新工科背景下學科交叉融合教育體系構建研究
——以材料研究與測試方法和材料分析實驗課程為例

郝建秀， 張 慶， 傅海濤， 孫云雨， 劉 超， 頓夢媛， 張 藝， 李沙沙

（宿州學院 化學化工學院， 安徽 宿州 234000）

材料作為21 世紀三大支柱產業(yè)之一， 材料科學領域的相關研究與我們日常生活和科技發(fā)展緊密相關[1]。 面對新材料的集群發(fā)展動態(tài)及新挑戰(zhàn)和新機遇，高校的新工科教育改革勢在必行[2]。這不僅要求教師積極開展相關教育政策的研究和實踐，還必須緊密結合地方與高校發(fā)展優(yōu)勢和特色，構建服務地方性的人才培養(yǎng)模式[3,4]。

宿州作為長三角一體化發(fā)展和共同打造全國發(fā)展強勁活躍增長體的構成部分，同時也是“一圈五區(qū)”、皖北承接產業(yè)轉移集聚區(qū)“6+2”試驗區(qū)的一部分，在服務安徽省“三地一區(qū)”建設、打造高水平皖北承接產業(yè)轉移集聚區(qū)工程中具有重要的作用。區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和戰(zhàn)略性產業(yè)的壯大，迫切需要立足皖北發(fā)展的宿州學院培養(yǎng)更多能夠服務地方經(jīng)濟發(fā)展的具有創(chuàng)新能力的復合型人才，學科交叉融合教育體系的構建與實踐顯得非常關鍵[5]。

材料研究與測試方法和材料分析實驗課程是理論與實踐緊密結合的材料學科課程，是解鎖材料研究“四要素”（組成、結構、合成與加工、性質與使用性能）之間復雜關系最有效的方法和手段[6，7]。 本文主要結合宿州學院化學化工學院的本科專業(yè)構架及師資隊伍的組成，針對材料研究測試方法和材料分析實驗本科課程教學過程中存在的問題，提出教學優(yōu)化措施，以推動高校新工科教育改革，加快服務地方建設。

1 材料研究與測試方法和材料分析實驗課程的特點

基于“創(chuàng)新驅動發(fā)展”“中國制造2025”和“一帶一路”等國家重大發(fā)展戰(zhàn)略的提出與落實，新一輪的產業(yè)革命對人才提出了更高的要求[8]。 隨著新材料、新技術、新產業(yè)的發(fā)展，單一技術人員已然不能滿足發(fā)展需求，具有扎實的理論基礎、創(chuàng)新式的科技前瞻、豐富的實踐經(jīng)驗的復合型工程人才才是當下發(fā)展所需[9]。 因此，深度發(fā)展產教融合，在保持傳統(tǒng)行業(yè)特色專業(yè)優(yōu)勢的同時，大力發(fā)展新興交叉學科，已然成為新工科背景下高校專業(yè)建設和發(fā)展的必然趨勢，也是培養(yǎng)復合型人才的重要舉措和途徑。

材料研究與測試方法課程是關于材料測試與表征等方面的技術及原理性科學。 主要包括X 射線衍射學、電子顯微學、掃描探針顯微學、光譜分析以及熱分析等內容[10]。 該課程涉及廣泛的專業(yè)內容，且具有一定的理論深度，雖然應用性較強，但解析困難，學生很難熟練掌握與運用[11]。 材料分析實驗是材料研究與測試方法的實踐課程，但實踐課程主要以單一測試為主，缺少邏輯性和全面性，這使得本沒有充分掌握理論基礎的學生更難以理解實踐操作的真正意義。

從課程開設后出現(xiàn)的問題來看，存在著一些問題。 材料研究與測試方法課程內容繁多、知識點分散又獨立，測試原理復雜抽象，專業(yè)性較強，對于剛接觸測試方法的本科生不是很友好，對于知識點的掌握也較凌亂、薄弱。實踐課是理論課的延伸，實踐操作時需要對理論知識有較深的認識和理解，否則對實踐應用于推廣結果的測定與分析將難以著手。此外，實踐課程都是單獨授課，所有表征不成體系，學生也很難對表征目的和意義有深入理解。

對于本科生教育而言，掌握淺顯易懂且具有一般意義的測試原理才符合該階段的教育主旨。依托于單一教師授課，專業(yè)性較強，有深度但卻缺少廣度，不能讓學生從多角度掌握知識點。 目前課程考核方式一般為 “平時成績 （30%）+期末考試成績（70%）”， 這種考核方式只從課堂表現(xiàn)和考試結果兩方面進行反饋，缺少新工科背景下對學生的全面考核，也難以準確反映學習效果。 在理論與實踐教學過程中， 還需要革新教學效果評價考核方法，采用多角度的方法去評價每個學生的學習效果，可以為教學改革提供最真實的反饋意見和明確改革方向。

2 教學改革措施之學科交叉融合教育體系的建立路徑

2.1 完善宿州學院條件基礎

宿州學院堅持“地方性、應用型”辦學定位，構建了以工學、管理學為主、多學科協(xié)調發(fā)展的學科專業(yè)體系。現(xiàn)有63 個本科專業(yè)，涵蓋工學、管理學、理學、文學、經(jīng)濟學、藝術學、教育學、醫(yī)學等八大學科門類，形成了信息技術、食品醫(yī)藥，材料化工、機械制造、礦產資源、經(jīng)濟管理、文化藝術7 類應用型專業(yè)群。 擁有國家級一流本科專業(yè)建設點1 個、國家級特色專業(yè)1 個、 國家級綜合改革試點專業(yè)1個；省級重點學科1 個、省級應用型高峰培育學科3 個；省級一流本科專業(yè)建設點10 個，省級特色專業(yè)9 個、省級綜合改革試點專業(yè)12 個。學校全面落實立德樹人根本任務，深入推進德智體美勞“五大行動”，深化“三全育人”綜合改革，不斷提升人才培養(yǎng)質量。 學生年均獲省級以上獎勵400 多項，學校獲批安徽省“三全育人”綜合改革試點高校。這為培養(yǎng)“堅定理想信念、扎實專業(yè)知識、全新創(chuàng)新意識、強硬實踐能力”復合型人才奠定了堅實基礎。

2.2 學科交叉融合教學內容體系的建立

課程體系是實施復合型人才培養(yǎng)教學活動的主要載體，是實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標的關鍵[12]。 培養(yǎng)多學科交叉融合復合型人才課程設置的關鍵在于實現(xiàn)多學科交叉融合的合理布局，優(yōu)化課程結構。

基于課程內容特點及應用，首先將理論知識進行通識講解和劃分，形成體系，讓學生掌握理論知識的特點和難點，最重要的是建立邏輯思維，為理論成果的應用奠定基礎。以生物質復合材料方向為例，在介紹完上述測試基本原理后，按照科研思路將生物質復合材料的完整測試流程進行逐一講解，包括表征手段原理與分析，以結果為導向，將表征手段的意義和原理落實到具體某一材料上，并注重通識教育和專業(yè)教育的有機結合，這樣不但可以結合案例將測試原理和機制進行講解，還能夠幫助學生建立科研思維。 根據(jù)化學化工學院專業(yè)構架，選取有機材料、無機材料、復合材料及金屬材料四個方向進行系統(tǒng)地整理規(guī)劃，重構學科交叉融合教學內容體系。

2.3 構建復合型人才培養(yǎng)的實踐教學體系

實踐教學作為高校實現(xiàn)培養(yǎng)人才目標的重要環(huán)節(jié)，是將理論知識轉化為能力的必要途徑，對提高學生綜合素質、培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和能力具有特殊作用[13]。 通過構建有利于復合型人才培養(yǎng)的“課堂實驗技能訓練+創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練提升+實習實訓綜合發(fā)展”多層次、開放性、立體化的多學科交叉實踐教學體系，主要包括三個層次：第一層為實驗課程學習，第二層為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練，第三層為專業(yè)實習實訓。 為促進學生的主動性和動手能力，讓學生自主選取研究方向、擬定方案，獨立完成理論在實踐上的應用。通過實踐暴露的問題反向指導理論知識學習的方法和效果，并做出相應的改進，提升實踐教學成效。

通過全新實踐教學體系的建立，形成具有“強化學科交叉、強化實踐教學、強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)”等特點的實踐教學方案，完成四個有機結合，即課內理論與實驗實踐相結合、實踐教學與科研訓練相結合、專業(yè)訓練與多學科交叉實踐相結合、實踐能力與創(chuàng)新能力相結合，不斷地提升學生綜合學習與創(chuàng)新能力。

2.4 構建學科交叉融合師資隊伍

宿州學院化學化工學院目前有專任教師55人，其中教授11 人，具有博士學歷教師30 余人，目前仍在大力引進優(yōu)秀人才，特別關注引進人才的學科背景、研究領域和學術潛力，師資隊伍將呈現(xiàn)多學科融合的特點。采取一系列措施打造多學科交叉融合的高水平師資隊伍，提升教師教學能力、科研能力和服務社會能力。

具體措施包括：（1）組建學科交叉性教研室，針對研究內容進行重新組合， 形成全新教師體系構架。（2）打造相對應的科研團隊，顛覆傳統(tǒng)一學科科研團隊理念，有針對性地進行融合組隊，真正實現(xiàn)學科交叉教學與科研產出。 （3）實施“名師共享、專兼結合”， 聘請國內外著名高校或研究所的專家作為學院兼職教授； 同時建立產學研和合作基地，與合作單位共建課程，并從合作單位聘請具有一線經(jīng)驗的專家作為兼職教師與本單位教師共同講授共建課程。

2.5 建立多學科交叉融合的實踐教學平臺

教師教學也是理論與實踐相結合的過程，教學平臺也應該實現(xiàn)學科多元化的交叉融合，在提升理論教學的同時，強化實踐教學的成果轉化[14]。 具體舉措實施路徑如下：根據(jù)教師專業(yè)的相關性打造學科交叉實踐平臺， 平臺內的教師可以共帶課程，真正實現(xiàn)多學科在教學層面的交叉，也可以讓學生從不同角度了解知識的相通和專一性的差別與聯(lián)系，打造多專業(yè)共享，集教學、科研于一體的實踐教學平臺，從而實現(xiàn)基礎性（理論知識）→提高性（實踐教學）→研究性（科研素養(yǎng)）→應用性（實習實訓）四級實踐教學目標。

2.6 構建學科交叉融合的第二課堂體系

第二課堂是第一課堂的延伸和補充，已經(jīng)成為培養(yǎng)復合型人才不可或缺的一部分[15]。 在完善學科交叉融合理論體系與實踐體系的同時，積極推行多學科交叉融合的第二課堂，使學生的綜合素質得到充分提升。 第二課堂主要內容包括學科競賽、學術研究和綜合實踐等， 實現(xiàn)校內和校外的有機結合。這就需要第一課堂和第二課堂聯(lián)動，建立協(xié)同育人體系。例如，通過第一課堂的學習與實踐，將所掌握的知識點運用到第二課堂的實踐中，可自主進行成果研發(fā)， 或基于基礎理論創(chuàng)新完成新產品的創(chuàng)制，如取得突破性成果還可以參加相關的學科競賽，這樣就形成第一課堂和第二課堂聯(lián)動的育人平臺。

2.7 教學效果評價方式優(yōu)化

伴隨新工科背景下多學科交叉融合教育體系的建立， 考核評價方式也應該做出革新與完善，在傳統(tǒng)的課堂表現(xiàn)和考試考核手段的基礎之上，還須增加多維度多角度的考核方法， 其反饋結果也能直觀地體現(xiàn)多學科交叉融合教育體系的建立成效[16,17]。 初擬考核方式為“課堂表現(xiàn)成績（30%）+期末考試成績（40%）+拓展實踐成績（30%）”。 以材料學科為例，拓展實踐包括：（1）半自主根據(jù)現(xiàn)有產品性能材料的某一性能設計完整的表征驗證方案，并完成系統(tǒng)性分析論述，該項最高可獲得80%的拓展實踐成績；（2） 根據(jù)專業(yè)知識提出自己的想法并獨立合成某一材料，然后對其進行系統(tǒng)性的表征與論述，該項最高可獲得90%的拓展實踐成績；（3）將自己的想法落實到某一材料并通過實驗表征驗證，取得的成果具有一定意義， 且可參加相應的競賽活動，該項最高可獲得100%的拓展實踐成績。

3 結語

基于宿州學院服務地方的建校宗旨，以多學科交叉融合為切入口，切實推進新工科背景下多學科交叉融合教育體系的建立，打造教學內容、教學方式方法、教師隊伍、實踐教學平臺及教學考核方法五位一體構建方案， 實現(xiàn)不同學科間的對話與交流，提高學生的學習效果，提升本科教學質量，從而培養(yǎng)具有較強實踐和創(chuàng)新能力、跨界整合能力和動態(tài)適應能力的高素質復合型人才。