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【摘要】本文以新工科建设为背景，以上海工程技术大学材料科学与工程专业为例，分析了专业背景及存在的问题，根据新工科的要求，结合国家新材料发展、上海产业化以及学校的定位等进行分析。提出材料科学专业的教学改革与创新能力培养的思路和措施。
【关键词】新工科 材料科学与工程 创新能力培养
【基金项目】该项目得到上海工程技术大学教学建设项目（x201905001）、国家自然基金项目（51603120）的支持。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）07-0124-02
新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征[1-2]。2017年，教育部提出新工科人才的新要求，即“工程科技人员具备更高的创新创业能力和跨界整合能力”。
智能材料、新能源材料、3D打印技术……材料领域的产业发展日新月异，新材料作为国家十大重点领域，预计2025年“新材料”领域人才需求总量达1000万人，但总缺口超过400万人[3]。从人才需求可以看出，除了新兴的信息技术产业需求量比较大，电力装备和新材料是需求比较大、空缺較多的行业。新时代呼唤“新工科”人才，人才需求不仅是数量上，更需要面向新兴产业和区域发展的需求，调整人才培养的结构和质量。伴随新一轮科技革命与经济全球化的加速进行，现代工程实际问题的复杂性和涉及的不可预见因素往往超越现有的工程解决方法和标准、单一的学科知识领域甚至技术范畴，目前的教育在解决实际问题能力培养方面存在结构性短板等问题。
本论文结合上海工程技术大学材料科学与工程本科专业、相关学科和工程教育专业以及“新工科的特点”，对专业在学生教学与创新能力培养模式上进行系统研究和分析。
一、新工科建设背景下材料专业面临的问题与挑战
上海工程技术大学是上海地方性高校，目标是培养了解国际规则、具备综合能力、拥有创新意识、创新能力和奉献精神的高等工程应用人才。而目前学生的工程实践能力不够强、创新能力比较弱等问题，教育与产业结合、与企业合作程度不够紧密，使目前学生所学到的知识体系相对陈旧、知识更新相对缓慢，不能跟上时代的需求，同时教师重视科研等基础研究，而工程实践和背景相对较弱，难以应对快速新材料发展过程中新的工艺、设备以及新材料生产和应用的需求。
结合新工科以及工程教育认证对人才的需求和学校的定位，提出本专业的培养目标：本专业以先进制造业和新材料为专业背景，注重与化学、机械、微电子、信息等领域的交叉渗透，以金属材料和表面工程为重点;注重培养学生新材料开发和设计、材料改性、材料性能检测和失效分析的能力;培养具备材料科学与工程领域的基础理论，能在材料的制备、加工成型、结构研究与分析、材料表面工程、新材料开发等领域，从事科学研究与教学、技术开发、技术改造、产品质量控制与分析、生产及经营管理等方面工作的高等工程应用型人才[4]。
因此在新工科建设背景下，材料科学与工程专业的建设需要以社会需求为导向，结合国家和上海的发展需求，提出培养目标。在新工科背景下，材料科学与工程专业的建设以及创新能力的培养，如何结合目前国家战略的发展和应用的需求（材料、能源、信息），进行课程体系的设计、课程教学模式和学生的培养模式进行探索。
二、新工科建设背景下材料类专业综合改革的具体路径和措施
（一）培养目标
新材料的技术被称为“发明之母”和“产业粮食”。新材料产业是当今世界各国重点发展的高新技术产业之一。新材料技术对其他领域的发展起着引导、支撑和相互依存的关键性作用，是最具推动力的共性基础技术。具有优异性能或特定功能、应用前景广阔的新材料已成为发展信息、航天、能源、生物等高技术的重要基础材料。国外及中国多个国家非常重视材料的开发与研究。
跟踪国家战略，面向区域经济和产业发展需求，培养工程实践能力强的高素质应用型人才。国家中国制造2025明确新材料是十大重点领域，“中国制造2025”战略，就是调整产业结构，向产业链中高端转移，进而实现创新驱动的发展模式。上海作为我国建设中的国际经济、金融、贸易和航运中心，努力推进科技创新、实施创新驱动发展战略方面走在全国乃至世界前列，加快建设具有全球影响力的科技创新中心。其中汽车及零部件制造产业在全球城市中排名第一。
上海工程技术大学学校所在地松江位于“G60科创走廊”也鼓励推进制造业强区和质量强区的发展。因此，我们专业课程体系的设计和人才的培养目标可以结合。专业目标是以金属材料和表面工程为重点;注重培养学生新材料开发和设计、材料改性、材料性能检测和失效分析的能力;培养具备材料科学与工程领域的基础理论，能在材料的制备、加工成型、结构研究与分析、材料表面工程、新材料开发等领域，从事科学研究与教学、技术开发、技术改造、产品质量控制与分析、生产及经营管理等方面工作的高等工程应用型人才。
（二）构建理论与实践紧密结合的课程体系
建立理论与实际相结合、教师与学生紧密结合、学校与企业紧密结合的人才培养模式，构建“学中做”“做中学”“学做结合”“重在实践”教学体系。课堂是新工科人才培养的主渠道，课堂是连接学生与国家战略需求和产业发展的有效途径。陈旧的照本宣科式的教学已不再适合当前人才培养的发展趋势，专业应发挥学科优势，打通科研成果与课堂教学的通道，有效地将科研资源转化为教学资源，让实验室里、研发中心、生产一线的科研成果、前沿知识变成“活教材”，让学生在课堂上真正学得深、吃得透。
课程体系建设更加完善和系统。（1）通过设立模块化课程体系（公共必修、平台基础课、专业基础课、专业课、职业素质拓展等），解决之前存在的各自传统的学科优势，二级学科设置课程，专业基础受局限、被弱化、专业基础课与专业技术课程容易被混淆的问题。（2）课程设计中注重课程内容交叉综合，1+N=？“新工科”人才培养指向的是多学科交叉融合的复合型人才，如今“大数据时代”已经到来，在课程中应该将计算机引入课程体系。与其他学院的课程内容交叉，如电子通信（互联网+、AI技术）、自动化、艺术设计等交叉。（3）面向产业的特色课程。开设的课程既要满足传统材料学专业，又有创新的课程，如前沿性课程、面向汽车、分析检测等不同领域开设特色课程。（4）工程经验教师队伍建设。目前工程经验教师少，对于实际工程问题不清楚。（5）构建工程实践教学课程体系，课程实践教学重视学生动手能力、创新能力，满足新工科的专业素养和通识教育面向应用的现实要求。 加强创新创业教育。创新教育就是通过教学活动来培养学生的创新能力，增强学生创造新的、有用的思维产品的能力。创新创业教育作为我国提出的一种新的教育理念，并不是创新教育与创业教育的简单叠加，而是在理念和内容上实现了对创新教育或创业教育的超越。构建学科竞赛体系，鼓励学生参加学科和创新创意大赛，培养学生的创新能力（参加创新创业大赛、互联网+等）和团结能力。通过组织学生参加各种知识竞赛、创新创业项目，鼓励学生创新，激发学生的学习潜力和动力，同时提高学生的创新能力、团队合作能力等。
（三）构建产教融合校企育人平台，提高学生创新创业能力
学校、学院协助广泛搭建实践育人平台，为学生提供课程实践能力训练和创新创业的空间。结合学院教师承担研究项目，提供学生实验室平台、实践基地，在本科二年级开始学生可以加入教师研究团队，进行动手能力、思考问题、解决问题等方面的培养和专业知识的运用，课本知识与实际应用相结合，更好地培养专业素养;以企业研发项目为载体、在具体工程项目实践中培养学生研发创新能力，鼓励学生参与教师横向课题的研究，一是可以了解实际应用需要解决的问题，二是给学生接触企业提供条件，如企业课题需要解决腐蚀和防腐的措施、表面强化、无损检测等，可以使学生结合自己的专业知识与實际应用相结合，把专业知识灵活应用。
聘请企业工程背景专家为兼职教师或是派遣教师进入企业接受培训和挂职锻炼，加强实践能力培养。对于大部分的专业教师来说，80%是高校直接毕业参加工作，专业能力比较强，但是由于缺少实际的工程应用条件，这方面能力比较欠缺，因此，专业教师队伍里边引进部分在公司任职的全职工程技术人员作为教师或是兼职教师，根据专业特色和背景，展开教育。
采用与企业合作的校企合作模式，校企协同育人等模式。可以根据专业特色探索满足企业需求的人才培养模式，共同培养材料行业紧缺的高端技术技能人才，为学生的实习和就业搭建更好的平台，也为材料行业可持续发展提供有力的人才支撑，为材料行业升级发展做出贡献[5]。
三、结语
新工科建设背景下，材料学作为传统专业需要从学校定位、人才培养目标、课程体系设置和教学等方面进行综合考虑和改革创新，才能实现新工科全面提高人才培养能力和学生综合素养的目标，培养适应和引领新一轮科技革命和产业革命的人才，为实现中华民族的伟大复兴贡献自己的力量。
参考文献：
[1]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017（6）：1-13.
[2]教育部，工业和信息化部，中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划 2.0 的意见[Z]
[3]制造业人才发展规划指南，中国教育部、人社部、工信部联合印发，2016年12月27日
[4]何妍，朱天晓，刘芬，罗太安，那兵.新工科背景下材料专业创新型人才培养模式研究——基于四位一体视角[J].教育教学论坛，2019（46）：49-50.
[5]周娟，樊湘芳，郭棣彬.基于校企合作人才培养模式的材料成型及控制[J].教育现代化，2016-6（16）：6-7
【关键词】新工科 材料科学与工程 创新能力培养
【基金项目】该项目得到上海工程技术大学教学建设项目（x201905001）、国家自然基金项目（51603120）的支持。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）07-0124-02
新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征[1-2]。2017年，教育部提出新工科人才的新要求，即“工程科技人员具备更高的创新创业能力和跨界整合能力”。
智能材料、新能源材料、3D打印技术……材料领域的产业发展日新月异，新材料作为国家十大重点领域，预计2025年“新材料”领域人才需求总量达1000万人，但总缺口超过400万人[3]。从人才需求可以看出，除了新兴的信息技术产业需求量比较大，电力装备和新材料是需求比较大、空缺較多的行业。新时代呼唤“新工科”人才，人才需求不仅是数量上，更需要面向新兴产业和区域发展的需求，调整人才培养的结构和质量。伴随新一轮科技革命与经济全球化的加速进行，现代工程实际问题的复杂性和涉及的不可预见因素往往超越现有的工程解决方法和标准、单一的学科知识领域甚至技术范畴，目前的教育在解决实际问题能力培养方面存在结构性短板等问题。
本论文结合上海工程技术大学材料科学与工程本科专业、相关学科和工程教育专业以及“新工科的特点”，对专业在学生教学与创新能力培养模式上进行系统研究和分析。
一、新工科建设背景下材料专业面临的问题与挑战
上海工程技术大学是上海地方性高校，目标是培养了解国际规则、具备综合能力、拥有创新意识、创新能力和奉献精神的高等工程应用人才。而目前学生的工程实践能力不够强、创新能力比较弱等问题，教育与产业结合、与企业合作程度不够紧密，使目前学生所学到的知识体系相对陈旧、知识更新相对缓慢，不能跟上时代的需求，同时教师重视科研等基础研究，而工程实践和背景相对较弱，难以应对快速新材料发展过程中新的工艺、设备以及新材料生产和应用的需求。
结合新工科以及工程教育认证对人才的需求和学校的定位，提出本专业的培养目标：本专业以先进制造业和新材料为专业背景，注重与化学、机械、微电子、信息等领域的交叉渗透，以金属材料和表面工程为重点;注重培养学生新材料开发和设计、材料改性、材料性能检测和失效分析的能力;培养具备材料科学与工程领域的基础理论，能在材料的制备、加工成型、结构研究与分析、材料表面工程、新材料开发等领域，从事科学研究与教学、技术开发、技术改造、产品质量控制与分析、生产及经营管理等方面工作的高等工程应用型人才[4]。
因此在新工科建设背景下，材料科学与工程专业的建设需要以社会需求为导向，结合国家和上海的发展需求，提出培养目标。在新工科背景下，材料科学与工程专业的建设以及创新能力的培养，如何结合目前国家战略的发展和应用的需求（材料、能源、信息），进行课程体系的设计、课程教学模式和学生的培养模式进行探索。
二、新工科建设背景下材料类专业综合改革的具体路径和措施
（一）培养目标
新材料的技术被称为“发明之母”和“产业粮食”。新材料产业是当今世界各国重点发展的高新技术产业之一。新材料技术对其他领域的发展起着引导、支撑和相互依存的关键性作用，是最具推动力的共性基础技术。具有优异性能或特定功能、应用前景广阔的新材料已成为发展信息、航天、能源、生物等高技术的重要基础材料。国外及中国多个国家非常重视材料的开发与研究。
跟踪国家战略，面向区域经济和产业发展需求，培养工程实践能力强的高素质应用型人才。国家中国制造2025明确新材料是十大重点领域，“中国制造2025”战略，就是调整产业结构，向产业链中高端转移，进而实现创新驱动的发展模式。上海作为我国建设中的国际经济、金融、贸易和航运中心，努力推进科技创新、实施创新驱动发展战略方面走在全国乃至世界前列，加快建设具有全球影响力的科技创新中心。其中汽车及零部件制造产业在全球城市中排名第一。
上海工程技术大学学校所在地松江位于“G60科创走廊”也鼓励推进制造业强区和质量强区的发展。因此，我们专业课程体系的设计和人才的培养目标可以结合。专业目标是以金属材料和表面工程为重点;注重培养学生新材料开发和设计、材料改性、材料性能检测和失效分析的能力;培养具备材料科学与工程领域的基础理论，能在材料的制备、加工成型、结构研究与分析、材料表面工程、新材料开发等领域，从事科学研究与教学、技术开发、技术改造、产品质量控制与分析、生产及经营管理等方面工作的高等工程应用型人才。
（二）构建理论与实践紧密结合的课程体系
建立理论与实际相结合、教师与学生紧密结合、学校与企业紧密结合的人才培养模式，构建“学中做”“做中学”“学做结合”“重在实践”教学体系。课堂是新工科人才培养的主渠道，课堂是连接学生与国家战略需求和产业发展的有效途径。陈旧的照本宣科式的教学已不再适合当前人才培养的发展趋势，专业应发挥学科优势，打通科研成果与课堂教学的通道，有效地将科研资源转化为教学资源，让实验室里、研发中心、生产一线的科研成果、前沿知识变成“活教材”，让学生在课堂上真正学得深、吃得透。
课程体系建设更加完善和系统。（1）通过设立模块化课程体系（公共必修、平台基础课、专业基础课、专业课、职业素质拓展等），解决之前存在的各自传统的学科优势，二级学科设置课程，专业基础受局限、被弱化、专业基础课与专业技术课程容易被混淆的问题。（2）课程设计中注重课程内容交叉综合，1+N=？“新工科”人才培养指向的是多学科交叉融合的复合型人才，如今“大数据时代”已经到来，在课程中应该将计算机引入课程体系。与其他学院的课程内容交叉，如电子通信（互联网+、AI技术）、自动化、艺术设计等交叉。（3）面向产业的特色课程。开设的课程既要满足传统材料学专业，又有创新的课程，如前沿性课程、面向汽车、分析检测等不同领域开设特色课程。（4）工程经验教师队伍建设。目前工程经验教师少，对于实际工程问题不清楚。（5）构建工程实践教学课程体系，课程实践教学重视学生动手能力、创新能力，满足新工科的专业素养和通识教育面向应用的现实要求。 加强创新创业教育。创新教育就是通过教学活动来培养学生的创新能力，增强学生创造新的、有用的思维产品的能力。创新创业教育作为我国提出的一种新的教育理念，并不是创新教育与创业教育的简单叠加，而是在理念和内容上实现了对创新教育或创业教育的超越。构建学科竞赛体系，鼓励学生参加学科和创新创意大赛，培养学生的创新能力（参加创新创业大赛、互联网+等）和团结能力。通过组织学生参加各种知识竞赛、创新创业项目，鼓励学生创新，激发学生的学习潜力和动力，同时提高学生的创新能力、团队合作能力等。
（三）构建产教融合校企育人平台，提高学生创新创业能力
学校、学院协助广泛搭建实践育人平台，为学生提供课程实践能力训练和创新创业的空间。结合学院教师承担研究项目，提供学生实验室平台、实践基地，在本科二年级开始学生可以加入教师研究团队，进行动手能力、思考问题、解决问题等方面的培养和专业知识的运用，课本知识与实际应用相结合，更好地培养专业素养;以企业研发项目为载体、在具体工程项目实践中培养学生研发创新能力，鼓励学生参与教师横向课题的研究，一是可以了解实际应用需要解决的问题，二是给学生接触企业提供条件，如企业课题需要解决腐蚀和防腐的措施、表面强化、无损检测等，可以使学生结合自己的专业知识与實际应用相结合，把专业知识灵活应用。
聘请企业工程背景专家为兼职教师或是派遣教师进入企业接受培训和挂职锻炼，加强实践能力培养。对于大部分的专业教师来说，80%是高校直接毕业参加工作，专业能力比较强，但是由于缺少实际的工程应用条件，这方面能力比较欠缺，因此，专业教师队伍里边引进部分在公司任职的全职工程技术人员作为教师或是兼职教师，根据专业特色和背景，展开教育。
采用与企业合作的校企合作模式，校企协同育人等模式。可以根据专业特色探索满足企业需求的人才培养模式，共同培养材料行业紧缺的高端技术技能人才，为学生的实习和就业搭建更好的平台，也为材料行业可持续发展提供有力的人才支撑，为材料行业升级发展做出贡献[5]。
三、结语
新工科建设背景下，材料学作为传统专业需要从学校定位、人才培养目标、课程体系设置和教学等方面进行综合考虑和改革创新，才能实现新工科全面提高人才培养能力和学生综合素养的目标，培养适应和引领新一轮科技革命和产业革命的人才，为实现中华民族的伟大复兴贡献自己的力量。
参考文献：
[1]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017（6）：1-13.
[2]教育部，工业和信息化部，中国工程院关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划 2.0 的意见[Z]
[3]制造业人才发展规划指南，中国教育部、人社部、工信部联合印发，2016年12月27日
[4]何妍，朱天晓，刘芬，罗太安，那兵.新工科背景下材料专业创新型人才培养模式研究——基于四位一体视角[J].教育教学论坛，2019（46）：49-50.
[5]周娟，樊湘芳，郭棣彬.基于校企合作人才培养模式的材料成型及控制[J].教育现代化，2016-6（16）：6-7