新工科背景下金属材料工程专业培养方案及课程体系设计

冯佃臣 杨礼林 翟亭亭 赵莉萍 孙昊

摘  要：为了应对新一轮科技革命与产业变革的挑战，满足以新技术、新产业、新业态和新模式为特征的新经济对新工科人才的需求，“金属材料工程”专业遵循OBE 教育理念，以“成果导向”为原则，按照“培养目标—毕业要求—课程体系”反向设计人才培养方案。以社会对金属材料工程专业人才需求为导向精准确立人才培养目标，聚焦培养目标设计毕业要求，以毕业要求的实现构建学科交叉融合的新工科课程体系。设计了聚焦未来材料设计、材料制备技术对人才能力的需求，以学生能力培养为核心，从学科知识交叉融合、教学与科研深度结合、构建新工科人才培养体系。

关键词：金属材料工程；OBE；新工科；培养方案

中图分类号：G642;TG14-4  文献标识码：A

随着中国经济的快速发展，制造业处于迅猛增长状态，对新型材料的需求也日益增长，材料科学已成为国际竞争的关键技术之一。金属材料是工程领域中最基础、最重要的材料之一，其对于培养学生的物质基础和工程素养具有举足轻重的作用。因此，在新工科背景下，对金属材料专业的培养方案和教育过程进行科学涉及，是目前专业、学校进行改革必须解决的问题之一。

紧紧围绕立德树人根本任务和双一流专业建设的目标，立足学校和学院的基础和优势，以理想信念教育为核心，以社会主义核心价值观为引领，以全面提高人才培养能力为关键，在人才教育培养过程中破解思想政治工作不平衡不充分等问题，打通“三全育人”最后一公里，形成全员全过程全方位育人格局，培养德智体美劳全面发展和担当民族复兴大任的社会主义建设和接班人。一方面通过加强理想信念教育，我们将帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观，培养他们的社会责任感和公民意识。同时，我们将通过提供优质的教育资源和创新的教学方法，全面提高学生的学科知识水平和实践能力。另一方面注重培养学生的创新精神和实践能力，通过项目实践、实习实训等方式，使学生能够灵活运用所学知识解决实际问题，适应新经济时代的需求。

培养方案设计总的思路（图1）是专业和工程认证标准为依据，采用反向设计方法，贯彻“学生中心、产出导向、持续改进”教育理念[1，2]。该培养方案的制定旨在紧扣新技术革命、新产业变革对未来金属材料工程专业人才的需求，落实新工科建设任务[3]。材料研究正从过去的试错实验研究转向理论设计、基因工程或大数据应用[4]。材料制备正从过去的大批量、高能耗、高污染转向绿色发展、智能制造、提升质量和降低成本的发展趋势。

根据《内蒙古自治区“十四五”工业和信息化发展规划》中提出：（1）高标准培育现代装备制造、新型化工、有色金属加工、新材料、生物医药五大先进制造业集群；（2）依托钢铁和铝、铜等产业基础，以轻质、高强、大规格、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳为发展方向，开发高端钢铁、高纯铝、稀土铝合金、高品质铝合金焊丝、双零铝箔、高强高韧铝合金、金属靶材、铜合金、镁合金等高附加值产品，满足轨道交通、航空航天、电子信息等产业发展需求。到2025年，打造15个智能工厂、40个数字化车间，规模以上工业企业生产设备数字化率达到60%。基于以上要求，可以得出金属材料工程专业人才培养要保持專业特色，同时要围绕社会发展对专业人才能力的需求，开展新工科建设，调整金属材料工程专业的培养方向和课程设置，注重培养学生在人工智能、大数据分析等领域的能力，并加强与相关行业和企业的合作，开展实践教学和实习实训，满足产业发展的社会需求。进而制定和实施“金属材料工程+人工智能”的新培养方案。

图1 人才培养方案反向设计思路图

一、以需求为导向，培养目标设计

我国“新工科”建设不断加强，对高水平、高质量的人才培养体系提出了更加严苛的要求。坚持把立德树人作为教育的根本任务，不断开创我国教育事业发展新局面。党的十九届五中全会指出，要全面贯彻党的教育方针，坚持立德树人。我们要从党和国家事业发展全局的高度，落实立德树人根本任务，推进高等教育事业发展同实现高质量发展相适应，培养担当民族复兴大任的时代新人[5]。因此，内蒙古科技大学金属材料工程专业在制定人才培养方案时，培养方案的总目标要求培养德智体美劳全面发展的社会主义合格建设者和可靠接班人。面对新技术和新产业变革以及传统产业的转型升级[6]，调研了用人单位对金属材料工程专业人才的需求，紧扣社会需求、学校定位及专业特色制定出金属材料工程专业的培养目标。培养目标制定遵循了与时俱进的新工科特点，体现金属材料工程专业多年形成的客观优势和特色。

以需求为导向，培养目标的设计中，始终围绕在工科背景下需进一步加大课程内容的更新和丰富化，将金属材料专业的课程应更注重将理论知识与实践相结合。在课程具体设置中，特别是理论+实践或实践环节中，可以通过组织学生参与课题研究、参加制作实践项目等，并配合完善的课程设计，帮助学生深入理解材料科学的重要性和实际应用价值。通过案例和实验设计、综合实验等方式让学生能够深入了解金属材料结构、性能及组成变化、材料的加工工艺与成形性、材料的疲劳与断裂机理与材料的设计与开发以及材料环境适应性等实践内容，关注材料的新进展和新趋势，比如新型高强度、高韧性及智能材料等，在保证专业课程体系的前提下，涵盖多个学科领域，构建起更加完善的教学体系。

二、聚焦培养目标，毕业要求设计

毕业要求支撑着培养目标的实现，是课程与培养目标联系的桥梁[7]。依据《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》、《工程教育专业认证通用标准》、《材料类专业补充标准》和内蒙古科技大学金属材料工程专业培养目标，制定能够支撑培养目标并满足工程教育认证的12条毕业要求，并梳理了毕业要求与目标达成情况之间的关联。技术类毕业要求按照能力形成的逻辑“纵向”分解毕业要求指标点，便于从“基础知识、专业基础知识和专业能力、综合训练能力”解决复杂工程问题能力培养层次相匹配，同时能够在教学环节获得可落实（在学习过程中能够获得毕业要求指标点所描述的能力）、可评价（毕业要求中的能力能够以学生的学习成果或表现评价其是否达成）。非技术类毕业要求指标点分解按照“能力要素和素养要素”进行分解，重点是能力和素养的内涵进行清晰表述，以便纳入教学内容并进行有效评价。确保了毕业要求与培养目标的联系紧密，并提供了具体可操作的指导，使教学内容和评价能够与培养目标相一致。

专业学生在达到培养目标的过程中，通常是通过专业课程的学习了解本专业的历史、培养目标、毕业要求、课程设置、发展方向及就业前景等，同时理解本专业所涵盖的学习和研究范畴，了解本专业的国际前沿进展，明确专业学习的目的与意义，培养专业学习兴趣。但传统的专业课程教学设计存在课程目标与毕业要求及人才培养目标链接不够紧密的缺陷，聚焦课程目的和教学内容没有明确放在支撑具体毕业要求以及人才培养目标的背景下设计和展开。基于OBE理念的专业课程改革应建立一个聚焦学习产出驱动全部课程活动和学生学习产出评价的结构与系统，充分将培养目标与毕业要求对专业课程建设提出的要求进行凝练，打破原有课程教学相对独立的状态，对整体内容的相关性有效整合梳理，将教学活动的最终目标与毕业要求及人才培养目标挂钩。

三、构建学科交叉融合的新工科课程体系

课程是学科人才培养目标实现的基本单元，是毕业要求的实现途径[7]。毕业要求中的能力要求必须逐条落实到每一门具体的课程中，课程之间相互衔接、互为补充。课程体系需要具有五性即规范性、系统性、完整性、逻辑性和支撑性。依据内蒙古科技大学金属材料工程毕业要求指标点的内涵及专业特色，构建较为科学和可操作性的金属材料专业课程体系。课程体系支撑毕业要求指标点的能力达成，同时也满足了新工科建设的要求，体现学科交叉和德智体美劳五育并举。

课程体系在保留了传统金属材料工程专业特色的专业课程的基础上，并为了适应新技术和新产业变革以及传统产业转型升级需要，增加了人工智能课程《机器学习》《计算机视觉》《深度学习》《深度强化学习》《智能材料新发现》和《智能材料加工》，形成金属材料工程+人工智能融合的特色，凸显专业培养的竞争力和适用性。

课程体系能够有效支撑毕业要求的达成，通过合理的课程设置和课程矩阵，毕业要求中的能力要求都有相应课程的支撑、核心课程的强支撑、必修课程的全支撑。课程体系合理，知识体系完整，先修和后续课程的逻辑关系清晰，课程体系简图见图2。课程体系中各模块学分分配见表1。

结语

基于OBE 教育理念，以“成果”为导向，贯彻立德树人的教育方针，坚持强化实践能力培养。在金属材料工程人才培养方案制定过程中，全面分析金属材料在人工智能背景下对金属材料人才能力的要求，按照要求精准确立人才培养目标、聚焦培养目标设计毕业要求、构建学科交叉融合的新工科课程体系，“由上而下”反向设计金属材料工程专业人才培养方案，确保金属材料工程专业学生真正掌握所需的知识和能力，满足地方应用型高校对接区域经济发展和金属材料人才培养的需求。

参考文献：

[1]侯红玲， 张军峰， 任志贵，等. 基于OBE理念反向设计专业人才培养方案[J]. 高教学刊， 2018（24）：167-169.

[2]巩建闽， 萧蓓蕾. 谁来制订课程大纲——兼论OBE人才培养方案设计[J]. 高等工程教育研究， 2020（4）：180-187.

[3]王春明， 邹杨君， 张雪辉，等. 浅谈新工科背景下金属材料工程专业多元化，创新型卓越工程人才培养[J]. 教育教学论坛， 2020（29）：277-278.

[4]谢建新， 宿彦京， 薛德祯，等. 机器学习在材料研发中的应用[J]. 金属学报， 2021， 57（11）：1343-1361.

[5]申继亮. 把握育人方向 创新育人模式——解读教育部《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》[J]. 基础教育课程， 2015， 000（003）： 10-12.

[6]计颖， 崔纪元. 数字技术赋能苏州传统产业转型升级[J]. 市場周刊， 2022， 35（7）：67-71+97.

[7]刘淑红，景丽，王莉莉.基于OBE理念的审计学专业人才培养方案设计——以A学院审计学专业为例[J].甘肃高师学报， 2023， 28（1）：81-86.

基金项目：2021 年度校级教育教学改革研究项目项目“依托国家一流专业开展课程体系优化与实践”；2022年内蒙古自治区研究生教育教学改革立项项目（JGSZ2022038）“《材料科学理论》课程思政建设与实施”

*通讯作者：冯佃臣（1977—  ），男，内蒙古乌兰察布人，博士，副院长，教授，研究方向：稀土储氢及能源材料研究。