基于科教融合和學(xué)科交叉策略培育兼有新工科特色的材料化學(xué)專業(yè)人才的改革與實(shí)踐*

艾建平，多樹旺，胡 敏，趙菁雨，李文魁

(江西科技師范大學(xué)材料與機(jī)電學(xué)院，江西 南昌 330038)

江西科技師范大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)以“專業(yè)綜合改革試點(diǎn)”、“智能創(chuàng)新工作室建設(shè)”、“江西省卓越工程師計劃項(xiàng)目”、“新工科建設(shè)”等省部級質(zhì)量工程建設(shè)為契機(jī)，聯(lián)合教育學(xué)、機(jī)械工程、金屬材料和化學(xué)等學(xué)科背景的骨干力量，對我校材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式進(jìn)行持續(xù)改革與優(yōu)化，形成了材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)方案并試用4年[1]。

1 材料化學(xué)專業(yè)教育存在的問題及教學(xué)改革背景

隨著我國傳統(tǒng)材料行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，新經(jīng)濟(jì)和新產(chǎn)業(yè)對材料化學(xué)專業(yè)人才提出了更高標(biāo)準(zhǔn)。新材料產(chǎn)業(yè)對人才需求具有鮮明的科學(xué)工程方面的積累性和跨學(xué)科的復(fù)合性等特征。然而，目前地方應(yīng)用型高校材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)面臨諸多挑戰(zhàn)，例如科研-教學(xué)協(xié)同發(fā)展、相互促進(jìn)的良性循環(huán)未能形成，學(xué)科間交叉融合難度大，過于注重科學(xué)理論創(chuàng)新，缺乏工程構(gòu)思、設(shè)計與綜合應(yīng)用能力的訓(xùn)練，課程體系難以適應(yīng)新材料產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)和新技術(shù)對高素質(zhì)復(fù)合型人才的需求[2-3]。

為了貫徹落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，材料與機(jī)電學(xué)院堅持“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的理念，創(chuàng)立了兼有新工科特色的材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式(如圖1所示)，以科教融合和學(xué)科交叉“雙輪驅(qū)動”，通過培養(yǎng)目標(biāo)與產(chǎn)業(yè)需求、專業(yè)教育與思政教育、課程體系與科研創(chuàng)新“三結(jié)合”，實(shí)現(xiàn)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)、人格品質(zhì)和實(shí)踐創(chuàng)新能力“三提高”，其具體內(nèi)涵包括以下三方面。

圖1 兼有新工科特色的材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)模式Fig.1 The talent training mode of material chemistry specialty with new engineering characteristics

1.1 教學(xué)改革“雙輪”驅(qū)動

通過科教融合和學(xué)科交叉“雙輪”驅(qū)動專業(yè)教學(xué)改革，優(yōu)化課堂知識結(jié)構(gòu)，改革教學(xué)方式，實(shí)現(xiàn)專業(yè)課程與思政課程協(xié)同育人，培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)專業(yè)素養(yǎng)和優(yōu)秀品質(zhì)。通過優(yōu)質(zhì)科研資源高效轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜現(xiàn)代工程問題的能力。改變傳統(tǒng)的單一學(xué)科知識傳遞，形成多多學(xué)科知識建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了課程體系整體性和靈活性、開放性的統(tǒng)一，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和跨學(xué)科合作能力。

1.2 培養(yǎng)方案“三結(jié)合”

在成果導(dǎo)向和協(xié)同育人教育理念指導(dǎo)下建立了培養(yǎng)目標(biāo)與產(chǎn)業(yè)需求、專業(yè)教育與思政教育、課程體系與科研創(chuàng)新“三結(jié)合”的兼具新工科特色的創(chuàng)新人才培養(yǎng)方案。從重構(gòu)課程體系，最新科研成果進(jìn)課堂，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，挖掘?qū)I(yè)課程思政元素，強(qiáng)化科教融合和學(xué)科交叉深度等方面，全方位推進(jìn)了地方應(yīng)用型本科院校材料化學(xué)專業(yè)升級再改造，在專業(yè)授課過程中實(shí)現(xiàn)了知識傳授、能力培養(yǎng)和價值引領(lǐng)的有機(jī)統(tǒng)一，滿足新材料產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)對高素質(zhì)人才的要求。

1.3 畢業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“三提高”

恪守“明德精業(yè)”校訓(xùn)，秉承“立德樹人”教育理念，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、創(chuàng)新實(shí)踐能力和愛國敬業(yè)精神，勇于奮斗和善于創(chuàng)造的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)道德，增強(qiáng)其職業(yè)崗位的榮譽(yù)感，實(shí)現(xiàn)材料化學(xué)專業(yè)畢業(yè)生人格品質(zhì)、創(chuàng)新實(shí)踐能力和職業(yè)素養(yǎng)三方面綜合素質(zhì)穩(wěn)步提高。

2 材料化學(xué)人才培養(yǎng)改革的主要措施

2.1 堅持立德樹人，深入實(shí)施課程思政建設(shè)

充分挖掘科學(xué)儀器的發(fā)展演變和各種概念理論中包含的哲學(xué)內(nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力和運(yùn)用哲學(xué)方法解決專業(yè)問題的能力。依托老一輩自然科學(xué)家、檢測分析家的孜孜探索事跡，融入到課堂育人素材中，樹立學(xué)生科研報國、社會責(zé)任感和使命擔(dān)當(dāng)。從材料的設(shè)計、制備、性能檢測和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面樹立學(xué)生職業(yè)榮譽(yù)感和奉獻(xiàn)精神。挖掘課程中蘊(yùn)含的歷史人物光輝事跡，培養(yǎng)學(xué)生見賢思齊的奮進(jìn)精神[4]。豐富課程線上教學(xué)資源和良好線上溝通渠道，有效開展線上教學(xué)、討論、答疑等教學(xué)內(nèi)容，提供短小精悍的人物事跡視頻，增強(qiáng)學(xué)生作為材料化學(xué)專業(yè)一員的榮譽(yù)感，實(shí)現(xiàn)全程、全方位、全員育人，將“價值塑造、知識傳授和能力培養(yǎng)”三者相互統(tǒng)一貫穿整個人才培養(yǎng)全過程[5]。以講授的《材料力學(xué)性能》課程為例，在講授第一章節(jié)材料在單向靜拉伸載荷下的力學(xué)性能時，引入南昌英雄大橋的大工程案例，分析單向靜拉伸載荷下斜拉索索力分析，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，弘揚(yáng)優(yōu)秀文化，從而熱愛南昌；介紹3位代表性科學(xué)人物胡克、泊松和鄭玄創(chuàng)新勤奮事跡。這樣結(jié)合具體的授課知識點(diǎn)，衍生出相應(yīng)的思政素材，對學(xué)生的教導(dǎo)起到潤物細(xì)無聲的效果。另外，學(xué)習(xí)強(qiáng)國里也包含了豐富的思政素材，如人物欄目中的時代楷模、最美奮斗者、身邊的感動等；科技欄目中的科技思想研究、科普知識、中國科技史、世界科技史；聽文化、聽原著音頻欄目：功勛、超級工程、給“90后”講馬克思、家國70年；看理論視頻欄目：我們走在大路上等。黨員教師在自身學(xué)習(xí)思政素材的基礎(chǔ)上，可以很好地將這些內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材，正面引導(dǎo)學(xué)生向優(yōu)秀人物學(xué)習(xí)。

2.2 重構(gòu)課程體系，創(chuàng)新教育教學(xué)方法

由學(xué)院組織行業(yè)專家、資深教授和教學(xué)管理人員對專業(yè)人才培養(yǎng)方案進(jìn)行修訂和審議，增加課程中的實(shí)踐環(huán)節(jié)課時比例，聘用企業(yè)導(dǎo)師參與實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)與指導(dǎo)，使得培養(yǎng)目標(biāo)與新材料產(chǎn)業(yè)、新經(jīng)濟(jì)需求相適應(yīng)。同時，課程體系完整地支撐了學(xué)生的畢業(yè)要求。通過2015-2018四年/屆“材料化學(xué)綜合改革實(shí)驗(yàn)班”的實(shí)施和探索，已將改革經(jīng)驗(yàn)融入2019級人才培養(yǎng)方案，并已全校鋪開實(shí)施。實(shí)施信息技術(shù)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)有機(jī)融合的新型混合式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，提高學(xué)生參與課程教學(xué)的積極性和主觀能動性[6]。依托網(wǎng)絡(luò)信息環(huán)境，開展多元混合式教學(xué)實(shí)踐，提升專業(yè)課程的授課質(zhì)量和學(xué)生參與課堂教學(xué)的主動性。在學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，教師提前布置學(xué)習(xí)任務(wù)、在網(wǎng)絡(luò)平臺上發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)書和學(xué)習(xí)指導(dǎo)書；學(xué)生課下通過查閱文獻(xiàn)、研讀教材、研讀授課課件、觀看微視頻等資源，撰寫學(xué)習(xí)報告，提交在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上；教師查閱學(xué)習(xí)報告，及時跟蹤指導(dǎo)和評價。在實(shí)施對分課堂教學(xué)中，教師選擇合適的教學(xué)內(nèi)容，開展“教師講授+學(xué)生討論”的合作學(xué)習(xí)模式，逐步引導(dǎo)學(xué)生會學(xué)習(xí)、會表達(dá)、會思考、會提問和會解決問題。教師根據(jù)學(xué)習(xí)狀況，將學(xué)生分成4人一組，布置下一堂課的討論主題；小組成員依據(jù)討論主題，課后查閱資料，相互交流；教師與學(xué)生相互討論，針對共性問題給出解答，同時展示、點(diǎn)評優(yōu)秀作業(yè)，促進(jìn)學(xué)生共同進(jìn)步。在小組協(xié)作探究學(xué)習(xí)中，教師提前在網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布小組探究學(xué)習(xí)項(xiàng)目，學(xué)生各自獨(dú)立完成自己的任務(wù)，學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生可以求助組內(nèi)成員幫助；課堂交流環(huán)節(jié)中，教師鼓勵學(xué)生登臺講解思考過程和解決問題方法，教師針對含糊不清之處給予指導(dǎo)。

2.3 深化科教融合，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐訓(xùn)練和科學(xué)思維能力培養(yǎng)

打造材料化學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心和省級表面工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為主體的“校內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐”雙平臺(如圖2所示)，為材料化學(xué)專業(yè)開設(shè)6門核心實(shí)踐課程提供硬件支持，實(shí)踐課程重點(diǎn)開設(shè)綜合性，設(shè)計性以及創(chuàng)新性三大類實(shí)踐項(xiàng)目；以博士、教授科研團(tuán)隊的科研項(xiàng)目為依托，將部分科研設(shè)施轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，將科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化或移植為學(xué)生創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)和學(xué)科競賽項(xiàng)目，派生出一批綜合性、探索性的實(shí)踐項(xiàng)目[7]。教師依托研究較為成熟的科研項(xiàng)目轉(zhuǎn)化成本科生科技創(chuàng)新類競賽項(xiàng)目，指導(dǎo)老師扶著本科生走一程，樹立學(xué)生對科研探索的熱情和信心，逐步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的成就感和責(zé)任感。《材料測試分析實(shí)驗(yàn)》課程的專任教師一方面給學(xué)生講授材料微觀結(jié)構(gòu)的特征，同時樹立學(xué)生對微觀世界的好奇心，指導(dǎo)學(xué)生參加微結(jié)構(gòu)攝影大賽，培育學(xué)生的美感和情操，打造出藝術(shù)情感、高級技術(shù)和科學(xué)思維有機(jī)結(jié)合的范例。

圖2 “校內(nèi)創(chuàng)新實(shí)踐”雙平臺協(xié)同育人的新實(shí)踐教學(xué)體系Fig.2 The new practice teaching system for collaborative education about “Campus Innovation Practice” double platform

2.4 強(qiáng)化學(xué)科交叉，形成學(xué)生創(chuàng)新能力“金字塔”培養(yǎng)體系

以專業(yè)基礎(chǔ)入門熏陶為起點(diǎn)，幫助學(xué)生了解材料學(xué)科歷史文化、材料研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，鼓勵學(xué)生追求卓越目標(biāo)；以院級專業(yè)競賽鍛煉為依托，增強(qiáng)學(xué)生知識儲備，提高學(xué)生分析問題、動手實(shí)踐和開拓創(chuàng)新精神。積極吸納具有機(jī)械、金屬和化學(xué)學(xué)科背景的專任教師指導(dǎo)學(xué)生參加各類交叉學(xué)科或者本學(xué)科技能大賽，以賽促學(xué)、以賽促練，著力提升學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。以校級自主創(chuàng)新項(xiàng)目為載體，提升學(xué)生創(chuàng)新能力。通過開展校企合作講座、開辦“紅谷之聲”講壇、組織學(xué)生到企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)等，讓企業(yè)創(chuàng)業(yè)文化元素與校園學(xué)術(shù)文化融為一體。積極與企業(yè)開展長期、深度合作，引進(jìn)企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)文化，實(shí)現(xiàn)校企實(shí)踐訓(xùn)練一體化。通過普及教育課程模塊和結(jié)合專業(yè)教育課程模塊的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識積累，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識(包括創(chuàng)業(yè)需要、動機(jī)、興趣和信念等)和熱情，使其對創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育由感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識，為實(shí)現(xiàn)創(chuàng)業(yè)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)，完成知識與意識培養(yǎng)階段的目標(biāo)。從優(yōu)化調(diào)整創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念、構(gòu)建全面的課程體系、構(gòu)建多維的實(shí)踐體系、營造良好的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)文化環(huán)境、打造具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的教師隊伍和構(gòu)筑全程化的保障體系六個方面出發(fā)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育理念融入到高校材料化學(xué)專業(yè)復(fù)合型、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)計劃當(dāng)中，培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神，同時具備實(shí)踐能力、兼有新工科特色的材料化學(xué)專業(yè)人才，實(shí)現(xiàn)院系自身資源不斷增值，并服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3 材料化學(xué)專業(yè)“科教融合”教學(xué)改革實(shí)踐案例分析

以專業(yè)教師艾建平指導(dǎo)學(xué)生開展“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃項(xiàng)目”和本科生畢業(yè)論文工作為例，專任教師在其承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金“發(fā)泡-注凝成型制備釔穩(wěn)定氧化鋯多孔陶瓷及其在熱環(huán)境下的微結(jié)構(gòu)演變研究”和省級自然科學(xué)基金“ScYSZ-Al2O3復(fù)相泡沫陶瓷的微結(jié)構(gòu)調(diào)控及抗熱震破壞機(jī)制研究”基礎(chǔ)上，合理劃分出一部分實(shí)驗(yàn)難度適宜的工作，委派給本科生來嘗試完成。例如在經(jīng)費(fèi)的支持下，將國家自然科學(xué)基金中的發(fā)泡劑含量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)工作讓一組學(xué)生來承擔(dān)，學(xué)生利用周末或者寒暑假的空余時間進(jìn)入專任教師實(shí)驗(yàn)室開展探索工作；另外，在省級自然科學(xué)基金經(jīng)費(fèi)支持下，指導(dǎo)學(xué)生以“氧化鈧和氧化釔共穩(wěn)的氧化鋯陶瓷相穩(wěn)定性與力學(xué)性能研究”題目為本科畢業(yè)論文，指導(dǎo)學(xué)生開展相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)工作。表1為部分專任教師研究課題轉(zhuǎn)化大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目或本科畢業(yè)論文。

表1 部分專任教師研究課題轉(zhuǎn)化大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目或本科畢業(yè)論文Table 1 Some of the full-time teachers’ research projects are transformed into innovative training projects or undergraduate graduation papers

指導(dǎo)教師安排部分感興趣的學(xué)生參與科研實(shí)踐工作，并及時給予學(xué)生團(tuán)隊成員實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，讓學(xué)生了解整個課題需要解決的問題和主要解決問題的思路。大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練團(tuán)隊成員在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下，學(xué)會應(yīng)用部分實(shí)驗(yàn)科研設(shè)備來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)解決方案的可行性，并得出有效的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，達(dá)到實(shí)現(xiàn)“分析問題-提出解決方案-實(shí)踐驗(yàn)證方案-持續(xù)改進(jìn)方案”這樣一條完整鏈條的創(chuàng)新訓(xùn)練目的。圖3為專任教師指導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新訓(xùn)練的實(shí)況圖。

圖3 專任教師指導(dǎo)學(xué)生開展創(chuàng)新訓(xùn)練的實(shí)況圖Fig.3 A real picture of a full-time teacher guiding students to carry out innovative training

4 結(jié) 語

近五年來，材料化學(xué)專業(yè)建設(shè)成績顯著：(1)畢業(yè)生服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力顯著增強(qiáng)，大約占總就業(yè)人數(shù)的43%左右畢業(yè)生直接就職于省內(nèi)高新企業(yè)，用人單位滿意度高達(dá)95%以上；平均考研升學(xué)率26.45%，不少學(xué)生進(jìn)入哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海大學(xué)等國內(nèi)一流高校深造，反映學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和追求卓越品質(zhì)的雙重提升。(2)專業(yè)教師教學(xué)能力和參與教學(xué)改革不斷深化。100%的專業(yè)教師承擔(dān)專業(yè)課程教學(xué)改革活動(包括優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)、承擔(dān)教學(xué)改革課題和出版規(guī)劃教材等)，已有28.75%的專業(yè)課程成功實(shí)施課程思政教育；榮獲省級教學(xué)成果二等獎1項(xiàng)，校級教學(xué)成果獎二等獎2項(xiàng)，校級優(yōu)質(zhì)課程6門，出版教材3部。(3)學(xué)生學(xué)以致用與實(shí)踐創(chuàng)新能力大幅增強(qiáng)，學(xué)科與技能競賽碩果累累。學(xué)生參加各類創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目或者教師科研項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)全覆蓋，在重量級學(xué)科競賽中榮獲省級以上獎勵達(dá)60人次，占學(xué)生總?cè)藬?shù)的38.71%。