从材料类专业现状看我校材料类专业的建设与发展

惠 群，陈志谦，李 路，李 庆

（西南大学材料与能源学部，重庆400715）

材料一直是人类赖以生存和发展的物质基础。材料的研发水平已经是衡量一个国家经济发展、科技进步和国防实力的重要标志。但是材料科学这个名词直到1957年才由美国学者提出。60年代初，材料科学与工程（MSE)大学科的概念被确定。这门学科的发展过程遵循了现代科学发展的普遍规律，通过各门涉及材料的学科相互交叉、渗透、移植，由细分走向综合，最终形成具有共同理论和技术基础的大材料科学[1]。近十几年来，我国MSE的学科教育改革迅速发展，几乎全国所有设有和MSE学科有关本科专业（称为材料类专业）的院校均已程度不同地进行了改革，并且出现了有根本突破的新思路新方案。分析并掌握材料类专业的现状，将为我校材料类专业的建设与发展提供借鉴和参考。作者对此从材料类专业现状，专业建设面临的问题以及发展思路与建议3个方面进行论述。

1 材料类专业现状

1.1 专业设置

涉及材料的专业最早起源于冶金学研究，并与采矿学的发展有着不可分的密切关系。在20世纪60年代以前，国内外还没有真正意义上完全独立的材料专业，但在化工，机械、冶金等专业中已培养了大量的材料专业人才。20世纪60年代起，欧美高校逐步开始将原来设置在化工、机械和冶金等院系中与材料有关的专业陆续分离出来，成立了“材料科学与工程系”或“材料科学系”等独立的系科。以麻省理工学院为例，其在1974年便成立了独立的材料科学与工程系。自此，MSE作为一门独立的新兴学科走上了历史的舞台。到80年代中后期，欧美大部分高校已经实现了材料类专业的独立化，按MSE学科来培养学士。由于国外对于本科专业的设置没有很细致，材料类专业大多只设置了材料科学与工程一个专业。相对而言，新中国材料类专业经历了以产品-行业-学科设置曲折的演化过程[2][3]，体现了社会需求、MSE学科专业结构与人才素质之间的相互作用关系。

近十几年来，为了适应时代的需要，教育部第4(1998年）、5次（2012年）修订的《普通高等学校本科专业目录》中都对材料类专业的调整幅度最为突出。1998年设置的目录中，理学材料科学有材料物理和材料化学两个专业，工学材料类有冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程和高分子材料工程4个专业，覆盖了1993年设置的目录中材料类有色金属冶金、冶金化学、腐蚀与防护以及硅酸盐工程高分子材料等近20个专业[4]，同时在《工科本科引导性专业目录》将材料科学与工程作为宽口径的引导性专业。2012年实行的新目录将理科和工科材料融合成大材料类，分出8个基本专业（分别是材料科学与工程、材料物理、材料化学、冶金工程，金属材料工程，无机非金属材料工程，高分子材料与工程和复合材料与工程）和6个特设专业（分别是粉体材料科学与工程，宝石及材料工艺学、焊接技术与工程，功能材料、纳米材料与技术和新能源材料与器件）[5]。由于各高校原所属部门的不同及过去按行业、产品设置专业的影响，材料类专业所属院系名称安排上有很大不同。大多数院系命名为材料科学与工程院系，以及材料和其它学科联合的院系，例如材料与化学学院（比如中国科学技术大学，中国地质大学等），冶金与材料科学学院（东北大学，贵州大学等）。

1.2 招生规模

自1998年以后，高等教育体制发生了变化，主要体现在国家、省、部、社会共同办学，使得高等教育由“精英化”趋向“大众化”教育，材料类专业的招生规模迅速扩大。1994年，我国只有有140多所高校设有材料类专业，2003年增至200余所[6],到2015年已有400余所高校[7]。绝大多数985高校和超过50%的211高校都开设材料类基本专业，开设最多的依次是材料科学与工程，其次是材料化学、材料物理、高分子材料与工程专业。但是从全国所有高校来看，金属材料工程专业是开设最多的，这说明金属材料在四大材料依然应用最广泛，该专业的开设与各个高校具体实情以及所在地域对人才的需求相关。在招生人数方面，我国高校在2003年材料类专业招收人数就达2万多人，在校学生总人数达7万多人，这说明我国高校材料类专业人才的培养在本世纪之初就已具有较大的规模。从最近几年的招生人数看，材料科学与工程专业的招生规模有较大上升的趋势，这从某种程度上体现出了我国本科教育培养宽口径材料类人才的发展趋势。

1.3 教育内容和范畴

MSE学科是一门基础学科，和物理、化学等学科有着非常密切的关系，具有多学科性。20世纪后期，材料的应用越来越广泛，许多其他产业领域的发展都与材料的制备、合成、性能以及应用等密切相关，材料学科与其它学科如生物、电子信息、能源及环境科学等进行交叉渗透，MSE学科发展的另一个重要特征就是交叉性。因此材料类专业教育内容及范畴在不断的拓展之中，除了以“性质”、“结构与成分”、“制备与加工”及“使用性能”四要素及其关系构成的“材料学科共同基础知识”作为主要教学内容，材料科学、材料工程在内的材料学科基础知识和多学科交叉拓展知识也成为重要教学内容。原来专业的界限逐渐打破，借鉴欧美诸国材料科学与工程教育模式与体系，人才培养模式从“专业培养”转向“学科培养”，从狭窄的专业教育向全面的素质教育转变.从钻研狭窄的单科教育向建立工程意识教育转变。

1.4 人才培养模式

目前材料类专业人才培养模式涉及到人才培养目标和人才培养措施两方面。人才培养目标指的是对所要培养出人才的质量和规格的总规定；人才培养措施是为了达到人才培养目标而采取的办法，主要包括培养内容、培养手段、培养制度和培养评价。

1.4.1 人才培养目标

依据不同的学校类型（研究型、教学研究型、教学应用型等），材料类专业的培养目标大致有以下3种：一是致力培养具有国际化视野的、高层次的，并且掌握核心技术的较高综合素质的人才，代表性的高校有清华大学、上海交通大学和中南大学等；二是面向研究型人才的培养，致力于培养高学历的人才，代表性的高校有北京科技大学，武汉理工大学和西南交通大学等；三是面向行业第一线和基层，强化工程应用能力，致力于培养具有扎实的基础理论和专业实践能力的工程技术应用型专业人才，代表性的高校有桂林理工大学、燕山大学和常州大学等。

1.4.2 人才培养措施

培养内容是以课程的形式体现出来的。材料类专业设置的课程可以用公共基础（通识教育）课程、专业基础课程，专业课程来划分。各高校课设的公共基础课程大体相同，但是所占学分比重和专业课程学分比重差异较大，专业课程和专业基础课程学分比重差异也较大。例如，中南大学材料类专业课程学分比重很高，体现了该校对人才的专业要求较高；而北京工业大学专业课程学分比重远低于其公共基础课程学分比重，但是其专业基础课程和实践实验课程学分比重占有很大比例，体现了该校注重于人才的基础知识以及实践能力的培养；另外，上海交通大学专业课程与公共课程学分比重相近，与专业基础课程学分也相近，其课程体系还设置了个性化教育模块，学生可任意选修的课程，主要以相关专业知识为主，体现了该校注重综合能力的发展。以必修课程与选修课程来划分，按所占学分比重的比较，几乎所有大学材料类专业学生选课学习的自由度并不高。以理论课程与实践实验课程来划分，研究型、研究教学型大学的理论课程学分比重总体较高，实践环节较低，而教学应用院校的实践环节学分比重相对较高，这也对应前面不同的培养目标，前者注重于综合性专业人才的培养，偏理论知识，后者注重于专业技术型人才的培养，偏实践环节。

一些高校对材料类专业人才的培养手段也不尽相同，主要是通过教学这个基本途径来实现，涉及到教学的方式和方法。例如，清华大学材料类专业十分注重教学与科研相结合、学校教育与工程实践训练教育来培养学生的科研探索精神和实践动手能力，同时也注重以学生为主体，实施多样化的校内教学模式，如研讨班、实验课、学术讲座等等；中南大学材料类专业采取与相关领域的大中型企业签署合作协议进行联合培养的方式，让学生在完成三年的基础知识学习之后直接进入企业进行长达一年时间的工程实践或者毕业设计，每位学生除了有学校指导教师外，还有企业专家担任导师对学生进行一对一的指导；郑州大学在课堂教学外，组织本校教师结合相关专业方向和科研前沿为高年级学生做专题讲座，还聘请国内外材料科研领域知名专家、学者来校进行学术交流，作学术报告，拓宽学生的知识面，与研究所、企业等单位建立“产学研”联合体，学院每年安排学生到这些单位进行毕业论文（毕业设计）或毕业实习，另外还实行导师制，3-6名学生配备一位专业教师作为学业导师，老师需要与学生进行交流和座谈，还鼓励和引导学生参与科研项目。

各高校材料类专业培养制度也有差异。在专业设置制度上，有的高校只设置一个材料类本科专业，即材料科学与工程专业，按一级学科设置专业方向，在完成二、三年的基础知识学习之后将进行分流培养，例如清华大学、上海交通大学和北京科技大学等；有的高校实施材料类专业大类招生并组织通识教育和大类专业基础课程教学，到了二、三年级学生可以选择专业甚至是专业方向，例如中南大学和武汉理工大学等；有的高校不实行大类招生，依旧按照材料类具体专业进行招生，例如常州大学等。在修业制度上，大部分高校都抨弃了传统的学年制，即在规定的年限内学规定课程，成绩合格就允许毕业，而实行学分制，学生自行安排学习年限，修完规定的学分，达到规定绩点，就能申请毕业。

各高校材料类专业在培养评价方面，不仅包括通过考试和考查的方式对学生学业成绩进行评价，还包括通过多种方式对课程、教学和教师进行评价，并设定一定的标准，来获得毕业证书和学位证书。并且有不少高校材料类专业是教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业,需要达到其质量要求。

2 材料类专业建设面临的问题

2.1 专业设置单一

材料类专业是以MSE学科为依托。该学科在各高校的形成大体有两种不同方式。一是在工科院校中通过冶金与机械，或金属、非金属、高分子三大类材料以及它们的复合材料所依存的专业而建立起来的，侧重于从具体应用的角度来探求新材料的性能评价与使用。另一类是一些综合性大学在追踪科技前沿的基础上，由物理学与化学孕育并分化形成材料物理与材料化学新学科，其特点是材料学与物理学、化学等学科交叉结合。西南大学的MSE学科就是以第二种方式形成的。为实现学校全面发展，加强工科基础发展，2003年依托材料物理专业从西南师范大学物理学院抽调人员组建了材料与工程学院，并开始建设MSE学科（彼时，西南师范大学还有材料化学专业，该专业一直是该校化学学科下的自设专业，属化学类，一直无法归入材料学院，算得上专业调整遗留下来的历史问题。2017年该专业停止招生。）2005年，西南大学合并组建后，学校的综合实力很强，但是偏农，偏理和偏文，工科实力很弱。在是否保留材料科学与工程学院的问题上分歧严重，作为工学下的材料科学与工程学科建设缓慢，与西南大学在国内高校的实际排名并不相符。几经挣扎，2011年才增设了金属材料工程专业，材料物理专业也获批为重庆市高等学校市级特色专业。2013材料科学与工程学院和洁净能源与先进材料研究院合并成立材料与能源学部，教学和科研水平自此得到极大加强。2017年度最新数据显示，我校MSE学科已经是美国基本科学指标数据库（ESI）国际排名全球前1%学科。由于这样的曲折发展历程，我们的材料类专业设置单一，只能按专业对口的培养模式，即按具体的材料种类学习专业知识，但对其它方面的材料以及相互之间联系了解很少，专业口径窄，学生在涉及学科领域交叉或新材料开发方面就感到专业基础薄弱，知识面过窄等。我们的专业设置已经不能适应目前的社会主义市场经济和当代科学技术发展对材料类人才的需求，也与我们的MSE学科排名不匹配。

2.2 没有形成自己的特色

人才培养规格和培养模式的多样化的趋势下，能够办出特色的教学是高校材料类专业发展与生存的基石。特色包括了特色方向，课程体系特色，人才培养特色，实践特色等等。特色方向比较重要，各高校根据市场需求，学科优势和地域特色来制定专业的特色方向。例如重庆大学在钢铁冶金、镁合金、材料加工及成型、核工业新材料、新型建材等方面形成了鲜明特色，部分研究领域的科技实力已进入国内领先、国际先进行列；中南大学以有色、稀有金属材料为主，兼有无机非金属材料、高分子材料等基础理论研究、技术创新、成果转化和高层次人才培养的中心和重要基地；河海大学形成了坚持基础与应用并重、理论与实践结合，以解决我国重大水利水电工程、土木工程及环境工程中的力学和材料问题为目标的特色。相比较而言，我们的各方面的特色还不够突出，没有属于自己学校的特色品牌的材料类专业，另一方面，教学方式方面的特色也比较少，有待进一步加强。

2.3 教学实践不足

材料类专业具有很强的实践性。教学实践包括实验课程、参加科研项目、去企业实习等等。我们的实践类课程所占学分和学时数处于较低比例。大部分实验课程内容多是依附于理论课程，局限于验证原理以及熟悉基本操作步骤，即便有虚拟实验题目让学生完成，但因并非来自工程实际和产业技术发展前沿，不利于培养学生的创新思维以及创新能力；我们的师资队伍里还缺少“双师型”教师，与产业界联系不够紧密，基本上没有工业实践经历，科研项目内容与企业生产实际联系不紧密，也从某种程度上影响了学生培养质量；另外，我们和企业的合作不够紧密，没有从学校层面全力推进校企合作机制，建立的学生实习基地偏少，工程实践训练被弱化，毕业生产实习被走马观花的参观实习所代替，毕业设计中有关实际工程性题目也不多，没有很大的实践意义。

3 材料类专业建设发展思路与建议

总体建设发展思路是以MSE学科建设为核心，以专业建设为依托，培养师资队伍，形成具有专业特色的课程体系，加强实践教学，增强培养高层次材料类人才的能力。

3.1 以学科建设为龙头

学科建设为专业建设提供优质的教育资源，为培养高素质的师资队伍创造条件，可以使实践教学条件得以改善。只有以MSE学科建设为龙头,材料类专业建设才能不断地发展和深化,才能形成办学特色。

3.1.1 确定MSE学科主体方向

MSE学科要重视提高本学科的科研水平，还不断加强与其他学科的交叉融合，发现和形成新的学科生长点。通过与其他学科的交叉融合，进一步优化学科的结构，提高学科整体水平，促进相关学科的发展。现在MSE学科已经确定了材料分析成型工艺、先进功能材料和金属材料方向，但是还没有一个主体研究方向，也就是水平层次高稳定性强的研究方向。这样整个学科就会缺少特色,相关的研究方向也会失去发展的驱动力、导向和基础。因此,建设能体现本体特色的研究方向是本学科建设的重点。

3.1.2 师资队伍规划

学科建设必须以人为本。这就需要制定近期的和长远的师资队伍建设,组织和凝聚已有的学术力量，按实际需要有目的地引进具有真才实学的人才。只有选拔和培养出在本学科具有坚实的理论基础,较宽的相关学科的知识面与很强研究能力的学科带头人和学术带头人,才能带大家走在学科建设的前沿。

3.1.3 申报MSE一级学科硕士点和博士点

学科建设还应与学位点的建设相结合,以提高层次。近年来，西南大学的MSE学科快速崛起，生源逐年增加。以该学科硕士点报名人数为例，2014年报考人数62，2015年报考人数86，2016年增至95，已成为我校热门学科之一。现在材料与能源学部已经有有两个交叉一级学科博士点(洁净能源科学、纳米生物医学)，两个MSE二级学科硕士点(材料物理与化学、材料学)。已经培养出本科生800多名，研究生120多名，毕业生遍布全国从事教学、科研、生产和管理。这些都为MSE一级学科硕士点和博士点建设奠定了良好基础。

3.1.4 合理增设专业

材料类专业设置已经不适应社会需求，也未体现出西南大学近年来在MSE学科建设上取得的成果。增设新的材料类专业已经是刻不容缓。但是设置新专业，一定要在仔细评估自身师资力量，教学资源的基础上慎重进行。学部应该非常适合增设新能源材料与器件专业（材料类特设专业）。首先最近几年我们在太阳能电池材料，先进功能材料取得了一批先进的科技成果，这样可以充分利用原有的资源建设有实力的专业，避免不顾自身力量的盲目跟风；其次，学校地处西南重镇，在重庆市大力发展新能源汽车工产业的背景下，培养符合需求的专门人才就显得尤为迫切。另外，经过了充分调研，掌握了重庆市其他院校开设材料类专业的情况，招生人数、在校人数、培养方向、培养目标以及该新设专业的就业方向、就业率、考研率、服务行业等信息。面对新时期经济与技术发展，以及国家急需创新人才的要求下，我国高校需要面向工业生产实际，进一步拓宽专业口径。对于材料类专业而言也面临着同样的状况，以MSE一级大学科设置专业是必然的发展趋势。所以，增设材料科学与工程专业也应重点考虑。需要注意的是，设立一个新的专业是一项大工程，需要新师资、新设施、新投资，但开设或是更新一门课程，难度小也灵活得多。在设置新专业之前，应该结合现有的课程开设一些新的相关课程。以课程为核心，通过课程发展带动专业学科发展，更易于调整和创新。

3.2 课程体系优化

人才培养目标是通过课程体系来实现的，课程体系是具体载体，是开办出各种特色的最主要的依据。比如在课程体系中协调设置通识基础课程、专业基础课程和专业课程，但突出院校自身培养人才的重点，就可以培养出具有院校特色的高素质专门人才和拔尖创新人才；设置优质课程体系，在实践教学环节上适当增加学分比例，以强化实践教学环节，就可以培养出实干型人才，而在理论环节和专业基础课程方面增加所学分学时比例，以增强理论基础知识和专业知识能力，就可以培养出研究型人才；拓宽课程体系知识面，调整专业课与基础课的比重，增加选修课程的学分比重，可以提高人才素质。各个学校的自身定位及专业特色，可以用不同的课程体系体现出来，并通过发展不同特色的教学来实现优质人才培养的目标。

材料类课程体系的优化还要遵循2个基本原则:①要符合教学规律，符合学生的认知规律；②教学内容要稳定性和灵活性相结合，稳定性是指专业基础课程与核心课程要相对的稳定，不能年年变动，灵活性是指增加新的教学内容，特别是引入材料科学前沿问题、新材料的应用，通过专题讲座或选修课等形式来拓宽学生思路，尽可能地培养学生的创新思维和创新能力。

3.3 强化实践教学

合理的统筹规划理论课程和实践训练内容，采取4个措施来强化实践教学:①刚入学时，为学生安排入门的实践课程，让学生认识基本的工程材料和器件，并且能够安装可调试基本的仪器设备。此外，安排学生到相关专业的企业进行参观实习，让学生能够对本学科的研究内容，产业发展以及就业环境等有初步的感性认识；②根据理论课程内容为学生安排相应的实验和设计，内容尽量以有趣和创新为主，不仅仅局限于验证理论；③引导学生参与专业相关科研竞赛、导师科研课题以及来自企业产业实际的科研项目攻关，让学生通过实际的实践科研体验，实现对专业理论知识的综合运用，从而获得动手实践能力和解决问题能力；④安排学生到与材料学科相关的企业进行不少于8周的生产实习，通过让学生在企业真实生产环境中从事材料研发、材料制备以及材料生产等实际工作，以此培养学生的动手能力、分析能力和团队协作能力。最后的毕业设计需要与材料学科发展前沿紧密结合，或者能够尽量的贴近工程实际，并具有一定的深度和广度。

4 结束语

总之，就材料类专业建设和发展而言，西南大学需要通过建立明确的专业定位，加强师资队伍建设和优化课程体系等多方面努力，才能形成完善的教学和科研体系。学科建设和专业建设只有进行时，没有完成时，本校的材料类专业和学科均处于发展壮大的时期，要走的路还很长。