关于材料科学与工程专业应用型人才培养的思考

材料是人类文明与社会进步的物质基础与先导, 是实施可持续发展战略的关键, 材料技术是现代高科技与新经济的三大重要组成部分。在以高科技为主要特征的知识经济时代, 世界各国在产业政策、科学研究、教育与人才培养等方面都给予了材料科学重点支持、优先发展的政策。材料教育应先行, 培养大批适应材料产业和技术飞速发展的宽口径材料科学与工程专业人才。

教学为主的本科院校, 特别是近年来经教育部批准成立的大批工程学院、工学院或应用技术学院, 以培养服务于本地区或本行业的应用型人才为主要办学目标, 它们既不同于高等专科教育, 又有别于研究型和教学研究型本科教育。对此类院校的宽口径材料科学与工程专业应用型人才的培养目标、规格、模式的研究, 是个十分迫切且有意义的课题。

一、应用型材料专业建设指导思想

根据与时俱进的原则, 主动适应社会、经济与科技的协调发展符合应用型本科院校的定位, 该定位能够满足应用型材料专业的人才培养目标及模式的基本要求。按照基础适度、口径宽广、应用为先的教育理念, 强调理论与实践结合。以学生发展为本, 促进材料教育的 大材料(材料的共性、广泛性与多样性)、大工程(工程知识、工程能力、工程系统与工程协同)、大社会(自然、环境、社会、伦理等)视野的建立与深化, 培养学生创新学习、自主高效学习、持续学习和终身教育理念。教师既传授材料学基本知识, 培养学生工程材料开发应用技能, 又强化学生对材料学教育的认识。全面提高学生理论联系实际、注重工程应用、发展终身学习、适应经济社会的能力, 体现正品行、宽口径、多方向、重素质、强实践的人才特色。我们认为应据此制定人才培养计划和设计课程体系, 改革教学模式。

二、应用型材料专业人才培养规格要求

体现应用型特色的材料专业人才培养规格要求主要包括素质结构、能力结构和知识结构等三方面。素质结构要求包括思想道德素质(政治素质、思想素质、道德品质、法制意识、团体意识等)、文化素质(文化素养、文学艺术修养、现代意识、人际交往等)、基本的科学素质(科学思维方法、科学研究方法、求实创新意识、科学素养等)、良好的工程素质(工程意识、综合分析素养、价值效益意识、工程伦理、革新精神等)和良好的身心素质。能力结构要求包括获取知识的能力(学习能力、表达能力、调研能力、计算机及信息技术应用能力等)、应用知识能力(综合应用知识发现、分析和解决问题能力、综合实验能力、工程实践能力、工程综合能力等)、创新能力(创造性思维能力、创新实验能力、科技开发能力、科技研究能力等)。知识结构要求包括工具性知识、人文社会科学知识、自然科学知识、工程技术知识、经济管理知识及专业知识, 其中专业知识包括材料的组成与结构、材料的测试与表征、材料的制备与合成、材料的性能与应用、材料的回收与再生等的基本理论、基本方法和基本实验技能。材料科学与工程学科正向复合型、功能型发展, 仅具有单一材料专业基础的人才已经不能满足社会需求。所以, 必须立足于材料科学的基本问题(四要素或五要素), 关注材料科学的共性和材料的广泛性、多样性, 全面介绍金属材料、高分子材料、陶瓷材料及复合材料的共性与个性特点, 建立大材料的概念, 并根据专业或专业方向的不同, 注意突出相应材料学科的重点, 如金属材料工程专业应以金属材料为主。

三、应用型材料专业人才培养体系的构建

1998 年, 教育部对本科专业目录进行了调整,将材料类专业合并为冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等六个专业, 同时在引导性专业目录中提出材料科学与工程专业, 该专业有宽广的面向所有材料及材料四要素(或五要素)的整体特点。

(一)人才培养模式

人才培养模式设计原则:按材料科学与工程一级学科组织教学、按二级学科(如金属材料工程、高分子材料工程)体现特色, 拓宽专业口径, 调整专业结构, 拓展专业课范围, 培养具有创新意识和大材料、大工程、大社会视野、强调材料工程领域实践应用能力的宽口径应用型材料工程师。

1 、培养体系。(1)素质教育体系。该体系以养成教育为主(远大理想、崇高道德、良好行为规范、学习意识与创新精神), 课堂教育为辅, 教书育人、管理育人、服务育人齐抓共管, 形成一种素质教育人人有责的良好氛围, 制定加强学生创新能力培养和提高素质教育的措施。(2)知识教育体系。以课堂教学、课程学习为主, 读书自学和科技活动为辅。(3)能力培养体系。主要通过系统的实践性教学环节和各种课外活动来实现。

2 、培养环节。(1)课堂教学是教育的主体环节, 要由以传授知识为主要特征的 教学型 教学向以意识教育和培养认知能力为主要特征的探究+应用型教学转变, 学习、探究、实践 互动, 使学生提高基本素质、夯实基本知识、培养基本能力、锻炼基本技能, 要更加注重学生的主体性, 让学生自主学习、创新学习, 培养学生持续性学习能力。(2)实验教学是通过基本实验技能训练, 培养学生的动手能力和科研能力, 主要包括实验课程和综合实验。(3)实践性教学是培养学生工程意识、创新能力和动手能力的重要途径, 这对应用型本科教育尤为重要, 主要通过各类实习、综合实验、课程设计和毕业论文及生产劳动等进行工程师的基本技能训练。(4)课外活动是素质教育的主要环节, 包括各种社会实践活动、校园文化活动、体育竞赛活动以及科技创新活动等。

(二)教学体系

材料科学涉及面广、学科交叉性和综合性强,同时材料学与物理、化学等基础自然科学的关系也极其密切, 其理论性强且实验特性明显, 同时兼备应用研究和基础研究的属性。因此, 材料类专业人才的培养应以理论教学、实践教学、科学研究三个维度构成基本框架, 并特别注意三个维度的有机衔接与联系, 构建新型教学模式。理论教学要注重强调宽厚的基础教育、学科知识横向与纵向间的联系。实践教学要注重开设综合性、设计性、研究性实验, 强调理论在实践应用中的相关性和综合性,引导和激发学生产生科学研究的兴趣。科学研究要将理论教学和实验教学中学到的知识和技能用于解决实际的科研问题中, 可通过导师制的实施和大学生科技创新等方式使学生尽早地进入实验室,参与科研工作。

(三)课程体系

课程设置要注重由学科式向整合式转变, 专业课程由中心地位向载体地位转变, 课程内容由以学科发展为中心向以培养学生为中心转变。具体而言即以基础课程、核心课程、扩展课程、特色课程和实践课程为框架进行课程体系的优化、重组和集成。

1 、基础课程

基础课程能使学生掌握现代知识、学习和创新技术, 为发展学生智能打下坚实、宽厚的理论和技能基础。同时, 应满足学生的知识结构、能力结构、素质结构的要求并考虑核心课程设置的需要, 使人文社会科学、自然科学和工程技术科学有机结合,如政治思想教育系列课程、英语、数学、物理、化学、物理化学、计算机基础、电工电子技术、工程力学、机械设计基础及经济管理等。

2 、核心课程

考虑到材料的多样性与共性, 紧扣材料科学与工程的四要素, 紧密围绕学科专业的基本要求和培养目标而设置的核心课程有:材料科学基础、材料工程基础、工程材料学、材料性能学、材料测试与分析技术等。

3 、扩展课程

扩展学生知识视野、强化核心课程, 培养学生的思维能力和综合应用所学知识及技能分析问题与解决问题能力的扩展课程有:材料表面工程、计算机在材料科学中的应用、金属热处理原理、失效分析学、材料科学发展与应用等。

4 、特色课程

反映本校的办学特色和优势、体现应用型材料专业特点、进一步培养学生在某一方面的个性和专长的特色课程有:热处理工艺、材料处理设备及控制、材料经济学、材料回收再生、材料工程伦理等。

5 、实践课程

培养学生实验操作技能和初步的科研能力, 使学生逐步建立工程意识和创新意识, 具有初步的工程经历。工程设计的实践课程分为一般能力培养实践环节、专业技能培养实践环节、特色培养实践性环节三大系列, 具体包括各类课程实验、综合实验周(如基础金相分析实验、失效分析综合实验、材料工程综合实验、表面工程综合实验)、科技工作实践、材料信息资源、创新创业教育系列课程、各种实习和设计(热处理工艺设计、材料处理设备设计)等。材料工程综合实验的做法是:教师给出题目,提出要求和注意事项, 然后由学生拟定实验方案,独立操作与分析判断实验结果, 写出实验报告。例如, 在实验开始之前发给每位学生一张零件图, 要求学生按照零件的技术要求, 进行合理选材、安排加工工艺路线和画出热处理工艺曲线, 然后, 学生就可以按照自己编排的热处理工艺进行操作, 制作试样并观察测试、分析比较处理前后材料组织性能的变化及其规律。这就提高了学生主动思维和创造思维能力, 锻炼了独立实验技能, 培养了材料工程意识。

加强实习基地的建设, 在企业成立材料工程应用实习基地, 聘请企业总工程师为课外总辅导教师, 学生、教师、技术人员就企业典型产品共同进行材料、设计、制造一体化工程实训, 进一步提高学生的材料工程意识。

四、应用型材料专业建设特色的再思考

应用型材料专业建设首先应该是应用型工程教育, 并注重通识教育、创业创新教育、工程伦理教育和产学研合作教育等。

1 、应用型工程教育

现代工程是由研究※开发※设计※制造※运行※管理等环节组成的工程链, 每个环节都存在大量的技术、经济和社会等问题。应用型工程教育的任务就是要在实践性、综合性、创新性、人文性等工程理念指导下, 培养大批不仅具备坚实、较宽的专业基础, 更应具备较强的工程设计能力、产品研发的系统方法和市场开发能力, 兼备人文精神和科学精神的高素质的工程技术人才。有别于研究型和教学研究型大学侧重材料研究的材料学科发展方向, 应用型材料专业的建设要立足于大工程意识、侧重材料开发应用、注重材料回收再生, 培养材料工程师。

2 、通识教育

联合国教科文组织曾专门建议发展中国家要特别重视通识教育, 因为它实际上是让学生学到怎么做人 和正确做事的基本态度和能力。通识教育具有三重使命:补缺、纠偏, 摆脱狭隘与浅薄;整合、贯通, 由知识的统摄升华为智慧的领悟;超越功利、小我, 实现价值澄清和人格养成。通识教育的实现形式有开设跨学科课程、举办系列讲座、组织问题研究 、重视潜在的专业课程融渗, 如材料科学与人类文明等。

3 、创业创新教育

联合国教科文组织曾把创业教育比喻为第三本护照 , 江泽民同志也曾说过创新是一个民族进步的灵魂, 是一个国家兴旺发达不竭的动力 , 要帮助受教育者培养创业意识和创业能力 。创业创新教育的内涵包括意识、精神、思维和能力四个层次, 推行创业创新教育既是建设创新型国家和培养应用型人才的必然要求, 也是实现高等教育大众化的必然选择。创业创新教育的实现形式有课程设置、其他课程融渗、专家讲座、企业家和成功人士报告、实地考察、实例分析、情景模拟等。

4 、材料工程伦理教育

在加快推进人类物质文明进程的同时, 资源枯竭、能源危机、环境污染与生态失衡等社会问题也日渐突出, 我们要重视资源节约化、能源低耗化、生产清洁化、废物再生化、环境无害化等可持续发展材料理论和技术, 强化工程教育的伦理意识。工程伦理包括微观工程伦理(主要涉及工程师个人的责任和义务)和宏观工程伦理(主要涉及工程整体与社会的关系)。实施工程伦理教育是落实科学发展观的需要, 是提高工科大学生道德素质需要, 也是改善工程应用型人才素质的需要。材料工程是构建资源节约型社会和环境友好型社会的关键。因为在材料的制备、加工、改性、使用与废弃全过程中, 必然会涉及到众多的伦理问题, 所以, 进行材料工程伦理教育尤为必要。我们认为, 除开设专门的伦理课程外, 还可以通过专业课程融渗、专题讲座、实例分析等形式进行工程伦理教育。

5 、产学研合作教育

产学研合作教育是工程应用型人才培养的主要途径和特色, 可以充分利用学校与企业、研究团体的不同的教育环境和教育资源, 以及在人才培养方面的各自优势, 把以课堂传授知识为主的学校教育与直接获取实际经验、实践能力为主的生产实践有机地结合于培养学生的过程之中。应用型人才培养的产学合作教育模式, 从根本上讲是为了解决学校教育与社会需求脱节的问题, 缩小学校和社会对人才培养与需求之间的差距, 增强学生进入社会的竞争力。通过产学研合作教育, 合理安排课程学习与社会实践, 使人才培养方案、教学内容和实践环节更加贴近社会发展的需求, 促进学生实践能力和整体素质的提高, 进而达到培养应用型人才的目的。产学研合作教育模式的重心在学校, 学校要通过多种途径在校内创建适合开展产学研教育的环境, 在校外充分利用企业、研究院所的教育资源, 通过建立具有约束性的互利、互赢、互控的合作机制,调动企业、研究院所广泛参与到人才培养的全过程, 这样才能真正实现应用型本科人才的培养目标。