新工科背景下能源院校材料類專業的改革與實踐

劉瑞平 韓鵬 李亞男 王琪

摘要：文章從材料科學與工程的專業地位和特點出發，結合國家新工科建設背景和中國礦業大學專業背景與現狀，介紹了學校材料科學與工程專業的特點與發展歷史和基于新工科的建設目標與實踐探索，從優化課程體系、強化實踐訓練、推進課程建設、改革考核方式、加強師資隊伍等入手，旨在解決材料科學與工程專業存在的眾多問題，以達到新工科背景下高質量人才培養的要求，為新時代培養合格的社會主義建設者與接班人。

關鍵詞：材料科學與工程? 能源院校? 新工科? 教學改革

中圖分類號：G642? 文獻標識碼：A

Abstract： Starting from the professional status and characteristics of materials science and engineering， combined with the background of national new engineering construction and the professional background and current situation of China University of Mining and Technology， this paper introduces the characteristics and development history of the materials science and engineering major of this university and the construction goals and practical exploration based on new engineering， and starts from optimizing the curriculum system， strengthening practical training， promoting curriculum construction， reforming assessment methods， strengthening the teaching team， etc.， aiming to solve many problems in the materials science and engineering major to meet the requirements of high-quality talent training under the background of new engineering and cultivate qualified socialist builders and successors for the new era.

Key Words： Materials science and engineering; Energy college; New engineering; Teaching reform

新材料、信息技術和生物技術并列為新技術革命的重要標志[1-3]。目前，新材料及其相關行業是國家戰略發展方向，材料科技在國家創新體系，特別在經濟建設和國防現代化的國家重大工程建設中有著重要的戰略性、基礎性地位[4-5]。據統計，目前國內95%以上的985、211高校都設有材料科學與工程學院。我校作為具有百年歷史的多科性大學和“雙一流”建設高校，順應世界科技發展潮流，面向國家和首都經濟發展重大需求，建設具有礦業特色的材料科學與工程專業，加強材料類專業高端本科生與研究生的人才培養已迫在眉睫，勢在必行[6-8]。

1 專業現狀

中國礦業大學材料科學與工程系具有悠久的發展歷史，成立于1996年（前身是1980年成立的摩擦磨損研究室），于1999年開始招收材料科學與工程專業本科生，近40年來，共計培養本科生近1000名，研究生500余名。2017年初至今，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，探索工程教育的中國模式，推進建設高等教育強國，主動應對新一輪科技與產業革命，支撐創新驅動發展、“中國制造2025”等國家戰略[9-11]。

在此基礎上，材料專業結合學校礦業能源特色，先后從優化培養方案，針對礦業特點開設特色課程、加強教材和教學參考資料庫建設、不斷完善實驗條件、加強實習基地建設、形式多樣地開展實踐教學改革、創新管理制度、深入開展課程建設和教學改革、提高教學質量等方面入手，不斷努力提升本科教學質量和人才培養質量。目前，除材料專業的共性課程外，還針對煤炭行業的特點，開設《摩擦磨損及耐磨材料》和《無損檢測》等課程，以培養能為煤礦現場服務的、既有材料專業的學科背景、又有一定的特殊技能的高級專門技術人才，為煤炭行業的減磨、節能、降耗，保障設備的完好運行等作出貢獻。同時，組織編寫了《材料物理性能》《材料摩擦磨損》《現代無損檢測與評價》《復合材料導論》等多部教材，先后購置了激光加工系統、熱噴涂設備、熱壓燒結爐、微磨損試驗機、超聲波探傷系統和電子顯微分析系統等設備，建成了“材料激光加工強化中心”“摩擦磨損測試中心”“無損檢測實驗室”等，為本科生進實驗室創造條件。優選首都鋼鐵公司、北京東陶有限公司、北京航空材料研究院、中煤北京煤礦機械有限責任公司、中煤張家口煤礦機械有限責任公司等單位作為材料專業的實習基地，并充分利用北京豐富的展會資源，組織學生集體參觀“國際鑄造、鍛壓、焊接和熱處理展”“國際工業爐和耐火材料展”“國際煤炭展”等專業展覽會。最后，通過采取“開新課試講”“老教師的傳、幫、帶”“中期檢查”等措施，來保障教學質量。

2 專業建設探索

2.1 建設目標和內容

結合實際、深入分析、大膽實踐，提出新工科建設背景下融入工程專業教學新理念、拓展專業建設新內涵并制訂人才培養新方案、打造專業教學新隊伍、增建專業實驗新平臺和實習新基地、塑造學生學科技能競賽新課堂的專業綜合改革具體措施，通過改革實踐逐步讓相關學生、教師、學校、企業及社會最大化受益。

2.2 具體實施舉措

2.2.1 拓展專業建設新內涵并制定人才培養新方案

主動拓展當前新工科建設背景下的專業內涵，將增材制造（3D 打印）、新能源材料等部分內涵融入本專業的建設中去。這部分內涵在培養方案中具體體現在課程體系中理論課程和實踐環節的變化。重新修訂課程教學大綱；在綜合訓練環節，針對不同方向的學生設置了不同的綜合訓練實驗，在畢業設計環節，增加一定比例的相關畢業設計課題，進一步培養學生解決復雜工程問題的能力。根據厚基礎、寬口徑、多學科交叉的原則，材料科學與工程專業設置了先進的理論課程體系，主要包括基礎必修課、材料專業基礎類、材料與化學類、金屬材料課程組、新能源材料與器件課程組、特色課程、國際化課程組、前沿專題課程組、擴展訓練類課程組和實踐類課程等。

在滿足學校規定的實踐教學基本要求的基礎上，材料科學與工程專業還進一步優化了實踐教學環節，構建了以《金工實習》（大二下、4周）、《認識實習》（大二下，2周）、《生產實習》（大四上，4周）、《專業綜合設計》（大四上，4周）、《科研訓練》（大四上，2周）、《畢業實習及畢業設計（論文）》（大四下，3+17周）等教學環節為主體、以大型專業展會現場參觀學習為輔的實踐教學新體系。

2.2.2 融入工程專業教學新理念

逐步轉變傳統以教為中心的理念，完善吸引優秀生源的制度、加強對學生在整個學習過程中的表現進行跟蹤與評估，完善學生學習指導、職業規劃、就業指導、心理輔導及困難學生幫扶等措施。逐步轉變面向課程的教育理念，制訂合理的人才培養目標（企業行業專家、校友、教師等利益相關方均參與制定）、明確的畢業要求（解決復雜工程問題的能力要求）、課程體系和課程目標（畢業要求能力分解目標）。成立學生產出評價工作組并建立了相關閉環評價機制和可操作的評價辦法，快速推進對學生產出的聚焦和評價并進行有針對性的閉環持續改進。

始終以學生為中心，進行專業課程設計，突出先進的教學理念，提高學生的學習效果。摒棄傳統的教師為主的“填鴨式”教學，堅持專業基礎理論知識與實踐相結合，積極利用周邊高校及相關企業豐富的實踐條件和資源，啟發學生思維，促進學生思考，使學生深入理解并能靈活應用抽象的專業理論知識，獲得良好的學習效果。

從專業課程本身的特點出發，同時考慮本科生的背景知識和畢業基本要求，結合相關知識點設計探究性課題，從而最終完成預期的教學目標。例如，可以針對性地設計相關專題，通過小組討論、撰寫文獻調研報告、提交討論報告、制作相關教學模型、參與相關實驗及大學生創新性訓練等方式，引導學生的主觀能動性，積極參與教學過程，構建積極的師生互動關系，使學生主動思考，引導學生進行深層次的研究性學習。改進教學方法和授課方式，線上進行基礎理論、基本知識的學習，針對線上學生提出的問題設計討論內容，強化基本技能，從而使學生能夠實現嚴格要求、嚴謹思維、嚴密方法。

2.2.3 課程思政有效融入教學

提高認識，將課程思政放在首要位置，深入研究教材相關知識點，探尋課程思政與專業知識的結合點，在慕課視頻資源建設時在相關知識點拓展課程思政內容，同時結合本專業領域國內外科學家的先進事跡、習近平總書記的重要講話、傳統馬克思主義基本原理概論知識點、科技成果或先進技術等，提高學生的學習動力，使學生始終堅定“四個自信”，做到“兩個維護”。拓展課程思政建設的內涵，積極聯合其他專業教工黨支部共建，跨黨支部組建創新創業、學生發展等課程團隊，通過共建共享，推動相關課程思政建設。

教師黨支部以教學團隊為載體開展課程思政建設，使教師在課程教學研討交流中相互激發、互相激勵、共同進步，同時集中精力打造精品課程、示范課堂、優秀教師。以黨支部書記和任課教師“雙負責人制”為中心，以“樣板支部”的培育創建為依托，推動教師黨員置身課程思政第一線，提升教師的積極性和教學效果；整理總結現有材料類專業課程知識點與思政元素之間的結合點，形成一套可參考的課程思政指南，實現“課程思政”全覆蓋，建成材料、化學化工類的專業課程思政教學案例、教學資源庫，制定體現課程思政目標和科學評價體系的教學大綱，最終形成具有示范效應的可推廣的典型工作做法。

2.2.4 打造專業教學新隊伍

師資隊伍建設是專業建設的靈魂。一方面，引進相關學術帶頭人，招聘具有海外學術背景和新工科相關工程經驗的教師從事教學工作；另一方面，鼓勵專業教師參與學習培訓和出國進修。創造教師發展的良好氛圍，開辟教師職業考核晉升發展的多種通道，引導教師在專業建設、課程建設、課堂教學及教學改革上投入更大的精力，充分發揮教師的主導作用，從教師學術水平提升、政策保障與激勵制度建設和教學理念及教學方法更新等方面打造好專業教學新隊伍。引導研究方向和教學任務相近的教師成立科研與教學深度融合與一體化的團隊，形成合力，推動課程建設。與比利時蒙斯大學、美國賓州州立大學和南達科他礦業學院、德國弗萊貝格工業大學簽署了合作協議，派出多名本科生前往國外做畢業設計或深造，同時設立暑期課程，邀請國內外專家來我系進行講學。

2.2.5 強化大學生實踐及創新創業教育

精心規劃、穩步推進實驗室建設，對現有設備進行挖潛提效，籌資130余萬元，新建了“金相顯微互動教室”“材料壓力加工”實驗室，增購了差熱分析、材料腐蝕測試等設備，使本專業的實驗教學環境得到較大改善。重視實習基地建設。新建成北京市市級校外實習基地1個，新增3個校外專業實習基地。充分利用地域優勢，構建了以金工實習、認識實習、生產實習、專業綜合設計、科研（選題）訓練、畢業實習和畢業設計（論文）、大學生創新訓練為主，以大型專業展覽會參觀為輔的實踐教學立體網絡。專業實習單位涵蓋金屬、無機非金屬、高分子和復合材料四大類，包含科研院所和生產企業，實習效果較好。積極組織學生參加各種學科競賽，成績顯著。連續6年帶隊參加全國大學生金相大賽，5次獲得全國一等獎，并獲優秀組織獎和團體獎。

在課堂教學之余，積極組織學生參觀大型專業展會，培養學生現場調研能力和與人溝通的能力，項目組成員選擇性地組織本科生參觀大型專業展覽會，包括“國際復合材料展覽會”“國際采礦技術與設備展覽會”“國際熱處理展覽會”等相關展覽，并讓學生獨立完成一份參觀展報告心得。學生在參展過程中，直觀地感受到了材料領域的最新成果，激發了學生的創新熱情和對專業的學習興趣，受到了學生的普遍歡迎，并且取得了良好的效果。鼓勵學生參加全國類競賽項目，連續兩年材料科學與工程專業學生在全國大學生金相技能大賽上表現突出，獲得一等獎1項、二等獎1項、三等獎2項，優秀團體獎1項，優秀指導教師獎2人。

2.2.6 增建專業實驗新平臺和實習新基地

在新工科背景之下，增建專業實驗新平臺，開拓對口實習新基地，改革專業實驗和實習教學，是新時期專業建設和改革的重要內容，關系到新工科背景下人才培養目標的實現。打造專業實驗平臺，開設多個專業實驗項目，增強學生對新技術實驗動手能力和綜合應用能力。從北京科技大學引入了部分虛擬仿真實驗項目，與西安理工大學聯系，獲得對方授權，利用該校的云課堂資源完成。“金相顯微試樣制備”部分實驗內容的教學。

充分發揮本科生全程導師制，《大學生創新訓練》《大學生科研訓練》《專業綜合設計》及認識實習和生產實習等專業性實踐環節，同時利用科研項目并結合專業課程背景，對實驗進行綜合性設計，激發學生的參與性，并按一定比例權重計入最后的課程成績[12]。在課堂教學過程中對實踐過程中的難點和問題進行設計和分組討論。上述實踐環節極大地提高了學生的課程參與性和發現問題，以及通過查閱資料分析問題和解決問題的能力，培養學生的獨立自學的能力和創新精神，同時，在實踐過程中合理運用相關專業課程的基本知識，進一步加深對該部分知識的理解與應用[13]。另外，開拓對接專業實習新基地，提高學生在該專業領域的實踐能力。與中煤張家口煤礦機械有限責任公司、中國航發北京航空材料研究院、航天五院錢學森空間技術研究院、北京東陶機器有限公司、有研億金新材料有限公司、東方雨虹防水技術股份有限公司等眾多企業合作建立了多個校內外實踐基地。

3 結語

材料學科作為國家戰略發展的重要學科，在新工科建設背景下全方位改革相關專業課程體系設置、課堂教學模式、實踐教學環節、課程考核方式等。增加國際性課程、學科交叉課程、高階性與挑戰性課程，改變傳統的課程教學觀念，提升工程訓練內容，完善課程考核方式，提高教師工程經歷背景，從而滿足新工科背景下材料專業人才培養的基本要求，為國家培養合格的社會主義建設者與接班人。預期通過該項目的實施，將進一步優化課程體系、強化實踐訓練、推進課程建設、改革考核方式、加強師資隊伍，培養學生的創新能力和工程能力，在此基礎上，大力推動新工科建設背景下我校材料專業的建設和改革，使學生、教師、學校、企業及社會最大化受益。

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通信作者：劉瑞平（1983—），男，博士，教授，主要從事材料專業基礎課的教學研究工作，E-mail：201402@cumtb.edu.cn。

基金項目：北京市教改項目（2021）；中國礦業大學（北京）課程建設與教學改革項目（項目編號J21ZD15）。