郭敏杰 樊志 王培然

摘? ? 要：現(xiàn)代社會已經(jīng)進入新材料時代，材料化學(xué)專業(yè)建設(shè)如何跟上時代發(fā)展步伐，培養(yǎng)滿足新材料時代的專業(yè)人才，值得思考。材料化學(xué)專業(yè)的應(yīng)用性和實踐性都很強，實驗課程體系設(shè)置對于人才培養(yǎng)尤為重要。文章論述了天津科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系的設(shè)置思路，重點介紹了材料化學(xué)專業(yè)的實驗課程體系架構(gòu)、實驗教學(xué)模式及內(nèi)容等方面的實踐和經(jīng)驗，分析了專業(yè)實驗課程體系的設(shè)置對新材料時代的材料化學(xué)專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的重要性。

關(guān)鍵詞：新材料時代;材料化學(xué);實驗課程體系;人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.3? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? 文章編號：1002-4107（2019）07-0052-03

新材料是指那些新近發(fā)展或正在發(fā)展的具有比傳統(tǒng)材料性能更為優(yōu)異的一類材料。其技術(shù)特點是探索材料的微觀結(jié)構(gòu)、制備與宏觀性能的關(guān)系，通過材料設(shè)計、材料加工、性能評價等研究過程，獲得能滿足各種需要的新型材料。新材料技術(shù)已經(jīng)成為世界各國必爭的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，成為當(dāng)前最重要的、發(fā)展最快的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一。我國材料化學(xué)專業(yè)是1998年教育部對本科專業(yè)目錄進行調(diào)整產(chǎn)生的專業(yè)，經(jīng)過20年的專業(yè)建設(shè)，目前我國約有170所大學(xué)招生，專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)日益明確、專業(yè)基礎(chǔ)理論得到拓寬和加強、課程結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，在學(xué)科建設(shè)上取得了很大進展[1]。但在新材料時代背景下，如何跟上國家“十三五”材料領(lǐng)域建設(shè)步伐，培養(yǎng)滿足新材料時代的材料化學(xué)專業(yè)人才，并在我國材料人才隊伍中彰顯各個大學(xué)的專業(yè)特色，就值得各高校的材料化學(xué)專業(yè)教師進行思考。

材料化學(xué)專業(yè)涵蓋的學(xué)科范圍較寬，各高校的專業(yè)方向、培養(yǎng)方案和課程體系差別較大，但基本都包括化學(xué)和材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識和實驗技能等三方面能力的培養(yǎng)[2]。作為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和綜合能力、促進知識向能力轉(zhuǎn)化重要途徑的實驗技能培養(yǎng)環(huán)節(jié)，總是能夠體現(xiàn)各高校的專業(yè)辦學(xué)特色，因此材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系設(shè)置及改革便仁者見仁、智者見智，成為專業(yè)人才培養(yǎng)的焦點[3-4]。

天津科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)于2003年開始招生，每年招生兩個班，授予理學(xué)學(xué)士學(xué)位，學(xué)制四年，實行彈性學(xué)習(xí)年限。本文以搭建材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系架構(gòu)、建立多層次實驗體系為出發(fā)點，針對新材料和新物質(zhì)結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)的新材料時代特征，將材料發(fā)展思維和時代特征引入課堂，激發(fā)學(xué)生的科研潛能，注重科研與實踐能力并重，培養(yǎng)具有一定的科學(xué)素養(yǎng)和材料時代感的理科應(yīng)用型人才，同時更好地體現(xiàn)材料化學(xué)學(xué)科交叉的特性。

一、緊跟新材料發(fā)展時代脈搏，科學(xué)搭建材料化學(xué)專業(yè)的實驗課程體系架構(gòu)

作為綜合型學(xué)科，材料化學(xué)專業(yè)應(yīng)用性和實踐性都很強，化學(xué)基礎(chǔ)實驗、綜合性和創(chuàng)新性實驗教學(xué)環(huán)節(jié)十分重要[5]。材料化學(xué)專業(yè)實驗課程教學(xué)體系應(yīng)以利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力為主旨，一方面加強對專業(yè)知識的理解;一方面加強專業(yè)實踐技能訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。

天津科技大學(xué)的材料化學(xué)是理科專業(yè)，以實驗為主且與實踐緊密相關(guān)的特點更為明顯，實驗教學(xué)貫穿教學(xué)活動意義重大?；诖?，2017年修訂培養(yǎng)方案時，我們突出專業(yè)技能訓(xùn)練環(huán)節(jié)（該環(huán)節(jié)注重將材料領(lǐng)域一些最新的研究成果引入實驗課程內(nèi)容），設(shè)置“科技論文寫作I（第4學(xué)期）—科學(xué)實驗（第5學(xué)期）—科技論文寫作II（第6學(xué)期）—實驗技能訓(xùn)練I（第6學(xué)期）—綜合化學(xué)實驗（第6學(xué)期）—實驗技能訓(xùn)練II（第7學(xué)期）”的漸進式材料科研能力培養(yǎng)模式，讓材料科學(xué)知識與實踐能力貫穿于大二、大三和大四年級。專業(yè)培養(yǎng)方案中四大基礎(chǔ)化學(xué)實驗224學(xué)時，7學(xué)分（天津科技大學(xué)規(guī)定實驗課程32學(xué)時/學(xué)分，理論課程16學(xué)時/學(xué)分）;材料化學(xué)實驗學(xué)時80學(xué)時，2.5學(xué)分;科研能力培養(yǎng)訓(xùn)練環(huán)節(jié)12學(xué)分;畢業(yè)論文（16周8學(xué)分）等其他專業(yè)集中實踐環(huán)節(jié)11學(xué)分。專業(yè)實踐教學(xué)環(huán)節(jié)合計32.5學(xué)分，占學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)教育課程85.5學(xué)分的38%。專業(yè)集中實踐環(huán)節(jié)共計40學(xué)分，加上個性化課程14學(xué)分，占總學(xué)分170學(xué)分的31.8%。經(jīng)過十幾年的專業(yè)建設(shè)摸索及經(jīng)驗總結(jié)，已經(jīng)建立起基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、專業(yè)技能訓(xùn)練三個層次的實驗架構(gòu)體系，兼顧全面的基礎(chǔ)化學(xué)實驗知識體系和多方位專業(yè)綜合實驗技能培養(yǎng)。每年專業(yè)都有接近1/2的學(xué)生考研，迄今為止已有多位學(xué)生在清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、南開大學(xué)、天津大學(xué)和中國科學(xué)院化學(xué)研究所等單位進一步求學(xué)深造。

天津科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)申報的教育部自主設(shè)置“新材料與技術(shù)”二級碩士點2013年獲批招生，目前下設(shè)磁學(xué)與磁性材料、新型生物材料和新能源材料三個研究方向，這對于天津科技大學(xué)材料化學(xué)學(xué)科延續(xù)性都有重要的意義，研究生教育必會反哺本科教學(xué)。

二、凝練專業(yè)方向特色，建立符合新材料時代特征的多層次實驗內(nèi)容

作為本科實驗教學(xué)，應(yīng)考慮知識的連續(xù)性、全面性和趣味性，教學(xué)內(nèi)容以提高學(xué)生的實驗興趣、發(fā)揮學(xué)生主觀能動性為出發(fā)點，注重激發(fā)學(xué)生的時代感和探索精神[6]。天津科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)自成立以來，一直注重專業(yè)建設(shè)和實驗課程建設(shè)，基于緊跟材料時代發(fā)展步伐的建設(shè)思路，培養(yǎng)計劃歷經(jīng)2006年、2010年、2014年和2017年幾次較大的修改，目前已經(jīng)形成生物材料與納米材料相結(jié)合的專業(yè)發(fā)展方向。

2017年培養(yǎng)方案修訂時，正值國家發(fā)布“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新的新材料時代背景。我們立足京津冀，以服務(wù)濱海新區(qū)為出發(fā)點，建設(shè)以“基礎(chǔ)實驗、專業(yè)實驗、科學(xué)實驗、開放實驗、畢業(yè)論文”構(gòu)建的 “五段式”實驗教學(xué)模式，培養(yǎng)理科應(yīng)用型創(chuàng)新型人才。培養(yǎng)方案側(cè)重從培養(yǎng)學(xué)生了解大材料的基本原理出發(fā)，建立和培養(yǎng)學(xué)生掌握一級學(xué)科材料科學(xué)與工程的實驗課程，開設(shè)特色化、微型化、綠色化的研究與開發(fā)性材料化學(xué)實驗。

具體做法是：（1）開發(fā)基礎(chǔ)實驗中綜合性、設(shè)計性實驗環(huán)節(jié)，減少驗證性實驗項目;（2）綜合化學(xué)實驗與新材料實驗有機結(jié)合，完成設(shè)計性與綜合性的中級化學(xué)實驗過渡;（3）以綜合化學(xué)實驗和專業(yè)化學(xué)實驗為主體的專

業(yè)實驗體系設(shè)計;（4）科學(xué)實驗、綜合實驗及畢業(yè)論文融合;（5）通過開放實驗和畢業(yè)論文環(huán)節(jié)培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

1.基礎(chǔ)實驗教學(xué)重視學(xué)生對于基礎(chǔ)實驗知識的積

累，重點突出實驗原理和方法的共性，強化基礎(chǔ)實驗技能訓(xùn)練;綜合實驗結(jié)合專業(yè)特色方向及學(xué)院優(yōu)勢特色研究方向，引入綜合性強的實驗;設(shè)計性實驗內(nèi)容隨學(xué)科的發(fā)展而更新，達到培養(yǎng)學(xué)生研究能力和創(chuàng)新思維的目標(biāo)，提高學(xué)生的自主性和綜合實踐能力，培育學(xué)生探究能力及創(chuàng)新潛質(zhì)。

2.專業(yè)實驗圍繞新材料特點，拓展專業(yè)實驗技能，使學(xué)生掌握相關(guān)材料的制備方法、結(jié)構(gòu)表征與性能測試等。專業(yè)實驗內(nèi)容以綜合性、設(shè)計性實驗為主，以團隊合作模式操作，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實驗精神和團隊意識，使之具備對材料開發(fā)或研究中出現(xiàn)的問題進行預(yù)測、歸納分析及提出可行的研究方案的能力。

3.精煉設(shè)置實驗項目，注重實驗項目的廣泛性，實驗項目涵蓋無機、有機、高分子、復(fù)合材料等各領(lǐng)域。如增開“量子點的合成及其應(yīng)用”實驗，讓學(xué)生在掌握無機材料合成技術(shù)的同時，熟悉熒光光譜和紫外吸收等表征手段，也了解不同類型量子點在光電器件、傳感生物醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用;增開“環(huán)糊精衍生物的合成及分離純化”實驗，讓學(xué)生掌握多步有機合成技術(shù)的同時，熟悉元素分析、質(zhì)譜等表征手段，同時了解超分子識別及組裝的科學(xué)前沿領(lǐng)域，引導(dǎo)學(xué)生走進2016年諾貝爾化學(xué)獎——“分子機器”的奇妙世界。通過材料性能的表征，讓學(xué)生感受新型材料的神奇，凸顯材料專業(yè)的應(yīng)用性特點，讓學(xué)生真正體會到知識應(yīng)用的樂趣和應(yīng)用價值[7]。

總之，實驗內(nèi)容在繼承傳統(tǒng)材料學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上，注入了新材料的多功能性、智能性等特點，同時注重大材料學(xué)科環(huán)境下材料之間的關(guān)聯(lián)教育[8]。實驗安排充分考慮了材料制備及分析的統(tǒng)一性和連貫性，各實驗間具有借鑒性，有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究思路，提高分析問題、解決問題的能力。不得不提的是，實驗項目的實施一方面得益于2016年天津市高校“十三五”綜投建設(shè)投資，也更得益于2015年化工與材料學(xué)院的整合成立，學(xué)院平臺的大型儀器設(shè)備，如熱分析儀、納米粒度儀、X-射線衍射儀、掃描電鏡以及電化學(xué)分析儀等先進設(shè)備融入實驗教學(xué)中，既保證了實驗項目的順利進行，也為學(xué)生的畢業(yè)論文和今后科研工作中對材料的檢測技術(shù)的應(yīng)用提前打下良好的基礎(chǔ)。

三、 滿足新材料發(fā)展的市場需求，培養(yǎng)新材料領(lǐng)域的現(xiàn)代技術(shù)人才

高等教育的主要目的是培養(yǎng)人才。大學(xué)承擔(dān)著培養(yǎng)有專業(yè)理論和實踐技能的人才的任務(wù)[9]，大學(xué)更應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。國家《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項規(guī)劃》中提到：重點發(fā)展材料人才隊伍建設(shè)，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才隊伍的整體素質(zhì)和水平，著重提高企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的水平和比例，滿足材料領(lǐng)域發(fā)展的需求。目前我國每年材料類本科畢業(yè)生約4萬余人，碩士和博士畢業(yè)生約1萬人，但材料行業(yè)仍然面臨基礎(chǔ)研究人才隊伍不穩(wěn)、工程應(yīng)用技術(shù)隊伍流動性不夠、新興產(chǎn)業(yè)人才流動性過大等主要問題。

天津市周邊有15個大中城市，有廣闊的新材料消費和配套市場。近年來，以金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、催化劑與石化產(chǎn)品、復(fù)合材料、納米材料及特種紙等為代表的新材料產(chǎn)業(yè)在天津經(jīng)濟發(fā)展中的作用與地位穩(wěn)步提高。新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要大量的高級人才，形成對行業(yè)發(fā)展的支撐。為了與上述天津的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)接軌，我們計劃開設(shè)部分開放實驗項目。在目前的濱海新區(qū)建立的3～4個與專業(yè)緊密聯(lián)系的相對穩(wěn)定的學(xué)生實習(xí)、培訓(xùn)基地，設(shè)立企業(yè)導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生開放實驗，保持定期聯(lián)系，專業(yè)首先定位于服務(wù)濱海新區(qū)建設(shè)，一畢業(yè)便就業(yè)，更快地融入濱海新區(qū)建設(shè)。2016屆本專業(yè)畢業(yè)生的一次就業(yè)率達到97%，其中從事材料相關(guān)專業(yè)的一次就業(yè)率也達到80%。隨著天津濱海新區(qū)的蓬勃發(fā)展，以及對周邊地區(qū)的產(chǎn)業(yè)帶動，本專業(yè)畢業(yè)生也將會有足夠的事業(yè)發(fā)展空間。

2018年6月召開的《新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議》上，教育部長陳寶生指出，高教大計、本科為本;要引導(dǎo)學(xué)生求真學(xué)問、練真本領(lǐng)。材料化學(xué)專業(yè)的學(xué)生必須有寬口徑的材料學(xué)基礎(chǔ)知識和化學(xué)理論，同時又必須具有現(xiàn)代化儀器操作技能和創(chuàng)新能力，善于將基礎(chǔ)知識轉(zhuǎn)化為科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)力[10]。這種能力必須通過系統(tǒng)理論培養(yǎng)及嚴(yán)格的科學(xué)技能訓(xùn)練逐步形成，因此實驗教學(xué)的獨特作用很重要。教學(xué)的本質(zhì)在于通過師生互動，使受教者自我覺悟。這種特點在實驗教學(xué)設(shè)計過程中尤為突出。近年來天津科技大學(xué)一直實施推進各類科技競賽活動，專業(yè)學(xué)生參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技競賽等各類學(xué)科競賽人數(shù)越來越多，多人獲得國家、天津市及校級各級獎勵。鑒于此，通過鼓勵企業(yè)導(dǎo)師將企業(yè)課題引入大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”科技競賽，也會使得開放實驗訓(xùn)練環(huán)節(jié)更加規(guī)范，學(xué)生學(xué)以致用，研究興趣和科研創(chuàng)新能力得到提升;同時鼓勵學(xué)生參加學(xué)術(shù)會議、發(fā)表論文等，這對學(xué)生將來繼續(xù)求學(xué)深造或者求職均有益處。指導(dǎo)過程中，教師與學(xué)生相得益彰[11]。

我們常說人類的文明史就是材料的發(fā)展史。當(dāng)現(xiàn)代社會進入以納米材料、信息材料和能源材料為主要特征的新材料時代，教育工作者如何在傳統(tǒng)材料和新型材料之間找到教學(xué)切入點，將材料科學(xué)教育進行傳承與創(chuàng)新，這確實是個值得思考的問題。本文僅以天津科技大學(xué)為例，敘述了天津科技大學(xué)材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系的設(shè)置情況，淺析了實驗課程體系對新材料時代的材料化學(xué)專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)的意義，以期拋磚引玉，與同行共同探索專業(yè)實驗課程的改革，結(jié)合新材料發(fā)展趨勢，不斷構(gòu)建完善材料化學(xué)專業(yè)實驗框架，努力培養(yǎng)出適應(yīng)新時代、新需求的新型材料化學(xué)人才。

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收稿日期：2018-11-19

作者簡介：郭敏杰（1972—），女，吉林伊通人，天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院教授，博士，主要從事高分子組裝和生物降解材料研究。

基金項目：天津市教委重點項目“聚焦工程教育認(rèn)證，建設(shè)專業(yè)教學(xué)質(zhì)量保證體系的研究與實踐”（171005703B）;天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院教育教學(xué)改革項目“新材料時代材料化學(xué)專業(yè)實驗課程體系設(shè)置”（2017Z007）