“工業4.0”背景下英語+材料化學專業人才培養新思路

蔣 燦，張云飛，吳艷光，鄢國平，李 亮

(武漢工程大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢 430205)

“工業4.0”是德國于2013年提出的一個高科技戰略計劃，是以智能制造為主導的第四次工業革命，其核心在于信息化、智能化的制造技術，其基礎在于材料科學與信息技術的融合與變革[1]。該技術革命正在全世界范圍內發生翻天覆地變化[2-3]。面對德國的“工業4.0”，我國提出“中國制造2025”，這一計劃的實現，離不開培養具有國際視野的材料科學新技術人才[4]。

目前，國內眾多的材料類專業是在傳統的材料學科基礎上建設而來，在以智能制造為核心的材料學科(即增材制造)建設方面較為滯后[5]。清華大學、北京航空航天大學、大連理工大學、華中科技大學、杭州電子科技大學、華南理工大學等在該領域取得了一系列研究成果，同時也培養了一批專門性新技術研究型人才。面對快速發展的增材制造技術，培養專門性研究型人才遠遠不夠，急需在本科教育中培養大批具有國際視野的復合型、應用型人才[6]。目前，國內高校材料學科本科教育在增材制造課程建設上僅僅停留在通識階段，遠未形成系統的課程體系[7]。

材料化學專業是材料學科新興專業，融合傳統材料科學與新技術的新興學科。我校英語+材料化學專業在本科四年級的實驗課程建設中，探索以“材料化學合成-材料減材制造-模型設計-材料增材制造-性能檢測”為思路，結合傳統材料學科知識體系與智能制造新技術的教學模式，培養具有國際視野的材料科學新技術復合型、應用型人才，以適應未來智能制造技術對世界帶來的變革。該實驗課程的建設與探索是材料學科的發展方向，在國內眾多材料專業實驗課程建設中具有開創性意義。

1 英語+材料化學專業實驗課程建設與探索

我校英語+材料化學專業于2014年開始招生，最早一批學生現已進入本科四年級。經過前三年的材料化學專業相關知識的學習，學生已初步掌握材料化學合成、材料加工的相關知識。根據培養方案設置，英語+材料化學學生將在大四上學期進行材料化學專業實驗課程的學習，旨在鞏固其所學專業知識，加深對本專業的認識，培養其動手能力和實踐能力，培養專業素養。不同于材料化學專業的實驗課程設置，英語+材料化學專業實驗課程更加側重于學生實踐能力、創新能力的培養。在“工業4.0”背景下，除注重講授傳統材料化學知識體系以外，結合新興的智能制造技術，使學生全方位發展。因此，該專業實驗課程的建設和探索，是將英語+材料化學專業學生培養成為具有國際視野的新技術復合型、應用型人才的重要環節，是到達培養目標的重要途徑。在2017-2018學年，我們已初步完成了英語+材料化學專業實驗課程教學條件和教學內容等建設工作，形成了以“材料化學合成-材料減材制造-模型設計-材料增材制造-性能檢測”等單元組成的創新性教學思路，完善了實驗教學條件。根據學生對該課程學習的反映情況，我們對課程內容進行了優化，部分內容刪減和增添。對學生的學習效果進行了分析和討論，總結出實驗教學環節中存在的問題，為今后該課程的完善奠定了基礎。經過分析，我們發現通過該課程的學習，學生對已學習過的學科基礎知識有了更為全面的了解，對學科發展有了更深刻的認識。同時，學生們更能主動地去解決學習中所遇到的困難，獨立思考能力得到了極大的提高。

2 專業實驗課程建設對學生協作、創新、創業能力培養的促進

由于在專業實驗課程內容中，我們增加了以往課程中沒有的部分—“增材制造”內容。該教學內容對于拓展學生視野，豐富學生想象力，培養學生創新創業精神有極大的促進作用。該部分內容利用工程教育實訓中心3D打印設備，為學生們提供了一個相互交流和合作的發展平臺。在課程的教學過程當中，許多任務學生們需要合作完成，比如3D打印建模、材料加工設備的操作，這些過程使得學生的協作能力得到了鍛煉。此外，在該課程的教學過程中，讓學生深入探討了該技術的發展趨勢，引導和幫助學生開展創新研究，對于培養學生的創新思維有極大的幫助。而且，筆者分析了學生們難于創新、不敢嘗試的原因，總結出激發學生創新創業精神的因素，并在其它課程的教學過程中，對學生的創新精神有針對性的進行引導和培養。比如，在無機化學理論課程和實驗課程中，糾正課本知識即是真理的固有觀念，鼓勵學生采取質疑的方式進行學習，多讓學生談自己的理解和見解，以溝通和討論的教學方式為主。這些方法也為今后該實驗課程及其它課程培養學生的創新能力提供了很好的借鑒。

3 專業實驗課程建設在英語+材料化學教學實踐改革中的應用以及提高學生實踐能力

教學實踐課程是材料化學專業必不可少的培養環節，是培養學生實踐能力，動手能力，培養應用型人才的重要組成部分。英語+材料化學專業實驗課程是基于材料化學合成、材料加工、材料測試等專業基礎課程上，結合了新興的增材制造技術。然而，關于此技術內容的課程，在以往的專業基礎課程中均未涉及到。因此，該專業實驗課程對現有專業課程內容的改革提出了要求。比如，我們在《高分子化學》課程中，引入聚乳酸材料的合成等內容；在《材料化學》以及 《材料測試分析方法》中需強調材料熱性能、流變性能和力學性能等內容；尤其是，對于《材料加工工藝學》這一門課提出了增添智能制造內容的要求。此外，在材料化學專業實習實踐課程中，與增材制造相關企業合作開展科學研究，并與相關3D打印技術企業建立實習基地等，為學生對該領域的學習和實踐提供了良好的發展平臺。使學生全面了解和掌握材料學科知識體系、材料產業上中下游基本生產模式，以及智能制造相關知識。

4 專業課程建設成果及經驗在實驗課程材料化學課堂教學改革中的應用

傳統的大學課堂教學主要以教師板書或多媒體教學為主，所講內容多是以書本知識或結合自身經驗灌輸式的教學。當代的大學生從九年義務教育到三年高中，再到大學，這種灌輸式的教學方式已經使得學生對學習感到疲憊甚至厭卷。因而，針對這一問題許多學校進行了大量的教學改革，但收效甚微。學生對具體詳細的知識或者實踐經驗更有興趣，更具主動學習的熱情。增材制造技術在教學中的應用為解決這一問題帶來了契機。增材制造技術的應用可將教學過程中抽象知識和問題以直觀的方式顯現出來，或者讓學生通過應用智能制造探索問題本源，更能激發學生的學習熱情和興趣。因此，智能制造技術在英語+材料化學課堂教學中運用是非常有必要的。

5 結束語

在英語+材料化學專業實驗的課程建設中，構建傳統材料化學基礎理論與智能制造技術相結合的知識體系，對于提高學生團結協作能力和綜合素質，提高學生的科研能力、就業能力，并培養學生的創新創業能力等方面，提供了嶄新的教學思路。這一教學方法，不僅使學生具有產品開發、設計、技術改造乃至市場運營、管理等多方面的能力，而且讓學生在學校所學的知識與社會需求完美銜接，使得學生綜合素質明顯提高，培養出緊跟社會發展潮流的創新型人才。