新工科背景下“先进陶瓷与智能制造”跨学科课程群构建

摘要：随着新一轮科技革命和产业变革不断推进，无机非金属材料工程作为传统工科专业面临着提质改造的紧迫任务。本研究立足先进陶瓷材料在装备制造业的重要地位，依托省级重点实验室、中试平台以及拔尖创新人才培养基地等学科资源，构建材料学科为主干、多学科交叉的“先进陶瓷与智能制造”课程群。以显隐结合的课程群大思政建设为引领，开展通专融合的课程群教学内容关联设计，建立学研一体的创新人才培养模式，为培养跨学科高素质复合型专门人才提供有力支撑。

关键词：新工科；先进陶瓷；智能制造；跨学科；课程群

1概述

无机非金属材料工程是行业特色鲜明的传统工科专业，长期以来，本专业的人才培养主要面向水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等基础性产业。然而，随着新一轮科技革命和产业变革不断推进，高端装备、航空航天、半导体、新能源、生物医学等战略性产业对于无机非金属材料工程专业人才的需求日趋迫切。为适应国家重大需求，本专业毕业生不仅要具备材料学科理论基础和实践技能，还要掌握力学、物理、化学、机械、电子、能源、生命科学等多学科知识。培养具有先进无机材料领域交叉学科背景的高素质复合型专门人才，已成为深化专业综合改革、推进专业内涵式发展的重要任务。

在教育部、财政部、国家发展改革委联合颁布的《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》中明确提出，“要制定跨学科人才培养方案，探索建立政治过硬、行业急需、能力突出的高层次复合型人才培养新机制。”课程体系是人才培养方案的核心内容，要培养跨学科人才，必须要构建跨学科课程群。然而，受到学科文化差异、教师教育背景、教学保障条件等因素的局限，跨学科课程群在教学实践中普遍存在以下问题，亟须开展具有针对性、创新性的教学改革：

（1）教学理念重智育、轻德育。尽管课程思政理念已获得普遍认同和贯彻，但由于任课教师不善于挖掘跨学科思政资源，并且对思政元素如何融入课堂教学缺乏有效策略［1］，导致思政教育脱离课程内容而演变为生硬的说教，无法让学生产生思想的启迪与共鸣。受此影响，多数跨学科课程往往更关注学生对交叉领域工程知识的理解和掌握，难以实现家国情怀、工程伦理和工匠精神等思想价值的塑造。此外，课程思政的教学效果评价也缺乏科学合理的标准和依据，部分教师甚至仅凭学生的到课情况和纪律表现考量课程思政教学目标的达成情况。

（2）教学内容重专业、轻通识。理论课程的问题在于教学内容过于偏重专业知识体系，忽视了交叉学科的通识性教育，也未结合学科优势科研方向体现专业的办学特色。此外，任课教师的术业专攻也制约了交叉学科知识的拓展延伸。实践课程的问题在于教学项目长期固化，部分实验课程甚至沿用十几年前的教材，实验项目已经严重脱离工程前沿技术，未针对相关行业的多样化人才需求开展差异化、个性化培养。知识陈旧化导致人才同质化，毕业生培养质量难以满足产业转型升级的要求。

（3）教学模式重传授，轻探究。基于产出的工程教育理念强调学生要具备主动学习、问题分析、设计解决方案和研究等必要能力，这些能力很大程度上需要通过实践教学环节培养和锻炼。然而，大部分课程受到课时限制无法安排实践环节。即便是集中性实践教学环节，也有很多内容属于演示性和验证性项目，或者完全依靠任课教师讲授或技术人员培训来完成。这类实践教学既弱化了学生的工程能力训练，也限制了学生探索创造的空间，对于实践创新能力的提升作用十分有限。

2跨学科课程群的发展现状

新工科建设和工程教育改革推动了国内高校关于课程群建设的研究与实践。西安交通大学沈少华等［2］提出了“调研分析—通识与专业融合设计—专业知识梳理—专业课程体系规划—专业课程群建设”的实施路径，构建起“通专融合”的新能源科学与工程专业课程体系；湘潭大学李发国等［3］基于工程教育专业认证理念分析了材料类课程群的思政元素特点，提出按课程群实施课程思政的改革举措；大连海事大学马忠民等［4］针对“船舶柴油机”课程群构建了知识、能力、价值“三元融合”的考核评价体系，促进了学生学习成绩与课程教学质量的提高；南京理工大学蔡隆玉等［5］在程序设计课程群建设过程中，依托行业资源和综合实践平台建设，广泛收集工程项目案例，形成了贯穿式教学案例库；重庆大学唐丹等［6］以产出为导向，反向设计信息类课程群及课程目标，明确课程间的关联性，将思政教育融入课程群教学场景，建立课程群持续改进闭环体系；上海大学毕青等［7］围绕“运动控制系统”核心课程构建电气工程及其自动化课程群，课程之间相互独立又逐层递进，可以充分调动学生的学习积极性，激发学生的创新潜能。

尽管如此，目前大多数高校的课程群建设主要着眼于学科内关联课程的相互支撑［811］，对于跨学科课程群建设仍然处于探索与论证阶段［1213］。烟台大学李晓光等［14］面向国家海洋经济发展战略，阐释了海洋与公共管理跨学科交叉课程群设置的必要性与构想；电子科技大学陈彦等［15］介绍了以航空航天为主干学科的跨学科课程群的架构设计和实施路径，该课程群实施1学期，受益学生数超过170人，实现了个性化和跨学科的本科人才培养模式转变。上述改革成果为本研究的方案制订提供了重要参考。在此基础上，本研究以“材料+”的视角进一步深化跨学科交叉课程群的研究与实践，力争在跨学科课程思政、跨学科教学设计、跨学科实践创新等方面取得新的突破。

3“先进陶瓷与智能制造”跨学科课程群建设

以长沙理工大学无机非金属材料工程专业为例，其课程体系包含通识教育课程、学科教育课程、专业教育课程和第二课堂。其中，“材料工程基础”“无机非金属材料工业生产设备”“先进陶瓷材料”“高性能陶瓷涂层”“增材制造与3D打印”“无机材料专业创新实验”等专业教育课程以先进陶瓷的智能制造为背景，具有鲜明的学科交叉特色（见下图）。而且，上述课程贯穿了先进陶瓷材料的结构、性能与工程应用，及其制备技术的原理、工艺与设备，课程内容联系紧密、逻辑清晰，具备建立课程群的有利条件。该课程群的建设与改革内容如下：

“先进陶瓷与智能制造”课程群组成图

3.1显隐结合的跨学科课程群思政实施范式

围绕“为谁培养人、培养什么样的人、怎样培养人”这一根本性课题，挖掘和凝练交叉学科的共性价值，将课程思政与学科、专业思政紧密结合，做好跨学科课程群思政顶层设计。制定价值引领、思维拓展和情感共鸣等综合育人目标，从心系使命的家国情怀、敬业诚信的职业操守、精益求精的工匠精神等各学科共同崇尚的核心价值挖掘思政资源，引导学生树立科学合理的世界观、价值观和人生观。从课程群中找准知识切入点，在不同的教学阶段，创设视频、图片、案例等情境载体，实现思政资源的隐性导入，使课程思政达到“润物细无声”的效果。通过学习态度、收获感悟、专项调研、协作攻关等行为特征评价课程思政的教学效果，构建课程群育人显性效果评价机制，研判学生是否变被动为主动、变要求为需求、变知识为能力，将思想价值内化于心、外化于行，形成具有“材料+”特色的课程群“大思政”实施范式。

3.2通专融合的跨学科课程群教学关联设计

把握无机非金属材料工程专业课程体系的逻辑主线，按原理、工艺、设备、工程应用、性能评价的脉络理清课程间的内在关系。强化专业基础课对专业课的理论支撑，例如，将“材料工程基础”课程中的气体力学、传热学、燃烧学等基础理论与“先进陶瓷材料”中的陶瓷材料制备，以及“高性能陶瓷涂层”中航空发动机热防护涂层等工程应用相结合。基于网络平台完善课程群资源建设，围绕“特种陶瓷3D打印”“高端装备先进涂层”等本专业优势科研方向对“无机非金属材料工业生产设备”“增材制造与3D打印技术”“无机材料专业创新实验”等课程的教学内容进行优化，将相关团队的科研成果引入课堂教学，建立先进陶瓷数字化、智能化制造技术复杂工程案例库，特别关注计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）技术、增材制造技术、再制造技术在特种陶瓷生产的应用案例，增强课程的高阶性、创新性和挑战度，锻炼学生的创新意识、多学科思维和综合解决问题的能力，使通识教育与专业教育在培养跨学科复合型人才方面实现目标融合。

3.3学研一体的跨学科创新人才培养模式

打通课堂教学与课外实践的界限，通过科教融合促进跨学科创新人才培养。在课程群中全面推行项目驱动式教学，引导学生自主设定学习目标、组建研究团队，开展资料收集、信息整合与实验研究工作，运用多学科理论知识解析问题，利用工程实践解决问题，并通过项目报告、答辩阐明技术方法与策略的运用，增强解决复杂工程问题的能力与团队协作意识。依托省级重点实验室、中试平台以及拔尖创新人才培养基地等学科资源，改善课程群实践环节的教学条件，为学生的研究性学习和创新性实践提供硬件支撑。发挥任课教师身兼“全程学业导师”的双重角色优势，将项目式教学与创新创业指导融为一体，以复杂工程问题为牵引，吸收本科生加入科研团队、参与科研项目。近三年，本专业学生以第一作者发表SCI论文19篇、授权国家发明专利4项，获得国家级学科竞赛奖励12项，本科生的科学素养、工程素养和职业素养得到全面提升。

结语

针对无机非金属材料工程专业构建“先进陶瓷与智能制造”跨学科课程群，形成了课程群“大思政”育人的整体效应，通过教学内容的关联设计实现了通识教育与专业教育的有机融合，构建起学研一体的跨学科创新人才培养模式，探索出传统材料类专业适应产业转型升级的创新发展路径。

参考文献：

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［4］马忠民，冯伟，邹永久.新工科背景下船舶柴油机课程群考核评价体系构建［J］.中国现代教育装备，2023（13）：96107.

［5］蔡隆玉，杨敏，谢继鹏，等.新工科背景下智能车辆程序设计课程群建设［J］.装备制造技术，2023（1）：233236.

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［15］陈彦，徐利梅，阳杨，等.本科跨学科课程群的体系架构设计和探索［J］.教育教学论坛，2019（47）：131132.

基金项目：湖南省普通高校教学改革研究项目：新工科背景下无机材料专业学生“PIT”创新能力培养体系的构建（HNJG20200278）；长沙理工大学教学改革研究项目：思专创融合的“先进陶瓷与智能制造”跨学科课程群建设研究（XJG23023）

作者简介：刘鹏（1980—），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，工学博士，副教授，主要从事无机非金属能量转换与储存材料研究；毛卫国（1979—），男，汉族，湖南湘潭人，工学博士，教授，主要从事高性能陶瓷涂层研究；杨现锋（1980—），男，汉族，河南平顶山人，工学博士，教授，主要从事结构—功能一体化陶瓷材料研究。