新工科背景下材料化学专业应用型创新人才培养模式探索

柴波，孙亚，王婷婷，万忞，蔡雄辉

（武汉轻工大学 化学与环境工程学院，湖北武汉 430023）

为主动应对新一轮技术革命与产业变革，支撑服务国家创新驱动发展、《中国制造2025》等一系列国家战略，2017 年2 月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”等指导性文件。新工科建设的内涵是：以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才[1-3]。相比于传统的工科人才，未来新兴产业和新经济需要的是工程实践能力强、创新能力强、具备竞争力的高素质复合型新工科人才。随着我国产业结构和技术结构的升级，企业对高层次工程技术应用型创新人才的需要逐渐扩大，高校培养工程技术应用型创新人才有非常重要的现实意义[4-7]。在新工科背景下，武汉轻工大学化学与环境工程学院材料化学专业也需要结合自身专业特点进行改革和创新，需要打破原来单一的理科传统专业人才培养模式，进一步强调学科交叉、理工融合，学生不仅要掌握扎实的理论基础知识，而且还需要具备较强的工程实践能力，同时在人才培养过程中注重学生创新精神和创新能力的培养，全面提升材料化学专业人才培养质量。近年来，武汉轻工大学化学与环境工程学院材料化学专业通过人才培养方案、课程设置、教学方法、教学手段、教学内容、教学评价方式、实践教学体系改革，建立校企合作育人基地和实施本科生导师制等措施，进行新工科背景下材料化学专业人才应用型创新能力培养模式的探索和实践。

1 新工科背景下人才培养模式改革的必要性

目前，武汉轻工大学化学与环境工程学院材料化学专业人才培养还存在未完全适应未来经济社会发展需要，重理论、轻实践，专业教师工程实践经验缺乏，教学模式单一等问题，具体表现如下：（1）人才培养目标不能满足新工科、新经济发展的要求，未以培养适应未来经济发展的工程应用型创新人才为目标；（2）实践教学课时占比少，课程体系学科交叉不明显；（3）专业教师工程实践经验缺乏，新进的青年教师大部分是博士毕业后就直接进入高校工作，缺少相关企业的工作实践经验；（4）教学模式比较单一，一些教师还沿用传统的教学模式，学生学习主动性不强。因此，在新工科背景下，开展材料化学专业应用型创新人才培养模式改革是必要的。

2 新工科背景下应用型创新人才培养模式改革措施

2.1 修订人才培养方案，搭建理工融合的课程体系

人才培养方案是高校人才培养过程中重要的指导性文件，它明确了高校人才培养的目标。基于新工科内涵建设要求，武汉轻工大学化学与环境工程学院修订了材料化学专业的人才培养方案。在课程体系设置时，强调学科交叉、理工融合和加强工程化实践教育等内容[8]。并且，按照工程教育专业认证的相关要求，在人才培养方案中加入内涵观测点和支撑课程说明，保障学生达成培养目标的要求[9]。材料化学专业人才培养方案由通识课、学科基础课、专业课、选修课、集中性实践课5 个主要部分构成，其中通识课45 学分，学科基础课和专业课80 学分，集中性实践课35 学分，学生毕业需要修满160 学分，实践性环节占总学分的30%以上。课程设置上突出学科交叉性，开设有工科特征的课程，如化工原理、化工原理实验、高分子加工原理、工程制图与AutoCAD 等。集中性实践环节从大二开始，在不同学期分别开设创新创业训练、材料化学专业设计及开放性专业实验、生产实习和毕业实习等。此外，为增强学生的创新创业意识和能力，还开设创新创业类选修课程，如大学生创业概论与实践、创新工程实践等。

2.2 开展教学方法、教学手段、教学内容和教学评价方式的改革创新

人才培养离不开课堂教学，新工科建设要以立德树人为引领，要求各专业教师在每门课程教学中都要融入思政元素，充分挖掘课程中的思政元素，对学生进行思想道德教育，达到“润物细无声”的效果[10]。课堂教学中充分运用讨论式、参与式、问题导向式教学方法，体现“以学生为中心”的教学理念，调动学生课堂学习的主动性，使学生从被动接受转变为主动参与[11]。课程教学中采用多媒体视频、虚拟仿真等方式，通过动态过程演示、实验操作模拟等可视化教学手段，更好地激发学生的学习兴趣。例如，在化工原理实验课程教学中，教师首先安排学生在虚拟仿真实验室进行虚拟仿真学习后，再在相应的化工原理仪器设备上操作，通过这种方式，学生更能直观了解每项实验操作的原理及过程，达到实验教学目的。在教学内容上也不断进行更新，将材料化学学科发展的前沿科研成果融入课堂教学，比如在催化化学课程教学时，给学生讲述最新的单原子催化原理和技术，引导学生积极思考，培养学生创新性思维。此外，还进行课程教学评价方式的改革，更加注重学生课程学习的过程管理和对所学知识的实际应用能力，例如学生成绩主要由平时成绩构成，在每个单元章节进行随堂小测试等。

2.3 建立以“实验教学—学科竞赛—科研创新”为特色的三层次一体化实践教学课程体系

实践教学环节是培养学生动手和创新能力的重要方式[12]。在新工科背景下，对学生的动手和创新能力培养提出了更高要求，为此，武汉轻工大学化学与环境工程学院建立了“实验教学—学科竞赛—科研创新”三层次一体化实践教学体系。学生在中低年级主要完成无机化学实验、有机化学实验、物理化学实验等基础实验教学训练，掌握基本的实验操作技能。在专业实验课材料化学综合实验中设置综合性实验项目，培养学生综合素质。此外，组织中高年级学生参加相关学科竞赛，如湖北省大学生化学实验技能大赛、湖北省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、湖北省“互联网+”创新创业大赛，通过参加这些竞赛项目，培养学生的综合素质和创新能力。在中高年级开设了集中性实践活动，如材料化学专业设计及开放性实验、材料化学专业综合实验等，在这些活动中将学生分成若干小组，然后由专业教师根据自己的研究方向分别给学生安排课题和实验，并进行指导，最后学生撰写一份科研创新训练报告。通过学科竞赛和科研创新训练，学生的综合素质得到显著提高，科研思维方法和动手创新能力得到提升。

2.4 建立校企合作育人基地，形成产教协同育人新模式

在新工科背景下，专业人才培养更加需要形成产教协同育人的新模式[13]。武汉轻工大学化学与环境工程学院与一些企业建立了校外实习基地，每年这些基地可以为材料化学专业学生提供生产实习和毕业实习的场地，同时也为缺乏工程背景经验的教师提供了学习实践机会，提高了教师的工程实践教学能力。武汉轻工大学化学与环境工程学院还聘请企业的技术骨干担任校外兼职导师，邀请他们与校内教师一起对学生的实习和毕业（设计）论文进行全程指导。此外，根据新工科建设对人才培养的要求，邀请校外兼职导师共同修订材料化学专业人才培养方案。

2.5 实施本科生导师制，提高材料化学专业学生创新能力

实施本科生导师制是材料化学专业在新工科背景下培养应用型创新人才的一项重要举措[14]。从大一开始，材料化学专业学生与专业教师之间通过双向选择，确定自己本科阶段的专业导师。导师对学生大学期间的学业进行全方位指导，对学生的选课、职业规划等提出建议，同时这些学生也可以参与专业导师的科研课题，进行科研训练。通过实施本科生导师制，材料化学专业学生近年来参与导师科研项目的人数不断增加，在导师的指导下，学生动手能力、科研思维和创新能力显著提高。材料化学专业每个年级参与导师科研项目训练的人数达到40%以上，一些学生在学科竞赛中也取得了不错的成绩，分别在2015 年、2017 年和2022年获得湖北省“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛三等奖3 次，2020 年和2022 年获湖北省“互联网+”创新创业大赛三等奖2 次，2021 年获湖北省大学生化学实验技能大赛二等奖1 人，2019 年获湖北省大学生化学实验技能大赛三等奖2 人。

3 结语

在新工科背景下，培养具有较强动手能力、工程实践能力和创新能力的材料化学应用型创新人才是对高校人才培养目标的必然要求，如何持续有效地推动该项工作，是需要不断深入探索的课题。