“新工科”背景下无机非金属材料工程专业育人实践

何峰，谢峻林，绕美娟，文进，刘刚，赵青林

(武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉)

一 引言

随着人类社会的快速发展，世界范围内新一轮的高科技革命和现代产业变革已经席卷全球。当今世界，一大批技术创新成果通过人工智能、新材料、云计算等最新科技手段的驱动，已经加速推进全球经济社会各领域的发展[1]。我国经济通过近40年的中高速发展，迫切需要进入新常态的发展模式。其发展将从单方面追求速度的模式，逐渐平稳地向质量型、效率型与效益型的发展模式蜕变。随着国家发展战略的提出，尤其是以“创新为主驱动、绿色发展和质量为根本、结构优化为手段、人才培养和储备为基础”基本方针的确定与不断深化，通过我国制造业自身的奋斗，到2025年必将迈入制造强国之列[2]。这一宏伟目标的实现将进一步巩固我国在全球的工业地位乃至经济地位。目前，就世界范围而言，高科技革命和现代产业的变革会体现在多个方面，无论怎样，制造业则是最能体现与实践这一变革的重要基础性行业。就现今世界格局而言，强大而门类齐全的制造业是我国国民经济的主体，是立国的根本、兴国的重器、强国的基础。若没有来自制造业的主动变革，就不可能实现高科技革命和现代产业的变革。

近十年来，我国一直将工程人才培养定位为国家战略。由教育部牵头并联合有关部门，于2010年6月在天津大学举办了“卓越工程师教育培养计划”大会，会议提出在工科类院校实施“卓越工程师教育培养计划”。重点关注高等工程教育要强化主动服务国家战略需求、主动服务制造业需求的意识，确立立德树人、能力为本、素质为重、全面提升的人才培养观念，创新工程人才培养的机制与模式，改革工程教育人才培养的内涵，综合提升学生的工程素养与实践能力、创新创业能力，以及在国际大背景下的竞争力。构建门类齐整、类型多样、布局合理、结构优化、主动适应国际国内发展需要的具有中国特色的社会主义现代高等工程教育与人才培养体系[3]。我国现代高等工程教育体系的创新与实践，对高素质工程人才的培养，在政策上起到了很好的引导作用，体现了教育强国的理念。

面对已经开启的新一轮科学技术革命和巨大的产业变革浪潮，特别是中国共产党的十八次代表大会以来，习近平总书记不止一次指出，我们必须抓住机遇，提前布局。工程是实现新一轮科学技术革命和产业发展的重要载体，任何新的科技革命都需要通过工程方法加以实现，未来几十年，新一轮科技革命和产业变革将同人类社会发展形成历史性交汇，工程科技进步和创新将成为推动人类社会发展的重要引擎[1]。就当前正在发生的新一轮科技革命和工业变革的实现过程而论，需要大批的具有“大众化、多样化、国际化、终身化、信息化”的卓越创新型工程技术人才[4]。全球的新经济的蓬勃发展与快速转变、高科技革命及现代产业变革，新的挑战如期而至。高等工程教育如何积极迎接与回应相关挑战，非常值得思考。必须从国家战略的高度建设新工科，积极变革，有所作为。在此背景下，2017年在教育部的组织与指导下，先后由复旦大学、天津大学承办，连续召开了两次关于我国高等工程教育战略的研讨会。与会专家学者就新一轮的高科技革命和现代产业变革对当下我国高等工程教育的触动、冲击与期待，展开了认真的交流、热烈的讨论与激烈的争论。对新时期我国高等工程教育在新一轮的高科技革命和现代产业变革中的定位，如何培养适应时代发展潮流与要求的工程技术人才达成了高度共识，“新工科”的理论研究与实践随之蓬勃展开。“新工科”计划在相关高校的建设与顺利推进，有赖于实施者对“新”的正确理解与认识[5]。

武汉理工大学材料科学与工程学院积极参与卓越工程师教育培养计划的实践中，无机非金属材料工程专业成为教育部首批卓越工程师教育培养计划试点专业，根据卓越工程师教育培养计划与新工科对工程人才培养定位与发展要求，专业将卓越工程师培养与新工科建设相契合，凝练出工程院系卓越工程人才培养模式，将新工科的教育理念融入到卓越工程师教育培养计划之中，并付诸于实践。

二 卓越工程师教育培养计划与新工科建设

改革开放后，我国制造业经过四十多年持续不断地奋斗与发展，坚持不动摇开放引进与自主发展的道路不动摇，已经建成了当今世界上独一无二的工业门类齐全、独立完整的产业体系，有力推动了工业化和现代化进程，提升了我国经济与工业的韧性与抗风险能力，显著增强了综合国力，支撑了我国世界制造大国地位。正是由于我们拥有齐全、独立完整的产业体系，才使得人类社会在面临百年未有之大变局及严重疫情时，更加彰显了这边风景独好的中国奇迹。然而在取得辉煌成绩同时，中国制造业在产业结构分布、资源利用效率、自主创新能力、信息化程度、智能化水平、质量效益等方面还存在一些需要改进的问题[6]。

从2010年开始，首先在我国部分工科院校实施的卓越工程师教育培养计划，其目标是面向世界格局、面向未来发展、面向工业界实际，培养造就一大批思维活跃、创新能力强、适应社会经济发展需求的高质量各类型工程技术人才。服务于国家与重点产业，为建设创新型国家、实现我国工业的现代化奠定坚实的人力资源优势与工程人才基础，增强我国的核心竞争力和综合国力[6]。这里所提到的产业，包括传统产业和战略性新兴产业，可以说几乎涵盖为所有的制造业；而工业化和现代化其内涵就是利用持续不断的高科技革命和现代产业变革等手段，强力提升我国传统产业和战略性新兴产业的科技创新和技术创新的能力与水平，促进我国制造业的健康发展，提升我国制造业的国际竞争力，实现由制造业大国向强国的稳步迈进。

要彻底改变我国制造业的现状，尽快实现由制造业大国向强国转变的设想，其关键之一是必须拥有高质量、覆盖各工业门类、各类型的工程技术人才及相当数量的后备工程技术人才，即人才先行。卓越工程师教育培养计划契合了时代对工程技术人才的迫切需求，以扎实推进卓越工程师教育培养计划为抓手，促进我国工程教育改革和创新，建设相应的工程教育人才培养体系，全面提高我国工程教育人才培养的数量储备与质量。针对我国工科类专业特点与实际，卓越工程师培养计划要求工程教育改革发展的战略重点可以简化表述为四个方面的内容：①从理念方面要更加重视工程教育服务国家发展战略；②从内涵上要更加重视与工业界的密切合作；③从成效方面要更加重视学生综合素质和社会责任感的培养；④从发展上要更加重视工程人才培养的国际化。

由此可见，卓越工程师教育培养计划的实施，主要是针对传统产业和战略性新兴产业的振兴与可持续发展，所提出的高质量各类型工程技术人才培养规划。经过十多年实施及各高校的不懈努力，卓越工程师培养计划已经初见成效，对我国制造业工程技术人才的培养与储备，促进我国制造业的健康发展，提供源源不断的工程技术人才资源。

2016年以来，在认真总结卓越工程师教育培养计划实施成效的基础上，通过充分地论证，教育部提出拓展实施新工科建设。将卓越工程师教育培养计划与新工科建设理念相融合，根据卓越工程师培养计划与新工科对人才培养定位，凝练出工程院系卓越工程人才培养模式，将新工科的教育理念融入到卓越工程师培养计划之中，并付诸于实践。使得我国高等工程教育具有良好的连续性、继承性与创新性。也就是说新工科建设是在卓越工程师教育培养计划基础之上的扩展与提升。新工科建设是卓越工程师教育培养计划的2.0升级版。新工科建设就是要在尽可能短的时间内，努力建设一批新型高水平理工科大学、多主体共建的产业学院和未来技术学院、产业发展中迫切需要的新兴工科专业、充分体现产业和技术最新发展的新课程等，培养一批适应于新工科人才培养工程实践能力强的高水平专业教师与企业导师。在全国范围内，力争20%以上的工科专业办学点，通过国际实质等效的专业认证，形成鲜明的具有中国特色、世界一流工程教育体系与模式，进入高等工程教育的世界第一方阵前列[7]。在“新工科”的建设中，“工科”泛指工程学科，“新”主要体现三方面内涵，即新兴、新型和新生[6]。随着我国新工科建设的扎实推进，教育部又及时推出了新文科、新农科、新医科等建设计划，牢牢抓住提高人才培养能力和水平这个核心，以学生为本，培养与增强学生的创新能力和创业意识[8]。

综上所述，新工科指的是正在形成的或不久的未来将要形成的新的工程学科，代表的是最新的产业或未来工业的发展方向。无论是前期实施卓越工程师教育培养计划，还是目前开展新工科建设，可以说是一脉相承，它们的内涵都瞄准的是工科、工程和能够支撑工程学科未来的工程型人才。

三 我校无机非金属材料工程专业新工科育人体系的构建

武汉理工大学的无机非金属材料工程专业是首批获得批准的教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业和国家综合改革试点专业，2014年顺利通过全国工程教育专业认证，2019年首批入选国家一流本科专业建设点，是学校的金牌专业。本专业在无机非金属材料工程方面为国家培养了大量工程技术人才。在实施卓越工程师教育培养计划和推进工程教育专业认证的过程中，获得了大量的实践和经验。在总结相关成果的基础上，构建并实践了具有本专业特点的新工科育人体系。

（一）卓越工程师培养计划的实践成效

2010年以来，武汉理工大学积极组织各学院、专业申报卓越工程师教育培养计划，并根据各专业的人才培养目标定位，有针对性地制定出相应的培养计划。经过坚持不懈的实践，本专业在卓越工程师培养方面取得了一些成果。

1.建立卓越工程师教育培养计划的理论与实践体系。根据无机非金属材料工程专业工程人才培养品质要求，通过知识体系、实验教学体系、实践实训体系和工程创新条件平台的“三体系”“一平台”系统优化与建设构建知识保障与创新训练体系，并在教学实践中探索“基础+研究”“理论+实践”“创新+实训”“体验+实习”“实习+培训”的多元化理论与实践相结合的教学模式，改善了理论与实践等多个环节的教学效果，提升了学生将理论知识与专业实践相结合的意识与能力。通过课改、教改确保卓越工程人才培养质量，坚持与强化了第一课堂的育人主战场，充分发挥第二课堂育人优势，融合两个课堂。学生在学术研究能力、工程应用能力、职业素养、敬业精神、持续发展能力等方面都获得了全面的提升。通过多年建设与积累，本专业拥有国家级精品课程2门、国家级精品在线开放课程2门，为培养卓越工程人才打下了良好的课程资源基础。

2.以材料文化节为引领，培养学生的家国情怀。学院集中校内外优势资源，联合校内所独有的两个国家重点实验室、一个国家级工程中心、一个材料研究与测试中心、一个国家级实验教学示范中心，以及十多家业内知名企业，已经连续举办了19届“才思飞扬——材料文化节”。每届材料文化节由每个自然年的4月启动，一直持续到11月结束，已经成为我院打造全方位育人的品牌，在学生中产生了巨大而良好的影响。材料文化节设置了博学科普讲坛、导师制项目、企业项目、自选创新项目、班级项目等内容，主动对接国家战略需求，注重工程理论知识与工程实践的紧密融合。以创新、创业类项目及竞赛为比武场，形成了将志存高远、学科文化、专业知识与各类竞赛有机统一的育人模式，潜移默化地培养学生的家国情怀。通过看材料、做材料等创意手段，增强学生的专业情缘，引导学生树立终身从事材料行业的志向。经过专业选择后，本专业每届平均可以培养65名左右的学生，学生参与材料文化节的积极性高，每届的参与率高达95%以上。通过导师制项目，本专业的学生赵云龙被评为“2012中国大学生年度人物”，获得“2016年度中国大学生自强之星标兵”。

3.集成资源，适应个性发展，构建工程创新支撑平台。通过校内相关的实验中心、科研基地、实习实训基地，辅以弹性管理，形成实践育人支撑平台。通过校企结合，共建创新实验室、大学生创新创业中心、国家级工程实践教育中心；学研结合开设开放实验项目，自主研制教学设备；开发出了基于学生个体的实验教学开放管理系统，建设了基于开放学习的网络资源提高了网络资源的集成度，提高了学生的学习效率，拓展了学生的实践实训时段与受益面，提升了学生的工程创新能力。

4.充分发挥企业导师作用，校外实习实践基地建设卓有成效。做实企业行业专家/导师共同参与学生培养计划的制定、重点课程的建设与学生工程能力的培养。为本专业学生开设了企业专家主讲的“项目管理”等课程。通过学院聘请了百余位企业导师参与本专业的本科毕业论文、设计的指导、答辩工作中。要求本专业的每一位本科毕业生的毕业论文都必须有企业工程技术人员作为副导师，充分发挥企业导师作用。企业导师会参与布题、方案确定、答辩等教学环节。通过学生与企业导师的接触与交流，培养学生专业工程师职业身份认同感。专业在选择联合培养的企业行业方面更加注重均衡，既有较为传统的材料企业，也有新型材料的行业企业。形成了由传统的建工建材为主逐步向电子信息、半导体、汽车、光电、显示器、新能源、航空航天等多元化行业拓展。与三十多个行业龙头企业建立了校企联合培养的长效合作机制。

（二）新工科育人体系的构建与实践

卓越工程师教育培养计划与新工科建设着眼于工程、工科，其中的理念一脉相承，都是瞄准国际工程学科与制造业的发展趋势，为我国由制造业大国向强国的转变培养工程技术人才，两者在一定程度上具有继承性、发展性，不能够割裂开来。本专业在扎实推进卓越工程师教育培养计划的基础上，结合材料新工科建设的目标与国家战略的需求，在新工科育人体系的构建方面开展了相应的改革与实践。

1.将新工科育人的理念植入教学活动中，更加注重从情怀、知识、能力、素养的综合培养。在新工科背景下，如何培养适宜于面向国家战略需求的新型工程人才，就要求全面改革专业的课程知识，实现从知识体系向能力培养体系的改变。结合学校的人才培养理念，以知识结构、能力素质与市场需求为着眼点，学院整合相关教学与科研资源，建立育人团队，以课程团队建设为核心，提升育人理念，强化课程体系建设与实践基地建设相结合，处理好第一课堂与第二课堂的关系。专业充分利用学校所开展的“课程思政”“教学质量建设月”为切入点，以育人和学生为中心，以人才培养中的问题为导向，收集多方反馈意见，完善能够支撑工程人才培养体系，修订人才培养方案。在师生中厚植“厚德博学，追求卓越”的学校办学理念，建立全过程合力育人培养体系，注重学生情怀、知识、能力、素养的综合能力培养，实现为党育人，为国育才。继续发挥学院“才思飞扬——材料文化节”的品牌效应，培养学生的担当、求知的人生基本品格。

2.在教师与学生中打造质量文化理念。结合材料学院教师与学生的特点与新工科培养人才的迫切要求，学院从教师与学生两个层面加强质量文化建设，即教师高标准地保障“教”的效果与质量，学生高标准地保障“学”效果与质量。打造以提高教学质量为荣的教与学的氛围。通过教案比赛与检查、教学观摩、同行与督导听课、讲课比赛等手段提升教师的育人本领，强化质量文化理念。通过线上线下混合式教学、翻转课堂、名师名导进课堂、讨论式教学等具体教学措施将学生吸引到课堂。从专业内部的小环境上促进新工科背景下办学理念的落实，大大提升了学生在第一课堂的学习效果。

3.加强知识体系、课程体系的改革与实践。根据新工科对我校无机非金属材料工程专业创新工程人才的品质要求，以能力培养为引领，加强材料领域的科学与工程的结合，从工程素养、专业知识、综合能力和家国情怀等四个方面进行知识体系的设计与实践。持续实施将本专业前沿成果对课程内容的更新工程，促使课程内容与行业发展同步。以强化基础及实践训练为优化重点，使本专业实践课学分数占总学分数的比例从19.8%提高到23.4%。增设引导和培养学生实践和创新的“材料实验设计”“创新创业”课程和加强工程素养的项目管理、技术经济学、公共关系及安全工程等课程。将工程设计训练与课外科技创新竞赛相结合，使训练由单一的课内训练模式延伸到课内课外相结合的训练模式。工程设计训练的趣味性、竞技性及实战性得以加强，学生的训练效果明显改善。通过参观调研与本专业相关的特大型工程与高端装备，提升了同学们的家国情怀和民族自豪感。依托学校对一流本科专业建设计划的资助，利用暑假选派本专业的学生参与到海外实践交流计划中，使得学生国际化视野、语言交流、工程实践能力得以显著提高。

4.整合校内外资源，开展深度的协同育人。在卓越工程师培养计划的实施过程中，本专业通过协同育人，开拓育人渠道，已经取得了很好的效果。为适应新工科发展的要求，学校专门成立了大学生创新创业中心，通过中心的带动与辐射，使得我校的育人资源得以整合，育人链条得以延伸。企业及企业导师在工程方面具有独特的优势，在新工科人才培养的过程中扮演着不可或缺的重要角色。在保持原有做法的基础上，通过与重点企业建立研发平台，研究中心等方式，将学校与企业的科研力量结合，共同承担国家、地方及企业自身的课题，在科研合作上形成长效机制，针对企业提出的生产实际问题开展合作攻关，以互惠互利的方式保证企业协同育人的积极性。以此为基础，安排本专业毕业生实习就业及青年教师的企业实践，使校企合作稳步向前发展。

5.建立适宜执行的运行机制。学校对照新工科建设的要求和相关专业的建设标准与目标，积极推进相关专业开展本专业的新工科建设。从学校、学院、系三个层面构建多层次质量保障体系。学校层面主要负责相关文件的制定与协调；学院层面负责具体的实施与教学质量监控；系级层面通过系主任、专业责任教授、课程教学团队研讨与调研，规划本专业未来的发展方向，结合行业、企业的建议制定教学大纲，扎实开展课程建设与教学活动。通过学校、学院的二层级教学督导的模方式。考察与推进相关教学活动落实情况，检查教学及学生培养质量，从学校大环境上促进新工科背景下本专业办学理念的转变。经过多年的运行与实践，已经显示出了良好的成效。

四 结语

在我国积极应对与参与国际竞争的大背景下，“新工科”直接面向国家战略需求的新型工程人才培养，对工程人才的期待与要求越来越高。通过我校无机非金属材料工程专业，持续多年在卓越工程师教育培养计划与新工科育人方面的教学改革与实践。从学生的知识、能力、素质综合培养与提升入手，以教学文化理念改变为切入点，通过学校内外部资源整合、工科人才培养水平提升、校企合作等方式，建立多层次平台，以教与学为中心，多方面塑造学生，对提升学生的创新创业能力、工程实践能力具有重要意义。