大程度上局限于結(jié)構(gòu)材料和加工成形領(lǐng)域。當(dāng)前，新材料以需求為牽引成為國家的一個戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，材料科學(xué)與工程領(lǐng)域標(biāo)志性創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，直接推動了高校材料類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的整體提高。為了適應(yīng)新材料產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的需求，很多高校開設(shè)了新能源材料與器件、復(fù)合材料成形工程、光電信息材料與器件等特設(shè)專業(yè)，更加注重對學(xué)生工程實踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

但專業(yè)轉(zhuǎn)型升級的政策落地有一定的滯后期，導(dǎo)致部分院校特別是地方應(yīng)用型本科院校在材料類專業(yè)的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)改革方面未能與時俱進，在內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)模式、過程評價等方面仍沿用陳舊的方式，跟不上“新工科”發(fā)展的步伐，集中體現(xiàn)在實踐環(huán)節(jié)設(shè)置的類型單一、內(nèi)容陳舊、缺少工程背景。例如，在“材料科學(xué)基礎(chǔ)實驗”課程中普遍設(shè)置的斷口形貌觀察、金相組織認知等驗證性或演示性實驗，只是簡單地與理論課程知識點對應(yīng)，只能起到幫助學(xué)生理解知識點的輔助作用，而達不到提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題和動手實踐能力的目的。并且實踐教學(xué)的內(nèi)容滯后于學(xué)科的飛速發(fā)展，沒有與材料學(xué)科發(fā)展及應(yīng)用熱點聯(lián)系起來。很多材料類專業(yè)開設(shè)的“金屬材料”課程設(shè)計或熱處理之類的教學(xué)環(huán)節(jié)，仍然側(cè)重于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料，這類教學(xué)環(huán)節(jié)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、團隊協(xié)作意識以及自主學(xué)習(xí)能力的意義并不大。因此，在“新工科”背景下，材料類專業(yè)人才培養(yǎng)方式亟須改革，很多教育工作者充分認識到學(xué)科競賽是結(jié)合實際并注重實踐的人才培養(yǎng)的有效方式。例如，康翌婷等[6]指出競賽能夠驅(qū)動多學(xué)科交叉融合，進而提升學(xué)生的工程技能和創(chuàng)新能力，并以北京科技大學(xué)高等工程師學(xué)院為例，探討了融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的培育機制，取得了顯著的創(chuàng)新人才培養(yǎng)效果。太原科技大學(xué)則積極探索“新工科”背景下“思政教育+新工科”的育人模式，“以賽促教、以賽促學(xué)”，在理論課程講授中引入學(xué)科競賽知識，活化了專業(yè)理論知識；在實驗課程中融入學(xué)科競賽環(huán)節(jié)，大幅提升了學(xué)生的動手意識與動手能力。

2 學(xué)科競賽對材料類專業(yè)人才培養(yǎng)的意義

2.1 學(xué)科競賽是培養(yǎng)材料類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的有效載體

材料學(xué)科是一門偏實踐應(yīng)用的學(xué)科，為零部件選材、成型、工藝制定與優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗等提出科學(xué)依據(jù)。按照“新工科”理念，工科類專業(yè)人才培養(yǎng)的重點是學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，其中創(chuàng)業(yè)能力是指行業(yè)或企業(yè)主導(dǎo)者通過努力對資源進行優(yōu)化整合從而創(chuàng)造出更大社會價值的能力，創(chuàng)新能力則是指工程技術(shù)人員持續(xù)提供具備經(jīng)濟價值、社會價值、生態(tài)價值的新思想、新理論、新方法與新發(fā)明的能力。要提高材料類專業(yè)人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，必然需要完善的“創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)”人才培養(yǎng)體系。由此可見，在“新工科”背景下，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)需要結(jié)合實際工程項目進行訓(xùn)練，在項目訓(xùn)練中將創(chuàng)意、創(chuàng)新思維付諸實際行動，以此培養(yǎng)學(xué)生的動手能力[7]。針對傳統(tǒng)的實踐課程知識體系落后于學(xué)科前沿的現(xiàn)狀，學(xué)科競賽可以將行業(yè)熱點、社會焦點、工業(yè)難點等問題帶給學(xué)生，讓競賽參與者既可以在專業(yè)知識領(lǐng)域有收獲、有感悟、有啟迪，又能在人文素養(yǎng)、團隊協(xié)作，以及正確看待成功和失敗等方面都有很大收獲。因此，在全面深化高等教育改革的“新工科”背景下，學(xué)科競賽已成為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的有效載體。通過參與專業(yè)類學(xué)科競賽，既促進了材料類專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研深度融合，也培養(yǎng)了學(xué)生運用專業(yè)理論知識分析與解決實際工程問題的能力，對學(xué)校培養(yǎng)和造就創(chuàng)新型人才起到重要作用。

2.2 學(xué)科競賽是促進材料類專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容革新的重要途徑

當(dāng)前，高校的教學(xué)模式中仍有工科教育理科化的傾向，傳統(tǒng)的以理論講授和原理驗證為主的教學(xué)模式仍普遍存在于很多材料類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)之中，高校往往忽略了學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，學(xué)生缺少系統(tǒng)的工程創(chuàng)新訓(xùn)練導(dǎo)致其實踐能力偏弱。參加學(xué)科競賽有助于提高學(xué)生對理論知識的掌握程度，同時一些與材料類專業(yè)契合度高的學(xué)科競賽具備強烈的工程背景，可以推動教師在授課過程中有效補充工程知識，因此對課程教學(xué)內(nèi)容的整合和調(diào)整起到重要的指引作用。例如，中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽這一全國性的競賽旨在調(diào)動學(xué)生對金屬材料熱處理理論知識學(xué)習(xí)與熱處理實操的積極性，競賽內(nèi)容主要涉及基礎(chǔ)件選材、工藝制定、設(shè)備選型、質(zhì)量檢驗與控制等，競賽內(nèi)容與材料類專業(yè)的課程體系高度契合，對“金屬材料熱處理”“材料科學(xué)基礎(chǔ)”等相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容的適時調(diào)整起到了極大的推進作用。學(xué)生通過參加這類競賽能充分認識到，隨著現(xiàn)代科技水平的提高，傳統(tǒng)的金屬材料熱處理技術(shù)不斷取得新突破，在碳達峰與碳中和的背景下，熱處理行業(yè)亟須升級改造，因此，很多獲獎作品關(guān)注的是噴霧淬火熱處理、鹽浴復(fù)合熱處理、氮基氣氛熱處理、等離子熱處理、無氧化脫碳熱處理等先進的熱處理技術(shù)，這就要求材料類專業(yè)教師在“金屬熱處理”等相關(guān)課程的教學(xué)設(shè)計中，要緊跟技術(shù)發(fā)展的前沿，適時調(diào)整授課內(nèi)容，增加先進熱處理技術(shù)相關(guān)內(nèi)容，這些契合學(xué)科競賽要求的教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有助于發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)和儲備材料熱處理方面的優(yōu)秀人才，使學(xué)生能夠滿足國家新材料與高端裝備制造業(yè)的現(xiàn)實需求。

2.3 學(xué)科競賽是整合校內(nèi)外實踐教學(xué)平臺資源的助推器

“新工科”建設(shè)所關(guān)注的工程項目訓(xùn)練依靠單一的校內(nèi)平臺資源還遠遠不夠，亟須發(fā)揮校內(nèi)外聯(lián)動機制，調(diào)動社會資源充分參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的全過程。對于材料類專業(yè)的學(xué)生來說，他們參加的學(xué)科競賽往往是依托具體的科學(xué)或工程問題，參賽作品通常以技術(shù)創(chuàng)新或新技術(shù)研發(fā)為主，甚至有些參賽作品直接與學(xué)生參與的各類科研項目或?qū)I(yè)實驗課程緊密關(guān)聯(lián)，因此這類學(xué)科競賽活動就必須依托功能完善的試驗場所，并具備相應(yīng)的實驗設(shè)備才能開展。在此背景下，學(xué)校就有足夠的動力去推進實踐教學(xué)平臺資源的整合與建設(shè)。通過合理調(diào)配高校自身的硬件資源與社會資源，搭建開展學(xué)科競賽的共享資源平臺，可以極大地提高硬件資源與人力資源的利用效率。太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在組織和主辦相關(guān)學(xué)科競賽的工作中積累了較為豐富的實踐經(jīng)驗，在實踐教學(xué)平臺資源的整合方面進行了有意義的探索和實踐。例如，與駐地企業(yè)簽訂人才培養(yǎng)實踐基地協(xié)議，柔性引進企業(yè)高管和技術(shù)骨干擔(dān)任專業(yè)學(xué)科競賽指導(dǎo)教師等。

3 以學(xué)科競賽促進材料類專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的舉措

3.1 構(gòu)建學(xué)科競賽與專業(yè)課程、實踐環(huán)節(jié)相協(xié)調(diào)的課程體系

太原科技大學(xué)材料類專業(yè)在多年的實踐中，重視對學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，構(gòu)建了適應(yīng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的實踐環(huán)節(jié)課程體系。在學(xué)校材料類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中明確要求具備與學(xué)科競賽相關(guān)的專業(yè)課程或?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)等模塊，達到了課程體系與學(xué)科競賽的互相協(xié)調(diào)。例如，焊接技術(shù)與工程專業(yè)2021年修訂新版的人才培養(yǎng)方案，在專業(yè)選修課程模塊中開設(shè)了多門契合競賽內(nèi)容和競賽模式的專業(yè)實踐選修課，課程內(nèi)容涵蓋金屬材料熱處理、機器人焊接、3D打印、金相觀察等不同領(lǐng)域，初步構(gòu)建了學(xué)科競賽關(guān)聯(lián)專業(yè)課教學(xué)體系的專業(yè)核心課程群。

同時在實踐環(huán)節(jié)的成績評定、學(xué)分獎勵、教學(xué)計劃改革、教學(xué)手段革新、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等方面進行配套的實踐探索，使教師在實踐教學(xué)過程中有針對性地融合學(xué)科競賽的相關(guān)環(huán)節(jié)，并制定相關(guān)管理制度保障教學(xué)的順利進行。例如，太原科技大學(xué)冶金工程專業(yè)建設(shè)了鋼鐵材料轉(zhuǎn)爐冶煉虛擬仿真實驗平臺，在實踐教學(xué)組織過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生進行沉浸式學(xué)習(xí)，參與到與學(xué)科競賽相關(guān)的高端鋼鐵材料冶煉等實踐項目的全過程中，涵蓋了學(xué)科競賽要求的方案設(shè)計、材料制備、性能檢測、功能優(yōu)化、技術(shù)經(jīng)濟性分析等環(huán)節(jié)，同時在完成項目的過程中，指導(dǎo)教師也結(jié)合教學(xué)組織形式有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神、艱苦奮斗精神和項目管理能力。

因此，只要能夠合理地設(shè)置實踐課程教學(xué)內(nèi)容和方式，學(xué)科競賽與專業(yè)課程以及實踐教學(xué)并不矛盾，反而會形成很好的合力。

3.2 構(gòu)建學(xué)科競賽前提下基于成果導(dǎo)向的探究式學(xué)習(xí)模式

工程教育專業(yè)認證中，成果導(dǎo)向（OBE）作為一個重要理念已經(jīng)被廣泛認可，這種教育理念強調(diào)以結(jié)果為導(dǎo)向，突出個人能力，強調(diào)績效責(zé)任以及個性化評價，有利于促進教與學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變，進而提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[8]。太原科技大學(xué)材料類專業(yè)在以學(xué)科競賽促進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面進行了基于OBE的積極嘗試，在專業(yè)知識目標(biāo)的基礎(chǔ)上結(jié)合學(xué)科競賽的特點，讓學(xué)生圍繞問題情景進行探究式學(xué)習(xí)，達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的目標(biāo)，實現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升。例如，結(jié)合全國大學(xué)生金相技能大賽的參賽內(nèi)容，圍繞“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“金屬材料學(xué)”等專業(yè)課程目標(biāo)，開設(shè)鑄鐵試樣金相觀察的綜合性實驗，設(shè)計預(yù)磨、拋光、侵蝕等問題情景，引導(dǎo)學(xué)生基于問題情景進行探究式學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)。實驗過程中6～8名學(xué)生為一組，要求學(xué)生在固定時間內(nèi)通過團隊協(xié)作完成各個實驗環(huán)節(jié)，有效鍛煉了學(xué)生的團隊合作能力，特別是小組長要具備組織和決策能力，才能進行合理分工并充分發(fā)掘每個組員的興趣，組員之間通過知識互補，完美地解決問題，從而提升了創(chuàng)新能力。因此，OBE教學(xué)模式注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，它與美國教育心理學(xué)家本杰明·布魯姆提出的“認知、情感、動作技能”3個教育目標(biāo)有機契合，是“新工科”背景下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的重要思路。

除了在課堂教學(xué)上建立基于OBE的線下探究式學(xué)習(xí)外，也可以采取信息化教育手段進行線上的探究式學(xué)習(xí)，特別是一些地方高校由于實踐性教學(xué)平臺資源不足，難以支撐其開展眾多的學(xué)科競賽，因此建設(shè)線上學(xué)科競賽訓(xùn)練載體尤為重要。這些線上載體具有信息推送精準(zhǔn)、傳播信息多樣化、快捷便利、用戶黏性強等優(yōu)點，能夠為學(xué)生交流和參與競賽等提供更多方便。例如，太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院微信公眾號開設(shè)了“精材細琢”模塊，及時發(fā)布各種材料類專業(yè)相關(guān)學(xué)科競賽的信息和資訊。這類學(xué)科競賽信息化平臺依托便捷的即時通信功能，為學(xué)生提供了課下交流溝通的渠道，同時也讓學(xué)生可以在課下向老師提問或者提出意見。

3.3 完善學(xué)科競賽的層級管理制度，提高管理效率

建立完善與高效的學(xué)科競賽組織和管理制度是推動學(xué)科競賽高質(zhì)量開展的重要一環(huán)。隨著學(xué)科競賽逐漸普及和備受重視，高校競賽管理機制已初具雛形，但是尚存在各部門之間聯(lián)動機制不強、各個管理單位職責(zé)不明確的問題。太原科技大學(xué)在多年實踐的基礎(chǔ)上逐漸形成了三級管理體系，即校級職能機構(gòu)—二級教學(xué)單位—導(dǎo)師團隊。其中，校級職能機構(gòu)是整合了教務(wù)部、學(xué)生工作部、科學(xué)技術(shù)部的相關(guān)職能而組建的獨立運行的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院，負責(zé)學(xué)科競賽的頂層設(shè)計，包括制定競賽管理制度、經(jīng)費管理辦法、績效獎勵政策等。將項目化管理理念引入學(xué)科競賽中，根據(jù)學(xué)科賽事的專業(yè)相關(guān)程度，把競賽劃撥給相應(yīng)的二級學(xué)院承辦。例如，全國大學(xué)生金相技能大賽由太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院承辦，“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽由計算機學(xué)院承辦。二級教學(xué)單位主要負責(zé)學(xué)科競賽的具體管理，也就是過程管理，包括組織師生參加相關(guān)培訓(xùn)、組建競賽團隊、競賽宣傳、學(xué)生實訓(xùn)、競賽報名篩選等工作。導(dǎo)師團隊的主要工作是制定競賽方案，進行專業(yè)指導(dǎo)和競賽總結(jié)等。

4 結(jié)語

本文在闡述學(xué)科競賽對材料類專業(yè)人才培養(yǎng)意義的基礎(chǔ)上，從課程體系、學(xué)習(xí)模式、管理制度等3個方面提出了具體的實施路徑，明確了學(xué)科競賽是新形勢下促進“新工科”建設(shè)的一條有效路徑。高?？梢砸詫W(xué)科競賽為渠道，強化學(xué)生理論聯(lián)系實踐的能力，并進一步促進相關(guān)專業(yè)按照“新工科”的建設(shè)要求動態(tài)優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案，持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。