交叉學科背景下特種功能材料領域復合型創新人才培養模式的探索與實踐

梁金生 王亞平

摘? 要：全球可持續發展和中國特色社會主義新時代以生態文明、環境健康、資源循環高效利用、智能化為基本特征，需要大批具備學科交叉、學術創新、技術引領和跨界整合能力的復合型創新人才。無機非金屬材料工程專業緊密聚焦這一重大需求，通過構建交叉學科課程體系、教學科研緊密結合機制以及高水平師資隊伍建設、學科專業前沿發展工程案例資源庫建設，實現教育教學全過程協同育人；通過打通科研創新全程育人鏈條，以人與地球自然生態和諧的人文精神為內涵，通過京津冀工農城固廢資源跨產業跨區域協同利用和生態環境功能材料相關理論、技術和發展模式的創新研究，實現區域經濟、產業、資源循環、生態環境協同發展，加強人文社科的交叉融合；在生態文明建設引領下運用系統工程方法解決新時代特種功能材料產業與可持續發展問題，探索出無機非金屬材料工程專業特種功能材料領域復合型創新人才培養模式。該模式已經取得了良好的人才培育效果，并對“雙一流”高校建設材料科學與工程學科和材料類國家一流專業形成了積極的示范作用。

關鍵詞：功能材料；生態環境功能材料；材料類專業；交叉學科；復合型創新人才

中圖分類號：G64? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0001-05

學科交叉融合是當前科學技術發展的重大特征，是新學科產生的重要源泉，是培養全球可持續發展和中國特色社會主義新時代建設急需復合型創新人才的有效路徑，是我國經濟社會發展的內在需求［1］。黨中央、國務院高度重視交叉學科發展，習近平總書記多次指出：“厚實學科基礎，培育新興交叉學科生長點”“要下大氣力組建交叉學科群”“鼓勵具備條件的高校積極設置基礎研究、交叉學科相關學科專業”“用好學科交叉融合的‘催化劑”。為貫徹習近平總書記重要指示精神，落實立德樹人根本任務，國務院學位委員會印發了《交叉學科設置與管理辦法（試行）》的通知（學位〔2021〕21號）。2020年9月22日，中國國家主席習近平在聯合國大會向全世界做出莊嚴承諾，中國二氧化碳排放量力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和，并將碳達峰、碳中和納入生態文明建設總體布局。全球可持續發展和中國特色社會主義新時代以生態文明、環境健康、資源循環高效利用、智能化為基本特征，其建設過程需要一大批理論基礎扎實、實踐能力突出，具備學科交叉、學術創新、技術引領和跨界整合能力的復合型創新人才［2］。

材料是國家基礎產業、高新技術產業和國防工業發展的重要支撐，是社會進步和國家富強的重要標志。進入中國特色社會主義新時代，新材料產業的基礎性和戰略性特征更加顯著。本世紀以來，材料產業迅速發展給人類帶來了巨大物質財富，但在材料制造、使用及廢棄過程中也產生了巨大能源消耗、資源消耗以及環境負荷激增等不可持續發展問題。隨著全球可持續發展及我國生態文明建設的加速，以非金屬礦物功能化、資源循環和高效利用為標志的生態環境功能材料正在逐漸成為新材料、節能環保以及資源循環利用等新興產業發展的新增長點［３］。

高等院校是發展習近平生態文明思想的主陣地，高校師生是生態文明建設的傳播者和主力軍，是中國特色社會主義新時代的建設者和接班人。為了適應我國社會經濟可持續發展事業對新材料、新能源、節能環保等戰略性新興產業人才提出的新要求，教育部于2010年批準部分高校在已有材料類優勢專業基礎上設立了功能材料、資源循環科學與工程等新專業，旨在培養掌握材料科學與工程學科專業的基礎理論、基本知識和技能，能夠運用交叉學科專業理念，結合工程手段處理復雜應用問題的具有創新思維能力、具備國際視野、理工結合的材料類專業復合型創新人才［4，5］。因此，在交叉學科人才培養模式教育理念的指導下，積極探索新的教學方法與人才培養模式，提高學生交叉學科思維能力與解決實際問題的能力，是交叉學科教育背景下材料類專業高質量發展迫切需要思考和解決的瓶頸問題。

一、我國高校材料類本科專業的發展現狀

目前，我國已有近1400所高校設置了材料類專業，近年各地高校在人才培養模式研究方面的大量實踐中取得了一定的成效，畢業生數量逐年增加，辦學優勢和條件也日趨成熟，為材料產業后續高質量發展打下了良好基礎。與此同時，面向全球可持續發展和中國特色社會主義新時代建設需求的專業建設條件和配置上不盡成熟等相關問題還比較突出，其中最主要的是多學科交叉融合的專業理論課程體系不夠完善、教學科研緊密結合機制不健全、理工文學科交叉難度大、工程實習實踐實訓較為缺乏等問題。

（一）多學科交叉融合的專業理論課程體系不夠完善

無機非金屬材料、金屬材料、高分子材料和復合材料為四大基礎材料，是國家基礎產業、高新技術產業和國防工業發展的重要支撐。材料類專業是典型的以問題為導向的基礎性、應用型學科，其學科體系與國家和地方經濟發展的重大戰略需求密切相關，材料學科內各專業交叉融合解決國家資源環境等重大問題的特征日趨顯著［1］。多數高校材料類專業建設過程中，專業條塊分割問題突出，各個專業的課程體系各自為政多、專業間內在聯系考慮少、學科專業交叉融合程度低，與需要解決復雜的行業問題、產業問題的實際需求嚴重脫節。

（二）專業理論課教育與材料強國、扎實認真、精益求精的工科職業精神培養和鍛造結合不夠完善

中國特色社會主義新時代，新材料產業的基礎性和戰略性特征更加顯著，“材料強則國家強”理念在世界新格局建立過程中將發揮越來越重要的作用［6-7］。現在高校材料類學生讀研備考學習的傾向性非常普遍，對專業課的學習本質目的思考少、專業理論學習與家國情懷教育脫節問題嚴重，尤其材料強國、扎實認真、精益求精的職業精神培養和鍛造結合不夠，全課程育人的理念未深入人心。

（三）教學科研緊密結合新機制不健全

中國特色社會主義新時代，習近平總書記提出科學技術要“面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康”，這一科技工作新定位和要求對我國科技人員擺脫“五唯”桎梏束縛、回歸科研本質具有重大指導作用。在新形勢下，高校科技人員必須將這一科研準則和評價方法在大學教育和科研工作全程貫徹執行，使學生受到實際科研訓練，進一步推進產學研用緊密結合新機制建立，體現重點高校的科技創新擔當和培養創新人才擔當。

（四）理工文學科交叉融合教學難度大

材料學科側重材料成分、結構、性能之間關系的研究以及材料零部件使役性研究，對材料生產、使用、廢棄全過程對環境、生態以及人體健康影響規律關注不多。環境科學與工程學科專業側重人類與環境的相互作用關系研究，更加關注水、氣、固等污染源的治理研究。礦業工程學科專業側重采、選、冶過程的高效化和低成本，對于生產過程產生的“三廢”資源化利用、循環利用關注較少。文學藝術等人文學科則側重社會發展規律研究，更加關注培養學生的大跨度思維方式建立。為滿足全球可持續發展和中國特色社會主義新時代建設需求，材料學科專業與環境、礦業、人文等多學科專業交叉融合已成為新的學科專業發展趨勢，需要我們重新審視現有學科專業教學方式［8-9］。鑒于以上情況，部分高校對于材料類專業定位仍不明確，缺乏材料類專業特色，無法培養復合型創新人才。常規理論教學無法展現國際最前沿的科研成果和理念，學生難于理解常規實踐場景和科研成果中技術和發展理念上的轉變，導致具體實踐和國情乃至國際前沿成果間無法關聯。

（五）系統的工程實習實踐實訓較為缺乏

材料類專業的核心培養理念是為我國培養中國特色社會主義新時代建設者和接班人，是典型的基礎性、戰略性工程類學科。由于材料類專業涉及的領域廣且工程類型多樣，與傳統的工科專業相比，其工程特色難以聚焦，部分高校教學建設中缺乏配套實踐課程、案例課程，缺乏實際工程現場操作演練機會，也未對我國當前發展形勢下基礎性、戰略性材料的人才需求特征進行完善的評估，缺少如何將知識應用于解決實際行業問題和產業發展問題［10］。

二、材料類專業本科創新人才培養模式與創新實踐

河北工業大學材料科學與工程學院建有材料物理與化學國家重點學科，是建設“國家雙一流學科”的依托學科，并建有生態環境與信息特種功能材料教育部重點實驗室和固廢資源利用與生態發展創新中心（工信部與河北省人民政府共建）等研究平臺。建有無機非金屬材料工程、金屬材料工程、功能材料、材料物理、新能源材料與器件等材料類本科專業。隨著京津冀協同發展和生態文明建設對生態環境、新能源、信息等特種功能無機非金屬材料產業發展需求，在金屬材料工程和無機非金屬材料工程多年辦學基礎上，2010年教育部批準建立了生態環境功能材料特色的功能材料專業，2012年功能材料專業列入國家級綜合改革試點專業建設計劃。

功能材料是指具有電、熱、聲、光、磁、力、生物、環境、健康等優異性能的材料，是材料科學與工程學科中最活躍的研究領域，占全國材料學科研究項目總數的80%左右。2019年根據學科專業布局，學校將功能材料、無機非金屬材料工程、材料物理專業進行整合建設，取得了良好的成效。

（一）健全多學科交叉融合的專業理論課程體系

無機非金屬材料工程專業以培養具有優良思想道德素質、科學文化素質，掌握無機非金屬材料基礎知識，具有分析、解決復雜工程問題能力，能夠在無機非金屬材料工程領域從事技術開發、工藝與工程設計、生產管理以及科學研究等的專業精英和社會棟梁人才。基于此，高校應立足資源環境產業國家重大需求，并積極將產業、科研和國家需求融合，不斷梳理課程體系，以培養目標為導向，建立校公共課、院公共課、專業公共課、專業方向特色課等四位一體的課程體系。強化“生態環境功能材料”“先進能源材料”“信息材料”“無機材料物理化學”等課程目標導向，改革與優化教學模式，建立優質資源課程群。

（二）建立材料科學家精神與工匠精神融合的專業課程思政教育體系

打牢立德樹人的教育理念，推進課程思政建設。深入研究材料強國建設進程中典型科學家精神和工匠精神范例，將專業課教育與材料強國、扎實認真、精益求精的工科職業精神培養和鍛造融合，建立材料強國典型事跡案例庫，充分發掘材料學科中蘊含的思想政治教育資源。將做人做事的基本道理、社會主義核心價值觀、實現民族復興的理想和責任融入材料專業課程教學中，貫穿人才培養的全過程。

（三）建立教學科研緊密結合新機制

在“四個面向”的新形勢下，高校科技人員必須對科研工作進行新的定位，并將新形勢下科研評價標準應用于大學教育和科研工作中，使學生受到實際的科研訓練，進一步推進產學研用緊密合作新機制建立，體現重點高校的科技創新擔當和培養創新人才擔當。利用國內無機非金屬材料領域高水平專家資源、學術資源，將團隊教師在特種功能無機非金屬材料、京津冀工農城固廢資源跨產業跨區域協同利用相關理論、技術和發展模式創新研究的科研成果應用于《生態環境功能材料》《新能源材料概論》等教材編寫，建設特種功能材料特色的專業教材，開闊學生視野，加速創新萌芽。

（四）建立人類物質文明、科技文明、社會文明通識教育體系

人類在不斷認識自然、改造自然的過程中，經歷了意識覺醒與知識形成、文化傳承和文明進步，逐漸形成了人類的物質文明、科技文明、社會文明，產生了現在理、工、文、經、管、藝術等豐富的學科專業體系和五彩斑斕的世界文明。通過深入研究并結合團隊教師實踐經驗，建立“大學生科研技能與創新思維”“品質工程學基礎”等通識課程并編寫教材，使大學生掌握理、工、文、法、經、管、藝術等學科發展和演化歷史，明晰交叉學科專業發展與現代科技、社會健康發展以及強國建設之間的內在聯系和規律，提高學生學習相關知識積極性和主動性，顯著增強創新發展能力和水平。

（五）建立系統的工程實習實踐實訓基地和多維度學生評價體系

加強與河北晶龍集團、天津力神電池、河北睿索固廢工程技術研究院有限公司等國際知名企業實習實踐基地建設，并與美國西北大學、美國亞利桑那大學、日本國立群馬大學建立合作關系，推進與國際知名大學進行學生交流、教師交流和科研合作。建立多維度課程過程質量保障體系：專家、企業用人單位等評價機制及校、院、系三級教學監督與保障機制，使評價和監督保障之間相互支撐及制約。從課程學習成績、學術能力評估測驗、參加過的活動以及學生如何通過個人陳述等多維度評價學生。

三、交叉學科導向下特種功能材料領域復合型創新人才培養成效

河北工業大學無機非金屬材料工程專業在交叉學科導向下特種功能材料領域復合型創新人才培養模式教育教學實踐中，瞄準國家生態文明建設的需求，重點培養學生的復合型創新能力，突出交叉學科專業人才的特色，形成了多學科交叉有機結合的人才培養體系，產生了教學科研良性互補的教師發展新局面和扎實成效。近三年本專業學生的研究創新能力提升顯著，三年共計372人次參加國家級、省市級大學生創新創業項目及競賽。2022年專業共計有150余名畢業學生升學進入研究生階段深造，國內外繼續升學率超過60%，人才培養特色日益鮮明。畢業學生就業方向廣，涉及無機非金屬材料傳統行業，信息、電子、新能源、節能環保等高新科技產業及資源循環利用等綠色產業。

在教師隊伍建設方面，獲批河北省優秀教學團隊1個（功能材料專業教學團隊）。專業骨干教師將最新研究成果融入教材，承擔主編《生態環境功能材料》《新能源材料概論》《大學生科研技能與創新思維》《功能材料專業實踐教程》等重要教材建設任務，其中《生態環境功能材料》入選教育部高等學校材料專業教學指導委員會規劃教材2022年度建設項目。專業骨干教師獲批“十三五”“十四五”國家重點研發計劃課題三項，團隊持續創新能力和創新人才培養能力顯著提高。

四、結語

交叉學科建設背景下，時代和社會發展對生態文明建設的需求為無機非金屬材料工程專業的發展帶來了重大發展機遇。本文闡述了無機非金屬材料工程專業通過多學科交叉融合、專業課程思政教育體系建設、教學科研緊密結合機制以及通識、實訓教育體系的建設進行交叉學科本科育人模式開拓創新實踐。建設多學科交叉融合課程體系及思政教育體系建設培養能夠在無機非金屬材料工程領域從事技術開發、工藝與工程設計、生產管理以及科學研究等的專業精英和社會棟梁人才；建立教學科研緊密結合新機制，打通科研創新全程育人鏈條，推動高水平師資隊伍建設及創新型人才培養模式建設；建立通識教育體系，以人與地球自然生態和諧的人文精神為內涵，加強科技創新與人文社科的交叉融合；建立系統的實習實踐實訓基地和多維度學生評價體系，培養學生的實踐能力。最終使畢業生達到了交叉學科人才培養的研究創新能力、工程實踐能力、項目管理、設計開發能力、終身學習等各項標準要求，將學生培養成為具有交叉學科專業特色的特種功能材料領域復合型創新人才。

參考文獻：

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（責任編輯：羅欣）