“工业4.0”背景下英语+材料化学专业人才培养新思路

蒋 灿，张云飞，吴艳光，鄢国平，李 亮

(武汉工程大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 430205)

“工业4.0”是德国于2013年提出的一个高科技战略计划，是以智能制造为主导的第四次工业革命，其核心在于信息化、智能化的制造技术，其基础在于材料科学与信息技术的融合与变革[1]。该技术革命正在全世界范围内发生翻天覆地变化[2-3]。面对德国的“工业4.0”，我国提出“中国制造2025”，这一计划的实现，离不开培养具有国际视野的材料科学新技术人才[4]。

目前，国内众多的材料类专业是在传统的材料学科基础上建设而来，在以智能制造为核心的材料学科(即增材制造)建设方面较为滞后[5]。清华大学、北京航空航天大学、大连理工大学、华中科技大学、杭州电子科技大学、华南理工大学等在该领域取得了一系列研究成果，同时也培养了一批专门性新技术研究型人才。面对快速发展的增材制造技术，培养专门性研究型人才远远不够，急需在本科教育中培养大批具有国际视野的复合型、应用型人才[6]。目前，国内高校材料学科本科教育在增材制造课程建设上仅仅停留在通识阶段，远未形成系统的课程体系[7]。

材料化学专业是材料学科新兴专业，融合传统材料科学与新技术的新兴学科。我校英语+材料化学专业在本科四年级的实验课程建设中，探索以“材料化学合成-材料减材制造-模型设计-材料增材制造-性能检测”为思路，结合传统材料学科知识体系与智能制造新技术的教学模式，培养具有国际视野的材料科学新技术复合型、应用型人才，以适应未来智能制造技术对世界带来的变革。该实验课程的建设与探索是材料学科的发展方向，在国内众多材料专业实验课程建设中具有开创性意义。

1 英语+材料化学专业实验课程建设与探索

我校英语+材料化学专业于2014年开始招生，最早一批学生现已进入本科四年级。经过前三年的材料化学专业相关知识的学习，学生已初步掌握材料化学合成、材料加工的相关知识。根据培养方案设置，英语+材料化学学生将在大四上学期进行材料化学专业实验课程的学习，旨在巩固其所学专业知识，加深对本专业的认识，培养其动手能力和实践能力，培养专业素养。不同于材料化学专业的实验课程设置，英语+材料化学专业实验课程更加侧重于学生实践能力、创新能力的培养。在“工业4.0”背景下，除注重讲授传统材料化学知识体系以外，结合新兴的智能制造技术，使学生全方位发展。因此，该专业实验课程的建设和探索，是将英语+材料化学专业学生培养成为具有国际视野的新技术复合型、应用型人才的重要环节，是到达培养目标的重要途径。在2017-2018学年，我们已初步完成了英语+材料化学专业实验课程教学条件和教学内容等建设工作，形成了以“材料化学合成-材料减材制造-模型设计-材料增材制造-性能检测”等单元组成的创新性教学思路，完善了实验教学条件。根据学生对该课程学习的反映情况，我们对课程内容进行了优化，部分内容删减和增添。对学生的学习效果进行了分析和讨论，总结出实验教学环节中存在的问题，为今后该课程的完善奠定了基础。经过分析，我们发现通过该课程的学习，学生对已学习过的学科基础知识有了更为全面的了解，对学科发展有了更深刻的认识。同时，学生们更能主动地去解决学习中所遇到的困难，独立思考能力得到了极大的提高。

2 专业实验课程建设对学生协作、创新、创业能力培养的促进

由于在专业实验课程内容中，我们增加了以往课程中没有的部分—“增材制造”内容。该教学内容对于拓展学生视野，丰富学生想象力，培养学生创新创业精神有极大的促进作用。该部分内容利用工程教育实训中心3D打印设备，为学生们提供了一个相互交流和合作的发展平台。在课程的教学过程当中，许多任务学生们需要合作完成，比如3D打印建模、材料加工设备的操作，这些过程使得学生的协作能力得到了锻炼。此外，在该课程的教学过程中，让学生深入探讨了该技术的发展趋势，引导和帮助学生开展创新研究，对于培养学生的创新思维有极大的帮助。而且，笔者分析了学生们难于创新、不敢尝试的原因，总结出激发学生创新创业精神的因素，并在其它课程的教学过程中，对学生的创新精神有针对性的进行引导和培养。比如，在无机化学理论课程和实验课程中，纠正课本知识即是真理的固有观念，鼓励学生采取质疑的方式进行学习，多让学生谈自己的理解和见解，以沟通和讨论的教学方式为主。这些方法也为今后该实验课程及其它课程培养学生的创新能力提供了很好的借鉴。

3 专业实验课程建设在英语+材料化学教学实践改革中的应用以及提高学生实践能力

教学实践课程是材料化学专业必不可少的培养环节，是培养学生实践能力，动手能力，培养应用型人才的重要组成部分。英语+材料化学专业实验课程是基于材料化学合成、材料加工、材料测试等专业基础课程上，结合了新兴的增材制造技术。然而，关于此技术内容的课程，在以往的专业基础课程中均未涉及到。因此，该专业实验课程对现有专业课程内容的改革提出了要求。比如，我们在《高分子化学》课程中，引入聚乳酸材料的合成等内容；在《材料化学》以及 《材料测试分析方法》中需强调材料热性能、流变性能和力学性能等内容；尤其是，对于《材料加工工艺学》这一门课提出了增添智能制造内容的要求。此外，在材料化学专业实习实践课程中，与增材制造相关企业合作开展科学研究，并与相关3D打印技术企业建立实习基地等，为学生对该领域的学习和实践提供了良好的发展平台。使学生全面了解和掌握材料学科知识体系、材料产业上中下游基本生产模式，以及智能制造相关知识。

4 专业课程建设成果及经验在实验课程材料化学课堂教学改革中的应用

传统的大学课堂教学主要以教师板书或多媒体教学为主，所讲内容多是以书本知识或结合自身经验灌输式的教学。当代的大学生从九年义务教育到三年高中，再到大学，这种灌输式的教学方式已经使得学生对学习感到疲惫甚至厌卷。因而，针对这一问题许多学校进行了大量的教学改革，但收效甚微。学生对具体详细的知识或者实践经验更有兴趣，更具主动学习的热情。增材制造技术在教学中的应用为解决这一问题带来了契机。增材制造技术的应用可将教学过程中抽象知识和问题以直观的方式显现出来，或者让学生通过应用智能制造探索问题本源，更能激发学生的学习热情和兴趣。因此，智能制造技术在英语+材料化学课堂教学中运用是非常有必要的。

5 结束语

在英语+材料化学专业实验的课程建设中，构建传统材料化学基础理论与智能制造技术相结合的知识体系，对于提高学生团结协作能力和综合素质，提高学生的科研能力、就业能力，并培养学生的创新创业能力等方面，提供了崭新的教学思路。这一教学方法，不仅使学生具有产品开发、设计、技术改造乃至市场运营、管理等多方面的能力，而且让学生在学校所学的知识与社会需求完美衔接，使得学生综合素质明显提高，培养出紧跟社会发展潮流的创新型人才。