学科交叉背景下材料学科实践教学改革探索

李晓丹 何瑞

摘要：新工科的背景下对材料专业人才的要求将会越来越高，开展学科交叉背景下的实践教学改革探索已刻不容缓。本文分析了当前高校实践教学存在的问题，提出了建立科学的课程体系、实行学科交叉实验方案及实验资源共享模式、注重工程类教师培养、建设优质的生产实习基地与实习方案、多样化的考核评价方式、创办跨学科竞赛平台等建议，以有效提升材料学科实践教学的质量。

关键词：学科交叉 材料学科 实践教学习 课程体系 生产实习

Exploration on the Reform of Practical Teaching of Materials Subject under the Background of Interdisciplinary

LI Xiaodan  HE Rui

（（Department of Materials Science and Engineering， Chongqing Technology and Business University， Chongqing， 400067 China）

Abstract：Under the background of new engineering， the requirements for materials professionals will be higher and higher. It is urgent to carry out the reform and exploration of practical teaching under the background of interdisciplinary. This article analyzes the problems existing in the practice teaching of materials subject under the current interdisciplinary background， and puts forward some suggestions， such as establishing a scientific curriculum system， implementing the interdisciplinary experimental scheme and experimental resource sharing mode， paying attention to the training of engineering teachers， building a high-quality production practice base and practice scheme， diversified assessment and evaluation methods， and establishing an interdisciplinary competition platform， in order to effectively improve the quality of practical teaching of materials discipline.

Key Words： Interdisciplinary; Material subject; Practical teaching and learning; Curriculum system; Production practice

物質材料是人类社会文明发展的基础^[1]，随着现代科学技术的发展，传统的材料已经不能满足人类的需求，研发出具有优良性能的新材料也已经成为当前热门的科学领域^[2]，材料专业是一门偏实际应用的专业，涉及大量的交叉学科如化学、物理学及复杂的实验操作等^[3]，当前高校开展工科教育最重要的就是进行学科交叉融合^[4]，随着科学技术的迅速发展，出现了大量细分的专业，然而完成重大项目等都需要多学科之间相互合作攻关，学科与学科之间进行交叉，建设新工科大环境，培养出创新型人才已成为当前工科教育的根本需求^[5]。

实践教学是工科教育当中重要组成部分，以材料学科为例，实践能力是对学生将课堂所学理论知识与实际相联系的重要体现方式^[6]。当学生完成专业理论知识学习后，开展教学实验、生产实习等是学生对本专业的进一步的理性认识，可以提高学生对该专业的认同感，尤其是生产实习，可以加深学生对材料行业的管理模式、经营理念、工艺流程、产品功能、发展前景等的了解，为后续学生进行毕业论文和工作提供全新的思路。但近几年来，随着新工科教育的提出，传统的实践教学已经远不能满足当前材料学科人才培养需求，在学科交叉背景下实践教学改革探索已经迫在眉睫。

1 当前实践环节教学中存在的问题

飞速发展的经济模式和制造业行业，需要高校输出更优质的工程教育，在工程教育中离不开对学生实践能力的培养，在当前高校在实践教育中主要存在以下问题有待解决。

1.1缺乏科学的课程体系

自从2013年，我国加入《华盛顿协议》后^[7]，我国工程教育得到了飞速的发展，完善实践教学体系，已经成为当前高校工科专业建设的重点。但在人才培养过程中，大多高校都只重视学生的理论教育而忽视了实践能力的培养，没有合理的课程体系与之匹配，且只重视本专业课程理论，相关交叉学科教学力量不足，在实验教学环节，材料学科主要以简单的材料制备及性能检测为主，实验课一般依附于理论课的开展，而相关实验大多较为单一缺乏学科交叉性，且目前大多数高校实验室资源紧张、设备不足的情况下，教师从实验目的、原理等讲述后学生就按部就班地操作，这往往造成了很多学生知其然而不知其所以然的局面，常面对实验过程中可能出现的问题而不知道思考，学生的思维能力得不到增强，创新能力受到极大的束缚。

1.2师资队伍缺乏多学科交叉背景和工程意识

当前高校很多年长的教师在教学中仍保持传统的教学观念^[8]，只注重任单一的任教课程的而不注重学科之间的交叉，年轻教师则大多为高校毕业的博士生，更缺乏工程意识，在实践环节方面难以对学生起到有效的指导作用。以生产实习环节为例，带队的实习指导教师不熟悉实习企业的生产流程，缺乏对该工厂整体的理解和全面地认知，在实习的过程中虽然能在一定程度上能达到教育的需求，但对学生而言只是起到管理学生、保障学生安全的作用，很少能够对学生实习指导和解答困惑。大多数高校缺乏对教师多学科交叉意识和工程能力的培训，这为学生实践能力培养带来一定困难。

1.3多样化的实习基地匮乏和实习体系不合理

由于企业要时刻不停的创造利润，担心学生在实习的过程中影响了其生产的质量，因此当前绝大多数企业都不愿意接收学生实习，其次企业是需求能对生产、管理等起作用的人，而不是专业知识、工作经验匮乏的实习生。材料学科实习大多都是化工厂，这类地方是最容易发生安全事故，企业管理人员特别担心学生在实习过程中由于违规操作而引发安全事故，且随着实习期限和经费等因素限制，大多数生产实习都演变为认知实习，学生很难进行实际操作，实习企业从事行业单一，不符合多学科交叉要求，很难达到对学生实践能力的培养。

1.4 考核评价方式简单

考核方式是教学评估的一种重要组成，更是提高学生积极性的一种形式。现行的实践能力考核方式过于简单，以生产实习为例，大部分高校都是要求学生交一份总结报告，然而实习时间很短，学生在技术人员现场讲解时往往没有在课堂上效率高只是简单的罗列企业的基本资料，也没有及时与技术人员交流，缺乏自己对该企业的分析与思考，因此单从一份实习报告很难判断出学生在实习过程中的水平，这种考核评价方式难以提升实践教学质量，也难以激发学生实践兴趣。

2 材料学科实践教学的改革措施

2.1 建立科学的课程体系

为了能更好地夯实学生实践能力，在探索材料学科交叉实践教学内容过程中，需建立一套科学的课程体系^[9]。学院应将课程系统化重新构建，切实将教学的理论与应用实际相结合，以材料学科为例，不仅要完成如有机化学、物理化学等基础学科教学，还要完成如等材料物理性能、材料加工工艺、材料表征技术等与专业相关的课程学习，即在原有的课程体系上，要求学生掌握必要的工程理论知识、管理理念、分析软件应用等，开展多样式多类型的企业生产实习，通过实习学生能将掌握的理论应用到实际的工作环境中;建立跨专业学生互选课程的机制，增加一定量的选修课、通识课，实现不同专业之间学分互认，促进学科之间的流动交叉，提高学生的发散思维。学院应充分优化教學资源，形成以材料学为主、化学、物理学为辅的3个不同学科之间的交叉融合，建立学科交叉背景下的实践课程体系，为更好的实现实践教学打下基础。

2.2 实行学科交叉实验方案及实验资源共享模式

实验教学作为培养学生实践能力的重点^[10]，实行学科交叉互融实验体系具有将不同学科之间互补、提高的特点，该体系还可以同时提升多个学科实验教学质量。实验课程应不拘泥于课程本身，除开设相应的专业课程实验外，还应根据学生的专业背景，允许学生自由组成实验小组，在培养方案之内选择自己感兴课题，以验证理论性实验为基础，开展不同深度的综合类实验，在实验进行顺利的基础上，再进一步开展探究型实验。

科研为连接点实现学科融合与资源共享，各学科都有自己的实验平台与资源基础上，在科研的研究过程中，多种学科应用相互交叉，促进各类工科专业的跨学院交叉融合，建立服务于跨院系跨专业的学科交叉新型组织，协同发展，打破学科之间的壁垒，实现资源技术共享，转变独立发展学科的现状，整合各专业实验室优秀资源，能更好的从多学科角度培养学生实践能力。

2.3 注重工程类教师培养，打造双师型教育体系

学院应努力构建跨学科交流组织，促进不同学科之间的教师相互学习，拓宽教师的知识体系，定期举办不同学科的学术报告会议^[11]，鼓励教师思想之间碰撞。打造双师型教育体系，提高教师的工程实践能力，鼓励学术型教师积极参加职业资格认证考试。为了保证学生在生产实习中的质量，可以提前安排部分教师进入企业学习交流，掌握企业的工艺流程、管理模式，在提高教师的实践水平和指导能力同时也为企业科研提供力量，在双方合作良好下，可安排一批优秀的年轻骨干教师进入企业挂职锻炼，积极参与企业的工程实施和管理运营，提高其工程能力。在条件允许的情况下，通过高校与企业协商制定合理的劳务费机制，由学校给企业技术人员发放一定的补贴，邀请部分技术人员进校担任兼职讲师，开展工程案例教学，让学生面对面的接受到工程教育，提高学院的工程实践氛围。

2.4建设优质的生产实习基地与实习方案

依靠学校等有关部门，由校领导牵头联系在各行业中具有明显优势的大型企业作为优质的生产实习基地，校方还可以与企业成立联合培养的计划，定期安排部分学生进企业实习，甚至条件成熟的情况下可以建立安排实习表现良好的学生毕业后直接入职的合作机制。针对校方与企业的实际需求，共同管理学生的实习安排，明确各方的责任，在学生实习前商定可实施的实习计划，落实每名学生具体的实习岗位、项目，提前准备好各类所需物资以保障实习有条不紊的进行，同时制定一系列实习标准如实习指南、实习安全指导等文件，确保实习过程中“有规可循”。此外，为了提高学生实习的效率，在实习前可进行模拟仿真实验将有助于学生将多个抽象的学科理论融合，通过院方和企业依托计算机建立线上虚拟仿真实习^[12]，通过模型模拟工艺流程和控制点，真实地再现生产单元操作，为学生进入企业打下夯实基础，还可以提高学生的操作技能和面对复杂流程的分析处理能力。

为体现多学科交叉的特点，应不满足于一类企业，以重庆工商大学为例，分别建立了与重庆国际复合材料股份有限公司、LG化学重庆工程塑料有限公司、中法水务等企业的良好合作，其涉及复合材料、化工、环保等领域。

2.5 多样化的考核评价方式

在学生实践能力考核评价时，应综合分析其创新思维、工程能力、协同能力等^[13]。以生产实习为例，因从实习前的仿真实验水平、实习过程中的动手操作能及、团队协作能力、实习后的总结报告等多个角度进行综合评判。成立學生能力考核评价委员会，由实习指导教师、企业技术人员、实习小组成员共同组成，给出一个综合评判的分数，这样由多角度多人员进行的考核评价将更有说服力^[14]。

2.6 创办跨学科竞赛平台

此外创办不同学科之间的竞赛平台，鼓励多学科之间交叉融合也是一个很好培养学生实践能力的方法^[15-16]。学科竞赛有利学生将理论与实际相结合，提高其发现问题解决问题的能力，材料学科的学生可以参加挑战杯、化工设计大赛、数学建模赛、互联网创新创业大赛等，在竞赛团队里，不同专业、不同教育背景的学生可以将材料、化工、物理、生物、数学、计算机等诸多知识进行有机融合，相互取长补短，开阔视野。校方应完善在竞赛当中的相关保障机制，安排充足的资金、实验场所、实验器材等，让学生无后顾之忧，设置奖励机制，对竞赛表现优异的学生大力奖赏以激发学生的科研热情，对有突出表现的学生可申请市级、国家级的奖励，为培养学生实践能力提供一个良好的平台。

3 结语

新工科的背景下对材料专业人才的要求将会越来越高，开展学科交叉背景下的实践教学改革探索已刻不容缓。本文分析了当前高校实践教学存在的问题，从课程安排、教师队伍质量、实验、生产实习等多个方面并给出了如下建议：建立科学的课程体系、实行学科交叉实验方案及实验资源共享模式、注重工程类教师培养、建设优质的生产实习基地与实习方案、多样化的考核评价方式、创办跨学科竞赛平台等建议，相信此建议将会有效的提升高校材料学科人才实践能力培养质量。

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