工程教育专业认证模式下材料专业本科生培养方案的建立与实践

周 颖，张宗涛，姬海鹏，易莎莎

(郑州大学 材料科学与工程学院，河南 郑州450001)

工程教育专业认证是国际认证机构针对高等教育机构设立的工程类专业教育的专门性认证，由专门职业或行业协会(联合会)、本专业领域的教育专家和相关行业企业专家一起参与进行的，其目的是为工科专业毕业生进入企业界从业提供教育质量保证。工程教育专业认证的核心是要确立工科专业毕业生达到行业认可的质量标准，是一种以培养目标和毕业要求为导向的合格性评价[1-2]。2016年，我国正式加入国际工程教育认证组织《华盛顿协议》，标志着我国工程专业教育质量达到国际标准，这成为我国高等教育的一项重大突破。作为《华盛顿协议》正式成员，中国工程教育专业认证的结果已得到其他18个成员国(地区)认可，通过专业认证的毕业生在《华盛顿协议》相关国家和地区申请工程师执业资格或申请研究生学位时，将享有当地毕业生同等待遇，为中国工科毕业学生走向世界提供了国际统一的“通行证”，所以，工程教育认证制度是工程专业人才培养的重要推动力之一。工程教育专业认证通过围绕学生毕业能力达成这一核心任务进行专业课程设置、师资队伍配备、办学条件配置，并强调建立专业持续改进机制以保证工程专业教育的质量和专业教育的活力，建立一种以培养目标和毕业要求为导向的工程专业人才培养模式，从而解决高校工程专业培养什么样的人才和如何培养人才的困惑，因此其对工程专业人才的培养具有不可替代的作用[3]。

2017年9月20日，教育部、财政部、国家发展改革委公布印发了《关于公布世界一流大学和一流学科建设高校及建设学科名单的通知》，郑州大学入选一流大学建设高校，材料科学与工程专业同时入选一流学科建设学科，而一流的学校一流的学科就要全面提高本科教育教学质量和办学水平。为了更好地体现工程教育认证制度对专业人才培养的导向作用，培养出具有知识、能力和素质的材料类专业人才，本文从培养目标定位、毕业要求达成和课程体系构建等三个方面阐述材料科学与工程专业本科生培养方案的研究与建立。

1 专业培养目标定位及内容

高等学校功能之一就是培养社会需求的专业人才，因此专业培养目标定位及内容要结合专业的社会需求、学校定位、专业的学科支撑来确立。材料相关产业的发展是河南省科学技术发展规划中的重要组成部分，河南省已成为全国重要的耐火材料、超硬材料、有色金属、新型电池等生产基地，2012年河南省郑州市政府分别规划了耐火材料千亿产业基地、超硬材料千亿产业基地和铝精深加工千亿产业基地建设，这对省内材料科学与工程专业高端人才的培养提出了更高的要求和更大的需求。郑州大学作为国家“双一流”建设高校、国家“部省合建”重点建设高校、国家“211”工程重点建设高校、国家“111”引智基地建设高校、中西部“一省一校”国家重点建设大学，是一所涵盖12大学科门类的综合性大学，有能力也有义务为河南省培养材料科学与工程专业高端技术人才，以适应国家和地方经济建设与社会发展的需要。材料科学与工程专业的支撑学科是材料加工工程和材料学，其中材料加工工程是国家重点学科，国家“211工程”一、二、三期重点建设学科，2002年首次被评为国家级重点学科，2007年再次被评为国家级重点学科，也是目前河南省唯一一个工科类国家级重点学科，而材料学是双一流建设高校入选的一流学科。通过这两个重点学科的支持，培养在实际工作中有较强的适应性和创造能力，适应材料科学与技术发展和市场经济需要的高级技术人才成为可能[4]。

综合以上分析的社会需求、学校定位、学科支撑，本着着力提升学生的基础知识、实践能力、专业素养、创新能力和国际化视野，确定了如下5条专业培养目标：

1)能够从事材料行业的材料加工、制造、技术研发和生产管理工作，并能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等方面的影响因素；

2)有良好的人文社会科学素养、社会责任感和工程职业道德，能够成为单位的业务骨干；

3)在材料科学与工程及相关领域具有就业竞争力，并有能力进入研究生阶段学习，有承担研发任务的能力；

4)能够与时俱进，并通过不断学习拓展自己的知识和能力，能够胜任工段长或者技术研发小组长的岗位；

5)具有国际化视野和跨文化交流与合作能力，能够在不同职能团队中发挥特定的作用并具备承担领导角色的能力。

2 毕业要求分解及对专业培养目标的支撑

为了达成上述人才培养目标，本科生在校期间要系统学习数学、自然科学、工程基础及专业知识，并通过实践环节培养工程素养，获得必要的材料成分设计、制备加工及科学研究方法等的基本训练，同时掌握材料的研发、设计、生产与质量管理等方面的基本方法；并培养创新意识，同时提高人文社会科学和职业道德素质修养[5]。结合本专业人才培养目标，要求学生通过四年的系统专业学习，在毕业时达到以下12项毕业要求。根据这12项毕业要求和5点专业培养目标的内涵，建立如表1所示的毕业要求和培养目标支撑关系。

表1 毕业要求对本专业培养目标的支撑关系Tab.1 Supporting relation between graduation requirement and cultivation goal of specialty

A)工程知识：能够运用所学知识和理论解决材料生产中出现的一般技术问题；

B)问题分析：能够应用所学知识和理论分析材料组成结构、加工和制备、性能问题；

C)设计/开发解决方案：具备开发新材料、新工艺和新技术的初步能力；

D)研究：能够利用所学知识和理论进行材料的研究和开发，分析与解释数据并得到合理有效的结论；

E)使用现代工具：能充分利用现代技术和工具进行材料的设计、制备、检测和分析；

F)工程与社会：了解与材料生产过程有关的社会、健康、安全、法律及文化方面知识，并理解应承担的责任；

G)环境和可持续发展：能够从环境和可持续发展的角度研究、开发、制备、生产材料；

H)职业规范：了解材料生产过程中所遵守工程职业道德规范，并履行相应的责任；

I)个人和团队：具有团队合作精神；

J)沟通：能够就材料制备与研究中的问题与业界同行及社会公众进行书面和口头的沟通和交流；

K)项目管理：具有一定的与工程相关的管理学与经济学知识，并能在相关的工程实践中应用；

L)终身学习：具有自主学习和终身学习的意识。

3 多层次立体化专业课程体系构建以及对毕业要求的达成

通过2016年工程教育专业认证确定郑州大学材料科学与工程专业的培养目标，以及为达到培养目标，学生毕业的时候要满足12项毕业要求。这12项毕业要求可以归结为5大类：自然科学类、专业基础类、工程类、专业类、人文社科类，其中自然科学类和人文社科类通识教育的课程体系是由学校公共基础平台、学院学科基础平台共同完成，不做过多讨论，本文重点讨论与学生专业能力息息相关的专业基础类、工程类、专业类毕业要求达成的多层次立体化专业课程体系的构建[6]。

3.1 专业课程体系多层次构建

根据郑州大学综合性研究型的办学定位，并对原有材料学科课程体系进行了认真分析与梳理，并根据毕业要求达成所需的相应专业知识、能力和素养等方面所具有内在联系，将现有课程重新规划、删减和添加，构建了三层次的材料类专业课程体系。

第一层次课程体系(6个核心课程)：无机材料科学基础、无机材料性能、无机材料工程、无机材料热工基础、现代材料研究方法、材料计算和材料设计；第二层次课程体系(8个专业课程)：混凝土学、功能陶瓷、结构陶瓷、粉体工程、无机材料机械设备、超硬材料、耐火材料及应用、半导体材料与器件；第三层次课程体系(8个专业拓展课程)：新型建筑材料、能源材料、玻璃及加工技术、固体废弃物资源化、固体物理、纳米材料、材料制备技术、复合材料制备技术。

图1所示为专业课程体系多层次构建，通过这三个层次的专业课程体系的构建，培养学生具有一定的工程基础理论和专业知识，能运用相关知识解决材料生产中出现的一般技术问题的能力，并开阔学生的视野，培养学生的专业和科学素养。

图1 多层次专业课程体系的构建Fig.1 Construction of multi-level specialty curriculum system

3.2 材料专业知识立体化构建

材料科学与工程研究有关材料组成与结构、制备工艺流程、材料性能知识产生及其运用，因此，材料学是一门实践性非常强的工程学科。为了全方位培养学生的材料结构与性能、材料制备、材料应用的基础理论和专业知识，课程体系要从理论教学、实验教学、实践教学三个方面考虑，立体化构建本科生材料专业知识。理论教学主要是指6个核心课程，通过这6个核心理论课程系统深入的讲解，使学生建立扎实、厚重的专业基础知识。实验教学包括三大实验：材料基础实验、无机材料科学与性能实验、综合实验，每个实验课程都有对应的理论课程，把理论课程中的重点、难点和一些复杂关系通过实验的方式展现给学生，并通过动手实验使学生进一步体会材料组成、结构、制备工艺流程与材料性能和用途的相关关系，同时提高学生的团队协作精神以及创新能力。理论教学对实验教学起到指导作用，反过来实验教学对理论教学起到支撑和加强作用。实践教学包括认识实习、生产实习和毕业设计三个方面，通过这三个实践教学活动，进一步提升学生的理论与实践相结合的能力，并了解与材料生产过程有关的社会、健康、安全、法律及文化等方面的知识[7]。理论教学、实验教学、实践教学立体化构建材料专业知识结构图及辩证关系如图2所示。

图2 专业知识立体化构结构Fig.2 Three-dimentional structure of specialty know ledge

3.3 课程体系与毕业要求关联度矩阵

为了保障课程体系有效支撑毕业要求，也为了毕业要求最终落到实处，需建立课程体系与毕业要求关联度矩阵。首先，根据毕业要求的内涵，将毕业要求逐条分解成不多于4个指标点，使得毕业要求的内涵更清晰明了、契合本专业的实际要求。其次，将课程的教学内容逐一对照指标点，找出每一个指标点对应的课程，再根据课程对指标点的强支撑和弱支撑情况，梳理关联度矩阵，使得每一个指标点有2～4门课程支撑，同时每门课程对应的指标点也以3～4个指标点为宜，以保障本专业课程体系教学内容对毕业要求的全覆盖。表2所示为材料类专业无机非方向的毕业要求A、B、C指标点和教学活动的对应关系，通过这样的构建，能够将材料类专业学生的能力培养较为均衡地分散在所有的课程当中，使学生从入校开始即围绕毕业要求而循序渐进、逐步深入地进行相关课程的学习，并通过四年系统学习，达到12项毕业要求，同时实现5条专业培养目标。

表2 课程体系与毕业要求关联度矩阵(部分)Tab.2 Correlation matrix of curriculum system and graduation requirement

4 总结

作为一种国际通行的评价体系，工程教育认证对于推进工科专业的教学改革具有十分明显的导向作用。从培养目标定位、毕业要求达成、课程体系构建三个方面，构建以工程教育认证为导向的材料专业培养方案，可以保证每个教学活动是培养目标达成的必要条件。反过来，通过构建多层次立体化专业课程体系，并合理设计课程体系与毕业要求的关联度矩阵，可以保证整个专业课程体系是培养目标达成的充分条件。所以，深刻理解培养目标、毕业要求和课程体系的辩证关系，将工程教育认证的理念植入建立材料专业培养方案的过程中，实现郑州大学全面提高教育教学质量和办学水平，加快一流本科教育建设步伐。