新工科背景下“先進陶瓷與智能制造”跨學科課程群構建

摘要：隨著新一輪科技革命和產業變革不斷推進，無機非金屬材料工程作為傳統工科專業面臨著提質改造的緊迫任務。本研究立足先進陶瓷材料在裝備制造業的重要地位，依托省級重點實驗室、中試平臺以及拔尖創新人才培養基地等學科資源，構建材料學科為主干、多學科交叉的“先進陶瓷與智能制造”課程群。以顯隱結合的課程群大思政建設為引領，開展通專融合的課程群教學內容關聯設計，建立學研一體的創新人才培養模式，為培養跨學科高素質復合型專門人才提供有力支撐。

關鍵詞：新工科；先進陶瓷；智能制造；跨學科；課程群

1概述

無機非金屬材料工程是行業特色鮮明的傳統工科專業，長期以來，本專業的人才培養主要面向水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等基礎性產業。然而，隨著新一輪科技革命和產業變革不斷推進，高端裝備、航空航天、半導體、新能源、生物醫學等戰略性產業對于無機非金屬材料工程專業人才的需求日趨迫切。為適應國家重大需求，本專業畢業生不僅要具備材料學科理論基礎和實踐技能，還要掌握力學、物理、化學、機械、電子、能源、生命科學等多學科知識。培養具有先進無機材料領域交叉學科背景的高素質復合型專門人才，已成為深化專業綜合改革、推進專業內涵式發展的重要任務。

在教育部、財政部、國家發展改革委聯合頒布的《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》中明確提出，“要制定跨學科人才培養方案，探索建立政治過硬、行業急需、能力突出的高層次復合型人才培養新機制。”課程體系是人才培養方案的核心內容，要培養跨學科人才，必須要構建跨學科課程群。然而，受到學科文化差異、教師教育背景、教學保障條件等因素的局限，跨學科課程群在教學實踐中普遍存在以下問題，亟須開展具有針對性、創新性的教學改革：

（1）教學理念重智育、輕德育。盡管課程思政理念已獲得普遍認同和貫徹，但由于任課教師不善于挖掘跨學科思政資源，并且對思政元素如何融入課堂教學缺乏有效策略［1］，導致思政教育脫離課程內容而演變為生硬的說教，無法讓學生產生思想的啟迪與共鳴。受此影響，多數跨學科課程往往更關注學生對交叉領域工程知識的理解和掌握，難以實現家國情懷、工程倫理和工匠精神等思想價值的塑造。此外，課程思政的教學效果評價也缺乏科學合理的標準和依據，部分教師甚至僅憑學生的到課情況和紀律表現考量課程思政教學目標的達成情況。

（2）教學內容重專業、輕通識。理論課程的問題在于教學內容過于偏重專業知識體系，忽視了交叉學科的通識性教育，也未結合學科優勢科研方向體現專業的辦學特色。此外，任課教師的術業專攻也制約了交叉學科知識的拓展延伸。實踐課程的問題在于教學項目長期固化，部分實驗課程甚至沿用十幾年前的教材，實驗項目已經嚴重脫離工程前沿技術，未針對相關行業的多樣化人才需求開展差異化、個性化培養。知識陳舊化導致人才同質化，畢業生培養質量難以滿足產業轉型升級的要求。

（3）教學模式重傳授，輕探究。基于產出的工程教育理念強調學生要具備主動學習、問題分析、設計解決方案和研究等必要能力，這些能力很大程度上需要通過實踐教學環節培養和鍛煉。然而，大部分課程受到課時限制無法安排實踐環節。即便是集中性實踐教學環節，也有很多內容屬于演示性和驗證性項目，或者完全依靠任課教師講授或技術人員培訓來完成。這類實踐教學既弱化了學生的工程能力訓練，也限制了學生探索創造的空間，對于實踐創新能力的提升作用十分有限。

2跨學科課程群的發展現狀

新工科建設和工程教育改革推動了國內高校關于課程群建設的研究與實踐。西安交通大學沈少華等［2］提出了“調研分析—通識與專業融合設計—專業知識梳理—專業課程體系規劃—專業課程群建設”的實施路徑，構建起“通專融合”的新能源科學與工程專業課程體系；湘潭大學李發國等［3］基于工程教育專業認證理念分析了材料類課程群的思政元素特點，提出按課程群實施課程思政的改革舉措；大連海事大學馬忠民等［4］針對“船舶柴油機”課程群構建了知識、能力、價值“三元融合”的考核評價體系，促進了學生學習成績與課程教學質量的提高；南京理工大學蔡隆玉等［5］在程序設計課程群建設過程中，依托行業資源和綜合實踐平臺建設，廣泛收集工程項目案例，形成了貫穿式教學案例庫；重慶大學唐丹等［6］以產出為導向，反向設計信息類課程群及課程目標，明確課程間的關聯性，將思政教育融入課程群教學場景，建立課程群持續改進閉環體系；上海大學畢青等［7］圍繞“運動控制系統”核心課程構建電氣工程及其自動化課程群，課程之間相互獨立又逐層遞進，可以充分調動學生的學習積極性，激發學生的創新潛能。

盡管如此，目前大多數高校的課程群建設主要著眼于學科內關聯課程的相互支撐［811］，對于跨學科課程群建設仍然處于探索與論證階段［1213］。煙臺大學李曉光等［14］面向國家海洋經濟發展戰略，闡釋了海洋與公共管理跨學科交叉課程群設置的必要性與構想；電子科技大學陳彥等［15］介紹了以航空航天為主干學科的跨學科課程群的架構設計和實施路徑，該課程群實施1學期，受益學生數超過170人，實現了個性化和跨學科的本科人才培養模式轉變。上述改革成果為本研究的方案制訂提供了重要參考。在此基礎上，本研究以“材料+”的視角進一步深化跨學科交叉課程群的研究與實踐，力爭在跨學科課程思政、跨學科教學設計、跨學科實踐創新等方面取得新的突破。

3“先進陶瓷與智能制造”跨學科課程群建設

以長沙理工大學無機非金屬材料工程專業為例，其課程體系包含通識教育課程、學科教育課程、專業教育課程和第二課堂。其中，“材料工程基礎”“無機非金屬材料工業生產設備”“先進陶瓷材料”“高性能陶瓷涂層”“增材制造與3D打印”“無機材料專業創新實驗”等專業教育課程以先進陶瓷的智能制造為背景，具有鮮明的學科交叉特色（見下圖）。而且，上述課程貫穿了先進陶瓷材料的結構、性能與工程應用，及其制備技術的原理、工藝與設備，課程內容聯系緊密、邏輯清晰，具備建立課程群的有利條件。該課程群的建設與改革內容如下：

“先進陶瓷與智能制造”課程群組成圖

3.1顯隱結合的跨學科課程群思政實施范式

圍繞“為誰培養人、培養什么樣的人、怎樣培養人”這一根本性課題，挖掘和凝練交叉學科的共性價值，將課程思政與學科、專業思政緊密結合，做好跨學科課程群思政頂層設計。制定價值引領、思維拓展和情感共鳴等綜合育人目標，從心系使命的家國情懷、敬業誠信的職業操守、精益求精的工匠精神等各學科共同崇尚的核心價值挖掘思政資源，引導學生樹立科學合理的世界觀、價值觀和人生觀。從課程群中找準知識切入點，在不同的教學階段，創設視頻、圖片、案例等情境載體，實現思政資源的隱性導入，使課程思政達到“潤物細無聲”的效果。通過學習態度、收獲感悟、專項調研、協作攻關等行為特征評價課程思政的教學效果，構建課程群育人顯性效果評價機制，研判學生是否變被動為主動、變要求為需求、變知識為能力，將思想價值內化于心、外化于行，形成具有“材料+”特色的課程群“大思政”實施范式。

3.2通專融合的跨學科課程群教學關聯設計

把握無機非金屬材料工程專業課程體系的邏輯主線，按原理、工藝、設備、工程應用、性能評價的脈絡理清課程間的內在關系。強化專業基礎課對專業課的理論支撐，例如，將“材料工程基礎”課程中的氣體力學、傳熱學、燃燒學等基礎理論與“先進陶瓷材料”中的陶瓷材料制備，以及“高性能陶瓷涂層”中航空發動機熱防護涂層等工程應用相結合。基于網絡平臺完善課程群資源建設，圍繞“特種陶瓷3D打印”“高端裝備先進涂層”等本專業優勢科研方向對“無機非金屬材料工業生產設備”“增材制造與3D打印技術”“無機材料專業創新實驗”等課程的教學內容進行優化，將相關團隊的科研成果引入課堂教學，建立先進陶瓷數字化、智能化制造技術復雜工程案例庫，特別關注計算機輔助設計/制造（CAD/CAM）技術、增材制造技術、再制造技術在特種陶瓷生產的應用案例，增強課程的高階性、創新性和挑戰度，鍛煉學生的創新意識、多學科思維和綜合解決問題的能力，使通識教育與專業教育在培養跨學科復合型人才方面實現目標融合。

3.3學研一體的跨學科創新人才培養模式

打通課堂教學與課外實踐的界限，通過科教融合促進跨學科創新人才培養。在課程群中全面推行項目驅動式教學，引導學生自主設定學習目標、組建研究團隊，開展資料收集、信息整合與實驗研究工作，運用多學科理論知識解析問題，利用工程實踐解決問題，并通過項目報告、答辯闡明技術方法與策略的運用，增強解決復雜工程問題的能力與團隊協作意識。依托省級重點實驗室、中試平臺以及拔尖創新人才培養基地等學科資源，改善課程群實踐環節的教學條件，為學生的研究性學習和創新性實踐提供硬件支撐。發揮任課教師身兼“全程學業導師”的雙重角色優勢，將項目式教學與創新創業指導融為一體，以復雜工程問題為牽引，吸收本科生加入科研團隊、參與科研項目。近三年，本專業學生以第一作者發表SCI論文19篇、授權國家發明專利4項，獲得國家級學科競賽獎勵12項，本科生的科學素養、工程素養和職業素養得到全面提升。

結語

針對無機非金屬材料工程專業構建“先進陶瓷與智能制造”跨學科課程群，形成了課程群“大思政”育人的整體效應，通過教學內容的關聯設計實現了通識教育與專業教育的有機融合，構建起學研一體的跨學科創新人才培養模式，探索出傳統材料類專業適應產業轉型升級的創新發展路徑。

參考文獻：

［1］羅六強.工匠精神融入“建筑施工技術”課程的意義及措施分析［J］.科技風，2023（21）：810.

［2］沈少華，郭烈錦.新工科背景下新能源科學與工程專業“通專融合”課程體系建設［J］.高等工程教育研究，2023（S1）：8487.

［3］李發國，岳慧君.工程教育專業認證背景下材料類課程群實施課程思政的教學改革研究［J］.廣東化工，2021，48（16）：329331.

［4］馬忠民，馮偉，鄒永久.新工科背景下船舶柴油機課程群考核評價體系構建［J］.中國現代教育裝備，2023（13）：96107.

［5］蔡隆玉，楊敏，謝繼鵬，等.新工科背景下智能車輛程序設計課程群建設［J］.裝備制造技術，2023（1）：233236.

［6］唐丹，尹宏鵬，方覓，等.新工科背景下基于OBE理念的信息類課程群建設［J］.計算機教育，2023（6）：141143.

［7］畢青，楊影.新工科背景下電氣工程專業課程群建設研究［J］.中國電力教育，2023（4）：7980.

［8］陳雪，劉榮，李雪梅，等.面向新工科的基礎力學課程群建設的探索與實踐［J］.裝備制造技術，2023（5）：1113+127.

［9］應毅，劉亞軍.面向崗位能力培養的人工智能專業課程群建設研究［J］.工業和信息化教育，2023（5）：3135.

［10］李翠勤，李杰，李鋒，等.“三全育人”理念下具有石油石化行業特色應用化學專業課程群建設與實踐［J］.科技風，2023（7）：5254.

［11］李公文.淺論5G時代全媒體人才培養的網絡與新媒體專業課程群建設［J］.傳媒教育，2023（15）：7173.

［12］林文財，周玉媛.多學科交叉視域下數字媒體藝術專業課程體系建構的思考［J］.北京印刷學院學報，2021，29（12）：155156+170.

［13］王亞豐，宋姍姍.地方應用型高校跨學科動態課程群建構的行動研究［J］.遼東學院學報（社會科學版），2021，23（5）：122129.

［14］李曉光，崔占峰，曲延芬.復合型人才培養與跨學科交叉課程群設置［J］.黑龍江教育，2014（3）：5960.

［15］陳彥，徐利梅，陽楊，等.本科跨學科課程群的體系架構設計和探索［J］.教育教學論壇，2019（47）：131132.

基金項目：湖南省普通高校教學改革研究項目：新工科背景下無機材料專業學生“PIT”創新能力培養體系的構建（HNJG20200278）；長沙理工大學教學改革研究項目：思專創融合的“先進陶瓷與智能制造”跨學科課程群建設研究（XJG23023）

作者簡介：劉鵬（1980—），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，工學博士，副教授，主要從事無機非金屬能量轉換與儲存材料研究；毛衛國（1979—），男，漢族，湖南湘潭人，工學博士，教授，主要從事高性能陶瓷涂層研究；楊現鋒（1980—），男，漢族，河南平頂山人，工學博士，教授，主要從事結構—功能一體化陶瓷材料研究。