材料测控技术与装备新专业方向的建设研究

2021-08-15王子菡

教育现代化 2021年102期

王子菡

（湘潭大学材料科学与工程学院，湖南湘潭）

一引言

科学仪器设备是科学研究和技术发展的基石，是经济发展、民生问题和国防安全的重要保障。科学仪器设备自主研发既是重大科技成果的重要源泉，又是从源头上增强国家自主创新能力的重要举措[1]。虽然在国家的大力倡导下，我国的科学研究仪器国产化有了一定成效，但还远远满足不了科学研究和工业应用的不足。目前我国高精尖的科学研究仪器卡脖子情况严重，特别是国家重大需求的重要研究测试仪器受限严重。

为了发展我国科学研究仪器的研制能力，国家发布了包括《国家“十二五”科学和技术发展规划》《国家“十二五”科研条件发展专项规划》等在内的一系列政策，包括国家重大科学仪器设备开发专项[2]，国家重点研发计划'重大科学仪器设备开发'，促进国家科学仪器的自主创新能力发展[3]。材料测试仪器是科学仪器设备的重要组成之一，材料的性能测试技术与装备是工业应用中的关键环节，例如，生产高性能钢铁必须关注的参数包括洁净度、均匀度、产品质量的稳定性和一致性、产品的尺寸精度等，只有实现对这些参数的精确控制，高性能钢铁的质量才能有所保证，这些都对相关材料测试技术及设备提出了高要求与高需求。

尽管国内材料测试仪器有着很大的市场空间，但目前从材料的制备到结构、性能的表征，我们所需要的装备几乎都依赖于进口，多数厂家仿制与跟踪进口仪器，自主创新能力弱，高端产品基本没有自己的研发成果。在人才方面，目前全国还没有一所学校设置材料测试技术与装备相关专业。现有的材料检测仪器与装备的开发人员很大一部分人都是从仪器仪表、自动化等专业根据工作的需要转行过来的。这就直接导致了不懂材料的人做材料检测设备，不懂检测的人在用材料检测设备，这使材料测控相关仪器与装备的研发、使用、改造、维修带来一系列问题，严重影响了材料测试仪器与装备的创新与发展。

为解决我国材料的测控技术及装备发展需求，提高科学仪器水平，建设材料测控技术与装备新专业方向，培养掌握材料测试技术及相关仪器装备研制的高素质专业人才迫在眉睫。湘潭大学以材料科学与工程优势学科为依托，基于材料科学与工程专业和测控技术专业学科优势和互补性，将材料制备、测控技术、装备制造、力学和工程有机融为一体，打造材料测控技术与装备新专业方向。

二创新材料测控技术与装备新专业方向人才培养模式

钱学森老先生曾深刻指出，目前大学的教育模式都还不是培养科学技术发明创造人才[4]。如何创新新专业方向的人才培养模式，构建材料测控技术与装备新专业方向的人才培养方案，是新专业方向建设首先面对的问题。材料测控技术与装备新专业方向结合自身特色，对新专业方向科学定位，紧跟社会需求创新培养人才。

（一）结合专业特色，科学定位新专业方向

专业定位决定专业以后的发展，合理定位是新专业方向谋求健康发展的重要策略[5-8]。湘潭大学材料科学与工程专业在发展过程中不断与力学、物理等学科融合，逐渐形成了具有“材料与力学交叉”特色的材料类工科专业。结合社会需求与专业自身特色，材料测控技术与装备新专业方向的定位为以材料的基本知识为基础，以材料性能特别是力学性能的测试与控制技术为纽带，以发展我国乃至世界的装备技术为目标，具有基础性和创新性共存的特点。

（二）紧跟社会需求，合理制定培养目标

培养目标的制定，是综合学校及专业定位，行业发展，社会需求等多方面因素，组织企业和行业专家、用人单位、毕业生等进行反复讨论形成。本专业方向的培养目标是以理论研究为基础，兼重科技创新和技术应用，培养掌握材料科学与工程的相关基本知识、基本技能，以及材料测控技术、具备材料相关测控装备研发制造等相关能力，培养兼具“科学”与“工程”素养，且具有良好思想品质、职业道德与人文科学素质以及一定创新能力的国家材料装备技术急需人才。科学素养指通过物理、化学、数学、力学等学科基础知识以及系统专业知识的储备，具备探索材料成分、组织、结构及性质的能力，并在材料服役行为的力学知识方面彰显出学科优势与特色；工程素养指通过动手实践以及发现、解决实际问题能力的培养，具备开发新材料，提高材料性能和质量，合理使用材料，服务于经济建设的能力。与此同时，具有了解本学科前沿动态、具有一定的国际视野，有创新创业精神并具备一定创新能力，有一定的社会、经济、法律、管理能力。

（三）创新人才培养，建立人才培养模式

人才模式的构建是人才培养的关键[9-10]，材料测控技术与装备是一个全新的专业方向，需要建立一种全新的培养模式与之相适应。材料测控技术与装备新专业方向坚持人才培养的中心地位，立足国家重大需求和地方经济建设，以材料与力学学科交叉为特色，提出了“一个工具”（数学）、“两种语言”（中文和英文）、“三个基础”（物理、化学和力学）、“两个实践”（实验室的实践和企业车间的实践）的培养模式并加以实践，着重解决材料测试仪器中的重大科学和工程化问题。

三合理配置材料测控技术与装备新专业课程体系

课程设置是影响专业建设的重要因素，材料测控技术与装备新专业涉及的学科领域广泛，属交叉学科，由于国内该专业还是一片空白，如何构建结构合理的课程体系至关重要[11]。

为了合理规划新专业课程体系，我们调研了材料科学与工程专业和测控技术与仪器专业国内外高校的课程设置情况[12-15]，材料科学与工程专业课程设置情况比较发现，对于公共基础课而言，国内外对自然科学基础的要求基本相似，都是数学、物理、化学等课程，而对于人文社科，国内外的要求则大不一样，美国麻省理工学院的材料科学与工程专业提供了丰富的人文、社科以及艺术课程。同时麻省理工学院还提供了提高交流能力培养课程和写作课程，体现了兼顾人文素质和科学素养的教育理念。

对于专业基础课，国外一般在低年级就开设了相关核心课程，而国内高校的一年级学生一般都是进行公共基础课程的学习，到二、三年级才开始接触专业课程。对专业方向课，各个高校都是结合自身特色与优势来设置专业课程。比如，清华大学材料科学系在金属材料、陶瓷材料和电子材料方面成绩突出，因此其专业基础课程设置上强化了金属材料和陶瓷材料的相关基础课程。浙江大学材料科学与工程专业在信息功能材料、先进半导体材料及能源材料研究上相当出色，因此在其专业课程设置中强化了学生在其特色方向上的技能。

为了实现材料测控技术与装备专业的人才培养目标，达到培养要求，我们参考麻省理工学院、清华大学等国内外知名高校的相关专业设置，结合自身的力学特色优势，构建了材料测控技术与装备专业课程体系，包括理论课程和实践课程两大类。公共基础课包括A类必修，即人文社会科学通识教育，B类必修是数学与自然科学类课程，公共基础课使学生掌握数学、物理、英语、计算机、法律等方面的基础知识，提高其人文素质。考虑到目前理工科学生普遍写作和表达能力差，以及现在大学生普遍抗压能力不足的问题，特别设置了大学语文和情商管理课程，学生通过进行情商管理，更好地应对生活和学习中出现的困难。

专业基础课包括工程基础和学科专业基础两大类别，工程基础包含工程制图、材料力学、C语言程序设计等通用基础课程，学科专业基础课程中有材料科学基础、材料工程基础、材料制备技术、材料分析测试技术等多门课程。同时，在专业课的设置上，突出体现了我们院的力学优势和材料测控技术与装备方向特色，即材料力学性能测控表征与装备制造的有机融合，以适应国家对仪器创新人才的需求，以材料力学性能为基础，以材料测控技术为重点，专业核心课程包括材料宏微观力学性能、材料固体力学、现代物理导论、精密机械与零件、测试与检测技术基础、虚拟仪器设计等。在专业方向课的设置上，进一步加强材料、力学、测控与装备的融合，开设高等固体力学、实验力学、无损检测、科学仪器概论、有限元等课程。在实践课程的开设上，考虑知识实践的层次，将实验按认知、验证、综合和设计四个不同层次开设。除此之外，还设置有金工实习、认知实习、生产实习等不同实践内容、不同实践层次课程，最后再通过课程设计和毕业论文强化实践环节，提升学生实践能力。

四有效实施新专业方向人才培养方案

人才培养模式的实施就是如何有效组织、领导、协调、控制人才培养方案的各个环节，取得最佳的人才培养效果，在实施过程中我们具体采取了以下措施：

（一）改革教学方法，完善教学手段

材料测控技术与装备新专业方向采用“创新教学+教学科研一体化”的培养模式，培养高素质创新人才。所谓创新教学，是采用多老师+多讲座的方式，不同的老师结合自己的科研方向，对相关课程以基本授课、前沿讲座和实践训练相结合的方式进行教学，让学生在掌握基本知识概念的同时，还了解相关前沿发展情况，并通过实际操作加强对知识的深入理解。同时学生参与导师科研工作，采用“导师教—师兄带—自己做”的指导模式，通过科研实践培养实践创新能力。

（二）引进高层次人才，建立专业教师梯队

建立一支素质精良、结构合理的教师队伍，是新专业方向建设的关键。材料测控技术与装备通过挖掘引进，自主培养等多种方式，建设了一流水平的教师队伍，组建了一支以国家教学名师为带头人，包括湖南省芙蓉学者、湖南省百人计划等一大批高层次人才的教师团队。

（三）建设课程团队，传帮带持续发展

材料测控技术与装备新专业方向以专业特色为牵引，在人才的培养过程中探索课程教学团队，做到依据学科专业发展、人才培养要求、教师科研特色来安排课程，根据教师的研究特色与专业背景组建教学团队，通过团队负责人设置、核心骨干、青年教师共同组队来实现传、帮、带的教学能力培养模式，极大地提升了教师教育水平，同时培养了教学与研究特色的可持续发展力量。

（四）创新毕业论文管理模式，提升“科学”与“工程”素养

新工科背景下毕业论文（设计）是实践能力培养的关键环节，为此，材料测控技术与装备新专业方向创新了毕业论文管理模式，通过导师提前选、文献高层次、工作高饱满、表达高流畅等要求与考核，培养学生解决复杂工程问题的能力，提升其“科学”与“工程”素养。通过定期每月一次的阶段汇报，促进毕业生对毕业论文课题的深入开展，毕业论文工作成效显著，论文研究成果发表了多篇论文并申请了多项国家发明专利。