摘 要 為應對國家新材料強國戰(zhàn)略以及經(jīng)濟社會發(fā)展對新工科人才的需求，文章提出了現(xiàn)代工程裝備材料課程和技術創(chuàng)新方法的課程融合思路，并簡析了該教學改革方案相比傳統(tǒng)教學方式的優(yōu)勢。同時，輔以全國商業(yè)精英挑戰(zhàn)賽國賽一等獎獲獎方案“新一代5G通信基站散熱材料”為實例，探討了現(xiàn)代工程裝備材料課程與技術創(chuàng)新方法的融合與實踐對于培育新一代高素質工科人才的重要意義。

關鍵詞 課程融合與實踐；現(xiàn)代工程裝備材料；創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.26.011

Curriculum Integration and Practice： Cultivating Undergraduate Students'

Innovation and Entrepreneurship Abilities

YU Jiamin， ZHANG Hai

（School of Iron and Steel， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215137）

Abstract In response to the national strategy of building a strong country in new materials and the demand for new engineering talents in economic and social development， this article proposes a curriculum integration approach of modern engineering equipment materials courses and technological innovation methods， and analyzes the advantages of this teaching reform plan compared to traditional teaching methods. At the same time， taking the first prize winning scheme of the National Business Elite Challenge National Competition "New Generation 5G Communication Base Station Heat Dissipation Materials" as an example， this paper explores the important significance of the integration and practice of modern engineering equipment material courses and technological innovation methods in cultivating a new generation of high-quality engineering talents.

Keywords curriculum integration and practice; modern engineering equipment materials; innovative and entrepreneurial thinking

近年來，在國家層面的《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃以及中國工程院面向2035的新材料強國戰(zhàn)略研究等國家戰(zhàn)略的推動下，現(xiàn)代工程裝備材料領域的發(fā)展受到廣泛關注。作為國民經(jīng)濟建設、社會進步乃至國防安全的重要物質基礎，材料產(chǎn)業(yè)在我國工業(yè)化進程中后期發(fā)揮著至關重要的作用。開展新材料強國戰(zhàn)略研究，對于支撐我國制造強國戰(zhàn)略的實施具有重大的戰(zhàn)略意義[1]。

與此同時，作為現(xiàn)代高新技術發(fā)展的基石和先導，新材料領域技術與產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展對新材料人才的素質要求日益提高。為建設材料強國，培養(yǎng)和造就一支規(guī)模合理、結構優(yōu)化、素質精良的新材料人才隊伍已然成為當務之急。然而，在本科教學實踐中，現(xiàn)代工程裝備材料課程面臨諸如抽象概念難以理解、知識面過于寬泛，以及實踐操作環(huán)節(jié)不足等一系列挑戰(zhàn)。為解決上述問題，本文建議將TRIZ理論與現(xiàn)代工程裝備材料課程相融合，并分析了這一教學改革方案的優(yōu)越之處。同時，本文結合大學生參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽的實踐案例，探索有效的教育模式和方法，以期培養(yǎng)出具備創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力的高素質專業(yè)人才[2]。

1 課程融合： 構筑復合型人才培養(yǎng)新模式

1.1 現(xiàn)代工程裝備材料概述

現(xiàn)代工程裝備材料課程是工程專業(yè)教育中的一門核心課程，其內(nèi)容主要涵蓋各種類型的金屬材料以及其他新型功能材料等廣泛的材料類型和應用領域。該課程不僅系統(tǒng)講授各種材料的組成、結構、性能及應用，還重點介紹先進制備加工工藝和表征分析技術，并結合實際工程案例，使學生能夠全面把握材料科學與工程應用之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過理論學習與實踐環(huán)節(jié)的有機結合，該課程可以培養(yǎng)學生分析材料和解決復雜工程問題的能力，為培養(yǎng)復合型、創(chuàng)新型工程技術人才奠定堅實的專業(yè)基礎。

然而，在現(xiàn)代工程裝備材料課程的教學實踐中，仍然存在一些瓶頸和困難。首先，該課程知識面廣泛，涉及多種材料體系，概念和理論往往比較抽象，對學生的理解和消化能力提出了很高的要求。其次，材料領域的發(fā)展日新月異，新型材料和新興應用層出不窮，而工業(yè)企業(yè)以及社會發(fā)展中新的工程材料問題不斷涌現(xiàn)，如何及時更新教學內(nèi)容、激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，不斷解決應用中的新問題也是一大挑戰(zhàn)。另外，受實驗條件所限，課堂教學缺乏足夠的實踐操作環(huán)節(jié)，學生難以獲得充分的實踐鍛煉，影響其對理論知識的靈活運用。

因此，針對該課程教學中存在的瓶頸，有必要進行一些教學改革和創(chuàng)新，比如引入先進的教學手段和方法，加強課程與工程實踐的融合，更新優(yōu)化教學內(nèi)容體系等，以期不斷提高教學質量，更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

1.2 專業(yè)課程與技術創(chuàng)新理論方法的有效融合

TRIZ理論即“發(fā)明問題解決理論”，是一種系統(tǒng)化的創(chuàng)新方法。它基于對大量專利文獻的分析，總結出了一系列解決創(chuàng)新問題的規(guī)律和原理。其核心思想是通過消除技術矛盾和實現(xiàn)技術進化，最終獲得理想化的解決方案[3-5]。TRIZ理論為幫助學生理解和掌握現(xiàn)代工程裝備材料課程中的抽象概念和原理提供了有力方法論。其中，矛盾分析和解決、功能分析、理想性原則等工具可以應用于課程教學，將抽象概念具體化、形象化，使學生更容易認知和內(nèi)化相關知識；同時，TRIZ理論中豐富的科學效應庫和創(chuàng)新案例正可與材料課程內(nèi)容結合，激發(fā)學生興趣，促進其記憶和理解。

此外，TRIZ蘊含的思維啟發(fā)原理如40項創(chuàng)新原理、76種標準解等，通過導入案例實操環(huán)節(jié)，可以有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維習慣和抽象思維能力。將這些創(chuàng)新思維理念和方法貫穿材料課程教學全過程，一方面可以讓學生在理論學習中樹立創(chuàng)新意識，另一方面又可在實踐活動中鍛煉創(chuàng)新技能，進而達到高效掌握專業(yè)知識的目的。

如圖1，TRIZ理論同樣可以用來解決現(xiàn)代工程裝備材料發(fā)展中的問題，具體方法如下。

1.2.1 問題分析及轉化

對現(xiàn)代工程裝備材料的功能進行深入分析，明確其核心功能和輔助功能，這有助于學生識別材料在特定應用中的瓶頸和挑戰(zhàn)。在功能分析的基礎上，確定材料發(fā)展中的主要沖突。例如，強度與輕量化、耐久性與成本等。

1.2.2 利用TRIZ工具

針對識別出的沖突，應用TRIZ的各種工具和原理，如物質―場分析、ARIZ算法、技術進化法則、頭腦風暴等，對材料的相關屬性、功能以及應用進行全面分析，尋找可能的解決方案。

1.2.3 解決方案生成

結合現(xiàn)代工程裝備材料的特性和技術趨勢，提出多種解決方案，包括新材料的使用、現(xiàn)有材料的改進等。在理論層面提出解決方案后，通過實驗驗證其可行性和效果，這一步對于確保解決方案的有效性和實際應用至關重要。此外，還需根據(jù)實驗結果和實際應用情況，對解決方案進行反饋和持續(xù)優(yōu)化，確保其滿足現(xiàn)代工程裝備材料的發(fā)展需求。

1.2.4 知識管理

在整個過程中，注意積累和整理相關知識，形成知識庫或知識圖譜。這有助于未來類似問題的快速解決。

可以說，TRIZ理論為材料課程教學注入了創(chuàng)新的活力，開辟了一條解決傳統(tǒng)教學困境的新路徑。它將創(chuàng)新問題抽象為矛盾，并運用創(chuàng)新原理和標準解決方案來解決矛盾，這種由具體到抽象再到具體的思維模式有利于學生更好地把握材料科學中抽象的概念和原理，促進學生解決復雜問題以及創(chuàng)新思辨能力的培養(yǎng)。

2 課賽結合：通過實踐探討工科人才培養(yǎng)的新視野

伴隨全球工業(yè)的發(fā)展以及企業(yè)競爭壓力的加大，技術的創(chuàng)新與發(fā)展在時代前進的浪潮中扮演著愈加重要的角色。高等教育作為人才培養(yǎng)的中堅力量，充分洞悉每一個時代背景下對人才的需求。下面謹以“新一代5G通信基站散熱材料”方案帶領學生參加全國商業(yè)精英挑戰(zhàn)賽并獲得國賽一等獎為例，進一步闡述課程融合學習與實戰(zhàn)對于培養(yǎng)新一代工科創(chuàng)新型高素質人才的重要意義。

2.1 學生創(chuàng)新能力及工程實踐能力的培養(yǎng)

我們鼓勵學生敢于發(fā)現(xiàn)問題并具備問題分析與轉化的能力。經(jīng)過調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)從4G通信基站到5G基站的推進過程中，相關功耗提高了200%―300%。為了解決5G基站散熱困難以及5G通信技術難以大規(guī)模推廣使用的問題，我們迅速組織學生團隊展開調(diào)研和實踐，深入研究5G功耗對材料帶來的挑戰(zhàn)，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)的導熱材料大致在80―100W/m.K，120―180MPa，導熱性能與屈服強度矛盾強烈但綜合性能不足，同時國外也沒有針對5G基站的相應高強高導熱材料技術。針對當前材料性能不足、無自主知識產(chǎn)權和技術空白等一系列實際問題，我們進一步引入技術創(chuàng)新方法與理論課程中的“創(chuàng)新思維方法”，打破思維慣性，綜合運用“物理矛盾、技術矛盾”和“資源分析”等TRIZ理論研究方法，率先提出新一代高強高導熱鋁合金的理念。

2.2 學科交叉融合及學生綜合能力的培養(yǎng)

在項目實際推進過程中涉及多個學科及領域，如對無線通信技術與設備、硬件設計與制造等散熱環(huán)境及過程進行了模擬，通過對多學科知識的融匯梳理出創(chuàng)新的技術理念。同時，在反復的評估和方案優(yōu)化過程中，成功在合作企業(yè)山東魏橋集團、廣東澳美鋁業(yè)有限公司進行了中試測試，經(jīng)企業(yè)反饋多項技術屬世界首創(chuàng)、各項指標均屬世界一流。在項目參與過程中，學生與企業(yè)及團隊合作協(xié)調(diào)等綜合能力也得到了很好的訓練。團隊也率先進入校內(nèi)培育項目，并在中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽蘇州大學校內(nèi)評比中獲得一等獎，隨后在全國商業(yè)精英挑戰(zhàn)賽中也獲得全國總決賽一等獎。團隊中的多位同學因其突出的創(chuàng)新解決問題的能力等優(yōu)秀特質紛紛被上海交通大學、浙江大學、復旦大學、新加坡國立大學等國內(nèi)外一流高校提前免試錄取，攻讀研究生繼續(xù)深造。

2.3 高校創(chuàng)新環(huán)境的培養(yǎng)

為了更好地應對未來發(fā)展的挑戰(zhàn)，高校應繼續(xù)加強現(xiàn)代工程裝備材料課程的建設，以蘇州大學為例，自2020年開始蘇大首次為本科生開設技術創(chuàng)新方法與理論課程，強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的培養(yǎng)。為進一步強化本科生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識和實踐能力的培養(yǎng)，鼓勵學生積極參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育和實踐活動，同時學校出臺一系列教育改革措施，把深化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育作為人才培養(yǎng)的重要改革任務來抓，深入推進創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程改革，進一步完善學校學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育課程體系，加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育平臺建設，構建合作、開放、共享的實踐教育平臺。同時開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育競賽活動，構建賽學協(xié)同、賽教協(xié)同、賽創(chuàng)協(xié)同的競賽網(wǎng)絡，讓學生在課賽結合的模式下不斷激發(fā)創(chuàng)新潛能。

3 總結與展望

技術創(chuàng)新方法與理論和現(xiàn)代工程裝備材料兩門課程的融合，不僅是知識的整合，也是理論與實踐的結合。將創(chuàng)新方法與理論應用于現(xiàn)代裝備材料的研發(fā)和改進中，引導學生探索未知領域、發(fā)現(xiàn)新問題并尋求解決方案。這種跨學科的課程設計為學生提供了更廣闊的視野和更全面的知識體系，有利于培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和問題解決能力。展望未來，我們將繼續(xù)深化課程改革，將更多先進技術和理念融入課程，加強與科技界和企業(yè)界的合作，為學生提供更好的創(chuàng)新機會和創(chuàng)新平臺。我們也將更加關注前沿科技動態(tài)和“卡脖子”問題，引導學生為發(fā)展國家重大戰(zhàn)略性工程材料和破解國家科技難題開啟智慧和提升創(chuàng)新能力。同時，我們將關注新材料科技前沿動態(tài)，努力培養(yǎng)出更多具備國際競爭力的創(chuàng)新型人才。

參考文獻

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