新工科背景下金屬材料工程專業培養方案及課程體系設計

馮佃臣 楊禮林 翟亭亭 趙莉萍 孫昊

摘??要：為了應對新一輪科技革命與產業變革的挑戰，滿足以新技術、新產業、新業態和新模式為特征的新經濟對新工科人才的需求，“金屬材料工程”專業遵循OBE?教育理念，以“成果導向”為原則，按照“培養目標—畢業要求—課程體系”反向設計人才培養方案。以社會對金屬材料工程專業人才需求為導向精準確立人才培養目標，聚焦培養目標設計畢業要求，以畢業要求的實現構建學科交叉融合的新工科課程體系。設計了聚焦未來材料設計、材料制備技術對人才能力的需求，以學生能力培養為核心，從學科知識交叉融合、教學與科研深度結合、構建新工科人才培養體系。

關鍵詞：金屬材料工程；OBE；新工科；培養方案

中圖分類號：G642;TG14-4??文獻標識碼：A

隨著中國經濟的快速發展，制造業處于迅猛增長狀態，對新型材料的需求也日益增長，材料科學已成為國際競爭的關鍵技術之一。金屬材料是工程領域中最基礎、最重要的材料之一，其對于培養學生的物質基礎和工程素養具有舉足輕重的作用。因此，在新工科背景下，對金屬材料專業的培養方案和教育過程進行科學涉及，是目前專業、學校進行改革必須解決的問題之一。

緊緊圍繞立德樹人根本任務和雙一流專業建設的目標，立足學校和學院的基礎和優勢，以理想信念教育為核心，以社會主義核心價值觀為引領，以全面提高人才培養能力為關鍵，在人才教育培養過程中破解思想政治工作不平衡不充分等問題，打通“三全育人”最后一公里，形成全員全過程全方位育人格局，培養德智體美勞全面發展和擔當民族復興大任的社會主義建設和接班人。一方面通過加強理想信念教育，我們將幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，培養他們的社會責任感和公民意識。同時，我們將通過提供優質的教育資源和創新的教學方法，全面提高學生的學科知識水平和實踐能力。另一方面注重培養學生的創新精神和實踐能力，通過項目實踐、實習實訓等方式，使學生能夠靈活運用所學知識解決實際問題，適應新經濟時代的需求。

培養方案設計總的思路（圖1）是專業和工程認證標準為依據，采用反向設計方法，貫徹“學生中心、產出導向、持續改進”教育理念[1，2]。該培養方案的制定旨在緊扣新技術革命、新產業變革對未來金屬材料工程專業人才的需求，落實新工科建設任務[3]。材料研究正從過去的試錯實驗研究轉向理論設計、基因工程或大數據應用[4]。材料制備正從過去的大批量、高能耗、高污染轉向綠色發展、智能制造、提升質量和降低成本的發展趨勢。

根據《內蒙古自治區“十四五”工業和信息化發展規劃》中提出：（1）高標準培育現代裝備制造、新型化工、有色金屬加工、新材料、生物醫藥五大先進制造業集群；（2）依托鋼鐵和鋁、銅等產業基礎，以輕質、高強、大規格、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞為發展方向，開發高端鋼鐵、高純鋁、稀土鋁合金、高品質鋁合金焊絲、雙零鋁箔、高強高韌鋁合金、金屬靶材、銅合金、鎂合金等高附加值產品，滿足軌道交通、航空航天、電子信息等產業發展需求。到2025年，打造15個智能工廠、40個數字化車間，規模以上工業企業生產設備數字化率達到60%?；谝陨弦螅梢缘贸鼋饘俨牧瞎こ虒I人才培養要保持專業特色，同時要圍繞社會發展對專業人才能力的需求，開展新工科建設，調整金屬材料工程專業的培養方向和課程設置，注重培養學生在人工智能、大數據分析等領域的能力，并加強與相關行業和企業的合作，開展實踐教學和實習實訓，滿足產業發展的社會需求。進而制定和實施“金屬材料工程+人工智能”的新培養方案。

圖1?人才培養方案反向設計思路圖

一、以需求為導向，培養目標設計

我國“新工科”建設不斷加強，對高水平、高質量的人才培養體系提出了更加嚴苛的要求。堅持把立德樹人作為教育的根本任務，不斷開創我國教育事業發展新局面。黨的十九屆五中全會指出，要全面貫徹黨的教育方針，堅持立德樹人。我們要從黨和國家事業發展全局的高度，落實立德樹人根本任務，推進高等教育事業發展同實現高質量發展相適應，培養擔當民族復興大任的時代新人[5]。因此，內蒙古科技大學金屬材料工程專業在制定人才培養方案時，培養方案的總目標要求培養德智體美勞全面發展的社會主義合格建設者和可靠接班人。面對新技術和新產業變革以及傳統產業的轉型升級[6]，調研了用人單位對金屬材料工程專業人才的需求，緊扣社會需求、學校定位及專業特色制定出金屬材料工程專業的培養目標。培養目標制定遵循了與時俱進的新工科特點，體現金屬材料工程專業多年形成的客觀優勢和特色。

以需求為導向，培養目標的設計中，始終圍繞在工科背景下需進一步加大課程內容的更新和豐富化，將金屬材料專業的課程應更注重將理論知識與實踐相結合。在課程具體設置中，特別是理論+實踐或實踐環節中，可以通過組織學生參與課題研究、參加制作實踐項目等，并配合完善的課程設計，幫助學生深入理解材料科學的重要性和實際應用價值。通過案例和實驗設計、綜合實驗等方式讓學生能夠深入了解金屬材料結構、性能及組成變化、材料的加工工藝與成形性、材料的疲勞與斷裂機理與材料的設計與開發以及材料環境適應性等實踐內容，關注材料的新進展和新趨勢，比如新型高強度、高韌性及智能材料等，在保證專業課程體系的前提下，涵蓋多個學科領域，構建起更加完善的教學體系。

二、聚焦培養目標，畢業要求設計

畢業要求支撐著培養目標的實現，是課程與培養目標聯系的橋梁[7]。依據《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》、《工程教育專業認證通用標準》、《材料類專業補充標準》和內蒙古科技大學金屬材料工程專業培養目標，制定能夠支撐培養目標并滿足工程教育認證的12條畢業要求，并梳理了畢業要求與目標達成情況之間的關聯。技術類畢業要求按照能力形成的邏輯“縱向”分解畢業要求指標點，便于從“基礎知識、專業基礎知識和專業能力、綜合訓練能力”解決復雜工程問題能力培養層次相匹配，同時能夠在教學環節獲得可落實（在學習過程中能夠獲得畢業要求指標點所描述的能力）、可評價（畢業要求中的能力能夠以學生的學習成果或表現評價其是否達成）。非技術類畢業要求指標點分解按照“能力要素和素養要素”進行分解，重點是能力和素養的內涵進行清晰表述，以便納入教學內容并進行有效評價。確保了畢業要求與培養目標的聯系緊密，并提供了具體可操作的指導，使教學內容和評價能夠與培養目標相一致。

專業學生在達到培養目標的過程中，通常是通過專業課程的學習了解本專業的歷史、培養目標、畢業要求、課程設置、發展方向及就業前景等，同時理解本專業所涵蓋的學習和研究范疇，了解本專業的國際前沿進展，明確專業學習的目的與意義，培養專業學習興趣。但傳統的專業課程教學設計存在課程目標與畢業要求及人才培養目標鏈接不夠緊密的缺陷，聚焦課程目的和教學內容沒有明確放在支撐具體畢業要求以及人才培養目標的背景下設計和展開?；贠BE理念的專業課程改革應建立一個聚焦學習產出驅動全部課程活動和學生學習產出評價的結構與系統，充分將培養目標與畢業要求對專業課程建設提出的要求進行凝練，打破原有課程教學相對獨立的狀態，對整體內容的相關性有效整合梳理，將教學活動的最終目標與畢業要求及人才培養目標掛鉤。

三、構建學科交叉融合的新工科課程體系

課程是學科人才培養目標實現的基本單元，是畢業要求的實現途徑[7]。畢業要求中的能力要求必須逐條落實到每一門具體的課程中，課程之間相互銜接、互為補充。課程體系需要具有五性即規范性、系統性、完整性、邏輯性和支撐性。依據內蒙古科技大學金屬材料工程畢業要求指標點的內涵及專業特色，構建較為科學和可操作性的金屬材料專業課程體系。課程體系支撐畢業要求指標點的能力達成，同時也滿足了新工科建設的要求，體現學科交叉和德智體美勞五育并舉。

課程體系在保留了傳統金屬材料工程專業特色的專業課程的基礎上，并為了適應新技術和新產業變革以及傳統產業轉型升級需要，增加了人工智能課程《機器學習》《計算機視覺》《深度學習》《深度強化學習》《智能材料新發現》和《智能材料加工》，形成金屬材料工程+人工智能融合的特色，凸顯專業培養的競爭力和適用性。

課程體系能夠有效支撐畢業要求的達成，通過合理的課程設置和課程矩陣，畢業要求中的能力要求都有相應課程的支撐、核心課程的強支撐、必修課程的全支撐。課程體系合理，知識體系完整，先修和后續課程的邏輯關系清晰，課程體系簡圖見圖2。課程體系中各模塊學分分配見表1。

結語

基于OBE?教育理念，以“成果”為導向，貫徹立德樹人的教育方針，堅持強化實踐能力培養。在金屬材料工程人才培養方案制定過程中，全面分析金屬材料在人工智能背景下對金屬材料人才能力的要求，按照要求精準確立人才培養目標、聚焦培養目標設計畢業要求、構建學科交叉融合的新工科課程體系，“由上而下”反向設計金屬材料工程專業人才培養方案，確保金屬材料工程專業學生真正掌握所需的知識和能力，滿足地方應用型高校對接區域經濟發展和金屬材料人才培養的需求。

參考文獻：

[1]侯紅玲，?張軍峰，?任志貴，等.?基于OBE理念反向設計專業人才培養方案[J].?高教學刊，?2018（24）：167-169.

[2]鞏建閩，?蕭蓓蕾.?誰來制訂課程大綱——兼論OBE人才培養方案設計[J].?高等工程教育研究，?2020（4）：180-187.

[3]王春明，?鄒楊君，?張雪輝，等.?淺談新工科背景下金屬材料工程專業多元化，創新型卓越工程人才培養[J].?教育教學論壇，?2020（29）：277-278.

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[5]申繼亮.?把握育人方向?創新育人模式——解讀教育部《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》[J].?基礎教育課程，?2015，?000（003）：?10-12.

[6]計穎，?崔紀元.?數字技術賦能蘇州傳統產業轉型升級[J].?市場周刊，?2022，?35（7）：67-71+97.

[7]劉淑紅，景麗，王莉莉.基于OBE理念的審計學專業人才培養方案設計——以A學院審計學專業為例[J].甘肅高師學報，?2023，?28（1）：81-86.

基金項目：2021?年度校級教育教學改革研究項目項目“依托國家一流專業開展課程體系優化與實踐”；2022年內蒙古自治區研究生教育教學改革立項項目（JGSZ2022038）“《材料科學理論》課程思政建設與實施”

*通訊作者：馮佃臣（1977—??），男，內蒙古烏蘭察布人，博士，副院長，教授，研究方向：稀土儲氫及能源材料研究。