新工科背景下材料化學(xué)專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索

柴波，孫亞，王婷婷，萬忞，蔡雄輝

（武漢輕工大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430023）

為主動應(yīng)對新一輪技術(shù)革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、《中國制造2025》等一系列國家戰(zhàn)略，2017 年2 月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”“天大行動”和“北京指南”等指導(dǎo)性文件。新工科建設(shè)的內(nèi)涵是：以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[1-3]。相比于傳統(tǒng)的工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)需要的是工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強、具備競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才。隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和技術(shù)結(jié)構(gòu)的升級，企業(yè)對高層次工程技術(shù)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的需要逐漸擴大，高校培養(yǎng)工程技術(shù)應(yīng)用型創(chuàng)新人才有非常重要的現(xiàn)實意義[4-7]。在新工科背景下，武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)也需要結(jié)合自身專業(yè)特點進(jìn)行改革和創(chuàng)新，需要打破原來單一的理科傳統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)模式，進(jìn)一步強調(diào)學(xué)科交叉、理工融合，學(xué)生不僅要掌握扎實的理論基礎(chǔ)知識，而且還需要具備較強的工程實踐能力，同時在人才培養(yǎng)過程中注重學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，全面提升材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。近年來，武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)通過人才培養(yǎng)方案、課程設(shè)置、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評價方式、實踐教學(xué)體系改革，建立校企合作育人基地和實施本科生導(dǎo)師制等措施，進(jìn)行新工科背景下材料化學(xué)專業(yè)人才應(yīng)用型創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式的探索和實踐。

1 新工科背景下人才培養(yǎng)模式改革的必要性

目前，武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)還存在未完全適應(yīng)未來經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要，重理論、輕實踐，專業(yè)教師工程實踐經(jīng)驗缺乏，教學(xué)模式單一等問題，具體表現(xiàn)如下：（1）人才培養(yǎng)目標(biāo)不能滿足新工科、新經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，未以培養(yǎng)適應(yīng)未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的工程應(yīng)用型創(chuàng)新人才為目標(biāo)；（2）實踐教學(xué)課時占比少，課程體系學(xué)科交叉不明顯；（3）專業(yè)教師工程實踐經(jīng)驗缺乏，新進(jìn)的青年教師大部分是博士畢業(yè)后就直接進(jìn)入高校工作，缺少相關(guān)企業(yè)的工作實踐經(jīng)驗；（4）教學(xué)模式比較單一，一些教師還沿用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不強。因此，在新工科背景下，開展材料化學(xué)專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革是必要的。

2 新工科背景下應(yīng)用型創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式改革措施

2.1 修訂人才培養(yǎng)方案，搭建理工融合的課程體系

人才培養(yǎng)方案是高校人才培養(yǎng)過程中重要的指導(dǎo)性文件，它明確了高校人才培養(yǎng)的目標(biāo)?；谛鹿た苾?nèi)涵建設(shè)要求，武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院修訂了材料化學(xué)專業(yè)的人才培養(yǎng)方案。在課程體系設(shè)置時，強調(diào)學(xué)科交叉、理工融合和加強工程化實踐教育等內(nèi)容[8]。并且，按照工程教育專業(yè)認(rèn)證的相關(guān)要求，在人才培養(yǎng)方案中加入內(nèi)涵觀測點和支撐課程說明，保障學(xué)生達(dá)成培養(yǎng)目標(biāo)的要求[9]。材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)方案由通識課、學(xué)科基礎(chǔ)課、專業(yè)課、選修課、集中性實踐課5 個主要部分構(gòu)成，其中通識課45 學(xué)分，學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課80 學(xué)分，集中性實踐課35 學(xué)分，學(xué)生畢業(yè)需要修滿160 學(xué)分，實踐性環(huán)節(jié)占總學(xué)分的30%以上。課程設(shè)置上突出學(xué)科交叉性，開設(shè)有工科特征的課程，如化工原理、化工原理實驗、高分子加工原理、工程制圖與AutoCAD 等。集中性實踐環(huán)節(jié)從大二開始，在不同學(xué)期分別開設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練、材料化學(xué)專業(yè)設(shè)計及開放性專業(yè)實驗、生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)等。此外，為增強學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和能力，還開設(shè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類選修課程，如大學(xué)生創(chuàng)業(yè)概論與實踐、創(chuàng)新工程實踐等。

2.2 開展教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)評價方式的改革創(chuàng)新

人才培養(yǎng)離不開課堂教學(xué)，新工科建設(shè)要以立德樹人為引領(lǐng)，要求各專業(yè)教師在每門課程教學(xué)中都要融入思政元素，充分挖掘課程中的思政元素，對學(xué)生進(jìn)行思想道德教育，達(dá)到“潤物細(xì)無聲”的效果[10]。課堂教學(xué)中充分運用討論式、參與式、問題導(dǎo)向式教學(xué)方法，體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，調(diào)動學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的主動性，使學(xué)生從被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訁⑴c[11]。課程教學(xué)中采用多媒體視頻、虛擬仿真等方式，通過動態(tài)過程演示、實驗操作模擬等可視化教學(xué)手段，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在化工原理實驗課程教學(xué)中，教師首先安排學(xué)生在虛擬仿真實驗室進(jìn)行虛擬仿真學(xué)習(xí)后，再在相應(yīng)的化工原理儀器設(shè)備上操作，通過這種方式，學(xué)生更能直觀了解每項實驗操作的原理及過程，達(dá)到實驗教學(xué)目的。在教學(xué)內(nèi)容上也不斷進(jìn)行更新，將材料化學(xué)學(xué)科發(fā)展的前沿科研成果融入課堂教學(xué)，比如在催化化學(xué)課程教學(xué)時，給學(xué)生講述最新的單原子催化原理和技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維。此外，還進(jìn)行課程教學(xué)評價方式的改革，更加注重學(xué)生課程學(xué)習(xí)的過程管理和對所學(xué)知識的實際應(yīng)用能力，例如學(xué)生成績主要由平時成績構(gòu)成，在每個單元章節(jié)進(jìn)行隨堂小測試等。

2.3 建立以“實驗教學(xué)—學(xué)科競賽—科研創(chuàng)新”為特色的三層次一體化實踐教學(xué)課程體系

實踐教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生動手和創(chuàng)新能力的重要方式[12]。在新工科背景下，對學(xué)生的動手和創(chuàng)新能力培養(yǎng)提出了更高要求，為此，武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院建立了“實驗教學(xué)—學(xué)科競賽—科研創(chuàng)新”三層次一體化實踐教學(xué)體系。學(xué)生在中低年級主要完成無機化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、物理化學(xué)實驗等基礎(chǔ)實驗教學(xué)訓(xùn)練，掌握基本的實驗操作技能。在專業(yè)實驗課材料化學(xué)綜合實驗中設(shè)置綜合性實驗項目，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)。此外，組織中高年級學(xué)生參加相關(guān)學(xué)科競賽，如湖北省大學(xué)生化學(xué)實驗技能大賽、湖北省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽、湖北省“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，通過參加這些競賽項目，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力。在中高年級開設(shè)了集中性實踐活動，如材料化學(xué)專業(yè)設(shè)計及開放性實驗、材料化學(xué)專業(yè)綜合實驗等，在這些活動中將學(xué)生分成若干小組，然后由專業(yè)教師根據(jù)自己的研究方向分別給學(xué)生安排課題和實驗，并進(jìn)行指導(dǎo)，最后學(xué)生撰寫一份科研創(chuàng)新訓(xùn)練報告。通過學(xué)科競賽和科研創(chuàng)新訓(xùn)練，學(xué)生的綜合素質(zhì)得到顯著提高，科研思維方法和動手創(chuàng)新能力得到提升。

2.4 建立校企合作育人基地，形成產(chǎn)教協(xié)同育人新模式

在新工科背景下，專業(yè)人才培養(yǎng)更加需要形成產(chǎn)教協(xié)同育人的新模式[13]。武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院與一些企業(yè)建立了校外實習(xí)基地，每年這些基地可以為材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生提供生產(chǎn)實習(xí)和畢業(yè)實習(xí)的場地，同時也為缺乏工程背景經(jīng)驗的教師提供了學(xué)習(xí)實踐機會，提高了教師的工程實踐教學(xué)能力。武漢輕工大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院還聘請企業(yè)的技術(shù)骨干擔(dān)任校外兼職導(dǎo)師，邀請他們與校內(nèi)教師一起對學(xué)生的實習(xí)和畢業(yè)（設(shè)計）論文進(jìn)行全程指導(dǎo)。此外，根據(jù)新工科建設(shè)對人才培養(yǎng)的要求，邀請校外兼職導(dǎo)師共同修訂材料化學(xué)專業(yè)人才培養(yǎng)方案。

2.5 實施本科生導(dǎo)師制，提高材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力

實施本科生導(dǎo)師制是材料化學(xué)專業(yè)在新工科背景下培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的一項重要舉措[14]。從大一開始，材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生與專業(yè)教師之間通過雙向選擇，確定自己本科階段的專業(yè)導(dǎo)師。導(dǎo)師對學(xué)生大學(xué)期間的學(xué)業(yè)進(jìn)行全方位指導(dǎo)，對學(xué)生的選課、職業(yè)規(guī)劃等提出建議，同時這些學(xué)生也可以參與專業(yè)導(dǎo)師的科研課題，進(jìn)行科研訓(xùn)練。通過實施本科生導(dǎo)師制，材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生近年來參與導(dǎo)師科研項目的人數(shù)不斷增加，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，學(xué)生動手能力、科研思維和創(chuàng)新能力顯著提高。材料化學(xué)專業(yè)每個年級參與導(dǎo)師科研項目訓(xùn)練的人數(shù)達(dá)到40%以上，一些學(xué)生在學(xué)科競賽中也取得了不錯的成績，分別在2015 年、2017 年和2022年獲得湖北省“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽三等獎3 次，2020 年和2022 年獲湖北省“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽三等獎2 次，2021 年獲湖北省大學(xué)生化學(xué)實驗技能大賽二等獎1 人，2019 年獲湖北省大學(xué)生化學(xué)實驗技能大賽三等獎2 人。

3 結(jié)語

在新工科背景下，培養(yǎng)具有較強動手能力、工程實踐能力和創(chuàng)新能力的材料化學(xué)應(yīng)用型創(chuàng)新人才是對高校人才培養(yǎng)目標(biāo)的必然要求，如何持續(xù)有效地推動該項工作，是需要不斷深入探索的課題。