無機非金屬材料和金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的探索與實踐

王 鑫，劉夢竹，王永鵬，路大勇

(吉林化工學院 材料科學與工程學院，吉林 吉林132022)

21世紀科學發(fā)展十分迅猛，不同專業(yè)、不同方向之間的交叉研究已成為當前科學發(fā)展的一大趨勢，是突破重大科學問題和培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新型人才的重要手段[1]?，F(xiàn)代科學研究中的眾多突破，主要是發(fā)生在不同學科、不同方向彼此交叉和相互滲透的過程中，如SiC/Al等無機非金屬材料增強金屬基復合材料在航空航天工程、武器裝備制造和汽車零件生產(chǎn)等領域的發(fā)展[2]，充分體現(xiàn)了材料科學與工程專業(yè)無機非金屬材料和金屬材料不同方向交叉研究的重要性。材料技術、信息技術及生物技術成為21世紀全球經(jīng)濟增長的主要驅動力，培養(yǎng)大批適應現(xiàn)代新材料產(chǎn)業(yè)和技術飛速發(fā)展的寬口徑材料科學與工程專業(yè)人才已經(jīng)得到世界各國的認可。

本文根據(jù)我校的具體實情，進行了“無機非金屬材料和金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)”的探索與實踐，從材料科學與工程本科專業(yè)課程體系、無機非金屬材料和金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的必要性、探索與實踐、存在的問題和解決途徑四個方面進行探討。

一、材料科學與工程本科專業(yè)的課程體系

我校材料科學與工程專業(yè)于2011年開始招生，是一級學科名稱命名設置的本科專業(yè)，該專業(yè)是基于物理學-化學兩個學科的交叉結合而成立的。材料科學與工程專業(yè)在學科建設方面逐步建設和完善形成了特色鮮明的無機固體功能材料學科平臺。材料科學與工程本科課程體系主要包括材料科學基礎、材料分析方法、金屬學與熱處理等。材料科學與工程學科的根本任務是研究材料成分、組織結構、制備工藝合性能的內(nèi)在關系，設計、合成和制備出具有特定功能和優(yōu)良性能的材料[3]。

我校無機非金屬材料方向學科組主要研究方向有：無機固體化學、高介電陶瓷材料、薄膜材料、功能無機化合物、納米功能材料、先進變溫XRD測試技術、礦物質(zhì)元素定性和定量分析、珠寶文物鑒定等。學生在本科期間主要學習無機非金屬材料的生產(chǎn)過程、工藝及設備的基礎理論，掌握無機非金屬材料的組成、結構、制備、性能之間的關系，具備無機非金屬材料材料性能測試、材料生產(chǎn)方案設計、改性及研究開發(fā)新產(chǎn)品、新技術的能力，旨在培養(yǎng)具備無機非金屬材料科學基礎理論與工程專業(yè)知識，能夠從事無機非金屬材料工業(yè)的項目規(guī)劃、設計、生產(chǎn)加工、研究開發(fā)，具有較強的科學實驗能力、素質(zhì)優(yōu)良、富有創(chuàng)新精神的工程技術人才。

我校金屬材料方向學科組主要研究方向有：輕質(zhì)合金制備及其性能研究、金屬材料的腐蝕與防護。學生在本科期間需要掌握金屬材料的成分、組織結構、生產(chǎn)工藝與性能之間關系的基本規(guī)律，通過綜合合金成分設計和生產(chǎn)工藝設計，提高材料的性能、質(zhì)量和壽命，并開發(fā)新的金屬材料及生產(chǎn)工藝，旨在培養(yǎng)具備金屬材料科學與工程專業(yè)知識，能夠在冶金工程、金屬材料結構研究與分析、金屬材料控制成型等領域從事科學研究、技術開發(fā)、生產(chǎn)及經(jīng)營管理等方面工作的工程技術人才。

二、無機非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的必要性

隨著科學技術的大力發(fā)展，對材料性能的要求也越來越高，比如在航空航天領域要求材料具有高強度、高模量、耐高溫、低密度等性能特征，通常情況下若使用單一的金屬材料或無機非金屬材料等很難滿足航空航天工程對材料的苛刻要求[4]。國內(nèi)外大量學者采用先進復合技術將性能差別很大的材料復合起來，取長補短，得到單一材料無法比擬的綜合性能優(yōu)越的新型復合材料，復合材料的出現(xiàn)在較大程度上解決了單一材料所面臨的性能不足問題，促進了科學技術的高速發(fā)展[5]。因此，將無機非金屬材料與金屬材料方向適當融合，培養(yǎng)出材料科學與工程領域交叉型人才變得非常迫切。

三、無機非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的探索與實踐

材料科學與工程專業(yè)是一個大學科專業(yè)，我校該專業(yè)擁有一個省級創(chuàng)新團隊——吉林省無機材料物理研究創(chuàng)新團隊、一個省級創(chuàng)新平臺——吉林省高校特種功能材料重點實驗室、一個中心——吉林化工學院材料科學與工程研究中心，擁有優(yōu)質(zhì)的研究資源。為了充分發(fā)揮無機非金屬材料特色科研平臺的優(yōu)勢，我們將探索無機非金屬材料和金屬材料兩方向交叉培養(yǎng)，在研究內(nèi)容等方面進行交叉培養(yǎng)。

(一) 石墨烯/鋁復合材料的制備與性能研究

自2004年成功制備出石墨烯以來，與石墨烯相關的基礎性質(zhì)研究和工程化應用研究成為了近幾年科研工作者們的研究熱點，石墨烯的應用，可以進一步提高鋁合金等傳統(tǒng)結構材料的導熱性、強度等性能，為實現(xiàn)結構材料的輕質(zhì)化和高性能化提供了新的思路[6]。

(二) 油氣管道腐蝕研究

油氣管道材質(zhì)一般選擇鐵碳合金，在使用過程中經(jīng)常遇到的腐蝕介質(zhì)是CO2、O2、H2S等，腐蝕產(chǎn)物為FeCO3、Fe(OH)3、FeS等無機非金屬[7]，在腐蝕過程的研究中既要考慮基體金屬材料的特性，又要考慮腐蝕產(chǎn)物這些無機非金屬的特性，才能客觀全面的分析管道腐蝕機理，為如何防護油氣管道提供思路。

(三) 無機非金屬材料與金屬材料連接的研究

無機非金屬材料由于其具有高強度、高硬度、耐腐蝕性能，現(xiàn)階段被廣泛應用于冶金、宇航、機械、電子等工程領域，但是無機非金屬材料由于塑性、韌性比較差，難以制造出大型的結構件，而且冷加工成型性能也很差，大大限制無機非金屬結構材料的工程化應用，金屬材料具有優(yōu)異強韌性能和冷加工成型性能，可以彌補無機非金屬材料的缺點，使用無機非金屬材料和金屬材料進行連接，這樣可以拓寬材料的應用范圍[8]。

通過無機非金屬材料和金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的探索與實踐，增強了學生對不同種類材料特性的理解，開闊了材料設計思路，拓寬了學生的就業(yè)或升學的選擇范圍，也發(fā)揮了無機非金屬材料特色科研平臺的優(yōu)勢。

四、交叉人才培養(yǎng)存在的問題

近幾年我們一直對材料學科下無機非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)方面進行探索和實踐，但縱觀當前我校在材料學科無機非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)中仍存在不少問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

(一) 學科結構的制約

我校材料科學與工程專業(yè)于2011年建立并招生，距今只有近七年時間，學科建設還不夠成熟，雖然無機固體功能材料方向的學科建設越來越完善，但金屬材料研究方向一直都處于弱項，沒能形成無機非金屬材料與金屬材料方向交叉的學科結構體系，這樣不利于我校材料學科的全面發(fā)展。

(二) 學生知識面窄

交叉人才培養(yǎng)要求學生具備足夠的知識儲備，目前在我校無機非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的過程中發(fā)現(xiàn)學生的知識面太窄，特別是金屬材料的專業(yè)知識，對金屬材料研究前沿的熱點知之甚少，嚴重制約了我校無機非金屬材料與金屬材料方向交叉領域研究的廣度和深度。

(三) 交叉人才培養(yǎng)沒有受到重視

我校借助無機非金屬科研平臺逐步形成了特色鮮明的無機固體功能材料科研方向，由于傳統(tǒng)金屬材料方向相對更難出科研成果等原因，越來越多的教師轉向無機固體功能材料的研究，雖然這幾年我們一直希望引進高素質(zhì)的金屬材料方向的博士，但很難有合適的人選，這在一定程度上削弱了金屬材料方向的發(fā)展，無機非金屬材料與金屬材料方向交叉研究更是得不到重視，這些都制約著無機非金屬材料與金屬材料交叉人才培養(yǎng)的發(fā)展。

(四) 師資力量相對薄弱

教師的綜合素質(zhì)以及對學科前沿的洞察力對交叉人才的培養(yǎng)有重要的影響，雖然我校材料科學與工程專業(yè)現(xiàn)有教師具有較高的學歷，博士比例約占80%，但知識體系掌握還不充分，往往只具備某一類材料的專業(yè)知識，知識面難以達到無機非金屬材料與金屬材料交叉人才培養(yǎng)的要求。

五、解決途徑

從以上對交叉人才培養(yǎng)中存在問題的分析結果來看，我們可以采取以下措施來促進交叉人才培養(yǎng)的發(fā)展。

(一) 設置交叉學科課程

借鑒國內(nèi)國外一流大學的經(jīng)驗，并結合我校的實際情況，對材料學科課程設置方面進行改革，加強材料學科無機非金屬材料與金屬材料基礎知識理論之間的相互滲透和相互結合，例如設置《材料合成制備方法》和《工程材料》等課程，拓寬學生的知識面。

(二) 樹立不同研究方向交叉教育理念

材料科學與工程專業(yè)無機非金屬材料與金屬材料不同研究方向交叉教育是一種新的教育理念，因此，專業(yè)教師對當今人才培養(yǎng)方向要有敏銳的嗅覺，敢于突破傳統(tǒng)教育思維的束縛，樹立符合現(xiàn)階段高層次人才培養(yǎng)的教育新理念。

(三) 營造交叉科研環(huán)境

鼓勵教師從事無機非金屬材料與金屬材料方向交叉科學研究，促進不同研究方向教師之間的合作，建設出一支在材料學科領域能培育創(chuàng)新人才的導師隊伍，營造出無機非金屬材料與金屬材料方向交叉科研環(huán)境。

六、結 語

材料科學與工程專業(yè)無機非金屬材料與金屬材料方向在研究領域表現(xiàn)出高度分化又高度融合的趨勢，這兩個不同方向交叉人才培養(yǎng)在我校材料科學與工程學院的發(fā)展中勢在必行。交叉人才培養(yǎng)是一項需要長期探索實踐的的工作，通過非金屬材料與金屬材料方向交叉人才培養(yǎng)的探索，不斷總結實踐經(jīng)驗，逐步形成材料科學與工程專業(yè)無機非金屬材料與金屬材料交叉人才特色培養(yǎng)方案，打造出屬于我校特色的材料科學與工程專業(yè)，培養(yǎng)市場需要的復合型材料人才。