王 鑫，劉夢竹，王永鵬，路大勇

(吉林化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 吉林132022)

21世紀(jì)科學(xué)發(fā)展十分迅猛，不同專業(yè)、不同方向之間的交叉研究已成為當(dāng)前科學(xué)發(fā)展的一大趨勢，是突破重大科學(xué)問題和培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才的重要手段[1]?，F(xiàn)代科學(xué)研究中的眾多突破，主要是發(fā)生在不同學(xué)科、不同方向彼此交叉和相互滲透的過程中，如SiC/Al等無機(jī)非金屬材料增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料在航空航天工程、武器裝備制造和汽車零件生產(chǎn)等領(lǐng)域的發(fā)展[2]，充分體現(xiàn)了材料科學(xué)與工程專業(yè)無機(jī)非金屬材料和金屬材料不同方向交叉研究的重要性。材料技術(shù)、信息技術(shù)及生物技術(shù)成為21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)增長的主要驅(qū)動力，培養(yǎng)大批適應(yīng)現(xiàn)代新材料產(chǎn)業(yè)和技術(shù)飛速發(fā)展的寬口徑材料科學(xué)與工程專業(yè)人才已經(jīng)得到世界各國的認(rèn)可。

本文根據(jù)我校的具體實(shí)情，進(jìn)行了“無機(jī)非金屬材料和金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)”的探索與實(shí)踐，從材料科學(xué)與工程本科專業(yè)課程體系、無機(jī)非金屬材料和金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的必要性、探索與實(shí)踐、存在的問題和解決途徑四個(gè)方面進(jìn)行探討。

一、材料科學(xué)與工程本科專業(yè)的課程體系

我校材料科學(xué)與工程專業(yè)于2011年開始招生，是一級學(xué)科名稱命名設(shè)置的本科專業(yè)，該專業(yè)是基于物理學(xué)-化學(xué)兩個(gè)學(xué)科的交叉結(jié)合而成立的。材料科學(xué)與工程專業(yè)在學(xué)科建設(shè)方面逐步建設(shè)和完善形成了特色鮮明的無機(jī)固體功能材料學(xué)科平臺。材料科學(xué)與工程本科課程體系主要包括材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料分析方法、金屬學(xué)與熱處理等。材料科學(xué)與工程學(xué)科的根本任務(wù)是研究材料成分、組織結(jié)構(gòu)、制備工藝合性能的內(nèi)在關(guān)系，設(shè)計(jì)、合成和制備出具有特定功能和優(yōu)良性能的材料[3]。

我校無機(jī)非金屬材料方向?qū)W科組主要研究方向有：無機(jī)固體化學(xué)、高介電陶瓷材料、薄膜材料、功能無機(jī)化合物、納米功能材料、先進(jìn)變溫XRD測試技術(shù)、礦物質(zhì)元素定性和定量分析、珠寶文物鑒定等。學(xué)生在本科期間主要學(xué)習(xí)無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)過程、工藝及設(shè)備的基礎(chǔ)理論，掌握無機(jī)非金屬材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備、性能之間的關(guān)系，具備無機(jī)非金屬材料材料性能測試、材料生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)、改性及研究開發(fā)新產(chǎn)品、新技術(shù)的能力，旨在培養(yǎng)具備無機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與工程專業(yè)知識，能夠從事無機(jī)非金屬材料工業(yè)的項(xiàng)目規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、研究開發(fā)，具有較強(qiáng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、素質(zhì)優(yōu)良、富有創(chuàng)新精神的工程技術(shù)人才。

我校金屬材料方向?qū)W科組主要研究方向有：輕質(zhì)合金制備及其性能研究、金屬材料的腐蝕與防護(hù)。學(xué)生在本科期間需要掌握金屬材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝與性能之間關(guān)系的基本規(guī)律，通過綜合合金成分設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，提高材料的性能、質(zhì)量和壽命，并開發(fā)新的金屬材料及生產(chǎn)工藝，旨在培養(yǎng)具備金屬材料科學(xué)與工程專業(yè)知識，能夠在冶金工程、金屬材料結(jié)構(gòu)研究與分析、金屬材料控制成型等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的工程技術(shù)人才。

二、無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的必要性

隨著科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，對材料性能的要求也越來越高，比如在航空航天領(lǐng)域要求材料具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低密度等性能特征，通常情況下若使用單一的金屬材料或無機(jī)非金屬材料等很難滿足航空航天工程對材料的苛刻要求[4]。國內(nèi)外大量學(xué)者采用先進(jìn)復(fù)合技術(shù)將性能差別很大的材料復(fù)合起來，取長補(bǔ)短，得到單一材料無法比擬的綜合性能優(yōu)越的新型復(fù)合材料，復(fù)合材料的出現(xiàn)在較大程度上解決了單一材料所面臨的性能不足問題，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展[5]。因此，將無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向適當(dāng)融合，培養(yǎng)出材料科學(xué)與工程領(lǐng)域交叉型人才變得非常迫切。

三、無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐

材料科學(xué)與工程專業(yè)是一個(gè)大學(xué)科專業(yè)，我校該專業(yè)擁有一個(gè)省級創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)——吉林省無機(jī)材料物理研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、一個(gè)省級創(chuàng)新平臺——吉林省高校特種功能材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、一個(gè)中心——吉林化工學(xué)院材料科學(xué)與工程研究中心，擁有優(yōu)質(zhì)的研究資源。為了充分發(fā)揮無機(jī)非金屬材料特色科研平臺的優(yōu)勢，我們將探索無機(jī)非金屬材料和金屬材料兩方向交叉培養(yǎng)，在研究內(nèi)容等方面進(jìn)行交叉培養(yǎng)。

(一) 石墨烯/鋁復(fù)合材料的制備與性能研究

自2004年成功制備出石墨烯以來，與石墨烯相關(guān)的基礎(chǔ)性質(zhì)研究和工程化應(yīng)用研究成為了近幾年科研工作者們的研究熱點(diǎn)，石墨烯的應(yīng)用，可以進(jìn)一步提高鋁合金等傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱性、強(qiáng)度等性能，為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料的輕質(zhì)化和高性能化提供了新的思路[6]。

(二) 油氣管道腐蝕研究

油氣管道材質(zhì)一般選擇鐵碳合金，在使用過程中經(jīng)常遇到的腐蝕介質(zhì)是CO2、O2、H2S等，腐蝕產(chǎn)物為FeCO3、Fe(OH)3、FeS等無機(jī)非金屬[7]，在腐蝕過程的研究中既要考慮基體金屬材料的特性，又要考慮腐蝕產(chǎn)物這些無機(jī)非金屬的特性，才能客觀全面的分析管道腐蝕機(jī)理，為如何防護(hù)油氣管道提供思路。

(三) 無機(jī)非金屬材料與金屬材料連接的研究

無機(jī)非金屬材料由于其具有高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕性能，現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用于冶金、宇航、機(jī)械、電子等工程領(lǐng)域，但是無機(jī)非金屬材料由于塑性、韌性比較差，難以制造出大型的結(jié)構(gòu)件，而且冷加工成型性能也很差，大大限制無機(jī)非金屬結(jié)構(gòu)材料的工程化應(yīng)用，金屬材料具有優(yōu)異強(qiáng)韌性能和冷加工成型性能，可以彌補(bǔ)無機(jī)非金屬材料的缺點(diǎn)，使用無機(jī)非金屬材料和金屬材料進(jìn)行連接，這樣可以拓寬材料的應(yīng)用范圍[8]。

通過無機(jī)非金屬材料和金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐，增強(qiáng)了學(xué)生對不同種類材料特性的理解，開闊了材料設(shè)計(jì)思路，拓寬了學(xué)生的就業(yè)或升學(xué)的選擇范圍，也發(fā)揮了無機(jī)非金屬材料特色科研平臺的優(yōu)勢。

四、交叉人才培養(yǎng)存在的問題

近幾年我們一直對材料學(xué)科下無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，但縱觀當(dāng)前我校在材料學(xué)科無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)中仍存在不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(一) 學(xué)科結(jié)構(gòu)的制約

我校材料科學(xué)與工程專業(yè)于2011年建立并招生，距今只有近七年時(shí)間，學(xué)科建設(shè)還不夠成熟，雖然無機(jī)固體功能材料方向的學(xué)科建設(shè)越來越完善，但金屬材料研究方向一直都處于弱項(xiàng)，沒能形成無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉的學(xué)科結(jié)構(gòu)體系，這樣不利于我校材料學(xué)科的全面發(fā)展。

(二) 學(xué)生知識面窄

交叉人才培養(yǎng)要求學(xué)生具備足夠的知識儲備，目前在我校無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的知識面太窄，特別是金屬材料的專業(yè)知識，對金屬材料研究前沿的熱點(diǎn)知之甚少，嚴(yán)重制約了我校無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉領(lǐng)域研究的廣度和深度。

(三) 交叉人才培養(yǎng)沒有受到重視

我校借助無機(jī)非金屬科研平臺逐步形成了特色鮮明的無機(jī)固體功能材料科研方向，由于傳統(tǒng)金屬材料方向相對更難出科研成果等原因，越來越多的教師轉(zhuǎn)向無機(jī)固體功能材料的研究，雖然這幾年我們一直希望引進(jìn)高素質(zhì)的金屬材料方向的博士，但很難有合適的人選，這在一定程度上削弱了金屬材料方向的發(fā)展，無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉研究更是得不到重視，這些都制約著無機(jī)非金屬材料與金屬材料交叉人才培養(yǎng)的發(fā)展。

(四) 師資力量相對薄弱

教師的綜合素質(zhì)以及對學(xué)科前沿的洞察力對交叉人才的培養(yǎng)有重要的影響，雖然我校材料科學(xué)與工程專業(yè)現(xiàn)有教師具有較高的學(xué)歷，博士比例約占80%，但知識體系掌握還不充分，往往只具備某一類材料的專業(yè)知識，知識面難以達(dá)到無機(jī)非金屬材料與金屬材料交叉人才培養(yǎng)的要求。

五、解決途徑

從以上對交叉人才培養(yǎng)中存在問題的分析結(jié)果來看，我們可以采取以下措施來促進(jìn)交叉人才培養(yǎng)的發(fā)展。

(一) 設(shè)置交叉學(xué)科課程

借鑒國內(nèi)國外一流大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我校的實(shí)際情況，對材料學(xué)科課程設(shè)置方面進(jìn)行改革，加強(qiáng)材料學(xué)科無機(jī)非金屬材料與金屬材料基礎(chǔ)知識理論之間的相互滲透和相互結(jié)合，例如設(shè)置《材料合成制備方法》和《工程材料》等課程，拓寬學(xué)生的知識面。

(二) 樹立不同研究方向交叉教育理念

材料科學(xué)與工程專業(yè)無機(jī)非金屬材料與金屬材料不同研究方向交叉教育是一種新的教育理念，因此，專業(yè)教師對當(dāng)今人才培養(yǎng)方向要有敏銳的嗅覺，敢于突破傳統(tǒng)教育思維的束縛，樹立符合現(xiàn)階段高層次人才培養(yǎng)的教育新理念。

(三) 營造交叉科研環(huán)境

鼓勵教師從事無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉科學(xué)研究，促進(jìn)不同研究方向教師之間的合作，建設(shè)出一支在材料學(xué)科領(lǐng)域能培育創(chuàng)新人才的導(dǎo)師隊(duì)伍，營造出無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向交叉科研環(huán)境。

六、結(jié) 語

材料科學(xué)與工程專業(yè)無機(jī)非金屬材料與金屬材料方向在研究領(lǐng)域表現(xiàn)出高度分化又高度融合的趨勢，這兩個(gè)不同方向交叉人才培養(yǎng)在我校材料科學(xué)與工程學(xué)院的發(fā)展中勢在必行。交叉人才培養(yǎng)是一項(xiàng)需要長期探索實(shí)踐的的工作，通過非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的探索，不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐步形成材料科學(xué)與工程專業(yè)無機(jī)非金屬材料與金屬材料交叉人才特色培養(yǎng)方案，打造出屬于我校特色的材料科學(xué)與工程專業(yè)，培養(yǎng)市場需要的復(fù)合型材料人才。