材料科学与工程专业应用型人才培养探索

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(青岛理工大学 木工程学院,山东 青岛 266033)

在以高科技为主要特征的知识经济时代，材料科学与工业技术突飞猛进，对材料类专业人才素质提出了很高的要求，材料科学与工程教育面临着一系列挑战。同时，材料科学与工程是一门实践性很强的学科，其内容和领域处于不断拓展之中。如何培养出适应材料产业和技术飞速发展的具有创新能力的应用型人才，探讨并制定出符合21世纪社会对材料类人才素质和能力要求的科学、可行的材料类专业人才培养方案，具有重要的现实意义和深远的历史意义。

1 培养目标的定位和专业涵盖范围

随着材料科学的发展，材料的应用领域越来越广泛，不同材料本身的复合与交叉融合迅速增长。如有机高分子材料用于水泥砂浆的改性和对陶瓷工艺的改进，薄膜材料在玻璃深加工上的应用等，因此培养单一材料、窄口径专业的人才不能适应当前特别是未来形势发展的要求，拓宽专业口径是培养材料类专业人才的必然趋势。

全国很多工科院校设有材料专业，不同院校根据其自身特点，在人才培养目标、培养方案的制定上应各有特色。以青岛理工大学为例，材料科学与工程专业定位为以工程实践为主的工程教育，主要培养适应地方需要的第一线的工程技术应用型人才。通过对该专业2008～2011届毕业生去向的调研，发现在建筑行业从事材料应用、检测及材料管理工作的占了一半左右。由此得出两点启示：一是应该侧重培养面向工程、兼顾材料生产和研究开发的应用型工程技术人员；二是为提高学生适应性必须拓宽专业口径。

根据人才市场的需求，经研究论证，我校的材料科学与工程专业涵盖无机非金属材料、有机高分子材料，简单介绍金属材料和复合材料。按照“基础适度、口径宽广、应用为先”的教育理念，强调理论与实践结合，以学生发展为本，促进材料教育的“大材料(材料的共性、广泛性与多样性)、大工程(工程知识、工程能力、工程系统与工程协同)、大社会(自然、环境、社会、伦理等)”视野的建立与深化[1]。培养学生创新学习、自主高效学习、持续学习的理念，据此制订人才培养计划和设计课程体系，改革教学模式。

2 培养体系构建

2.1 人才培养模式

人才培养模式设计原则为：按材料科学与工程一级学科组织教学；按二级学科(如无机非金属材料工程、有机高分子材料工程)体现特色。拓宽专业口径，调整专业结构，拓展专业课范围，培养具有创新意识和“大材料、大工程、大社会”视野，强调材料工程领域实践应用能力的宽口径应用型材料工程师。

2.1.1 宽基础

大学本科的基础包括多方面的内容，可划分为社会科学基础、自然科学基础和专业知识基础。社会科学与自然科学是学生进行专业学习的基础，同时也是进一步学习和发展的基础。

社会科学基础主要包括哲学、历史学、社会学、经济学等社会科学知识，社会、经济和自然环境、全球气候的可持续发展知识以及政治学、法学、管理学等方面的公共政策和管理知识；自然科学基础主要包括掌握作为工程基础的高等数学和工程数学，熟悉现代物理学、化学、电工学、机械、运筹学、环境科学的基本知识，了解当代科学技术发展的其它主要方面和应用前景。专业知识基础要打破原有教学体系，进行教学内容的重组，实现三大材料基础知识的融合，拓宽学生材料科学知识基础，真正做到宽基础[2]。可以构建材料科学基础平台课程，即：材料概论、材料科学基础、材料工程基础、材料现代研究方法、材料研究中的计算机应用等。

2.1.2 多方向

在现有的四年制大学本科教育体制中，为学生构筑材料科学的相关基础是可能的，但让学生掌握所有类型材料的特性是不现实的。然而材料学科中一些基本的思维方式和研究方法只有在对具体材料的具体研究中才能得到深化。这就要求在培养计划的设计中考虑为学生设定一定的方向，即选择一种具体类型的材料并以其为载体，使学生在某一具体材料学习和研究中，深化材料基础知识。同时，这种方向性设置，也解决了教育发展与市场需求相脱节的问题。例如，可以设置土木工程材料方向、高分子材料与工程方向、现代陶瓷与信息材料方向、腐蚀与防护方向、生物医用材料方向等。其教学模块可以随社会和市场需要的改变进行灵活的设置与变通，根据材料科学发展的需要进行相应的调整。

2.1.3 重实践

重实践主要体现在实验环节中。许多发明和创造是在实践中发现和提炼出来的，教学内容也是在实践过程中达到深化的，只有通过实践锻炼才能培养学生发现问题和解决问题的能力，并进一步培养其在实践中的创新性思维和创新精神。实践教学注重开设综合性、设计性、研究性实验，强调理论在实践应用中的相关性和综合性，引导和激发学生产生科学研究的兴趣。注重引导学生将理论教学和实验教学中学到的知识和技能用于解决实际的科研问题，通过导师制的实施和大学生科技创新等方式使学生尽早进入实验室，参与科研工作。

2.2 课程体系的构建

基于应用型人才培养模式下的课程设置注重由学科式向整合式转变，专业课程由中心地位向载体地位转变，课程内容由以学科发展为中心向以培养学生为中心转变，以“基础课程、核心课程、扩展课程、特色课程和实践课程”为框架进行课程体系的优化、重组和集成[3]。

2.2.1 基础课程

基础课程使学生掌握现代知识、学习和创新技术，为专业课程的学习打下坚实、宽厚的理论基础。合理地将人文社会科学、自然科学和工程技术科学有机结合，满足核心课程设置的需要。现代材料发展是以数学模拟、结构设计和材料合成三位一体为特征，社会对材料的要求越来越复杂化、精细化和多功能化，因此要求自然科学基础，特别是数学、力学、物理和化学四大基础知识具有相适应的比例。

2.2.2 核心课程

考虑到材料的多样性与共性，紧扣材料科学与工程的基本要素，紧密围绕学科专业要求和培养目标设置核心课程，主要有：材料科学基础、材料工程基础、材料测试与分析技术、材料科学研究方法、材料科学与工程概论等。

2.2.3 扩展课程

为了扩展学生知识视野，强化核心课程，培养学生综合应用所学知识分析问题和解决问题的能力设置扩展课程，主要有：计算机在材料科学中的应用、材料与环境、工程事故案例分析、材料腐蚀与防护、工程经济等。

2.2.4 特色课程

材料科学与工程专业的特色课程需要紧密结合材料学科的特点、高校区域研究优势、学科特色及教学团队等因素，体现应用型材料专业特点，培养学生在某一方面的专长[4]。根据我校专业特点和学生就业市场需求，我校组建了三个主要的特色课程群：新型建筑材料、高分子材料和现代陶瓷与信息材料。并以此为基础建设具有合理的职称结构、学历结构和年龄结构的教学团队，在教学实践中取得了良好成效。

特色课程群的组成需要综合主干课程和专业综合课程来进行建设，根据市场对人才的需求及学科方向制定教学计划、确定教学难度及教学重点，明确教学目的，实行学分制，允许学生在课程群间选择教师和课程，对学生进行特色培养。

2.2.5 实践课程

培养学生实验操作技能和初步的科研能力，使学生逐步建立工程意识和创新意识，增强动手能力。实践课程按照三大系列设置：一般能力培养实践环节、专业技能培养实践环节及特色培养实践环节。具体通过各类课程实验、科技创新实验、创业教育系列课程、各种实习和课程设计、毕业设计(论文)等实现。

加强实习基地的建设，我院与中铁、中冶、中建等国有大型建筑企业，淄博电磁厂、西麦斯商品混凝土搅拌站等材料生产企业建立了“人才培养战略联盟”，聘请企业总工程师为校外指导教师，学生、教师、技术人员就企业典型产品共同进行“材料、设计、制造、应用、检测”一体化工程实训，进一步提高学生的材料工程意识。

3 应用型人才培养的教学探索

3.1 教学与科研实践相结合

应用型人才需要具备一定的分析、解决问题的能力，具有一定的创新能力。我校通过建立开放性实验室，为学生的自主实践提供相应环境和条件，让学生能主动的进行实践、研发，从而培养创新思维和实际应用的能力。引导学生参与“大学生科技创新活动”、“创业训练计划”、“高强混凝土大赛”等科技项目，开展一系列的实践，鼓励学生开展以解决前沿科学问题或解决重大工程技术问题为导向的探究性学习，增强教师与学生的互动性，逐步培养学生的创新和应用能力[5]。

学生参与到教师一个实际课题的实施过程中。从材料配方设计、原料制备(破、粉碎)混合、成型、烧制或压制等工序制备产品，然后根据不同的材料测试若干项性能，再对结果进行分析讨论，学生的文献检索、信息综合、方案设计以及数据处理、总结分析、论文写作等各方面能力得到全面提升。近些年青岛理工大学材料科学与工程专业每年约有80%学生参与教师的课题研究，而他们在后续的实际工作中也表现出更强的分析解决问题的能力。

通过参与科研实践训练，学生由以往被动的按步骤进行实验到自己主动动手准备、设计实验，动手能力显著增强[6]。实践过程中，难免会出现很多问题，通过解决这些具体问题，更有利于培养学生细致、耐心的品行，更有益于促进学生思考，增强分析和解决问题的能力。

3.2 培养学生创新思维，积极开展教学改革

培养具有创新思维的应用型人才，需要深化教学和人才培养模式改革，需要教师在教育、教学手段和方法上进行改革。学院重视课程建设，通过精品课程建设、特色专业建设、教学团队建设、多媒体课件大赛等多种途径提高教师的教学质量和水平，实现教学手段的现代化、信息化、多样化。同时，学院积极鼓励教师在教学内容与教学方法上的改革与创新，要求充分发挥学生在课堂上的主观能动性，促进他们探索知识的欲望和自学的能力。

例如，在课程考试形式上，我们进行了调整，针对“专业发展前沿”、“材料科学与工程概论”、“材料科学研究方法”等几门课程，考试采用答辩、论文和开卷等方式。在这些考试中，考试内容不一定完全是教师讲授的内容，更多是学生专业课程学习的综合，要求学生有自己的见解，着重于培养学生自身分析问题与解决问题的能力。这些形式多样的考试方式，充分调动了学生的积极性与创造性，不仅检验了学生对本门课程知识的掌握，更是对学生综合素质与能力的检验，取得了良好的教学效果。

3.3 加强产学研合作，突出创新培养、强化技能训练

产学研合作是工程应用型人才培养的主要途径和特色，可以充分利用学校与企业、研究团体不同的教育环境和教育资源，以及在人才培养方面的各自优势，把以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、实践能力为主的生产实践有机地结合于培养学生的过程中。

学院通过“人才培养战略联盟”探讨人才培养与人才使用的“无缝式对接”，开展毕业生毕业环节对接培养试点等工作，参与企业技术创新和工程开发，完成毕业实习和毕业设计。以毕业生毕业环节对接培养为契机，探讨建立基于企业深度参与培养的新的人才培养模式，推进人才培养模式全方位改革，提高了学生的培养质量。

4 培养效果

本校材料科学与工程专业从2008年第一届毕业生离校，目前已培养了5届毕业生，学生就业率一直保持在95%以上，就业学生中有2/3在大型企业中从事材料开发、技术管理工作。学生的考研率一直在20%～25%，绝大多数被东南大学、北京科技大学、北京航空航天大学录取，且每年有1～2名学生被保送至同济大学等重点高校。无论是工作的学生还是继续深造的学生都在单位和导师处留下了朴实肯干、动手能力强、具有创新精神的良好口碑。

[1] 王章忠,皮锦红,巴志新.材料科学与工程专业应用型人才培养的思考[J].南京工程学院学报：社会科学版,2007(3):37-40.

[2] 张联盟.材料科学与工程专业教学改革与发展设想[J].理工高教研究,2002(8):35-38.

[3] 李侃社,周安宁,周岭梅.材料科学与工程专业人才培养方案和课程体系研究[J].煤炭高等教育,2001(5):44-45

[4] 曹新鑫,何小芳,管学茂,等.关于材料科学与工程专业特色课程群建设的思考[J].重庆科技学院学报:社会科学版,2010(5):177-178.

[5] 吴志亚.职业院校专业课教学方法探讨[J].船海工程，40(4)：98-100.

[6] 徐清萍,尧俊英,何培新.科研教学相结合的应用型人才培养模式探索[J].广西轻工业,2011(1):155-156.