工科院校材料化學(xué)理科專業(yè)貫通創(chuàng)新型人才培養(yǎng)探索與實(shí)踐

王宇，陳剛，王艷芳，張興文，徐平

哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150001

1 概述

創(chuàng)新離不開創(chuàng)新教育，培養(yǎng)創(chuàng)新人才既是我國戰(zhàn)略發(fā)展的需要，也是高校教育教學(xué)改革中需要攻克的一項課題，如何構(gòu)建科學(xué)有效的人才培養(yǎng)體系則是攻克這項課題的關(guān)鍵。近年來，我們根據(jù)黨的教育方針及高等工科教育對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，通過工科化學(xué)課程及相關(guān)學(xué)科人才培養(yǎng)的探索與實(shí)踐，遵循“以學(xué)生為中心，厚基礎(chǔ)、強(qiáng)實(shí)踐、重創(chuàng)新”教育理念，采取“融創(chuàng)相攜，因類施教”的本研貫通式人才培養(yǎng)模式，確立了哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的定位與特色：即融入工科思維，創(chuàng)新育人理念，將理工結(jié)合特色貫穿于本、研教學(xué)及育人體系中，這也是與理科化學(xué)教學(xué)和人才培養(yǎng)的根本區(qū)別所在。有別于一般大眾型、適應(yīng)型人才培養(yǎng)模式，“本研貫通式人才培養(yǎng)”把對學(xué)生科研能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)貫穿于本科、研究生的培養(yǎng)全過程[1,2]。

2 創(chuàng)新人才培養(yǎng)理念

貫通式培養(yǎng)模式是整合優(yōu)質(zhì)教育資源，優(yōu)化人才培養(yǎng)體系，對本科教育與研究生教育進(jìn)行有效銜接的一體化培養(yǎng)模式，也是國內(nèi)外大學(xué)普遍提倡和遵循的人才培養(yǎng)方式[3–6]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)從本科階段起，通過導(dǎo)師制和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的實(shí)施，使學(xué)生得到基本的科研和創(chuàng)新訓(xùn)練；在研究生階段通過分類培養(yǎng)，明確創(chuàng)新方向，進(jìn)一步強(qiáng)化其科研能力和創(chuàng)新能力。在人才貫通式培養(yǎng)過程中，主要形成了四個理念：

(1) “理工結(jié)合”的課程構(gòu)建。結(jié)合工科院校學(xué)科背景，在本科生及研究生基礎(chǔ)課講授中始終將工科特色貫穿于整個課程體系，注重理論與工程、理論與科研的結(jié)合，使課程的工科特色更加突出，學(xué)以致用。

(2) “以研促?！钡慕虒W(xué)機(jī)制。加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)教育的內(nèi)涵更新和外延拓展，將高水平、創(chuàng)新性的科研成果融入到課堂教學(xué)和實(shí)驗教學(xué)，形成了以科研促進(jìn)課程教學(xué)、以科研促進(jìn)專業(yè)學(xué)習(xí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的教學(xué)機(jī)制。

(3) “無縫連接”的學(xué)研體系。從本科生科技創(chuàng)新活動開始，通過科技創(chuàng)新這一平臺實(shí)現(xiàn)本研學(xué)習(xí)與研究的自然連接，使學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)分層次、按步驟、有目標(biāo)地進(jìn)行。

(4) “量體裁衣”的培養(yǎng)模式。在本科生與研究生的“貫通式”人才培養(yǎng)模式下，根據(jù)學(xué)生的性格、特長和創(chuàng)新能力，有針對性地通過分類培養(yǎng)的方式打造不同類型的拔尖創(chuàng)新人才。

3 培養(yǎng)方法

本研貫通式創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式注重以課程建設(shè)為“點(diǎn)”，以學(xué)科專業(yè)建設(shè)為“面”，形成“點(diǎn)”“面”結(jié)合的培養(yǎng)機(jī)制；通過課程建設(shè)擴(kuò)大人才培養(yǎng)的廣度，通過學(xué)科專業(yè)建設(shè)加深人才培養(yǎng)的深度，實(shí)現(xiàn)工科拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

3.1 創(chuàng)新為本形成課程體系貫通

3.1.1 課程教學(xué)中凝練創(chuàng)新思維

與傳統(tǒng)理科院校課程不同，在課程及學(xué)科建設(shè)中，應(yīng)注重“融入理工思維，創(chuàng)新育人理念”，將理論–應(yīng)用–創(chuàng)新的思維方式始終貫通融合于本科生及研究生的課堂及實(shí)踐教學(xué)中，從而形成課程的創(chuàng)新思維方式，做到教學(xué)方法、教學(xué)目標(biāo)統(tǒng)一的要求和標(biāo)準(zhǔn)。

(1) 本研課程理念一致。將傳統(tǒng)的“指導(dǎo)–接受”轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤剿鳕C發(fā)現(xiàn)”的教學(xué)模式，讓學(xué)生獨(dú)立探索課程內(nèi)容與自身科研方向的契合點(diǎn)，進(jìn)而使學(xué)生在科研工作中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)。注重科學(xué)和課程理論結(jié)合，教師分享理論學(xué)科前沿成果，拓展學(xué)生在相關(guān)領(lǐng)域的視野，讓學(xué)生接觸最新研究成果的原始文獻(xiàn)，鍛煉學(xué)生文獻(xiàn)閱讀和分析能力，進(jìn)而掌握科學(xué)研究的思路和方法。注重教學(xué)體系構(gòu)建，基礎(chǔ)課程教學(xué)中讓學(xué)生切身體會科學(xué)家是如何在具體實(shí)驗基礎(chǔ)上通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象→提煉共性→提出理論，建立一個新的學(xué)說(歸納創(chuàng)新)，并通過理論指導(dǎo)→因地制宜→實(shí)際應(yīng)用，去指導(dǎo)具體實(shí)踐的過程(演繹創(chuàng)新)，使學(xué)生了解理論學(xué)科課程的基本思維方法，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新理念。

(2) 小班化授課提升創(chuàng)新思維培養(yǎng)成效。為了充分完成課程討論，基于學(xué)生為主體的教學(xué)理念，專業(yè)逐步實(shí)施小班制授課及項目式學(xué)習(xí)(PBL)教學(xué)模式，主要就是在課堂討論、課下交流以及網(wǎng)絡(luò)作業(yè)等環(huán)節(jié)(如早期使用微博留言，近些年主要是雨課堂、校內(nèi)SPOC等方式)，利用設(shè)問和討論方式從已知的現(xiàn)象或前沿科學(xué)中提煉出與課程內(nèi)容相關(guān)的實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生主動利用即時分析、課堂討論等方式來解決這些問題，如果學(xué)科的課程體系教學(xué)旨在教會學(xué)生“是什么”，那么促進(jìn)研究生參與科研工作則要啟發(fā)他們?nèi)ニ伎肌盀槭裁础?。培養(yǎng)學(xué)生提出“為什么”，研究“為什么”，解決“為什么”的綜合能力，就是在科研過程中培養(yǎng)了主動創(chuàng)新型的思維模式。依據(jù)課堂教學(xué)，在本科教學(xué)中，鼓勵教師通過問題探究、案例分享、分組討論環(huán)節(jié)設(shè)置，幫助學(xué)生獲取隱藏在各種知識背后的智慧，培養(yǎng)學(xué)生思考、分析和探求真理的綜合能力，使其成為創(chuàng)新型人才。

(3) 以多學(xué)科融合教學(xué)啟發(fā)創(chuàng)新思維。研究生導(dǎo)師鼓勵指導(dǎo)學(xué)生跨專業(yè)、學(xué)科選課，使其跳出本學(xué)科的既定思維模式，以其他學(xué)科的現(xiàn)象、分析方法或者理論知識嘗試解決其研究課題中的科學(xué)難點(diǎn)。有效拓寬與提升研究生多學(xué)科知識水平，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才“解決問題”的能力。

3.1.2 以課程教學(xué)指導(dǎo)創(chuàng)新活動

基礎(chǔ)課程教學(xué)中結(jié)合工科院校教師既做基礎(chǔ)科學(xué)研究同時具有工程應(yīng)用背景的特點(diǎn)，形成科學(xué)研究及工程應(yīng)用實(shí)例與理論融合的教學(xué)方式。從大一學(xué)期無機(jī)化學(xué)教學(xué)開始進(jìn)行“引領(lǐng)”，以課程知識講解“實(shí)驗過程”與微觀形貌關(guān)系，介紹相關(guān)科研工程實(shí)踐與大一創(chuàng)新年度計劃相關(guān)的知識體系結(jié)構(gòu)，如沉淀轉(zhuǎn)化形成空心結(jié)構(gòu)，應(yīng)用電極電勢刻蝕貴金屬形成框架結(jié)構(gòu)，用面包制備航天泡沫碳等相關(guān)SCI文獻(xiàn)及專利進(jìn)展，發(fā)掘SCI論文和專利在材料設(shè)計方面存在的問題，并結(jié)合學(xué)院教師的工程實(shí)踐背景，找出材料可能應(yīng)用方向，與大二、大三開展的實(shí)踐類課程更好銜接，以材料設(shè)計理念引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)新興趣，形成初步的創(chuàng)新意識，學(xué)生在這個階段發(fā)表了多篇基于興趣的教學(xué)相關(guān)文章[7–10]。大二之后的物化、有機(jī)、分析課程注重理論的“深化”，將無機(jī)化學(xué)課程中的熱力學(xué)部分、結(jié)構(gòu)部分、平衡部分分別與物化、有機(jī)、分析課程進(jìn)行有效銜接，加強(qiáng)創(chuàng)新的理論深度，在物化、有機(jī)內(nèi)容中介紹專業(yè)教師研究相關(guān)的光催化、電極、復(fù)合膜等材料中“材料–結(jié)構(gòu)–性能”機(jī)理關(guān)系，用身邊實(shí)際材料、課程理論進(jìn)行實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練。在大三、大四的功能材料、材料分析測試技術(shù)、薄膜材料制備技術(shù)、計算化學(xué)等專業(yè)課程內(nèi)容中，主要為拓寬學(xué)生知識面，鼓勵學(xué)生將自己的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目與課程內(nèi)容結(jié)合，啟發(fā)學(xué)習(xí)。而在研究生階段課程是對以往課程的進(jìn)一步“強(qiáng)化”銜接，強(qiáng)調(diào)理論深度和知識創(chuàng)新，重點(diǎn)學(xué)習(xí)新知識、新方法，跟蹤學(xué)科前沿，最終形成貫通的課程結(jié)構(gòu)。

近些年，結(jié)合人才培養(yǎng)構(gòu)建方式及課程改革，專業(yè)內(nèi)基礎(chǔ)課程建設(shè)成果顯著，物理化學(xué)課程為省精品課程，無機(jī)化學(xué)MOOC課程獲首批國家精品在線開放課程，無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)均獲得省一流本科課程，并以一流課程支撐一流專業(yè)，材料化學(xué)專業(yè)被評為省一流本科專業(yè)。結(jié)合改革方式，已獲批國家級教改項目1項，省重點(diǎn)及一般教改項目10余項，校教改項目20余項。

3.1.3 實(shí)踐教學(xué)中提升學(xué)生創(chuàng)新能力

專業(yè)建設(shè)過程中重視實(shí)踐教學(xué)工作，突出工科特色。

(1) 與企業(yè)合作找實(shí)驗課程方向。與理科院校傾向于研究基礎(chǔ)領(lǐng)域前沿理論的特點(diǎn)相比，工科院校特點(diǎn)是與企事業(yè)單位合作較多，有更多機(jī)會開展企業(yè)聯(lián)合進(jìn)行技術(shù)改造、開發(fā)及應(yīng)用方面的科研工作。因此結(jié)合學(xué)院建設(shè)了眾多學(xué)研基地，專業(yè)教師在校內(nèi)重視實(shí)踐、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。專業(yè)結(jié)合課程理論和教師的企業(yè)橫向課題方向推出材料化學(xué)綜合實(shí)驗、功能材料設(shè)計實(shí)驗、材料化學(xué)課程設(shè)計等內(nèi)容，以企業(yè)需求為導(dǎo)向，開展實(shí)驗教學(xué)工作，整個實(shí)踐課程比重占整個大學(xué)學(xué)分比重超25%。

(2) 以國家戰(zhàn)略需求凸顯實(shí)踐創(chuàng)新方式。利用學(xué)校航天特色，在實(shí)驗室內(nèi)利用已有的理論知識、技術(shù)基礎(chǔ)進(jìn)行新知識、新技術(shù)創(chuàng)造活動的過程對學(xué)生起到了最好的示范作用，如結(jié)合膜材料制備內(nèi)容介紹專業(yè)教師在航天領(lǐng)域相關(guān)成果，在“風(fēng)云四號”氣象衛(wèi)星的干涉式大氣垂直探測儀中，使用了系內(nèi)教師研制和生產(chǎn)的低揮發(fā)、抗輻照、高太陽吸收率超黑涂層和膠膜，及為確保“天問一號”環(huán)繞器上五星紅旗材質(zhì)能歷經(jīng)太空環(huán)境考驗，使用了系內(nèi)教師開發(fā)出的集抗輻照、低揮發(fā)和耐高低溫交變等性能于一體的特種功能材料等等，結(jié)合這些身邊領(lǐng)域應(yīng)用的課程思政內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗、創(chuàng)新實(shí)驗的熱情。這些實(shí)踐內(nèi)容引入與學(xué)科前沿接軌，避免了專業(yè)課教材滯后與科研快速更新之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)本科生-研究生培養(yǎng)的高起點(diǎn)。

結(jié)合教學(xué)及人才培養(yǎng)成效，獲省教學(xué)成果一等獎1項、二等獎1項，校教學(xué)成果一等獎3項、二等獎2項，并依托本專業(yè)教學(xué)成果，學(xué)院獲中國學(xué)位與研究生教育學(xué)會研究生教育成果二等獎1項。編寫了符合工科教學(xué)特色的“十一五”國家級規(guī)劃教材《物理化學(xué)》、“十二五”工信部研究生規(guī)劃教材《高等無機(jī)化學(xué)》、“雙一流”建設(shè)精品出版工程研究生教材《高等材料物理化學(xué)》和“工科基礎(chǔ)化學(xué)系列”教材《有機(jī)化學(xué)》各一部。

3.2 以大創(chuàng)活動為主線，形成本科到研究生的貫通

以高規(guī)格嚴(yán)要求激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新動力，讓學(xué)生認(rèn)識到大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動既鍛煉能力，同時也會對研究生階段的科研工作有較大的促進(jìn)作用。哈工大材料化學(xué)專業(yè)2002年建成，2004年系內(nèi)教師討論開展導(dǎo)師制教學(xué)，導(dǎo)師作為學(xué)生引路人，結(jié)合學(xué)生學(xué)業(yè)預(yù)期，進(jìn)行本碩士、博士階段的提前規(guī)劃。把本科當(dāng)研究生培養(yǎng)，碩士當(dāng)博士培養(yǎng)，博士當(dāng)教師培養(yǎng)，在這種培養(yǎng)模式下，每個學(xué)歷畢業(yè)的學(xué)生，在創(chuàng)新能力和論文寫作水平及規(guī)范性方面都取得了明顯的提升，不自覺地就實(shí)現(xiàn)了自身創(chuàng)新能力的貫通。近年來，哈工大材料化學(xué)專業(yè)本科生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動的比例均在90%以上，教師指導(dǎo)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃立項100余項，其中國家級項目20余項。參加科技創(chuàng)新學(xué)生以第一作者身份在ACS Appl. Mater. Inter.(IF = 7.50)、J. Hazard. Mater.(IF = 6.07)等國際知名刊物上發(fā)表SCI論文10余篇。本專業(yè)學(xué)生2次代表哈工大參加全國大學(xué)生科技創(chuàng)新論壇，并獲“卓越杯”大學(xué)生化學(xué)新實(shí)驗設(shè)計競賽一等獎2次，挑戰(zhàn)杯大學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎2次。2011年專業(yè)本科生獲得第七屆“中國青少年科技創(chuàng)新獎”。在中國科學(xué)評價研究中心公布的本科專業(yè)排名中，哈工大材料化學(xué)專業(yè)一直為名列前茅的5星專業(yè)。近兩年，在大類招生模式下，本科生導(dǎo)師制模式已得到學(xué)院認(rèn)可并在學(xué)院全面開展。

3.3 以分類拔尖型創(chuàng)新人才為目標(biāo)，形成了人才培養(yǎng)的貫通

通過分類實(shí)踐“凝練”創(chuàng)新方向，依據(jù)本科生、研究生的“貫通式”培養(yǎng)模式，在本科階段，結(jié)合課堂、實(shí)驗、大創(chuàng)活動等形式，初步考查學(xué)生能力，在研究生階段，結(jié)合分類實(shí)踐，確定分類培養(yǎng)方式。在形成創(chuàng)新理念、具備創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)學(xué)生的性格、特長和創(chuàng)新能力為其進(jìn)行“量體裁衣”式的培養(yǎng)方案設(shè)計，通過“分類培養(yǎng)”的方式造就不同類型的拔尖創(chuàng)新人才。在初步能力考查和個性結(jié)構(gòu)分類的基礎(chǔ)上，形成學(xué)生的雙軌制培養(yǎng)，即引導(dǎo)學(xué)生分別向研究型和管理型兩個主要的方向發(fā)展。讓部分自主鉆研精神強(qiáng)、基礎(chǔ)知識扎實(shí)的學(xué)生深入前沿領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究工作。同時，鼓勵社會能力強(qiáng)、溝通能力強(qiáng)的學(xué)生積極參與學(xué)生、社會活動，為將來在管理崗位、銷售崗位的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新活動積累經(jīng)驗。通過讓研究生在課程學(xué)習(xí)階段提前鍛煉創(chuàng)新性思維，接觸創(chuàng)新性活動，讓他們在創(chuàng)新人才成長的道路上凝練出符合自身特點(diǎn)的創(chuàng)新方向。

在貫通培育模式下，研究生培養(yǎng)的質(zhì)量得到了極大提升。根據(jù)本科階段學(xué)生表現(xiàn)出的能力、優(yōu)勢和興趣方向，在量體裁衣、分類培養(yǎng)的指導(dǎo)思想下，近年來培養(yǎng)出了以獲得全國百篇優(yōu)秀博士論文提名獎為代表的科研拔尖人才；以世界500強(qiáng)某大型國企某公司最年輕總經(jīng)理和航天科工集團(tuán)某所科技管理部長等為代表的管理拔尖人才；以吉林某環(huán)保集團(tuán)有限公司及寧波市某節(jié)能科技有限公司總經(jīng)理為代表的創(chuàng)業(yè)拔尖人才。在科學(xué)研究創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面，2010年以來材料化學(xué)專業(yè)貫通式培養(yǎng)研究生連續(xù)在Nat. Chem.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.及Adv. Mater.等化學(xué)類頂級期刊上發(fā)表了10余篇原創(chuàng)性科研工作論文。1人獲全國百篇優(yōu)博論文及提名獎，5人獲哈工大優(yōu)博論文，3人獲教育部博士生學(xué)術(shù)新人獎，2人獲省優(yōu)秀碩士論文。1團(tuán)隊獲哈工大“十佳研究生團(tuán)隊”稱號，2人獲哈工大研究生“十佳英才”稱號，3人獲寶鋼基金會優(yōu)秀學(xué)生獎。學(xué)生骨干活動創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面，數(shù)人擔(dān)任過哈工大校研究生會副主席及院學(xué)生會主席等職務(wù)，1人代表哈工大參加第六期全國大學(xué)生骨干培訓(xùn)班(哈工大2人之一，擔(dān)任培訓(xùn)班班長，獲優(yōu)秀學(xué)員稱號，受到胡錦濤同志接見)。近年來，由于在人才培養(yǎng)方面的突出貢獻(xiàn)，材料化學(xué)系的物理化學(xué)學(xué)科已成為哈工大參加全國學(xué)科評估的化學(xué)龍頭學(xué)科。

4 結(jié)語

在實(shí)現(xiàn)貫通式創(chuàng)新人才培養(yǎng)過程中，要強(qiáng)化專業(yè)教師的“引領(lǐng)”作用，結(jié)合院校特點(diǎn)，鼓勵教師將科研業(yè)務(wù)融入提升教學(xué)。在此基礎(chǔ)上，通過在課程體系教學(xué)過程中“融入”創(chuàng)新理念，科研過程中“提升”創(chuàng)新能力，實(shí)踐過程中“凝練”創(chuàng)新方向，拓寬化學(xué)化工類研究生由“本科”“研究生”向“創(chuàng)新人才”蛻變的通路。