新工科建設思路下的材料專業創新人才培養模式探索

李祎

摘? ? 要：在第四次工業革命背景下，傳統工科專業應用型人才培養模式已不適應當前經濟發展對工程技術人才的需求。文章以吉林建筑大學材料科學與工程專業為例，提出了由實用型人才到創新型人才培養模式的改革思想與探索實踐，并著重從課程體系構建、理論教學手段與方法、實踐教學新思路、課程評價體系多元化四個方面開展了教學改革探索。

關鍵詞：新工科;材料學專業;人才培養模式;創新

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2021）01-0010-03

一、引言

2016年“新工科”概念被正式提出;2017年“新工科建設”的“復旦共識”探討了新工科的內涵特征與發展路徑;此后開展的“天大行動”圍繞我國工程教育改革的新理念、新結構、新模式、新質量、新體系等問題展開了切實可行的研究實踐;“北京指南”研討了新工業革命帶來的時代新機遇、聚焦國家新需求、謀劃工程教育新發展，提出新工科建設指導意見[1-3]。新工科建設思路為我國在新的經濟環境下高等工程教育改革指明了方向。

由于材料在高新科技領域中不可替代的作用，以及材料學的工程性和實踐性特點，對從事材料專業的工程技術人員提出了更高的要求，如扎實的專業知識、準確的分析能力、解決復雜工程問題的綜合素質、研發能力以及工業設計能力。因此，在材料學的高等工程教育中對學生的綜合素質和知識結構也提出了更高要求?；诖?，在新工科建設的形式下，開展和實施材料學專業人才培養模式改革，將有助于優化完善專業知識結構，培養工程技術人員創新能力，逐步提升材料學專業人才解決復雜工程問題的能力。

二、材料學專業應用型人才培養模式存在的問題

（一）傳統人才培養觀念不適應新經濟背景下對工程人才的要求

“新經濟快速發展迫切需要新型工科人才支撐，需要高校面向未來布局新工科建設，探索更加多樣化和個性化的人才培養模式，培養具有創新創業能力和跨界整合能力的工程科技人才”[4]。同時，我國的“創新驅動發展”“中國制造2025”“一帶一路”等重大戰略的實施和推進也對工程人才提出更高標準和要求。在這種形勢下，材料學專業傳統的培養應用型人才的目標已經完全不能滿足新經濟形勢下對工程技術人才的需求，其所導致的理論教學與實踐操作嚴重脫節的現象必須改變，教育方法亟待調整。此外，高等工程教育專業認證工作也要求學生除了具備專業基礎知識外，還必須具有解決工程實際問題的能力、終身學習的能力和跨文化交流的能力。因此，材料學專業人才培養模式的改革勢在必行。材料學專業創新型人才培養模式必須要“以學生為中心”，激發學生的創新思維和想象力，提高學生解決復雜工程問題能力。

（二）舊的知識結構體系不適應材料專業技術進步的需求

材料學專業在工業、建筑、醫用、機械加工、石油化工、鋼鐵制造等很多領域都發揮著重要的作用。隨著我國經濟和技術的發展，具有高性能的新材料，如復合材料、智能材料、綠色材料等，在航空、海陸交通、潔凈能源和綠色建筑、深海油田和生物工程等高精尖領域得以應用，并不可替代;各種性能突出、綠色低碳的材料被研發并投產;材料的合成、加工、成型過程在機械化、自動化基礎上改變了傳統加工工藝，實現了信息化、智能化，這都推動了材料加工技術的發展。單一學科領域的知識和工程實踐，無法滿足行業的進步，舊的知識結構體系已無法適應材料專業技術進步的需求，專業發展必須要進行跨學科的交叉融合，必須要用全局的、系統的方式來發現問題、分析問題和解決問題，這些變革都對材料學專業人才提出了新要求。

（三）應用型人才培養模式不適應我國經濟發展的需求

目前我國正處在從材料生產消費大國向材料研發強國轉變的關鍵時期，社會發展、科技進步與人類生存空間的拓寬需求，使得材料科學與技術的發展迫在眉睫。材料科學與技術的發展進步離不開材料學專業工程技術人才。培養具有多元知識結構的創新型材料工程技術人才是當前的重點問題。因此，高校應該主動改革人才培養模式，積極培養具有創新能力的工程技術人才，以適應目前我國產業結構升級的需求，以此助力新經濟蓬勃發展。

三、材料學專業創新人才的培養思路

作為典型的工科院校，吉林建筑大學在材料科學與工程專業人才的培養過程中也存在前述問題，存在諸如課程體系不健全、不科學、不系統等問題，由于課程間的相互聯系不緊密，導致專業知識不成體系，重點不突出，教學目標不明確，甚至出現畢業生工程素養不足等問題。材料學專業教學方法與人才培養模式的改革迫在眉睫。改革不能只局限于內容和形式，更需要結合專業優勢，以新工科的交叉融合、跨界培養、繼承創新、協調共享的人才培養目標為基礎[5]，以材料學專業優勢為抓手，以吉林建筑大學材料學專業科研和實踐平臺為依托，在材料學院已有科研成果基礎上，圍繞本科教學的課程結構、理論教學、實踐教學和課程評價“四位一體”的教學模式進行改革，以適應我國對材料領域創新型工程技術人才培養的迫切需求。

（一）優化課程結構、打造多層級課程群

構建專業課程體系要以落實專業培養目標為原則，調整、改革課程體系。具體步驟如下。

首先以專業培養目標為基礎，設定課程體系，然后建設課程模塊和模塊下的課程。吉林建筑大學材料學專業設有高分子材料與工程、無機非金屬材料工程、材料化學三個專業方向課程群，在“厚基礎、寬口徑”為基礎的“大材料”框架內，采取“強工程、重創新”的專業與創新兼顧的課程體系建構模式。

根據不同培養階段，將課程體系劃分為通識教育課程群、學科基礎課程群、專業課程群和實踐教學環節。依據培養目標和不同專業方向制定教學大綱、規劃教材、設置教學內容和學時。通識教育課程群的建設旨在構建全面的數、理、化、文、史、哲等知識體系，使學生全面學習人文科學、社會科學、自然科學領域的知識，以提高學生與人相處的能力、跨文化交流能力、跨學科學習能力和終身學習能力;學科基礎課程群是指學生必須掌握的專業基礎知識、基本理論和基本技能的課程集群。學科基礎課程群與材料學三個專業方向課程群交叉融合，以“大材料”方向為基本目標，注重課程設置的科學性、全面性、系統性、銜接性，設置的課程有助于學生縱向深化學習和橫向跨學科學習，滿足學生分類發展需求;專業課程群主要是根據社會經濟發展需求和專業特點設置的，分兩個層次建設。

首先，按照就業方向，通過增減、合并、歸類整合出課程模塊，如針對高分子材料與工程專業設置了“高分子材料成型”“功能高分子材料”“先進高分子材料”三個模塊，將每個模塊下的課程進行了重構、優化與升級，以保證課程體系能夠更好地適應行業技術的高速發展。在相對固定的教學時間里，學生可以根據自己的專業方向選修模塊內的課程，既節省時間，又可避免選課時的盲目狀況，使專業知識的學習更為系統和完善。在教學資源方面，吉林建筑大學按照課程模塊組建教學團隊，開展教學活動、教學研究和科研項目。模塊內相關聯課程的教學目標可以通過模塊整體實現，教師可以更全面和綜合地考慮教學細節，有效克服了課程間知識點的不銜接或重復問題。通過加強教學設施和硬件的建設，搭建各種教學平臺，建立系統的教學模塊實驗室等措施，使教學質量得以提升，教學資源實現最大化共享。

其次，根據專業培養目標和畢業要求的支撐和權重以及學生專業認知進展情況，將專業課程群以專業基礎必修課、專業必修課和專業選修課三級遞進形式進行分類。專業基礎必修課是學生必須要掌握的重要專業知識技能課程，在第四和第五學期開設;專業必修課是富有專業特色，以專業對口工作崗位相關知識理論和技能為內容的課程，在第五學期開設;專業選修課是與專業相關的，由學院根據學生知識水平、興趣、地方經濟發展需求、師資力量等多方面因素綜合考慮而開設的課程，旨在拓展學生知識面，提高其綜合素質，更好地滿足其就業需求。專業選修課在第六、第七學期開設。

（二）理論課程教學手段進行多樣化改革

吉林建筑大學依托材料科學與工程學院工程研究中心、實驗教學示范中心、專業實驗室和各科研平臺，結合工程實踐設計教學內容，制作教學課件、開發課程教學演示視頻、編撰新教材和教輔材料，來保證教學內容的專業性、時尚性和前沿性。如利用“寒地綠色建筑技術吉林省高等學校工程研究中心”積累的數據和案例，將材料的導熱性原理及影響因素的學科素材融入建筑材料和建筑節能技術課程的教學課件和習題庫中，并結合材料學院工程項目中的實際問題不斷更新內容，取得了很好的教學效果。此外，學院不斷建設完善在線課程，教師持續更新課件、視頻、習題作業、課堂練習、擴展閱讀材料，并上傳至教學網站，以便學生在課下預習、復習，及時與教師交流討論。隨著“精品課程”“云課堂”“金課”“翻轉課堂”“雙一流課程”建設的深入，理論課的教學手段更加多樣化和多元化，也更體現了“以學生為中心”的改革理念。

（三）開展以學生為中心的多元化實踐教學模式

地方高校實踐教學改革思路既要服務社會、服務地方經濟，同時也不能忽視學生個性化、多樣化發展的需求。如吉林建筑大學材料科學與工程學院2019年有畢業生258人，其中有42人（16%）考取碩士研究生;有190人（73%）進入企業工作;有26人（7%）選擇自主創業?？梢妼W生的選擇方向各不相同，人生規劃具有多樣性，因此實踐教學過程不能一概而論，一成不變。吉林建筑大學材料科學與工程學院根據學生發展方向搭建了科研、應用和創新創業三個不同側重點的實踐平臺。其中科研實踐平臺以培養科研后備人才、行業尖端人才為目標，著重培養學生科研探索精神和實驗動手能力;應用實踐平臺以培養適應和推動新工業革命背景下的工業生產和改革的工程技術人才為目標，著重培養學生工程設計開發能力、專業應用技能、自我管理能力、團隊合作精神以及交流溝通能力[6]。創新創業實踐平臺以“大眾創業、萬眾創新”理念為指導，注重學生創新創業實踐能力和基本技能培養，探索創新創業新路徑、新思維、新模式。以創新創業為機遇，帶動提高畢業生就業。

在科研教學實踐過程中，科研實踐平臺采取了科研團隊（導師+研究生+本科生）的管理模式，本科生在三年級以參與全校大學生創新創業訓練比賽為契機，加入科研團隊，與導師雙向選擇?？蒲袑嵺`平臺依托教師的科研項目和團隊，實行本、碩通聯、導師負責的培養方式，將學生帶入科研環境中，將學生個人探索式學習與團隊交流充分結合。從創新創業訓練，到科研技能訓練，再到畢業設計，科研實踐平臺采取了連貫式的培養模式，保證了學生在實踐教學中能接受系統的科研能力培養和訓練，經歷從提出問題到解決問題的全過程，切實提高了本科生科研能力和科研精神。

應用實踐平臺以解決高校工程人才培養對接行業需求，提高學生就業后的職場發展和競爭力為目標，采取項目式和實戰式的培養模式。在科研能力訓練以及畢業設計環節，指導教師根據項目管理模式跨年級組建團隊，從項目調研、任務分解、方案設計及實施到畢業答辯，全程讓學生團隊參與。讓學生在完成項目的過程中接受系統、全面、專業的訓練，從而獲得專業技能和工程應用能力，提高解決復雜工程問題的能力。同時培養學生團隊合作精神、溝通能力、職業道德以及社會責任感。實戰模式是指將學生送入協議企業，參與企業運行。學院將三年級的認識實習和四年級的畢業實習連接起來，學生可以選擇在此期間進入相關企業進行頂崗實習。在企業，學生會參與到項目團隊中，熟悉企業環境，培養職業素養，強化綜合能力，有效提高其競爭能力。

創新創業實踐平臺采用模擬式、體驗式教學模式，依托學校大學生創新創業孵化園、大學生科技園、校園、社會等平臺，融合資源優勢，整合師資配備，為有創業意愿的學生創造機會。學生以創新創業項目為基石，在校內創業園開展自負盈虧的創業實訓，也可以自籌資金在校外開展創業項目。通過創新創業實踐平臺的指導和支持，學生在創業實踐過程中積累了經驗，提高了創業能力，為真正的自主創業奠定了堅實的理論和實踐基礎[7]。

（四）促進持續改進的課程評價體系

為了培養適應新經濟背景下的創新型工程技術人才培養需求，為了振興東北老工業基地、服務地方經濟發展、實現吉林省高教強省的戰略目標，也為了保證學院的人才培養目標順利完成，吉林建筑大學材料科學與工程學院與時俱進，以成果導向教育（OBE）理念為基礎，形成了多元化、過程化、多樣化的行之有效的課程評價體系。

首先，評價主體多元化。通過教學督導、院系負責人走進課堂，聽課、看課以及各項專項教學檢查，建立教務處、學院、系部三級教學評教體系;通過任課教師之間的聽課評教、互相學習促進，建立教師互評體系;通過問卷調查、網上評教方式建立學生評價體系;通過畢業生跟蹤回訪建立企業單位評價體系。

其次，評價內容過程化。課程考核從原來的理論課程只看期末考試成績，轉變為全過程考核模式。最終成績由期末考試成績、課堂討論環節、創新性作業、小組組織與發言等多部分成績構成，更加突出學生的綜合素質培養;而實踐課也一改原來的只看實驗報告、實習報告和畢業論文等簡單的結論性成果評價方式，增加了過程性評價。如調研、預習、設計方案等步驟性過程，或者樣品制備、測試方法、計算步驟、機理推導等結構性過程。這些新增考核措施雖然增加了教師的工作量，卻使評價結果更為真實客觀，更能反映出學生的能力。

最后，評價手段多元化。評價手段從過去的單一考試方式發展為綜合性評價方式。比如現場答辯、小組考核、學生互評等方式，不僅考核了學生對知識和技能的把握，也考核了學生團隊合作意識、協作能力、溝通交流能力、學習能力等。客觀有效的評價體系對教學各環節起到很好的監督和激勵作用。根據評價結果，教師可以及時調整教學手段，進而達到改進教學效果的目的，這將更有利于創新人才的培養和學院的發展。

吉林建筑大學材料科學與工程學院在人才培養模式改革中取得了一定的成績，培養出的具有創新精神和較強實踐能力的高級工程技術人才，得到了企業的認可。目前材料科學與工程專業已經成為吉林建筑大學的品牌專業，被評為重點建設的一級學科，同時也被評為吉林省“十二五”重點特色優勢學科，更是吉林省建筑節能工程實驗室、寒地綠色建筑技術吉林省高等學校工程研究中心、吉林省新型建材產業公共技術研發中心的依托單位。

參考文獻：

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[2]胡波，馮輝，韓偉力，等.加快新工科建設，推進工程教育改革創新[J].復旦教育論壇，2017（15）.

[3]葉民，孔寒冰，張煒.新工科：從理念到行動[J].高等工程教育研究，2018（1）.

[4]吳愛華，侯永峰，等.加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）.

[5]徐駿，王自強，施毅.引領未來產業變革的新興工科建設和人才培養[J].高等工程教育研究，2017（2）.

[6]劉獻君.應用型人才培養的觀念與路徑[J].中國高教研究，2018（10）.

[7]彭晏飛，張全貴.新工科背景下計算機類專業多元化實踐教學體系改革研究[J].實驗技術與管理，2019（36）.