材料加工工程學科教育改革與發展的積極探索

《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要（草案）》提出：要堅持創新驅動發展，強化國家戰略科技力量，深入實施制造強國戰略。制造業是國家和社會發展的基石，航空航天、高鐵、汽車、軍工等行業更是國家科技水平與綜合實力的重要體現，同時也是新科技革命背景下創新的主陣地。在國家實現“雙碳”目標的進程中，建設制造強國、科技強國離不開創新，而創新的源頭動力則源于教育。進入新世紀以來，我國教育和科研均取得了快速進步，但在發展過程中，出現了教育與科研、科研與工程應用發展不均衡的問題。其根本原因在于教育發展未能適應快速變化的社會需求。因此，學科改革與創新勢在必行。

以往的教育更加側重于理論知識的學習，“學好數理化”的理念被很多人追捧。誠然，理論學習與基礎研究是科技進步的重要基礎，但當今社會的發展和科技進步的方向需要更多的實踐過程，特別是需要具備在實際應用中發現、提煉科學問題并解決問題的能力。這就是國家大力提倡交叉學科發展的原因，而作為制造業人才培養重要領域的工學學科，其應用特征更為顯著。

材料加工工程是一門涉及多流程、多技術、多學科交叉與融合的綜合性學科。該學科的培養方向傾向于金屬結構材料的設計、熔煉、加工等方面，因此，相應的課程設置也延續著基礎理論、工藝、設備、檢測的模式。然而，面對當今科技的快速發展，為適應人才寬出口培養的需求，通識性教育被加強或保留，而專業性教學內容、實踐教學環節則被逐漸淡化。這種情況雖然有利于通才的培養，但對于專業性需求較強的工業領域而言，卻并非利好。因此，不同學科的人才培養，要結合時代背景、國家發展需要、地區產業特點、學校文化積淀以及學科發展水平等因素，來確定適合自身改革與發展的路徑。

1材料加工工程專業教育改革的具體實施方案

1.1思想政治教育的增強

如何樹立科技人才服務國家和社會的理念，培養愛國主義思想，已成為新時代研究生思想教育的重要課題。當今社會，自媒體蓬勃發展，在為人們提供大量信息和娛樂的同時，網絡上也充斥著許多極端、狹隘的思想。因此，思政教育顯得越發重要。工學培養往往存在人文教育缺失的特點，這就更需要在教學過程中進行潛移默化地引導。要通過本行業先進人物的事跡和愛國精神來影響學生的價值取向，培養學生為國家富強、民族復興而奮斗的情懷，并進一步引導學生樹立正確的世界觀和價值觀。具體而言，可通過以下幾點實現材料加工工程專業的思想教育。

（1）思想教育與專業知識的融合

將思想政治教育與專業課內容有機結合。以吉林大學材料學院為例，該學院會在專業課程學習過程中講述本校材料加工工程專業的發展歷程，讓學生能更好地感同身受，激發學生的愛國思想，提升學生的民族自豪感。在課程中引入材料領域相關的科技創新新聞資訊，激發學生對于科研的興趣，強化學生對專業知識的認識和理解；結合材料加工工程專業的特點，發掘課程中的思想教育元素。通過上述方式，可以培養學生的國家歸屬感和責任感，同時提高學生的專業素養。

（2）教學方法的創新

利用教學PPT及小組討論等形式展示材料加工工程方面的成果及應用，特別是航空航天、軍事等領域的實際應用。通過對本專業應用領域的深入了解，激發學生對科研的興趣，同時使學生明白科技強國的重要性，激勵學生為早日實現中華民族偉大復興而不懈奮斗。

（3）科教融合的應用

將科研成果融入教學過程。例如，吉林大學出臺了《材料科學與工程學院“唐匡一對一”本科生科研支持計劃》，充分利用學院在高水平科學研究與師資隊伍方面的優勢，挖掘“唐匡”系列教師中的名師資源，引領優秀本科生提前進入專業科研領域學習，推動學生多元路徑培養以及本研貫通培養模式的實施。

（4）社會力量的融合

加強學校與社會力量的合作，共同培養具有愛國精神和強烈民族自豪感的優秀人才。吉林大學材料學院與多所高校及企業都保持著緊密合作。其中與中國一汽、中車長客等企業關系尤為密切。這些知名央企、國企每年為吉林大學的畢業生提供寶貴的就業機會，使研究生能夠進入國企工作，為祖國的建設貢獻自己的一份力量，在實現學生自身價值的同時，也極大地提高了學生的民族自豪感。此外，吉林大學還與科研院所積極開展合作，定期舉辦學術講座、科研論壇，圍繞國家發展需求，分享材料加工工程專業科技前沿理論，幫助學生更好地了解科技強國的重要性，培養學生積極探索和自主學習的能力。

1.2產教融合

目前，許多高校工科專業存在教學內容與企業生產技術脫節的問題。高校的教育方式較為陳舊，授課內容單一，且當前所授課程的知識多為幾十年前的內容。隨著科技的快速發展，企業技術不斷迭代升級，高校的人才培養方案與企業所需人才存在較大差異。高校培育人才離不開科學技術的發展，而科技的發展主要依托于學術研究。然而，目前高校與企業的交流合作多流于表面，缺乏深層次的研究。因此，產教深度融合十分必要。產教融合是新時代發展下高校改革的重要方向之一，尤其是對于材料加工工程專業這種對實踐能力要求較高的專業而言，產教融合可以根據企業需求針對性培養材料加工工程專業人才，以解決實際工程問題。關于深化產教融合，我們提出了以下幾點方案。

（1）加強專業知識的培養企業側重于解決實際工程問題，而高校則側重于解決科學問題。高校可以通過改革教學內容、優化培養方案來建立校企深入合作機制。對于材料加工工程專業而言，研究生學習期間主要解決學術問題，往往缺乏對工程問題的深入研究，但企業需要的是專業性較強、能夠解決實際工程問題的人才。因此，高校教育應注意培養方案與實踐活動的銜接。例如，吉林大學在研究生第二學年開展一些企業實踐相關內容，并積極與企業對接，讓學生深入了解企業的工作內容，以滿足學生的自身發展和企業對人才的需求。

(2）強化校企深入合作

高校通過提高學生的科學知識和專業素養為企業輸送優秀的人才，企業則給予學生更廣泛的實習空間。以吉林大學材料加工工程為例，在過去幾年，吉林大學材料學院與一汽大眾、中車長春軌道客車股份有限公司建立了深厚的合作關系，每年吉林大學材料學院都會組織師生前往學習交流，建立了校企對接，實現了優秀人才的輸送。在教學和實習的過程中，學校以企業的實際需求為依托，對教學內容做出針對性的改變，將企業存在的技術問題與教學教研項目對接，切實解決企業存在的實際工程問題。

（3）與企業共建研究院

加強產學研深度融合，可通過企業和高校聯合培養人才來實現。學生在高校習得深厚的理論知識，隨后在企業中進行實踐。2019年，為培養“新四化”的復合型人才，吉林大學與一汽集團聯合成立了紅旗學院。作為雙方共同建設的科研及學習機構，紅旗學院依托吉林大學創新創業教育學院，根據汽車行業實際生產對研究生的需求，設計了針對性課程，編排了實驗及實習環節，制定了管理和考核制度，并且從一汽集團選派汽車領域資深工程師到吉林大學對學生進行指導。

1.3優秀團隊建設

在信息爆炸和科技快速發展的背景下，工科研究型人才的培養，一方面需要加強基礎理論的傳授，另一方面要特別注意吸收行業先進技術和思想。解決這一問題的途徑，就是要培養學生良好的信息整合和自學能力，并加強與優秀企業的合作研發、共同攻關。與本科教育不同，研究生的培養是一個更加專業化、精細化、實踐化的過程，僅靠基礎課程的學習遠遠無法滿足培養目標的需求。高質量的專業人才培養往往更加依賴于導師，因此，課題組的文化積累和科研方向便顯得至關重要。通過組織集體活動和個人科研特長交流，可以讓學生充分融入集體并互相取長補短，為科研中的協作能力培養奠定基礎；另一方面，通過在科研項目中與先進企業合作與交流，能夠培養學生的行業前沿思想以及發現問題、解決問題的能力。基于此，我們提出了以下解決方案。

（1）明確科研目標

為完成優秀團隊的建設，首先要明確課題組的科研目標。這樣可以明確研究方向，提高課題組成員的核心凝聚力，進而共同攻堅克難。例如，在每個學期開始時，召開會議明確當年的科研目標，同時導師根據學生的情況分配任務，針對每個學生的科研方向進行評估，使學生能夠順利完成科研任務并畢業。對于材料加工工程專業的研究生來說，由于該專業涉及的領域寬廣，研究方向眾多，需要導師統籌規劃，為課題組的長遠發展提供明確的指導。為了實現課題組的科研目標，每個研究生都需要傾注心血，共同努力。

（2）強化導師與學生溝通

在學術研究過程中，導師與學生的溝通至關重要。此前，很多課題組存在學生與導師溝通不及時的情況。例如，許多課題組的導師和學生見面交流的次數很少，導師的科研思想無法及時與學生對接，而學生在閱讀文獻過程中獲得的一些靈感及實驗想法也未能及時反饋給導師。這會導致學術研究停滯不前，嚴重影響學生的發展前景以及導師的學術研究。針對上述問題，吉林大學材料學院開展了組會匯報模式。吉林大學材料加工工程專業的導師一直保持著組會匯報的優良模式，因為學生在組會匯報前會查閱許多相關文獻，以便在組會匯報過程中能夠清晰地表達自己的想法；另外，在組會匯報過程中，不同研究方向的研究生的科研思路會相互碰撞，有利于課題組整體學術水平的提高；而且通過組會匯報的形式，導師可以及時了解學生的科研進展，更有利于導師把握學生的研究方向，給予學生針對性的指導，從而保證學生正常畢業。

1.4先進方法的教育嘗試（虛擬技術的應用）

當今，科學技術發展日新月異，AR和人工智能技術在各個行業領域都有重要應用。在傳統的材料加工領域，設備往往體積較大且昂貴，而且在加工生產過程中會產生高溫、高載等危險環境。此外，企業生產節奏快，不利于開展研究生的實地參觀、學習、操作等培養活動。利用虛擬工廠，可以在避免上述問題的前提下，讓學生在實驗室完成生產全流程的學習。這不僅簡化了培養過程，而且通過反復操作能夠增強學生的感性認識和記憶，有助于學生對理論知識的理解以及對工程應用中科學問題的領悟。虛擬技術在材料加工工程中的應用主要體現在以下幾個方面。

首先，虛擬仿真技術能夠實現傳統實驗無法完成的實驗操作。例如，受限于時間和場地，許多材料加工工程專業的學生無法接觸到本專業最先進的設備，而虛擬實驗室則很好地解決了這個問題。此外，傳統實驗的實驗過程較為模式化，且實驗過程必須遵照導師的指導。因此，學生在此過程中可能會感到乏味，從而失去對科研的興趣。而且，傳統材料加工專業的實驗往往伴隨一定的風險，比如鋼鐵的熔煉需要在1000多攝氏度的條件下進行澆鑄，在此過程中，如果操作不當會導致金屬液飛濺，對于沒有實際操作經驗的學生而言十分危險。而虛擬技術可以很好地解決這個問題，虛擬技術能夠模仿澆鑄的溫度、所需的模具以及冷卻時間等，從而更好地優化鑄造工藝，降低危險發生的概率，同時提高學生的學習效率。另外，虛擬技術還可以進行鑄件的性能測試，觀察材料在不同條件下的行為，進而使學生深入理解材料加工工程的基本原理和技術。

其次，虛擬技術在材料加工工程中還可用于預測和優化加工過程。傳統的材料加工過程往往需要通過大量實驗來確定最佳的工藝參數，這不僅耗時耗力，還存在一定誤差。而虛擬技術可以通過仿真模擬加工生產過程，選定最優的加工參數，并結合適當的實驗進行驗證，從而大大節省了學生的時間。同時，還可以與科研企業進行對接，最終實現“產一學一研”模式的良好運行。

然而，科技的發展是一把雙刃劍。人工智能的快速發展既方便了人們的日常生活，也為科學研究帶來了挑戰。例如，ChatGPT等文本軟件的推廣，會使一部分學生產生投機取巧的思想。對此，一方面要在教育中加強思想引導，另一方面要在培養過程中加強審查。

1.5國際化視野培養

新時代的研究生，應具備深厚的專業知識和廣闊的視野，這需要他們與先進同行開展密切合作與廣泛交流。在過去的幾十年里，我國科技的快速進步得益于與發達國家的密切交流和深入學習。當今，在中西科技競爭的背景下，重要領域的國際性合作雖不順暢，但面對部分領域存在的差距以及先進思想的引領，我們仍需虛心學習。因此，材料加工工程國際化視野的培養顯得尤為重要。

首先，高校需要帶領學生積極參加國際學術會議、跨國項目等活動。吉林大學材料學院每年都會派遣學生及青年教師參加材料大會，讓學生能與本專業的專家學者近距離交流，在開闊視野的同時激發他們對科學研究的興趣。

其次，在培養材料加工工程國際化視野的過程中，高校還應注重學生的個性化發展。每個學生都有自己的興趣和特長，高校應因材施教，為學生提供多元化的培養機制，針對不同學生實施不同的教育方案，讓學生積極投身于自己熱愛的領域，并根據自身的科研興趣選擇適合自己的發展道路。同時，學校也需要與企業及科研院所對接，為學生提供更多的就業機會和更好的就業環境，幫助學生實現自己的理想和抱負。

材料加工工程國際化視野的培養是一個長期且復雜的過程。高校需要通過引入全球高等教育資源、加強國際交流與合作、創新課程設置和教學方法、舉辦國際學術活動以及注重學生個性化發展等多種措施來共同推進。只有這樣，高校才能培養出具有國際競爭力的高素質材料加工工程人才，為國家的經濟發展和社會進步作出更大的貢獻。

1.6教學模式及教學內容改革

隨著新時代的發展以及科學技術的快速迭代，國家先進制造業對復合型人才的需求迫在眉睫。然而，許多傳統工科如材料加工工程專業的教學內容及教學模式仍較為陳舊。現階段，許多高校材料加工工程專業的授課內容仍停留在幾十年前早已完成的工作層面，已無法滿足國家發展對人才的需求。因此，材料加工工程專業教學模式及教學內容的改革刻不容緩。吉林大學材料學院提出了以下解決方案。

（1）教育數字化

教育數字化能夠加強基礎教育的建設，推進教學課程的智能化，從而變革教育模式。自2020年開始，吉林大學啟動了教室的“三化”改造。“三化”教室配置了錄播、物聯中控、智能化板書等功能；此外，“三化”教室還配備了“虛擬演播”“數字手繪”“數字鋼琴”和“虛擬仿真”等功能化教室，可實現許多之前無法實現的教學形式。通過數字化智能互聯教學，改善了以往教學內容陳舊的問題。教師不再局限于以往課本上的知識，可以通過PPT、視頻等形式傳授材料加工工程專業最先進的知識。在此過程中，教師與學生積極討論，加深了學生對專業基礎知識的了解，激發了學生對于專業學習的興趣，夯實了學生的專業基礎。

（2）交叉學科的培養模式

現階段，材料加工工程專業的學生不應僅學習材料科學工程方面的基礎知識，還應系統學習機械、計算機方向的知識。通過交叉學習，學生可以解決許多以往難以解決的問題。然而，目前交叉學科的培養存在課程多、內容雜等特點，這使得學生難以找到切入點著手學習。針對上述問題，吉林大學采用了智能線上授課的形式，即學生可以利用課余時間系統學習交叉學科的相關知識。吉林大學上線了“學在吉大”平臺，該平臺優選了名師錄播課程，采用畫面多流采集，實現了適配教室全景、學生特寫、教師特寫、課堂板書的多場景融合，學生可以根據自身需求進行選擇。該平臺最大程度地還原了上課場景，使學生能夠身臨其境。同時，“學在吉大”平臺在AI技術的加持下，還支持在線筆記、語音識別文字等功能，使學生能夠輕松愉快地學習交叉學科的知識。通過平臺的相關課程，學生可以有針對性地學習，從而達到事半功倍的效果。

2總結

隨著教育信息化、國際化水平的不斷提高，研究生教育方式的變革和高質量培養迎來了新的契機，新時代的人才培養應緊跟科技發展的步伐，才能為未來科技領域的激烈競爭打下堅實基礎。吉林大學從材料加工工程專業存在的一些痛點、難點問題入手，提出了涵蓋思政教育、產教融合、優秀團隊建設、先進教育方法應用、國際化視野培養以及教學模式和教學內容改革等方面的解決方案，力求打造“教學一科研一企業”的良性培養機制。該機制針對企業存在的一些亟待解決的問題，制定相應的教學內容和教學方案。推進教師、學生、企業之間的多維度對接，為新時代材料加工工程專業學生的培養提供了建設性意見。

本文系吉林大學研究生教育教學改革與研究資助項目“材料加工工程學科科教融合人才培養模式改革研究”（項目編號：2024JGZ012）研究成果。

（作者單位：吉林大學材料科學與工程學院）