新工科背景下金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)方案及課程體系設(shè)計(jì)

馮佃臣 楊禮林 翟亭亭 趙莉萍 孫昊

摘??要：為了應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)，滿足以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟(jì)對(duì)新工科人才的需求，“金屬材料工程”專業(yè)遵循OBE?教育理念，以“成果導(dǎo)向”為原則，按照“培養(yǎng)目標(biāo)—畢業(yè)要求—課程體系”反向設(shè)計(jì)人才培養(yǎng)方案。以社會(huì)對(duì)金屬材料工程專業(yè)人才需求為導(dǎo)向精準(zhǔn)確立人才培養(yǎng)目標(biāo)，聚焦培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)畢業(yè)要求，以畢業(yè)要求的實(shí)現(xiàn)構(gòu)建學(xué)科交叉融合的新工科課程體系。設(shè)計(jì)了聚焦未來(lái)材料設(shè)計(jì)、材料制備技術(shù)對(duì)人才能力的需求，以學(xué)生能力培養(yǎng)為核心，從學(xué)科知識(shí)交叉融合、教學(xué)與科研深度結(jié)合、構(gòu)建新工科人才培養(yǎng)體系。

關(guān)鍵詞：金屬材料工程；OBE；新工科；培養(yǎng)方案

中圖分類號(hào)：G642;TG14-4??文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，制造業(yè)處于迅猛增長(zhǎng)狀態(tài)，對(duì)新型材料的需求也日益增長(zhǎng)，材料科學(xué)已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬材料是工程領(lǐng)域中最基礎(chǔ)、最重要的材料之一，其對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)基礎(chǔ)和工程素養(yǎng)具有舉足輕重的作用。因此，在新工科背景下，對(duì)金屬材料專業(yè)的培養(yǎng)方案和教育過(guò)程進(jìn)行科學(xué)涉及，是目前專業(yè)、學(xué)校進(jìn)行改革必須解決的問(wèn)題之一。

緊緊圍繞立德樹(shù)人根本任務(wù)和雙一流專業(yè)建設(shè)的目標(biāo)，立足學(xué)校和學(xué)院的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，以理想信念教育為核心，以社會(huì)主義核心價(jià)值觀為引領(lǐng)，以全面提高人才培養(yǎng)能力為關(guān)鍵，在人才教育培養(yǎng)過(guò)程中破解思想政治工作不平衡不充分等問(wèn)題，打通“三全育人”最后一公里，形成全員全過(guò)程全方位育人格局，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展和擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的社會(huì)主義建設(shè)和接班人。一方面通過(guò)加強(qiáng)理想信念教育，我們將幫助學(xué)生樹(shù)立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，培養(yǎng)他們的社會(huì)責(zé)任感和公民意識(shí)。同時(shí)，我們將通過(guò)提供優(yōu)質(zhì)的教育資源和創(chuàng)新的教學(xué)方法，全面提高學(xué)生的學(xué)科知識(shí)水平和實(shí)踐能力。另一方面注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，通過(guò)項(xiàng)目實(shí)踐、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)等方式，使學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)時(shí)代的需求。

培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)總的思路（圖1）是專業(yè)和工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，采用反向設(shè)計(jì)方法，貫徹“學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”教育理念[1，2]。該培養(yǎng)方案的制定旨在緊扣新技術(shù)革命、新產(chǎn)業(yè)變革對(duì)未來(lái)金屬材料工程專業(yè)人才的需求，落實(shí)新工科建設(shè)任務(wù)[3]。材料研究正從過(guò)去的試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向理論設(shè)計(jì)、基因工程或大數(shù)據(jù)應(yīng)用[4]。材料制備正從過(guò)去的大批量、高能耗、高污染轉(zhuǎn)向綠色發(fā)展、智能制造、提升質(zhì)量和降低成本的發(fā)展趨勢(shì)。

根據(jù)《內(nèi)蒙古自治區(qū)“十四五”工業(yè)和信息化發(fā)展規(guī)劃》中提出：（1）高標(biāo)準(zhǔn)培育現(xiàn)代裝備制造、新型化工、有色金屬加工、新材料、生物醫(yī)藥五大先進(jìn)制造業(yè)集群；（2）依托鋼鐵和鋁、銅等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，以輕質(zhì)、高強(qiáng)、大規(guī)格、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞為發(fā)展方向，開(kāi)發(fā)高端鋼鐵、高純鋁、稀土鋁合金、高品質(zhì)鋁合金焊絲、雙零鋁箔、高強(qiáng)高韌鋁合金、金屬靶材、銅合金、鎂合金等高附加值產(chǎn)品，滿足軌道交通、航空航天、電子信息等產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求。到2025年，打造15個(gè)智能工廠、40個(gè)數(shù)字化車間，規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化率達(dá)到60%?；谝陨弦螅梢缘贸鼋饘俨牧瞎こ虒I(yè)人才培養(yǎng)要保持專業(yè)特色，同時(shí)要圍繞社會(huì)發(fā)展對(duì)專業(yè)人才能力的需求，開(kāi)展新工科建設(shè)，調(diào)整金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)方向和課程設(shè)置，注重培養(yǎng)學(xué)生在人工智能、大數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域的能力，并加強(qiáng)與相關(guān)行業(yè)和企業(yè)的合作，開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)，滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的社會(huì)需求。進(jìn)而制定和實(shí)施“金屬材料工程+人工智能”的新培養(yǎng)方案。

圖1?人才培養(yǎng)方案反向設(shè)計(jì)思路圖

一、以需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)

我國(guó)“新工科”建設(shè)不斷加強(qiáng)，對(duì)高水平、高質(zhì)量的人才培養(yǎng)體系提出了更加嚴(yán)苛的要求。堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為教育的根本任務(wù)，不斷開(kāi)創(chuàng)我國(guó)教育事業(yè)發(fā)展新局面。黨的十九屆五中全會(huì)指出，要全面貫徹黨的教育方針，堅(jiān)持立德樹(shù)人。我們要從黨和國(guó)家事業(yè)發(fā)展全局的高度，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)，推進(jìn)高等教育事業(yè)發(fā)展同實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展相適應(yīng)，培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人[5]。因此，內(nèi)蒙古科技大學(xué)金屬材料工程專業(yè)在制定人才培養(yǎng)方案時(shí)，培養(yǎng)方案的總目標(biāo)要求培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義合格建設(shè)者和可靠接班人。面對(duì)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)變革以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)[6]，調(diào)研了用人單位對(duì)金屬材料工程專業(yè)人才的需求，緊扣社會(huì)需求、學(xué)校定位及專業(yè)特色制定出金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)。培養(yǎng)目標(biāo)制定遵循了與時(shí)俱進(jìn)的新工科特點(diǎn)，體現(xiàn)金屬材料工程專業(yè)多年形成的客觀優(yōu)勢(shì)和特色。

以需求為導(dǎo)向，培養(yǎng)目標(biāo)的設(shè)計(jì)中，始終圍繞在工科背景下需進(jìn)一步加大課程內(nèi)容的更新和豐富化，將金屬材料專業(yè)的課程應(yīng)更注重將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合。在課程具體設(shè)置中，特別是理論+實(shí)踐或?qū)嵺`環(huán)節(jié)中，可以通過(guò)組織學(xué)生參與課題研究、參加制作實(shí)踐項(xiàng)目等，并配合完善的課程設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生深入理解材料科學(xué)的重要性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)案例和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、綜合實(shí)驗(yàn)等方式讓學(xué)生能夠深入了解金屬材料結(jié)構(gòu)、性能及組成變化、材料的加工工藝與成形性、材料的疲勞與斷裂機(jī)理與材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)以及材料環(huán)境適應(yīng)性等實(shí)踐內(nèi)容，關(guān)注材料的新進(jìn)展和新趨勢(shì)，比如新型高強(qiáng)度、高韌性及智能材料等，在保證專業(yè)課程體系的前提下，涵蓋多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，構(gòu)建起更加完善的教學(xué)體系。

二、聚焦培養(yǎng)目標(biāo)，畢業(yè)要求設(shè)計(jì)

畢業(yè)要求支撐著培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，是課程與培養(yǎng)目標(biāo)聯(lián)系的橋梁[7]。依據(jù)《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》、《工程教育專業(yè)認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)》、《材料類專業(yè)補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》和內(nèi)蒙古科技大學(xué)金屬材料工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，制定能夠支撐培養(yǎng)目標(biāo)并滿足工程教育認(rèn)證的12條畢業(yè)要求，并梳理了畢業(yè)要求與目標(biāo)達(dá)成情況之間的關(guān)聯(lián)。技術(shù)類畢業(yè)要求按照能力形成的邏輯“縱向”分解畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，便于從“基礎(chǔ)知識(shí)、專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)能力、綜合訓(xùn)練能力”解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力培養(yǎng)層次相匹配，同時(shí)能夠在教學(xué)環(huán)節(jié)獲得可落實(shí)（在學(xué)習(xí)過(guò)程中能夠獲得畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)所描述的能力）、可評(píng)價(jià)（畢業(yè)要求中的能力能夠以學(xué)生的學(xué)習(xí)成果或表現(xiàn)評(píng)價(jià)其是否達(dá)成）。非技術(shù)類畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)分解按照“能力要素和素養(yǎng)要素”進(jìn)行分解，重點(diǎn)是能力和素養(yǎng)的內(nèi)涵進(jìn)行清晰表述，以便納入教學(xué)內(nèi)容并進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。確保了畢業(yè)要求與培養(yǎng)目標(biāo)的聯(lián)系緊密，并提供了具體可操作的指導(dǎo)，使教學(xué)內(nèi)容和評(píng)價(jià)能夠與培養(yǎng)目標(biāo)相一致。

專業(yè)學(xué)生在達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)的過(guò)程中，通常是通過(guò)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)了解本專業(yè)的歷史、培養(yǎng)目標(biāo)、畢業(yè)要求、課程設(shè)置、發(fā)展方向及就業(yè)前景等，同時(shí)理解本專業(yè)所涵蓋的學(xué)習(xí)和研究范疇，了解本專業(yè)的國(guó)際前沿進(jìn)展，明確專業(yè)學(xué)習(xí)的目的與意義，培養(yǎng)專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。但傳統(tǒng)的專業(yè)課程教學(xué)設(shè)計(jì)存在課程目標(biāo)與畢業(yè)要求及人才培養(yǎng)目標(biāo)鏈接不夠緊密的缺陷，聚焦課程目的和教學(xué)內(nèi)容沒(méi)有明確放在支撐具體畢業(yè)要求以及人才培養(yǎng)目標(biāo)的背景下設(shè)計(jì)和展開(kāi)。基于OBE理念的專業(yè)課程改革應(yīng)建立一個(gè)聚焦學(xué)習(xí)產(chǎn)出驅(qū)動(dòng)全部課程活動(dòng)和學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出評(píng)價(jià)的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)，充分將培養(yǎng)目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)專業(yè)課程建設(shè)提出的要求進(jìn)行凝練，打破原有課程教學(xué)相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，對(duì)整體內(nèi)容的相關(guān)性有效整合梳理，將教學(xué)活動(dòng)的最終目標(biāo)與畢業(yè)要求及人才培養(yǎng)目標(biāo)掛鉤。

三、構(gòu)建學(xué)科交叉融合的新工科課程體系

課程是學(xué)科人才培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基本單元，是畢業(yè)要求的實(shí)現(xiàn)途徑[7]。畢業(yè)要求中的能力要求必須逐條落實(shí)到每一門具體的課程中，課程之間相互銜接、互為補(bǔ)充。課程體系需要具有五性即規(guī)范性、系統(tǒng)性、完整性、邏輯性和支撐性。依據(jù)內(nèi)蒙古科技大學(xué)金屬材料工程畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的內(nèi)涵及專業(yè)特色，構(gòu)建較為科學(xué)和可操作性的金屬材料專業(yè)課程體系。課程體系支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的能力達(dá)成，同時(shí)也滿足了新工科建設(shè)的要求，體現(xiàn)學(xué)科交叉和德智體美勞五育并舉。

課程體系在保留了傳統(tǒng)金屬材料工程專業(yè)特色的專業(yè)課程的基礎(chǔ)上，并為了適應(yīng)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)變革以及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)需要，增加了人工智能課程《機(jī)器學(xué)習(xí)》《計(jì)算機(jī)視覺(jué)》《深度學(xué)習(xí)》《深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)》《智能材料新發(fā)現(xiàn)》和《智能材料加工》，形成金屬材料工程+人工智能融合的特色，凸顯專業(yè)培養(yǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力和適用性。

課程體系能夠有效支撐畢業(yè)要求的達(dá)成，通過(guò)合理的課程設(shè)置和課程矩陣，畢業(yè)要求中的能力要求都有相應(yīng)課程的支撐、核心課程的強(qiáng)支撐、必修課程的全支撐。課程體系合理，知識(shí)體系完整，先修和后續(xù)課程的邏輯關(guān)系清晰，課程體系簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。課程體系中各模塊學(xué)分分配見(jiàn)表1。

結(jié)語(yǔ)

基于OBE?教育理念，以“成果”為導(dǎo)向，貫徹立德樹(shù)人的教育方針，堅(jiān)持強(qiáng)化實(shí)踐能力培養(yǎng)。在金屬材料工程人才培養(yǎng)方案制定過(guò)程中，全面分析金屬材料在人工智能背景下對(duì)金屬材料人才能力的要求，按照要求精準(zhǔn)確立人才培養(yǎng)目標(biāo)、聚焦培養(yǎng)目標(biāo)設(shè)計(jì)畢業(yè)要求、構(gòu)建學(xué)科交叉融合的新工科課程體系，“由上而下”反向設(shè)計(jì)金屬材料工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，確保金屬材料工程專業(yè)學(xué)生真正掌握所需的知識(shí)和能力，滿足地方應(yīng)用型高校對(duì)接區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和金屬材料人才培養(yǎng)的需求。

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*通訊作者：馮佃臣（1977—??），男，內(nèi)蒙古烏蘭察布人，博士，副院長(zhǎng)，教授，研究方向：稀土儲(chǔ)氫及能源材料研究。