多維度科教融合育人體系構建與實踐
——以特種能源技術與工程專業(yè)為例

安崇偉，武碧棟，葉寶云，王晶禹，張樹海，馬中亮，曹 雄

（中北大學 環(huán)境與安全工程學院，太原 030051）

人才培養(yǎng)、科學研究、服務經濟社會發(fā)展和文化傳承創(chuàng)新是高等學校的四大基本職能。科學研究和教學作為高校最基本也是最重要的兩項活動，在高校的各項工作中發(fā)揮著重要作用。教學與科研對高校而言，如鳥之雙翼、車之兩輪，是一對需要平衡的辯證關系。自兩百多年前威廉·馮·洪堡創(chuàng)立德國柏林洪堡大學時明確提出“教學與科研相統(tǒng)一”的原則后，這一原則已成為現(xiàn)代大學的基本標志。教育部2018 年印發(fā)的“新時代高教40 條”中要求：“結合重大、重點科技計劃任務，建立科教融合、相互促進的協(xié)同培養(yǎng)機制。推動國家級、省部級科研基地向本科生開放，為本科生參與科研創(chuàng)造條件，推動學生早進課題、早進實驗室、早進團隊，將最新科研成果及時轉化為教育教學內容，以高水平科學研究支撐高質量本科人才培養(yǎng)。”創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制關鍵在于充分發(fā)揮各種學術資源在人才培養(yǎng)中的作用，把多方面的辦學優(yōu)勢轉化為人才培養(yǎng)優(yōu)勢，以科教融合構建科學研究支撐人才培養(yǎng)的體制機制和培養(yǎng)模式，以高水平的科學研究支撐和引領高質量的人才培養(yǎng)。科教融合作為當代高等教育發(fā)展的核心觀念和現(xiàn)代大學發(fā)展的必然選擇，體現(xiàn)了高等教育思想和理念的轉變，是高校人才培養(yǎng)模式更深層次的改革和創(chuàng)新，將科研和教學深度融合是本科生拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的有效方法，也是新形勢下增強科技創(chuàng)新能力與培養(yǎng)高素質創(chuàng)新型人才的必由之路。

武器能源（火炸藥、火工品）行業(yè)作為國防科技工業(yè)的戰(zhàn)略性、基礎性產業(yè)，是全軍毀傷打擊的核心支撐，是“能打仗、打勝仗”的重要保障。受制于國外技術封鎖，我國武器能源行業(yè)只能走獨立自主、自主創(chuàng)新的發(fā)展道路，這就要求對應的專業(yè)必須培養(yǎng)出創(chuàng)新能力突出、具有國防情懷和責任擔當?shù)膶I(yè)人才。中北大學作為國家武器能源行業(yè)重要人才培養(yǎng)基地，必須緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢，勇于肩負武器能源技術變革對人才培養(yǎng)的要求，為武器能源行業(yè)由傳統(tǒng)的生產制造型向科技引領型轉換，由跟蹤仿研向自主可控轉換提供智力支持和人才保障。近年來，中北大學特種能源技術與工程專業(yè)依托學科和科研平臺優(yōu)勢，積極將研究與教學進行了深度融合，構建了面向武器能源創(chuàng)新人才培養(yǎng)的科教融合育人體系，并在本專業(yè)本科生中進行了實施，加大本專業(yè)學生科研訓練力度，取得了較好的成效。

一、科教融合育人體系構建的必要性

中北大學特種能源技術與工程專業(yè)是中北大學創(chuàng)建的第一批專業(yè)之一。經過多年的發(fā)展，目前已經建設成國家管理專業(yè)、國家特色專業(yè)、山西省品牌專業(yè)和山西省優(yōu)勢專業(yè)，入選教育部第二批卓越工程師教育培養(yǎng)本科專業(yè)、山西省一流本科專業(yè)建設點和國家一流本科專業(yè)建設點。專業(yè)年招生人數(shù)150 人左右，占全國本專業(yè)招生人數(shù)總量的40%以上，已經為國防行業(yè)培養(yǎng)了3 000 余名專業(yè)技術人才，遍布于國內兵工、航天企業(yè)和科研院所，已經成為我國最大的武器能源人才培養(yǎng)基地，校友網專業(yè)排名連續(xù)多年蟬聯(lián)第一。專業(yè)雖然取得一些成績，但是存在教學內容陳舊、教學模式固化和學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)缺乏等問題，急需通過教學改革縮小與行業(yè)變革發(fā)展對人才要求的差距。中北大學特種能源技術與工程專業(yè)構建科教融合育人體系的必要性體現(xiàn)在以下三個方面。

（一）科教融合是提升學生專業(yè)自信，增強專業(yè)服務國防能力的技術途徑

特種能源技術與工程專業(yè)是一個小眾型專業(yè)，學生對專業(yè)內涵和行業(yè)動態(tài)缺乏深入了解，導致在大一第二學期轉專業(yè)過程中優(yōu)秀學生轉出現(xiàn)象頻發(fā)。另外，根據本專業(yè)就業(yè)數(shù)據分析，僅有1/3 畢業(yè)生進入到國防行業(yè)工作，比例偏低，反應出學生對武器能源行業(yè)認同感不高、專業(yè)自信心不強。通過科教融合育人體系可以使學生了解行業(yè)前沿發(fā)展、理解專業(yè)國防使命并培養(yǎng)國防情懷，將優(yōu)秀人才留在本行業(yè)，助力行業(yè)發(fā)展。

（二）科教融合是改革教學模式，更新教學內容的重要抓手

中北大學特種能源技術與工程專業(yè)在長期發(fā)展中逐步形成了自身特色和人才培養(yǎng)優(yōu)勢，“用得住、留得住”是兵工企業(yè)對專業(yè)畢業(yè)生的整體評價，在行業(yè)內具有較好的品牌效應。但目前專業(yè)的教學模式比較傳統(tǒng)，教學內容比較陳舊，已經無法滿足創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。通過科教融合不僅可以用教材、課件、實驗和課程設計的方式將學科前沿知識補充到教學過程中，也可以給學生提供更多的科研訓練、科技競賽等實踐環(huán)節(jié)。科教融合是專業(yè)整合資源，更新教學內容，進行綜合教學改革，提升育人水平的重要抓手。

（三）科教融合是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，提升學生創(chuàng)新能力的重要舉措

大學教育的根本任務是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實踐能力的高級專門人才。科教融合育人體系可以使學生探索科學研究的同時，鞏固所學的理論知識，接觸最前沿的科學知識和技術，調動學生學習的主動性和積極性，激發(fā)學生科研興趣，提高學生創(chuàng)新能力。科教融合是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，提升學生創(chuàng)新能力的重要舉措。

二、多維度科教融合育人體系構建方法與途徑

為了滿足國防武器能源行業(yè)對自主創(chuàng)新人才需求，本文從思政教育、實踐教學、實踐教學平臺、理論教學和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育五個維度入手，全方位整合科研-教學資源，初步構建面向武器能源創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多維度科教融合育人體系（如圖1 所示），并在理論教學、實踐教學和創(chuàng)新訓練教學過程中進行了實施，顯著提升了本專業(yè)的育人能力和育人水平，為武器能源創(chuàng)新人才培養(yǎng)奠定了基礎。

圖1 面向武器能源創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多維度科教融合育人體系示意圖

（一）思政教育維度

全國教育大會強調要以凝聚人心、完善人格、開發(fā)人力、培育人才和造福人民為工作目標，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人。重視品德教育和加強能力培養(yǎng)已成為新時代中國特色社會主義教育事業(yè)的內在要求。作為國防特色鮮明的兵器類專業(yè)，更應該把“為黨育人、為國育才”使命放在首位。本文所構建的科教融合育人體系，第一個維度就是通過思政教育培養(yǎng)學生的國防情懷，提高專業(yè)自信。在教學實施過程中，圍繞立德樹人的根本任務，專業(yè)要求每門課程均要挖掘課程中的國防情懷、科學家精神和工匠精神，注重將思想政治教育貫穿每門專業(yè)課程教學始終，做到課課有思政，人人講育人，關注學生價值觀、事業(yè)觀、道德倫理和科學思維的培養(yǎng)。在大一、大二學年開設大國兵器綜合國防素質培養(yǎng)選修課，讓專業(yè)學生了解軍事、關心軍工、獻身國防，培養(yǎng)學生的民族自豪感和社會責任感，增強學生在“推進武器裝備現(xiàn)代化”“建設世界一流軍隊”和“實現(xiàn)中華民族偉大復興”進程中的使命擔當，增強學生“軍工報國、科技強國”的意識和情懷。此外，邀請國防行業(yè)內知名專家、技術首席和優(yōu)秀校友給學生做科普講座或人文素質報告，通過先進人物事跡或事例培養(yǎng)學生的科學家精神、工匠精神。

（二）實踐教學維度

專業(yè)積極地將科研成果通過自制儀器、實驗項目和畢業(yè)設計等方式轉化為高質量教學資源。在自制儀器方面，結合科研成果特點，篩選原理清晰、難度適中的科研設備轉化為教學實驗儀器，如炸藥噴射細化裝置、炸藥靜電起電裝置、微流控結晶裝置和炸藥粉體堆積密度測試裝置等。在實驗項目方面，鼓勵專業(yè)教師結合自己研究方向，積極梳理科研成果轉化為任務牽引型實驗項目，如MEMS 火工品微裝藥實驗、微流控制備含能復合顆粒實驗和納米含能材料制備實驗等，這些實驗項目的開設顯著提高了實驗課程的新穎性和高階性。此外，本專業(yè)畢業(yè)設計、課程設計題目有90%以上來自教師的科研項目，保證了設計任務的前沿性和實踐任務量，并且真正做到一人一題，切實提升了學生的創(chuàng)新能力和科研素養(yǎng)。

（三）實踐教學平臺維度

在科研項目、學科建設項目的支持下，中北大學武器能源方向的科研平臺已經日臻完善，研究條件處于國內領先水平。按照專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)需要，2020 年下半年學院頒布了《環(huán)境與安全工程學院省部級科研實驗室對本科生開放辦法》，要求山西省超細粉體工程技術研究中心、地下目標毀傷技術國防重點學科實驗室和中國兵器工業(yè)傳爆藥性能檢測中心實驗室對本科生定期開放。由專業(yè)教師向本科生講解科研平臺研究方向、研究成果，并開設學科前沿講座，培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新意識，增強學生專業(yè)自信。

依托科研實驗室及科研設備，根據本專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求建立先進火工技術實驗室、含能材料結晶改性實驗室和含能材料性能測試校內創(chuàng)新訓練實驗室等，完善學科交叉創(chuàng)新實驗平臺，如數(shù)碼電子雷管實驗室、含能材料3D 打印實驗室等；在現(xiàn)有省級虛擬仿真實驗教學項目的基礎上，繼續(xù)開發(fā)和建設虛擬仿真實驗教學項目，提高實驗項目質量和數(shù)量，構建燃燒與爆炸虛擬仿真實驗室。將這些先進實驗平臺全面應用在專業(yè)實驗、科研訓練項目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和畢業(yè)設計等教學環(huán)節(jié)，增加學生進入科研實驗室和操作先進科研設備的頻次，使本科生走進科研實驗室、參與科學調研常態(tài)化。通過科教融合，為本專業(yè)本科生提供了更高端的實驗設備和實驗平臺，在畢業(yè)設計、課程設計、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗、科技競賽和認知實習等各實踐環(huán)節(jié)發(fā)揮著越來越重要作用。

（四）理論教學維度

本專業(yè)教師在發(fā)射藥、傳爆藥、炸藥和火工品等武器能源方向已經取得國家級、省部級獎項8 項，發(fā)表論文500 余篇，授權發(fā)明專利60 余項，有豐富的科研成果。專業(yè)組織專業(yè)教師對研究成果進行系統(tǒng)挖掘和梳理，篩選和提煉與本專業(yè)相關的教學內容，目前已經出版教材3 部，分別為《煙火技術及應用》《火工品可靠性技術》和《火工藥劑學概論》，專著2 部，分別為《火炸藥燃燒與爆轟物理學》和《新型傳爆藥技術》。此外，對于系統(tǒng)性稍差的新技術、新知識和新方法，已經組織教師編制了多項教學案例，如“含能材料3D 打印技術”“納米炸藥制備技術”“微流控輔助結晶技術”“含能材料聲共振混合技術”和“MEMS 火工品結構與裝藥技術”等，在專業(yè)相關課程教學過程中進行了使用。這些教材和教學案例的編制和使用一方面促進教學內容更新和改革，保證教學內容的時效性；另一方面這些新知識可以潛移默化地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，激發(fā)學習熱情，提高教學效果。

（五）創(chuàng)新訓練教育維度

習近平總書記指出：“實現(xiàn)建成社會主義現(xiàn)代化強國的偉大目標，實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢，我們必須具有強大的科技實力和創(chuàng)新能力。”面對未來的挑戰(zhàn)，關鍵在于能夠培養(yǎng)出大批具有創(chuàng)新能力的人才。高校是培育創(chuàng)新性人才的搖籃，培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新能力是每個教育工作者的責任和義務。近年來，特種能源技術與工程專業(yè)在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方面實施了多項舉措，并取得了良好效果。

1.開設新型含能材料創(chuàng)新與實踐課程，規(guī)范創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育方法

該課程是一門創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐類課程，共4 個學分88 學時，分為理論學習（16 學時）和實踐活動（72 學時）兩大部分。課程以學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線，在理論上重點講解新型含能材料學科前沿知識、創(chuàng)新案例、創(chuàng)新項目申報與實施方法和創(chuàng)新成果發(fā)表方法；在實踐上以基于新型含能材料的創(chuàng)新科研項目為載體，在導師指導下進行創(chuàng)新設計或科研訓練，參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽。通過本課程學習，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生分析復雜問題、解決復雜問題的能力，提高學生的實踐創(chuàng)新能力。

2.實施科研導師制，加大創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育力度

實施本科生科研導師制，其目的是為優(yōu)秀本科生參加科研及其個性化的發(fā)展提供更多的可能和空間。以本科生的科研興趣為紐帶，導師的科研項目為基礎，實現(xiàn)學生、導師和科研項目三者的有機結合，從而在本科階段發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)新一代學術拔尖創(chuàng)新人才。本專業(yè)在2020 年制定了《環(huán)境與安全工程學院特種能源技術與工程專業(yè)科研導師制實施辦法》，從制度上保證學生選拔、導師選拔、科研項目篩選、導師學生雙向選擇及運行過程管理等各個環(huán)節(jié)的運行。2021 年3 月，在專業(yè)層面第一次實施科研導師制，指導教師師資優(yōu)良，全部具有博士學位，且每位老師均有自己主持的省部級以上項目。導師結合自己的課題和研究方向提出了27 個創(chuàng)新題目供學生選擇。學生主要面向大二和大三學生，共123 人報名，按照科研團隊不大于5 人原則組成25 隊，進行了師生雙向選擇。導師根據學生特點，按需制定培養(yǎng)計劃，指導學生參加日常科研活動訓練、交流研討研究成果、參加各級別科技競賽、發(fā)表學術論文及申請專利等科研活動，進而增強創(chuàng)新、創(chuàng)造能力。

3.依托大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目和科技競賽，提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育水平

專業(yè)成立以青年教師為主體的科技競賽宣講和管理團隊，對本專業(yè)學生進行宣講，邀請有科技競賽指導經驗的老師和獲獎團隊傳授經驗，激發(fā)學生參加科技競賽熱情。以大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目、參加“互聯(lián)網+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、挑戰(zhàn)杯全國大學生課外學術科技作品競賽和中國兵器集團創(chuàng)新競賽等為依托，組建和優(yōu)化參賽團隊成員，凝練參賽項目研究內容和成果，指導學生在“資料調研—選題開題—實驗研究—結果分析—成果凝練—路演展示”各個階段進行學習和研究，提升學生創(chuàng)新項目和科技競賽全鏈條式研究能力與創(chuàng)新能力。

三、多維度科教融合育人體系實施成效

中北大學特種能源技術與工程專業(yè)從2018 年起逐步構建和完善了多維度科教融合育人體系，并在專業(yè)教學過程進行了實施，取得了較好的效果。通過科教融合，專業(yè)教師出版教材3 部，出版專著2 部，編制學科前沿教學案例10 余項，自制實驗設備5 臺套，新開設任務牽引型創(chuàng)新項目3 項，開設專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)課程1 門，修訂專業(yè)課程教學大綱30 門。在現(xiàn)有專業(yè)實驗室的基礎上，制定了省級科研平臺開放制度，并構建了5 個專業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐平臺，本專業(yè)學生參與科研項目的人數(shù)比例達60%以上。通過近三年科教融合育人體系實踐，學生專業(yè)自信心明顯增強，轉專業(yè)人數(shù)逐年減少，學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力不斷提升。專業(yè)學生主持國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目2 項、省級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目4 項，在“互聯(lián)網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中獲省級銀獎1 項、中國兵器集團創(chuàng)新競賽獲得第12 名（共274 團隊參加），均實現(xiàn)了0 的突破。此外，專業(yè)學生也積極參加全國大學生化工大賽、中國大學生Chem-E-Car 競賽和全國大學生數(shù)學競賽等，共獲得省級以上獎項30 余人次。此外，本科生的成果總結凝練能力顯著提升，以第一作者發(fā)表包括SCI 論文在內的科技論文3 篇，參與發(fā)表科技論文10 余篇，參與申請專利6 項。專業(yè)學生研究生升學率達35%以上，就業(yè)率達90%以上（包括升學率），進入國防行業(yè)就業(yè)的畢業(yè)生比率逐年增多，學生能力也獲得研究生院校和企事業(yè)單位的認可。

四、結束語

科教融合是提高高等教育人才培養(yǎng)質量的必然要求，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的重要途徑。本文結合行業(yè)發(fā)展需求，借助學科和科研優(yōu)勢，從五個維度構建了面向武器能源創(chuàng)新人才培養(yǎng)的多維度科教融合育人體系，并在中北大學特種能源技術與工程專業(yè)進行了初步實踐，加大了本專業(yè)學生科研鍛煉力度，顯著提升了學生的國防情懷、專業(yè)自信、科研素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，在大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目、科技競賽及科技論文等方面均實現(xiàn)突破。專業(yè)下一步將繼續(xù)擴充科教融合育人體系維度，加大各維度科教融合力度，為武器能源行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展提供人才支撐和智力支持。