摘 要 為應(yīng)對(duì)國(guó)家新材料強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)新工科人才的需求，文章提出了現(xiàn)代工程裝備材料課程和技術(shù)創(chuàng)新方法的課程融合思路，并簡(jiǎn)析了該教學(xué)改革方案相比傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，輔以全國(guó)商業(yè)精英挑戰(zhàn)賽國(guó)賽一等獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)方案“新一代5G通信基站散熱材料”為實(shí)例，探討了現(xiàn)代工程裝備材料課程與技術(shù)創(chuàng)新方法的融合與實(shí)踐對(duì)于培育新一代高素質(zhì)工科人才的重要意義。

關(guān)鍵詞 課程融合與實(shí)踐；現(xiàn)代工程裝備材料；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.26.011

Curriculum Integration and Practice： Cultivating Undergraduate Students'

Innovation and Entrepreneurship Abilities

YU Jiamin， ZHANG Hai

（School of Iron and Steel， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215137）

Abstract In response to the national strategy of building a strong country in new materials and the demand for new engineering talents in economic and social development， this article proposes a curriculum integration approach of modern engineering equipment materials courses and technological innovation methods， and analyzes the advantages of this teaching reform plan compared to traditional teaching methods. At the same time， taking the first prize winning scheme of the National Business Elite Challenge National Competition "New Generation 5G Communication Base Station Heat Dissipation Materials" as an example， this paper explores the important significance of the integration and practice of modern engineering equipment material courses and technological innovation methods in cultivating a new generation of high-quality engineering talents.

Keywords curriculum integration and practice; modern engineering equipment materials; innovative and entrepreneurial thinking

近年來(lái)，在國(guó)家層面的《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃以及中國(guó)工程院面向2035的新材料強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略研究等國(guó)家戰(zhàn)略的推動(dòng)下，現(xiàn)代工程裝備材料領(lǐng)域的發(fā)展受到廣泛關(guān)注。作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)進(jìn)步乃至國(guó)防安全的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，材料產(chǎn)業(yè)在我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程中后期發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。開(kāi)展新材料強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略研究，對(duì)于支撐我國(guó)制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的實(shí)施具有重大的戰(zhàn)略意義[1]。

與此同時(shí)，作為現(xiàn)代高新技術(shù)發(fā)展的基石和先導(dǎo)，新材料領(lǐng)域技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展對(duì)新材料人才的素質(zhì)要求日益提高。為建設(shè)材料強(qiáng)國(guó)，培養(yǎng)和造就一支規(guī)模合理、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、素質(zhì)精良的新材料人才隊(duì)伍已然成為當(dāng)務(wù)之急。然而，在本科教學(xué)實(shí)踐中，現(xiàn)代工程裝備材料課程面臨諸如抽象概念難以理解、知識(shí)面過(guò)于寬泛，以及實(shí)踐操作環(huán)節(jié)不足等一系列挑戰(zhàn)。為解決上述問(wèn)題，本文建議將TRIZ理論與現(xiàn)代工程裝備材料課程相融合，并分析了這一教學(xué)改革方案的優(yōu)越之處。同時(shí)，本文結(jié)合大學(xué)生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的實(shí)踐案例，探索有效的教育模式和方法，以期培養(yǎng)出具備創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的高素質(zhì)專業(yè)人才[2]。

1 課程融合： 構(gòu)筑復(fù)合型人才培養(yǎng)新模式

1.1 現(xiàn)代工程裝備材料概述

現(xiàn)代工程裝備材料課程是工程專業(yè)教育中的一門(mén)核心課程，其內(nèi)容主要涵蓋各種類型的金屬材料以及其他新型功能材料等廣泛的材料類型和應(yīng)用領(lǐng)域。該課程不僅系統(tǒng)講授各種材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用，還重點(diǎn)介紹先進(jìn)制備加工工藝和表征分析技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際工程案例，使學(xué)生能夠全面把握材料科學(xué)與工程應(yīng)用之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的有機(jī)結(jié)合，該課程可以培養(yǎng)學(xué)生分析材料和解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，為培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型工程技術(shù)人才奠定堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

然而，在現(xiàn)代工程裝備材料課程的教學(xué)實(shí)踐中，仍然存在一些瓶頸和困難。首先，該課程知識(shí)面廣泛，涉及多種材料體系，概念和理論往往比較抽象，對(duì)學(xué)生的理解和消化能力提出了很高的要求。其次，材料領(lǐng)域的發(fā)展日新月異，新型材料和新興應(yīng)用層出不窮，而工業(yè)企業(yè)以及社會(huì)發(fā)展中新的工程材料問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，如何及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，不斷解決應(yīng)用中的新問(wèn)題也是一大挑戰(zhàn)。另外，受實(shí)驗(yàn)條件所限，課堂教學(xué)缺乏足夠的實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，學(xué)生難以獲得充分的實(shí)踐鍛煉，影響其對(duì)理論知識(shí)的靈活運(yùn)用。

因此，針對(duì)該課程教學(xué)中存在的瓶頸，有必要進(jìn)行一些教學(xué)改革和創(chuàng)新，比如引入先進(jìn)的教學(xué)手段和方法，加強(qiáng)課程與工程實(shí)踐的融合，更新優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容體系等，以期不斷提高教學(xué)質(zhì)量，更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力。

1.2 專業(yè)課程與技術(shù)創(chuàng)新理論方法的有效融合

TRIZ理論即“發(fā)明問(wèn)題解決理論”，是一種系統(tǒng)化的創(chuàng)新方法。它基于對(duì)大量專利文獻(xiàn)的分析，總結(jié)出了一系列解決創(chuàng)新問(wèn)題的規(guī)律和原理。其核心思想是通過(guò)消除技術(shù)矛盾和實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)化，最終獲得理想化的解決方案[3-5]。TRIZ理論為幫助學(xué)生理解和掌握現(xiàn)代工程裝備材料課程中的抽象概念和原理提供了有力方法論。其中，矛盾分析和解決、功能分析、理想性原則等工具可以應(yīng)用于課程教學(xué)，將抽象概念具體化、形象化，使學(xué)生更容易認(rèn)知和內(nèi)化相關(guān)知識(shí)；同時(shí)，TRIZ理論中豐富的科學(xué)效應(yīng)庫(kù)和創(chuàng)新案例正可與材料課程內(nèi)容結(jié)合，激發(fā)學(xué)生興趣，促進(jìn)其記憶和理解。

此外，TRIZ蘊(yùn)含的思維啟發(fā)原理如40項(xiàng)創(chuàng)新原理、76種標(biāo)準(zhǔn)解等，通過(guò)導(dǎo)入案例實(shí)操環(huán)節(jié)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維習(xí)慣和抽象思維能力。將這些創(chuàng)新思維理念和方法貫穿材料課程教學(xué)全過(guò)程，一方面可以讓學(xué)生在理論學(xué)習(xí)中樹(shù)立創(chuàng)新意識(shí)，另一方面又可在實(shí)踐活動(dòng)中鍛煉創(chuàng)新技能，進(jìn)而達(dá)到高效掌握專業(yè)知識(shí)的目的。

如圖1，TRIZ理論同樣可以用來(lái)解決現(xiàn)代工程裝備材料發(fā)展中的問(wèn)題，具體方法如下。

1.2.1 問(wèn)題分析及轉(zhuǎn)化

對(duì)現(xiàn)代工程裝備材料的功能進(jìn)行深入分析，明確其核心功能和輔助功能，這有助于學(xué)生識(shí)別材料在特定應(yīng)用中的瓶頸和挑戰(zhàn)。在功能分析的基礎(chǔ)上，確定材料發(fā)展中的主要沖突。例如，強(qiáng)度與輕量化、耐久性與成本等。

1.2.2 利用TRIZ工具

針對(duì)識(shí)別出的沖突，應(yīng)用TRIZ的各種工具和原理，如物質(zhì)―場(chǎng)分析、ARIZ算法、技術(shù)進(jìn)化法則、頭腦風(fēng)暴等，對(duì)材料的相關(guān)屬性、功能以及應(yīng)用進(jìn)行全面分析，尋找可能的解決方案。

1.2.3 解決方案生成

結(jié)合現(xiàn)代工程裝備材料的特性和技術(shù)趨勢(shì)，提出多種解決方案，包括新材料的使用、現(xiàn)有材料的改進(jìn)等。在理論層面提出解決方案后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其可行性和效果，這一步對(duì)于確保解決方案的有效性和實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。此外，還需根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)解決方案進(jìn)行反饋和持續(xù)優(yōu)化，確保其滿足現(xiàn)代工程裝備材料的發(fā)展需求。

1.2.4 知識(shí)管理

在整個(gè)過(guò)程中，注意積累和整理相關(guān)知識(shí)，形成知識(shí)庫(kù)或知識(shí)圖譜。這有助于未來(lái)類似問(wèn)題的快速解決。

可以說(shuō)，TRIZ理論為材料課程教學(xué)注入了創(chuàng)新的活力，開(kāi)辟了一條解決傳統(tǒng)教學(xué)困境的新路徑。它將創(chuàng)新問(wèn)題抽象為矛盾，并運(yùn)用創(chuàng)新原理和標(biāo)準(zhǔn)解決方案來(lái)解決矛盾，這種由具體到抽象再到具體的思維模式有利于學(xué)生更好地把握材料科學(xué)中抽象的概念和原理，促進(jìn)學(xué)生解決復(fù)雜問(wèn)題以及創(chuàng)新思辨能力的培養(yǎng)。

2 課賽結(jié)合：通過(guò)實(shí)踐探討工科人才培養(yǎng)的新視野

伴隨全球工業(yè)的發(fā)展以及企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)壓力的加大，技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展在時(shí)代前進(jìn)的浪潮中扮演著愈加重要的角色。高等教育作為人才培養(yǎng)的中堅(jiān)力量，充分洞悉每一個(gè)時(shí)代背景下對(duì)人才的需求。下面謹(jǐn)以“新一代5G通信基站散熱材料”方案帶領(lǐng)學(xué)生參加全國(guó)商業(yè)精英挑戰(zhàn)賽并獲得國(guó)賽一等獎(jiǎng)為例，進(jìn)一步闡述課程融合學(xué)習(xí)與實(shí)戰(zhàn)對(duì)于培養(yǎng)新一代工科創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的重要意義。

2.1 學(xué)生創(chuàng)新能力及工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)

我們鼓勵(lì)學(xué)生敢于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并具備問(wèn)題分析與轉(zhuǎn)化的能力。經(jīng)過(guò)調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)從4G通信基站到5G基站的推進(jìn)過(guò)程中，相關(guān)功耗提高了200%―300%。為了解決5G基站散熱困難以及5G通信技術(shù)難以大規(guī)模推廣使用的問(wèn)題，我們迅速組織學(xué)生團(tuán)隊(duì)展開(kāi)調(diào)研和實(shí)踐，深入研究5G功耗對(duì)材料帶來(lái)的挑戰(zhàn)，發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)的導(dǎo)熱材料大致在80―100W/m.K，120―180MPa，導(dǎo)熱性能與屈服強(qiáng)度矛盾強(qiáng)烈但綜合性能不足，同時(shí)國(guó)外也沒(méi)有針對(duì)5G基站的相應(yīng)高強(qiáng)高導(dǎo)熱材料技術(shù)。針對(duì)當(dāng)前材料性能不足、無(wú)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)空白等一系列實(shí)際問(wèn)題，我們進(jìn)一步引入技術(shù)創(chuàng)新方法與理論課程中的“創(chuàng)新思維方法”，打破思維慣性，綜合運(yùn)用“物理矛盾、技術(shù)矛盾”和“資源分析”等TRIZ理論研究方法，率先提出新一代高強(qiáng)高導(dǎo)熱鋁合金的理念。

2.2 學(xué)科交叉融合及學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

在項(xiàng)目實(shí)際推進(jìn)過(guò)程中涉及多個(gè)學(xué)科及領(lǐng)域，如對(duì)無(wú)線通信技術(shù)與設(shè)備、硬件設(shè)計(jì)與制造等散熱環(huán)境及過(guò)程進(jìn)行了模擬，通過(guò)對(duì)多學(xué)科知識(shí)的融匯梳理出創(chuàng)新的技術(shù)理念。同時(shí)，在反復(fù)的評(píng)估和方案優(yōu)化過(guò)程中，成功在合作企業(yè)山東魏橋集團(tuán)、廣東澳美鋁業(yè)有限公司進(jìn)行了中試測(cè)試，經(jīng)企業(yè)反饋多項(xiàng)技術(shù)屬世界首創(chuàng)、各項(xiàng)指標(biāo)均屬世界一流。在項(xiàng)目參與過(guò)程中，學(xué)生與企業(yè)及團(tuán)隊(duì)合作協(xié)調(diào)等綜合能力也得到了很好的訓(xùn)練。團(tuán)隊(duì)也率先進(jìn)入校內(nèi)培育項(xiàng)目，并在中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽蘇州大學(xué)校內(nèi)評(píng)比中獲得一等獎(jiǎng)，隨后在全國(guó)商業(yè)精英挑戰(zhàn)賽中也獲得全國(guó)總決賽一等獎(jiǎng)。團(tuán)隊(duì)中的多位同學(xué)因其突出的創(chuàng)新解決問(wèn)題的能力等優(yōu)秀特質(zhì)紛紛被上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、新加坡國(guó)立大學(xué)等國(guó)內(nèi)外一流高校提前免試錄取，攻讀研究生繼續(xù)深造。

2.3 高校創(chuàng)新環(huán)境的培養(yǎng)

為了更好地應(yīng)對(duì)未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)，高校應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)現(xiàn)代工程裝備材料課程的建設(shè)，以蘇州大學(xué)為例，自2020年開(kāi)始蘇大首次為本科生開(kāi)設(shè)技術(shù)創(chuàng)新方法與理論課程，強(qiáng)化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)。為進(jìn)一步強(qiáng)化本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(shí)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和實(shí)踐活動(dòng)，同時(shí)學(xué)校出臺(tái)一系列教育改革措施，把深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為人才培養(yǎng)的重要改革任務(wù)來(lái)抓，深入推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程改革，進(jìn)一步完善學(xué)校學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系，加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育平臺(tái)建設(shè)，構(gòu)建合作、開(kāi)放、共享的實(shí)踐教育平臺(tái)。同時(shí)開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育競(jìng)賽活動(dòng)，構(gòu)建賽學(xué)協(xié)同、賽教協(xié)同、賽創(chuàng)協(xié)同的競(jìng)賽網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生在課賽結(jié)合的模式下不斷激發(fā)創(chuàng)新潛能。

3 總結(jié)與展望

技術(shù)創(chuàng)新方法與理論和現(xiàn)代工程裝備材料兩門(mén)課程的融合，不僅是知識(shí)的整合，也是理論與實(shí)踐的結(jié)合。將創(chuàng)新方法與理論應(yīng)用于現(xiàn)代裝備材料的研發(fā)和改進(jìn)中，引導(dǎo)學(xué)生探索未知領(lǐng)域、發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題并尋求解決方案。這種跨學(xué)科的課程設(shè)計(jì)為學(xué)生提供了更廣闊的視野和更全面的知識(shí)體系，有利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決能力。展望未來(lái)，我們將繼續(xù)深化課程改革，將更多先進(jìn)技術(shù)和理念融入課程，加強(qiáng)與科技界和企業(yè)界的合作，為學(xué)生提供更好的創(chuàng)新機(jī)會(huì)和創(chuàng)新平臺(tái)。我們也將更加關(guān)注前沿科技動(dòng)態(tài)和“卡脖子”問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生為發(fā)展國(guó)家重大戰(zhàn)略性工程材料和破解國(guó)家科技難題開(kāi)啟智慧和提升創(chuàng)新能力。同時(shí)，我們將關(guān)注新材料科技前沿動(dòng)態(tài)，努力培養(yǎng)出更多具備國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新型人才。

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