何銳 陳華鑫 陳永楠 耿九光 牛冬瑜 李輝

[摘? 要]本文從新工科視域角度出發(fā)，分析了當(dāng)前材料科學(xué)與工程專業(yè)面臨的問題與挑戰(zhàn)，探討了長安大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)圍繞交通基建轉(zhuǎn)型升級所面臨的前沿科學(xué)問題，通過特色方向凝練、交通特色與材料共性基礎(chǔ)協(xié)調(diào)和傳統(tǒng)專業(yè)方向與新興交叉學(xué)科協(xié)同發(fā)展等一系列改革，在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面取得了可喜的成績。

[關(guān)鍵詞]新工科? 材料科學(xué)與工程?? 交叉與融合

前? 言

目前，全球范圍正經(jīng)歷新一輪的科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，為提高我國在第四次工業(yè)革命中的戰(zhàn)略布局和主動性，國家先后提出了包括創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列重大決策[1]。這些國家決策以實現(xiàn)中國夢為總目標，旨在建設(shè)創(chuàng)新型國家、實現(xiàn)創(chuàng)造強國、推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提高我國在高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)區(qū)域的話語權(quán)等[2]。然而，作為全球?qū)I(yè)齊全、區(qū)域匹配完善的世界最大工程教育供給體系，我國傳統(tǒng)的工程專業(yè)受全球新經(jīng)濟、新產(chǎn)業(yè)和新科技蓬勃發(fā)展的影響正面臨前所未有的挑戰(zhàn)，新興產(chǎn)業(yè)人才、卓越工程師和交叉復(fù)合型人才緊缺已逐漸成為一個嚴肅的社會問題。

新工科建設(shè)行動計劃是教育部針對當(dāng)前國際形勢發(fā)展所給出的明確回應(yīng)，目的是根據(jù)國家決策和發(fā)展目標需要，主動布局、設(shè)置、建設(shè)和發(fā)展相關(guān)新工科專業(yè)。所謂“新工科”是以新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新經(jīng)濟產(chǎn)物[3]。與老工科相比，新工科更強調(diào)學(xué)科的實用性、交叉性與綜合性，尤其注重材料科學(xué)、信息通訊、電子控制和人工智能等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合，新工科代表的是最新的產(chǎn)業(yè)或行業(yè)發(fā)展方向。因此，如何打破傳統(tǒng)辦學(xué)體制，優(yōu)化人才培養(yǎng)模式，改革教育資源供給方式已成為新工科建設(shè)的最核心問題。

本文結(jié)合長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教育改革實踐經(jīng)驗，在新工科視域下，探討當(dāng)前材料科學(xué)與工程專業(yè)所面臨的問題與挑戰(zhàn)，以及長安大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科交叉與融合。

材料科學(xué)與工程專業(yè)面臨的問題與挑戰(zhàn)

材料科學(xué)與工程是一個涉及材料學(xué)、工程學(xué)和化學(xué)等多學(xué)科的寬口徑專業(yè)，學(xué)生主要學(xué)習(xí)材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ)理論，學(xué)習(xí)與掌握材料的制備、組成、組織結(jié)構(gòu)與性能之間的基本規(guī)律。隨著人類科學(xué)的發(fā)展，無論是在交通運輸、土木建筑、生命醫(yī)學(xué)、航空航天還是電子信息等領(lǐng)域，材料科學(xué)都是實現(xiàn)重大技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。人類文明和科技產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展史也就是一部如何更好發(fā)展和利用材料的歷史，尤其是在技術(shù)創(chuàng)新越來越快、產(chǎn)業(yè)更新愈加頻繁的今天[4]。因此，材料科學(xué)與工程專業(yè)高層次技術(shù)人才的培養(yǎng)對科技行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以及國家發(fā)展目標的實現(xiàn)都具有十分重要的意義。

1.盲目追求新興技術(shù)專業(yè)，脫離學(xué)校特色與定位

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”經(jīng)濟的發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新興專業(yè)開始大熱。這些熱門專業(yè)在2017年被定義為新工科專業(yè)，新工科大學(xué)的建設(shè)也隨之提上了日程。據(jù)2019年4月教育部公布的新增專業(yè)顯示，新工科專業(yè)獲批數(shù)量爆棚，新增備案專業(yè)數(shù)量最多的是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)，203所高校獲批該專業(yè)，該專業(yè)最早在2016年獲批設(shè)置，2018年就曾以248所高校增開位列新增專業(yè)榜首。緊隨其后的是機器人工程專業(yè)，101所高校獲批該專業(yè)，96所高校獲批“智能科學(xué)與技術(shù)”專業(yè)，35所高校獲首批“人工智能”新專業(yè)建設(shè)資格。眾多高校在脫離學(xué)校自身特色與定位的基礎(chǔ)上對新興專業(yè)蜂擁而至，大干快上。

不可否認，在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，我國未來5年對相關(guān)技術(shù)人才的需求量在百萬以上。然而，專業(yè)的建設(shè)和發(fā)展與學(xué)校的歷史沉淀和學(xué)術(shù)氛圍息息相關(guān)，如果拋開歷史而盲目追逐新專業(yè)，雖然表面上看似趕上了時代的潮流，但勢必會導(dǎo)致同質(zhì)化辦學(xué)的傾向，辦學(xué)效果也未必能達到新工科建設(shè)的初衷。同質(zhì)化辦學(xué)會導(dǎo)致教材的同質(zhì)化，但不同類型的高校應(yīng)該有不同類型的教材。當(dāng)前，社會快速發(fā)展，急需大量的復(fù)合型、應(yīng)用型畢業(yè)生，多學(xué)科交叉應(yīng)用型教材的編寫就成為當(dāng)前的主要任務(wù)之一。

新工科的本質(zhì)是創(chuàng)新，根本任務(wù)是在新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式蓬勃發(fā)展的環(huán)境下，培養(yǎng)適合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)和行業(yè)急需的各種層次和類型的卓越工程科技人才[5]。因此，這里所說的新并非是指專業(yè)本身，而是重點建設(shè)能夠滿足產(chǎn)業(yè)和行業(yè)需求、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)行業(yè)未來發(fā)展的人才培養(yǎng)新模式。根據(jù)路透社每年發(fā)布的全球最具創(chuàng)新力大學(xué)百強榜顯示，入選的基本都是美國、德國等老牌高校，這些高校也都是傳統(tǒng)工科的代表。所以，我國傳統(tǒng)工科專業(yè)的轉(zhuǎn)型與發(fā)展也是當(dāng)前新工科建設(shè)的一項重要任務(wù)。從廣義上來講，新工科建設(shè)可以視為我國工程教育創(chuàng)新的代名詞。

2.材料類專業(yè)人才培養(yǎng)模式與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相脫節(jié)

在全國第四輪學(xué)科評估中，材料科學(xué)與工程一級學(xué)科參評高校達172所，其中一級學(xué)科中設(shè)置博士點的高校達93所，這些數(shù)字表明材料類專業(yè)人才培養(yǎng)數(shù)量在節(jié)節(jié)攀升。然而，廣大高校一方面面臨的是就業(yè)人數(shù)的膨脹，另一方面卻是眾多企業(yè)紛紛抱怨“招人難，人難招”。根據(jù)麥肯錫全球研究院（MGI）與麥肯錫中國分公司聯(lián)合發(fā)布的研究報告《應(yīng)對中國隱現(xiàn)的人才短缺》顯示，只有10%～20%的工科畢業(yè)生符合跨國公司的人才要求。

隨著當(dāng)前經(jīng)濟形勢由粗放型向集約型的轉(zhuǎn)變，我國正處在材料大國向材料強國轉(zhuǎn)型的重要階段，社會對材料類人才的需求已從原來較單一的技術(shù)人才轉(zhuǎn)變?yōu)槟苓m應(yīng)不同生產(chǎn)力水平、不同產(chǎn)業(yè)部門的多層次、多規(guī)格的復(fù)合型和創(chuàng)新型人才[6]。嚴峻的就業(yè)形勢可歸結(jié)為高校傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式與日益發(fā)展的社會需求相脫節(jié)所造成的。其主要表現(xiàn)在知識陳舊、教材更新緩慢，知識面單一、重視“專業(yè)培養(yǎng)”而非“學(xué)科培養(yǎng)”，知識轉(zhuǎn)化效率低、閉門造車式培養(yǎng)，重理論輕實踐、脫離工程實際，創(chuàng)新能力弱、雙師型教師缺失，持續(xù)學(xué)習(xí)能力不足、填鴨式教育等方面。

長安大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)科交叉與融合

長安大學(xué)是教育部和交通運輸部、自然資源部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、陜西省人民政府共建的國家“211工程”重點建設(shè)大學(xué)，國家“985工程優(yōu)勢學(xué)科創(chuàng)新平臺”建設(shè)高校，國家世界一流學(xué)科建設(shè)高校。2000年由始建于20世紀50年代初的原西安公路交通大學(xué)、西安工程學(xué)院、西北建筑工程學(xué)院合并組建而成。隨著我國交通基建浪潮的逐漸衰退，綠色交通和智慧交通快速發(fā)展，在高品質(zhì)與功能性交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中，材料科學(xué)的先導(dǎo)與制約作用逐步顯現(xiàn)?；趪抑卮鬀Q策需求，緊跟國際行業(yè)發(fā)展前沿，長安大學(xué)在全國率先設(shè)立了具有交通行業(yè)特色的材料科學(xué)與工程專業(yè)。

1.依托行業(yè)特色，凝練專業(yè)發(fā)展方向

長安大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)自2013年開設(shè)以來，依托國家重點學(xué)科交通運輸工程、省部級重點學(xué)科土木工程、機械工程和地質(zhì)工程等優(yōu)勢學(xué)科群，加強學(xué)科交叉，深化研究層次，致力于培養(yǎng)具有材料科學(xué)基礎(chǔ)理論與工程技術(shù)雙重知識，系統(tǒng)的材料設(shè)計、制備、性能分析與控制等專業(yè)知識，突出的工程應(yīng)用實踐能力，視野寬、溝通與管理能力強的高水平科學(xué)研究、工程技術(shù)和高層次管理人才，現(xiàn)已逐步探索出一條具有交通特色的材料科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展道路，并于2017年成功入選陜西省“一流專業(yè)”培育項目。

長安大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)基于國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及國家新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)展導(dǎo)向，設(shè)置了道路與機場工程材料和能源與電子材料兩個特色專業(yè)方向，開展材料基礎(chǔ)理論與交通運輸、土木建筑和電子信息等多學(xué)科交叉融合的寬口徑基礎(chǔ)教育和有深度特色的專業(yè)教育。其中，道路與機場工程材料專業(yè)方向以適應(yīng)傳統(tǒng)交通基建材料產(chǎn)業(yè)升級為目標，辦學(xué)歷史可追溯到20世紀50年代建校初，是國家“985工程”優(yōu)勢學(xué)科創(chuàng)新平臺、“211工程”和“文化雙一流”學(xué)科重點建設(shè)專業(yè)方向。能源與電子材料專業(yè)方向是在新能源產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展及新型復(fù)合型材料人才緊缺的背景下于2009年6月成立的，并逐漸成為交通產(chǎn)業(yè)功能化和信息化的重要支撐。該專業(yè)自設(shè)立以來，為交通運輸、新能源與電子信息行業(yè)培養(yǎng)了大批高級工程技術(shù)人才，促進了區(qū)域經(jīng)濟和行業(yè)的發(fā)展。

2.交通材料特色與材料共性基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)

如何在夯實材料共性基礎(chǔ)的同時，彰顯交通材料特色，實現(xiàn)二者協(xié)調(diào)發(fā)展，是傳統(tǒng)交通行業(yè)特色大學(xué)發(fā)展亟待解決的難題。長安大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)面對國家和重大科研任務(wù)中凝練材料共性基礎(chǔ)和交通基建轉(zhuǎn)型升級所帶來的前沿科學(xué)問題，將最新科研成果融入教學(xué)實踐。如，結(jié)合陳華鑫教授所承擔(dān)的國家科技支撐計劃等重大項目，組建交通運輸行業(yè)重點領(lǐng)域創(chuàng)新團隊，并開設(shè)“水泥與混凝土學(xué)”和“混凝土外加劑應(yīng)用基礎(chǔ)”等特色課程。

在學(xué)科建設(shè)方面，首先構(gòu)建了“學(xué)科基礎(chǔ)—工程基礎(chǔ)—專業(yè)核心—特色選修”四個層次的理論課程體系。通過開設(shè)“材料工程基礎(chǔ)”“材料概論”等課程，強化學(xué)科基礎(chǔ)知識培養(yǎng);開設(shè)“道路工程檢測技術(shù)”“交通功能材料”“新能源汽車概論”“化學(xué)儲能材料與器件”等課程，強化工程實踐與材料基礎(chǔ)之間的知識交叉和擴展。同時，依托教育部重點科研平臺打造“課程實驗—創(chuàng)新型綜合實驗—拔尖創(chuàng)新實驗”三個層次多維度的實踐課程體系，實現(xiàn)了實踐課程的梯度推進和個性化教學(xué)，避免了驗證性實踐教學(xué)所帶來的弊端。比如，對于道路與機場工程材料方向，首先通過課程實驗培養(yǎng)學(xué)生掌握材料基本測試的實踐能力。其次通過以工程技術(shù)問題為導(dǎo)向的創(chuàng)新性綜合實驗培養(yǎng)學(xué)生分析問題、思考問題的能力及實踐動手能力，并將材料領(lǐng)域的專業(yè)理論知識應(yīng)用于工程實際。最后，通過覆蓋學(xué)生總數(shù)80%以上的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃，確定拔尖創(chuàng)新實驗方向，實現(xiàn)學(xué)生的個性化培養(yǎng)，提升學(xué)生的綜合能力。

3.傳統(tǒng)專業(yè)方向與新興交叉學(xué)科協(xié)同發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，材料科學(xué)與工程技術(shù)之間的界定越來越模糊，各材料之間有了更多的內(nèi)在聯(lián)系和共性，材料與工程之間的融合也越來越明顯，多學(xué)科交叉已經(jīng)成為當(dāng)代材料科學(xué)與工程專業(yè)發(fā)展的一個重要特點。學(xué)校積極探索如何在傳統(tǒng)交通運輸優(yōu)勢學(xué)科基礎(chǔ)上，大力發(fā)展新興交叉學(xué)科，以適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟對材料類人才培養(yǎng)的新需求。

（1）優(yōu)化培養(yǎng)方案，明確創(chuàng)新能力本質(zhì)

學(xué)校通過調(diào)研第四輪學(xué)科評估中材料類排名前十高校以及兄弟院校，全面分析國家決策及行業(yè)動態(tài)和需求，跟蹤調(diào)研學(xué)生成長與發(fā)展規(guī)律，確定了學(xué)生創(chuàng)新能力本質(zhì)三要素：專業(yè)競爭能力、實踐動手能力和終身學(xué)習(xí)能力。其中，專業(yè)競爭能力表現(xiàn)為能夠運用工程基礎(chǔ)和材料理論解決復(fù)雜工程技術(shù)問題的能力，實踐動手能力表現(xiàn)為能夠獨立從事材料研究、應(yīng)用和開發(fā)，以及跨文化合作與競爭的能力，終身學(xué)習(xí)能力表現(xiàn)為能夠通過獨立思考和自主學(xué)習(xí)實現(xiàn)持續(xù)進步。

（2）深入需求導(dǎo)向，構(gòu)建多元教學(xué)體系

學(xué)校遵循“需求導(dǎo)向、突出應(yīng)用、服務(wù)行業(yè)”的原則，基于學(xué)生創(chuàng)新能力本質(zhì)三要素，建立了包含多元知識結(jié)構(gòu)的學(xué)科交叉課程群，按照市場需求設(shè)置課程，通過課程保證技能的實現(xiàn)。將課程體系分為理論教學(xué)、實踐教學(xué)和第二課堂教學(xué)活動三個層次。理論教學(xué)以基礎(chǔ)性必修課程為根本、以研究性和拓展性專業(yè)選修課程為輔助，全面挖掘?qū)W生的發(fā)展?jié)撃?實踐教學(xué)根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標和基本要求安排課程實驗課、課程綜合實習(xí)和專業(yè)綜合實習(xí)，提高學(xué)生的實踐能力;第二課堂教學(xué)活動以培養(yǎng)創(chuàng)新型拔尖人才為目的，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（3）踐行科教融合，創(chuàng)立協(xié)同培養(yǎng)機制

學(xué)校通過組建課程教學(xué)團隊，實現(xiàn)了80%以上的課程由教授或副教授主講。推行本科生學(xué)術(shù)導(dǎo)師制，遴選優(yōu)秀中青年教師及企業(yè)導(dǎo)師從大一開始對學(xué)生進行專業(yè)與職業(yè)規(guī)劃指導(dǎo)。推進科研平臺統(tǒng)籌管理，實現(xiàn)教育部工程研究中心和學(xué)校材料分析測試中心等實驗平臺100%向本科生開放。通過拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃、大創(chuàng)項目和學(xué)科競賽吸納學(xué)生提前進入專業(yè)實驗室，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的積極性，其中90%以上的選題來自國家或省部級課題研究成果。

學(xué)校針對行業(yè)實踐性強的特點，與西安華澤道路材料有限公司、廣西交通科學(xué)研究院、陜西有色光電科技有限公司、西安創(chuàng)聯(lián)宏晟電子有限公司、青海省交通科學(xué)研究院等單位建立了穩(wěn)定的生產(chǎn)研究與實訓(xùn)基地，與中國石化大連石油化工研究院、昆山交通發(fā)展控股集團有限公司共建了新材料研究院，每年選派2～3名教師任企業(yè)顧問或技術(shù)咨詢參與企業(yè)生產(chǎn)和技術(shù)改造，推動了“雙師雙能型”教師隊伍的發(fā)展。

結(jié)? 語

深化產(chǎn)教融合，提升特色專業(yè)建設(shè)和學(xué)科交叉與融合，促進工程教育供給側(cè)結(jié)構(gòu)改革，把工匠精神培育融入專業(yè)教育，是當(dāng)前傳統(tǒng)工科專業(yè)向新工科建設(shè)轉(zhuǎn)型的迫切要求，也是服務(wù)國家人才培養(yǎng)大局，實現(xiàn)與國家重大策略保持“同頻共振”的唯一出路。長安大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)經(jīng)過多年的探索和發(fā)展，已建設(shè)成特色鮮明的優(yōu)勢專業(yè)。

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作者單位：長安大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院? 陜西西安