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摘 要：在“新工科”教育建设的背景下，随着社会发展、科技进步以及社会需求越来越多样化、功能化、人性化，打造前沿交叉类通识课程的必要性日益凸显。文章结合材料类专业人才培养目标，以奇妙的功能陶瓷课程为例，对该类前沿交叉通识课程的建设展开了探索。论文提出建设前沿交叉类课程建设需要遵循的基本思想为：以培养学生的认知与理解能力为基础，以开发学生的创新与拓展能力为准则，以培养工程实用型人才为目的;在课程建设过程中，着力打造优良的教师团队，设计宽厚的基础知识体系，拓展多层次的前沿交叉类案例，构建多维度的考核和评价标准，以最大化地提升课程建设成效。
关键词：新工科;前沿;交叉;功能陶瓷
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）25-0011-05
Abstract： Under the background of the construction of "new engineering education，" with social development， scientific and technological progress and social needs becoming more and more diversified， functional and humanized， the necessity of building cutting-edge cross general courses is becoming increasingly prominent. Combined with the training objectives of materials professionals， this paper explores the construction of this kind of cutting-edge cross general courses by taking the course of wonderful functional ceramics as an example. This paper puts forward the basic ideas to be followed in constructing cross cutting-edge courses： the cultivation of students' cognitive and understanding ability as basis; the development of students' innovation and expansion ability as the criterion， and the purpose of cultivating engineering practical talents. In the process of curriculum construction， we should strive to build an excellent teacher team， design a generous basic knowledge system， expand multi-level cutting-edge cross cases， and build multi-dimensional assessment and evaluation standards to maximize the effectiveness of curriculum construction.
Keywords： new engineering; the front; cross; functional ceramics
一、前沿交叉类通识课程的必要性
通识教育是一个有着近两个世纪历史的高等教育理念，也是时代发展所需[1]。交叉课程指由不同学科之间相互作用，彼此融合形成的一类课程。这一类课程的发展与时代、科技的发展密切相关，也是传统的学科之间相互交叉、融合的产物[2]。具体来讲，学科交叉的课程通常源于对单一学科无法或是无意对某些重要问题进行研究和认识，需要跨学科的合作方能取得成功。众所周知，当代大学侧重學术分科、专业分类，这种教育体制下培养出来的人才有专、精、尖的特点，能引领弥补我国一些前沿技术领域的空白，缩短与国际先进水平的差距，也颇受大众认可。但是，构成这个物质世界的基础——材料，在实际的应用过程中并不总具有这种分科、分类的属性。随着时代和社会发展越来越快速，工业发展和社会需求越来越多样化、功能化、人性化。在很多客观情况下，材料的应用是多功能、多需求、多领域的组合。如果某个领域专家过分强调其“专”，而在其他重要的旁关领域缺乏一些必要的常识，则会在一定程度上阻碍自身专业的真正发展和应用拓展。科学上的新理论、新发明、新的工程技术常常诞生于学科的交叉点上，因此，前沿科技的快速发展离不开学科交叉。随着人类认识水平的不断提升，当代计算机、电子信息、通信、新能源、新光源、航空航天、海洋生物工程等新兴行业的发展，都对材料提出了更高的要求。重视交叉学科，将推动科技向着更深层次和更高水平发展。以奇妙的功能陶瓷课程为例，所关注的功能陶瓷（又称高性能陶瓷、先进陶瓷、特种陶瓷）起源于历史悠久的传统陶瓷，历经工业陶瓷，是采用高纯度、超细人工合成或精选的能满足新兴行业应用的前沿交叉材料。因其具有精确的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计，优良的电、光、热、声、磁、生物、力学、化学和超硬等诸多单一或耦合特性，在我们当今时代的各个领域得到了应用，其发展跨越信息、能源、材料、生物等学科，方兴未艾，产业规模日趋增大。
相应地，从更好地服务社会、服务人类、科学研究的角度分析，具有某一专长且同时具有相关领域通识专业背景的综合高素质人才的需求也更为迫切。举例来说，生物医用陶瓷材料，如多孔羟基磷灰石代替牙齿、骨骼等组织被植入人体后，必然要与机体组织（软组织、硬组织、血液和组织液）接触。由于人体的特殊情况，不但要求这类材料本身具有满足条件的力学性能（强度、硬度、延性等），还需要有优异的抗腐蚀性、生物相容性，甚至抗菌消炎特性。相关材料的研发涉及材料、生物、机械、医疗以及商业等多个领域的专业背景，不但需要相关领域科学家的合作，更需要具有两个或者两个以上专业背景的通识人才交流和协调才能将产品从不同角度最大优化，以满足不同层面的需求。因此，开设前沿交叉类通识课程是时代发展所需。 二、前沿交叉类通识课程的目标
前沿交叉类通识课程的建设是打造“新工科”教育教学平台的重要举措之一。“新工科”的目標是培养和造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，为推动我国产业发展和提升国际竞争力提供智力支持和人才保障，以应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战[3]。为了提高人才培养质量，实现对人才培养方案全面重构这个目标，非常有必要实施前沿交叉类课程的强化通识教育，构建宽口径、厚基础、强能力、重创新的通识课程体系。这一类特殊的、又具有鲜明当代科技、材料发展特色的交叉课程，可以理解为传统学科教育的“卓越”版，不但能增强人才供给的针对性和有效性，还能提高学科专业的适应性。
因此，为了响应“新工科”教育教学平台的建设[4]，在深入功能陶瓷研究、发展及应用现状、充分调研国内外高校功能陶瓷材料相关课程教学情况的基础上，我们确立了奇妙的功能陶瓷课程建设的基本思想，其思路为：以培养学生的认知与理解能力为基础，以开发学生的创新与拓展能力为准则，以培养工程实用型人才为目的。其课程目标设定为：构筑扎实的“通识”基础，为学生后续所学理论课程、实验课程、毕业设计以及今后从事各类专业领域的工程技术工作提供必要的理论认知基础和基本技能要求——厚基础;搭建相“融”的知识架构，打通各个学科之间的交叉通道，拓展相关材料在相关学科的应用，使学生具备较强的知识拓展能力——宽口径;引领前沿科技内涵，激发学生衍“变”新的创新思维，促进理工科大学与前沿产业的联系，为培养大批将来进入前沿交叉领域的科学家、工程师、技术员和技术工人做储备——重创新。
三、前沿交叉类通识课程内容的设置
课程内容体系围绕培养目标设定。前沿交叉类通识选修课的内容设计应适当弱化专业课的“专”，强化“通识”和“交叉”。课程内容立足基础，着眼前沿，与时俱进，深浅适度，着重实用原理和技术，兼顾前沿展望。
作为一门面向全校理工科专业学生开设的课程，奇妙的功能陶瓷将主要讲授电介质（压电、铁电、热释电）陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、生物医学陶瓷、化学陶瓷和光学陶瓷等的原料特性、微观结构、应用原理，并基于电子与光电子信息、微电子技术、传感与自动化技术、生物医生、能源、环境保护、国防工业、航空航天、机械制造与技工、计算机等高新技术领域的应用实例进行前沿展望。课程内容既能使来自材料、冶金、信息、机械等工科学院学生的知识系统得到拓展和补充，又能获得物理、化学、生命科学等理科专业学生的理解和认可，从中得到启发。
四、前沿交叉类通识课程的实施
教学过程的顺利实施和良好的教学效果，均依赖于一支素质过硬的教师团队。前沿交叉类通识教育并非只是拓宽知识面，更重要的是让受教育者了解不同学科知识的内在统一性和差异性，了解不同学科的思考方式，使学生在融会贯通中汲取智慧，激发拓展创新能力。
（一）打造精英教师团队：重“才智”，兼顾“心智”和“德智”
教学活动的主要施为者——教师团队的建设非常重要，也极其关键。只有打造一支精良的师资队伍，才能在人才培养上，真正提升学生的“才智”。前沿交叉类通识课程，要求授课教师为教学科研并重的类型，不但要有相关的专业背景，研究领域与功能陶瓷密切相关，还要拥有较深的学术背景、扎实的理论基础和更前沿的学识预见;而且具有良好的授课能力、课堂教授技巧也非常必要，教学水平与教学效果俱佳，在教学质量评价体系中也会获得良好的反馈;课程团队教师热爱教育事业、忠于职守，全身心投入教学与研究工作，具有老带新的优良传统;教师团队还需定期针对学生上课情况和学习反馈情况展开研讨，适时交流和把握学生学习动态，调整授课内容和授课模式，提升本门课程的教学质量和影响。
人才培养要适应社会的需要，关键在于培养学生的品格、能力和智慧。除了科学知识、工程技能的传授，一支高素质的教师队伍还需注重学生“心智”和“德智”的培养，兼具思政特色。大学里教学科研并重的教师，身上同时具有“教师”和“学术人”的角色特征[5]。这两种身份的结合赋予了教师传播文化知识的使命感、担当“社会良心”的责任心、对个体意志行为的规范性以及对发现和应用学术的预见性。前沿通识教育的教师在引领学生学习，揭示科学研究的奥秘时，学术人自身以及课程内容所关联的科学家们特有的责任感、意志力以及超越功利、忠于真理、勇于创新的精神和理念，也一并在课堂上得以体现和传承，以“润物细无声”的方式培养学生独立思考和敢于创造的习惯，提升学生的科学素养，增强未来工程师等新工科人才的工程伦理意识和社会责任感[6]。
（二）夯实基础：突出教，重在学
我国经济社会的可持续、全面发展，最根本的是靠人才。这必然要求高校加强人才培养质量，这也是社会对高校的评价、市场对学生的选择的客观标准。依据前沿交叉类通识课程的目标，要培养基础厚实、融会贯通、思想创新的理工类工程实业人才。基础部分不扎实，前沿交叉就如浮萍之末，难以长远。但需要注意，通识基础的教育，不是面面俱到，涉及的学科基础范围也并非都能均衡地得到分配。囿于学时的限制，往往主要以某一学科基础为主，辐射其他学科。以奇妙的功能陶瓷为例，通识的部分将以揭示功能陶瓷材料在不同领域应用的“神奇”为目标，引领学生探索材料微观世界。因为当材料的尺度从宏观到介观再发展到微观和纳观层次时，组成物质内部的作用也会从大尺寸逐渐变化到纳米甚至更小尺度的微观粒子。粒子尺寸越小，会体现出更多的量子效应，呈现出很多奇异的性质。功能陶瓷神奇的光、电、声、磁等特性与原材料本身的物化性质、微观结构、组织成分、原子排布、价键变化密切相关。课程教学中，教师会注重让学生理解、掌握功能陶瓷“神奇”功能的起源，挖掘不同类别功能陶瓷材料的基本物性、微观结构、价键特征等内禀特质;揭示内禀特性所导致的宏观性能和功用的神奇之处;进一步通过材料本征特性的改性研究和前沿创新性思维的引导，辐射其在相关交叉领域的应用。这样学生才能在教师所“教”的知识外，受到启发，激发更多创新思维，为其将来尝试设计、发展新材料和新器件，走在高科技领域的发展前沿打下基础。 基础部分的教学，主要以教师讲授、示例，学生听课、观摩为主，教师须强调基本理论和技能教育，使学生具有扎实的基础知识和较强的實用能力，确保夯实课程的基础部分。除此之外，为了获得更好的教学效果，教师需要在定期考核的同时，及时根据学生课堂表现及课后作业质量加以评价和检测。比如通过学生课堂上与教师的互动情况，教学过程中学生的课堂参与度，课下作业质量检查，评估学生对理论知识的掌握、理解情况，从中发现学生在理论学习方面的问题所在;及时发现各种问题，进而寻求教学方法及学习方式上的改进措施，达到提升课堂教学效果的目的。
（三）交叉前沿部分：重引领启发、实例拓展
工科类的前沿交叉类课程，如奇妙的功能陶瓷，涉及电子学、物理学、化学、材料科学、微电子学、计算机科学等专业内容。教学过程中，要基于材料基础，围绕“功能”二字，体现神奇特性，多从学生的角度研究课程，才能走进学生的思想世界，吸引学生，达到启发学生的效果。“功能”二字的特色在于，除了我们传统认识的与力学相关的基础性能之外，具有材料的电、热、声、光、磁、生物、化学、力学和超硬等诸多单一或耦合特性的材料。这些性能具有鲜明的前沿和交叉特色，其应用涉及各个领域。教师在讲课过程中可以从与我们社会发展、日常生活密切相关的实用案例出发，激发学生求索奥秘的热情，领悟功能陶瓷材料的前沿交叉特色。比如压电陶瓷材料，利用其压电原理应用的有点火器、扬声器、话筒、晶体震荡器、医用超声仪、海底声呐探测器、航空红外探测仪、雷达探测仪等;压电原理耦合热释电功能，有可用于特殊领域侦查、分析的红外热电探测器等;压电原理耦合铁电性能，可做压电振子、铁电储存器、精密位移计、滤波器、打火器、引爆器等。堇青石等化学陶瓷材料因具有特殊的环六节/四节环状结构、多孔形貌以及对某种气体敏感的特性，通过各种改性研究，可用于汽车尾气的吸附、催化剂，或者特殊工作环境的吸毒面罩、家庭装修有害气体的吸收、空气中湿度的调节等。从与我们生活密切相关的案例入手，更容易引领学生进入更深层次问题的探索和学习。
五、前沿交叉类通识课程的教学效果与评价
提升大学课程质量取决于两方面，一是课程建设，二是教学实施过程。教学过程，并非只是简单的给予与接受，而是“教”与“学”的结合。因为教学对象的不确定性，教师需要根据学生个体学习差异、具体的学习情况、课堂表现随时调整“教”的方式方法，以更好地达成教学目标。结合教学目标，为了重点体现“前沿”“交叉”和“通识”特点，这类课程的教学成效考核建议从以下几种方式体现：
（一）融合性的基础试卷
任何高楼大厦、美丽风景都必须要有一个扎实的地基依托存在。同理，奇妙的功能陶瓷这门前沿交叉通识课程要想实现体现“融”“变”“通”的目标，必须依托于宽厚的知识量和扎实的技术基础。所以，课程配套需要有融合性的基础试卷，大体涵盖各交叉学科的要点、重点，适当体现难点。通过考核以及随后的补充复习、师生答疑等活动，学生一定要通晓课程的常规要点，清晰明了课程的重点，精准掌握课程的难点。这是前沿交叉类理工科课程对学生的基本要求，尽量避免泛泛听过，学而不精。
（二）开放性的延伸试卷
开放性包含未知性、无限可能、潜在可能等，这些都是“前沿交叉”四字所能预示但无法包涵的。正如人有五指，各有所长，研究认为，一个人对社会体现的个人价值必定是自身能力突出部分、最努力部分的一个集中表现，而不是其短板。前沿交叉类通识课程试卷的出题初衷，是能让学生发挥其最佳才华学识、体现其思创能力的部分。因为教师难以凭借学生在一道题中的表现衡量其全面，所以，延伸问卷应提供多种类型的学科交叉问题以供学生选择和发挥。试题中所体现的前沿交叉，可能是两科或者两科以上的交叉，但绝非所有涉及学科的全面交叉。比如生物陶瓷领域，主要涉及材料和生物两个学科之间的相融相通性问题;化学陶瓷则主要涉及化学和材料两个学科所涵盖的内容;阻电抗磁超导陶瓷中则会涉及材料、物理、机电等学科的专业背景和知识储备;而“人造太阳”的研发和应用则涉及材料、物理、化学、核反应等学科专业背景。开放性的试题类型应该提供学生可能感兴趣的各类理工学科的组合，供学生挑选其中最感兴趣或者最有信心、最能激发其探索兴趣的题目供其进行科学的设计和创想。这样的试卷在挖掘学生潜力、激发其创新性的同时，还可以培养其自信心。
（三）翻转课堂：学术交流与汇报
“翻转课堂”是当今信息技术支撑下的教学新形态。其最初的理念是由教学视频承担知识传授的责任，学生课前观看视频，课堂完成知识内化，通过知识传授与内化流程的颠倒，实现对传统课堂教学的革新。具体施行时，围绕翻转课堂教学的理论框架和教学策略，不同的教育者、不同的课程会有不同的诠释方式[7]。以奇妙的功能陶瓷课程为例，该课程内容包含了七大类迥然不同的陶瓷材料特性、工作原理、应用领域和前沿展望，这给选修该课程的同学们提供了极好的发挥空间。在该课程中，教师在课堂上讲解分类陶瓷的关键知识，材料的工作原理以及对应自身专业领域的应用理念和关键技术。但是受学时所限，学生所学受限，学生可能会有“浅尝即止”之感，课堂成效也受限。在此情况下，翻转课堂模式则可以突破学时限制，把课堂成效发挥到最大程度。奇妙的功能陶瓷课程的翻转课堂将学生依据其对某一类功能陶瓷的兴趣自由组合分成电介质陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷、光学陶瓷、化学陶瓷七个研究小组。在给定的准备时间里，每个小组组员围绕自己小组课题的材料、制备、微观结构、价键特征、性能表征、工作原理、前瞻与亟待解决的问题等若干方面提出观点、分享建议、查找素材、制作演讲幻灯片或视频，准备翻转课堂内容。这个过程中重点考验的是学员之间的交流和合作能力。学生经过交流，确定项目内容;围绕内容，进行各自的分工;定时讨论，检查各个环节的衔接和观点诠释的准确性和严谨性。最后每一组在规定的时间内围绕该类陶瓷材料制备、性能、应用、潜能或者其他的方面进行阐述、论证、演示。同学们在提升自我的同时也从其他组的翻转课堂中有所收获，进而找到交叉点。 为了提升前沿交叉领域翻转课堂的效果，指导教师应该对翻转课堂的内容和展示提供建议和指导，及时指引和赋能;并在翻转课堂展示后，及时肯定学生的努力，给出建议。打磨“翻转课堂”的过程可以激发学生的主观能动性，培养其合作精神，提升其交流能力，最大化提升学习成效。
六、结束语
综上，“新工科”类前沿交叉通识课程的建设因为可以“融”合不同学科的内涵，打“通”专业高墙，增加各学科之间的交流，衍“变”出新的潜能，培养具有交叉通识专业背景的高素质人才而受到关注和重视。该类课程的建设需要以培养学生的认知与理解能力为基础，以开发学生的创新与拓展能力为准则，以培养工程实用型人才为目的。在课程建设过程中，教师团队的建设为第一要素，在培养学生“才”智的同时需兼顾“心”智和“德”智的训练与引领;教师需精心设计教学内容，夯实基础，导入案例，拓展前沿，激发创新思维;教学过程中有针对性地采取多元化的考核和评价手段激发学生的学习热情，提升教学效果和课程建设成效，为国家培养适应新经济和大工程时代发展需要的创新型工科人才。
参考文献：
[1]高建国，宋才琼，张俊峰.西南联大课程设置中的通识教育[J].国家教育行政学院学报，2011（7）：58-62.
[2]姚期智.多学科交叉融合是信息技术发展的关键[N].科学时报，2008-11-13（3）.
[3]刘吉臻，翟亚军，荀振芳.新工科和新工科建设的内涵解析——兼论行业特色型大学的新工科建设[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.
[4]教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知（教高厅函[2017]33号）[EB/OL].（2017-6-16）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201707/t20170703_308464.html.
[5]张炎.现代大学教师学术人角色的异化与重构[J].江苏高教，2012（3）：88-90.
[6]王章豹，朱华炳.面向新工科人才培养的工程文化教育的内涵、意义和路径[J].中国大学教学，2020（8）：14-18.
[7]路丽娜.“翻转课堂”：传统课堂面临的挑战及变革路径[J].大学教育科学，2014（6）：66-70.
基金项目：东北大学2020年度交叉性通识课程建设立项“奇妙的功能陶瓷”（东大教字[2020]号文）
作者簡介：刘永利（1978-），女，汉族，山西临县人，博士，副教授，研究方向：半导体功能陶瓷材料性能的计算与设计;
季洪梅（1990-），女，汉族，山东滨州人，博士，讲师，研究方向：天然生物陶瓷材料的微观结构及力学行为;祁阳（1960-），男，汉族，辽宁沈阳人，博士，教授，研究方向：超导和半导体陶瓷材料的制备及性能。
关键词：新工科;前沿;交叉;功能陶瓷
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2021）25-0011-05
Abstract： Under the background of the construction of "new engineering education，" with social development， scientific and technological progress and social needs becoming more and more diversified， functional and humanized， the necessity of building cutting-edge cross general courses is becoming increasingly prominent. Combined with the training objectives of materials professionals， this paper explores the construction of this kind of cutting-edge cross general courses by taking the course of wonderful functional ceramics as an example. This paper puts forward the basic ideas to be followed in constructing cross cutting-edge courses： the cultivation of students' cognitive and understanding ability as basis; the development of students' innovation and expansion ability as the criterion， and the purpose of cultivating engineering practical talents. In the process of curriculum construction， we should strive to build an excellent teacher team， design a generous basic knowledge system， expand multi-level cutting-edge cross cases， and build multi-dimensional assessment and evaluation standards to maximize the effectiveness of curriculum construction.
Keywords： new engineering; the front; cross; functional ceramics
一、前沿交叉类通识课程的必要性
通识教育是一个有着近两个世纪历史的高等教育理念，也是时代发展所需[1]。交叉课程指由不同学科之间相互作用，彼此融合形成的一类课程。这一类课程的发展与时代、科技的发展密切相关，也是传统的学科之间相互交叉、融合的产物[2]。具体来讲，学科交叉的课程通常源于对单一学科无法或是无意对某些重要问题进行研究和认识，需要跨学科的合作方能取得成功。众所周知，当代大学侧重學术分科、专业分类，这种教育体制下培养出来的人才有专、精、尖的特点，能引领弥补我国一些前沿技术领域的空白，缩短与国际先进水平的差距，也颇受大众认可。但是，构成这个物质世界的基础——材料，在实际的应用过程中并不总具有这种分科、分类的属性。随着时代和社会发展越来越快速，工业发展和社会需求越来越多样化、功能化、人性化。在很多客观情况下，材料的应用是多功能、多需求、多领域的组合。如果某个领域专家过分强调其“专”，而在其他重要的旁关领域缺乏一些必要的常识，则会在一定程度上阻碍自身专业的真正发展和应用拓展。科学上的新理论、新发明、新的工程技术常常诞生于学科的交叉点上，因此，前沿科技的快速发展离不开学科交叉。随着人类认识水平的不断提升，当代计算机、电子信息、通信、新能源、新光源、航空航天、海洋生物工程等新兴行业的发展，都对材料提出了更高的要求。重视交叉学科，将推动科技向着更深层次和更高水平发展。以奇妙的功能陶瓷课程为例，所关注的功能陶瓷（又称高性能陶瓷、先进陶瓷、特种陶瓷）起源于历史悠久的传统陶瓷，历经工业陶瓷，是采用高纯度、超细人工合成或精选的能满足新兴行业应用的前沿交叉材料。因其具有精确的化学组成、精密的制造加工技术和结构设计，优良的电、光、热、声、磁、生物、力学、化学和超硬等诸多单一或耦合特性，在我们当今时代的各个领域得到了应用，其发展跨越信息、能源、材料、生物等学科，方兴未艾，产业规模日趋增大。
相应地，从更好地服务社会、服务人类、科学研究的角度分析，具有某一专长且同时具有相关领域通识专业背景的综合高素质人才的需求也更为迫切。举例来说，生物医用陶瓷材料，如多孔羟基磷灰石代替牙齿、骨骼等组织被植入人体后，必然要与机体组织（软组织、硬组织、血液和组织液）接触。由于人体的特殊情况，不但要求这类材料本身具有满足条件的力学性能（强度、硬度、延性等），还需要有优异的抗腐蚀性、生物相容性，甚至抗菌消炎特性。相关材料的研发涉及材料、生物、机械、医疗以及商业等多个领域的专业背景，不但需要相关领域科学家的合作，更需要具有两个或者两个以上专业背景的通识人才交流和协调才能将产品从不同角度最大优化，以满足不同层面的需求。因此，开设前沿交叉类通识课程是时代发展所需。 二、前沿交叉类通识课程的目标
前沿交叉类通识课程的建设是打造“新工科”教育教学平台的重要举措之一。“新工科”的目標是培养和造就一大批引领未来技术与产业发展的卓越工程科技人才，为推动我国产业发展和提升国际竞争力提供智力支持和人才保障，以应对新一轮科技革命和产业变革所面临的新机遇、新挑战[3]。为了提高人才培养质量，实现对人才培养方案全面重构这个目标，非常有必要实施前沿交叉类课程的强化通识教育，构建宽口径、厚基础、强能力、重创新的通识课程体系。这一类特殊的、又具有鲜明当代科技、材料发展特色的交叉课程，可以理解为传统学科教育的“卓越”版，不但能增强人才供给的针对性和有效性，还能提高学科专业的适应性。
因此，为了响应“新工科”教育教学平台的建设[4]，在深入功能陶瓷研究、发展及应用现状、充分调研国内外高校功能陶瓷材料相关课程教学情况的基础上，我们确立了奇妙的功能陶瓷课程建设的基本思想，其思路为：以培养学生的认知与理解能力为基础，以开发学生的创新与拓展能力为准则，以培养工程实用型人才为目的。其课程目标设定为：构筑扎实的“通识”基础，为学生后续所学理论课程、实验课程、毕业设计以及今后从事各类专业领域的工程技术工作提供必要的理论认知基础和基本技能要求——厚基础;搭建相“融”的知识架构，打通各个学科之间的交叉通道，拓展相关材料在相关学科的应用，使学生具备较强的知识拓展能力——宽口径;引领前沿科技内涵，激发学生衍“变”新的创新思维，促进理工科大学与前沿产业的联系，为培养大批将来进入前沿交叉领域的科学家、工程师、技术员和技术工人做储备——重创新。
三、前沿交叉类通识课程内容的设置
课程内容体系围绕培养目标设定。前沿交叉类通识选修课的内容设计应适当弱化专业课的“专”，强化“通识”和“交叉”。课程内容立足基础，着眼前沿，与时俱进，深浅适度，着重实用原理和技术，兼顾前沿展望。
作为一门面向全校理工科专业学生开设的课程，奇妙的功能陶瓷将主要讲授电介质（压电、铁电、热释电）陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、生物医学陶瓷、化学陶瓷和光学陶瓷等的原料特性、微观结构、应用原理，并基于电子与光电子信息、微电子技术、传感与自动化技术、生物医生、能源、环境保护、国防工业、航空航天、机械制造与技工、计算机等高新技术领域的应用实例进行前沿展望。课程内容既能使来自材料、冶金、信息、机械等工科学院学生的知识系统得到拓展和补充，又能获得物理、化学、生命科学等理科专业学生的理解和认可，从中得到启发。
四、前沿交叉类通识课程的实施
教学过程的顺利实施和良好的教学效果，均依赖于一支素质过硬的教师团队。前沿交叉类通识教育并非只是拓宽知识面，更重要的是让受教育者了解不同学科知识的内在统一性和差异性，了解不同学科的思考方式，使学生在融会贯通中汲取智慧，激发拓展创新能力。
（一）打造精英教师团队：重“才智”，兼顾“心智”和“德智”
教学活动的主要施为者——教师团队的建设非常重要，也极其关键。只有打造一支精良的师资队伍，才能在人才培养上，真正提升学生的“才智”。前沿交叉类通识课程，要求授课教师为教学科研并重的类型，不但要有相关的专业背景，研究领域与功能陶瓷密切相关，还要拥有较深的学术背景、扎实的理论基础和更前沿的学识预见;而且具有良好的授课能力、课堂教授技巧也非常必要，教学水平与教学效果俱佳，在教学质量评价体系中也会获得良好的反馈;课程团队教师热爱教育事业、忠于职守，全身心投入教学与研究工作，具有老带新的优良传统;教师团队还需定期针对学生上课情况和学习反馈情况展开研讨，适时交流和把握学生学习动态，调整授课内容和授课模式，提升本门课程的教学质量和影响。
人才培养要适应社会的需要，关键在于培养学生的品格、能力和智慧。除了科学知识、工程技能的传授，一支高素质的教师队伍还需注重学生“心智”和“德智”的培养，兼具思政特色。大学里教学科研并重的教师，身上同时具有“教师”和“学术人”的角色特征[5]。这两种身份的结合赋予了教师传播文化知识的使命感、担当“社会良心”的责任心、对个体意志行为的规范性以及对发现和应用学术的预见性。前沿通识教育的教师在引领学生学习，揭示科学研究的奥秘时，学术人自身以及课程内容所关联的科学家们特有的责任感、意志力以及超越功利、忠于真理、勇于创新的精神和理念，也一并在课堂上得以体现和传承，以“润物细无声”的方式培养学生独立思考和敢于创造的习惯，提升学生的科学素养，增强未来工程师等新工科人才的工程伦理意识和社会责任感[6]。
（二）夯实基础：突出教，重在学
我国经济社会的可持续、全面发展，最根本的是靠人才。这必然要求高校加强人才培养质量，这也是社会对高校的评价、市场对学生的选择的客观标准。依据前沿交叉类通识课程的目标，要培养基础厚实、融会贯通、思想创新的理工类工程实业人才。基础部分不扎实，前沿交叉就如浮萍之末，难以长远。但需要注意，通识基础的教育，不是面面俱到，涉及的学科基础范围也并非都能均衡地得到分配。囿于学时的限制，往往主要以某一学科基础为主，辐射其他学科。以奇妙的功能陶瓷为例，通识的部分将以揭示功能陶瓷材料在不同领域应用的“神奇”为目标，引领学生探索材料微观世界。因为当材料的尺度从宏观到介观再发展到微观和纳观层次时，组成物质内部的作用也会从大尺寸逐渐变化到纳米甚至更小尺度的微观粒子。粒子尺寸越小，会体现出更多的量子效应，呈现出很多奇异的性质。功能陶瓷神奇的光、电、声、磁等特性与原材料本身的物化性质、微观结构、组织成分、原子排布、价键变化密切相关。课程教学中，教师会注重让学生理解、掌握功能陶瓷“神奇”功能的起源，挖掘不同类别功能陶瓷材料的基本物性、微观结构、价键特征等内禀特质;揭示内禀特性所导致的宏观性能和功用的神奇之处;进一步通过材料本征特性的改性研究和前沿创新性思维的引导，辐射其在相关交叉领域的应用。这样学生才能在教师所“教”的知识外，受到启发，激发更多创新思维，为其将来尝试设计、发展新材料和新器件，走在高科技领域的发展前沿打下基础。 基础部分的教学，主要以教师讲授、示例，学生听课、观摩为主，教师须强调基本理论和技能教育，使学生具有扎实的基础知识和较强的實用能力，确保夯实课程的基础部分。除此之外，为了获得更好的教学效果，教师需要在定期考核的同时，及时根据学生课堂表现及课后作业质量加以评价和检测。比如通过学生课堂上与教师的互动情况，教学过程中学生的课堂参与度，课下作业质量检查，评估学生对理论知识的掌握、理解情况，从中发现学生在理论学习方面的问题所在;及时发现各种问题，进而寻求教学方法及学习方式上的改进措施，达到提升课堂教学效果的目的。
（三）交叉前沿部分：重引领启发、实例拓展
工科类的前沿交叉类课程，如奇妙的功能陶瓷，涉及电子学、物理学、化学、材料科学、微电子学、计算机科学等专业内容。教学过程中，要基于材料基础，围绕“功能”二字，体现神奇特性，多从学生的角度研究课程，才能走进学生的思想世界，吸引学生，达到启发学生的效果。“功能”二字的特色在于，除了我们传统认识的与力学相关的基础性能之外，具有材料的电、热、声、光、磁、生物、化学、力学和超硬等诸多单一或耦合特性的材料。这些性能具有鲜明的前沿和交叉特色，其应用涉及各个领域。教师在讲课过程中可以从与我们社会发展、日常生活密切相关的实用案例出发，激发学生求索奥秘的热情，领悟功能陶瓷材料的前沿交叉特色。比如压电陶瓷材料，利用其压电原理应用的有点火器、扬声器、话筒、晶体震荡器、医用超声仪、海底声呐探测器、航空红外探测仪、雷达探测仪等;压电原理耦合热释电功能，有可用于特殊领域侦查、分析的红外热电探测器等;压电原理耦合铁电性能，可做压电振子、铁电储存器、精密位移计、滤波器、打火器、引爆器等。堇青石等化学陶瓷材料因具有特殊的环六节/四节环状结构、多孔形貌以及对某种气体敏感的特性，通过各种改性研究，可用于汽车尾气的吸附、催化剂，或者特殊工作环境的吸毒面罩、家庭装修有害气体的吸收、空气中湿度的调节等。从与我们生活密切相关的案例入手，更容易引领学生进入更深层次问题的探索和学习。
五、前沿交叉类通识课程的教学效果与评价
提升大学课程质量取决于两方面，一是课程建设，二是教学实施过程。教学过程，并非只是简单的给予与接受，而是“教”与“学”的结合。因为教学对象的不确定性，教师需要根据学生个体学习差异、具体的学习情况、课堂表现随时调整“教”的方式方法，以更好地达成教学目标。结合教学目标，为了重点体现“前沿”“交叉”和“通识”特点，这类课程的教学成效考核建议从以下几种方式体现：
（一）融合性的基础试卷
任何高楼大厦、美丽风景都必须要有一个扎实的地基依托存在。同理，奇妙的功能陶瓷这门前沿交叉通识课程要想实现体现“融”“变”“通”的目标，必须依托于宽厚的知识量和扎实的技术基础。所以，课程配套需要有融合性的基础试卷，大体涵盖各交叉学科的要点、重点，适当体现难点。通过考核以及随后的补充复习、师生答疑等活动，学生一定要通晓课程的常规要点，清晰明了课程的重点，精准掌握课程的难点。这是前沿交叉类理工科课程对学生的基本要求，尽量避免泛泛听过，学而不精。
（二）开放性的延伸试卷
开放性包含未知性、无限可能、潜在可能等，这些都是“前沿交叉”四字所能预示但无法包涵的。正如人有五指，各有所长，研究认为，一个人对社会体现的个人价值必定是自身能力突出部分、最努力部分的一个集中表现，而不是其短板。前沿交叉类通识课程试卷的出题初衷，是能让学生发挥其最佳才华学识、体现其思创能力的部分。因为教师难以凭借学生在一道题中的表现衡量其全面，所以，延伸问卷应提供多种类型的学科交叉问题以供学生选择和发挥。试题中所体现的前沿交叉，可能是两科或者两科以上的交叉，但绝非所有涉及学科的全面交叉。比如生物陶瓷领域，主要涉及材料和生物两个学科之间的相融相通性问题;化学陶瓷则主要涉及化学和材料两个学科所涵盖的内容;阻电抗磁超导陶瓷中则会涉及材料、物理、机电等学科的专业背景和知识储备;而“人造太阳”的研发和应用则涉及材料、物理、化学、核反应等学科专业背景。开放性的试题类型应该提供学生可能感兴趣的各类理工学科的组合，供学生挑选其中最感兴趣或者最有信心、最能激发其探索兴趣的题目供其进行科学的设计和创想。这样的试卷在挖掘学生潜力、激发其创新性的同时，还可以培养其自信心。
（三）翻转课堂：学术交流与汇报
“翻转课堂”是当今信息技术支撑下的教学新形态。其最初的理念是由教学视频承担知识传授的责任，学生课前观看视频，课堂完成知识内化，通过知识传授与内化流程的颠倒，实现对传统课堂教学的革新。具体施行时，围绕翻转课堂教学的理论框架和教学策略，不同的教育者、不同的课程会有不同的诠释方式[7]。以奇妙的功能陶瓷课程为例，该课程内容包含了七大类迥然不同的陶瓷材料特性、工作原理、应用领域和前沿展望，这给选修该课程的同学们提供了极好的发挥空间。在该课程中，教师在课堂上讲解分类陶瓷的关键知识，材料的工作原理以及对应自身专业领域的应用理念和关键技术。但是受学时所限，学生所学受限，学生可能会有“浅尝即止”之感，课堂成效也受限。在此情况下，翻转课堂模式则可以突破学时限制，把课堂成效发挥到最大程度。奇妙的功能陶瓷课程的翻转课堂将学生依据其对某一类功能陶瓷的兴趣自由组合分成电介质陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、生物陶瓷、光学陶瓷、化学陶瓷七个研究小组。在给定的准备时间里，每个小组组员围绕自己小组课题的材料、制备、微观结构、价键特征、性能表征、工作原理、前瞻与亟待解决的问题等若干方面提出观点、分享建议、查找素材、制作演讲幻灯片或视频，准备翻转课堂内容。这个过程中重点考验的是学员之间的交流和合作能力。学生经过交流，确定项目内容;围绕内容，进行各自的分工;定时讨论，检查各个环节的衔接和观点诠释的准确性和严谨性。最后每一组在规定的时间内围绕该类陶瓷材料制备、性能、应用、潜能或者其他的方面进行阐述、论证、演示。同学们在提升自我的同时也从其他组的翻转课堂中有所收获，进而找到交叉点。 为了提升前沿交叉领域翻转课堂的效果，指导教师应该对翻转课堂的内容和展示提供建议和指导，及时指引和赋能;并在翻转课堂展示后，及时肯定学生的努力，给出建议。打磨“翻转课堂”的过程可以激发学生的主观能动性，培养其合作精神，提升其交流能力，最大化提升学习成效。
六、结束语
综上，“新工科”类前沿交叉通识课程的建设因为可以“融”合不同学科的内涵，打“通”专业高墙，增加各学科之间的交流，衍“变”出新的潜能，培养具有交叉通识专业背景的高素质人才而受到关注和重视。该类课程的建设需要以培养学生的认知与理解能力为基础，以开发学生的创新与拓展能力为准则，以培养工程实用型人才为目的。在课程建设过程中，教师团队的建设为第一要素，在培养学生“才”智的同时需兼顾“心”智和“德”智的训练与引领;教师需精心设计教学内容，夯实基础，导入案例，拓展前沿，激发创新思维;教学过程中有针对性地采取多元化的考核和评价手段激发学生的学习热情，提升教学效果和课程建设成效，为国家培养适应新经济和大工程时代发展需要的创新型工科人才。
参考文献：
[1]高建国，宋才琼，张俊峰.西南联大课程设置中的通识教育[J].国家教育行政学院学报，2011（7）：58-62.
[2]姚期智.多学科交叉融合是信息技术发展的关键[N].科学时报，2008-11-13（3）.
[3]刘吉臻，翟亚军，荀振芳.新工科和新工科建设的内涵解析——兼论行业特色型大学的新工科建设[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.
[4]教育部办公厅关于推荐新工科研究与实践项目的通知（教高厅函[2017]33号）[EB/OL].（2017-6-16）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201707/t20170703_308464.html.
[5]张炎.现代大学教师学术人角色的异化与重构[J].江苏高教，2012（3）：88-90.
[6]王章豹，朱华炳.面向新工科人才培养的工程文化教育的内涵、意义和路径[J].中国大学教学，2020（8）：14-18.
[7]路丽娜.“翻转课堂”：传统课堂面临的挑战及变革路径[J].大学教育科学，2014（6）：66-70.
基金项目：东北大学2020年度交叉性通识课程建设立项“奇妙的功能陶瓷”（东大教字[2020]号文）
作者簡介：刘永利（1978-），女，汉族，山西临县人，博士，副教授，研究方向：半导体功能陶瓷材料性能的计算与设计;
季洪梅（1990-），女，汉族，山东滨州人，博士，讲师，研究方向：天然生物陶瓷材料的微观结构及力学行为;祁阳（1960-），男，汉族，辽宁沈阳人，博士，教授，研究方向：超导和半导体陶瓷材料的制备及性能。