基于生態環境材料的林業院校材料科學與工程專業人才培養

韓書廣，崔舉慶，陳敏智

(南京林業大學材料科學與工程學院，江蘇南京 210037)

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基于生態環境材料的林業院校材料科學與工程專業人才培養

韓書廣，崔舉慶，陳敏智

(南京林業大學材料科學與工程學院，江蘇南京 210037)

從林業院校中材料科學與工程專業的優勢、人才培養目標與專業特色、教學體系與課程設置、就業等方面，闡述了如何優化林業院校材料科學與工程專業的人才培養模式，提高林業院校材料科學與工程專業學生的能力，以滿足社會對不同特色人才的需求。

林業院校；材料科學與工程專業；生態環境材料；人才培養模式；專業建設

1979年美國材料科學與工程調查委員會如下定義材料科學與工程：材料科學與工程是關于材料成分、結構、工藝和性能與用途之間有關知識的開發和應用的科學[1]。國際材料界在審視材料發展與資源和環境關系時發現過去的材料科學與工程是以追求最大限度發揮材料的性能和功能為出發點，未充分重視資源、環境問題。自20世紀后期，地球整體環境不斷惡化，自然資源日益枯竭，人類的生存與發展受到嚴重威脅，資源節約與環境協調的概念日趨凸顯[2]。生態環境材料正是在這樣的背景下提出來的，是20世紀90年代國際上材料科學與工程發展的最新趨勢之一，已在世界各國達成共識，并已逐漸興起了全球性的生態環境材料的研究、開發和實施熱潮[3]。就材料類本科專業人才培養而言，契合國際發展形勢是大勢所趨，實際上木、竹材料等生物質資源材料因其可再生性和環境相容性已成為生態環境材料的主要組成部分[4]，因此林業院校開設基于生態環境材料的材料科學與工程專業具有明顯的天然優勢。源于以上認識，南京林業大學等林業院校相繼開設了以生物質資源材料為核心的材料科學與工程專業，由于有別于其他基于金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料的材料科學與工程專業，在專業建設上必須進行人才培養模式的研究和探討，以利于本專業畢業生的就業和創業。筆者從林業院校開設基于生態環境材料的材料科學與工程專業的優勢、人才培養目標與專業特色、教學與課程體系和就業情況等方面，明確林業院校與其他類型院校材料科學與工程專業的一致性和差異性，建立林業院校材料科學與工程專業人才培養特色體系，以滿足社會對不同專業特色人才的需求。

1 林業院校材料科學與工程專業發展優勢

1.1 社會環境優勢 材料作為社會經濟發展的物質基礎，在推動人類社會進步方面起到了不可估量的作用。生態環境材料是世界各國在認識到當今環境惡化問題嚴重威脅的情況下，順應時代要求提出來的，旨在獲得最大限度的資源效益、經濟效益、環境效益，具有深遠的戰略意義和發展前景[2]。生態環境材料概念由以東京大學山本良一為代表的日本學者最早(1990年)提出[5]。對生態環境材料的關注是材料科學發展及人類應對全球變化和實現可持續發展雙向驅動的結果。相對于傳統材料，生態環境材料的顯著特質集中于不含有害物質、綠色環保、高材料循環性以及高材料效能4個方面。有關生態環境材料研究的焦點在于材料的生命周期評價(技術、標準、規范等)、材料性能、組成及生產工藝[6]。作為新型功能材料，生態環境材料研發被正式納入全球性科學攻關日程雖然只有不到20年時間，但發展迅猛，已成為材料科學發展的引領方向和熱點前沿之一[7]。以生態環境材料為基礎的材料科學與工程專業是一門跨工程、社會和經濟領域的綜合性學科專業，對培養相關領域的研究者、實踐者，更新傳統的材料科學與工程教學培養體系具有重要意義。以日本、美國、德國為首的發達國家相繼開展了基于生態環境材料的材料科學與工程專業的建設活動。美國卡耐基梅隆大學、喬治亞工程大學、日本東京大學等國際知名高校均明確提出了建設以生態環境材料為核心的材料科學與工程專業的教育理念，并開設了相關課程[3]。

1.2 實現化石資源可替代優勢 按照生態環境材料的分類——原料使用可再生資源或者再利用廢棄物，木、竹材資源，農、林剩余物資源顯然屬于生態環境材料[2，4，8]，除作為人造板原料以傳統物理方式加以利用外，以纖維素、半纖維素、木質素和提取物為基礎的化學利用具有非常廣闊的前景。圖1展示了木質和非木質植物資源轉化為各類化學品的方式和類型[9]，體現出其明顯的替代化石資源優勢。經濟合作與發展組織(OECD)2004 年9 月的研究報告指出，各國政府應大力支持和鼓勵生物質高附加值化學品生產領域的技術創新，減少與傳統化石原料的價格差距，以最終達到替代的效果。這方面的發展有利于保護環境，實現資源的循環利用和高附加值利用，必將形成新的人才需求。

圖1 木質和非木質植物資源轉化利用路線Fig.1 Transformation and utilization of woody and non woody plant resources

2 人才培養目標和辦學特色

2.1 人才培養目標 伴隨著經濟的飛速發展，必然會涌現大量新興行業，也自然需要足夠數量的專業人才與之相適應，這就要求人才培養單位隨時掌握新興行業的信息，不斷了解人才市場需求的變化，及時設立符合市場需要的新專業。林業院校材料科學與工程專業的人才培養目標應立足于大材料學科基礎上，結合國際及國內材料科學與工程專業的發展趨勢，確立自己的特色和定位，以培養適應時代和國家要求的專業人才。他們不僅應該具備大材料科學方面的基礎知識和基本技能，還應掌握生態環境材料方面的專業知識，能夠從事以木質和非木質植物資源材料為基礎的科學研究、材料開發、工程設計、質量控制、生產管理、教育培訓等工作。在培養模式上，應以市場需求為導向，結合產學研，以培養質量為根本，注重創新和實踐，根據“厚基礎，寬口徑，重特色”的指導思想，突出木質和非木質植物資源材料的研究特點，調整課程體系、更新教學方法和手段、調整和優化師資隊伍。

2.2 辦學特色 目前國內的林業院校已經順應國際和國內材料類專業發展的趨勢，以木質和非木質植物資源為研究對象，開設了具有生態環境材料特色的材料科學與工程專業。以南京林業大學為例，2014年開始正式招收材料科學與工程專業本科生，主要以生物質氣化多聯產、生物質材料化學轉化與利用、生物質能源材料、生物質復合材料、生物質納米材料制備與應用等為培養內容，強化學科交叉，在掌握材料科學與工程專業基本理論的基礎上，能夠綜合利用現代材料分析技術，采用化學方法，結合生物技術等進行木質和非木質植物資源的綜合利用、新材料開發等，體現出鮮明的辦學特色。

3 人才培養教學體系建設

3.1 專業課程體系構建 材料科學與工程專業是一個大類學科，一般包括金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等分支，經過多年發展，各高校基本上形成了各具特色的課程體系。在總結相關院校課程體系特點的基礎上，南京林業大學材料科學與工程專業形成了自己的課程體系建設指導原則：注重素質教育、強化專業教育，注重課堂教學、突出實踐教學，強調共性發展、引導創新提高。在此基礎上，構建了3個課程群：基礎教育課程群、專業基礎課程群、專業特色課程群；2個實踐教育平臺：專業基礎及專業課虛擬仿真實驗平臺、課外實驗實踐基地平臺。基礎教育課程群涵蓋數學、物理、化學，并強化化學教育，專業基礎課程群和專業特色課程群突出木質和非木質植物資源材料特色。目前課內總學時2 036，最低學分要求171.5，必修課學分91(含基礎教育課程、專業基礎課程和專業特色課程)，選修課學分35(含基礎教育課程、專業基礎課程和專業特色課程)，實驗實踐課程學分43.5(含基礎教育課程、專業基礎課程和專業特色課程)，創新創業與素質拓展學分6。另為學有余力的學生增設差異化模塊和大學生科研訓練項目，最終達到“寬口徑、厚基礎、重能力、求創新、高素質”的人才培養目標。

3.2 專業特色課程的設置和教材建設

3.2.1 特色課程設置。 圍繞林業院校以生態環境材料為核心的材料科學與工程專業特色，南京林業大學的材料科學與工程專業在具體課程設置上力求突出木質和非木質植物資源材料中纖維素、半纖維素、木質素的化學加工利用，如在專業基礎課程群中開設植物資源化學、生物質化學分析技術、生物質化工與生物質材料課程，專業特色課中開設纖維素科學與材料、木質素化學及改性材料、生物納米材料、生物基復合材料等課程。在體現生物質資源材料在化石資源的替代性上，開設生物質化學品、生物質能源材料等課程；為適應生態環境材料的發展趨勢，開設材料生命周期評價課程。

3.2.2 教材建設。 在教材建設方面，由于林業院校開設的材料科學與工程專業時間較短，基于生態環境材料的培養方案及課程體系尚在不斷完善過程中，相關特色課程的教材也沒有形成統一的標準，規范性不強，而這些課程往往是體現專業特色的重點課程，急需加強建設。以植物資源化學為例，該課程的培養目標是使學生掌握具有材料化應用前景的各種植物資源的化學反應特性，科學地設計或選擇植物資源材料化的方法和工藝過程，因此該課程是專業基礎課，現在所用的教材參照造紙植物資源化學。該教材缺乏植物蛋白等相關化學特性內容，無法涵蓋課程應該教授的全部內容。因此，編寫出適合林業院校材料科學與工程專業特色的相關教材是當務之急。

3.3 實踐教學新體系建設 在目前普遍強調實踐與創新教育的情況下，構建一套完善的實踐教學體系是非常重要的。基于提高學生動手能力、實際分析問題和解決問題能力考慮，南京林業大學材料科學與工程專業的實踐教學學分占總學分的比例由原來的17.8%提高到現在的25.4%，比較突出的是專業基礎課和專業課中在實驗室內不能進行的實驗已經可以在虛擬仿真實驗平臺上進行，實驗效果非常明顯。另外，比較突出的實踐教學方式是為提高學生的綜合和創新運用所學知識的能力，結合江蘇省和南京林業大學設立的大學生實踐創新項目，以導師制的形式(即每位專業任職教師在新生入學開始即通過雙向選擇的方式構建科研小團隊，保證每位新生都能參與到專任教師的科研活動中，一直延續到畢業設計環節)，形成課內課外2套實踐教學體系。課內實踐教學體系包括認識實習、實驗課程(含虛擬實驗課程)、教學實習、課程設計和畢業論文(設計)等環節；課外實踐教學體系包括生產實習、大學生實踐創新項目(導師制)、學科競賽、專題講座和學術報告等環節。2套實踐教學體系的建立有助于提高學生的學習興趣，鍛煉動手能力，提高綜合素質，增強就業競爭力。

4 人才培養的深入研究

林業院校有關林業資源材料研究和利用的豐富深厚的學術積淀為林業院校依托學校學科優勢、緊扣木質和非木質植物材料利用主題、建立基于生態環境材料的材料科學與工程專業奠定了堅實基礎和領域優勢。就學生對林業院校材料專業的就業信心調查結果顯示，只有15.71%的學生對就業前景沒有信心，說明大多數學生對于以生物質材料為發展方向的材料專業就業前景持積極和肯定的態度[10]。但是應該看到，基于生態環境材料的材料科學與工程專業建設時間相對較晚，林業院校的材料科學與工程專業多依托于原有的木材科學與工程專業、林產化學專業，尚未形成全面的以生物質材料科學為核心的專業體系及人才培養方案，在教材建設上以生物質材料為導向的系統教材尚不完備。同時，實驗實踐教育平臺的建設仍需較大投入。因此，從林業院校材料科學與工程專業的長遠發展來看，深化專業特色、優化課程體系、提升教學質量、強化實踐教學、完善人才培養方案、提升專業軟硬實力，是林業院校材料科學與工程專業順利發展的根本途徑。

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Study on the Personnel Training Mode of Materials Science and Engineering Major of Forestry College Based on Eco-materials

HAN Shu-guang, CUI Ju-qing, CHEN Min-zhi

(College of Materials Science and Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing, Jiangsu 210037 )

In the respect of the advantage of materials science and engineering professional in forestry colleges, talents training goal and professional characteristic, teaching system and curriculum, and employment, explaining how to optimize the forestry college of materials science and engineering personnel training mode, and improving the forestry college of materials science and engineering students. In order to meet the social demand for different characteristic talents.

Forestry college；Materials science and engineering major；Eco-Materials；Personnel training mode；Specialty construction

江蘇省品牌專業建設工程資助項目(TAPP)；2015年江蘇省高等教育教改立項研究課題重中之重課題(2015JSJG005)；南京林業大學高等教育研究課題(2013ZX12)。

韓書廣(1971-)，男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，從事木材科學與技術研究。

2016-10-12

S-01；G 640

A

0517-6611(2016)33-0245-03