新工科背景下材料类应用型人才培养实践教学体系构建

张占伟　徐荣正　朱智　马琳　卢少微

［摘 要］在新工科建设背景下，传统专业亟须通过改造升级以适应行业发展和人才需求。文章分析了传统材料类专业实践教学中存在的问题，针对地方应用型高校的特点，提出了通过产教融合、校企合作、平台建设等途径，推动实践教学内容的创新、实施模式的改革以及评价体系的完善，并结合学校的办学特色，构建了面向新工科的航空特色应用型人才培养实践教学体系。经过不断的改革与实践，学生的实践创新能力得到了显著提高。

［关键词］新工科；应用型；材料类；实践教学；产教融合

［中图分类号］G642［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2024）04-0124-04

为积极应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展和“中国制造2025”等国家战略和倡议，教育部启动了“新工科”和“双万计划”等计划[1-2]。这些计划的提出为我国高等教育改革指明了方向，对推动我国企业的转型升级和社会快速发展具有重要意义。材料类专业作为我国高校开设最早的专业之一，在社会发展过程中，其专业人才在众多领域都发挥着重要作用，不仅服务于航空航天、武器装备等国防领域，还广泛应用于工程机械、医疗器械、生物工程、建筑材料、化工机械、车辆运输等领域。然而，随着社会进步和科技发展，企业对人才的需求提出了更高的要求。传统的材料类专业教学体系已经无法满足新工科对人才的新素质和新知识体系的要求。因此，对传统专业进行改造升级，以培养出符合新工科背景下工程人才培养标准的应用型、创新型工程人才，显得尤为重要。当前，我国正处于社会发展的关键时期，急需打破高校传统的封闭式人才培养模式，以开放的态度重新审视课程和知识体系，改革教学方法和培养模式，以满足社会对新工科人才的需求[3]。

沈阳航空航天大学（以下简称我校）是一所以航空宇航为特色，以工为主，工、理、文、经、管、艺等学科协调发展的多科性高等院校[4]，正致力于建设特色鲜明的高水平应用型大学[5]。我校材料类专业设有金属材料工程、材料成型及控制工程、功能材料、焊接技术与工程、复合材料工程5个本科专业，其中省级以上示范专业3个。我校每年为社会输送近300名毕业生，其中超过30%的毕业生在航空航天企业材料及其加工技术岗位担任要职。随着航空航天工业的快速发展和我国制造业的转型升级，培养具有航空特色的高水平应用型人才已成为辽沈区域经济发展和航空航天行业对我校材料类专业的殷切期望。在新工科背景下，我校将积极回应这一期待，努力提升人才培养质量。

一、当前材料类专业实践教学体系存在的问题

实践教学是新工科背景下培养应用型人才的重要途径。通过实践教学，学生能够更深入地理解和应用理论知识，从而成为具有创新意识的高水平应用型人才。目前，我校材料类专业的实践教学环节主要包括课内实验、工程训练、专业技能实验、专业课程设计、综合实验研究、专业实习、社会实践、毕业设计等，这些实践环节的学分占比约为专业总学分的32%。然而，新工科建设的人才培养目标是培养具备解决复杂工程问题能力、创新能力、终身学习能力和工程伦理意识的人才。当前，实践教学模式已无法满足这一人才培养目标的要求，其主要原因在于当前材料类专业实践教学体系普遍存在以下问题。

（一）实践教学理念滞后，重视程度不足

当前，在工程教育专业认证的背景下，“学生中心、产出导向、持续改进”的教学理念在理论课程中已得到实施，但实践教学仍采用传统的以教师为中心的教学模式[6]。例如，部分课程实验仍以教师示范为主，学生实践机会有限，缺乏设计性和创新性，反映出教师对新教学理念落实不够到位。同时，诸如终身学习和个性化学习等教学理念尚未完全融入实践教学，多学科交叉融合理念也有待进一步加强。在教学环节中，普遍存在着重理论轻实践教学的现象。由于实践教学过程复杂且难以量化，部分院校对实践教学过程的有效监控和教学效果评价存在不足。此外，材料类专业实践教学需要长期且大量的经费投入，短期且少量的投入很难产生显著的效果。

（二）实践教学内容陈旧，更新速度缓慢

近年来，随着我国社会经济的迅猛发展，正由制造大国向制造强国迈进。在这一进程中，新材料、新技术层出不穷，新兴学科不断涌现，学科的交叉融合也更为紧密。然而，相比之下，部分材料类专业的实践教学内容却显得相对陈旧，普遍存在几年甚至十几年都未进行更新的情况。此外，由于资金投入不足，高校先进设备的更新速度严重滞后于企业。例如，砂型铸造、手工电弧焊等传统的材料成型和连接方法仍是材料类专业实践教学的主要内容，而精密铸造、连铸连轧、高能束焊接等先进制造设备在高校中并不普遍。这种情况不仅降低了学生的学习兴趣，而且导致培养出的学生难以适应社会的实际需求。

（三）實践教学手段单一，学生参与不足

部分课内实验和专业技能实验仍采用传统的分组方式进行，学生在教师的指导下完成实验，主要以线下观摩、演示和验证性实验为主。然而，这种方式受时间、空间、设备数量等多种因素的制约，导致学生参与度低，实验效果不理想。此外，高污染、高能耗、危险度高的实验往往难以开展。在“互联网+教育”的时代背景下，信息技术的广泛应用实现了教育的互联互通，打破了传统的时间和空间限制。通过数字化虚拟仿真技术，学生可以更直观、安全、节约地进行实验，从而有效提高实验效果和学生的参与度。

（四）教师工程实践能力不足

教师的工程实践能力对实践课程的教学质量具有决定性的影响。优秀的师资队伍建设不仅是新工科建设的内生动力，也是新工科实践教学改革的重要保证[7]。对于材料类专业而言，实践教学教师不仅需要具备扎实的理论知识，还需要具备丰富的、与时俱进的工程实践经验。然而，目前材料类专业教师的聘用方式大多以博士直聘为主，他们往往缺少工程实践经历以及技术创新和解决复杂工程问题的实战经验。这导致现有的实践教学与工程实际、产业发展需求脱节，不利于新工科人才实践能力和创新能力的培养。因此，加强教师的工程实践能力培养，优化师资队伍结构，对于提升新工科实践教学质量具有重要意义。

（五）实践教学缺乏思政元素

当前，实践教学主要关注学生将理论知识应用于工程实践的能力，以培养实践能力和创新意识为主，但往往忽略了实践环节所蕴含的政治信仰、职业道德、科学思维、工匠精神等思政元素，未能充分贯彻国家对高等教育提出的“三全育人”的要求，即“全员育人、全程育人、全方位育人”。因此，需要在实践教学中深入挖掘和融入这些思政元素，以实现全面育人的目标。

二、实践教学体系改革的具体措施

在新工科建设背景下，我校材料类专业实践教学体系亟须改革。针对原有实践教学体系存在的不足，本文提出通过产教融合、校企合作、平台建设、模式改革、内容重构等途径，创新实践教学体系，并结合航空类高校的办学特色，构建“产教融合、虚实一体”的材料类航空特色应用型人才培养实践教学体系。

（一）改革实践教学内容、创新设计理念，构建“基础—综合—创新”多层次实践教学体系

基础型实验是实践教学体系的基础，当前我校材料类专业的基础实验独立于理论教学，虽然该模式有利于实验教学的组织实施，但也导致了理论与实践的脱节。课程团队教师作为实验内容的主要负责人，主要负责实验教学大纲制订、实验方案设计，并参与实验过程的实施。实验中心专职人员则主要负责设备的维护与调试，并协助各课程团队组织开展实验教学工作。综合性实验依托材料学科的科研优势和办学特色，设计了一系列涵盖本专业知识的实验项目。这些项目的实施包括文献调研、实验方案设计、设备操作、数据采集分析等环节，旨在培养学生的专业素养和综合素质。创新性实验依托材料学院的学科平台、大学生科技创新俱乐部和产学研合作基地资源，紧密结合科研与教学，围绕学科前沿和技术攻关，提炼出具有创新性的实验项目。学院各科研平台和研究团队积极提供创新性实验项目，并通过实施本科生导师制，鼓励学生尽早参与课题、进入实验室和研究团队，充分利用各平台的现代化专业设备，有效组织实施项目。

（二）深化产教融合、校企协同育人，打造产、学、研、创多维度实践教学育人平台

深化材料类专业与相关产业、企业的融合发展。一方面，加强与产业的紧密联系，及时了解产业需求和发展趋势，以便更新实践教学内容，确保教学内容与时俱进；另一方面，通过校企共建、共享实践教学平台，积极开拓实践教学基地，为学生提供更多的实践机会。同时，通过校企人员互聘提升师资队伍的实践教学水平，高校可聘请具有丰富经验的工程师担任创新创业教学指导教师，并选派青年教师到企业挂职锻炼，利用他们的理论优势帮助企业解决技术难题。这些企业工程师和青年教师将企业的实际工程案例带回学校，作为学生的创新创业研究课题。学生在高校和企业双导师的指导下开展实验研究，积极参与各类学科竞赛和创新创业大赛，并尝试发表论文和申报专利。在新的培养方案中，设定不低于2学分的创新创业栏目，学生可以通过申报大创项目、参加教师科研项目、参加校级及以上学科竞赛等途径获得学分。通过改革，打造产、学、研、创多维度实践教学育人平台，为培养高素质的应用型人才奠定基础。

（三）融合信息化技术，建立虚实一体、线上线下结合的实践教学模式

针对材料学科实践教学中存在的痛点与难点，积极开发和引进虚拟仿真实验项目，如操作复杂、成本高昂、难以直观观察的微观现象，以及需在极端环境下进行的高危高污染实验等。通过虚拟与现实相结合的教学手段，学生可以在虚拟环境中熟悉操作流程，有效避免实际操作中的误操作危险。虚拟实验能更直观、形象地展示实验原理和作用机制，结合实际操作，可以加深学生的理解，达到更好的学习效果。学院通过专项经费支持，成立了材料类专业虚拟仿真实验教学团队，并与合作企业紧密对接，引进企业的先进实验项目。通过校企合作共同开发虚拟仿真实验项目，确保教学项目不断更新。在教学模式方面，整合材料学院各专业的实践教学资源，充分利用我校智慧教学平台，开展实践教学数字化平台建设。学生可以通过线上平台完成实验预习、方案设计、模拟操作等环节，线下则进行真实的实验操作和数据采集分析。这种虚实一体、线上线下相结合的实践教学新模式，既充分利用了现代技术手段，又保留了实践教学的真实性和有效性，有效提升了实践教学效果。

（四）结合行业特色，推进材料类专业实践教学内容的航空特色化教学改革

紧密依托航空院校的行业背景优势，积极探索材料类专业的航空特色教学改革，以实现差异化发展，形成相较于其他高校同类专业的错位优势。围绕我校“一心三环”航空特色教学平台，将专业实习、课程设计等集中实践与飞机生产线、航空发动机生产线主动对接，打破学科壁垒，与航空宇航学院、航空發动机学院的教师共同制订实习方案。近两年来，材料学院部分专业依托“一心三环”平台开展了为期一周的专业实习，使学生对航空产品的结构设计、材料选择、成型工艺等方面有了更深入的了解，实习效果良好。在校外，持续加强与航空航天类企业、科研院所的交流合作，建立长期稳定的实习实训基地。同时，将航空特色化实践教学改革推广到其他实践环节，如在课程实验和综合实验研究中，通过融入航空材料、航空结构设计、受力分析、航空结构件铸造、焊接加工工艺等内容，构建具有鲜明航空特色的实践教学体系。

（五）探索实践教学课程思政实施方案，全面落实“三全育人”

实践教学作为实施课程思政教育的重要环节，蕴含着科学精神、哲学思维、工程伦理等丰富的思政元素。因此，应深入挖掘实习、实训、创新创业、学科竞赛、项目研究等实践环节中的思政元素，并开发课程思政优秀案例。通过观摩、研讨等方式，提升教师在课程实施方面的能力，确保课程思政在实践教学环节得到落实。对此，学院组建了课程思政教学团队，利用超星线上平台建设了材料类专业课程思政资源库，定期举办优秀课程思政优秀案例征集活动，邀请思政课教师开展讲座，并组织课程思政实施方案的经验交流座谈。通过转变思想、提高水平，逐步实现课程思政实施的常态化，真正实现“三全育人”新局面。

（六）探索多元化实践教学评价模式

实践教学组织形式多样且教学目标繁多，传统的以教师为评价主体、以实验报告和实习总结为评价对象的模式，无法全面评估学生的能力。因此，需要根据不同实践教学内容，探索多元化的实践教学评价模式。以项目式实践教学为例，每个小组由2～3名学生组成，共同完成项目，考核内容不仅包括实验操作和问题分析能力，還包括文献调研、团队协作、语言表达能力。因此，采用项目指导教师考核和小组成员互评的多元化评价模式更为合理。指导教师根据项目实施过程中学生的总体表现，结合项目报告和项目答辩情况对学生进行评价；小组成员则根据实际承担的工作量、团队交流合作情况等进行互评。通过这两种模式的综合评价，不仅能够客观、公正地反映学生在项目中的实际贡献，还能有效激发学生的积极性。

三、结语

经过近几年的改革与实践，我校建立了面向新工科的产教融合、虚实一体的材料类航空特色应用型人才培养实践教学新体系，重构了实践课程体系和教学内容，拓展了20余个优质产学研合作实践教学基地，聘请了36位高工级企业导师，并成功立项了18项教育部产学协同育人项目。通过校企业协同培养，已有百余名本科生受益。学生的实践能力和创新意识得到了显著提升，他们在全国高校大学生金相技能大赛、焊接创新大赛等省级、国家级学科竞赛中获奖200余项，发表了36篇核心期刊论文，并成功申报了11项发明专利。近年来，材料类专业本科生、研究生录取率均在40%以上，毕业生年终就业率超95%，办学质量得到了同行和社会的广泛认可。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 林健.深入扎实推进新工科建设：新工科研究与实践项目的组织和实施[J].高等工程教育研究，2017（5）：18-31.

[2] 杨振朝，李言，李淑娟，等.新工科背景下机械类专业实践教学改革与实践[J].高教学刊，2019（19）：121-123.

[3] 贺道中，高泽平，张波，等.“新工科”背景下冶金与材料类专业“四位一体多维联动”实践教学体系探索[J].中国冶金教育，2021（6）：74-77.

[4] 王志坚，王明海，张景强，等.产教融合、虚实结合培养航空特色机械类应用型人才改革与实践[J].现代商贸工业，2021，42（25）：72-73.

[5] 张占伟，国旭明. 基于航空特色的金属材料焊接性课程教学改革［J］.大学教育，2018（12）：33-35.

[6] 陈晓明.机械类专业新工科背景下实践教学的改革与实践[J].中国现代教育装备，2022（9）：86-88.

[7] 朱正伟，马一丹，周红坊，等.教学、科研、工程实践：工科教师三大核心能力的相互关系[J].高等工程教育研究，2020（2）：61-67.

［责任编辑：梁金凤］