新时代材料专业本科人才培养教学改革与实践

陈立新，王艳华，陈 洁，刘 芙

（浙江大学 材料科学与工程学院，浙江 杭州 310027）

引言

教育是民族振兴、社会进步的重要基石［1］。高等教育肩负着培养高素质专业人才的重要使命和责任，随着新时代的发展，对高等教育人才培养提出了新的要求［2］。我国新时代高等教育的根本任务是立德树人，不仅要培养精通业务的专业人才，而且要培养有社会主义理想、有中华民族担当的德智体美劳全面发展的高素质人才［3-4］。

材料是推动人类文明和社会进步的物质基础，是推动世界工业技术革命的原动力与先导［5］。材料科学与工程是一个理工结合、多学科交叉的新兴学科，以数学、物理学、化学、力学和生物学等基础科学为基础，以先进制造、信息、能源等工程学科为服务和支撑对象，其研究领域涉及自然科学、应用科学及工程学等。材料科学与其他学科的结合发展和相互丰富，充实了人们对自然科学的认识，推动和促进了科学技术的发展与进步。材料科技发展的根本是人才的竞争。随着社会进步与产业升级，高新技术发展对材料类专业人才的需求比以往更为迫切，对人才的知识、能力、素质、人格要求也同步提高［6］。原有材料类专业传统人才培养模式中课程知识体系滞后于学科发展前沿、实践教学体系与学生创新能力培养脱节、学生人格素养与当代社会多元需求不够适应等问题日益凸显，改革势在必行［7-8］。

在材料、信息、能源、先进制造、生命健康等多学科交叉融合的新时代背景下，浙江大学材料科学与工程专业立足于材料学科国际前沿，面向国家重大战略需求，组织开展了新时代材料科学与工程专业高素质本科人才培养的教学改革与实践研究，通过优化重构本科人才培养方案和“4+4+4+X”专业课程体系，构筑多层次、递进式的“3+3+3+1”专业实践体系，打造特色鲜明、内涵丰富、感染力强的校园文化品牌活动，营造科艺交融、海内外融通的良好育人环境，逐步探索形成了“知识传授，能力培养，素质提升，人格塑造”的KAQ2.0人才培养模式，致力于培养德智体美劳全面发展、具有全球竞争力的材料领域高素质人才，推动和促进了材料专业人才培养体系和质量水平的整体提升。

一、教学改革措施与实践

1.优化重构了面向新时代材料学科国际前沿和国家重大需求的人才培养方案和“4+4+4+X”专业课程体系，革新知识结构，突出强化学生的专业基础理论和学科交叉前沿类知识。

根据新时代社会需求和人才培养目标，借鉴世界名校材料专业“通、专、精”的课程体系和培养理念［9-10］，对原有材料专业培养方案和课程体系进行优化重构。采取顶层设计方式，在通识课程基础上，对专业系列主干课程重新进行梳理整合，构建以专业基础课程、核心课程、模块课程、学科前沿类个性课程为基本框架的“4+4+4+X”专业课程体系：开设了“物理化学”“材料物理”“材料化学”“材料计算与设计”4门专业基础课；优化设置了“材料科学基础”“材料工艺学”“材料性能”“材料表征”4门专业核心课程；创建了“信息材料”“能源材料”“生物医用材料”“先进结构材料”等4个方向类模块课程体系；开设了“智能材料与智能系统”“纳米结构与材料”“薄膜材料技术与物理”“光电材料与器件”“储氢材料”“燃料电池原理与技术”等若干门学科前沿类个性课程。与此同时，学院不断深化教学改革，先后设立百万元教材建设专项基金和百万元教研教改专项基金，积极推进课堂教学改革、教材建设和课程网络化建设，实现专业课程思政教育功能全覆盖，新建了半导体材料、Materials Structural Chemistry等MOOC课程。目前所有课程均已实现在线授课教学，具备线上线下混合式教学能力。学院还与新加坡南洋理工大学（NTU）、美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（UIUC）等知名高校合作，线上开设Introduction to Energy Storage、Electronic Materials和Surface Chemistry等全英文原味课程，积极应对新冠肺炎疫情给国际化培养交流带来的负面影响。此外，新编出版了《材料的性能》《材料热力学与动力学》等7本高等院校材料专业系列教材，修订再版了国家级规划教材《半导体薄膜技术与物理》（第三版）和新世纪高等院校精品教材《磁学基础与磁性材料》（第二版），实现课程知识体系与学科发展前沿的密切同步。

2.构筑了面向创新能力持续培养的多层次、递进式“3+3+3+1”专业实践体系，发挥学科平台优势，实施名师引领的创新能力持续贯通培养，突出强化学生的科学探索精神和实践创新能力。

针对本科生实践创新能力培养目标，构筑了多层次、递进式的“3+3+3+1”专业实践体系：3门专业实验课（大二下学期材料工艺基础实验、大三上学期材料科学基础实验、大三下学期先进材料实验），3次专业实习（大一暑期科研认识实习、大二暑期企业认识实习、大三暑期综合实习），3类课外实训（大二科研训练SRTP、大三省创/国创、大四创新创业），1个长时间毕业论文（设计）课题（历时8个月）。同时，新建了先进材料实验MOOC课程，引入O2O混合式实践教学方法，增设了低维量子点、发光功能玻璃、储氢材料、大块非晶合金、纳米碳导热材料等12个自主探究性实验科目［11］。另一方面，专业积极依托国家重点一级学科、“双一流”建设学科、硅材料国家重点实验室及7个省部级科教平台，发挥学科雄厚师资力量（拥有包括3位中科院院士和30余位国家级人才专家的97人专职教师队伍）和强大科研优势（近十年获得9项国家三大科技奖、12项省部级科技一等奖），建立了以本科生导师制为核心、学生全员参与和量身定制的创新能力培养体系，通过高水平师资引领指导、国家科研项目带动，科教深度融合，构建起以课堂教学、课外训练有机结合的开放式、多层次的立体创新实践平台［12］，大学四年展开全程式师生一对一持续贯通指导，强化学生的科学探索精神和实践创新能力，克服了传统实践教学模式与学生创新能力持续培养脱节的难题。

3.打造了特色鲜明、内涵丰富、感染力强的校园文化品牌活动，组织开展多种形式的学术沙龙、科学论坛、海外交流、文体竞赛和志愿者服务等系列活动，营造科艺交融、海内外融通的良好育人环境，多维度提升学生的综合素养，塑造健全人格，增强国际化竞争力。

针对学生的素质提升和人格塑造目标，学院定期举办“新时代·新材料·新生活”求是材料科学论坛，邀请国际知名学者做演讲报告，畅谈科学人生，拓宽学生视野，激发探究科学真理的热情。结合材料专业学科特点，创办了两周一期的“精材赋能”学术沙龙；创设了每年一期的英国五大名校暑期游学、浙大-斯坦福材料学子双边交流等本科生海外交流项目，实施本科生海外交流全覆盖制度，拓宽学生国际视野，活跃科技创新思维。同时，以“探索微观结构，揭示魅力之源”为主题，创设每年一届的浙江省高校暨浙江大学材料微结构探索大赛，参赛学生在科学研究产生原创性材料的基础上，使用光学及电子显微镜揭示材料的微观结构，并以艺术的手法来反映和表达，以此展现材料微结构的魅力；评委老师则从作品的学术性、艺术性和技术性三方面对作品加以评述，以鲜明专业特色、寓教于乐的竞赛形式带领学生在比赛中受教育、长才干，通过作品及作品产生过程中所表现出的科学与艺术的完美结合，来熏陶提升理工科学生的艺术鉴赏力、表现力、人文精神诠释力等综合素养。通过此类学术沙龙、科学论坛、海外交流、文体竞赛及志愿者服务等系列活动，打造特色鲜明、内涵丰富、感染力强的系列校园文化品牌；通过营造科艺交融、海内外融通的良好育人环境，增强学生的科学品位、艺术修养和人文精神。与此同时，通过日常专业课程思政育人，以及举办学科创始人王启东先生百年诞辰纪念会暨专题学术论坛等方式，弘扬和学习王淦昌、程开甲、王启东等老校友学长爱国奉献、忠诚担当、扎根大地、呕心沥血、赤忱报国的高尚情操，传承求是创新精神，培养学生的家国情怀、工匠精神和社会责任感，多维度提升学生的综合素养和国际竞争力，塑造健康身心和健全人格，主动适应当代社会的多元化需求。

二、总结

基于新时代高等教育要求和高素质人才培养目标，浙江大学材料科学与工程专业优化重构了人才培养方案和专业课程体系，突出强化学生的专业基础理论和学科交叉前沿类知识；构筑了面向创新能力持续培养的多层次、递进式专业实践体系，实施名师引领的创新能力持续贯通培养，突出强化学生的科学探索精神和实践创新能力；打造了特色鲜明、内涵丰富、感染力强的校园文化品牌活动，营造科艺交融、海内外融通的良好育人环境，多维度提升学生的综合素养和国际化竞争力，塑造健康身心和健全人格。教学改革实践取得明显成效，本科毕业生的知识体系、创新能力、综合素质和全球竞争力得到明显提升。目前已建成国家级视频公开课1门、省级一流课程和精品课程3门、MOOC课3门，编写出版的9本教材被十余所高校采用，发表教学研究和管理类论文30余篇。近五年，材料科学与工程专业本科生完成国创、省创等科技创新项目97项，发表SCI收录学生论文104篇；获得国际、国家、省级竞赛奖项81人次，其中包括ZwickRoell全球科学奖铜奖，全国大学生金相技能大赛一等奖、二等奖和三等奖，浙江省新材料创新设计大赛特等奖等。年均本科毕业生海内外读研深造率超过70%，其中绝大部分进入全球Top50高校深造。“新时代·新材料·新生活”求是材料科学论坛和材料微结构探索大赛等校园文化品牌活动深获社会关注与推崇，《中国科学报》《青年时报》《浙江日报》《钱江晚报》《都市快报》等媒体纷纷报道。探索形成的“知识传授，能力培养，素质提升，人格塑造”KAQ2.0高素质人才培养模式获业内同行的广泛赞誉与认同，促进了材料类专业人才培养体系和质量水平的整体提升。