新工科背景下中南大學材料化學專業人才培養模式的思考

李松林+伍秋美+黃勁松+李篤信+劉繼進+周忠誠+方華蟬

摘要：國民經濟的轉型升級急需新工科人才。論文根據新工科對人才的要求，并結合中南大學材料化學專業特點，探討新工科人才培養模式。分析了本專業新材料的具體發展方向及對本科生能力和素質的特定要求，提出了適應新工科人才培養要求的課程體系設置，并對課程內容、課堂和實驗教學方式的改革方法提出了一些建議。

關鍵詞：新工科；材料化學；人才培養模式

1.新工科的提出及對新材料人才的要求分析

當前，世界范圍內新一輪科技革命和產業變革加速進行，綜合國力競爭愈加激烈。國家實施創新驅動發展、“中國制造2025”“互聯網+”“一帶一路”等重大戰略，以新技術、新業態、新產業為特點的新經濟蓬勃發展，要求工程科技人才具備更高的實踐能力、創新創業能力和跨界整合能力，這些新興產業的發展，對工科人才提出了新的要求[1]。

目前中國擁有世界上最大規模的工程教育，每年工科本科畢業生過百萬。但工科人才存在人才結構性過剩與短缺現象，傳統產業人才素質提高和轉崗轉業任務艱巨，領軍人才和大國工匠緊缺，先進制造技術領域人才不足，支撐制造業從大向強轉型升級的能力不強。高校的工程人才培養與企業實際需求脫節，產教融合不夠深入、工程教育實踐環節薄弱，學校和培訓機構基礎能力建設滯后是普遍存在的頑疾[2]。

新經濟的發展對傳統工程專業人才培養提出了挑戰。新工科要求適應未來新興產業和新經濟，著眼于互聯網革命、新技術發展、制造業升級等時代特征，交叉融合科學、人文、工程知識，培養復合型、綜合性人才?？梢哉f，新經濟對人才提出的新的目標定位與需求為“新工科”提供了契機，新經濟的發展呼喚“新工科”。正因為新工科是一個新事物，2017年2月教育部發布了《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，希望各地高校開展新工科的研究實踐活動，深化工程教育。在該文件中，新工科的主要研究內容被歸納為“五個新”，即工程教育的新理念、學科專業的新結構、人才培養的新模式、教育教學的新質量、分類發展的新體系[1]。

相對于傳統的工科人才，“新工科”人才是工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才。新工科人才不僅要在某一學科專業上學業精深，而且還應具有“學科交叉融合”的特征；他們不僅能運用所掌握的知識去解決現有的問題，也有能力學習新知識、新技術去解決未來發展出現的問題，對未來技術和產業起到引領作用；他們不僅在技術上優秀，同時懂得經濟、社會和管理，兼具良好的人文素養。其中快速探究性學習新事物的能力應該是學生最核心的能力[3]。

也是在今年2月教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部聯合印發了《制造業人才發展規劃指南》，人才需求巨大且短缺嚴重的制造業十大重點領域是：新一代信息技術產業、高檔數控機床和機器人、航空航天裝備、海洋工程裝備及高技術船舶、先進軌道交通裝備、節能與新能源汽車、電力裝備、農機裝備、新材料、生物醫藥及高性能醫療器械等10個專業。新材料專業不僅榜上有名，且這份《指南》中，其它9個重點專業的發展都離不開新材料及其制備技術的突破[3]。新工科將一躍成為大學里最熱門的專業之一。

由上分析可以看出，新工科的探索和實踐是個宏大的課題，新材料是新工科的重要領域。本文將對中南大學材料化學專業培養新工科人才的模式進行探討，并期望對綜合型大學同類專業培養新材料方向的新工科人才的研究具有一定參考價值。

2.新工科背景下材料化學專業培養能力與素質的要求及課程設置

綜合大學利用多學科優勢催生交叉學科，特別是以理科為基礎的有應用前景的新興學科值得大力發展；同時需要創新人才培養模式和機制體制[1-3]。材料化學專業就是中南大學材料和化學優勢學科交叉催生的新專業。中南大學材料類專業的優勢是有色冶金材料、結構材料等傳統工科方向[4]，結合新工科的形勢[5-7]，在新工科背景下我校材料化學專業需主動與新材料融合，注重信息化帶動工業化、高性能結構材料和具有前期科研優勢的功能材料等方向，可發展新型復合材料、納米粉體、新能源電極材料、無機功能材料、氣相沉積的表面涂層材料等新材料。培養能從事新材料合成與制備、材料表面技術研究開發和生產管理的高層次專業人才。畢業生除面向有色冶金等材料外，還可適應電子、航空航天、新能源等應用領域，學生可也在打下一定基礎后，按自己的興趣轉專業到生物醫學、微制造與再制造、工商管理等專業。

按新工科人才要求，本科生既要保證化學和材料的理論和基礎知識的學習，還要強化綜合能力培養，成為高素質人才。能力和素質培養要求分析如下。

1）能力要求

學生需掌握材料學科和材料化學專業基礎理論知識、技術，具有較強的工程設計、實踐技能，能自主學習、具有分析和解決本專業問題的能力和一定的創新能力；同時具有一定的組織管理能力、團隊領導能力和較強國際化競爭能力。具體可分解為以下5個能力：

①具有應用本專業所必需的學科基礎理論和基礎知識分析問題的能力；

②掌握運用現代信息技術獲取相關信息的基本方法；具有較強的外語綜合運用能力，具有寬廣的國際化視野和社會交往能力；

③具有良好的思辨能力；

④具有一定的應用本專業的理論、技術、工藝等相關知識發現、分析和解決本專業問題的能力；具有一定的創新的能力。

⑤獲得較好的工程實踐訓練，具有本專業必要的制圖、設計、計算、測試、調研、實驗與基本工藝操作等基本技能，具有綜合分析和解決工程實際問題的能力。

2）素質要求

具有良好的科學素質、人文素質、職業素質、精神素質和專業素質。

①科學素質

能夠理解并掌握科學原理、方法等科學本質，善于發現問題，敢于提出問題。

②人文素質

具有正確的人生觀和世界觀。了解一般的社交規范，遵守社會公德，誠實守信，具有良好的是非分辨能力，善于理解人，熱心幫助他人，具有較強的適應能力。

③職業素質

具有很強的職業道德素質和職業精神，愛崗敬業，嚴謹認真。具有良好的質量、安全、服務和環保意識和公民意識。

④精神素質

具有社會責任感，關心時事，關注社會。具有實事求是的科學態度和積極向上的工作作風。富有進取精神，能夠經受挫折與失敗。

⑤專業素質

具備良好的科學思維方法，較強的溝通表達與寫作能力，及競爭與合作能力。能夠發現并解決實際工程應用問題。

對應培養的5個能力，參考我們原來的課程體系[4，8-10]本科期間課程設計考慮如下：

為培養能力1，開設的課程有：高等數學、大學物理、工科大學化學系列課程（無機與結構化學基礎、有機化學基礎、物理化學）；工程基礎（工程制圖基礎、機械設計基礎、工程力學、電工學技術），專業基礎（材料科學基礎、材料化學基礎）等。

為培養能力2，開設的課程有：計算機程序設計基礎、文獻檢索與數據處理、創新創業導論、大學英語。對于英語基礎較好的可以免修普通的大學英語課，選修提高課程，如新聞英語視聽、英漢口譯、商務英語、英語公眾演講、高級英語寫作等。

為培養能力3，開設的主要是思政教育類課程：大學生心理健康教育、思想道德修養與法律基礎、形勢與政策、中國近現代史綱要、馬克思主義基本原理概論、毛澤東思想與中國特色社會主義理論體系概論；畢業教育。

為培養能力4，開設的主要是必修和選修專業課程：專業課有：材料性能學、材料分析測試技術、材料表面技術、材料化學合成與制備、工程材料概論、材料腐蝕與防護；專業選修課有：固體物理導論、功能材料概論、復合材料、無機材料、納米材料、粉末冶金原理等課程。

為培養能力5，需強化工程實踐。每個學期都開設不同類的實踐課程，如通識課程實驗課、專業課程實驗課、集中實踐等。通識課程實驗課：工科大學化學實驗——基本操作、大學物理實驗、物理化學實驗、制造工程訓練、電工電子實驗、機械設計基礎課程設計。專業課程實驗課：材料科學基礎實驗、材料結構及性能表征實驗、材料制備與表面工程實驗；集中實踐：認識實習、生產實習、材料專題研究、畢業實習與畢業論文（設計）。為提高個性化培養，還要求學生進行課外研學，包括創新創業實踐（含創新創業項目、科研訓練、學科競賽、論文成果等）、開放性實驗、社會實踐、實驗室技術安全與環境保護知識學習培訓、技能考試、素質修養等，修滿一定學分即可。

為提高對新材料的認識和學習興趣，進校即開設新生課- 材料與人類文明。

對應5個素質的培養，本科期間課程設計考慮如下：

為培養素質1，3，4開設的課程有：思政類課程、體育。

為培養素質2開設非工科門類課程的文化素質課： 如音樂、美學、國際關系、市場營銷、個人修養等，可自行選擇時間修滿。

為培養素質5，對應的課程有各類基礎課和專業課、各種實踐教學環節。

3.課程內容、課堂和實踐教學方式的改革

新工科人才培養的課程體系設計非常重要，課程內容、課堂和實踐教學方式的改革是實現新工科人才培養目標實現的關鍵[11-12]。根據我們的理解和思考，提出一些相關建議。

課程內容更新方面在保留經典理論的同時于基礎課程注重引入新工科的內容。如計算機課程中加強互聯網基礎的內容；機械設計與實踐課程引入計算機三維立體設計內容。將新材料內容融入各基礎和專業課程中，如新材料涉及的理論可包含于大學物理、固體物理導論課程；新材料的結構及表征包含于材料化學基礎、現代材料分析測試技術課程；功能材料的性能介紹包含于材料性能及測試課程；新材料合成的原理和技術內容包含于材料化學基礎、材料的化學合成課程等。

課堂教學也需探索模式改革，著重提高學生主動參與性和思辨能力。學校大力提倡的開放式精品課程建設其實就是順應新工科的有效模式。要精心設計課堂教學環節，提高學生課堂的參與意識?？商剿髟趯I基礎課、專業課程教學中設置課程論文撰寫環節和課程論文討論環節，培養學生分析問題、獲取信息、歸納整理的能力。重視“啟發式”教學、“討論式”教學和“分層次”教學，重視不同個體的個性特征和認識特點。教學中加大案例和問題式教學比重，課堂教學設置質疑環節，留出一定討論時間，開展小組辯論、小論文撰寫、大型題目答辯等等多種模式。嘗試給學生提供形式多樣的與課堂教學不同的學習課件：如只列出要點，促使學生作筆記或比講課的內容更詳細，拓展講課內容等。提高學生的學習主動性、積極性，滿足學生多元需求，培養學生思辨能力。完善和豐富課程考試形式，根據課程實際情況，將創新實驗報告、小論文（設計）、調查報告、課程論文等納入考核體系。

實踐教學方面，需建設和完善適合新材料實驗實踐的平臺，強化創新能力培養。材料化學具有技術方法多、涉及的材料種類及其應用面廣的特點，需建設具有新材料特色的實驗平臺和具有“設計性-綜合性-創新性”的三性實驗。結合粉末冶金研究院在粉體材料領域的優勢，加強基于化學原理制備高性能粉體及粉體材料領域的實驗體系、創新教育體系建設；增加自主設計型、創新性、綜合性和課外開放實驗，如可開設納米粉體的合成、新能源材料及復合材料制備、氣相沉積、磁控濺射、3D打印等相關內容的實驗，使學生真切感受認識新材料和新技術，將來能與新材料產業迅速接軌。

與企業開展產學研合作，共建創新平臺。在專業課程教學、實踐性教學環節、畢業論文（設計）、教師培養等方面與行業、企業、科研院所等深度合作，探索出校企聯合培養高水平研發型人才的新模式和新機制。

參考文獻：

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[12]劉清泉，肖秋國，陳麗娟，申少華，易清風. “材料化學”湖南省特色專業建設的思考（一）——人才培養方案， 當代教育理論與實踐， 2011 ， 03 （11） ：87-89

感謝2017年中南大學專業綜合改革試點項目資助。