新工科背景下材料類應用型人才培養實踐教學體系構建

張占偉　徐榮正　朱智　馬琳　盧少微

［摘 要］在新工科建設背景下，傳統專業亟須通過改造升級以適應行業發展和人才需求。文章分析了傳統材料類專業實踐教學中存在的問題，針對地方應用型高校的特點，提出了通過產教融合、校企合作、平臺建設等途徑，推動實踐教學內容的創新、實施模式的改革以及評價體系的完善，并結合學校的辦學特色，構建了面向新工科的航空特色應用型人才培養實踐教學體系。經過不斷的改革與實踐，學生的實踐創新能力得到了顯著提高。

［關鍵詞］新工科；應用型；材料類；實踐教學；產教融合

［中圖分類號］G642［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2024）04-0124-04

為積極應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展和“中國制造2025”等國家戰略和倡議，教育部啟動了“新工科”和“雙萬計劃”等計劃[1-2]。這些計劃的提出為我國高等教育改革指明了方向，對推動我國企業的轉型升級和社會快速發展具有重要意義。材料類專業作為我國高校開設最早的專業之一，在社會發展過程中，其專業人才在眾多領域都發揮著重要作用，不僅服務于航空航天、武器裝備等國防領域，還廣泛應用于工程機械、醫療器械、生物工程、建筑材料、化工機械、車輛運輸等領域。然而，隨著社會進步和科技發展，企業對人才的需求提出了更高的要求。傳統的材料類專業教學體系已經無法滿足新工科對人才的新素質和新知識體系的要求。因此，對傳統專業進行改造升級，以培養出符合新工科背景下工程人才培養標準的應用型、創新型工程人才，顯得尤為重要。當前，我國正處于社會發展的關鍵時期，急需打破高校傳統的封閉式人才培養模式，以開放的態度重新審視課程和知識體系，改革教學方法和培養模式，以滿足社會對新工科人才的需求[3]。

沈陽航空航天大學（以下簡稱我校）是一所以航空宇航為特色，以工為主，工、理、文、經、管、藝等學科協調發展的多科性高等院校[4]，正致力于建設特色鮮明的高水平應用型大學[5]。我校材料類專業設有金屬材料工程、材料成型及控制工程、功能材料、焊接技術與工程、復合材料工程5個本科專業，其中省級以上示范專業3個。我校每年為社會輸送近300名畢業生，其中超過30%的畢業生在航空航天企業材料及其加工技術崗位擔任要職。隨著航空航天工業的快速發展和我國制造業的轉型升級，培養具有航空特色的高水平應用型人才已成為遼沈區域經濟發展和航空航天行業對我校材料類專業的殷切期望。在新工科背景下，我校將積極回應這一期待，努力提升人才培養質量。

一、當前材料類專業實踐教學體系存在的問題

實踐教學是新工科背景下培養應用型人才的重要途徑。通過實踐教學，學生能夠更深入地理解和應用理論知識，從而成為具有創新意識的高水平應用型人才。目前，我校材料類專業的實踐教學環節主要包括課內實驗、工程訓練、專業技能實驗、專業課程設計、綜合實驗研究、專業實習、社會實踐、畢業設計等，這些實踐環節的學分占比約為專業總學分的32%。然而，新工科建設的人才培養目標是培養具備解決復雜工程問題能力、創新能力、終身學習能力和工程倫理意識的人才。當前，實踐教學模式已無法滿足這一人才培養目標的要求，其主要原因在于當前材料類專業實踐教學體系普遍存在以下問題。

（一）實踐教學理念滯后，重視程度不足

當前，在工程教育專業認證的背景下，“學生中心、產出導向、持續改進”的教學理念在理論課程中已得到實施，但實踐教學仍采用傳統的以教師為中心的教學模式[6]。例如，部分課程實驗仍以教師示范為主，學生實踐機會有限，缺乏設計性和創新性，反映出教師對新教學理念落實不夠到位。同時，諸如終身學習和個性化學習等教學理念尚未完全融入實踐教學，多學科交叉融合理念也有待進一步加強。在教學環節中，普遍存在著重理論輕實踐教學的現象。由于實踐教學過程復雜且難以量化，部分院校對實踐教學過程的有效監控和教學效果評價存在不足。此外，材料類專業實踐教學需要長期且大量的經費投入，短期且少量的投入很難產生顯著的效果。

（二）實踐教學內容陳舊，更新速度緩慢

近年來，隨著我國社會經濟的迅猛發展，正由制造大國向制造強國邁進。在這一進程中，新材料、新技術層出不窮，新興學科不斷涌現，學科的交叉融合也更為緊密。然而，相比之下，部分材料類專業的實踐教學內容卻顯得相對陳舊，普遍存在幾年甚至十幾年都未進行更新的情況。此外，由于資金投入不足，高校先進設備的更新速度嚴重滯后于企業。例如，砂型鑄造、手工電弧焊等傳統的材料成型和連接方法仍是材料類專業實踐教學的主要內容，而精密鑄造、連鑄連軋、高能束焊接等先進制造設備在高校中并不普遍。這種情況不僅降低了學生的學習興趣，而且導致培養出的學生難以適應社會的實際需求。

（三）實踐教學手段單一，學生參與不足

部分課內實驗和專業技能實驗仍采用傳統的分組方式進行，學生在教師的指導下完成實驗，主要以線下觀摩、演示和驗證性實驗為主。然而，這種方式受時間、空間、設備數量等多種因素的制約，導致學生參與度低，實驗效果不理想。此外，高污染、高能耗、危險度高的實驗往往難以開展。在“互聯網+教育”的時代背景下，信息技術的廣泛應用實現了教育的互聯互通，打破了傳統的時間和空間限制。通過數字化虛擬仿真技術，學生可以更直觀、安全、節約地進行實驗，從而有效提高實驗效果和學生的參與度。

（四）教師工程實踐能力不足

教師的工程實踐能力對實踐課程的教學質量具有決定性的影響。優秀的師資隊伍建設不僅是新工科建設的內生動力，也是新工科實踐教學改革的重要保證[7]。對于材料類專業而言，實踐教學教師不僅需要具備扎實的理論知識，還需要具備豐富的、與時俱進的工程實踐經驗。然而，目前材料類專業教師的聘用方式大多以博士直聘為主，他們往往缺少工程實踐經歷以及技術創新和解決復雜工程問題的實戰經驗。這導致現有的實踐教學與工程實際、產業發展需求脫節，不利于新工科人才實踐能力和創新能力的培養。因此，加強教師的工程實踐能力培養，優化師資隊伍結構，對于提升新工科實踐教學質量具有重要意義。

（五）實踐教學缺乏思政元素

當前，實踐教學主要關注學生將理論知識應用于工程實踐的能力，以培養實踐能力和創新意識為主，但往往忽略了實踐環節所蘊含的政治信仰、職業道德、科學思維、工匠精神等思政元素，未能充分貫徹國家對高等教育提出的“三全育人”的要求，即“全員育人、全程育人、全方位育人”。因此，需要在實踐教學中深入挖掘和融入這些思政元素，以實現全面育人的目標。

二、實踐教學體系改革的具體措施

在新工科建設背景下，我校材料類專業實踐教學體系亟須改革。針對原有實踐教學體系存在的不足，本文提出通過產教融合、校企合作、平臺建設、模式改革、內容重構等途徑，創新實踐教學體系，并結合航空類高校的辦學特色，構建“產教融合、虛實一體”的材料類航空特色應用型人才培養實踐教學體系。

（一）改革實踐教學內容、創新設計理念，構建“基礎—綜合—創新”多層次實踐教學體系

基礎型實驗是實踐教學體系的基礎，當前我校材料類專業的基礎實驗獨立于理論教學，雖然該模式有利于實驗教學的組織實施，但也導致了理論與實踐的脫節。課程團隊教師作為實驗內容的主要負責人，主要負責實驗教學大綱制訂、實驗方案設計，并參與實驗過程的實施。實驗中心專職人員則主要負責設備的維護與調試，并協助各課程團隊組織開展實驗教學工作。綜合性實驗依托材料學科的科研優勢和辦學特色，設計了一系列涵蓋本專業知識的實驗項目。這些項目的實施包括文獻調研、實驗方案設計、設備操作、數據采集分析等環節，旨在培養學生的專業素養和綜合素質。創新性實驗依托材料學院的學科平臺、大學生科技創新俱樂部和產學研合作基地資源，緊密結合科研與教學，圍繞學科前沿和技術攻關，提煉出具有創新性的實驗項目。學院各科研平臺和研究團隊積極提供創新性實驗項目，并通過實施本科生導師制，鼓勵學生盡早參與課題、進入實驗室和研究團隊，充分利用各平臺的現代化專業設備，有效組織實施項目。

（二）深化產教融合、校企協同育人，打造產、學、研、創多維度實踐教學育人平臺

深化材料類專業與相關產業、企業的融合發展。一方面，加強與產業的緊密聯系，及時了解產業需求和發展趨勢，以便更新實踐教學內容，確保教學內容與時俱進；另一方面，通過校企共建、共享實踐教學平臺，積極開拓實踐教學基地，為學生提供更多的實踐機會。同時，通過校企人員互聘提升師資隊伍的實踐教學水平，高校可聘請具有豐富經驗的工程師擔任創新創業教學指導教師，并選派青年教師到企業掛職鍛煉，利用他們的理論優勢幫助企業解決技術難題。這些企業工程師和青年教師將企業的實際工程案例帶回學校，作為學生的創新創業研究課題。學生在高校和企業雙導師的指導下開展實驗研究，積極參與各類學科競賽和創新創業大賽，并嘗試發表論文和申報專利。在新的培養方案中，設定不低于2學分的創新創業欄目，學生可以通過申報大創項目、參加教師科研項目、參加校級及以上學科競賽等途徑獲得學分。通過改革，打造產、學、研、創多維度實踐教學育人平臺，為培養高素質的應用型人才奠定基礎。

（三）融合信息化技術，建立虛實一體、線上線下結合的實踐教學模式

針對材料學科實踐教學中存在的痛點與難點，積極開發和引進虛擬仿真實驗項目，如操作復雜、成本高昂、難以直觀觀察的微觀現象，以及需在極端環境下進行的高危高污染實驗等。通過虛擬與現實相結合的教學手段，學生可以在虛擬環境中熟悉操作流程，有效避免實際操作中的誤操作危險。虛擬實驗能更直觀、形象地展示實驗原理和作用機制，結合實際操作，可以加深學生的理解，達到更好的學習效果。學院通過專項經費支持，成立了材料類專業虛擬仿真實驗教學團隊，并與合作企業緊密對接，引進企業的先進實驗項目。通過校企合作共同開發虛擬仿真實驗項目，確保教學項目不斷更新。在教學模式方面，整合材料學院各專業的實踐教學資源，充分利用我校智慧教學平臺，開展實踐教學數字化平臺建設。學生可以通過線上平臺完成實驗預習、方案設計、模擬操作等環節，線下則進行真實的實驗操作和數據采集分析。這種虛實一體、線上線下相結合的實踐教學新模式，既充分利用了現代技術手段，又保留了實踐教學的真實性和有效性，有效提升了實踐教學效果。

（四）結合行業特色，推進材料類專業實踐教學內容的航空特色化教學改革

緊密依托航空院校的行業背景優勢，積極探索材料類專業的航空特色教學改革，以實現差異化發展，形成相較于其他高校同類專業的錯位優勢。圍繞我校“一心三環”航空特色教學平臺，將專業實習、課程設計等集中實踐與飛機生產線、航空發動機生產線主動對接，打破學科壁壘，與航空宇航學院、航空發動機學院的教師共同制訂實習方案。近兩年來，材料學院部分專業依托“一心三環”平臺開展了為期一周的專業實習，使學生對航空產品的結構設計、材料選擇、成型工藝等方面有了更深入的了解，實習效果良好。在校外，持續加強與航空航天類企業、科研院所的交流合作，建立長期穩定的實習實訓基地。同時，將航空特色化實踐教學改革推廣到其他實踐環節，如在課程實驗和綜合實驗研究中，通過融入航空材料、航空結構設計、受力分析、航空結構件鑄造、焊接加工工藝等內容，構建具有鮮明航空特色的實踐教學體系。

（五）探索實踐教學課程思政實施方案，全面落實“三全育人”

實踐教學作為實施課程思政教育的重要環節，蘊含著科學精神、哲學思維、工程倫理等豐富的思政元素。因此，應深入挖掘實習、實訓、創新創業、學科競賽、項目研究等實踐環節中的思政元素，并開發課程思政優秀案例。通過觀摩、研討等方式，提升教師在課程實施方面的能力，確保課程思政在實踐教學環節得到落實。對此，學院組建了課程思政教學團隊，利用超星線上平臺建設了材料類專業課程思政資源庫，定期舉辦優秀課程思政優秀案例征集活動，邀請思政課教師開展講座，并組織課程思政實施方案的經驗交流座談。通過轉變思想、提高水平，逐步實現課程思政實施的常態化，真正實現“三全育人”新局面。

（六）探索多元化實踐教學評價模式

實踐教學組織形式多樣且教學目標繁多，傳統的以教師為評價主體、以實驗報告和實習總結為評價對象的模式，無法全面評估學生的能力。因此，需要根據不同實踐教學內容，探索多元化的實踐教學評價模式。以項目式實踐教學為例，每個小組由2～3名學生組成，共同完成項目，考核內容不僅包括實驗操作和問題分析能力，還包括文獻調研、團隊協作、語言表達能力。因此，采用項目指導教師考核和小組成員互評的多元化評價模式更為合理。指導教師根據項目實施過程中學生的總體表現，結合項目報告和項目答辯情況對學生進行評價；小組成員則根據實際承擔的工作量、團隊交流合作情況等進行互評。通過這兩種模式的綜合評價，不僅能夠客觀、公正地反映學生在項目中的實際貢獻，還能有效激發學生的積極性。

三、結語

經過近幾年的改革與實踐，我校建立了面向新工科的產教融合、虛實一體的材料類航空特色應用型人才培養實踐教學新體系，重構了實踐課程體系和教學內容，拓展了20余個優質產學研合作實踐教學基地，聘請了36位高工級企業導師，并成功立項了18項教育部產學協同育人項目。通過校企業協同培養，已有百余名本科生受益。學生的實踐能力和創新意識得到了顯著提升，他們在全國高校大學生金相技能大賽、焊接創新大賽等省級、國家級學科競賽中獲獎200余項，發表了36篇核心期刊論文，并成功申報了11項發明專利。近年來，材料類專業本科生、研究生錄取率均在40%以上，畢業生年終就業率超95%，辦學質量得到了同行和社會的廣泛認可。

［ 參 考 文 獻 ］

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[3] 賀道中，高澤平，張波，等.“新工科”背景下冶金與材料類專業“四位一體多維聯動”實踐教學體系探索[J].中國冶金教育，2021（6）：74-77.

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[5] 張占偉，國旭明. 基于航空特色的金屬材料焊接性課程教學改革［J］.大學教育，2018（12）：33-35.

[6] 陳曉明.機械類專業新工科背景下實踐教學的改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2022（9）：86-88.

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［責任編輯：梁金鳳］