基于中美涉林高校比较的材料专业培养方向和课程设置探究——以西南林业大学为例

徐开蒙 陈太安 高 伟 康昆勇 解林坤

(西南林业大学材料科学与工程学院，昆明 650224)

材料科学与工程专业作为大材料领域中综合性最强的“宽口径”专业，所涉及到的相关材料类别主要聚焦于金属材料、无机非金属材料和高分子材料等。《国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要》提出，大力促进绿色低碳新材料产业发展和推进资源高效循环利用，使可再生林木生物质为原料的绿色环保新材料及其相关产业不断涌现，如生物质复合材料、生物质气/水凝胶材料、生物质纳米纤维材料、生物质柔性储能材料、生物质传感材料以及生物质吸附材料等。以林木生物质基新材料为发展方向的专业建设是我国林业高等教育体系中的一个新生个体，并未包含在《全国普通高等学校本科专业目录》之中。林木生物质传统加工利用与林业高等院校相关专业培养体系有着密不可分的联系[1-2]，且我国正处于从传统加工制造大国向科技强国转型发展的关键时期，急需一批具有较强创新实践能力和国际化视野的综合性专业人才，因此全国多所涉林高等院校相继设立了材料科学与工程专业。美国作为全球教育发展最发达和领先的国家，在林业和材料等相关多学科交叉领域的人才培养经验具有极为重要的参考价值。

西南林业大学依托国家新材料产业发展布局和云南省生物质资源种类与数量丰富的天然优势，在比较研究中美两国涉林高等院校材料专业培养方向和课程设置经验的基础上，于2016年9月经教育部批准设立了以绿色功能化生物质复合材料为培养特色的材料科学与工程专业，培养具备扎实材料科学与工程专业基础知识并掌握生物质功能复合材料制造、加工与应用技术的材料类综合性人才。该专业的设立对于学校主动融入“绿水青山就是金山银山”发展理念、精准对接传统材料产业转型升级、有效填补西南地区和东南亚“一带一路”建设中绿色生物质基新材料领域的空白具有重要作用。

一、美国涉林高校材料专业培养方向和课程设置的情况

美国是全球林业及材料专业高素质人才培养的排头兵，学习和借鉴其涉林高等院校材料专业的培养方向和课程设置经验是提升我国涉林高等院校材料专业教学质量和专业人才培养经验的重要参考途径之一[3]，见表1。

表1 美国涉林高校材料专业培养方向和课程设置的情况

田纳西大学(University of Tennessee，简称UT)是美国涉林综合性大学中的领头羊之一，随着美国新材料产业升级与人才培养的新一轮调整，即使是以农林传统产业为主要发展途径的田纳西州第一公立学府也已跟随联邦政府的发展规划逐步取消了传统林业材料专业——木材科学与工程专业的人才培养，而是将该类专业融入大材料和大环保等领域进行交叉式培养，突出以生物材料、生物环境材料为培养特色的专业方向，开设了“材料工程热动力学”“生物基材料”“先进纳米生物材料及应用”“材料环境降解”“细胞和组织-生物材料相互作用”等专业特色课程。

俄勒冈州立大学(Oregon State University，简称OSU)将传统木材科学与工程专业重新整合，设立了可再生材料专业，确立了以纤维基复合材料、聚合物复合材料和可再生建筑材料为特色的专业发展方向，开设了“可再生材料化学”“可再生材料的物理和机械性能”“纤维基复合材料制造”“生物基制品制造”“聚合物复合材料”“生物基材料制造”和“可再生材料的建筑设计原则”等专业特色课程。

密西西比州立大学(Mississippi State University，简称MSU)设立了可持续生物基制品专业，突出了以生物质基复合材料和生物质转化与利用为特色的专业培养方向，开设了“可持续生物基材料与加工”“生物基材料物理与力学”“生物质到生物基制品”“生物基复合材料应用与制造”“生物质特性与生产”“木质纤维素生物质化学”“生物质转化与利用”“生物炼制工艺和生物基制品与环境”等专业特色课程。

弗吉尼亚理工大学(Virginia Polytechnic Institute and State University，简称VT)作为传统理工强校，在已有材料科学与工程专业下增设了可再生材料专业方向，明确了以生物基及其复合材料、生物质化学转化和生物质能源为特色的培养方向，设置了“生物基材料”“可持续生物基材料行为”“可持续生物基材料结构与特性”“可持续生物基复合材料”“生物炼制科学”“生物转化与生物质能源”“可持续生物基材料化学转化”和“可持续生物基材料与生物质能源”等专业特色课程。

二、中国涉林高校材料专业培养方向和课程设置的情况

我国涉林高等院校传统材料专业——材料科学与工程专业，人才培养一直围绕林木原材料的基本特性，运用机械、物理和化学等方法对木质材料进行加工处理和设计制造。该专业课程主要包括“木质资源材料学”“木材加工工艺学”“木材加工装备学”“木材保护与改性”“木材干燥学”“人造板工艺学”等。为主动融入国家新兴战略产业发展，我国涉林高等院校传统材料专业的人才培养在满足国内木材、家具及木质复合材料等传统材料产业平稳发展及人才需求的前提下，“老树发新芽般”地寻求新的增长点[4-5]，相继有福建农林大学、华南农业大学、安徽农业大学、南京林业大学、中南林业科技大学和内蒙古农业大学开设了材料科学与工程专业，其专业培养方向和课程设置情况见表2。

从表2可知，我国涉林高等院校材料科学与工程专业在确立自身特色培养方向的基础上，均开设了材料类必备的专业基础课程。比如，“材料科学基础”“材料物理与化学”“材料现代分析技术”“材料成型加工与装备”等课程，以确保学生具备扎实的材料科学与工程专业基础理论知识，并在此基础上根据各高等院校所处地域发展规划与培养优势设立了各自的专业特色课程。

表2 中国涉林高校材料科学与工程专业培养方向和课程设置的情况

福建农林大学与内蒙古农业大学突出了以高分子材料和复合材料为培养特色的专业方向，开设了“生物质材料学”“复合材料工艺学”“材料表面处理技术”等专业特色课程；南京林业大学、中南林业科技大学和安徽农业大学是以生物质复合材料、生物质功能材料、纤维材料以及生物质环境材料为培养特色的专业方向，开设了“生物质资源材料学”“生物质复合材料学”“生物质材料加工工艺学”“生物质材料与制备”“生物质功能材料”“纤维化学与物理”“生物功能材料电化学”等专业特色课程；华南农业大学依托珠江三角洲地区新能源材料和高性能复合材料的产业发展优势确立了对应的特色专业培养方向，开设了“新能源材料”“功能高分子材料”“生物质能源与材料”以及“复合材料加工与应用”等专业特色课程。

三、中美涉林高校材料专业培养方向和课程设置情况的对比分析

中美两国均为世界林业大国，森林面积和蓄积量居世界前列。美国作为世界制造业强国，主要依靠强有力的科技力量不断开拓和发展绿色、环保和低碳的制造产业，而相当一部分“高污染、高耗能”的林产工业传统材料(如木地板、家具、木质复合材料及其他木制品等)都依靠从发展中国家进口采购，对传统材料专业——木材科学与工程专业的人才需求量逐年减小。因此，美国涉林高等院校已逐步取消该专业的人才培养体系，而将材料专业设置和人才培养方向与各类前沿高新技术产业领域相结合，发展与创新了绿色新材料，增设了可再生生物质材料专业或开设了新的生物质材料专业。在确保大材料专业基础知识完备的基础上，突出了以可再生生物质为主的生物、环境与能源等的可持续前沿功能材料培养方向和课程设置，强化培养及提升了人才在新兴多学科交叉领域的综合创新能力，为未来战略性新兴材料产业的发展和人才需求奠定了坚实的基础。

与美国相比，中国作为世界制造业大国，在林产工业传统材料及其制品方面的生产量和出口量仍居世界首位，国内涉林高等院校木材科学与工程专业人才的持续培养与稳定输出为我国林业及林产工业的健康良性循环发展提供了有力的技术保障和人才支撑。近年来，随着我国科技的不断进步以及制造业的转型升级，在满足林产工业传统材料产业人才需求的同时也逐步衍生出对新兴绿色生物质材料的人才需求。

因此，我国涉林高等院校材料专业人才培养依托自身发展优势并结合地方产业规划，在保留传统木材科学与工程专业人才培养的同时，增设了具有林木生物质资源高附加值、具有开发利用潜在优势的材料科学与工程专业，确立了以林木生物质为特色的高分子材料、复合材料、纤维材料和功能材料等的专业培养方向，并对应开设了不同生物质材料方面的特色课程，逐渐形成学科交叉的创新发展体系，符合国家绿色环保可持续的战略发展方向和创新人才需求导向，具有良好的发展潜力。

基于上述对比分析发现，绿色生物质材料已成为新的国际、国内形势下中美两国涉林高等院校材料专业发展的主流趋势和方向，在专业建设和人才培养方面体现出了“强特色”“厚基础”和“重实践创新”等三大主要特征。

四、西南林业大学材料科学与工程专业建设的探索

西南林业大学材料科学与工程专业在对比分析中美涉林高等院校材料专业培养方向和课程设置的基础上，以“强特色”“厚基础”和“重实践创新”三大人才培养特征为指引，从专业培养方向和课程设置、人才培养模式和实践教学模式等3个方面对该专业进行了改革探索。

(一)“强特色”——强化以生物质/X复合材料为特色的培养方向和课程设置

西南林业大学材料科学与工程专业以西南地区丰富的林木生物质资源为优势，将林木生物质基新材料作为专业建设和发展的新增长点，结合云南省新材料产业发展规划中对新型绿色和高性能复合材料人才需求的定位，确立了以生物质/X复合材料，即生物质/金属、生物质/无机非金属、生物质/高分子等为特色的材料科学与工程专业培养方向。同时，开设了“生物质资源材料学”(64学时)、“生物质材料表面工程”(64学时)、“生物质复合材料学”(48学时)、“生物质/高分子复合材料学”(48学时)、“生物质/金属复合材料学”(48学时)、“生物质/无机非金属复合材料学”(48学时)、“生物质纤维增强复合材料”(48学时)、“生物质能源材料”(32学时)和“生物质前沿新材料”(32学时)等聚焦生物质材料发展的专业特色课程，以培养具备扎实材料科学与工程专业基础知识和掌握各类生物质功能复合材料制造、加工与应用技术的材料类复合型人才。

(二)“厚基础”——开展基础知识传授与创新思维培养联合的强化训练

西南林业大学材料科学与工程专业采取师生双向选择的方式，在新生入校第一学期结束后结合学生学习成绩、自身定位及个人优势特长等选拔一批综合素质优异的学生成立“一对一”导师制实验班，并聘请了含全国优秀教师、国家百千万人才、教育部新世纪优秀人才、云岭教学名师、云南省“千人”“万人”“杰青”“优青”等高水平老、中、青三代教师为主的专业导师团队培养拔尖人才。该导师团队从学生思政教育和专业教育等方面对学生进行全方位的培养，目的是打牢学生专业基础课程知识体系、通过引导式教学模式提升学生的学习热情，使学生从思想上转变学习观念，变混学分为积极主动学习，在增强学生对专业学习积极性和主动性的同时，强化教师对学生培养教育的责任感，促使教学相长最大化。

材料科学与工程专业依托科技部生物质材料国际联合研究中心、国家发改委林业生物质资源高效利用国家地方联合工程研究中心、中法生物质材料联合实验室和国家林业和草原局西南地区林业生物质资源高效利用重点实验室等科研平台的重要支撑，先后聘请了美国的俄勒冈州立大学、田纳西大学、弗吉尼亚理工大学、科罗拉多矿业大学，法国的洛林大学，日本的名古屋大学，埃及的国家研究中心，中国的中国科学院上海硅酸盐研究所、宁波材料技术与工程研究所、长春应用化学研究所和上海同济大学新材料研究所等国内外相关高等院校和科研单位以及相关企业的专家和技术骨干为外聘导师指导该专业的教学工作。在打牢学生专业基础知识的同时因材施教，每年定期开展1～3个月的指导工作，分享国内外材料科学与工程领域内最新研究成果与相关报道，同时采用线上线下联合方式开展一定比例的专业课程教学，并对学生的专业外语水平和所开展的课外创新实验及创业训练等项目进行指导。这不仅开拓了学生的专业视野，还提升了学生的创新思维和综合素质。

(三)“重实践创新”——开展提升实践创新能力的阶梯式综合训练

材料科学与工程专业采用“科研反哺教学”与“实际问题启迪”的创新方式，对学生进行创新实践能力的培养，以便将教师的科学研究与教学内容相互衔接。在学生大一至大四阶段，该专业相继对学生开展材料科技节、科研探索训练小组、国内外前沿讲座以及以工程实际问题为导向的毕业论文等综合训练，以实行阶梯式实践教学培训。

在第一阶梯，通过材料文化节将专业基础课程知识点通过趣味性实验进行模拟与展示，引导、激发学生对专业的兴趣，以提高学生自主学习能力[6]。

在第二阶梯，引导学生应用专业知识对导师的科研课题进行实践探索与尝试，并鼓励学生积极参加相关创新创业训练计划项目和比赛，以提升学生的综合实践能力。

在第三阶梯，通过国内外前沿讲座，开拓学生视野、思路和学习方法，为学生制定科学合理的职业规划。

在第四阶梯，通过毕业论文综合训练，建立稳定的校企联合培养基地，以实际人才及技术需求为前提，采用校内-校外导师共同指导的方式解决企业的问题，以培养学生独立思考以及对所学专业知识的应用能力、实现对合作企业的订单式人才培养。

五、西南林业大学材料科学与工程专业建设的成效与不足

通过4年多的建设与发展，西南林业大学材料科学与工程专业对学生的培养取得了初步成效。

(一)在专业基础知识方面

材料科学与工程专业教师通过雨课堂、翻转课堂、线上线下课外辅导和教考分离等多样化教学模式强化了学生对专业基础知识的理解，学生的学习效果显著。学生的专业基础和特色课程通过率达95%，毕业率为100%，学生对专业任课教师的教学满意度在学校工科类专业中排名前列。

(二)在专业创新实践能力方面

材料科学与工程专业的学生主持国家级、省级大学生创新创业训练项目、“互联网+”创新创业项目和云南省挑战杯项目等近10项，校级科技创新和创新创业训练项目10余项，获第五、第六届中国“互联网+”大学生创新创业大赛云南赛区银奖6项和铜奖4项，获第十届、十一届挑战杯云南赛区三等奖和优秀奖各2项。近年来新增的获奖数量和获奖层次均名列学校理工科专业前茅。

(三)在学生就业和升学方面

材料科学与工程专业首届40名毕业生中，25人赴省内外大中型企业就业，6人考取省内外材料类专业高等院校研究生，2人考取公务员及事业单位，2人出国留学、自主创业，毕业生初次就业率为87.5%，专业匹配度为91%。

然而，作为西南林业大学“十三、十四五”新专业规划与建设中的重要一员，该专业在培养模式探索、特色课程教材编写、师资队伍整合以及虚拟仿真教学平台建设等方面还需持续不断地完善，同时还应进一步学习和借鉴国内外涉林高等院校在相关专业方面的建设发展经验，以确保切实有效地为国家和地方输送高素质材料类专业人才。

资助项目：西南林业大学教育科学研究项目“基于林业工程学科背景和美国材料专业培养模式下的材料科学与工程专业人才培养改革探索”，项目编号QN201901；云南省哲学社会科学教育科学规划项目“云南省林业高校创新创业教育培养体系改革研究”，项目编号AD18006。