打造“海洋”和“能源”特色材料科學與工程專業(yè)培養(yǎng)體系

王煥磊 高榮杰 張玥

摘 ? ?要：依托于海洋材料和能源材料的特色學科方向，中國海洋大學材料科學與工程專業(yè)通過構建模塊化選修課程體系、建設多層次實驗體系、挖掘思政資源、彰顯畢業(yè)論文專業(yè)特色等一系列舉措，全力打造“‘材料’+‘海洋/能源’”特色的人才培養(yǎng)體系，強化學生主體地位，從而全面提升人才培養(yǎng)質量及創(chuàng)新精神和能力。

關鍵詞：材料科學與工程;課程設置;特色培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：1002-4107（2021）12-0055-02

人類社會的發(fā)展史就是材料的發(fā)展史，材料與社會的關系越來越密切，無論是“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器“下五洋捉鱉”，還是“嫦娥”探測器“飛九天攬月”，都離不開高性能材料支持。我國材料類專業(yè)在借鑒蘇聯(lián)模式、學習歐美經驗的基礎上得到了蓬勃發(fā)展[1-2]。根據2020版普通高等學校專業(yè)目錄，材料類專業(yè)下設材料科學與工程、材料物理、材料化學等17個專業(yè)類別。其中，材料科學與工程是研究材料的成分、組織結構以及制備工藝與性能之間關系的交叉學科。目前，隨著材料科技的迅猛發(fā)展及材料類畢業(yè)生的急劇增加，提高人才培養(yǎng)質量成為提高競爭力的有效手段[3-5]。同時，在工程教育認證和“新工科”建設的背景下，需要突出專業(yè)培養(yǎng)特色，進而凸顯出有別于其他學校的專業(yè)能力。因此，筆者所在的中國海洋大學材料科學與工程專業(yè)基于學科優(yōu)勢，致力于打造“‘材料’+‘海洋/能源’”的特色培養(yǎng)體系，以適應國家重大戰(zhàn)略需求及經濟社會發(fā)展需要。

一、中國海洋大學材料科學與工程專業(yè)介紹

中國海洋大學材料化學專業(yè)始建于2002年，經過多年發(fā)展已經形成了較為完備的專業(yè)人才培養(yǎng)體系。材料化學專業(yè)從一開始就定位于培養(yǎng)具有工科屬性、掌握一定工程技術與能力的高級專門人才，因此在培養(yǎng)計劃中全面系統(tǒng)地開設了具有工科屬性的專業(yè)課程。2016年，應國家戰(zhàn)略、海洋經濟發(fā)展及學科發(fā)展的需求，將材料化學專業(yè)調整為材料科學與工程專業(yè)。2017年，該專業(yè)首次按照材料科學與工程專業(yè)進行招生。2020年，學校按照材料類專業(yè)實行大類招生，采用“1+3”培養(yǎng)模式，即第一年實行大類內統(tǒng)一培養(yǎng)，之后分專業(yè)進行培養(yǎng)。2020版材料科學與工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案中指出：“本專業(yè)培養(yǎng)適應國家經濟和海洋行業(yè)發(fā)展需要，具有家國情懷、國際視野、創(chuàng)新精神和實踐能力的社會主義事業(yè)建設者和接班人，畢業(yè)后可到科研機構、高校、企業(yè)等單位從事材料科學與工程及相關領域（特別是海洋材料或能源材料領域）的科學研究、教學與科技管理、新材料新產品開發(fā)、生產與管理等工作的高層次專業(yè)人才?！睂嶋H上，中國海洋大學最早在國內提出“海洋材料”特色研究領域，同時學校材料學科長期聚焦“海洋材料”和“新能源材料”研究方向，為形成 “‘材料’+‘海洋/能源’”的特色人才培養(yǎng)體系奠定了基礎。

二、材料科學與工程專業(yè)特色建設思路

（一）建設“海洋材料”和“能源材料”特色課程模塊

本專業(yè)人才培養(yǎng)方案按照公共基礎必修課、通識教育選修課、學科基礎課（必修和選修）、專業(yè)知識課 （必修和選修）和工作技能必修課進行模塊化的課程設置。緊緊圍繞學科發(fā)展方向與特色，將教學工作與學科建設、科研工作有機結合，在專業(yè)課層面設置了“海洋材料”和“能源材料”兩類特色選修課程模塊。海洋材料模塊形成了“材料腐蝕與防護技術”“傳感材料與技術”“海洋工程材料”“海洋涂層技術與工藝”“材料表面工程”“海洋可再生能源概論”等課程體系，提供了“取之海洋、用于海洋”并解決海洋環(huán)境適應性問題的材料體系的系統(tǒng)性知識架構。能源材料模塊形成了“新能源材料與技術”“新型碳材料”“光電子材料與器件”“海洋可再生能源概論”“多孔能源與催化材料”“膜材料與電化學器件”等課程體系，將太陽能、海洋能、氫能等清潔能源及儲能技術進行系統(tǒng)講授，使學生充分掌握能源材料的組成、結構、性能、應用之間的構效關系，并培養(yǎng)其分析實際復雜工程問題的能力。學生可根據自身興趣，自由選擇任一模塊，有利于體現(xiàn)出其在學習中的主體地位。同時，教師還可以通過“材料科學前沿講座”課程向學生介紹“海洋材料”和“能源材料”領域最新前沿的知識和技術。

（二）構建“海洋/能源”特色多層次實驗教學體系

以成果導向教育理念為指引，建設“基礎—專業(yè)—綜合—創(chuàng)新”四層次的實驗教學體系?；A實驗層次依托“材料科學基礎實驗”課程，培養(yǎng)學生的基本實驗操作技能，提升學生的實驗素養(yǎng)。專業(yè)實驗層次依托“材料合成與制備工藝學實驗”課程，培養(yǎng)學生在材料合成與制備方面的動手能力與系統(tǒng)科學的專業(yè)實驗能力。綜合實驗層次通過設置“專業(yè)綜合實驗”課程實現(xiàn)，根據材料學科發(fā)展趨勢，實現(xiàn)“材料”與“海洋/能源”的交叉滲透和輻射，形成了以海洋材料、能源材料為主的綜合實驗項目，培養(yǎng)與鍛煉了學生理論結合實際的能力。以能源材料專業(yè)綜合實驗為例，教師可通過鋰離子電池電極材料制備、電池組裝、性能測試等系統(tǒng)性實驗內容，來鍛煉學生的動手能力與團隊協(xié)作能力，實現(xiàn)全鏈條的材料科學研究的基本訓練。創(chuàng)新實驗層次主要通過設置“海洋材料/能源材料創(chuàng)新設計實驗”課程實現(xiàn)。海洋材料創(chuàng)新實驗內容集中在海洋涂料、海洋腐蝕與防護、海洋傳感器、海洋檢測等領域，而能源材料創(chuàng)新實驗內容集中在氫能源、太陽能電池、鋰離子電池、超級電容器、海洋能源等能量存儲與轉化領域。創(chuàng)新設計實驗以任務驅動教學法實施教學，學生根據特定的實驗任務，通過文獻查閱等前期工作提煉出科學問題，圍繞科學問題開展實驗設計并實施，最后對獲得的數(shù)據進行綜合分析與評價，實現(xiàn)增強學生學習自主性和創(chuàng)新能力的目的。

（三）深入挖掘“海洋+能源”課程思政資源

為更好地將家國情懷、價值塑造和文化素養(yǎng)等教育與知識傳授、能力培養(yǎng)有機結合，需要教師在課程建設中深挖思政教育資源，實現(xiàn)立德樹人的“潤物細無聲”。海洋和能源領域有很多可供挖掘的思政資源，比如：材料的腐蝕可以對應于現(xiàn)實生活中腐敗現(xiàn)象，“拒腐防腐”對于腐蝕和腐敗同等重要。教師要引導新時代青年抵御不良思想侵蝕，并在授課中分析我國儲能材料與技術行業(yè)狀況、國際能源形勢以及海洋中所需求的能源技術等情況，以此增進學生對解決“卡脖子”問題的認知，激發(fā)學生樹立“為中華之崛起而讀書”的理想。當然，在“海洋”和“能源”領域還有諸多材料科學家的先進事跡，比如：中國科學院海洋研究所侯保榮院士長期致力于海洋腐蝕與防護領域研究，培養(yǎng)了一大批腐蝕領域高水平人才，即使近80歲高齡仍保持高強度工作，將腐蝕與防護作為一生的事業(yè)，體現(xiàn)出精益求精、吃苦耐勞的科學精神;中國科學院青島生物能源所崔光磊團隊秉承“不忘初心、牢記使命”的時代號召和“十年磨一劍”的科研精神，持續(xù)關注深海電源技術，實現(xiàn)了材料體系和儲能技術的突破，助推了國家能源安全戰(zhàn)略。這些先進事跡有利于塑造學生的科研精神。

（四）圍繞“海洋”和“能源”領域開展畢業(yè)設計（論文）工作

作為學生在校期間的最后一個實踐性教學環(huán)節(jié)，畢業(yè)設計（論文）不僅是對前期學習成效的全面檢驗和總結，也是檢視專業(yè)育人水平高低及培養(yǎng)目標達成與否的重要一環(huán)。本專業(yè)畢業(yè)設計（論文）優(yōu)先支持圍繞“海洋”和“能源”領域開展選題，鼓勵選題與指導教師的科研工作、合作企業(yè)相結合，從而保證選題既結合當前的科研前沿，具有較強的理論價值，又耦合實際工程問題，具備較強的應用價值，從而提升學生解決海洋/能源領域復雜工程問題的能力。近年來，指導教師申報的選題數(shù)量均大于學生數(shù)量，學生可根據自身的興趣愛好和需求選擇，更好地調動了其參與畢業(yè)設計（論文）的積極性。另外，教師依托學校畢業(yè)設計（論文）管理系統(tǒng)，加強了對畢業(yè)設計（論文）各環(huán)節(jié)的質量把關，切實保障了畢業(yè)論文（設計）工作的有效推進。

三、結語

總之，中國海洋大學材料科學與工程專業(yè)依托學科方向和特色，圍繞選修模塊、實驗課程體系、課程思政以及畢業(yè)設計（論文）等角度打造“海洋”和“能源”特色人才培養(yǎng)體系，與國家重大發(fā)展需求和經濟社會發(fā)展需要緊密結合，有助于培養(yǎng)具有國際視野和家國情懷的高水平人才。未來我校將繼續(xù)密切結合本專業(yè)的特色與優(yōu)勢，不斷完善人才培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程內容與體系，實現(xiàn)持續(xù)培養(yǎng)高質量人才。

參考文獻：

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收稿日期：2020-04-11

作者簡介：王煥磊（1983—），男，山東膠南人，中國海洋大學材料科學與工程學院系主任，博士，博士生導師，主要從事能源材料研究。

基金項目：2019年度中國海洋大學本科教育教學研究重點項目“材料科學與工程專業(yè)多層次梯度式實驗教學體系構建”

（2019ZD19）;2019年度中國海洋大學研究生優(yōu)質課程建設項目“材料分析與表征”（HDYK19046）