學科交叉背景下材料學科實踐教學改革探索

李曉丹 何瑞

摘要：新工科的背景下對材料專業人才的要求將會越來越高，開展學科交叉背景下的實踐教學改革探索已刻不容緩。本文分析了當前高校實踐教學存在的問題，提出了建立科學的課程體系、實行學科交叉實驗方案及實驗資源共享模式、注重工程類教師培養、建設優質的生產實習基地與實習方案、多樣化的考核評價方式、創辦跨學科競賽平臺等建議，以有效提升材料學科實踐教學的質量。

關鍵詞：學科交叉 材料學科 實踐教學習 課程體系 生產實習

Exploration on the Reform of Practical Teaching of Materials Subject under the Background of Interdisciplinary

LI Xiaodan? HE Rui

（（Department of Materials Science and Engineering， Chongqing Technology and Business University， Chongqing， 400067 China）

Abstract：Under the background of new engineering， the requirements for materials professionals will be higher and higher. It is urgent to carry out the reform and exploration of practical teaching under the background of interdisciplinary. This article analyzes the problems existing in the practice teaching of materials subject under the current interdisciplinary background， and puts forward some suggestions， such as establishing a scientific curriculum system， implementing the interdisciplinary experimental scheme and experimental resource sharing mode， paying attention to the training of engineering teachers， building a high-quality production practice base and practice scheme， diversified assessment and evaluation methods， and establishing an interdisciplinary competition platform， in order to effectively improve the quality of practical teaching of materials discipline.

Key Words： Interdisciplinary; Material subject; Practical teaching and learning; Curriculum system; Production practice

物質材料是人類社會文明發展的基礎^[1]，隨著現代科學技術的發展，傳統的材料已經不能滿足人類的需求，研發出具有優良性能的新材料也已經成為當前熱門的科學領域^[2]，材料專業是一門偏實際應用的專業，涉及大量的交叉學科如化學、物理學及復雜的實驗操作等^[3]，當前高校開展工科教育最重要的就是進行學科交叉融合^[4]，隨著科學技術的迅速發展，出現了大量細分的專業，然而完成重大項目等都需要多學科之間相互合作攻關，學科與學科之間進行交叉，建設新工科大環境，培養出創新型人才已成為當前工科教育的根本需求^[5]。

實踐教學是工科教育當中重要組成部分，以材料學科為例，實踐能力是對學生將課堂所學理論知識與實際相聯系的重要體現方式^[6]。當學生完成專業理論知識學習后，開展教學實驗、生產實習等是學生對本專業的進一步的理性認識，可以提高學生對該專業的認同感，尤其是生產實習，可以加深學生對材料行業的管理模式、經營理念、工藝流程、產品功能、發展前景等的了解，為后續學生進行畢業論文和工作提供全新的思路。但近幾年來，隨著新工科教育的提出，傳統的實踐教學已經遠不能滿足當前材料學科人才培養需求，在學科交叉背景下實踐教學改革探索已經迫在眉睫。

1 當前實踐環節教學中存在的問題

飛速發展的經濟模式和制造業行業，需要高校輸出更優質的工程教育，在工程教育中離不開對學生實踐能力的培養，在當前高校在實踐教育中主要存在以下問題有待解決。

1.1缺乏科學的課程體系

自從2013年，我國加入《華盛頓協議》后^[7]，我國工程教育得到了飛速的發展，完善實踐教學體系，已經成為當前高校工科專業建設的重點。但在人才培養過程中，大多高校都只重視學生的理論教育而忽視了實踐能力的培養，沒有合理的課程體系與之匹配，且只重視本專業課程理論，相關交叉學科教學力量不足，在實驗教學環節，材料學科主要以簡單的材料制備及性能檢測為主，實驗課一般依附于理論課的開展，而相關實驗大多較為單一缺乏學科交叉性，且目前大多數高校實驗室資源緊張、設備不足的情況下，教師從實驗目的、原理等講述后學生就按部就班地操作，這往往造成了很多學生知其然而不知其所以然的局面，常面對實驗過程中可能出現的問題而不知道思考，學生的思維能力得不到增強，創新能力受到極大的束縛。

1.2師資隊伍缺乏多學科交叉背景和工程意識

當前高校很多年長的教師在教學中仍保持傳統的教學觀念^[8]，只注重任單一的任教課程的而不注重學科之間的交叉，年輕教師則大多為高校畢業的博士生，更缺乏工程意識，在實踐環節方面難以對學生起到有效的指導作用。以生產實習環節為例，帶隊的實習指導教師不熟悉實習企業的生產流程，缺乏對該工廠整體的理解和全面地認知，在實習的過程中雖然能在一定程度上能達到教育的需求，但對學生而言只是起到管理學生、保障學生安全的作用，很少能夠對學生實習指導和解答困惑。大多數高校缺乏對教師多學科交叉意識和工程能力的培訓，這為學生實踐能力培養帶來一定困難。

1.3多樣化的實習基地匱乏和實習體系不合理

由于企業要時刻不停的創造利潤，擔心學生在實習的過程中影響了其生產的質量，因此當前絕大多數企業都不愿意接收學生實習，其次企業是需求能對生產、管理等起作用的人，而不是專業知識、工作經驗匱乏的實習生。材料學科實習大多都是化工廠，這類地方是最容易發生安全事故，企業管理人員特別擔心學生在實習過程中由于違規操作而引發安全事故，且隨著實習期限和經費等因素限制，大多數生產實習都演變為認知實習，學生很難進行實際操作，實習企業從事行業單一，不符合多學科交叉要求，很難達到對學生實踐能力的培養。

1.4 考核評價方式簡單

考核方式是教學評估的一種重要組成，更是提高學生積極性的一種形式。現行的實踐能力考核方式過于簡單，以生產實習為例，大部分高校都是要求學生交一份總結報告，然而實習時間很短，學生在技術人員現場講解時往往沒有在課堂上效率高只是簡單的羅列企業的基本資料，也沒有及時與技術人員交流，缺乏自己對該企業的分析與思考，因此單從一份實習報告很難判斷出學生在實習過程中的水平，這種考核評價方式難以提升實踐教學質量，也難以激發學生實踐興趣。

2 材料學科實踐教學的改革措施

2.1 建立科學的課程體系

為了能更好地夯實學生實踐能力，在探索材料學科交叉實踐教學內容過程中，需建立一套科學的課程體系^[9]。學院應將課程系統化重新構建，切實將教學的理論與應用實際相結合，以材料學科為例，不僅要完成如有機化學、物理化學等基礎學科教學，還要完成如等材料物理性能、材料加工工藝、材料表征技術等與專業相關的課程學習，即在原有的課程體系上，要求學生掌握必要的工程理論知識、管理理念、分析軟件應用等，開展多樣式多類型的企業生產實習，通過實習學生能將掌握的理論應用到實際的工作環境中;建立跨專業學生互選課程的機制，增加一定量的選修課、通識課，實現不同專業之間學分互認，促進學科之間的流動交叉，提高學生的發散思維。學院應充分優化教學資源，形成以材料學為主、化學、物理學為輔的3個不同學科之間的交叉融合，建立學科交叉背景下的實踐課程體系，為更好的實現實踐教學打下基礎。

2.2 實行學科交叉實驗方案及實驗資源共享模式

實驗教學作為培養學生實踐能力的重點^[10]，實行學科交叉互融實驗體系具有將不同學科之間互補、提高的特點，該體系還可以同時提升多個學科實驗教學質量。實驗課程應不拘泥于課程本身，除開設相應的專業課程實驗外，還應根據學生的專業背景，允許學生自由組成實驗小組，在培養方案之內選擇自己感興課題，以驗證理論性實驗為基礎，開展不同深度的綜合類實驗，在實驗進行順利的基礎上，再進一步開展探究型實驗。

科研為連接點實現學科融合與資源共享，各學科都有自己的實驗平臺與資源基礎上，在科研的研究過程中，多種學科應用相互交叉，促進各類工科專業的跨學院交叉融合，建立服務于跨院系跨專業的學科交叉新型組織，協同發展，打破學科之間的壁壘，實現資源技術共享，轉變獨立發展學科的現狀，整合各專業實驗室優秀資源，能更好的從多學科角度培養學生實踐能力。

2.3 注重工程類教師培養，打造雙師型教育體系

學院應努力構建跨學科交流組織，促進不同學科之間的教師相互學習，拓寬教師的知識體系，定期舉辦不同學科的學術報告會議^[11]，鼓勵教師思想之間碰撞。打造雙師型教育體系，提高教師的工程實踐能力，鼓勵學術型教師積極參加職業資格認證考試。為了保證學生在生產實習中的質量，可以提前安排部分教師進入企業學習交流，掌握企業的工藝流程、管理模式，在提高教師的實踐水平和指導能力同時也為企業科研提供力量，在雙方合作良好下，可安排一批優秀的年輕骨干教師進入企業掛職鍛煉，積極參與企業的工程實施和管理運營，提高其工程能力。在條件允許的情況下，通過高校與企業協商制定合理的勞務費機制，由學校給企業技術人員發放一定的補貼，邀請部分技術人員進校擔任兼職講師，開展工程案例教學，讓學生面對面的接受到工程教育，提高學院的工程實踐氛圍。

2.4建設優質的生產實習基地與實習方案

依靠學校等有關部門，由校領導牽頭聯系在各行業中具有明顯優勢的大型企業作為優質的生產實習基地，校方還可以與企業成立聯合培養的計劃，定期安排部分學生進企業實習，甚至條件成熟的情況下可以建立安排實習表現良好的學生畢業后直接入職的合作機制。針對校方與企業的實際需求，共同管理學生的實習安排，明確各方的責任，在學生實習前商定可實施的實習計劃，落實每名學生具體的實習崗位、項目，提前準備好各類所需物資以保障實習有條不紊的進行，同時制定一系列實習標準如實習指南、實習安全指導等文件，確保實習過程中“有規可循”。此外，為了提高學生實習的效率，在實習前可進行模擬仿真實驗將有助于學生將多個抽象的學科理論融合，通過院方和企業依托計算機建立線上虛擬仿真實習^[12]，通過模型模擬工藝流程和控制點，真實地再現生產單元操作，為學生進入企業打下夯實基礎，還可以提高學生的操作技能和面對復雜流程的分析處理能力。

為體現多學科交叉的特點，應不滿足于一類企業，以重慶工商大學為例，分別建立了與重慶國際復合材料股份有限公司、LG化學重慶工程塑料有限公司、中法水務等企業的良好合作，其涉及復合材料、化工、環保等領域。

2.5 多樣化的考核評價方式

在學生實踐能力考核評價時，應綜合分析其創新思維、工程能力、協同能力等^[13]。以生產實習為例，因從實習前的仿真實驗水平、實習過程中的動手操作能及、團隊協作能力、實習后的總結報告等多個角度進行綜合評判。成立學生能力考核評價委員會，由實習指導教師、企業技術人員、實習小組成員共同組成，給出一個綜合評判的分數，這樣由多角度多人員進行的考核評價將更有說服力^[14]。

2.6 創辦跨學科競賽平臺

此外創辦不同學科之間的競賽平臺，鼓勵多學科之間交叉融合也是一個很好培養學生實踐能力的方法^[15-16]。學科競賽有利學生將理論與實際相結合，提高其發現問題解決問題的能力，材料學科的學生可以參加挑戰杯、化工設計大賽、數學建模賽、互聯網創新創業大賽等，在競賽團隊里，不同專業、不同教育背景的學生可以將材料、化工、物理、生物、數學、計算機等諸多知識進行有機融合，相互取長補短，開闊視野。校方應完善在競賽當中的相關保障機制，安排充足的資金、實驗場所、實驗器材等，讓學生無后顧之憂，設置獎勵機制，對競賽表現優異的學生大力獎賞以激發學生的科研熱情，對有突出表現的學生可申請市級、國家級的獎勵，為培養學生實踐能力提供一個良好的平臺。

3 結語

新工科的背景下對材料專業人才的要求將會越來越高，開展學科交叉背景下的實踐教學改革探索已刻不容緩。本文分析了當前高校實踐教學存在的問題，從課程安排、教師隊伍質量、實驗、生產實習等多個方面并給出了如下建議：建立科學的課程體系、實行學科交叉實驗方案及實驗資源共享模式、注重工程類教師培養、建設優質的生產實習基地與實習方案、多樣化的考核評價方式、創辦跨學科競賽平臺等建議，相信此建議將會有效的提升高校材料學科人才實踐能力培養質量。

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