金亞旭 秦鳳明 宮長偉 鄭建軍
太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,山西 太原 030024
隨著中國制造2025、互聯(lián)網(wǎng)+、智能制造、工業(yè)4.0等高科技戰(zhàn)略計(jì)劃的實(shí)施,以及傳統(tǒng)材料產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)與新產(chǎn)業(yè)形態(tài)的產(chǎn)生,對(duì)材料類專業(yè)的人才培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高要求,高校所培養(yǎng)的人才需要具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力等綜合性素質(zhì)[1]。教育部在2019年啟動(dòng)實(shí)施“六卓越一拔尖”計(jì)劃2.0以迎接新一輪的產(chǎn)業(yè)變革和科技革命,積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)以實(shí)現(xiàn)教育帶動(dòng)創(chuàng)新、創(chuàng)新助力發(fā)展。工科類專業(yè)是實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè),旨在培養(yǎng)具備多學(xué)科與跨文化背景、能在相應(yīng)工程技術(shù)領(lǐng)域解決復(fù)雜工程問題的專業(yè)工程技術(shù)人才。因此對(duì)于材料類等工科專業(yè)來說,在持續(xù)深化“新工科”建設(shè)的時(shí)代背景下,人才培養(yǎng)機(jī)制的改革方向正聚焦于實(shí)踐、科研、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面,改革思路都強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)的同等重要性[2]。學(xué)科競(jìng)賽在培養(yǎng)人才的模式方面與“新工科”背景下對(duì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)需求契合,通過推進(jìn)學(xué)科競(jìng)賽工作能夠有效提升學(xué)生實(shí)踐技能和理論知識(shí)相結(jié)合的綜合能力[3-5],因此,學(xué)科競(jìng)賽是“新工科”背景下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的重要途徑。
國內(nèi)高校材料類專業(yè)的設(shè)立一般是在1950年以后,該專業(yè)大多源自原來的金屬熱處理專業(yè)或硅酸鹽專業(yè),受傳統(tǒng)因素與實(shí)際條件的限制,實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)很大程度上局限于結(jié)構(gòu)材料和加工成形領(lǐng)域。當(dāng)前,新材料以需求為牽引成為國家的一個(gè)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),材料科學(xué)與工程領(lǐng)域標(biāo)志性創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn),直接推動(dòng)了高校材料類專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量的整體提高。為了適應(yīng)新材料產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求,很多高校開設(shè)了新能源材料與器件、復(fù)合材料成形工程、光電信息材料與器件等特設(shè)專業(yè),更加注重對(duì)學(xué)生工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
但專業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的政策落地有一定的滯后期,導(dǎo)致部分院校特別是地方應(yīng)用型本科院校在材料類專業(yè)的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)和教學(xué)改革方面未能與時(shí)俱進(jìn),在內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)模式、過程評(píng)價(jià)等方面仍沿用陳舊的方式,跟不上“新工科”發(fā)展的步伐,集中體現(xiàn)在實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置的類型單一、內(nèi)容陳舊、缺少工程背景。例如,在“材料科學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”課程中普遍設(shè)置的斷口形貌觀察、金相組織認(rèn)知等驗(yàn)證性或演示性實(shí)驗(yàn),只是簡單地與理論課程知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng),只能起到幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)的輔助作用,而達(dá)不到提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題和動(dòng)手實(shí)踐能力的目的。并且實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容滯后于學(xué)科的飛速發(fā)展,沒有與材料學(xué)科發(fā)展及應(yīng)用熱點(diǎn)聯(lián)系起來。很多材料類專業(yè)開設(shè)的“金屬材料”課程設(shè)計(jì)或熱處理之類的教學(xué)環(huán)節(jié),仍然側(cè)重于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料,這類教學(xué)環(huán)節(jié)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)以及自主學(xué)習(xí)能力的意義并不大。因此,在“新工科”背景下,材料類專業(yè)人才培養(yǎng)方式亟須改革,很多教育工作者充分認(rèn)識(shí)到學(xué)科競(jìng)賽是結(jié)合實(shí)際并注重實(shí)踐的人才培養(yǎng)的有效方式。例如,康翌婷等[6]指出競(jìng)賽能夠驅(qū)動(dòng)多學(xué)科交叉融合,進(jìn)而提升學(xué)生的工程技能和創(chuàng)新能力,并以北京科技大學(xué)高等工程師學(xué)院為例,探討了融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的培育機(jī)制,取得了顯著的創(chuàng)新人才培養(yǎng)效果。太原科技大學(xué)則積極探索“新工科”背景下“思政教育+新工科”的育人模式,“以賽促教、以賽促學(xué)”,在理論課程講授中引入學(xué)科競(jìng)賽知識(shí),活化了專業(yè)理論知識(shí);在實(shí)驗(yàn)課程中融入學(xué)科競(jìng)賽環(huán)節(jié),大幅提升了學(xué)生的動(dòng)手意識(shí)與動(dòng)手能力。
材料學(xué)科是一門偏實(shí)踐應(yīng)用的學(xué)科,為零部件選材、成型、工藝制定與優(yōu)化、產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)等提出科學(xué)依據(jù)。按照“新工科”理念,工科類專業(yè)人才培養(yǎng)的重點(diǎn)是學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,其中創(chuàng)業(yè)能力是指行業(yè)或企業(yè)主導(dǎo)者通過努力對(duì)資源進(jìn)行優(yōu)化整合從而創(chuàng)造出更大社會(huì)價(jià)值的能力,創(chuàng)新能力則是指工程技術(shù)人員持續(xù)提供具備經(jīng)濟(jì)價(jià)值、社會(huì)價(jià)值、生態(tài)價(jià)值的新思想、新理論、新方法與新發(fā)明的能力。要提高材料類專業(yè)人才的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,必然需要完善的“創(chuàng)意、創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)”人才培養(yǎng)體系。由此可見,在“新工科”背景下,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)型人才培養(yǎng)需要結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目進(jìn)行訓(xùn)練,在項(xiàng)目訓(xùn)練中將創(chuàng)意、創(chuàng)新思維付諸實(shí)際行動(dòng),以此培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力[7]。針對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)踐課程知識(shí)體系落后于學(xué)科前沿的現(xiàn)狀,學(xué)科競(jìng)賽可以將行業(yè)熱點(diǎn)、社會(huì)焦點(diǎn)、工業(yè)難點(diǎn)等問題帶給學(xué)生,讓競(jìng)賽參與者既可以在專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域有收獲、有感悟、有啟迪,又能在人文素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作,以及正確看待成功和失敗等方面都有很大收獲。因此,在全面深化高等教育改革的“新工科”背景下,學(xué)科競(jìng)賽已成為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的有效載體。通過參與專業(yè)類學(xué)科競(jìng)賽,既促進(jìn)了材料類專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研深度融合,也培養(yǎng)了學(xué)生運(yùn)用專業(yè)理論知識(shí)分析與解決實(shí)際工程問題的能力,對(duì)學(xué)校培養(yǎng)和造就創(chuàng)新型人才起到重要作用。
當(dāng)前,高校的教學(xué)模式中仍有工科教育理科化的傾向,傳統(tǒng)的以理論講授和原理驗(yàn)證為主的教學(xué)模式仍普遍存在于很多材料類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)之中,高校往往忽略了學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng),學(xué)生缺少系統(tǒng)的工程創(chuàng)新訓(xùn)練導(dǎo)致其實(shí)踐能力偏弱。參加學(xué)科競(jìng)賽有助于提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度,同時(shí)一些與材料類專業(yè)契合度高的學(xué)科競(jìng)賽具備強(qiáng)烈的工程背景,可以推動(dòng)教師在授課過程中有效補(bǔ)充工程知識(shí),因此對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的整合和調(diào)整起到重要的指引作用。例如,中國大學(xué)生材料熱處理創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽這一全國性的競(jìng)賽旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)金屬材料熱處理理論知識(shí)學(xué)習(xí)與熱處理實(shí)操的積極性,競(jìng)賽內(nèi)容主要涉及基礎(chǔ)件選材、工藝制定、設(shè)備選型、質(zhì)量檢驗(yàn)與控制等,競(jìng)賽內(nèi)容與材料類專業(yè)的課程體系高度契合,對(duì)“金屬材料熱處理”“材料科學(xué)基礎(chǔ)”等相關(guān)課程教學(xué)內(nèi)容的適時(shí)調(diào)整起到了極大的推進(jìn)作用。學(xué)生通過參加這類競(jìng)賽能充分認(rèn)識(shí)到,隨著現(xiàn)代科技水平的提高,傳統(tǒng)的金屬材料熱處理技術(shù)不斷取得新突破,在碳達(dá)峰與碳中和的背景下,熱處理行業(yè)亟須升級(jí)改造,因此,很多獲獎(jiǎng)作品關(guān)注的是噴霧淬火熱處理、鹽浴復(fù)合熱處理、氮基氣氛熱處理、等離子熱處理、無氧化脫碳熱處理等先進(jìn)的熱處理技術(shù),這就要求材料類專業(yè)教師在“金屬熱處理”等相關(guān)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中,要緊跟技術(shù)發(fā)展的前沿,適時(shí)調(diào)整授課內(nèi)容,增加先進(jìn)熱處理技術(shù)相關(guān)內(nèi)容,這些契合學(xué)科競(jìng)賽要求的教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,有助于發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)和儲(chǔ)備材料熱處理方面的優(yōu)秀人才,使學(xué)生能夠滿足國家新材料與高端裝備制造業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求。
“新工科”建設(shè)所關(guān)注的工程項(xiàng)目訓(xùn)練依靠單一的校內(nèi)平臺(tái)資源還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,亟須發(fā)揮校內(nèi)外聯(lián)動(dòng)機(jī)制,調(diào)動(dòng)社會(huì)資源充分參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的全過程。對(duì)于材料類專業(yè)的學(xué)生來說,他們參加的學(xué)科競(jìng)賽往往是依托具體的科學(xué)或工程問題,參賽作品通常以技術(shù)創(chuàng)新或新技術(shù)研發(fā)為主,甚至有些參賽作品直接與學(xué)生參與的各類科研項(xiàng)目或?qū)I(yè)實(shí)驗(yàn)課程緊密關(guān)聯(lián),因此這類學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)就必須依托功能完善的試驗(yàn)場(chǎng)所,并具備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備才能開展。在此背景下,學(xué)校就有足夠的動(dòng)力去推進(jìn)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)資源的整合與建設(shè)。通過合理調(diào)配高校自身的硬件資源與社會(huì)資源,搭建開展學(xué)科競(jìng)賽的共享資源平臺(tái),可以極大地提高硬件資源與人力資源的利用效率。太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院在組織和主辦相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽的工作中積累了較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),在實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)資源的整合方面進(jìn)行了有意義的探索和實(shí)踐。例如,與駐地企業(yè)簽訂人才培養(yǎng)實(shí)踐基地協(xié)議,柔性引進(jìn)企業(yè)高管和技術(shù)骨干擔(dān)任專業(yè)學(xué)科競(jìng)賽指導(dǎo)教師等。
太原科技大學(xué)材料類專業(yè)在多年的實(shí)踐中,重視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng),構(gòu)建了適應(yīng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的實(shí)踐環(huán)節(jié)課程體系。在學(xué)校材料類專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中明確要求具備與學(xué)科競(jìng)賽相關(guān)的專業(yè)課程或?qū)嵺`教學(xué)環(huán)節(jié)等模塊,達(dá)到了課程體系與學(xué)科競(jìng)賽的互相協(xié)調(diào)。例如,焊接技術(shù)與工程專業(yè)2021年修訂新版的人才培養(yǎng)方案,在專業(yè)選修課程模塊中開設(shè)了多門契合競(jìng)賽內(nèi)容和競(jìng)賽模式的專業(yè)實(shí)踐選修課,課程內(nèi)容涵蓋金屬材料熱處理、機(jī)器人焊接、3D打印、金相觀察等不同領(lǐng)域,初步構(gòu)建了學(xué)科競(jìng)賽關(guān)聯(lián)專業(yè)課教學(xué)體系的專業(yè)核心課程群。
同時(shí)在實(shí)踐環(huán)節(jié)的成績?cè)u(píng)定、學(xué)分獎(jiǎng)勵(lì)、教學(xué)計(jì)劃改革、教學(xué)手段革新、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行配套的實(shí)踐探索,使教師在實(shí)踐教學(xué)過程中有針對(duì)性地融合學(xué)科競(jìng)賽的相關(guān)環(huán)節(jié),并制定相關(guān)管理制度保障教學(xué)的順利進(jìn)行。例如,太原科技大學(xué)冶金工程專業(yè)建設(shè)了鋼鐵材料轉(zhuǎn)爐冶煉虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái),在實(shí)踐教學(xué)組織過程中,教師帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行沉浸式學(xué)習(xí),參與到與學(xué)科競(jìng)賽相關(guān)的高端鋼鐵材料冶煉等實(shí)踐項(xiàng)目的全過程中,涵蓋了學(xué)科競(jìng)賽要求的方案設(shè)計(jì)、材料制備、性能檢測(cè)、功能優(yōu)化、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析等環(huán)節(jié),同時(shí)在完成項(xiàng)目的過程中,指導(dǎo)教師也結(jié)合教學(xué)組織形式有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作精神、艱苦奮斗精神和項(xiàng)目管理能力。
因此,只要能夠合理地設(shè)置實(shí)踐課程教學(xué)內(nèi)容和方式,學(xué)科競(jìng)賽與專業(yè)課程以及實(shí)踐教學(xué)并不矛盾,反而會(huì)形成很好的合力。
工程教育專業(yè)認(rèn)證中,成果導(dǎo)向(OBE)作為一個(gè)重要理念已經(jīng)被廣泛認(rèn)可,這種教育理念強(qiáng)調(diào)以結(jié)果為導(dǎo)向,突出個(gè)人能力,強(qiáng)調(diào)績效責(zé)任以及個(gè)性化評(píng)價(jià),有利于促進(jìn)教與學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變,進(jìn)而提升人才培養(yǎng)質(zhì)量[8]。太原科技大學(xué)材料類專業(yè)在以學(xué)科競(jìng)賽促進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面進(jìn)行了基于OBE的積極嘗試,在專業(yè)知識(shí)目標(biāo)的基礎(chǔ)上結(jié)合學(xué)科競(jìng)賽的特點(diǎn),讓學(xué)生圍繞問題情景進(jìn)行探究式學(xué)習(xí),達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的目標(biāo),實(shí)現(xiàn)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升。例如,結(jié)合全國大學(xué)生金相技能大賽的參賽內(nèi)容,圍繞“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“金屬材料學(xué)”等專業(yè)課程目標(biāo),開設(shè)鑄鐵試樣金相觀察的綜合性實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)預(yù)磨、拋光、侵蝕等問題情景,引導(dǎo)學(xué)生基于問題情景進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)過程中6~8名學(xué)生為一組,要求學(xué)生在固定時(shí)間內(nèi)通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成各個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),有效鍛煉了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力,特別是小組長要具備組織和決策能力,才能進(jìn)行合理分工并充分發(fā)掘每個(gè)組員的興趣,組員之間通過知識(shí)互補(bǔ),完美地解決問題,從而提升了創(chuàng)新能力。因此,OBE教學(xué)模式注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力,它與美國教育心理學(xué)家本杰明·布魯姆提出的“認(rèn)知、情感、動(dòng)作技能”3個(gè)教育目標(biāo)有機(jī)契合,是“新工科”背景下培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的重要思路。
除了在課堂教學(xué)上建立基于OBE的線下探究式學(xué)習(xí)外,也可以采取信息化教育手段進(jìn)行線上的探究式學(xué)習(xí),特別是一些地方高校由于實(shí)踐性教學(xué)平臺(tái)資源不足,難以支撐其開展眾多的學(xué)科競(jìng)賽,因此建設(shè)線上學(xué)科競(jìng)賽訓(xùn)練載體尤為重要。這些線上載體具有信息推送精準(zhǔn)、傳播信息多樣化、快捷便利、用戶黏性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),能夠?yàn)閷W(xué)生交流和參與競(jìng)賽等提供更多方便。例如,太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院微信公眾號(hào)開設(shè)了“精材細(xì)琢”模塊,及時(shí)發(fā)布各種材料類專業(yè)相關(guān)學(xué)科競(jìng)賽的信息和資訊。這類學(xué)科競(jìng)賽信息化平臺(tái)依托便捷的即時(shí)通信功能,為學(xué)生提供了課下交流溝通的渠道,同時(shí)也讓學(xué)生可以在課下向老師提問或者提出意見。
建立完善與高效的學(xué)科競(jìng)賽組織和管理制度是推動(dòng)學(xué)科競(jìng)賽高質(zhì)量開展的重要一環(huán)。隨著學(xué)科競(jìng)賽逐漸普及和備受重視,高校競(jìng)賽管理機(jī)制已初具雛形,但是尚存在各部門之間聯(lián)動(dòng)機(jī)制不強(qiáng)、各個(gè)管理單位職責(zé)不明確的問題。太原科技大學(xué)在多年實(shí)踐的基礎(chǔ)上逐漸形成了三級(jí)管理體系,即校級(jí)職能機(jī)構(gòu)—二級(jí)教學(xué)單位—導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)。其中,校級(jí)職能機(jī)構(gòu)是整合了教務(wù)部、學(xué)生工作部、科學(xué)技術(shù)部的相關(guān)職能而組建的獨(dú)立運(yùn)行的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)院,負(fù)責(zé)學(xué)科競(jìng)賽的頂層設(shè)計(jì),包括制定競(jìng)賽管理制度、經(jīng)費(fèi)管理辦法、績效獎(jiǎng)勵(lì)政策等。將項(xiàng)目化管理理念引入學(xué)科競(jìng)賽中,根據(jù)學(xué)科賽事的專業(yè)相關(guān)程度,把競(jìng)賽劃撥給相應(yīng)的二級(jí)學(xué)院承辦。例如,全國大學(xué)生金相技能大賽由太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院承辦,“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽由計(jì)算機(jī)學(xué)院承辦。二級(jí)教學(xué)單位主要負(fù)責(zé)學(xué)科競(jìng)賽的具體管理,也就是過程管理,包括組織師生參加相關(guān)培訓(xùn)、組建競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)、競(jìng)賽宣傳、學(xué)生實(shí)訓(xùn)、競(jìng)賽報(bào)名篩選等工作。導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)的主要工作是制定競(jìng)賽方案,進(jìn)行專業(yè)指導(dǎo)和競(jìng)賽總結(jié)等。
本文在闡述學(xué)科競(jìng)賽對(duì)材料類專業(yè)人才培養(yǎng)意義的基礎(chǔ)上,從課程體系、學(xué)習(xí)模式、管理制度等3個(gè)方面提出了具體的實(shí)施路徑,明確了學(xué)科競(jìng)賽是新形勢(shì)下促進(jìn)“新工科”建設(shè)的一條有效路徑。高??梢砸詫W(xué)科競(jìng)賽為渠道,強(qiáng)化學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力,并進(jìn)一步促進(jìn)相關(guān)專業(yè)按照“新工科”的建設(shè)要求動(dòng)態(tài)優(yōu)化專業(yè)人才培養(yǎng)方案,持續(xù)提升人才培養(yǎng)質(zhì)量。