多维度科教融合育人体系构建与实践——以特种能源技术与工程专业为例

安崇伟，武碧栋，叶宝云，王晶禹，张树海，马中亮，曹 雄

（中北大学 环境与安全工程学院，太原 030051）

人才培养、科学研究、服务经济社会发展和文化传承创新是高等学校的四大基本职能。科学研究和教学作为高校最基本也是最重要的两项活动，在高校的各项工作中发挥着重要作用。教学与科研对高校而言，如鸟之双翼、车之两轮，是一对需要平衡的辩证关系。自两百多年前威廉·冯·洪堡创立德国柏林洪堡大学时明确提出“教学与科研相统一”的原则后，这一原则已成为现代大学的基本标志。教育部2018 年印发的“新时代高教40 条”中要求：“结合重大、重点科技计划任务，建立科教融合、相互促进的协同培养机制。推动国家级、省部级科研基地向本科生开放，为本科生参与科研创造条件，推动学生早进课题、早进实验室、早进团队，将最新科研成果及时转化为教育教学内容，以高水平科学研究支撑高质量本科人才培养。”创新人才培养机制关键在于充分发挥各种学术资源在人才培养中的作用，把多方面的办学优势转化为人才培养优势，以科教融合构建科学研究支撑人才培养的体制机制和培养模式，以高水平的科学研究支撑和引领高质量的人才培养。科教融合作为当代高等教育发展的核心观念和现代大学发展的必然选择，体现了高等教育思想和理念的转变，是高校人才培养模式更深层次的改革和创新，将科研和教学深度融合是本科生拔尖创新人才培养的有效方法，也是新形势下增强科技创新能力与培养高素质创新型人才的必由之路。

武器能源（火炸药、火工品）行业作为国防科技工业的战略性、基础性产业，是全军毁伤打击的核心支撑，是“能打仗、打胜仗”的重要保障。受制于国外技术封锁，我国武器能源行业只能走独立自主、自主创新的发展道路，这就要求对应的专业必须培养出创新能力突出、具有国防情怀和责任担当的专业人才。中北大学作为国家武器能源行业重要人才培养基地，必须紧跟行业发展趋势，勇于肩负武器能源技术变革对人才培养的要求，为武器能源行业由传统的生产制造型向科技引领型转换，由跟踪仿研向自主可控转换提供智力支持和人才保障。近年来，中北大学特种能源技术与工程专业依托学科和科研平台优势，积极将研究与教学进行了深度融合，构建了面向武器能源创新人才培养的科教融合育人体系，并在本专业本科生中进行了实施，加大本专业学生科研训练力度，取得了较好的成效。

一、科教融合育人体系构建的必要性

中北大学特种能源技术与工程专业是中北大学创建的第一批专业之一。经过多年的发展，目前已经建设成国家管理专业、国家特色专业、山西省品牌专业和山西省优势专业，入选教育部第二批卓越工程师教育培养本科专业、山西省一流本科专业建设点和国家一流本科专业建设点。专业年招生人数150 人左右，占全国本专业招生人数总量的40%以上，已经为国防行业培养了3 000 余名专业技术人才，遍布于国内兵工、航天企业和科研院所，已经成为我国最大的武器能源人才培养基地，校友网专业排名连续多年蝉联第一。专业虽然取得一些成绩，但是存在教学内容陈旧、教学模式固化和学生创新能力培养环节缺乏等问题，急需通过教学改革缩小与行业变革发展对人才要求的差距。中北大学特种能源技术与工程专业构建科教融合育人体系的必要性体现在以下三个方面。

（一）科教融合是提升学生专业自信，增强专业服务国防能力的技术途径

特种能源技术与工程专业是一个小众型专业，学生对专业内涵和行业动态缺乏深入了解，导致在大一第二学期转专业过程中优秀学生转出现象频发。另外，根据本专业就业数据分析，仅有1/3 毕业生进入到国防行业工作，比例偏低，反应出学生对武器能源行业认同感不高、专业自信心不强。通过科教融合育人体系可以使学生了解行业前沿发展、理解专业国防使命并培养国防情怀，将优秀人才留在本行业，助力行业发展。

（二）科教融合是改革教学模式，更新教学内容的重要抓手

中北大学特种能源技术与工程专业在长期发展中逐步形成了自身特色和人才培养优势，“用得住、留得住”是兵工企业对专业毕业生的整体评价，在行业内具有较好的品牌效应。但目前专业的教学模式比较传统，教学内容比较陈旧，已经无法满足创新型人才的培养要求。通过科教融合不仅可以用教材、课件、实验和课程设计的方式将学科前沿知识补充到教学过程中，也可以给学生提供更多的科研训练、科技竞赛等实践环节。科教融合是专业整合资源，更新教学内容，进行综合教学改革，提升育人水平的重要抓手。

（三）科教融合是培养学生创新意识，提升学生创新能力的重要举措

大学教育的根本任务是培养具有创新精神和实践能力的高级专门人才。科教融合育人体系可以使学生探索科学研究的同时，巩固所学的理论知识，接触最前沿的科学知识和技术，调动学生学习的主动性和积极性，激发学生科研兴趣，提高学生创新能力。科教融合是培养学生创新意识，提升学生创新能力的重要举措。

二、多维度科教融合育人体系构建方法与途径

为了满足国防武器能源行业对自主创新人才需求，本文从思政教育、实践教学、实践教学平台、理论教学和创新创业教育五个维度入手，全方位整合科研-教学资源，初步构建面向武器能源创新人才培养的多维度科教融合育人体系（如图1 所示），并在理论教学、实践教学和创新训练教学过程中进行了实施，显著提升了本专业的育人能力和育人水平，为武器能源创新人才培养奠定了基础。

图1 面向武器能源创新人才培养的多维度科教融合育人体系示意图

（一）思政教育维度

全国教育大会强调要以凝聚人心、完善人格、开发人力、培育人才和造福人民为工作目标，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。重视品德教育和加强能力培养已成为新时代中国特色社会主义教育事业的内在要求。作为国防特色鲜明的兵器类专业，更应该把“为党育人、为国育才”使命放在首位。本文所构建的科教融合育人体系，第一个维度就是通过思政教育培养学生的国防情怀，提高专业自信。在教学实施过程中，围绕立德树人的根本任务，专业要求每门课程均要挖掘课程中的国防情怀、科学家精神和工匠精神，注重将思想政治教育贯穿每门专业课程教学始终，做到课课有思政，人人讲育人，关注学生价值观、事业观、道德伦理和科学思维的培养。在大一、大二学年开设大国兵器综合国防素质培养选修课，让专业学生了解军事、关心军工、献身国防，培养学生的民族自豪感和社会责任感，增强学生在“推进武器装备现代化”“建设世界一流军队”和“实现中华民族伟大复兴”进程中的使命担当，增强学生“军工报国、科技强国”的意识和情怀。此外，邀请国防行业内知名专家、技术首席和优秀校友给学生做科普讲座或人文素质报告，通过先进人物事迹或事例培养学生的科学家精神、工匠精神。

（二）实践教学维度

专业积极地将科研成果通过自制仪器、实验项目和毕业设计等方式转化为高质量教学资源。在自制仪器方面，结合科研成果特点，筛选原理清晰、难度适中的科研设备转化为教学实验仪器，如炸药喷射细化装置、炸药静电起电装置、微流控结晶装置和炸药粉体堆积密度测试装置等。在实验项目方面，鼓励专业教师结合自己研究方向，积极梳理科研成果转化为任务牵引型实验项目，如MEMS 火工品微装药实验、微流控制备含能复合颗粒实验和纳米含能材料制备实验等，这些实验项目的开设显著提高了实验课程的新颖性和高阶性。此外，本专业毕业设计、课程设计题目有90%以上来自教师的科研项目，保证了设计任务的前沿性和实践任务量，并且真正做到一人一题，切实提升了学生的创新能力和科研素养。

（三）实践教学平台维度

在科研项目、学科建设项目的支持下，中北大学武器能源方向的科研平台已经日臻完善，研究条件处于国内领先水平。按照专业创新人才培养需要，2020 年下半年学院颁布了《环境与安全工程学院省部级科研实验室对本科生开放办法》，要求山西省超细粉体工程技术研究中心、地下目标毁伤技术国防重点学科实验室和中国兵器工业传爆药性能检测中心实验室对本科生定期开放。由专业教师向本科生讲解科研平台研究方向、研究成果，并开设学科前沿讲座，培养学生的科研创新意识，增强学生专业自信。

依托科研实验室及科研设备，根据本专业创新人才培养需求建立先进火工技术实验室、含能材料结晶改性实验室和含能材料性能测试校内创新训练实验室等，完善学科交叉创新实验平台，如数码电子雷管实验室、含能材料3D 打印实验室等；在现有省级虚拟仿真实验教学项目的基础上，继续开发和建设虚拟仿真实验教学项目，提高实验项目质量和数量，构建燃烧与爆炸虚拟仿真实验室。将这些先进实验平台全面应用在专业实验、科研训练项目、创新创业和毕业设计等教学环节，增加学生进入科研实验室和操作先进科研设备的频次，使本科生走进科研实验室、参与科学调研常态化。通过科教融合，为本专业本科生提供了更高端的实验设备和实验平台，在毕业设计、课程设计、创新创业实验、科技竞赛和认知实习等各实践环节发挥着越来越重要作用。

（四）理论教学维度

本专业教师在发射药、传爆药、炸药和火工品等武器能源方向已经取得国家级、省部级奖项8 项，发表论文500 余篇，授权发明专利60 余项，有丰富的科研成果。专业组织专业教师对研究成果进行系统挖掘和梳理，筛选和提炼与本专业相关的教学内容，目前已经出版教材3 部，分别为《烟火技术及应用》《火工品可靠性技术》和《火工药剂学概论》，专著2 部，分别为《火炸药燃烧与爆轰物理学》和《新型传爆药技术》。此外，对于系统性稍差的新技术、新知识和新方法，已经组织教师编制了多项教学案例，如“含能材料3D 打印技术”“纳米炸药制备技术”“微流控辅助结晶技术”“含能材料声共振混合技术”和“MEMS 火工品结构与装药技术”等，在专业相关课程教学过程中进行了使用。这些教材和教学案例的编制和使用一方面促进教学内容更新和改革，保证教学内容的时效性；另一方面这些新知识可以潜移默化地培养学生的创新意识，激发学习热情，提高教学效果。

（五）创新训练教育维度

习近平总书记指出：“实现建成社会主义现代化强国的伟大目标，实现中华民族伟大复兴的中国梦，我们必须具有强大的科技实力和创新能力。”面对未来的挑战，关键在于能够培养出大批具有创新能力的人才。高校是培育创新性人才的摇篮，培养大学生的创新能力是每个教育工作者的责任和义务。近年来，特种能源技术与工程专业在创新创业教育方面实施了多项举措，并取得了良好效果。

1.开设新型含能材料创新与实践课程，规范创新创业教育方法

该课程是一门创新创业教育实践类课程，共4 个学分88 学时，分为理论学习（16 学时）和实践活动（72 学时）两大部分。课程以学生创新能力培养为主线，在理论上重点讲解新型含能材料学科前沿知识、创新案例、创新项目申报与实施方法和创新成果发表方法；在实践上以基于新型含能材料的创新科研项目为载体，在导师指导下进行创新设计或科研训练，参加创新创业竞赛。通过本课程学习，培养学生的创新精神，培养学生分析复杂问题、解决复杂问题的能力，提高学生的实践创新能力。

2.实施科研导师制，加大创新创业教育力度

实施本科生科研导师制，其目的是为优秀本科生参加科研及其个性化的发展提供更多的可能和空间。以本科生的科研兴趣为纽带，导师的科研项目为基础，实现学生、导师和科研项目三者的有机结合，从而在本科阶段发现和培养新一代学术拔尖创新人才。本专业在2020 年制定了《环境与安全工程学院特种能源技术与工程专业科研导师制实施办法》，从制度上保证学生选拔、导师选拔、科研项目筛选、导师学生双向选择及运行过程管理等各个环节的运行。2021 年3 月，在专业层面第一次实施科研导师制，指导教师师资优良，全部具有博士学位，且每位老师均有自己主持的省部级以上项目。导师结合自己的课题和研究方向提出了27 个创新题目供学生选择。学生主要面向大二和大三学生，共123 人报名，按照科研团队不大于5 人原则组成25 队，进行了师生双向选择。导师根据学生特点，按需制定培养计划，指导学生参加日常科研活动训练、交流研讨研究成果、参加各级别科技竞赛、发表学术论文及申请专利等科研活动，进而增强创新、创造能力。

3.依托大学生创新创业训练项目和科技竞赛，提升创新创业教育水平

专业成立以青年教师为主体的科技竞赛宣讲和管理团队，对本专业学生进行宣讲，邀请有科技竞赛指导经验的老师和获奖团队传授经验，激发学生参加科技竞赛热情。以大学生创新创业训练项目、参加“互联网+”创新创业大赛、挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛和中国兵器集团创新竞赛等为依托，组建和优化参赛团队成员，凝练参赛项目研究内容和成果，指导学生在“资料调研—选题开题—实验研究—结果分析—成果凝练—路演展示”各个阶段进行学习和研究，提升学生创新项目和科技竞赛全链条式研究能力与创新能力。

三、多维度科教融合育人体系实施成效

中北大学特种能源技术与工程专业从2018 年起逐步构建和完善了多维度科教融合育人体系，并在专业教学过程进行了实施，取得了较好的效果。通过科教融合，专业教师出版教材3 部，出版专著2 部，编制学科前沿教学案例10 余项，自制实验设备5 台套，新开设任务牵引型创新项目3 项，开设专业创新创业课程1 门，修订专业课程教学大纲30 门。在现有专业实验室的基础上，制定了省级科研平台开放制度，并构建了5 个专业创新创业实践平台，本专业学生参与科研项目的人数比例达60%以上。通过近三年科教融合育人体系实践，学生专业自信心明显增强，转专业人数逐年减少，学生创新意识和创新能力不断提升。专业学生主持国家级大学生创新创业项目2 项、省级大学生创新创业项目4 项，在“互联网+”大学生创新创业大赛中获省级银奖1 项、中国兵器集团创新竞赛获得第12 名（共274 团队参加），均实现了0 的突破。此外，专业学生也积极参加全国大学生化工大赛、中国大学生Chem-E-Car 竞赛和全国大学生数学竞赛等，共获得省级以上奖项30 余人次。此外，本科生的成果总结凝练能力显著提升，以第一作者发表包括SCI 论文在内的科技论文3 篇，参与发表科技论文10 余篇，参与申请专利6 项。专业学生研究生升学率达35%以上，就业率达90%以上（包括升学率），进入国防行业就业的毕业生比率逐年增多，学生能力也获得研究生院校和企事业单位的认可。

四、结束语

科教融合是提高高等教育人才培养质量的必然要求，也是培养学生创新意识和创新能力的重要途径。本文结合行业发展需求，借助学科和科研优势，从五个维度构建了面向武器能源创新人才培养的多维度科教融合育人体系，并在中北大学特种能源技术与工程专业进行了初步实践，加大了本专业学生科研锻炼力度，显著提升了学生的国防情怀、专业自信、科研素养、创新意识和创新能力，在大学生创新创业项目、科技竞赛及科技论文等方面均实现突破。专业下一步将继续扩充科教融合育人体系维度，加大各维度科教融合力度，为武器能源行业创新发展提供人才支撑和智力支持。