“新工科”背景下無機非金屬材料工程專業育人實踐

何峰，謝峻林，繞美娟，文進，劉剛，趙青林

(武漢理工大學 材料科學與工程學院，湖北 武漢)

一 引言

隨著人類社會的快速發展，世界范圍內新一輪的高科技革命和現代產業變革已經席卷全球。當今世界，一大批技術創新成果通過人工智能、新材料、云計算等最新科技手段的驅動，已經加速推進全球經濟社會各領域的發展[1]。我國經濟通過近40年的中高速發展，迫切需要進入新常態的發展模式。其發展將從單方面追求速度的模式，逐漸平穩地向質量型、效率型與效益型的發展模式蛻變。隨著國家發展戰略的提出，尤其是以“創新為主驅動、綠色發展和質量為根本、結構優化為手段、人才培養和儲備為基礎”基本方針的確定與不斷深化，通過我國制造業自身的奮斗，到2025年必將邁入制造強國之列[2]。這一宏偉目標的實現將進一步鞏固我國在全球的工業地位乃至經濟地位。目前，就世界范圍而言，高科技革命和現代產業的變革會體現在多個方面，無論怎樣，制造業則是最能體現與實踐這一變革的重要基礎性行業。就現今世界格局而言，強大而門類齊全的制造業是我國國民經濟的主體，是立國的根本、興國的重器、強國的基礎。若沒有來自制造業的主動變革，就不可能實現高科技革命和現代產業的變革。

近十年來，我國一直將工程人才培養定位為國家戰略。由教育部牽頭并聯合有關部門，于2010年6月在天津大學舉辦了“卓越工程師教育培養計劃”大會，會議提出在工科類院校實施“卓越工程師教育培養計劃”。重點關注高等工程教育要強化主動服務國家戰略需求、主動服務制造業需求的意識，確立立德樹人、能力為本、素質為重、全面提升的人才培養觀念，創新工程人才培養的機制與模式，改革工程教育人才培養的內涵，綜合提升學生的工程素養與實踐能力、創新創業能力，以及在國際大背景下的競爭力。構建門類齊整、類型多樣、布局合理、結構優化、主動適應國際國內發展需要的具有中國特色的社會主義現代高等工程教育與人才培養體系[3]。我國現代高等工程教育體系的創新與實踐，對高素質工程人才的培養，在政策上起到了很好的引導作用，體現了教育強國的理念。

面對已經開啟的新一輪科學技術革命和巨大的產業變革浪潮，特別是中國共產黨的十八次代表大會以來，習近平總書記不止一次指出，我們必須抓住機遇，提前布局。工程是實現新一輪科學技術革命和產業發展的重要載體，任何新的科技革命都需要通過工程方法加以實現，未來幾十年，新一輪科技革命和產業變革將同人類社會發展形成歷史性交匯，工程科技進步和創新將成為推動人類社會發展的重要引擎[1]。就當前正在發生的新一輪科技革命和工業變革的實現過程而論，需要大批的具有“大眾化、多樣化、國際化、終身化、信息化”的卓越創新型工程技術人才[4]。全球的新經濟的蓬勃發展與快速轉變、高科技革命及現代產業變革，新的挑戰如期而至。高等工程教育如何積極迎接與回應相關挑戰，非常值得思考。必須從國家戰略的高度建設新工科，積極變革，有所作為。在此背景下，2017年在教育部的組織與指導下，先后由復旦大學、天津大學承辦，連續召開了兩次關于我國高等工程教育戰略的研討會。與會專家學者就新一輪的高科技革命和現代產業變革對當下我國高等工程教育的觸動、沖擊與期待，展開了認真的交流、熱烈的討論與激烈的爭論。對新時期我國高等工程教育在新一輪的高科技革命和現代產業變革中的定位，如何培養適應時代發展潮流與要求的工程技術人才達成了高度共識，“新工科”的理論研究與實踐隨之蓬勃展開。“新工科”計劃在相關高校的建設與順利推進，有賴于實施者對“新”的正確理解與認識[5]。

武漢理工大學材料科學與工程學院積極參與卓越工程師教育培養計劃的實踐中，無機非金屬材料工程專業成為教育部首批卓越工程師教育培養計劃試點專業，根據卓越工程師教育培養計劃與新工科對工程人才培養定位與發展要求，專業將卓越工程師培養與新工科建設相契合，凝練出工程院系卓越工程人才培養模式，將新工科的教育理念融入到卓越工程師教育培養計劃之中，并付諸于實踐。

二 卓越工程師教育培養計劃與新工科建設

改革開放后，我國制造業經過四十多年持續不斷地奮斗與發展，堅持不動搖開放引進與自主發展的道路不動搖，已經建成了當今世界上獨一無二的工業門類齊全、獨立完整的產業體系，有力推動了工業化和現代化進程，提升了我國經濟與工業的韌性與抗風險能力，顯著增強了綜合國力，支撐了我國世界制造大國地位。正是由于我們擁有齊全、獨立完整的產業體系，才使得人類社會在面臨百年未有之大變局及嚴重疫情時，更加彰顯了這邊風景獨好的中國奇跡。然而在取得輝煌成績同時，中國制造業在產業結構分布、資源利用效率、自主創新能力、信息化程度、智能化水平、質量效益等方面還存在一些需要改進的問題[6]。

從2010年開始，首先在我國部分工科院校實施的卓越工程師教育培養計劃，其目標是面向世界格局、面向未來發展、面向工業界實際，培養造就一大批思維活躍、創新能力強、適應社會經濟發展需求的高質量各類型工程技術人才。服務于國家與重點產業，為建設創新型國家、實現我國工業的現代化奠定堅實的人力資源優勢與工程人才基礎，增強我國的核心競爭力和綜合國力[6]。這里所提到的產業，包括傳統產業和戰略性新興產業，可以說幾乎涵蓋為所有的制造業；而工業化和現代化其內涵就是利用持續不斷的高科技革命和現代產業變革等手段，強力提升我國傳統產業和戰略性新興產業的科技創新和技術創新的能力與水平，促進我國制造業的健康發展，提升我國制造業的國際競爭力，實現由制造業大國向強國的穩步邁進。

要徹底改變我國制造業的現狀，盡快實現由制造業大國向強國轉變的設想，其關鍵之一是必須擁有高質量、覆蓋各工業門類、各類型的工程技術人才及相當數量的后備工程技術人才，即人才先行。卓越工程師教育培養計劃契合了時代對工程技術人才的迫切需求，以扎實推進卓越工程師教育培養計劃為抓手，促進我國工程教育改革和創新，建設相應的工程教育人才培養體系，全面提高我國工程教育人才培養的數量儲備與質量。針對我國工科類專業特點與實際，卓越工程師培養計劃要求工程教育改革發展的戰略重點可以簡化表述為四個方面的內容：①從理念方面要更加重視工程教育服務國家發展戰略；②從內涵上要更加重視與工業界的密切合作；③從成效方面要更加重視學生綜合素質和社會責任感的培養；④從發展上要更加重視工程人才培養的國際化。

由此可見，卓越工程師教育培養計劃的實施，主要是針對傳統產業和戰略性新興產業的振興與可持續發展，所提出的高質量各類型工程技術人才培養規劃。經過十多年實施及各高校的不懈努力，卓越工程師培養計劃已經初見成效，對我國制造業工程技術人才的培養與儲備，促進我國制造業的健康發展，提供源源不斷的工程技術人才資源。

2016年以來，在認真總結卓越工程師教育培養計劃實施成效的基礎上，通過充分地論證，教育部提出拓展實施新工科建設。將卓越工程師教育培養計劃與新工科建設理念相融合，根據卓越工程師培養計劃與新工科對人才培養定位，凝練出工程院系卓越工程人才培養模式，將新工科的教育理念融入到卓越工程師培養計劃之中，并付諸于實踐。使得我國高等工程教育具有良好的連續性、繼承性與創新性。也就是說新工科建設是在卓越工程師教育培養計劃基礎之上的擴展與提升。新工科建設是卓越工程師教育培養計劃的2.0升級版。新工科建設就是要在盡可能短的時間內，努力建設一批新型高水平理工科大學、多主體共建的產業學院和未來技術學院、產業發展中迫切需要的新興工科專業、充分體現產業和技術最新發展的新課程等，培養一批適應于新工科人才培養工程實踐能力強的高水平專業教師與企業導師。在全國范圍內，力爭20%以上的工科專業辦學點，通過國際實質等效的專業認證，形成鮮明的具有中國特色、世界一流工程教育體系與模式，進入高等工程教育的世界第一方陣前列[7]。在“新工科”的建設中，“工科”泛指工程學科，“新”主要體現三方面內涵，即新興、新型和新生[6]。隨著我國新工科建設的扎實推進，教育部又及時推出了新文科、新農科、新醫科等建設計劃，牢牢抓住提高人才培養能力和水平這個核心，以學生為本，培養與增強學生的創新能力和創業意識[8]。

綜上所述，新工科指的是正在形成的或不久的未來將要形成的新的工程學科，代表的是最新的產業或未來工業的發展方向。無論是前期實施卓越工程師教育培養計劃，還是目前開展新工科建設，可以說是一脈相承，它們的內涵都瞄準的是工科、工程和能夠支撐工程學科未來的工程型人才。

三 我校無機非金屬材料工程專業新工科育人體系的構建

武漢理工大學的無機非金屬材料工程專業是首批獲得批準的教育部“卓越工程師教育培養計劃”試點專業和國家綜合改革試點專業，2014年順利通過全國工程教育專業認證，2019年首批入選國家一流本科專業建設點，是學校的金牌專業。本專業在無機非金屬材料工程方面為國家培養了大量工程技術人才。在實施卓越工程師教育培養計劃和推進工程教育專業認證的過程中，獲得了大量的實踐和經驗。在總結相關成果的基礎上，構建并實踐了具有本專業特點的新工科育人體系。

（一）卓越工程師培養計劃的實踐成效

2010年以來，武漢理工大學積極組織各學院、專業申報卓越工程師教育培養計劃，并根據各專業的人才培養目標定位，有針對性地制定出相應的培養計劃。經過堅持不懈的實踐，本專業在卓越工程師培養方面取得了一些成果。

1.建立卓越工程師教育培養計劃的理論與實踐體系。根據無機非金屬材料工程專業工程人才培養品質要求，通過知識體系、實驗教學體系、實踐實訓體系和工程創新條件平臺的“三體系”“一平臺”系統優化與建設構建知識保障與創新訓練體系，并在教學實踐中探索“基礎+研究”“理論+實踐”“創新+實訓”“體驗+實習”“實習+培訓”的多元化理論與實踐相結合的教學模式，改善了理論與實踐等多個環節的教學效果，提升了學生將理論知識與專業實踐相結合的意識與能力。通過課改、教改確保卓越工程人才培養質量，堅持與強化了第一課堂的育人主戰場，充分發揮第二課堂育人優勢，融合兩個課堂。學生在學術研究能力、工程應用能力、職業素養、敬業精神、持續發展能力等方面都獲得了全面的提升。通過多年建設與積累，本專業擁有國家級精品課程2門、國家級精品在線開放課程2門，為培養卓越工程人才打下了良好的課程資源基礎。

2.以材料文化節為引領，培養學生的家國情懷。學院集中校內外優勢資源，聯合校內所獨有的兩個國家重點實驗室、一個國家級工程中心、一個材料研究與測試中心、一個國家級實驗教學示范中心，以及十多家業內知名企業，已經連續舉辦了19屆“才思飛揚——材料文化節”。每屆材料文化節由每個自然年的4月啟動，一直持續到11月結束，已經成為我院打造全方位育人的品牌，在學生中產生了巨大而良好的影響。材料文化節設置了博學科普講壇、導師制項目、企業項目、自選創新項目、班級項目等內容，主動對接國家戰略需求，注重工程理論知識與工程實踐的緊密融合。以創新、創業類項目及競賽為比武場，形成了將志存高遠、學科文化、專業知識與各類競賽有機統一的育人模式，潛移默化地培養學生的家國情懷。通過看材料、做材料等創意手段，增強學生的專業情緣，引導學生樹立終身從事材料行業的志向。經過專業選擇后，本專業每屆平均可以培養65名左右的學生，學生參與材料文化節的積極性高，每屆的參與率高達95%以上。通過導師制項目，本專業的學生趙云龍被評為“2012中國大學生年度人物”，獲得“2016年度中國大學生自強之星標兵”。

3.集成資源，適應個性發展，構建工程創新支撐平臺。通過校內相關的實驗中心、科研基地、實習實訓基地，輔以彈性管理，形成實踐育人支撐平臺。通過校企結合，共建創新實驗室、大學生創新創業中心、國家級工程實踐教育中心；學研結合開設開放實驗項目，自主研制教學設備；開發出了基于學生個體的實驗教學開放管理系統，建設了基于開放學習的網絡資源提高了網絡資源的集成度，提高了學生的學習效率，拓展了學生的實踐實訓時段與受益面，提升了學生的工程創新能力。

4.充分發揮企業導師作用，校外實習實踐基地建設卓有成效。做實企業行業專家/導師共同參與學生培養計劃的制定、重點課程的建設與學生工程能力的培養。為本專業學生開設了企業專家主講的“項目管理”等課程。通過學院聘請了百余位企業導師參與本專業的本科畢業論文、設計的指導、答辯工作中。要求本專業的每一位本科畢業生的畢業論文都必須有企業工程技術人員作為副導師，充分發揮企業導師作用。企業導師會參與布題、方案確定、答辯等教學環節。通過學生與企業導師的接觸與交流，培養學生專業工程師職業身份認同感。專業在選擇聯合培養的企業行業方面更加注重均衡，既有較為傳統的材料企業，也有新型材料的行業企業。形成了由傳統的建工建材為主逐步向電子信息、半導體、汽車、光電、顯示器、新能源、航空航天等多元化行業拓展。與三十多個行業龍頭企業建立了校企聯合培養的長效合作機制。

（二）新工科育人體系的構建與實踐

卓越工程師教育培養計劃與新工科建設著眼于工程、工科，其中的理念一脈相承，都是瞄準國際工程學科與制造業的發展趨勢，為我國由制造業大國向強國的轉變培養工程技術人才，兩者在一定程度上具有繼承性、發展性，不能夠割裂開來。本專業在扎實推進卓越工程師教育培養計劃的基礎上，結合材料新工科建設的目標與國家戰略的需求，在新工科育人體系的構建方面開展了相應的改革與實踐。

1.將新工科育人的理念植入教學活動中，更加注重從情懷、知識、能力、素養的綜合培養。在新工科背景下，如何培養適宜于面向國家戰略需求的新型工程人才，就要求全面改革專業的課程知識，實現從知識體系向能力培養體系的改變。結合學校的人才培養理念，以知識結構、能力素質與市場需求為著眼點，學院整合相關教學與科研資源，建立育人團隊，以課程團隊建設為核心，提升育人理念，強化課程體系建設與實踐基地建設相結合，處理好第一課堂與第二課堂的關系。專業充分利用學校所開展的“課程思政”“教學質量建設月”為切入點，以育人和學生為中心，以人才培養中的問題為導向，收集多方反饋意見，完善能夠支撐工程人才培養體系，修訂人才培養方案。在師生中厚植“厚德博學，追求卓越”的學校辦學理念，建立全過程合力育人培養體系，注重學生情懷、知識、能力、素養的綜合能力培養，實現為黨育人，為國育才。繼續發揮學院“才思飛揚——材料文化節”的品牌效應，培養學生的擔當、求知的人生基本品格。

2.在教師與學生中打造質量文化理念。結合材料學院教師與學生的特點與新工科培養人才的迫切要求，學院從教師與學生兩個層面加強質量文化建設，即教師高標準地保障“教”的效果與質量，學生高標準地保障“學”效果與質量。打造以提高教學質量為榮的教與學的氛圍。通過教案比賽與檢查、教學觀摩、同行與督導聽課、講課比賽等手段提升教師的育人本領，強化質量文化理念。通過線上線下混合式教學、翻轉課堂、名師名導進課堂、討論式教學等具體教學措施將學生吸引到課堂。從專業內部的小環境上促進新工科背景下辦學理念的落實，大大提升了學生在第一課堂的學習效果。

3.加強知識體系、課程體系的改革與實踐。根據新工科對我校無機非金屬材料工程專業創新工程人才的品質要求，以能力培養為引領，加強材料領域的科學與工程的結合，從工程素養、專業知識、綜合能力和家國情懷等四個方面進行知識體系的設計與實踐。持續實施將本專業前沿成果對課程內容的更新工程，促使課程內容與行業發展同步。以強化基礎及實踐訓練為優化重點，使本專業實踐課學分數占總學分數的比例從19.8%提高到23.4%。增設引導和培養學生實踐和創新的“材料實驗設計”“創新創業”課程和加強工程素養的項目管理、技術經濟學、公共關系及安全工程等課程。將工程設計訓練與課外科技創新競賽相結合，使訓練由單一的課內訓練模式延伸到課內課外相結合的訓練模式。工程設計訓練的趣味性、競技性及實戰性得以加強，學生的訓練效果明顯改善。通過參觀調研與本專業相關的特大型工程與高端裝備，提升了同學們的家國情懷和民族自豪感。依托學校對一流本科專業建設計劃的資助，利用暑假選派本專業的學生參與到海外實踐交流計劃中，使得學生國際化視野、語言交流、工程實踐能力得以顯著提高。

4.整合校內外資源，開展深度的協同育人。在卓越工程師培養計劃的實施過程中，本專業通過協同育人，開拓育人渠道，已經取得了很好的效果。為適應新工科發展的要求，學校專門成立了大學生創新創業中心，通過中心的帶動與輻射，使得我校的育人資源得以整合，育人鏈條得以延伸。企業及企業導師在工程方面具有獨特的優勢，在新工科人才培養的過程中扮演著不可或缺的重要角色。在保持原有做法的基礎上，通過與重點企業建立研發平臺，研究中心等方式，將學校與企業的科研力量結合，共同承擔國家、地方及企業自身的課題，在科研合作上形成長效機制，針對企業提出的生產實際問題開展合作攻關，以互惠互利的方式保證企業協同育人的積極性。以此為基礎，安排本專業畢業生實習就業及青年教師的企業實踐，使校企合作穩步向前發展。

5.建立適宜執行的運行機制。學校對照新工科建設的要求和相關專業的建設標準與目標，積極推進相關專業開展本專業的新工科建設。從學校、學院、系三個層面構建多層次質量保障體系。學校層面主要負責相關文件的制定與協調；學院層面負責具體的實施與教學質量監控；系級層面通過系主任、專業責任教授、課程教學團隊研討與調研，規劃本專業未來的發展方向，結合行業、企業的建議制定教學大綱，扎實開展課程建設與教學活動。通過學校、學院的二層級教學督導的模方式。考察與推進相關教學活動落實情況，檢查教學及學生培養質量，從學校大環境上促進新工科背景下本專業辦學理念的轉變。經過多年的運行與實踐，已經顯示出了良好的成效。

四 結語

在我國積極應對與參與國際競爭的大背景下，“新工科”直接面向國家戰略需求的新型工程人才培養，對工程人才的期待與要求越來越高。通過我校無機非金屬材料工程專業，持續多年在卓越工程師教育培養計劃與新工科育人方面的教學改革與實踐。從學生的知識、能力、素質綜合培養與提升入手，以教學文化理念改變為切入點，通過學校內外部資源整合、工科人才培養水平提升、校企合作等方式，建立多層次平臺，以教與學為中心，多方面塑造學生，對提升學生的創新創業能力、工程實踐能力具有重要意義。