新工科背景下材料化學專業多元化、創新型卓越工程人才培養方式初探

黃鎮東

【摘 要】為應對新一輪工業革命帶來的沖擊，突破核心關鍵技術，在未來全球創新生態系統中占得先機，迫切需要開展新工科教育。為響應我國新工科建設號召，結合南京郵電大學材料科學與工程學院材料化學專業的優勢和特色，秉承新工科教育的內涵，筆者采取導師引導、項目分流和個性化培養、組建跨專業、跨年級延續性創新實踐團隊等措施，初步探索出了一條多元化、創新型卓越工程人才的培養方式。

【關鍵詞】新工科;材料化學;創新能力;跨學科

中圖分類號： TB30-4;G642 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）32-0166-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.32.078

A Preliminary Exploration of the Strategy for Cultivating Diverse and Innovative Engineering

Excellences in Material Chemistry under the Background of Emerging Engineering Education

HUANG Zhen-dong

（School of Materials Science and Engineering，Nanjing University of Posts and Telecommunications，

Nanjing Jiangsu 210023，China）

【Abstract】To cope with the impact of the new round of industrial revolution，to achieve the breakthrough of the core key technologies and to lead the future global innovation ecosystem，emerging engineering education（3E）is urgently needed.In response to the call for the construction of 3E in China， given for the advantages and characteristics of materials chemistry major in the School of Materials Science and Engineering of Nanjing University of Posts and Telecommunications，adhering to the connotation of 3E，the author takes the preliminary measures of tutor guidance， project diversion and personalized training，and forming interdisciplinary，cross-grade continuity innovation practice teams to diversely cultivate the innovative engineering excellences.

【Key words】Emerging engineering education;Materials chemistry;Capability of innovation;Interdiscipline

1 開展新工科教育的背景與初心

1.1 新一輪工業革命的興起和學科交叉融合的大背景

步入21世紀，隨著人類在信息技術、能源技術、工業制造和材料工程等重要產業和前沿領域成功獲得了一系列新的革命性技術成果和突破，催生了新一輪工業革命的浪潮并隨即席卷全球。以往相對獨立的產業領域（比如人工智能、機器學習、機器人、納米技術、新材料、新能源、3D打印、基因和生物技術等領域）正在朝著相互滲透、相互交融、相互強化的多極化方向發展，因此對于工程人才的需求也產生了新的變化，對從事工程教育的高等學校和科研院所在高質量工程技術人才教育方面也提出了新的更高的要求。美國工程院在其報告中認為未來工程技術人才應具有優秀的分析能力、實踐能力、創造力、溝通能力、商業和管理知識、領導力、道德水準和專業素養和終身學習能力。與此同時，世界經濟論壇在2016年度報告中也指出未來的工程技術人才除了基本的社會和系統技能，還應該是擁有包括解決復雜問題、資源管理技能和技術技能在內的綜合性復合型人才。在這上述背景下，工程教育的改革隨即展開，在高等學校開展新工科（Emerging Engineering Education，3E）教育成為必由之路。

1.2 新工科教育的初心和使命

習總書記一貫高度關注我國高等教育，強調其發展水平是一個國家發展水平和發展潛力的重要標志，同時指出“我們對高等教育的需要比以往任何時候都更加迫切，對科學知識和卓越人才的渴望比以往任何時候都更加強烈”。基于為國家培養德智體美勞全面發展的多元化、創新型卓越工程人才這一初心，肩負成功把握新一輪科技和產業革命機遇、增強制造業技術創新能力、為“中國制造2025”、建設“網絡強國”和“一帶一路”等戰略目標的達成提供強大動力和有力保障這一歷史使命，我國教育界于2016年開始考慮借鑒國外在工程教育領域的改革創新經驗逐步推動我國工程教育領域的改革創新，相繼于各大研討會后形成“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”等指導性文件，提出了內化的新工科教育的理念。鐘院士從“一德三新”四個層面對新工科教育理念的內涵進行了解析：（1）堅持以德樹人為引領;（2）以應對變化、塑造未來為建設新理念;（3）以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為新的主要途徑;（4）以培養未來多元化、創新型卓越工程人才為新的要求。歸納而言，未來的新工科應具有戰略型、創新性、系統化和開放式的特征。目前，新工科教育的概念獲得了具有工科優勢高校、綜合性高校和各地方高校的擁護和響應，并積極啟動響應新工科專業的建設。南京郵電大學作為一所以工學為主體，以電子信息為特色，理、工、經、管、文、教、藝、法等多學科相互交融的國家“雙一流”建設高校和江蘇高水平大學建設高校同樣正加強工程教育的力度，積極推進新工科專業的持續改進，以期滿足新工科教育的新要求。

2 南京郵電大學材料化學專業工程教育的特色、優勢與不足

本專業本著培養具有科研能力的高級工程技術人才的初心，以學生為中心，制定了由通識類、專業類、實踐類和創新拓展類四大模塊組成的系統的課程教育計劃，為達成培養具有扎實的材料化學的專業知識與工程技能、具有良好的學習能力、創新意識、安全意識、國際視野和團隊合作精神;能夠在光電功能材料及相關領域從事合成與加工、結構與性能分析、工程設計、技術開發、生產經營與管理等工作的多元化、卓越工程技術人才打下堅實基礎。

2.1 優勢與特色

本專業以光電功能材料為主要方向，依托信息材料與納米技術研究院的人才培養基地，學院目前擁有多種大型實驗設備，建設有“有機電子與信息顯示國家重點實驗室培育基地”，“江蘇省生物傳感材料與技術重點實驗室”、中央（財政部）與地方共建“有機電子”專業實驗室等高水平科研優勢平臺。為培養和提升本專業學生科研創新能力，自2013年起學院開始建立本科生導師制，對學生的職業生涯規劃、職業從業教育進行指導，并引領學生早進團隊、早進課題、早進實驗室培養科研素質，以利用以上優勢科研平臺和高水平師資反哺本科教學，使本專業在本科學生科研創新能力培養方面展現出巨大優勢。同時有選擇性地開設由有機功能材料與器件、光電功能材料及應用、傳感材料及其應用、有機電子學（雙語）、平板顯示技術等特色專業課、展開由材料合成課程設計、光電材料設計與應用綜合實驗等不同角度的應用基礎訓練，也使本專業具有鮮明的光電信息材料及應用特色。

2.2 不足之處

多年來，雖然通過本科生導師制創造條件為全院學生搭建了科技創新活動平臺，有效促進部分學生的科研創新能力培養和創新項目孵化，然而在團隊協作能力、在多學科背景下就材料化學領域相關問題與業界、同行及社會公眾進行有效溝通和交流的能力、項目管理能力和實踐創新能力方面的培養和訓練方面還有較大的進步空間，尤其在當前人工智能、互聯網、大數據、機器學習以及能源環境等前沿和重點領域發展的背景下，本專業學生在各交叉融合領域的創新能力的培養方面仍有不足之處，有待通過持續改進，探索一條新工科背景下材料化學專業多元化、創新型卓越工程人才培養方式。

3 多元化、創新型卓越工程人才培養方式的初探

響應新工科建設號召，結合上述優勢和特色，克服上述不足，筆者團隊以項目為導向，兼顧學生個性化發展，組建跨專業、跨年級延續性創新實踐團隊，通過實踐積累經驗，秉承新工科教育內涵，初步探索了一條多元化、創新型卓越工程人才的培養方式，如圖1所示。

圖1 筆者團隊初步探索的多元化、創新型卓越工程人才的培養方式示意圖

3.1 具體措施

3.1.1 導師引導

聘請本專業老師作為本科生導師，輔導學生學業，通過專業導論課、實地參觀考察、與導師交流等方式幫助學生充分了解各位材料化學系導師的強項和優勢，堅定專業自信心;同時引導學生認清自身的長處和缺點，做好學生的自我定位和人生規劃工作。

3.1.2 項目分流，個性化培養

學生根據自己的興趣愛好和人生規劃通過師生互選機制進入相應導師的課題組，并與導師討論選擇個性化的科學研究型或工程技術型或創新創業型等創新實踐項目，從此進入項目導向分類培養的模式來展開相應創新實踐能力的培養。通過該方式可以有效避免前期單一培養模式下，部分學生因對科研不感興趣，雖加入導師科研團隊，但是并未深度參與到導師科研團隊的科學研究工作和STITP計劃等科研創新活動，而導師制政策部分流于表面、存于形式，效果并不明顯的問題。

3.1.3 團隊培養

兼顧學生發展的個性化因素，同時強化本專業學生的團隊協作能力、項目管理能力以及在本專業與人工智能、互聯網、大數據以及能源環境等前沿和重點學科相結合、相交叉等領域的創新實踐能力，本團隊從2018年下半年開始著手組建由2017級材料化學專業同學為主，包含2016和2018級同學在內共19人的跨專業（見表1）、跨年級創新實踐團隊，團隊同學專業涵蓋材料化學、高分子科學與工程、光電信息科學與工程、微電子科學與工程、信息安全、通信工程和經濟統計等專業。同學們根據自身的興趣愛好分別選擇參加“互聯網+”、節能減排大賽和挑戰杯等競賽團隊，以及大學生創新訓練計劃（STITP）等科研創新團隊。同時、邀請相關專業的老師和企業自身工程師作為合作導師指導相關團隊的創新實踐工作。組建這類跨專業、跨年級延續性競賽團隊其優勢在于：（1）團隊成員在專業的基礎上，根據各自的人生規劃、特長和興趣愛好分配工作內容。兼顧學生個性化發展，能夠極大調動每位同學的積極性。（2）各司其職、各盡其責，要求學生積極參與同時主動總結、匯報并與團隊指導老師和其他成員一起討論創新實踐過程中獲得的成果、遇到的問題、提出解決的方案和下一步方案，最終通過不同專業同學的思想碰撞，幫助學生們掌握更多跨專業知識和創新實踐技能，培養和提升學生們的團隊溝通、交流、協調和管理能力和互聯網相關創新實踐能力。（3）跨年級組建創新團隊有助于以老帶新，形成傳幫帶效果，實現創新實踐精神的傳承和團隊的發展成長，提升新隊員的學習和工作效率，同時，有助于保證創新項目的延續性。

3.1.4 創新能力終考

學生將延續二和三年級的創新成果，利用不斷增強的創新能力，在指導教師的指導下獨立開展、完成畢業設計、論文撰寫并通過答辯，完成對自身創新實踐能力的一次終考。

圖2 筆者指導“互聯網+”團隊項目研討及

“互聯網+”大學生創新創業大賽獲獎情況

3.2 初探成果與討論

在筆者的指導下，各團隊先后獲得以下成果：

1）“互聯網+”團隊于2019年5月成功獲得南京郵電大學第五屆“互聯網+”大學生創新創業大賽創意組一等獎，見圖2。

2）筆者指導的科研創新團隊獲2019年第十屆大學生節能減排社會實踐與科技競賽校級二等獎，證書見圖3;

3）筆者指導的蔡宇晴、徐曄辰團隊在南京郵電大學第二十二屆科技節“郵你才美”圖片設計比賽中獲得校級三等獎，見圖3。

此外，2019年7月，筆者帶領本碩博社會實踐團隊赴南京博蘊通儀器科技有限公司和南京科潤工業介質股份有限公司開展主題為“科技創注活力校企聯動謀發展”的暑期社會實踐活動。經過深入調研和實踐討論，本專業的本科生對熱處理設備的設計、生產和用途及熱處理介質的研發過程有了深刻的認識，有效增強了學生創新能力。

目前成果雖不突出，但團隊學生利用課余時間參加上述創新創業競賽，在不斷遇到問題、分析問題、解決問題、歸納總結和制定下一步計劃的循環中，創新能力得到了充分培養。在創新實踐過程中、在進展匯報過程中、在組會報告聆聽和討論過程中，團隊溝通和協作解決問題的能力得到全面提升。同時，材料化學專業的學生也可以在這個過程中學習和掌握部分電子信息、互聯網和信息檢索和團隊運營等相關知識，增強跨專業創新實踐意識和能力。以上創新實踐過程和成果將為團隊成員成長為多元化、創新型卓越工程人才奠定堅實的基礎。

圖3 節能減排社會實踐與科技競賽和“郵你才美”

圖片設計比賽獲獎證書

4 結論

結合新工科教育背景下對創新能力提出的更高要求，針對我院材料化學專業的不足，筆者在課程教育的基礎上嘗試利用學生課余時間開展創新能力培養的探索，并取得了一定的實踐成果。本團隊在本科生導師制的基礎上，引入項目分流和個性化培養、組建跨專業和跨年級的延續性創新實踐團隊等措施培養學生的創新能力，多次參加學校創新創業競賽，獲得多個獎項。這說明本文所探索與實踐的創新能力培養方式具有較強的可行性，符合新工科教育的要求，將為未來新工科教育背景下材料化學專業卓越工程人才創新能力培養提供參考。

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