新時代材料專業本科人才培養教學改革與實踐

陳立新，王艷華，陳 潔，劉 芙

（浙江大學 材料科學與工程學院，浙江 杭州 310027）

引言

教育是民族振興、社會進步的重要基石［1］。高等教育肩負著培養高素質專業人才的重要使命和責任，隨著新時代的發展，對高等教育人才培養提出了新的要求［2］。我國新時代高等教育的根本任務是立德樹人，不僅要培養精通業務的專業人才，而且要培養有社會主義理想、有中華民族擔當的德智體美勞全面發展的高素質人才［3-4］。

材料是推動人類文明和社會進步的物質基礎，是推動世界工業技術革命的原動力與先導［5］。材料科學與工程是一個理工結合、多學科交叉的新興學科，以數學、物理學、化學、力學和生物學等基礎科學為基礎，以先進制造、信息、能源等工程學科為服務和支撐對象，其研究領域涉及自然科學、應用科學及工程學等。材料科學與其他學科的結合發展和相互豐富，充實了人們對自然科學的認識，推動和促進了科學技術的發展與進步。材料科技發展的根本是人才的競爭。隨著社會進步與產業升級，高新技術發展對材料類專業人才的需求比以往更為迫切，對人才的知識、能力、素質、人格要求也同步提高［6］。原有材料類專業傳統人才培養模式中課程知識體系滯后于學科發展前沿、實踐教學體系與學生創新能力培養脫節、學生人格素養與當代社會多元需求不夠適應等問題日益凸顯，改革勢在必行［7-8］。

在材料、信息、能源、先進制造、生命健康等多學科交叉融合的新時代背景下，浙江大學材料科學與工程專業立足于材料學科國際前沿，面向國家重大戰略需求，組織開展了新時代材料科學與工程專業高素質本科人才培養的教學改革與實踐研究，通過優化重構本科人才培養方案和“4+4+4+X”專業課程體系，構筑多層次、遞進式的“3+3+3+1”專業實踐體系，打造特色鮮明、內涵豐富、感染力強的校園文化品牌活動，營造科藝交融、海內外融通的良好育人環境，逐步探索形成了“知識傳授，能力培養，素質提升，人格塑造”的KAQ2.0人才培養模式，致力于培養德智體美勞全面發展、具有全球競爭力的材料領域高素質人才，推動和促進了材料專業人才培養體系和質量水平的整體提升。

一、教學改革措施與實踐

1.優化重構了面向新時代材料學科國際前沿和國家重大需求的人才培養方案和“4+4+4+X”專業課程體系，革新知識結構，突出強化學生的專業基礎理論和學科交叉前沿類知識。

根據新時代社會需求和人才培養目標，借鑒世界名校材料專業“通、專、精”的課程體系和培養理念［9-10］，對原有材料專業培養方案和課程體系進行優化重構。采取頂層設計方式，在通識課程基礎上，對專業系列主干課程重新進行梳理整合，構建以專業基礎課程、核心課程、模塊課程、學科前沿類個性課程為基本框架的“4+4+4+X”專業課程體系：開設了“物理化學”“材料物理”“材料化學”“材料計算與設計”4門專業基礎課；優化設置了“材料科學基礎”“材料工藝學”“材料性能”“材料表征”4門專業核心課程；創建了“信息材料”“能源材料”“生物醫用材料”“先進結構材料”等4個方向類模塊課程體系；開設了“智能材料與智能系統”“納米結構與材料”“薄膜材料技術與物理”“光電材料與器件”“儲氫材料”“燃料電池原理與技術”等若干門學科前沿類個性課程。與此同時，學院不斷深化教學改革，先后設立百萬元教材建設專項基金和百萬元教研教改專項基金，積極推進課堂教學改革、教材建設和課程網絡化建設，實現專業課程思政教育功能全覆蓋，新建了半導體材料、Materials Structural Chemistry等MOOC課程。目前所有課程均已實現在線授課教學，具備線上線下混合式教學能力。學院還與新加坡南洋理工大學（NTU）、美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校（UIUC）等知名高校合作，線上開設Introduction to Energy Storage、Electronic Materials和Surface Chemistry等全英文原味課程，積極應對新冠肺炎疫情給國際化培養交流帶來的負面影響。此外，新編出版了《材料的性能》《材料熱力學與動力學》等7本高等院校材料專業系列教材，修訂再版了國家級規劃教材《半導體薄膜技術與物理》（第三版）和新世紀高等院校精品教材《磁學基礎與磁性材料》（第二版），實現課程知識體系與學科發展前沿的密切同步。

2.構筑了面向創新能力持續培養的多層次、遞進式“3+3+3+1”專業實踐體系，發揮學科平臺優勢，實施名師引領的創新能力持續貫通培養，突出強化學生的科學探索精神和實踐創新能力。

針對本科生實踐創新能力培養目標，構筑了多層次、遞進式的“3+3+3+1”專業實踐體系：3門專業實驗課（大二下學期材料工藝基礎實驗、大三上學期材料科學基礎實驗、大三下學期先進材料實驗），3次專業實習（大一暑期科研認識實習、大二暑期企業認識實習、大三暑期綜合實習），3類課外實訓（大二科研訓練SRTP、大三省創/國創、大四創新創業），1個長時間畢業論文（設計）課題（歷時8個月）。同時，新建了先進材料實驗MOOC課程，引入O2O混合式實踐教學方法，增設了低維量子點、發光功能玻璃、儲氫材料、大塊非晶合金、納米碳導熱材料等12個自主探究性實驗科目［11］。另一方面，專業積極依托國家重點一級學科、“雙一流”建設學科、硅材料國家重點實驗室及7個省部級科教平臺，發揮學科雄厚師資力量（擁有包括3位中科院院士和30余位國家級人才專家的97人專職教師隊伍）和強大科研優勢（近十年獲得9項國家三大科技獎、12項省部級科技一等獎），建立了以本科生導師制為核心、學生全員參與和量身定制的創新能力培養體系，通過高水平師資引領指導、國家科研項目帶動，科教深度融合，構建起以課堂教學、課外訓練有機結合的開放式、多層次的立體創新實踐平臺［12］，大學四年展開全程式師生一對一持續貫通指導，強化學生的科學探索精神和實踐創新能力，克服了傳統實踐教學模式與學生創新能力持續培養脫節的難題。

3.打造了特色鮮明、內涵豐富、感染力強的校園文化品牌活動，組織開展多種形式的學術沙龍、科學論壇、海外交流、文體競賽和志愿者服務等系列活動，營造科藝交融、海內外融通的良好育人環境，多維度提升學生的綜合素養，塑造健全人格，增強國際化競爭力。

針對學生的素質提升和人格塑造目標，學院定期舉辦“新時代·新材料·新生活”求是材料科學論壇，邀請國際知名學者做演講報告，暢談科學人生，拓寬學生視野，激發探究科學真理的熱情。結合材料專業學科特點，創辦了兩周一期的“精材賦能”學術沙龍；創設了每年一期的英國五大名校暑期游學、浙大-斯坦福材料學子雙邊交流等本科生海外交流項目，實施本科生海外交流全覆蓋制度，拓寬學生國際視野，活躍科技創新思維。同時，以“探索微觀結構，揭示魅力之源”為主題，創設每年一屆的浙江省高校暨浙江大學材料微結構探索大賽，參賽學生在科學研究產生原創性材料的基礎上，使用光學及電子顯微鏡揭示材料的微觀結構，并以藝術的手法來反映和表達，以此展現材料微結構的魅力；評委老師則從作品的學術性、藝術性和技術性三方面對作品加以評述，以鮮明專業特色、寓教于樂的競賽形式帶領學生在比賽中受教育、長才干，通過作品及作品產生過程中所表現出的科學與藝術的完美結合，來熏陶提升理工科學生的藝術鑒賞力、表現力、人文精神詮釋力等綜合素養。通過此類學術沙龍、科學論壇、海外交流、文體競賽及志愿者服務等系列活動，打造特色鮮明、內涵豐富、感染力強的系列校園文化品牌；通過營造科藝交融、海內外融通的良好育人環境，增強學生的科學品位、藝術修養和人文精神。與此同時，通過日常專業課程思政育人，以及舉辦學科創始人王啟東先生百年誕辰紀念會暨專題學術論壇等方式，弘揚和學習王淦昌、程開甲、王啟東等老校友學長愛國奉獻、忠誠擔當、扎根大地、嘔心瀝血、赤忱報國的高尚情操，傳承求是創新精神，培養學生的家國情懷、工匠精神和社會責任感，多維度提升學生的綜合素養和國際競爭力，塑造健康身心和健全人格，主動適應當代社會的多元化需求。

二、總結

基于新時代高等教育要求和高素質人才培養目標，浙江大學材料科學與工程專業優化重構了人才培養方案和專業課程體系，突出強化學生的專業基礎理論和學科交叉前沿類知識；構筑了面向創新能力持續培養的多層次、遞進式專業實踐體系，實施名師引領的創新能力持續貫通培養，突出強化學生的科學探索精神和實踐創新能力；打造了特色鮮明、內涵豐富、感染力強的校園文化品牌活動，營造科藝交融、海內外融通的良好育人環境，多維度提升學生的綜合素養和國際化競爭力，塑造健康身心和健全人格。教學改革實踐取得明顯成效，本科畢業生的知識體系、創新能力、綜合素質和全球競爭力得到明顯提升。目前已建成國家級視頻公開課1門、省級一流課程和精品課程3門、MOOC課3門，編寫出版的9本教材被十余所高校采用，發表教學研究和管理類論文30余篇。近五年，材料科學與工程專業本科生完成國創、省創等科技創新項目97項，發表SCI收錄學生論文104篇；獲得國際、國家、省級競賽獎項81人次，其中包括ZwickRoell全球科學獎銅獎，全國大學生金相技能大賽一等獎、二等獎和三等獎，浙江省新材料創新設計大賽特等獎等。年均本科畢業生海內外讀研深造率超過70%，其中絕大部分進入全球Top50高校深造。“新時代·新材料·新生活”求是材料科學論壇和材料微結構探索大賽等校園文化品牌活動深獲社會關注與推崇，《中國科學報》《青年時報》《浙江日報》《錢江晚報》《都市快報》等媒體紛紛報道。探索形成的“知識傳授，能力培養，素質提升，人格塑造”KAQ2.0高素質人才培養模式獲業內同行的廣泛贊譽與認同，促進了材料類專業人才培養體系和質量水平的整體提升。