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        新工科建設(shè)背景下的材料學(xué)專業(yè)的教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式研究

        2021-10-14 21:36:12孔海娟劉延輝張凡
        課程教育研究 2021年7期
        關(guān)鍵詞:創(chuàng)新能力培養(yǎng)新工科

        孔海娟 劉延輝 張凡

        【摘要】本文以新工科建設(shè)為背景,以上海工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)為例,分析了專業(yè)背景及存在的問題,根據(jù)新工科的要求,結(jié)合國家新材料發(fā)展、上海產(chǎn)業(yè)化以及學(xué)校的定位等進行分析。提出材料科學(xué)專業(yè)的教學(xué)改革與創(chuàng)新能力培養(yǎng)的思路和措施。

        【關(guān)鍵詞】新工科? 材料科學(xué)與工程? 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

        【基金項目】該項目得到上海工程技術(shù)大學(xué)教學(xué)建設(shè)項目(x201905001)、國家自然基金項目(51603120)的支持。

        【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2021)07-0124-02

        新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng),以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念,以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑,培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才,具有戰(zhàn)略型、創(chuàng)新性、系統(tǒng)化、開放式的特征[1-2]。2017年,教育部提出新工科人才的新要求,即“工程科技人員具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力”。

        智能材料、新能源材料、3D打印技術(shù)……材料領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展日新月異,新材料作為國家十大重點領(lǐng)域,預(yù)計2025年“新材料”領(lǐng)域人才需求總量達1000萬人,但總?cè)笨诔^400萬人[3]。從人才需求可以看出,除了新興的信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)需求量比較大,電力裝備和新材料是需求比較大、空缺較多的行業(yè)。新時代呼喚“新工科”人才,人才需求不僅是數(shù)量上,更需要面向新興產(chǎn)業(yè)和區(qū)域發(fā)展的需求,調(diào)整人才培養(yǎng)的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量。伴隨新一輪科技革命與經(jīng)濟全球化的加速進行,現(xiàn)代工程實際問題的復(fù)雜性和涉及的不可預(yù)見因素往往超越現(xiàn)有的工程解決方法和標準、單一的學(xué)科知識領(lǐng)域甚至技術(shù)范疇,目前的教育在解決實際問題能力培養(yǎng)方面存在結(jié)構(gòu)性短板等問題。

        本論文結(jié)合上海工程技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程本科專業(yè)、相關(guān)學(xué)科和工程教育專業(yè)以及“新工科的特點”,對專業(yè)在學(xué)生教學(xué)與創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式上進行系統(tǒng)研究和分析。

        一、新工科建設(shè)背景下材料專業(yè)面臨的問題與挑戰(zhàn)

        上海工程技術(shù)大學(xué)是上海地方性高校,目標是培養(yǎng)了解國際規(guī)則、具備綜合能力、擁有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和奉獻精神的高等工程應(yīng)用人才。而目前學(xué)生的工程實踐能力不夠強、創(chuàng)新能力比較弱等問題,教育與產(chǎn)業(yè)結(jié)合、與企業(yè)合作程度不夠緊密,使目前學(xué)生所學(xué)到的知識體系相對陳舊、知識更新相對緩慢,不能跟上時代的需求,同時教師重視科研等基礎(chǔ)研究,而工程實踐和背景相對較弱,難以應(yīng)對快速新材料發(fā)展過程中新的工藝、設(shè)備以及新材料生產(chǎn)和應(yīng)用的需求。

        結(jié)合新工科以及工程教育認證對人才的需求和學(xué)校的定位,提出本專業(yè)的培養(yǎng)目標:本專業(yè)以先進制造業(yè)和新材料為專業(yè)背景,注重與化學(xué)、機械、微電子、信息等領(lǐng)域的交叉滲透,以金屬材料和表面工程為重點;注重培養(yǎng)學(xué)生新材料開發(fā)和設(shè)計、材料改性、材料性能檢測和失效分析的能力;培養(yǎng)具備材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論,能在材料的制備、加工成型、結(jié)構(gòu)研究與分析、材料表面工程、新材料開發(fā)等領(lǐng)域,從事科學(xué)研究與教學(xué)、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、產(chǎn)品質(zhì)量控制與分析、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高等工程應(yīng)用型人才[4]。

        因此在新工科建設(shè)背景下,材料科學(xué)與工程專業(yè)的建設(shè)需要以社會需求為導(dǎo)向,結(jié)合國家和上海的發(fā)展需求,提出培養(yǎng)目標。在新工科背景下,材料科學(xué)與工程專業(yè)的建設(shè)以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng),如何結(jié)合目前國家戰(zhàn)略的發(fā)展和應(yīng)用的需求(材料、能源、信息),進行課程體系的設(shè)計、課程教學(xué)模式和學(xué)生的培養(yǎng)模式進行探索。

        二、新工科建設(shè)背景下材料類專業(yè)綜合改革的具體路徑和措施

        (一)培養(yǎng)目標

        新材料的技術(shù)被稱為“發(fā)明之母”和“產(chǎn)業(yè)糧食”。新材料產(chǎn)業(yè)是當今世界各國重點發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。新材料技術(shù)對其他領(lǐng)域的發(fā)展起著引導(dǎo)、支撐和相互依存的關(guān)鍵性作用,是最具推動力的共性基礎(chǔ)技術(shù)。具有優(yōu)異性能或特定功能、應(yīng)用前景廣闊的新材料已成為發(fā)展信息、航天、能源、生物等高技術(shù)的重要基礎(chǔ)材料。國外及中國多個國家非常重視材料的開發(fā)與研究。

        跟蹤國家戰(zhàn)略,面向區(qū)域經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求,培養(yǎng)工程實踐能力強的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。國家中國制造2025明確新材料是十大重點領(lǐng)域,“中國制造2025”戰(zhàn)略,就是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),向產(chǎn)業(yè)鏈中高端轉(zhuǎn)移,進而實現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展模式。上海作為我國建設(shè)中的國際經(jīng)濟、金融、貿(mào)易和航運中心,努力推進科技創(chuàng)新、實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略方面走在全國乃至世界前列,加快建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心。其中汽車及零部件制造產(chǎn)業(yè)在全球城市中排名第一。

        上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)校所在地松江位于“G60科創(chuàng)走廊”也鼓勵推進制造業(yè)強區(qū)和質(zhì)量強區(qū)的發(fā)展。因此,我們專業(yè)課程體系的設(shè)計和人才的培養(yǎng)目標可以結(jié)合。專業(yè)目標是以金屬材料和表面工程為重點;注重培養(yǎng)學(xué)生新材料開發(fā)和設(shè)計、材料改性、材料性能檢測和失效分析的能力;培養(yǎng)具備材料科學(xué)與工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論,能在材料的制備、加工成型、結(jié)構(gòu)研究與分析、材料表面工程、新材料開發(fā)等領(lǐng)域,從事科學(xué)研究與教學(xué)、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)改造、產(chǎn)品質(zhì)量控制與分析、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的高等工程應(yīng)用型人才。

        (二)構(gòu)建理論與實踐緊密結(jié)合的課程體系

        建立理論與實際相結(jié)合、教師與學(xué)生緊密結(jié)合、學(xué)校與企業(yè)緊密結(jié)合的人才培養(yǎng)模式,構(gòu)建“學(xué)中做”“做中學(xué)”“學(xué)做結(jié)合”“重在實踐”教學(xué)體系。課堂是新工科人才培養(yǎng)的主渠道,課堂是連接學(xué)生與國家戰(zhàn)略需求和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有效途徑。陳舊的照本宣科式的教學(xué)已不再適合當前人才培養(yǎng)的發(fā)展趨勢,專業(yè)應(yīng)發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢,打通科研成果與課堂教學(xué)的通道,有效地將科研資源轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源,讓實驗室里、研發(fā)中心、生產(chǎn)一線的科研成果、前沿知識變成“活教材”,讓學(xué)生在課堂上真正學(xué)得深、吃得透。

        課程體系建設(shè)更加完善和系統(tǒng)。(1)通過設(shè)立模塊化課程體系(公共必修、平臺基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、職業(yè)素質(zhì)拓展等),解決之前存在的各自傳統(tǒng)的學(xué)科優(yōu)勢,二級學(xué)科設(shè)置課程,專業(yè)基礎(chǔ)受局限、被弱化、專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)技術(shù)課程容易被混淆的問題。(2)課程設(shè)計中注重課程內(nèi)容交叉綜合,1+N=?“新工科”人才培養(yǎng)指向的是多學(xué)科交叉融合的復(fù)合型人才,如今“大數(shù)據(jù)時代”已經(jīng)到來,在課程中應(yīng)該將計算機引入課程體系。與其他學(xué)院的課程內(nèi)容交叉,如電子通信(互聯(lián)網(wǎng)+、AI技術(shù))、自動化、藝術(shù)設(shè)計等交叉。(3)面向產(chǎn)業(yè)的特色課程。開設(shè)的課程既要滿足傳統(tǒng)材料學(xué)專業(yè),又有創(chuàng)新的課程,如前沿性課程、面向汽車、分析檢測等不同領(lǐng)域開設(shè)特色課程。(4)工程經(jīng)驗教師隊伍建設(shè)。目前工程經(jīng)驗教師少,對于實際工程問題不清楚。(5)構(gòu)建工程實踐教學(xué)課程體系,課程實踐教學(xué)重視學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力,滿足新工科的專業(yè)素養(yǎng)和通識教育面向應(yīng)用的現(xiàn)實要求。

        加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。創(chuàng)新教育就是通過教學(xué)活動來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,增強學(xué)生創(chuàng)造新的、有用的思維產(chǎn)品的能力。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為我國提出的一種新的教育理念,并不是創(chuàng)新教育與創(chuàng)業(yè)教育的簡單疊加,而是在理念和內(nèi)容上實現(xiàn)了對創(chuàng)新教育或創(chuàng)業(yè)教育的超越。構(gòu)建學(xué)科競賽體系,鼓勵學(xué)生參加學(xué)科和創(chuàng)新創(chuàng)意大賽,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力(參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、互聯(lián)網(wǎng)+等)和團結(jié)能力。通過組織學(xué)生參加各種知識競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,鼓勵學(xué)生創(chuàng)新,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力和動力,同時提高學(xué)生的創(chuàng)新能力、團隊合作能力等。

        (三)構(gòu)建產(chǎn)教融合校企育人平臺,提高學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力

        學(xué)校、學(xué)院協(xié)助廣泛搭建實踐育人平臺,為學(xué)生提供課程實踐能力訓(xùn)練和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的空間。結(jié)合學(xué)院教師承擔研究項目,提供學(xué)生實驗室平臺、實踐基地,在本科二年級開始學(xué)生可以加入教師研究團隊,進行動手能力、思考問題、解決問題等方面的培養(yǎng)和專業(yè)知識的運用,課本知識與實際應(yīng)用相結(jié)合,更好地培養(yǎng)專業(yè)素養(yǎng);以企業(yè)研發(fā)項目為載體、在具體工程項目實踐中培養(yǎng)學(xué)生研發(fā)創(chuàng)新能力,鼓勵學(xué)生參與教師橫向課題的研究,一是可以了解實際應(yīng)用需要解決的問題,二是給學(xué)生接觸企業(yè)提供條件,如企業(yè)課題需要解決腐蝕和防腐的措施、表面強化、無損檢測等,可以使學(xué)生結(jié)合自己的專業(yè)知識與實際應(yīng)用相結(jié)合,把專業(yè)知識靈活應(yīng)用。

        聘請企業(yè)工程背景專家為兼職教師或是派遣教師進入企業(yè)接受培訓(xùn)和掛職鍛煉,加強實踐能力培養(yǎng)。對于大部分的專業(yè)教師來說,80%是高校直接畢業(yè)參加工作,專業(yè)能力比較強,但是由于缺少實際的工程應(yīng)用條件,這方面能力比較欠缺,因此,專業(yè)教師隊伍里邊引進部分在公司任職的全職工程技術(shù)人員作為教師或是兼職教師,根據(jù)專業(yè)特色和背景,展開教育。

        采用與企業(yè)合作的校企合作模式,校企協(xié)同育人等模式??梢愿鶕?jù)專業(yè)特色探索滿足企業(yè)需求的人才培養(yǎng)模式,共同培養(yǎng)材料行業(yè)緊缺的高端技術(shù)技能人才,為學(xué)生的實習(xí)和就業(yè)搭建更好的平臺,也為材料行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力的人才支撐,為材料行業(yè)升級發(fā)展做出貢獻[5]。

        三、結(jié)語

        新工科建設(shè)背景下,材料學(xué)作為傳統(tǒng)專業(yè)需要從學(xué)校定位、人才培養(yǎng)目標、課程體系設(shè)置和教學(xué)等方面進行綜合考慮和改革創(chuàng)新,才能實現(xiàn)新工科全面提高人才培養(yǎng)能力和學(xué)生綜合素養(yǎng)的目標,培養(yǎng)適應(yīng)和引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的人才,為實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興貢獻自己的力量。

        參考文獻:

        [1]顧佩華.新工科與新范式:概念、框架和實施路徑[J].高等工程教育研究,2017(6):1-13.

        [2]教育部,工業(yè)和信息化部,中國工程院關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃 2.0 的意見[Z]

        [3]制造業(yè)人才發(fā)展規(guī)劃指南,中國教育部、人社部、工信部聯(lián)合印發(fā),2016年12月27日

        [4]何妍,朱天曉,劉芬,羅太安,那兵.新工科背景下材料專業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究——基于四位一體視角[J].教育教學(xué)論壇,2019(46):49-50.

        [5]周娟,樊湘芳,郭棣彬.基于校企合作人才培養(yǎng)模式的材料成型及控制[J].教育現(xiàn)代化,2016-6(16):6-7

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