應用型高校三維度分層遞進的材料專業實踐教學體系構建研究

賴富明 胡硯強 周志凌

（金華高等研究院 新能源材料研究所 浙江金華 321013）

引言

隨著“中國制造2025、網絡強國、人工智能”等重大戰略計劃的實施，我國正快步地邁向工業工程強國和制造業現代化，材料、冶金、機械、建筑、汽車等以應用傳統技術為主體的產業亟待轉型升級，這對新時代應用型的人才培養提出了新的、更高的要求[1]。我國多次明確提出，將重點支持以新材料為代表的高新技術產業，這對推動新材料產業發展具有重大意義[2，3]。在國家積極布局新材料、新能源發展的時代背景下，浙江省作為新材料產業大省，其新材料產業在“十三五”期間發展迅猛。金華市作為浙江省新材料產業發展計劃重點產業園區之一，擁有行業龍頭企業，具備良好的新材料創新基礎。著眼于金華市主導產業發展和金華經濟社會建設人才要求，聚焦金華市“五大千億產業”的創新發展和轉型升級，教育部“十三五”期間批復金華市籌建高水平應用型本科高等院校—金華理工學院。目前，學校已初步制定材料科學與工程、集成電路設計與集成系統、機械設計制造及自動化等11個專業首批人才培養方案，對接產業、瞄準前沿、體現特色。根據“新工科”的建設要求，培養新時代復合型、創新型卓越工程科技人才。

2017年，吳愛華等人正式提出“新工科”的概念[4]。對高校來說，新工科不僅針對新時代經濟產業結構下緊缺的智能制造、人工智能、云計算等專業，提出了要求，而且也在時刻地推動著傳統工科，如材料類、機械類等專業，進行自我革新改造，以適應新時代發展需求。新工科的發展建設理念，已經成為工科及相關專業辦學改革的指導思想和方向標[5]。新技術新科技的層出不窮推動，物聯網、智慧+等新興產業模式變革不斷深化，產業創新革命勢在必行。要想在這樣的趨勢下，占得發展先機和產業布局主動權，一方面要錨定新興領域加快培養具備創新能力高素質科技人才，另一方面需順應時代腳步推進傳統工科人才培養的改革創新，積極布局新時代卓越工程科技人才培養。隨著教育部牽頭實施“新工科”“雙萬計劃”等計劃，高校積極地響應，并相繼推出“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，開啟了新時代多元化工科人才培養的新篇章，各級高等教育機構在工程教育領域就教育教學模式推動了諸多建設性的改革浪潮[6，7]。

在工程強國的新時代背景下，對當下的工程科技人才培養提出了復合型、創新型的新要求，因此，大量高校在推進本科工程教育認證的過程中，重點訓練學生解決復雜工程問題的綜合能力。然而，傳統實踐教學模式已不能適應新時代多元化的新型工科人才培養需求，導致學生進入工作崗位后，并不能解決企業生產過程中遇到的實際問題。理論教學是學生獲取材料學專業理論知識的主要渠道，而專業實踐教學作為理論教學的重要補充，是培養學生創新能力和實踐能力的主要方式。因此，“新工科”的建設，離不開對實踐教學的重視。理論知識體系唯有經過實踐的歷練，才能緊密結合、相互聯系，促進理論與實踐創新良性互動，提升人才培養質量。

根據《金華理工學院學科專業建設規劃》，材料科學與工程專業為第一批（第一年）建設專業，如何適應新一輪技術革命和新材料產業轉型升級，培養符合時代特色、契合產業需求的工程技術人才，從而為區域經濟建設和經濟創新協調發展提供科技支撐，是地方院校新建材料科學與工程專業面臨的主要挑戰。大力發展工科中的材料類專業以適應當前科技發展需要，符合浙江省發展新材料的戰略布局。事實上，各級地方高校在工科類專業建設的摸索中，常常會經歷眾多困難和阻礙。以基礎教育和理論教育為主的辦學模式，往往存在辦學定位不清晰、培養方案制定不科學、教學儀器設備缺乏、實踐教學單一、學生就業率低等問題，嚴重地影響了工科專業的教學質量，不能被地方政府和企業所認可，制約了新建工科專業的長期可持續發展[8]。此外，部分高校在教學活動中，長期秉持著“重理論、輕教學”的理念，教學形式多樣的實踐教學在規范性和教學成果檢驗上也亟須加強。尤其在新工科建設的指引下，本就工科發展薄弱的地方院校，面臨著新建工科專業以及新工科建設的雙重問題，發展工科專業時更加困難重重。本研究以金華理工學院創辦應用型本科材料科學與工程專業為切入點，結合地方院校實際，在“新工科”背景下，針對性地提出了通過改進人才培養理念，推進實踐教學改革和創新評價方法等措施，來構建實踐教學體系。

一、材料科學與工程專業實踐教學體系改革的具體措施

1.優化課程體系，促進應用型人才培養

目前，大多數高校的人才培養都將工科人才分為學術型、應用型兩個層次類別進行培養。學術型人才主要進行專業學術探索、理論創新研究。應用型人才則與學術型人才側重點不同，是能夠跟隨國內教育發展、理論革新、經濟產業變革而不斷整合專業理論、技能能力，使之適應專業相關實踐應用的一類特殊人才[9]。近年來，我國的工業產業結構發生了重大的變化，人工智能、產業互聯網與傳統制造業深度融合，傳統制造業邁向智能化時代，這也對相應的應用型人才培養模式提出了新要求。

材料科學與工程專業的主要課程包括材料科學基礎、新材料前沿與應用、計算材料學等。“新工科”最大的特點是多學科交叉融合，從單一專業到多學科融合，將專業教育融入通識教育，培養學生能夠運用多學科綜合知識解決實際應用問題的能力。“專業素質高、交叉整合能力強、創新思維活躍”，是新工科對卓越工程科技人才提出的最核心要求[10]。本校開設的材料科學與工程專業立足金華市，面向浙江省，輻射長三角地區，適應區域經濟和行業的發展需求，將課程類型分為通識課程、學科平臺課程、專業核心課程、專業選修課程、拓展型課程和實踐課程六個模塊，以培養德、智、體、美、勞全面發展的應用型創新人才目標（圖1）。其中，通識課程是學校統一開設的基本知識和技能課程，專業選修課程和拓展型課程是培養學生掌握各種先進材料的基礎與應用的重要模塊，對促進學生個性發展和學校辦學特色形成具有重要作用。此外，實踐課程的開展是為了在學生掌握基礎理論知識之后，提升應用能力，孵化創新意識，培養創造性思維慣性。金華理工學院作為地方應用型本科高校，根據新工科的建設要求和區域經濟社會發展需求，培養高素質的應用型人才。這就要求要進一步完善材料科學與工程專業的課程知識體系，落實知識結構與培養目標的相對應。

圖1 材料科學與工程專業的課程體系構建Fig.1 Curriculum system construction of materials science and engineering

我國在工程教育體系認證的工作上起步較晚，2005年開始，致力于實現國際教育標準互認，直到2016年，才正式簽約加入《華盛頓協議》。但這之后幾年內，各大高校積極主動推進，在教育質量管理和專業認證領域都取得了不俗的進展[11]。工程教育專業認證，既是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業認證緊緊圍繞以產出為導向的教育理念（OBE），將面向產出的OBE教育理念融入人才培養目標，通過校企合作開展材料科學與工程專業課程建設與改革，由材料行業專家、本校教師、學生代表等組成材料科學與工程專業建設委員會，共同參與制定符合地方發展的人才培養方案。根據專業培養目標和產業發展實際需求，遴選相關行業教師共同構成學生的實踐教學、評價隊伍，同時充分地發揮相關企業專家在實踐能力培養過程中的主導作用，推進建設校企一體、專兼結合的雙師型課程教學團隊。通過科學精細的教學設計和全面精準的課堂教學實施，實現從課堂走向課程，從課程走向全面育人[12～14]。

2.構建“基礎—應用—開拓”三維度分層遞進的實踐教學體系

將工程教育專業認證工作作為切入點，深度地契合“新工科”對高校專業建設，特別是實驗與實踐教學平臺構建所提出的新挑戰、新要求，針對生產實習與專業課程結合所面對的困難和不足，以畢業生就業領域為導向，實踐教學課程根據實踐能力層次分為基礎型實驗課程、應用型實驗課程和開拓型實踐模塊三個依次遞進的模塊（圖2）。材料科學基礎實驗、工程圖學綜合訓練、電工電子技術實驗、大學化學實驗、金工實習、社會實踐等作為基礎型實踐課程，該實踐課程是學生掌握材料晶體學、相圖的基本構成和應用、晶體缺陷對形變行為的作用、材料實驗的主要方法和操作技術等基本知識、基本理論、基本方法的重要環節，幫助學生初步掌握材料研究的宏觀分析方法與微觀分析方法。材料測試與分析實驗、新能源材料生產工藝實踐、功能結構材料仿真實踐、材料創新設計、專業見習等作為應用型實踐課程。這是對學生使用專業基礎理論技術、實踐解決簡單工程能力和基礎創新能力的綜合訓練培養環節，也是培養過程質量監控的重要途徑[15～17]。以“挑戰杯”為代表的全國性專業競賽、職業技能等級認證等作為創新創業實踐，為學生在專業創新提供契機，在解決實際復雜工程問題中鞏固專業理論知識，扎實專業應用實踐能力，還可以促進學生主動地了解和掌握創新創業的理論、邏輯和方法，構建創新創業氛圍，充分調動其學習創造熱情，并在實踐中培養創新創業能力和水平。基礎型實驗課程、應用型實驗課程和開拓型實踐體系共同構建層次清晰、立足時代發展的工程實踐教學體系，培養學生專業意識、職業意識、工作能力潛力、終身學習創新意識，確保學生工程實踐能力與創新創業能力得以提高，最終構建“基礎-應用-開拓”三維度分層遞進的、面向新工科的、應用型本科高校材料科學與工程專業實踐教學體系[18～19]。

圖2 “基礎-應用-開拓”三維度分層遞進的專業實踐教學體系Fig.2 Practice teaching system based on the hierarchical progression of “foundation-Application-development”

材料專業是實驗科學，實驗課程體系是學生實踐應用能力的主要教學環節，實驗室則是專業實踐教學和科學研究的基礎設施依托。學校應圍繞實踐教學內容、實踐教學方案、實踐教學目標等，針對校內實踐教學基地構建需求，通過實驗室的建設，有目標地完善課內和課外實踐教學基礎設施，為三維度分層遞進的實踐教學體系提供堅實保障。高校實驗室除了為學生的實踐教學體系提供保障外，同時也承擔著培養教師、服務社會的重大職責。這就需要組建滿足三維度分層遞進的實踐教學體系的高素質實踐教學隊伍，建設優良的科研服務平臺，建立完善的體制機制，充分地調動中青年教師的積極性和創造性。這也是形成以研促教、以教促學、以學促產良好循環的根本[20～21]。

3.產教融合，建立多元評價體系

在碳達峰、碳中和的時代要求下，新材料產業已成為國家、長三角區域經濟一體化發展、長三角G60科創走廊、浙江省、金華市等培育發展的戰略性新興產業。面對新材料及相關產業的飛速發展，金華作為國內重要的新材料生產基地之一，擁有眾多和新材料相關的企業。但是，企業、高校、研究機構之間交流合作不足。服務社會是高校的基本功能之一，地方院校應“準確識變，主動求變”，服務地方經濟發展，打造“產教融合”的人才培養新模式，形成高校與地方融合發展、融合發力的良好格局。結合“新工科”的教育理念，學校應積極地推進與行業知名企業的合作，發展“產教融合、校企共育”人才培養組織模式。同時，為了調動校企結合的主動性和積極性，構建項目共建與利益共享創新機制[22]。在人才培養上，學校制定符合企業實際需求的人才培養方案，減少企業人才培養成本，為企業發展培養“愿意來、留得住，用得上、干得好”的高水平創新性人才。普通高校教師一般會一直從事教學科研工作，普遍缺乏企業實踐工作經歷和經驗。教師可以定期到行業企業掛職鍛煉，把學問做在車間里，參與企業的科研立項和技術改革。這樣，教師可以了解企業技術發展，提升專業能力，實現專業建設和自身成長相輔相成[23]。

此外，從材料行業中，遴選同時具備扎實理論基礎、豐富從業經驗的專業技術人員作為兼職教師，和企業共建校外實踐教育基地，企業相關人員也作為行業導師全程參與人才培養及最終考核評價，以企業所需能力為核心，由學校和企業共同制定評價標準，建立完善的“高校+企業”的實踐教學評價體系。該體系可以改善原有的只憑實踐課程論文、實驗報告、實驗操作等來考核的評價模式，培養學生的思維能力、實驗操作能力、創新能力和綜合應用能力，讓學生通過訂單培養實現高質量就業，為地方企業、社會培養應用型、多元化、創新型卓越新型工科人才，保障學生沖高校到企業的順利對接，實現材料科學與工程專業的長久可持續發展。

結語

地方應用型本科高校的材料科學與工程專業，在新工科建設背景下，如何構建實踐教學體系，是當亟待解決的主要問題。本研究以金華理工學院新建材料科學與工程專業實踐教學體系構建為切入點，將課程類型分為通識課程、學科平臺課程、專業核心課程、專業選修課程、拓展型課程和實踐課程六個模塊。以培養符合地方產業發展的人才為基本目標，成立由行業企業專家、教科研人員、一線教師和學生代表組成的專業建設委員會，共同做好符合地方發展的人才培養方案制定。將實踐教學課程分為基礎性實驗課程、提高性實驗課程和創新創業實踐，構建了“基礎—應用—開拓”三維度分層遞進的面向新工科的地方應用型本科材料科學與工程專業實踐教學體系。此外，結合“新工科”的教育理念，聘請企業相關人員也作為行業導師全程參與人才培養及最終考核評價，為地方企業、社會培養應用型人才。通過以上研究，本文以期為材料科學與工程專業應用型人才培養的體系構建提供支持與幫助，培養出適用于材料行業發展的高素質人才，進而為地方院校創新發展工科專業提供指引。