基于科教融合和学科交叉策略培育兼有新工科特色的材料化学专业人才的改革与实践*

艾建平，多树旺，胡 敏，赵菁雨，李文魁

(江西科技师范大学材料与机电学院，江西 南昌 330038)

江西科技师范大学材料化学专业以“专业综合改革试点”、“智能创新工作室建设”、“江西省卓越工程师计划项目”、“新工科建设”等省部级质量工程建设为契机，联合教育学、机械工程、金属材料和化学等学科背景的骨干力量，对我校材料化学专业人才培养模式进行持续改革与优化，形成了材料化学专业人才培养方案并试用4年[1]。

1 材料化学专业教育存在的问题及教学改革背景

随着我国传统材料行业的转型升级和新材料产业的快速发展，新经济和新产业对材料化学专业人才提出了更高标准。新材料产业对人才需求具有鲜明的科学工程方面的积累性和跨学科的复合性等特征。然而，目前地方应用型高校材料化学专业人才培养面临诸多挑战，例如科研-教学协同发展、相互促进的良性循环未能形成，学科间交叉融合难度大，过于注重科学理论创新，缺乏工程构思、设计与综合应用能力的训练，课程体系难以适应新材料产业、新经济和新技术对高素质复合型人才的需求[2-3]。

为了贯彻落实立德树人根本任务，材料与机电学院坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的理念，创立了兼有新工科特色的材料化学专业人才培养模式(如图1所示)，以科教融合和学科交叉“双轮驱动”，通过培养目标与产业需求、专业教育与思政教育、课程体系与科研创新“三结合”，实现学生职业素养、人格品质和实践创新能力“三提高”，其具体内涵包括以下三方面。

图1 兼有新工科特色的材料化学专业人才培养模式Fig.1 The talent training mode of material chemistry specialty with new engineering characteristics

1.1 教学改革“双轮”驱动

通过科教融合和学科交叉“双轮”驱动专业教学改革，优化课堂知识结构，改革教学方式，实现专业课程与思政课程协同育人，培养学生扎实专业素养和优秀品质。通过优质科研资源高效转化为优质教学资源，实现学生知识的发现和应用，强化创新实践能力的训练，培养学生解决复杂现代工程问题的能力。改变传统的单一学科知识传递，形成多多学科知识建构，实现了课程体系整体性和灵活性、开放性的统一，培养学生创新思维和跨学科合作能力。

1.2 培养方案“三结合”

在成果导向和协同育人教育理念指导下建立了培养目标与产业需求、专业教育与思政教育、课程体系与科研创新“三结合”的兼具新工科特色的创新人才培养方案。从重构课程体系，最新科研成果进课堂，创新教育教学方法，挖掘专业课程思政元素，强化科教融合和学科交叉深度等方面，全方位推进了地方应用型本科院校材料化学专业升级再改造，在专业授课过程中实现了知识传授、能力培养和价值引领的有机统一，满足新材料产业和新经济对高素质人才的要求。

1.3 毕业标准“三提高”

恪守“明德精业”校训，秉承“立德树人”教育理念，培养学生科学思维、创新实践能力和爱国敬业精神，勇于奋斗和善于创造的职业素养和职业道德，增强其职业岗位的荣誉感，实现材料化学专业毕业生人格品质、创新实践能力和职业素养三方面综合素质稳步提高。

2 材料化学人才培养改革的主要措施

2.1 坚持立德树人，深入实施课程思政建设

充分挖掘科学仪器的发展演变和各种概念理论中包含的哲学内涵，培养学生的辩证思维能力和运用哲学方法解决专业问题的能力。依托老一辈自然科学家、检测分析家的孜孜探索事迹，融入到课堂育人素材中，树立学生科研报国、社会责任感和使命担当。从材料的设计、制备、性能检测和产业应用等方面树立学生职业荣誉感和奉献精神。挖掘课程中蕴含的历史人物光辉事迹，培养学生见贤思齐的奋进精神[4]。丰富课程线上教学资源和良好线上沟通渠道，有效开展线上教学、讨论、答疑等教学内容，提供短小精悍的人物事迹视频，增强学生作为材料化学专业一员的荣誉感，实现全程、全方位、全员育人，将“价值塑造、知识传授和能力培养”三者相互统一贯穿整个人才培养全过程[5]。以讲授的《材料力学性能》课程为例，在讲授第一章节材料在单向静拉伸载荷下的力学性能时，引入南昌英雄大桥的大工程案例，分析单向静拉伸载荷下斜拉索索力分析，激发学生学习兴趣，培养科学素养，弘扬优秀文化，从而热爱南昌；介绍3位代表性科学人物胡克、泊松和郑玄创新勤奋事迹。这样结合具体的授课知识点，衍生出相应的思政素材，对学生的教导起到润物细无声的效果。另外，学习强国里也包含了丰富的思政素材，如人物栏目中的时代楷模、最美奋斗者、身边的感动等；科技栏目中的科技思想研究、科普知识、中国科技史、世界科技史；听文化、听原著音频栏目：功勋、超级工程、给“90后”讲马克思、家国70年；看理论视频栏目：我们走在大路上等。党员教师在自身学习思政素材的基础上，可以很好地将这些内容转化为教学素材，正面引导学生向优秀人物学习。

2.2 重构课程体系，创新教育教学方法

由学院组织行业专家、资深教授和教学管理人员对专业人才培养方案进行修订和审议，增加课程中的实践环节课时比例，聘用企业导师参与实践环节教学与指导，使得培养目标与新材料产业、新经济需求相适应。同时，课程体系完整地支撑了学生的毕业要求。通过2015-2018四年/届“材料化学综合改革实验班”的实施和探索，已将改革经验融入2019级人才培养方案，并已全校铺开实施。实施信息技术与传统课堂教学有机融合的新型混合式教学模式，实现两者优势互补，提高学生参与课程教学的积极性和主观能动性[6]。依托网络信息环境，开展多元混合式教学实践，提升专业课程的授课质量和学生参与课堂教学的主动性。在学生自主学习环节，教师提前布置学习任务、在网络平台上发布学习任务书和学习指导书；学生课下通过查阅文献、研读教材、研读授课课件、观看微视频等资源，撰写学习报告，提交在网络教学平台上；教师查阅学习报告，及时跟踪指导和评价。在实施对分课堂教学中，教师选择合适的教学内容，开展“教师讲授+学生讨论”的合作学习模式，逐步引导学生会学习、会表达、会思考、会提问和会解决问题。教师根据学习状况，将学生分成4人一组，布置下一堂课的讨论主题；小组成员依据讨论主题，课后查阅资料，相互交流；教师与学生相互讨论，针对共性问题给出解答，同时展示、点评优秀作业，促进学生共同进步。在小组协作探究学习中，教师提前在网络平台发布小组探究学习项目，学生各自独立完成自己的任务，学习有困难的学生可以求助组内成员帮助；课堂交流环节中，教师鼓励学生登台讲解思考过程和解决问题方法，教师针对含糊不清之处给予指导。

2.3 深化科教融合，加强学生实践训练和科学思维能力培养

打造材料化学专业实验教学示范中心和省级表面工程重点实验室为主体的“校内创新实践”双平台(如图2所示)，为材料化学专业开设6门核心实践课程提供硬件支持，实践课程重点开设综合性，设计性以及创新性三大类实践项目；以博士、教授科研团队的科研项目为依托，将部分科研设施转化为实验教学设备，将科研项目转化或移植为学生创新实训和学科竞赛项目，派生出一批综合性、探索性的实践项目[7]。教师依托研究较为成熟的科研项目转化成本科生科技创新类竞赛项目，指导老师扶着本科生走一程，树立学生对科研探索的热情和信心，逐步培养学生学以致用的成就感和责任感。《材料测试分析实验》课程的专任教师一方面给学生讲授材料微观结构的特征，同时树立学生对微观世界的好奇心，指导学生参加微结构摄影大赛，培育学生的美感和情操，打造出艺术情感、高级技术和科学思维有机结合的范例。

图2 “校内创新实践”双平台协同育人的新实践教学体系Fig.2 The new practice teaching system for collaborative education about “Campus Innovation Practice” double platform

2.4 强化学科交叉，形成学生创新能力“金字塔”培养体系

以专业基础入门熏陶为起点，帮助学生了解材料学科历史文化、材料研究现状和发展趋势，鼓励学生追求卓越目标；以院级专业竞赛锻炼为依托，增强学生知识储备，提高学生分析问题、动手实践和开拓创新精神。积极吸纳具有机械、金属和化学学科背景的专任教师指导学生参加各类交叉学科或者本学科技能大赛，以赛促学、以赛促练，着力提升学生专业素养和创新能力。以校级自主创新项目为载体，提升学生创新能力。通过开展校企合作讲座、开办“红谷之声”讲坛、组织学生到企业顶岗实习等，让企业创业文化元素与校园学术文化融为一体。积极与企业开展长期、深度合作，引进企业创新创业文化，实现校企实践训练一体化。通过普及教育课程模块和结合专业教育课程模块的学习，让学生完成创新创业知识积累，激发学生的创新创业意识(包括创业需要、动机、兴趣和信念等)和热情，使其对创新创业教育由感性认识上升到理性认识，为实现创业实践奠定基础，完成知识与意识培养阶段的目标。从优化调整创新创业教育理念、构建全面的课程体系、构建多维的实践体系、营造良好的创新创业文化环境、打造具有创新创业精神的教师队伍和构筑全程化的保障体系六个方面出发，实现创新创业教育理念融入到高校材料化学专业复合型、创新型人才培养计划当中，培养出具有创新精神，同时具备实践能力、兼有新工科特色的材料化学专业人才，实现院系自身资源不断增值，并服务区域经济发展。

3 材料化学专业“科教融合”教学改革实践案例分析

以专业教师艾建平指导学生开展“大学生创新训练计划项目”和本科生毕业论文工作为例，专任教师在其承担的国家自然科学基金“发泡-注凝成型制备钇稳定氧化锆多孔陶瓷及其在热环境下的微结构演变研究”和省级自然科学基金“ScYSZ-Al2O3复相泡沫陶瓷的微结构调控及抗热震破坏机制研究”基础上，合理划分出一部分实验难度适宜的工作，委派给本科生来尝试完成。例如在经费的支持下，将国家自然科学基金中的发泡剂含量优化实验工作让一组学生来承担，学生利用周末或者寒暑假的空余时间进入专任教师实验室开展探索工作；另外，在省级自然科学基金经费支持下，指导学生以“氧化钪和氧化钇共稳的氧化锆陶瓷相稳定性与力学性能研究”题目为本科毕业论文，指导学生开展相应的实验工作。表1为部分专任教师研究课题转化大学生创新训练项目或本科毕业论文。

表1 部分专任教师研究课题转化大学生创新训练项目或本科毕业论文Table 1 Some of the full-time teachers’ research projects are transformed into innovative training projects or undergraduate graduation papers

指导教师安排部分感兴趣的学生参与科研实践工作，并及时给予学生团队成员实验指导，让学生了解整个课题需要解决的问题和主要解决问题的思路。大学生创新训练团队成员在指导教师的带领下，学会应用部分实验科研设备来验证实验解决方案的可行性，并得出有效的实验结论，达到实现“分析问题-提出解决方案-实践验证方案-持续改进方案”这样一条完整链条的创新训练目的。图3为专任教师指导学生开展创新训练的实况图。

图3 专任教师指导学生开展创新训练的实况图Fig.3 A real picture of a full-time teacher guiding students to carry out innovative training

4 结 语

近五年来，材料化学专业建设成绩显著：(1)毕业生服务于区域经济发展能力显著增强，大约占总就业人数的43%左右毕业生直接就职于省内高新企业，用人单位满意度高达95%以上；平均考研升学率26.45%，不少学生进入哈尔滨工业大学、上海大学等国内一流高校深造，反映学生自主学习能力和追求卓越品质的双重提升。(2)专业教师教学能力和参与教学改革不断深化。100%的专业教师承担专业课程教学改革活动(包括优质课程建设、承担教学改革课题和出版规划教材等)，已有28.75%的专业课程成功实施课程思政教育；荣获省级教学成果二等奖1项，校级教学成果奖二等奖2项，校级优质课程6门，出版教材3部。(3)学生学以致用与实践创新能力大幅增强，学科与技能竞赛硕果累累。学生参加各类创新训练项目或者教师科研项目实现全覆盖，在重量级学科竞赛中荣获省级以上奖励达60人次，占学生总人数的38.71%。