材料專業四層次遞進式實踐教學體系探索

赫榮安，張世英，李晉波，許第發

（長沙學院，湖南 長沙 410022）

為了應對世界新經濟和新工業的發展，我國提出了“中國制造2025” 戰略和“一帶一路”倡議等強國發展路線，并在2016 年正式加入了《華盛頓協議》。我國要實現從制造大國向制造強國邁進，離不開節能環保、新興信息、新能源、高端裝備制造、新材料等戰略性新興產業的高質量發展，這需要大量工程技術人員來實現。傳統的人才培養模式對學生的實踐能力培養不充分，與行業、企業實際脫節明顯，難以滿足日新月異的現代產業發展對人才相關能力和素質的需求。對此，教育部提出了新工科人才培養的目標，要求高校以產業需求為導向，根據學校定位方向積極調整人才培養模式，主動適應產業發展，這為高等工程教育改革探索提供了全新視角和“中國方案”［1-4］。當然，新工科人才培養是一個總體方案，對不同學校的不同專業，則要根據其特點進行有針對性的設計和實踐探索，找到適合該專業的人才培養模式。

在我國戰略性新興產業中，新材料產業占有重要地位。新材料產業是實現制造強國的關鍵支撐，需要大量符合產業需求的工程技術人才。而目前，應用型高校在材料專業的人才培養中，普遍存在畢業生實踐能力薄弱、自主學習能力差等問題，迫切需要通過有效方法來改進，以提升人才培養對新材料產業的支撐作用［5-9］。實踐教學是提高學生工程實踐能力最直接的環節，對實踐教學體系進行改革，是提升新時期人才培養質量的有效途徑之一［10-15］。為此，長沙學院功能材料專業教學團隊根據自身特點，針對其普遍存在的問題及產生的根源，通過與企業多方位深入合作，設計并重新構建了“基礎實驗—綜合實訓—探索創新—工程實踐”四層次遞進式的實踐教學體系，并與企業共商、共建和共享實踐平臺，為學生的實踐學習提供多方位支撐。

1 材料專業實踐教學體系存在的問題及原因

1.1 實踐教學與產業發展脫節，對學生工程實踐能力培養不夠

應用型高校的傳統實踐教學體系常有兩種傾向，一種傾向于“科學范式”，另一種傾向于“技術范式”。“科學范式”注重科學原理的應用，強調理論教育的重要性，而“技術范式”則注重技能技巧的應用［3，16］。新材料產業發展日新月異，新方法、新技術層出不窮，而這兩種范式主導的實踐教學體系在內容和教學方法上與產業發展脫節日趨明顯，導致學生對材料產業的新方法、新技術和新需求接觸少，對相應的原理難以理解，學習和熟悉過程較為吃力，不利于培養學生的工程實踐能力。

1.2 教學方法單一，學生參與實踐的積極性低

學校的實踐教學包括實驗、實訓和實習等多種形式，但每種實踐教學的教學方法都較為固定。如實驗教學多以灌輸式的教學為主，實訓教學則多以驗證性操作為主，實習教學則以參觀式的學習為主。因此，學生在實踐學習時，難以在較短時間內對相關材料的生產工藝和運行管理有較清晰的了解，導致其學習興趣不高，能力提升效果不理想。

1.3 工程實踐教學資源不足，對人才培養的支撐薄弱

隨著社會對學生工程實踐能力要求的不斷提高，近年來，許多地方高校都在教學平臺建設方面不斷增加投入，但學校的實踐教學資源仍然不能滿足新工科背景下對學生能力培養的要求。這主要體現在兩個方面：一方面，新材料產業門檻較高，受到場地、資金和功能限制，學校實驗室不可能獨立達到像企業生產車間一樣的規模和運行方式；另一方面，在校企合作中，許多合作處于較低層次，企業只為學校提供一些實習服務，而且主要以參觀學習的方式為主［5，7］。這會導致學生對生產線的操作和運行方式、關鍵技術及內部管理模式等難以有清晰深入的認識。此外，實踐教學體系各個環節的關聯性不強，學校自身的實踐教學平臺資源也不夠完整，導致現有平臺不能被充分利用。這些都大大減弱了實踐教學資源對學生能力培養的支撐，也使學生的實驗、實訓和實習效果難以達到預期。

2 四層次遞進式實踐教學體系的基本構架

學校要解決學生工程能力不強、實踐學習積極性差和工程實踐教學資源不足等問題，是無法通過單一調整個別實踐教學環節的內容和方法，以及多增加幾個合作企業來實現的［17-19］。學校需要對實踐教學體系的整體結構進行優化，并在各環節的教學內容、方法和資源等多方面協同改進，實現新工科倡導的“工程范式”人才培養。這種“工程范式”人才培養更加注重學生通過工程本身獲得的實踐體驗和試錯反思，并加以應用，使學生不僅有扎實的專業基礎，還具有迅速適應產業發展的主動學習習慣和工程思維能力［3］。為此，長沙學院功能材料專業在實踐教學體系改革中，充分考慮學生學習習慣和規律，以及學校與企業運行差異等因素，在原有實踐教學體系的基礎上，提出了四層次遞進式的實踐教學體系，如圖1所示。

圖1 四層次遞進式實踐教學體系

該體系中，實踐教學內容按照難易程度被劃分為基礎實驗、綜合實訓、探索創新、工程實踐等四個不同層次的區塊。這四個區塊的內容既能各自形成較鮮明的主題，又相互重疊，形成一個整體。（1）基礎實驗區塊主要包括各個基礎課程實驗和專業課程實驗，時間跨度從大一到大三，為其他層次的實踐培訓奠定基礎。（2）綜合實訓區塊主要包括校內綜合實驗、校外實訓、大學生參與科研等環節，主要是在課程實驗的基礎上，對學生進行課內外綜合訓練，使其能進一步掌握和運用課程內容。這部分實踐教學需要與基礎實驗緊密銜接，故將其中校內綜合實驗和校外實訓設計成基礎性和綜合性兼具的環節。（3）探索創新區塊以工程綜合訓練、創新創業訓練、大學生項目和學科競賽等為主要內容。這部分實踐教學需要學生具備一定解決實際問題的綜合能力，并對工程實際有初步認識，故將工程綜合訓練和創新創業訓練設計成綜合性、工程性和創新性兼具的環節。（4）工程實踐區塊主要包括畢業實習、畢業設計與論文，是對學生工程實踐能力的綜合訓練，使其能直接接觸工程問題，并設法解決。其中，基礎實驗區塊為綜合實訓區塊提供專業基礎，綜合實訓區塊在鞏固和加強基礎實驗區塊訓練效果的同時，又為探索創新區塊提供初步的工程基礎，而探索創新區塊則在完善綜合實訓的工程基礎訓練的同時，著重培養學生的工程能力和工程視野，最終，學生在工程實踐區塊的訓練中，將前三個區塊培養的專業基礎、工程實踐能力和工程視野有機結合，完成“工程范式”的訓練和養成。

3 四層次遞進式實踐教學體系的實踐探索

3.1 基于成果導向進行內容體系設計，全面培養學生工程實踐能力

新的實踐教學體系以學生為中心、以新材料產業對人才工程實踐能力和自主學習解決實際問題能力的培養要求為牽引，進行內容體系設計，使各教學環節相互聯系，構成統一的整體。這樣的實踐教學體系通過對實踐內容的優化，著重補充學生在工程實踐、自主學習、自主探索方面的訓練內容，系統、全面地培養學生的工程實踐能力。這并不是完全摒棄傳統的實踐教學方法，而是將其與新型人才培養方法融合，使學生不僅有扎實的專業基礎和良好的工程專業意識，還能主動學習并迅速適應現代產業發展的變化。新的實踐教學體系主要有三個變化：第一，增強了體系的系統性，將大學生的課外實踐納入實踐教學體系，全領域培養學生的工程實踐能力，成為實踐教學體系的重要環節和傳統實踐教學的重要補充；第二，引入企業應用場景，將原有綜合創新實驗環節與課外進行的企業技術開發環節合并成工程綜合訓練環節，使學生在解決工程實際問題方面的實踐體驗和試錯反思成為重點；第三，對原有的基礎課程實驗、專業課程實驗和校內綜合實驗等課內實踐環節進行調整，補充企業生產環節中的相應內容，挖掘并融入恰當的思政引導，使學生對專業知識、企業技術和國家發展需求的關聯有初步的認識，為后續實踐學習做鋪墊。

這些變化都體現在具體的舉措中。例如在生產實習環節，教師補充校內微縮型電池生產線前期培訓和網絡線上仿真等內容，一方面，使實踐教學內容更貼近企業實際，另一方面，通過在企業生產中的操作模擬，使學生對企業實習內容先有基本的認識，從而解決學生對現代企業的自動化生產只能看、不能操作的問題。又如在大學生參與的科研、項目和工程綜合訓練等環節中，引入基于新材料產業的課題，使學生可以進行自主探索，培養自身的工程實踐能力和自主解決實際問題的能力。再如，在基礎實驗環節，在物理化學、材料科學基礎等實驗中融入國家發展戰略需求、國際環境、材料產業現狀及對人才的需求等思政內容，以及現代動力電池、移動電池技術應用等內容，使學生在實踐中不僅對技術的發展有初步認識，還對專業學習與國家發展導向、材料產業發展方向的聯系有一定的認識。

3.2 提供遞進式、模塊化和開放型的實踐學習，激發學生學習熱情

學生的學習和實踐的主動性、積極性是實現預期能力培養的關鍵之一，而學生的獲得感和成就感是激發其學習熱情的重要因素。實踐教學只有及時讓學生產生獲得感和成就感，才能使其保持興趣和學習熱情。為此，新的實踐教學體系充分考慮學生認知規律和企業的需求，將實踐教學體系中的各環節按其對學生工程實踐能力培養的層次，劃分成四個區塊，每個區塊在時間安排和能力培養層次上都是逐級遞增的，可以保障學生能力培養的循序漸進。不僅如此，新實踐教學體系中各個實踐環節的內容也是以任務單元或操作單元模塊的形式進行組織，它們之間既相互關聯，又相互獨立，學生可自行選擇順序并獨立完成。這樣，學生不僅可以獲得完成操作單元的成就感，還可以通過完成全部流程，獲得更大的成就感，從而對實踐學習產生更高的熱情。例如，將鋰離子電池制備的實訓內容劃分成鋰電正極材料制備、鋰電負極材料的加工、電極材料工業質檢、正負極制膜和成型、電池成型、電池正負極回收、生產車間設計等多個單元模塊，每個單元既可以采用現成的材料進行操作，也可以采用前一個操作單元所制備的樣品，學生無論是進行一個單元的操作，還是整體操作，都能獲得電池或電極制作的成就感。實踐表明，這種靈活的實踐操作方式對激發學生實踐熱情是極為有利的。

同時，新的實踐教學體系還將課外創新和部分實訓的實踐環節改為開放式實踐，即在教師指導下，學生自主選擇實踐主題和內容，通過預約的方式使用實驗室設備。如大學生項目這一課外實踐環節為全開放，學生在指導老師引導下，根據研究內容和需要，通過培訓并預約使用的方式，自主使用相應的實驗室和設備。不僅如此，學生進行項目研究的同時，研究主題和內容也是在教師指導下，經過調研和一些實驗嘗試后，自行提出和調整。這種方式使學生有更大的自主性和靈活性，可接觸和探索的領域更寬，能更好地契合學生的興趣，激發其實踐熱情。并可推薦一些研究工作較為突出的學生參加各類學科競賽，使學生有更高的成就感和進一步參與實踐的熱情。同時，由于課題的提出更接近解決實際問題，學生參與各類項目和課題的積極性明顯提高，“早進課題、早進實驗室、早進團隊”的“三早進”現象比以往更為普遍。

3.3 多點切入式設計吸引企業參與，為實踐教學提供優質平臺和師資支撐

實踐教學體系要按預期運行并取得成效，離不開平臺、師資和教材等方面的支撐，而這些都需要企業的深度參與。為此，在實踐教學體系中，各個層次的實踐教學均設計了多個可供企業參與的切入點，并著力在三個方面開展工作，吸引企業參與，為實踐教學提供支撐。

3.3.1 找突破口和著力點，消除校企合作壁壘

校企合作中，學校積極、企業冷淡的局面廣泛存在，其原因是多方面的。除了校企各自特點的限制外，學校的實踐教學內容與企業現代化生產脫節也是一個重要原因。學校需要先創造一些可為企業服務的條件，形成能與企業對接的窗口，再以此為基礎，逐步擴大和深化雙方的合作。基于這樣的考慮，功能材料專業教學團隊在企業和外校專家的指導下，引進了一條微縮型的鋰離子電池生產線，具備電池生產的功能和全套加工設備。這條生產線既可以作為學生實訓的場所，也可作為企業產品研發的試驗場。已有多家企業對此產生了興趣，湖南長遠鋰科股份有限公司、湖南邦普循環科技有限公司等電極電池生產和回收的骨干企業已與功能材料專業教學團隊建立了合作關系。

3.3.2 建立校企雙方人員的常態化交流互動機制，形成師資支撐

融入企業和產業元素的師資力量是新實踐教學體系的重要支撐。形成這樣一支教師隊伍，需要企業人員和學校教師進行良好的交流和互動。為此，功能材料專業教學團隊與企業達成了人員互動協議，雙方互聘人員，共同建設教師隊伍。目前，教學團隊已有多名教師到合作企業掛職鍛煉，而相關企業領導和工程技術人員被聘為功能材料專業的“產業教授”參與實踐教學體系、內容和方法的設計，并進行了專業授課。通過這種方式，專業教師的工程實踐能力得到了很好的鍛煉，并對現代企業的管理有了更清晰的認識，而企業人員全程參與實踐教學規劃和授課，也為學生的實踐學習提供了更開闊的視野。目前，教學團隊在學科競賽、大學生項目、開放性實驗和畢業論文等教學環節已越來越多地融入了產業元素，許多課題的提出基于產業需求，如電極研發、電池回收、重金屬處理、特種涂料等。而由企業和學校教師共同組成的指導教師隊伍，為學生的自主實踐提供了可靠支撐。

3.3.3 共商共建共享實踐基地，形成平臺支撐

學校不可能完全參照企業的平臺，而企業能提供的實習平臺也不可能完全適合學生進行實踐，因而，校企雙方需要整合各自的資源，構建共建共享的綜合平臺。一方面，企業不僅為學生提供實習場所，還提供企業項目，讓學生的研究在企業進行，成果落實在生產線上；另一方面，企業的工程技術人員可在學校的實驗室開展技術攻關工作，利用學校的資源為自身服務。目前，功能材料專業教學團隊已經通過這種方式，與湖南長遠鋰科股份有限公司、湖南嘉盛電陶新材料股份有限公司、中偉新材料股份有限公司、湖南固得新材料技術有限公司、湖南海利化工股份有限公司等多家企業建立了實踐基地，為學生的實踐學習提供平臺支撐。

4 四層次遞進式實踐教學體系的實施成效與適用性

4.1 實施成效

教學團隊通過構筑四層次遞進式實踐教學體系，并在內容、方法和資源等方面進行相應的改革和探索，已經在學生能力培養、學習積極性和產教融合方面取得了一些較顯著的成效。

4.1.1 學生能力培養與產業需求的契合性有明顯改善

近兩年，功能材料專業學生考研率超過30%，就業率超過90%，合作企業主動接收學生在企業就職，而學生在企業表現出色，獲得了企業的認可。2021 年，湖南邦普循環科技有限公司還設立了面向長沙學院功能材料專業的企業獎學金，顯示出其對學生的認可和重視。這表明，通過在實踐體系中融入更多的企業元素，能夠使學生工程實踐能力的培養更加契合企業的實際需要。

4.1.2 學生參與實踐探索的積極性明顯提高

功能材料專業學生理論學習成績提高，參與學科競賽和大學生項目的積極性明顯增加。例如，在學科競賽中，學生獲獎數量和種類不斷增加。近三年來，學生獲得省級及以上學科競賽獎勵38 項（含國家級二等獎3 項，省級一等獎15 項），特別是在湖南省“挑戰杯”大學生創業計劃競賽和“互聯網+”大學生創新創業大賽中功能材料專業學生分獲一等獎和三等獎，這表明學生在工程應用方面的能力明顯提升。此外，本專業學生申報各類大學生創新項目的數量和級別也不斷提高。自2018 年以來，學生主持和參與了各類校級和省級大學生創新項目，承擔課外創新項目98 項（含國家級項目6 項），并有多名學生發表SCI 論文或獲得國家專利授權。這些成果驗證了開放的實踐環節對學生在學習、實踐和專業認同方面的積極效果。同時，學生的團隊合作能力、交流能力，以及面對壓力的心理素質和承受能力都有了不同程度的提高。

4.1.3 校企合作質量提升，實習基地不斷增多

在新的實踐教學體系探索過程中，功能材料專業教學團隊通過突破壁壘、良性互動和共商共建共享實踐基地的方式，深化校企合作，由點到面、點面結合，拓展實踐教學資源。目前，教學團隊通過全國高校實踐育人創新創業基地、綠色建筑與節能環保校企合作創新創業教育基地和材料類大學生創新創業教育中心等實踐平臺的建設，已經與多家企業達成深度合作，為學生的工程實踐能力和綜合素質培養提供了更廣闊的平臺，也擴大了專業影響力。2021 年本專業的報考第一志愿比例相較前兩年增長近8 倍，顯示出先找突破口、再加深合作的推進方式具有較好的可行性和可操作性，其對開拓實踐資源和專業影響力方面起了明顯的促進作用。

4.2 適用性

四層次遞進式的實踐教學體系主要根據新材料產業需求和長沙學院功能材料專業的服務方向進行設計和改革。設計和實施時，考慮了新材料專業工程性強、新材料企業準入要求較高等特點，在校企深度合作方面，加強了與對口企業的契合性，這會在一定程度上減弱此專業的普適性。因此，相對于突出基礎性的研究型高校和突出技能培養的職業技術學校，該實踐教學體系更適合主要面向地方進行人才培養的應用型本科高校，特別是這些高校材料類專業的人才培養。

5 結語

四層次遞進式實踐教學體系通過系統規劃實踐教學體系和廣泛深入的校企合作，為學生的工程實踐能力培養提供可靠的支撐，結合實踐環節結構、內容和方法的調整，在激發學生的學習熱情和主動試錯反思的工程能力方面取得了初步成效，顯示出新的教學體系在人才培養中的優勢。當然，在實踐教學體系的構建中，對科學評價體系的構建、有效的激勵機制和合適的教材建設等課題仍需要深入的研究和探索，以達到地方產業對人才能力的要求。以學生為中心、以產教融合為特征的實踐教學體系符合新工科的要求。堅持這一原則，積極探索，必然能走出一條適合應用型高校的新工科人才培養之路。