基于“以工为主、理工融合”特色的材料类专业发展探析

李玉平　梁小红　牛宝龙　韩培德　王晓敏

［摘 要］文章结合具体实践，从凸显“以工为主，理工融合”的专业特色、探索具有国际视野的创新型复合人才培养模式、促进科研与教学、虚拟和现实的深度融合、构建产学研融合协同育人和创新平台、加强师资队伍建设等方面，探讨了材料类专业的特色发展理念与路径。

［关键词］材料类专业；理工学科融合；专业发展理念；人才培养模式

［中图分类号］ G640 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2022）10-0051-03

目前，全球正在进行新一轮的科技革命和产业变革，各种材料之间的相互交叉、融合已成为材料科学发展的主要趋势并引起广泛关注。为适应交叉学科的快速发展，满足新材料、新能源等涉及的新技术的不断升级对专业人才培养的新需求，太原理工大学（以下简称“我校”）通过将材料物理、材料化学和无机非金属材料工程三个专业整合为材料科学与工程专业，探索开展具备“以工为主、理工融合”特色的材料类专业建设思路和发展路径，以提高人才培养质量、优化教学资源、凸显专业特色，适应服务产业变革需求。

一、理工学科融合，优化材料类人才培养方案和培养模式

结合材料大类培养的育人理念和具有国际视野的创新型复合人才的培养目标，我校在大一就开设了材料科学与工程导论课程，为本专业学生展现材料科学与工程的发展全貌，使其初步了解材料领域的相关信息、拓宽知识面，培养学生学习和钻研材料的兴趣，激发学生的创新思维，构建具有“以工为主、理工融合”特色、兼顾国际化和开放性特点的人才培养模式。

（一）优化整合课程体系，注重课程设置的前瞻性、关联性和选择弹性

利用本专业拥有的科研优势和平台，形成以工程材料开发设计为基础，以先进陶瓷材料、新能源材料和器件以及材料腐蚀与防护为特色的专业建设理念，在人才培养方案和课程体系设置上，充分体现“以工为主、理工融合”的特色。

根据新工科的内涵特征，特别是适应区域经济发展、国家重大项目和国际发展前沿对材料类人才的需求，本专业以培养学生的科研能力、工程应用能力与创新能力为主线，构建与工程实际紧密结合的理论教学体系和实践教学体系[1]。理论教学体系包括学科大类基础课程、专业模块课程、前沿课程、能力拓展课程和选修课程群。实践教学体系包括在课堂上讲解材料学科专业实验的原理和操作过程，以及借助虚拟仿真教学中心模拟实训相关企业生产中遇到的工程实际问题两部分，实现线上线下结合的实践教学模式，培养学生利用科学方法和原理解决复杂工程问题的能力。本专业按照“模块化、开放式、个性化”的思路构建了实践课程内容[2]，涉及材料合成与制备、材料表征与测试、材料性能与应用、材料模拟与设计等多层次的实践能力训练，使材料科学与工程专业学生能掌握无机非金属材料、新能源材料、材料腐蚀与防護等方面的基本实验技能，培养其工程素质，为学生提供个性化的选择空间，彰显特色与个性。基于学科体系优化和交叉融合，本专业整合出更丰富、更系统化的实验项目模块，设置学科基础实验项目、专业必修实验项目、专业选修实验项目、跨专业方向选修实验项目、虚拟仿真实验项目以及开放性实验项目和创新性实验项目，便于学生在“大专业”实验平台上为自己量身定做实验课程内容。

（二）设置专业核心课程群，凸显主线，设置选修课程群，彰显个性和弹性

为了突出本专业的培养特色，凸显毕业生的专业能力和专业素养，我校尤其重视对核心课程群的建设。本专业按照“理工融合、大类培养”的人才培养理念，进行合理的课程整合，循序渐进地构建专业知识课程群。以材料物理化学为先修基础，以材料科学基础为主线设置专业核心课程群，让学生理解并把握材料的结构和组成（材料科学基础、材料科学与工程导论）、材料特征（材料现代分析方法）、材料性质（材料性能学）与材料制备流程（材料合成与制备技术）四个元素之间的密切关联。专业核心课程群之间既紧密衔接、有序融合，又各有侧重，充分体现了材料科学与工程专业中材料分析设计能力培养的过程，便于学生学习材料共性规律、掌握有关材料学科共同的基础和专业知识。同时，设置选修课程群，包括量子力学和统计物理基础、能源材料测试技术、新能源材料、功能无机材料与器件、先进无机结构材料、特种功能涂层、大学生就业指导、创新创业等课程，为学生提供前沿和基础类并重、兼顾社会适应性、体现个人兴趣、服务就业意向的弹性选修课程。

二、优化教学资源，构建产学研融合的协同育人实践教学和科研创新平台

新工科建设背景下，专业建设的思路是以产业需求为导向，紧密结合区域和社会经济发展需要，采用产教深度融合、协同育人的新型培养模式，通过校企合作、资源共享和优势互补的具体措施，推动材料科学与工程专业实现“由学科导向到产业需求导向”的转变，培养具有创新能力、工程实践能力和国际竞争力的拔尖创新人才，从而实现高校专业与产业发展的匹配，使学校和企业之间无缝对接[3]。

（一）构建虚拟仿真教学平台——实现虚拟与现实并重、以创新能力培养为核心的实践教学模式

材料类专业是实践性较强的工程应用型专业，在实践教学过程中存在一些普遍性的问题，如极端环境下的实验无法开展，周期性较长的实验无法合理分配学时，一些大型或综合性训练实验受设备台、套数限制，无法保障操作人次数。针对上述共性问题，构建虚拟仿真实验教学平台，可以协助学生完成系统训练，提高对实验内容的认知度，从而提升本科生实践教学质量[4]。 本专业的虚拟仿真实验教学中心分为三个功能区：虚拟仿真区、3D打印区、创新实验区。目前建设的虚拟仿真实践课程体系共分为三类：认知类虚拟仿真实验课程（金相制备、模具拆装、力学性能测试和物相组成仿真实验等）、实训类虚拟仿真实验课程（锂电池拆装过程仿真、太阳能电池组构造仿真、陶瓷烧结过程仿真、金属腐蚀过程模拟和轮胎制作过程仿真实验等）和创新类虚拟仿真实验课程（3D 打印虚拟仿真、电池工作原理仿真和新能源汽车动力系统仿真等）。通过建立线下实验、实践区，结合虚拟仿真体验或实训，实现了线上理论认知与虚拟操作、线下实践动手的结合，有利于学生在实践过程中提高理论水平，在理论知识学习过程中有针对性地提高实践动手能力和设计能力。

（二）建立校内科技创新平台和实践教学创新基地，激发学生的专业兴趣和创新意识

本专业通过搭建校内科技创新平台和实践教学创新基地，为创新人才的培养提供硬件支撑。积极组织学生参加大学生“挑战杯”等课外学术科技竞赛和申报大学生创新创业项目，学院也承办大学生全国金相技能大赛、大学生节能减排社会实践与科技竞赛、材料设计及创新大赛等。所有科研实验室均为学生开放，学生可通过网上平台预约实现班级观摩实践和定制的专业创新实践，从而努力保证创新人才的培养质量。同时，打造配备专门师资的新的实验实践创新教学体系和导师负责的开放实验项目，为创新人才培养提供全方位、多层次、多级别保障的实践和实训机会。此外，为学生配备学业导师，提供创新发展的软件支撑。学业导师从新生入學教育到大四学生考研就业各阶段对其学习和生活加以引导。根据学生发展阶段，学业导师的工作重点分别为：大一阶段帮助学生度过适应期，培养学生的专业兴趣和专业热情；大二阶段指导学生深入了解本专业培养目标，强化学科知识基础，树立明确的专业学习目标；大三阶段引导学生进入专业学习主轨道，培养学生的科学精神和实践能力，鼓励和引导学生参与各级各类科研活动和学科竞赛；大四阶段则围绕职业生涯规划和产业发展动态，对学生进行就业和深造指导服务。

（三）加强校企合作，构建校企联动的实践教学与科研创新平台

构建开放式实践教学平台和科研创新平台，完善面向学生全天开放的实验教学管理制度，这是办出材料科学与工程专业特色的一项重要举措，同时也是培养复合型、创新性人才的一项基本条件。本专业积极开展实践教学改革，建立校外实践体系，引入企业技术项目实践案例，共同优化课程教学内容；同时，通过校企合作共建材料科学与工程专业实践教学基地，探索校企联动的实践教学基地运行机制；实施学校为主体、企业参与的“学习、实践与技术服务”三结合的人才培养模式，设置配套培养方案及课程体系，提升学生的实践能力、创新创业能力，增强学生的社会责任感和就业能力。本专业鼓励学生参与教师的各类纵向和企业横向科研课题研究，使科研很好地反哺教学。建立毕业设计（论文）指导环节中的企业指导教师和专业教师“双导师制”，实施借助企业资源和条件、以解决企业技术难题为导向的培养模式和实践教学方式。

（四）构建国际化人才培养体系，开阔学生的国际化视野

随着经济的全球化高速发展，培养具有国际化视野的创新性与复合型人才势在必行。本专业侧重从多个角度培养学生的国际化视野，通过与澳大利亚伍伦贡大学合作办学，构建以“课程内容国际化+英语交流能力培养+国际化师资引入”为核心的国际化视野培养体系。为促进课程体系国际化，本专业采取的措施包括：专业课程内容实时更新，融入最新国际科研成果，促进教学内容国际化；积极引进国外先进的教材内容，逐步提高国外原版教材内容的使用比例；扩大双语教学范围，部分专业课采用阶段性或全过程的全英文教学，开设的双语教学课程主要由有多年海外学习研究经历的留学回国教师主讲，因为这些教师具有更好的专业知识储备、英语综合水平及国际化视野，便于将国内外成功的教育教学经验有机结合；重视国际交流与合作，包括聘请国外知名教授为本科生开设专业课程、邀请国外材料专家为本科生做学术报告、与国外多所知名高校建立合作关系、推荐学生到国外进行一学年的交换学习并认定修读学分等，以拓宽学生在专业领域的国际化视野，同时锻炼学生用外语学习和表达专业思想的能力。鼓励学有余力的优秀学生课后在专业教师指导下多阅读材料专业相关的英文文献，这对其后续的学习、科研生涯大有裨益。

三、打造科教协同、理工兼备并具有国际化视野的师资队伍

（一）加强教学与科研教师团队的整合、学科交叉，促进科研和教学协同

师资队伍是专业建设的重要保障。当前，科教协同融合已成为大学发展的基本理念，是培养具有国际视野的创新性复合型人才的重要途径 [5-6]。首先，加强教学与科研教师团队的整合，以科研带动教学是专业发展的重要举措。构建科研教学一体化团队是实现科教深度融合的最好方式，教师在科研和教学上交叉发展，努力兼顾科研和教学，并把学科发展前沿的内容融入课堂教学中，丰富了教学内容，从整体上提高了教学效果和质量，达到了协同育人的目的，进而推进了专业内涵建设。其次，科研与教学相结合是推动高校发展的原动力，高校应积极组织教师申报高水平学术研究项目，提高教师理论联系实际的能力，为专业建设提供强有力的支撑。最后，高校应大力支持教师编写突出本专业教学特色的相关教材，将教师的课题研究和最新科研成果引入教材，促进科研与教学的深度融合。

（二）加强高水平“双师型”人才队伍的建设，专兼结合，提升产业服务能力

培养以产业需求为导向的新工科材料专门人才，必须加强专兼结合的高水平“双师型”人才队伍的建设。高校应加强教师与相关材料产业领域专家之间的交流与合作，积极推动教师与相关材料产业领域开展产学研合作，形成一支热爱教学工作、教学和科研综合水平高、专业结构合理、年龄结构优化的师资队伍。本专业采用引培结合、专兼结合的思路进行“双师型”教师队伍的建设，积极从国内外高水平的高校和科研院所引进高水平人才，同时加大青年教师工程实践能力提升的力度，尤其是对没有企业工作经验的年轻教师加强工程实践培训，让其定期到企业了解前沿的工程实践动态，有计划地选送青年教师进入企业接受培训和锻炼。本专业积极探索新工科建设背景下兼职师资队伍的建设模式，近年来从大型国企聘请有丰富工程经验，工程实践能力强的科技、工程专家担任兼职教师或导师，构建了一支既可以进行理论教学和科研，又可以解决实际工程问题的教学队伍。

（三）注重教师的国际化视野培养，引育结合，实现师资队伍国际化

培养具有国际化视野的材料类专业人才，首先要保证师资队伍的国际化视野，这是实现教育国际化的必由之路。本专业通过制定各类激励政策，引进国际国内高层次人才，支持高学历青年教师参加国际交流和出国访学，增加国际交流质量和数量，优化教师学缘结构，不断加强师资队伍建设。近年来，本专业45周岁以下约67%的中青年教师有出国访学或者参加国际项目合作交流的经历，了解了当今最新的学科前沿、高等教育国际化动态、专业建设理念和育人模式，获得了较多的科研经验；还引进了多名留学多年的具有国际教育背景的教师和合作高校外籍教师，组建了教学团队，促进不同文化背景的教师进行专业知识和文化的交流融合，保障了师资队伍的国际化。

四、结语

综上所述，我校为促进国际化、创新性复合型人才的培养，创建了以“以工为主、理工融合”为特色的材料科学与工程专业，通过构建理工融合的专业人才课程体系和培养模式，优化教学资源，打造科教协同、理工兼备并具有国际化视野的师资队伍，结合具体实践探讨了材料类专业的特色发展路径。

［ 参 考 文 献 ］

[1］ 李莉，杨长龙，贾宏葛，等.“大类人才培养”模式下材料类课程体系的改革与实施[J].化工时刊，2015（3）：54-55.

[2］ 张钰，耿树东，王辰，等.材料类专业实施“学科大类人才培养”模式的思考[J].吉林化工学院学报，2018（12）：5-8.

[3］ 邓前军，陈东初，袁毅桦.基于应用型人才培养构建行业协同育人平台的研究和实践[J].教育教学论坛，2016（2）：131-133.

[4］ 卢艳丽，董文强，王永欣，等.材料类专业虚拟仿真实验教学中心的建设与实践[J].实验室研究与探索，2018（11）：153-157.

[5] 曲霞，宋小舟.高校教学名师的科教融合理念与实践：基于教学名师与普通教师调查问卷的对比分析[J].中国高教研究，2016（6）：97-104．

[6］ 吴元周，吕恒林.教研融合科研实验室促进本科创新人才培养[J].实验室研究与探索，2016（4）：252-255.

［责任编辑：钟 岚］