基于“以工為主、理工融合”特色的材料類專業發展探析

李玉平　梁小紅　牛寶龍　韓培德　王曉敏

［摘 要］文章結合具體實踐，從凸顯“以工為主，理工融合”的專業特色、探索具有國際視野的創新型復合人才培養模式、促進科研與教學、虛擬和現實的深度融合、構建產學研融合協同育人和創新平臺、加強師資隊伍建設等方面，探討了材料類專業的特色發展理念與路徑。

［關鍵詞］材料類專業；理工學科融合；專業發展理念；人才培養模式

［中圖分類號］ G640 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0051-03

目前，全球正在進行新一輪的科技革命和產業變革，各種材料之間的相互交叉、融合已成為材料科學發展的主要趨勢并引起廣泛關注。為適應交叉學科的快速發展，滿足新材料、新能源等涉及的新技術的不斷升級對專業人才培養的新需求，太原理工大學（以下簡稱“我校”）通過將材料物理、材料化學和無機非金屬材料工程三個專業整合為材料科學與工程專業，探索開展具備“以工為主、理工融合”特色的材料類專業建設思路和發展路徑，以提高人才培養質量、優化教學資源、凸顯專業特色，適應服務產業變革需求。

一、理工學科融合，優化材料類人才培養方案和培養模式

結合材料大類培養的育人理念和具有國際視野的創新型復合人才的培養目標，我校在大一就開設了材料科學與工程導論課程，為本專業學生展現材料科學與工程的發展全貌，使其初步了解材料領域的相關信息、拓寬知識面，培養學生學習和鉆研材料的興趣，激發學生的創新思維，構建具有“以工為主、理工融合”特色、兼顧國際化和開放性特點的人才培養模式。

（一）優化整合課程體系，注重課程設置的前瞻性、關聯性和選擇彈性

利用本專業擁有的科研優勢和平臺，形成以工程材料開發設計為基礎，以先進陶瓷材料、新能源材料和器件以及材料腐蝕與防護為特色的專業建設理念，在人才培養方案和課程體系設置上，充分體現“以工為主、理工融合”的特色。

根據新工科的內涵特征，特別是適應區域經濟發展、國家重大項目和國際發展前沿對材料類人才的需求，本專業以培養學生的科研能力、工程應用能力與創新能力為主線，構建與工程實際緊密結合的理論教學體系和實踐教學體系[1]。理論教學體系包括學科大類基礎課程、專業模塊課程、前沿課程、能力拓展課程和選修課程群。實踐教學體系包括在課堂上講解材料學科專業實驗的原理和操作過程，以及借助虛擬仿真教學中心模擬實訓相關企業生產中遇到的工程實際問題兩部分，實現線上線下結合的實踐教學模式，培養學生利用科學方法和原理解決復雜工程問題的能力。本專業按照“模塊化、開放式、個性化”的思路構建了實踐課程內容[2]，涉及材料合成與制備、材料表征與測試、材料性能與應用、材料模擬與設計等多層次的實踐能力訓練，使材料科學與工程專業學生能掌握無機非金屬材料、新能源材料、材料腐蝕與防護等方面的基本實驗技能，培養其工程素質，為學生提供個性化的選擇空間，彰顯特色與個性。基于學科體系優化和交叉融合，本專業整合出更豐富、更系統化的實驗項目模塊，設置學科基礎實驗項目、專業必修實驗項目、專業選修實驗項目、跨專業方向選修實驗項目、虛擬仿真實驗項目以及開放性實驗項目和創新性實驗項目，便于學生在“大專業”實驗平臺上為自己量身定做實驗課程內容。

（二）設置專業核心課程群，凸顯主線，設置選修課程群，彰顯個性和彈性

為了突出本專業的培養特色，凸顯畢業生的專業能力和專業素養，我校尤其重視對核心課程群的建設。本專業按照“理工融合、大類培養”的人才培養理念，進行合理的課程整合，循序漸進地構建專業知識課程群。以材料物理化學為先修基礎，以材料科學基礎為主線設置專業核心課程群，讓學生理解并把握材料的結構和組成（材料科學基礎、材料科學與工程導論）、材料特征（材料現代分析方法）、材料性質（材料性能學）與材料制備流程（材料合成與制備技術）四個元素之間的密切關聯。專業核心課程群之間既緊密銜接、有序融合，又各有側重，充分體現了材料科學與工程專業中材料分析設計能力培養的過程，便于學生學習材料共性規律、掌握有關材料學科共同的基礎和專業知識。同時，設置選修課程群，包括量子力學和統計物理基礎、能源材料測試技術、新能源材料、功能無機材料與器件、先進無機結構材料、特種功能涂層、大學生就業指導、創新創業等課程，為學生提供前沿和基礎類并重、兼顧社會適應性、體現個人興趣、服務就業意向的彈性選修課程。

二、優化教學資源，構建產學研融合的協同育人實踐教學和科研創新平臺

新工科建設背景下，專業建設的思路是以產業需求為導向，緊密結合區域和社會經濟發展需要，采用產教深度融合、協同育人的新型培養模式，通過校企合作、資源共享和優勢互補的具體措施，推動材料科學與工程專業實現“由學科導向到產業需求導向”的轉變，培養具有創新能力、工程實踐能力和國際競爭力的拔尖創新人才，從而實現高校專業與產業發展的匹配，使學校和企業之間無縫對接[3]。

（一）構建虛擬仿真教學平臺——實現虛擬與現實并重、以創新能力培養為核心的實踐教學模式

材料類專業是實踐性較強的工程應用型專業，在實踐教學過程中存在一些普遍性的問題，如極端環境下的實驗無法開展，周期性較長的實驗無法合理分配學時，一些大型或綜合性訓練實驗受設備臺、套數限制，無法保障操作人次數。針對上述共性問題，構建虛擬仿真實驗教學平臺，可以協助學生完成系統訓練，提高對實驗內容的認知度，從而提升本科生實踐教學質量[4]。 本專業的虛擬仿真實驗教學中心分為三個功能區：虛擬仿真區、3D打印區、創新實驗區。目前建設的虛擬仿真實踐課程體系共分為三類：認知類虛擬仿真實驗課程（金相制備、模具拆裝、力學性能測試和物相組成仿真實驗等）、實訓類虛擬仿真實驗課程（鋰電池拆裝過程仿真、太陽能電池組構造仿真、陶瓷燒結過程仿真、金屬腐蝕過程模擬和輪胎制作過程仿真實驗等）和創新類虛擬仿真實驗課程（3D 打印虛擬仿真、電池工作原理仿真和新能源汽車動力系統仿真等）。通過建立線下實驗、實踐區，結合虛擬仿真體驗或實訓，實現了線上理論認知與虛擬操作、線下實踐動手的結合，有利于學生在實踐過程中提高理論水平，在理論知識學習過程中有針對性地提高實踐動手能力和設計能力。

（二）建立校內科技創新平臺和實踐教學創新基地，激發學生的專業興趣和創新意識

本專業通過搭建校內科技創新平臺和實踐教學創新基地，為創新人才的培養提供硬件支撐。積極組織學生參加大學生“挑戰杯”等課外學術科技競賽和申報大學生創新創業項目，學院也承辦大學生全國金相技能大賽、大學生節能減排社會實踐與科技競賽、材料設計及創新大賽等。所有科研實驗室均為學生開放，學生可通過網上平臺預約實現班級觀摩實踐和定制的專業創新實踐，從而努力保證創新人才的培養質量。同時，打造配備專門師資的新的實驗實踐創新教學體系和導師負責的開放實驗項目，為創新人才培養提供全方位、多層次、多級別保障的實踐和實訓機會。此外，為學生配備學業導師，提供創新發展的軟件支撐。學業導師從新生入學教育到大四學生考研就業各階段對其學習和生活加以引導。根據學生發展階段，學業導師的工作重點分別為：大一階段幫助學生度過適應期，培養學生的專業興趣和專業熱情；大二階段指導學生深入了解本專業培養目標，強化學科知識基礎，樹立明確的專業學習目標；大三階段引導學生進入專業學習主軌道，培養學生的科學精神和實踐能力，鼓勵和引導學生參與各級各類科研活動和學科競賽；大四階段則圍繞職業生涯規劃和產業發展動態，對學生進行就業和深造指導服務。

（三）加強校企合作，構建校企聯動的實踐教學與科研創新平臺

構建開放式實踐教學平臺和科研創新平臺，完善面向學生全天開放的實驗教學管理制度，這是辦出材料科學與工程專業特色的一項重要舉措，同時也是培養復合型、創新性人才的一項基本條件。本專業積極開展實踐教學改革，建立校外實踐體系，引入企業技術項目實踐案例，共同優化課程教學內容；同時，通過校企合作共建材料科學與工程專業實踐教學基地，探索校企聯動的實踐教學基地運行機制；實施學校為主體、企業參與的“學習、實踐與技術服務”三結合的人才培養模式，設置配套培養方案及課程體系，提升學生的實踐能力、創新創業能力，增強學生的社會責任感和就業能力。本專業鼓勵學生參與教師的各類縱向和企業橫向科研課題研究，使科研很好地反哺教學。建立畢業設計（論文）指導環節中的企業指導教師和專業教師“雙導師制”，實施借助企業資源和條件、以解決企業技術難題為導向的培養模式和實踐教學方式。

（四）構建國際化人才培養體系，開闊學生的國際化視野

隨著經濟的全球化高速發展，培養具有國際化視野的創新性與復合型人才勢在必行。本專業側重從多個角度培養學生的國際化視野，通過與澳大利亞伍倫貢大學合作辦學，構建以“課程內容國際化+英語交流能力培養+國際化師資引入”為核心的國際化視野培養體系。為促進課程體系國際化，本專業采取的措施包括：專業課程內容實時更新，融入最新國際科研成果，促進教學內容國際化；積極引進國外先進的教材內容，逐步提高國外原版教材內容的使用比例；擴大雙語教學范圍，部分專業課采用階段性或全過程的全英文教學，開設的雙語教學課程主要由有多年海外學習研究經歷的留學回國教師主講，因為這些教師具有更好的專業知識儲備、英語綜合水平及國際化視野，便于將國內外成功的教育教學經驗有機結合；重視國際交流與合作，包括聘請國外知名教授為本科生開設專業課程、邀請國外材料專家為本科生做學術報告、與國外多所知名高校建立合作關系、推薦學生到國外進行一學年的交換學習并認定修讀學分等，以拓寬學生在專業領域的國際化視野，同時鍛煉學生用外語學習和表達專業思想的能力。鼓勵學有余力的優秀學生課后在專業教師指導下多閱讀材料專業相關的英文文獻，這對其后續的學習、科研生涯大有裨益。

三、打造科教協同、理工兼備并具有國際化視野的師資隊伍

（一）加強教學與科研教師團隊的整合、學科交叉，促進科研和教學協同

師資隊伍是專業建設的重要保障。當前，科教協同融合已成為大學發展的基本理念，是培養具有國際視野的創新性復合型人才的重要途徑 [5-6]。首先，加強教學與科研教師團隊的整合，以科研帶動教學是專業發展的重要舉措。構建科研教學一體化團隊是實現科教深度融合的最好方式，教師在科研和教學上交叉發展，努力兼顧科研和教學，并把學科發展前沿的內容融入課堂教學中，豐富了教學內容，從整體上提高了教學效果和質量，達到了協同育人的目的，進而推進了專業內涵建設。其次，科研與教學相結合是推動高校發展的原動力，高校應積極組織教師申報高水平學術研究項目，提高教師理論聯系實際的能力，為專業建設提供強有力的支撐。最后，高校應大力支持教師編寫突出本專業教學特色的相關教材，將教師的課題研究和最新科研成果引入教材，促進科研與教學的深度融合。

（二）加強高水平“雙師型”人才隊伍的建設，專兼結合，提升產業服務能力

培養以產業需求為導向的新工科材料專門人才，必須加強專兼結合的高水平“雙師型”人才隊伍的建設。高校應加強教師與相關材料產業領域專家之間的交流與合作，積極推動教師與相關材料產業領域開展產學研合作，形成一支熱愛教學工作、教學和科研綜合水平高、專業結構合理、年齡結構優化的師資隊伍。本專業采用引培結合、專兼結合的思路進行“雙師型”教師隊伍的建設，積極從國內外高水平的高校和科研院所引進高水平人才，同時加大青年教師工程實踐能力提升的力度，尤其是對沒有企業工作經驗的年輕教師加強工程實踐培訓，讓其定期到企業了解前沿的工程實踐動態，有計劃地選送青年教師進入企業接受培訓和鍛煉。本專業積極探索新工科建設背景下兼職師資隊伍的建設模式，近年來從大型國企聘請有豐富工程經驗，工程實踐能力強的科技、工程專家擔任兼職教師或導師，構建了一支既可以進行理論教學和科研，又可以解決實際工程問題的教學隊伍。

（三）注重教師的國際化視野培養，引育結合，實現師資隊伍國際化

培養具有國際化視野的材料類專業人才，首先要保證師資隊伍的國際化視野，這是實現教育國際化的必由之路。本專業通過制定各類激勵政策，引進國際國內高層次人才，支持高學歷青年教師參加國際交流和出國訪學，增加國際交流質量和數量，優化教師學緣結構，不斷加強師資隊伍建設。近年來，本專業45周歲以下約67%的中青年教師有出國訪學或者參加國際項目合作交流的經歷，了解了當今最新的學科前沿、高等教育國際化動態、專業建設理念和育人模式，獲得了較多的科研經驗；還引進了多名留學多年的具有國際教育背景的教師和合作高校外籍教師，組建了教學團隊，促進不同文化背景的教師進行專業知識和文化的交流融合，保障了師資隊伍的國際化。

四、結語

綜上所述，我校為促進國際化、創新性復合型人才的培養，創建了以“以工為主、理工融合”為特色的材料科學與工程專業，通過構建理工融合的專業人才課程體系和培養模式，優化教學資源，打造科教協同、理工兼備并具有國際化視野的師資隊伍，結合具體實踐探討了材料類專業的特色發展路徑。

［ 參 考 文 獻 ］

[1］ 李莉，楊長龍，賈宏葛，等.“大類人才培養”模式下材料類課程體系的改革與實施[J].化工時刊，2015（3）：54-55.

[2］ 張鈺，耿樹東，王辰，等.材料類專業實施“學科大類人才培養”模式的思考[J].吉林化工學院學報，2018（12）：5-8.

[3］ 鄧前軍，陳東初，袁毅樺.基于應用型人才培養構建行業協同育人平臺的研究和實踐[J].教育教學論壇，2016（2）：131-133.

[4］ 盧艷麗，董文強，王永欣，等.材料類專業虛擬仿真實驗教學中心的建設與實踐[J].實驗室研究與探索，2018（11）：153-157.

[5] 曲霞，宋小舟.高校教學名師的科教融合理念與實踐：基于教學名師與普通教師調查問卷的對比分析[J].中國高教研究，2016（6）：97-104．

[6］ 吳元周，呂恒林.教研融合科研實驗室促進本科創新人才培養[J].實驗室研究與探索，2016（4）：252-255.

［責任編輯：鐘 嵐］