面向新工科工程人才培养模式探索与研究

韩东来 左青卉 周德春 司振君

[摘 要] 新工科倡导需求牵引学科、资源、机制和体系交叉融合。在新工科背景下，融合多學科对复合型工程人才培养进行立体式教学改革并借助多学科交融环境的协调功能实现理工科专业教学过程中对学生创新和实践能力的重点培养显得尤为重要。通过工程人才培养模式的探索与研究以多学科交融下的功能材料专业典型课程为底层基石，以校企研相结合的具体实施方案为中层线路，以搭建多学科交叉融合型工程人才培养理念为顶层架构，构建了功能材料专业多学科交叉融合的工程人才培养模式。

[关键词] 新工科;工程人才培养模式;功能材料专业

[基金项目] 2018年度吉林省教育厅新工科研究与实践专项“面向‘新工科的功能材料专业多学科交叉融合的工程人才培养模式探索与实践”（项目编号：201809;项目负责人：韩东来）;2019年度长春理工大学教育科学规划课题“基于工程教育专业认证背景下“新工科”专业毕业生能力构架研究”（项目编号：XJY1912;项目负责人：周德春）

[作者简介] 韩东来（1988—），女，吉林榆树人，博士，长春理工大学材料科学与工程学院讲师，主要从事纳米复合材料的制备及光磁性能研究;左青卉（1983—），女，吉林白山人，博士，长春理工大学材料科学与工程学院讲师，主要从事有机发光材料研究;周德春（1964—），男，吉林长春人，博士，长春理工大学材料科学与工程学院研究员，主要从事光学材料及器件研究;司振君（1978—），男，吉林德惠人，博士，长春理工大学材料科学与工程学院教授，主要从事有机发光材料研究。

[中图分类号] G642.0    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）38-0243-03    [收稿日期] 2020-04-09

随着我国现代化进程的加快，现代科研以及工业的发展对新型功能材料的依赖度日益增长。解决目前我国产业变革问题亦离不开新型功能材料的支撑，为此我们迫切需求具有广博知识和实践能力的新型卓越复合型工程人才[1]。新工科建设的目标便是通过继承与创新、交叉与融合、协调与共享的新途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。新工科注重新技术与传统工业技术的结合，更强调学科的实用性、交叉性与综合性[2]。但对于功能材料专业，其课程设置中存在现有的经验老旧过时，为此难以形成校企研相互融合的一体化教学模式。因此，在新工科背景下，对于功能材料专业只有做好学科基础课程知识体系及教学模式的系列改革与科研工程实践，才能带动多学科交融创新型工程项目人才培养的内涵式发展。

为实现功能材料专业学科基础课程知识体系及教学模式的改革与实践，本文以功能材料专业中典型的交叉融合型课程“材料物理性能”为着手点，以其讲述的光学、电学、磁学、力学、热学五大性能为中心，以“无机化学”“物理化学”“固体物理”“材料科学基础”“材料合成与制备”“材料测试分析与测试技术”“光电子技术基础”“半导体物理”等课程体系内相关知识点为理论支撑，以本科生实践项目，创新创业项目，毕业论文设计、实践与完成，生产实习以及教师所掌握的科研项目为依托，以学校内本科实验室、研究生科研实验室以及学校对接的生产实习企业为实践平台，探索了在“新工科”背景下如何有效建立功能材料专业多学科交叉融合的工程人才培养模式。

一、多学科交叉融合型工程人才培养理念

第四次工业革命正以指数级增长速度展开，我们必须在创新中寻找出路。对于地方高校而言，在人才培养过程中应着重在传统学科之间实现交叉融合，从以学科为中心转为以学科为依托、强调学科间、校企间的交叉渗透，注重区域资源优势的利用;从以理论为中心转变到以实践反哺理论为中心，注重服务区域经济社会化发展和多学科交叉融合型工程科技创新人才培养;不断强调人才培养与学科领域的学术研究以及相关行业产业发展相辅相成。上述工程人才培养理念的建立为功能材料专业培养多学科交叉融合型工程人才的探索与实践指明了方向。为此，我们将多学科交叉融合型工程人才培养理念运用到功能材料专业中典型的交叉融合型课程——“材料物理性能”的教学实践中，并分别从教学内容梳理，教学方法转变，评价体系细化三个方面进行了探索和实践。

二、功能材料专业多学科交叉融合型工程人才培养模式具体实施方案

（一）教学内容梳理

在新工科背景下，需要解决学科交叉、课程互补问题并将学科知识应用于科研、工程实践。为此对传统的以理论知识体系为核心的教学内容进行更改和重新梳理就显得尤为必要。首先要对所授课程内容涵盖的交叉学科知识点进行扩充与整合，并建立多学科知识点之间的有序互联。其次通过对课程内容中相应工程领域以及科研领域问题进行有针对性的收集、简化、浓缩和精炼，将之分解为若干个与所授课程教学内容相关的子问题，使其恰当融入理论教学内容。最后，要尽量使学生多看到、多触摸到、多亲身参与到课程实践中，以便吸引学生集中注意力、有效提高学生的成就感、学习兴趣及学习效率。以“材料物理性能”课程中材料的光学性能一章的教学内容梳理为例：

首先要着眼整章。材料的光学性能这一章分为：1.1光通过介质的现象、1.2无机材料的透光性、1.3界面反射和光泽、1.4不透明性（乳浊）和半透明性、1.5无机材料的颜色和1.6其他光学性能的应用这六部分的内容，共8学时，其中第一、二部分包含本章的重难点内容。着眼整章其知识点之间都存在联系，知识点背后的原理都离不开光的波粒二象性，因此我们在本章初以波动学说和微粒说的起源、发展和统一为线路，以讲故事的形式扩充整合了光本质的内容，明确了光的波动性和粒子型的适用场合，为各种现象背后的原理分析奠定了基础。

其次要着手每节。以1.1、1.2节为例，由于1.1、1.2节中出现的相对折射率、反射系数、吸收系数、散射系数等重要的物理参数以及其对应的原理和定律，内容枯燥、理论性强，很难引起学生的学习兴趣，易造成学生机械性学习行为。为了让学生对这部分知识有直观的感受，激起他们学习的积极性，我们将最新从企业获得的不同型号的建筑玻璃、实验室获得的不同成分的光学玻璃、不同功能的光导光纤、不同颜色的滤光片、不同成分的透明晶体以及生活中不同厚度的半透明塑料、纸张、金属片等材料引入课堂教学设计环节。我们利用相同或不同的光源照射不同或相同的材料，观察有光射入材料后，材料前中后光束的强度、颜色等变化，并将对应材料的光学现象、照射光波长进行统计。随后由教师给出对应材料的折射率、吸收系数等参数数值，之后由学生们讨论入射光波长、材料的物理参数对光通过介质以及材料透光性能的影响规律。随后，学生和教师就怀着验证总结是否正确的心态进入新知识的学习中。这样，避免了学习的盲目性，提高了学生综合运用、主动运用所学知识的技能，提升了课程学习效果。

最后要着眼前沿。在教学内容上设置文献检索与阅读环节。在本章内容进行至第4学时，向学生介绍材料以及光学领域常用的中文和英文数据库，指导他们如进行中、英文文献的检索和阅读，同时我也会陆续给他们一些与本章研究内容相关的近三年的文献作为补充。在第8学时的课堂上，要求学生们展示其所查找的中、英文文献，并用一两句话提炼出某篇精读文章的创新之处。此环节的加入不但能加强学生课后实践、提升学生自学能力，还能促使学生将专业知识与学科领域的学术研究紧密结合、相互促进，提升国际化工程技术人才培养质量。

（二）教学方法转变

新工科背景下，传统单一的讲授式教学方法已经不能满足功能材料专业培养创新应用型高级工程技术人才的要求[3]。为完成专业培养目标，要在多学科交融教学内容基础上，结合新工科的新特点，与兄弟院校、科研单位和当地企业充分合作，以科研实践、项目运作、生产实习等形式，实现教学方法转变，将学生带入实验室、带入项目、带入企业生产前线，使整个教学活动呈现出多种教学方式、多元教学场地、多样教学平台相结合的多元灵活景象，具体细化如下：

课程开始前，建立以班级为单位的网络平台，授课教师通过网络平台公布授课流程，细化知识点提纲，补充与课程相关的阅读材料、新闻和视频，推送上课时间及地点，让同学对即将开始的教学内容有充分的了解。

课程开始时，遵循已发布的教学流程进行，仍然以材料的光学性能一章为例细化流程。对于光的本质同学们并不陌生，有一定的基础，为此教师采取结节约时间的讲授法讲述，引出本章授课内容。对于1.1、1.2这两节内容所涉及的理论解释以及公式推导相对较多，不易理解。因此我们以企业及实验室内所获得的各类材料为教具，遵循演示法进行相关教学演示实验，对演示实验的各类现象进行对比总结，并将班级成员分为5组，对已总结的数据进行讨论分析，随后由各组组长代表本组报告讨论结果，引出新课。最后由授课教师利用讲授法+演示法对新课内容进行讲解，并鼓励同学对讨论结果进行一一验证分析。对于1.3、1.4教学内容简单易懂，生活中的例子也比比皆是。因此，教师利用讲授法对新课内容进行讲解，这也易于教师控制教学进程，便于学生在较短时间内获取相对较多的科學知识。对于1.5、1.6部分讲述了着色剂产生颜色的原因和现象以及光学材料的多种应用，这两部分内容可以通过实验室演示、工厂参观的形式完成。首先将知识点与具体科研实验或企业生产流程相对应，并协调好演示参观的时间、地点、实践操作及讲解人员，随后由教师根据实践场地的大小分组分批的让学生完成实践。对于无法容纳多人参观或存在高危操作的部分，授课教师可以录制相应实验或生产流程视频并配以讲解推送给学生。

课程结束后，教师仍然可以利用网络、学校公共教室以及自身的科研实验室等平台进行辅导答疑，组织同学对共性问题进行讨论，布置和收取课后作业，为有意向提升科研实践水平的同学提供实验场地、实验原料器材和科学研究指导等教学活动。鼓励学生组队申请大学生创新创业项目，监督指导学生完成学校安排的综合课程分析、科研训练、材料测试分析与测试、生产实习以及毕业设计等实践项目。

（三）评价体系细化

传统的课程评价体系比较单一。考试内容过于偏重对教材内容、记忆能力的考核，轻视了对学生运用知识、学科思维和创新能力以及技能、操作实践应用能力的考核[4]。因此，需要构建全面综合的评价体系，以此来引导学生全面学习与发展。

理论课程内容评价体系细化。不在单纯以课后作业完成情况以及期末考试分数作为课程内容掌握状况的评价标准，在理论授课过程中加入小组讨论汇报、客观题回馈、主观题回馈、小节调查问卷回馈、课后作业完成情况回馈、课堂笔记回馈、章知识总结回馈等形式对学生的听课效果、理论知识掌握情况、理论知识的运用情况进行全面考察和评价，重点强调对学生知识的归纳总结能力、语言表达能力、主动学习能力和团队协作能力的培养。

与科研、企业相结合的教学内容评价体系细化。在新教学体系下，教学环节多与科研实验和企业实习相结合，为此我们加入了七个实践效果回馈评价环节，通过多个环节综合评价学生运用专业知识解决实际问题以及通过实践提升专业知识水平的能力，重点强调对学生的学科前沿的把握能力、学术前沿捕捉的意识、学术视野、综合实践能力、创新能力的培养。

三、总结

为了提高功能材料专业工程人才的国际视野、综合实践能力和创新能力水平，本文以材料物理性能课程为出发点，分别从教学内容梳理，教学方法转变和评价体系细化三个方面展开了新工科背景下功能材料专业多学科交叉融合的工程人才培养模式的探索。对学生而言，多学科交叉融合的工程人才培养模式能够使每个学生都融入到课程学习和实践探索中去。对教师而言，多学科交叉融合的工程人才培养模式可以使教师多角度审视教学，思考教学和反省教学，调整教学内容，丰富教学方法和完善评价体系。多学科交叉融合的工程人才培养模式的建立定会促进学生学习的积极性和主动性，有利于培养基础扎实、知识面广、能够运用所学知识解决实际工程问题并具有国际视野的创新应用型高级工程技术人才。

参考文献：

[1]李睿.培养解决复杂工程问题能力的新工科实践教学研究[J].教育教学论坛，2020，13：84-85.

[2]黄金书，盛智铭，王爱华，等.多学科交叉融合的工程人才培养问题及对策[J].科技风，2019（28）：48.

[3]王存.面向可持续竞争力的新工科人才培养模式研究[J].教育教学论坛，2019，52：244-245.

[4]李伟.以改革考评方式提高课程学习效果[J].课程教学研究，2015，29，247.

Exploration and Research on the Training Model of Engineering Talents in the Context of Emerging Engineering"

HAN Dong-lai，ZUO Qing-hui，ZHOU De-chun，SI Zhen-jun

（College of Materials Science and Engineering，Changchun University of Science and Technology，Changchun，Jilin 130022，China）

Abstract：The emerging engineering advocates the cross-integration of demand-oriented disciplines，resources，mechanisms and systems.Under the background of emerging engineering，it is very important to realize the key cultivation of students' innovation and practical ability in the teaching process of science and engineering specialty with the help of the coordination function of multi-disciplinary blended teaching environment.Through the exploration and research of engineering personnel training model，the typical courses of functional materials specialty under multi-disciplinary blended teaching are taken as the base stone，the concrete implementation plan of combining school and enterprise research is taken as the middle-level line，and the multi-disciplinary cross-integration engineering talents training is taken as the concept of top-level structure to construct the personnel training model of functional materials specialty.

Key words：emerging engineering;engineering personnel training model;functional materials specialty