從材料類專業現狀看我校材料類專業的建設與發展

惠 群，陳志謙，李 路，李 慶

（西南大學材料與能源學部，重慶400715）

材料一直是人類賴以生存和發展的物質基礎。材料的研發水平已經是衡量一個國家經濟發展、科技進步和國防實力的重要標志。但是材料科學這個名詞直到1957年才由美國學者提出。60年代初，材料科學與工程（MSE)大學科的概念被確定。這門學科的發展過程遵循了現代科學發展的普遍規律，通過各門涉及材料的學科相互交叉、滲透、移植，由細分走向綜合，最終形成具有共同理論和技術基礎的大材料科學[1]。近十幾年來，我國MSE的學科教育改革迅速發展，幾乎全國所有設有和MSE學科有關本科專業（稱為材料類專業）的院校均已程度不同地進行了改革，并且出現了有根本突破的新思路新方案。分析并掌握材料類專業的現狀，將為我校材料類專業的建設與發展提供借鑒和參考。作者對此從材料類專業現狀，專業建設面臨的問題以及發展思路與建議3個方面進行論述。

1 材料類專業現狀

1.1 專業設置

涉及材料的專業最早起源于冶金學研究，并與采礦學的發展有著不可分的密切關系。在20世紀60年代以前，國內外還沒有真正意義上完全獨立的材料專業，但在化工，機械、冶金等專業中已培養了大量的材料專業人才。20世紀60年代起，歐美高校逐步開始將原來設置在化工、機械和冶金等院系中與材料有關的專業陸續分離出來，成立了“材料科學與工程系”或“材料科學系”等獨立的系科。以麻省理工學院為例，其在1974年便成立了獨立的材料科學與工程系。自此，MSE作為一門獨立的新興學科走上了歷史的舞臺。到80年代中后期，歐美大部分高校已經實現了材料類專業的獨立化，按MSE學科來培養學士。由于國外對于本科專業的設置沒有很細致，材料類專業大多只設置了材料科學與工程一個專業。相對而言，新中國材料類專業經歷了以產品-行業-學科設置曲折的演化過程[2][3]，體現了社會需求、MSE學科專業結構與人才素質之間的相互作用關系。

近十幾年來，為了適應時代的需要，教育部第4(1998年）、5次（2012年）修訂的《普通高等學校本科專業目錄》中都對材料類專業的調整幅度最為突出。1998年設置的目錄中，理學材料科學有材料物理和材料化學兩個專業，工學材料類有冶金工程、金屬材料工程、無機非金屬材料工程和高分子材料工程4個專業，覆蓋了1993年設置的目錄中材料類有色金屬冶金、冶金化學、腐蝕與防護以及硅酸鹽工程高分子材料等近20個專業[4]，同時在《工科本科引導性專業目錄》將材料科學與工程作為寬口徑的引導性專業。2012年實行的新目錄將理科和工科材料融合成大材料類，分出8個基本專業（分別是材料科學與工程、材料物理、材料化學、冶金工程，金屬材料工程，無機非金屬材料工程，高分子材料與工程和復合材料與工程）和6個特設專業（分別是粉體材料科學與工程，寶石及材料工藝學、焊接技術與工程，功能材料、納米材料與技術和新能源材料與器件）[5]。由于各高校原所屬部門的不同及過去按行業、產品設置專業的影響，材料類專業所屬院系名稱安排上有很大不同。大多數院系命名為材料科學與工程院系，以及材料和其它學科聯合的院系，例如材料與化學學院（比如中國科學技術大學，中國地質大學等），冶金與材料科學學院（東北大學，貴州大學等）。

1.2 招生規模

自1998年以后，高等教育體制發生了變化，主要體現在國家、省、部、社會共同辦學，使得高等教育由“精英化”趨向“大眾化”教育，材料類專業的招生規模迅速擴大。1994年，我國只有有140多所高校設有材料類專業，2003年增至200余所[6],到2015年已有400余所高校[7]。絕大多數985高校和超過50%的211高校都開設材料類基本專業，開設最多的依次是材料科學與工程，其次是材料化學、材料物理、高分子材料與工程專業。但是從全國所有高校來看，金屬材料工程專業是開設最多的，這說明金屬材料在四大材料依然應用最廣泛，該專業的開設與各個高校具體實情以及所在地域對人才的需求相關。在招生人數方面，我國高校在2003年材料類專業招收人數就達2萬多人，在校學生總人數達7萬多人，這說明我國高校材料類專業人才的培養在本世紀之初就已具有較大的規模。從最近幾年的招生人數看，材料科學與工程專業的招生規模有較大上升的趨勢，這從某種程度上體現出了我國本科教育培養寬口徑材料類人才的發展趨勢。

1.3 教育內容和范疇

MSE學科是一門基礎學科，和物理、化學等學科有著非常密切的關系，具有多學科性。20世紀后期，材料的應用越來越廣泛，許多其他產業領域的發展都與材料的制備、合成、性能以及應用等密切相關，材料學科與其它學科如生物、電子信息、能源及環境科學等進行交叉滲透，MSE學科發展的另一個重要特征就是交叉性。因此材料類專業教育內容及范疇在不斷的拓展之中，除了以“性質”、“結構與成分”、“制備與加工”及“使用性能”四要素及其關系構成的“材料學科共同基礎知識”作為主要教學內容，材料科學、材料工程在內的材料學科基礎知識和多學科交叉拓展知識也成為重要教學內容。原來專業的界限逐漸打破，借鑒歐美諸國材料科學與工程教育模式與體系，人才培養模式從“專業培養”轉向“學科培養”，從狹窄的專業教育向全面的素質教育轉變.從鉆研狹窄的單科教育向建立工程意識教育轉變。

1.4 人才培養模式

目前材料類專業人才培養模式涉及到人才培養目標和人才培養措施兩方面。人才培養目標指的是對所要培養出人才的質量和規格的總規定；人才培養措施是為了達到人才培養目標而采取的辦法，主要包括培養內容、培養手段、培養制度和培養評價。

1.4.1 人才培養目標

依據不同的學校類型（研究型、教學研究型、教學應用型等），材料類專業的培養目標大致有以下3種：一是致力培養具有國際化視野的、高層次的，并且掌握核心技術的較高綜合素質的人才，代表性的高校有清華大學、上海交通大學和中南大學等；二是面向研究型人才的培養，致力于培養高學歷的人才，代表性的高校有北京科技大學，武漢理工大學和西南交通大學等；三是面向行業第一線和基層，強化工程應用能力，致力于培養具有扎實的基礎理論和專業實踐能力的工程技術應用型專業人才，代表性的高校有桂林理工大學、燕山大學和常州大學等。

1.4.2 人才培養措施

培養內容是以課程的形式體現出來的。材料類專業設置的課程可以用公共基礎（通識教育）課程、專業基礎課程，專業課程來劃分。各高校課設的公共基礎課程大體相同，但是所占學分比重和專業課程學分比重差異較大，專業課程和專業基礎課程學分比重差異也較大。例如，中南大學材料類專業課程學分比重很高，體現了該校對人才的專業要求較高；而北京工業大學專業課程學分比重遠低于其公共基礎課程學分比重，但是其專業基礎課程和實踐實驗課程學分比重占有很大比例，體現了該校注重于人才的基礎知識以及實踐能力的培養；另外，上海交通大學專業課程與公共課程學分比重相近，與專業基礎課程學分也相近，其課程體系還設置了個性化教育模塊，學生可任意選修的課程，主要以相關專業知識為主，體現了該校注重綜合能力的發展。以必修課程與選修課程來劃分，按所占學分比重的比較，幾乎所有大學材料類專業學生選課學習的自由度并不高。以理論課程與實踐實驗課程來劃分，研究型、研究教學型大學的理論課程學分比重總體較高，實踐環節較低，而教學應用院校的實踐環節學分比重相對較高，這也對應前面不同的培養目標，前者注重于綜合性專業人才的培養，偏理論知識，后者注重于專業技術型人才的培養，偏實踐環節。

一些高校對材料類專業人才的培養手段也不盡相同，主要是通過教學這個基本途徑來實現，涉及到教學的方式和方法。例如，清華大學材料類專業十分注重教學與科研相結合、學校教育與工程實踐訓練教育來培養學生的科研探索精神和實踐動手能力，同時也注重以學生為主體，實施多樣化的校內教學模式，如研討班、實驗課、學術講座等等；中南大學材料類專業采取與相關領域的大中型企業簽署合作協議進行聯合培養的方式，讓學生在完成三年的基礎知識學習之后直接進入企業進行長達一年時間的工程實踐或者畢業設計，每位學生除了有學校指導教師外，還有企業專家擔任導師對學生進行一對一的指導；鄭州大學在課堂教學外，組織本校教師結合相關專業方向和科研前沿為高年級學生做專題講座，還聘請國內外材料科研領域知名專家、學者來校進行學術交流，作學術報告，拓寬學生的知識面，與研究所、企業等單位建立“產學研”聯合體，學院每年安排學生到這些單位進行畢業論文（畢業設計）或畢業實習，另外還實行導師制，3-6名學生配備一位專業教師作為學業導師，老師需要與學生進行交流和座談，還鼓勵和引導學生參與科研項目。

各高校材料類專業培養制度也有差異。在專業設置制度上，有的高校只設置一個材料類本科專業，即材料科學與工程專業，按一級學科設置專業方向，在完成二、三年的基礎知識學習之后將進行分流培養，例如清華大學、上海交通大學和北京科技大學等；有的高校實施材料類專業大類招生并組織通識教育和大類專業基礎課程教學，到了二、三年級學生可以選擇專業甚至是專業方向，例如中南大學和武漢理工大學等；有的高校不實行大類招生，依舊按照材料類具體專業進行招生，例如常州大學等。在修業制度上，大部分高校都抨棄了傳統的學年制，即在規定的年限內學規定課程，成績合格就允許畢業，而實行學分制，學生自行安排學習年限，修完規定的學分，達到規定績點，就能申請畢業。

各高校材料類專業在培養評價方面，不僅包括通過考試和考查的方式對學生學業成績進行評價，還包括通過多種方式對課程、教學和教師進行評價，并設定一定的標準，來獲得畢業證書和學位證書。并且有不少高校材料類專業是教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業,需要達到其質量要求。

2 材料類專業建設面臨的問題

2.1 專業設置單一

材料類專業是以MSE學科為依托。該學科在各高校的形成大體有兩種不同方式。一是在工科院校中通過冶金與機械，或金屬、非金屬、高分子三大類材料以及它們的復合材料所依存的專業而建立起來的，側重于從具體應用的角度來探求新材料的性能評價與使用。另一類是一些綜合性大學在追蹤科技前沿的基礎上，由物理學與化學孕育并分化形成材料物理與材料化學新學科，其特點是材料學與物理學、化學等學科交叉結合。西南大學的MSE學科就是以第二種方式形成的。為實現學校全面發展，加強工科基礎發展，2003年依托材料物理專業從西南師范大學物理學院抽調人員組建了材料與工程學院，并開始建設MSE學科（彼時，西南師范大學還有材料化學專業，該專業一直是該?；瘜W學科下的自設專業，屬化學類，一直無法歸入材料學院，算得上專業調整遺留下來的歷史問題。2017年該專業停止招生。）2005年，西南大學合并組建后，學校的綜合實力很強，但是偏農，偏理和偏文，工科實力很弱。在是否保留材料科學與工程學院的問題上分歧嚴重，作為工學下的材料科學與工程學科建設緩慢，與西南大學在國內高校的實際排名并不相符。幾經掙扎，2011年才增設了金屬材料工程專業，材料物理專業也獲批為重慶市高等學校市級特色專業。2013材料科學與工程學院和潔凈能源與先進材料研究院合并成立材料與能源學部，教學和科研水平自此得到極大加強。2017年度最新數據顯示，我校MSE學科已經是美國基本科學指標數據庫（ESI）國際排名全球前1%學科。由于這樣的曲折發展歷程，我們的材料類專業設置單一，只能按專業對口的培養模式，即按具體的材料種類學習專業知識，但對其它方面的材料以及相互之間聯系了解很少，專業口徑窄，學生在涉及學科領域交叉或新材料開發方面就感到專業基礎薄弱，知識面過窄等。我們的專業設置已經不能適應目前的社會主義市場經濟和當代科學技術發展對材料類人才的需求，也與我們的MSE學科排名不匹配。

2.2 沒有形成自己的特色

人才培養規格和培養模式的多樣化的趨勢下，能夠辦出特色的教學是高校材料類專業發展與生存的基石。特色包括了特色方向，課程體系特色，人才培養特色，實踐特色等等。特色方向比較重要，各高校根據市場需求，學科優勢和地域特色來制定專業的特色方向。例如重慶大學在鋼鐵冶金、鎂合金、材料加工及成型、核工業新材料、新型建材等方面形成了鮮明特色，部分研究領域的科技實力已進入國內領先、國際先進行列；中南大學以有色、稀有金屬材料為主，兼有無機非金屬材料、高分子材料等基礎理論研究、技術創新、成果轉化和高層次人才培養的中心和重要基地；河海大學形成了堅持基礎與應用并重、理論與實踐結合，以解決我國重大水利水電工程、土木工程及環境工程中的力學和材料問題為目標的特色。相比較而言，我們的各方面的特色還不夠突出，沒有屬于自己學校的特色品牌的材料類專業，另一方面，教學方式方面的特色也比較少，有待進一步加強。

2.3 教學實踐不足

材料類專業具有很強的實踐性。教學實踐包括實驗課程、參加科研項目、去企業實習等等。我們的實踐類課程所占學分和學時數處于較低比例。大部分實驗課程內容多是依附于理論課程，局限于驗證原理以及熟悉基本操作步驟，即便有虛擬實驗題目讓學生完成，但因并非來自工程實際和產業技術發展前沿，不利于培養學生的創新思維以及創新能力；我們的師資隊伍里還缺少“雙師型”教師，與產業界聯系不夠緊密，基本上沒有工業實踐經歷，科研項目內容與企業生產實際聯系不緊密，也從某種程度上影響了學生培養質量；另外，我們和企業的合作不夠緊密，沒有從學校層面全力推進校企合作機制，建立的學生實習基地偏少，工程實踐訓練被弱化，畢業生產實習被走馬觀花的參觀實習所代替，畢業設計中有關實際工程性題目也不多，沒有很大的實踐意義。

3 材料類專業建設發展思路與建議

總體建設發展思路是以MSE學科建設為核心，以專業建設為依托，培養師資隊伍，形成具有專業特色的課程體系，加強實踐教學，增強培養高層次材料類人才的能力。

3.1 以學科建設為龍頭

學科建設為專業建設提供優質的教育資源，為培養高素質的師資隊伍創造條件，可以使實踐教學條件得以改善。只有以MSE學科建設為龍頭,材料類專業建設才能不斷地發展和深化,才能形成辦學特色。

3.1.1 確定MSE學科主體方向

MSE學科要重視提高本學科的科研水平，還不斷加強與其他學科的交叉融合，發現和形成新的學科生長點。通過與其他學科的交叉融合，進一步優化學科的結構，提高學科整體水平，促進相關學科的發展。現在MSE學科已經確定了材料分析成型工藝、先進功能材料和金屬材料方向，但是還沒有一個主體研究方向，也就是水平層次高穩定性強的研究方向。這樣整個學科就會缺少特色,相關的研究方向也會失去發展的驅動力、導向和基礎。因此,建設能體現本體特色的研究方向是本學科建設的重點。

3.1.2 師資隊伍規劃

學科建設必須以人為本。這就需要制定近期的和長遠的師資隊伍建設,組織和凝聚已有的學術力量，按實際需要有目的地引進具有真才實學的人才。只有選拔和培養出在本學科具有堅實的理論基礎,較寬的相關學科的知識面與很強研究能力的學科帶頭人和學術帶頭人,才能帶大家走在學科建設的前沿。

3.1.3 申報MSE一級學科碩士點和博士點

學科建設還應與學位點的建設相結合,以提高層次。近年來，西南大學的MSE學科快速崛起，生源逐年增加。以該學科碩士點報名人數為例，2014年報考人數62，2015年報考人數86，2016年增至95，已成為我校熱門學科之一?，F在材料與能源學部已經有有兩個交叉一級學科博士點(潔凈能源科學、納米生物醫學)，兩個MSE二級學科碩士點(材料物理與化學、材料學)。已經培養出本科生800多名，研究生120多名，畢業生遍布全國從事教學、科研、生產和管理。這些都為MSE一級學科碩士點和博士點建設奠定了良好基礎。

3.1.4 合理增設專業

材料類專業設置已經不適應社會需求，也未體現出西南大學近年來在MSE學科建設上取得的成果。增設新的材料類專業已經是刻不容緩。但是設置新專業，一定要在仔細評估自身師資力量，教學資源的基礎上慎重進行。學部應該非常適合增設新能源材料與器件專業（材料類特設專業）。首先最近幾年我們在太陽能電池材料，先進功能材料取得了一批先進的科技成果，這樣可以充分利用原有的資源建設有實力的專業，避免不顧自身力量的盲目跟風；其次，學校地處西南重鎮，在重慶市大力發展新能源汽車工產業的背景下，培養符合需求的專門人才就顯得尤為迫切。另外，經過了充分調研，掌握了重慶市其他院校開設材料類專業的情況，招生人數、在校人數、培養方向、培養目標以及該新設專業的就業方向、就業率、考研率、服務行業等信息。面對新時期經濟與技術發展，以及國家急需創新人才的要求下，我國高校需要面向工業生產實際，進一步拓寬專業口徑。對于材料類專業而言也面臨著同樣的狀況，以MSE一級大學科設置專業是必然的發展趨勢。所以，增設材料科學與工程專業也應重點考慮。需要注意的是，設立一個新的專業是一項大工程，需要新師資、新設施、新投資，但開設或是更新一門課程，難度小也靈活得多。在設置新專業之前，應該結合現有的課程開設一些新的相關課程。以課程為核心，通過課程發展帶動專業學科發展，更易于調整和創新。

3.2 課程體系優化

人才培養目標是通過課程體系來實現的，課程體系是具體載體，是開辦出各種特色的最主要的依據。比如在課程體系中協調設置通識基礎課程、專業基礎課程和專業課程，但突出院校自身培養人才的重點，就可以培養出具有院校特色的高素質專門人才和拔尖創新人才；設置優質課程體系，在實踐教學環節上適當增加學分比例，以強化實踐教學環節，就可以培養出實干型人才，而在理論環節和專業基礎課程方面增加所學分學時比例，以增強理論基礎知識和專業知識能力，就可以培養出研究型人才；拓寬課程體系知識面，調整專業課與基礎課的比重，增加選修課程的學分比重，可以提高人才素質。各個學校的自身定位及專業特色，可以用不同的課程體系體現出來，并通過發展不同特色的教學來實現優質人才培養的目標。

材料類課程體系的優化還要遵循2個基本原則:①要符合教學規律，符合學生的認知規律；②教學內容要穩定性和靈活性相結合，穩定性是指專業基礎課程與核心課程要相對的穩定，不能年年變動，靈活性是指增加新的教學內容，特別是引入材料科學前沿問題、新材料的應用，通過專題講座或選修課等形式來拓寬學生思路，盡可能地培養學生的創新思維和創新能力。

3.3 強化實踐教學

合理的統籌規劃理論課程和實踐訓練內容，采取4個措施來強化實踐教學:①剛入學時，為學生安排入門的實踐課程，讓學生認識基本的工程材料和器件，并且能夠安裝可調試基本的儀器設備。此外，安排學生到相關專業的企業進行參觀實習，讓學生能夠對本學科的研究內容，產業發展以及就業環境等有初步的感性認識；②根據理論課程內容為學生安排相應的實驗和設計，內容盡量以有趣和創新為主，不僅僅局限于驗證理論；③引導學生參與專業相關科研競賽、導師科研課題以及來自企業產業實際的科研項目攻關，讓學生通過實際的實踐科研體驗，實現對專業理論知識的綜合運用，從而獲得動手實踐能力和解決問題能力；④安排學生到與材料學科相關的企業進行不少于8周的生產實習，通過讓學生在企業真實生產環境中從事材料研發、材料制備以及材料生產等實際工作，以此培養學生的動手能力、分析能力和團隊協作能力。最后的畢業設計需要與材料學科發展前沿緊密結合，或者能夠盡量的貼近工程實際，并具有一定的深度和廣度。

4 結束語

總之，就材料類專業建設和發展而言，西南大學需要通過建立明確的專業定位，加強師資隊伍建設和優化課程體系等多方面努力，才能形成完善的教學和科研體系。學科建設和專業建設只有進行時，沒有完成時，本校的材料類專業和學科均處于發展壯大的時期，要走的路還很長。