智能材料课程人才培养探讨

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摘要：智能制造技术作为制造业发展的一个重要方向，得到了国家和高校的重视，且对传统制造业学科培养体系提出了更高要求。在智能制造新工科背景下，材料工程专业作为传统制造业的支撑专业，如何转型升级和适应行业发展需求成为其发展的重要方向。文章基于材料行业现状与企业需求，立足材料工程与智能制造的跨界融合契入点，探究了地方高校“智能材料”课程的人才培养模式，构建了高校—学生—企业三方人才培养体系和产教融合模式。

关键词：智能制造技术；“智能材料”；人才培养模式；产教融合模式

制造业是实体经济的主体，是富国之基、强国之本，是我国经济“驱动创新，转型升级”的主战场，是实现中华民族伟大复兴中国梦的坚实基础。虽然我国制造业规模全球第一，但其创新性、质量基础、产业结构、信息化等方面与发达国家还有一定的差距。与此同时，发达国家以数字化、智能化制造技术应用为重点，力图依靠科技创新，抢占国际产业竞争的制高点，谋求未来发展的主动权。新工业革命正在孕育兴起，将重塑全球经济结构和竞争格局，这对我国来说既是机遇也是挑战。在这样的背景下，我国实施了制造强国战略，提出了《中国制造2025》，其目的是加快新一代信息技术与制造业深度融合，加快智能制造发展[1-2]。

一、研究背景

在智能制造发展的过程中，材料作为保证智能产品质量的先决条件，是制造业发展的重要基石，有时候甚至成为决定智能产品的关键“卡脖子”环节，已经成为学术界与工业界研究的热点。然而，据中华人民共和国工业和信息化部通过调查显示，中国智能制造关键材料中，32%国内完全空白，52%严重依赖进口[3]。智能材料的发展严重制约我国智能产业的发展。然而，我国材料类专业的人才培养滞后于市场变化，特别是智能制造专业所需的“智能材料”人才的培养问题更为突出。高校材料类专业作为新材料研发和人才培养的重要基地，对国家智能制造战略发展方向和社会进步意义重大。目前，国家对高等教育重视程度越来越高。教育是民族振兴、社会进步的重要基石，是功在当代、利在千秋的德政工程，对提高人民综合素质、促进人的全面发展、增强中华民族创新创造活力、实现中华民族伟大复兴具有决定性意义”[4-5]。地方高校作为区域经济发展人才培养的重要基地，对地方经济发展和制造转型升级起到了重要的支撑作用。在区域产业转型升级及新工科建设背景下，如何对接当前和未来制造业发展、深化“智能材料”人才培养改革，成为地方高校材料类专业教育者必须解决的关键问题。

二、地方高校“智能材料”课程人才培养面临的问题

随着新一轮科技革命和产业变革加速推进，一些重要科学问题和关键核心技术已经呈现出革命性的突破先兆，新的学科分支和新的增长点不断涌现，学科深度交叉融合势不可挡，经济社会发展对高层次、创新型、复合型、应用型人才的需求更为迫切。面向智能材料领域对专业人才的旺盛需求，我国高校“智能材料”课程专业人才培养严重不足，这严重影响高校和企业的发展。同时，现有的“智能材料”课程人才培养体系和模式与智能制造行业发展不匹配，主要存在以下几方面的问题。

（一）人才培养体系不能满足当前的产业结构

传统材料制造业主要通过铸造、焊接、轧制、冲压和热处理等技术，获得性能和外观合格的产品。传统的材料制备具有如下特点。（1）传统材料性能单一；（2）目前对材料的需求往往多样化，传统材料很难满足实际需要；（3）传统的制造业主要依靠人力来实现产品的制造，制造过程比较粗放，和信息化、数字化的融合度不高。然而，随着智能制造的发展，传统的材料制备技术已经不能满足现有产品的需求，主要体现在以下几方面。（1）智能制造所需的材料已经与电学、物理、化学、生物等专业深度融合，如光电材料、仿生材料等，这些材料的应用极大地拓宽了材料的使用领域，丰富了材料的产业链结构。（2）中国材料产业已经与数字化、物联网等深入融合[6-7]，如制造业与数字化孪生制造、材料基因工程等，极大地颠覆了以前依靠劳动力实现制造的局面，对未来制造业转型升级影响巨大。由于制造业与数字化、信息化等快速融合，出现了“爆炸式”发展的现象，这也导致了材料类别和制造技术飞速发展，对应的产业结构和生产链也不断更新换代。更为重要的是，目前的制造业制备理念也发生了颠覆性变化，比如，以前制造业强调规模化和批量化，现在的制备理念强调个性化。目前，高校的材料类专业课程设计和实践环节还往往局限在传统制造业的范畴，学科交叉度不够，特别是缺乏现有的行业变化元素，且课程建设与职业标准脱节，造成人才培养体系滞后于行业市场需求，人才培养与产业需求脱钩，培养的人才不能满足用人单位需求。

（二）人才培养模式不能满足当前的新工科建设理念

第一，人才培养模式是人才培养规格和目标的总体设计，应立足培养什么人、怎样培养人这个根本问题来构建。为顺应新时代的发展，高校需要培养应用型、复合型、创新型和多样化人才。在人才培养过程中，需要工程科学、应用科学、工程实践等传统工科的交叉及不断的创新。因此，新工科建设人才培养体系和理念需要高校、企业、学生等多方配合，如高校负责理论教学，企业以项目或实践等形式提供实践教学，学生全程参与学习。而传统材料类高校人才培养体系主要以高校为载体，高校人才培养实践占绝对优势，企业主要以实习基地的形式参与，合作形式过于单一。第二，在传统材料类专业人才培养体系中学生参与度不高，几乎不能参与到企业实际项目或生产中，很难参与了解企业现有需求。这导致学生能力与企业人才要求不能深入匹配，且校企合作难以深度融合，校企合力作用难以发挥。

（三）高校教师与行业人才双向交流机制不健全

目前，高校教师的晋升和评价体系主要集中在论文、项目和教学成果等方面，使得高校教师更侧重于理论教学，主要从事科学研究，导致高校教师缺乏企业工程实践经验，特别是新行业的实践经验，知识体系不能随着行业变化而变化。实践教学既是课堂理论教学的内容延伸，又是课堂理论教学的实效检验。同时，企业工程师由于时间紧，到高校兼职困难，从而不能有效地将企业问题和需求与高校教师进行有效对接，导致学生接触不到最新的企业前沿动态。高校教师和行业专家不能有效地进行双向交流，导致高校教师对行业需求和痛点不能很好地把握，进而影响高校的人才培养能力。

三、地方高校“智能材料”课程人才培养改革方案

在新工科背景下，针对上述“智能材料”课程存在的问题，文章积极探索地方高校“智能材料”课程人才培养改革途径。

（一）以OBE理念构建“智能材料”课程人才培养体系，落实立德树人根本任务

目前，成果导向教育（OutcomeBasedEducation，简称OBE）作为一种先进的教育理念，已被很多学科接纳和应用[8]。在对“智能材料”课程人才培养体系进行构建时，高校要充分考虑企业、教师、教学管理者及行业部门等的需求及定位，以OBE理念为导向，确定“智能材料”课程人才培养体系的培养目标和思路，如图1。根据培养目标和思路，按逆向思维确定“智能材料”课程人才培养毕业要求，分解毕业要求指标点，设计课程体系和大纲。毕业要求指标点力求可落实、可考核、可评价。在确定毕业要求时，高校要充分考虑区域企业人才需求、学校特色和新兴交叉技术（如3D打印技术、物联网技术、区块链技术、先进制造技术、机器人技术等）的深入融合。在课程设置上，高校应将人才培养目标建立在智能材料相关企业需求链上，并为此制定针对性的课程体系，明确基础课程、专业课程和实践课程的关系，侧重交叉学科的引入和企业实践课程的安排。在课程教学环节上，高校要改变传统的“填鸭式”“单层次”的教学方式，充分调动学生的积极性，让学生有参与度和体验感，提高校外行业专家和企业技术人员的教学参与度，让学生深度了解行业现状并积累现场经验。在考核评价时，高校和地方企业应共同确定考核指标点，突出考核内容多元化、指标可量化、形式多样化，通过考评结果查缺补漏，进而完善人才培养体系。2018年，习近平总书记在新时代第一次全国教育大会上指出，把立德树人作为教育的根本任务[4-5]。高校作为人才培养的重要环节，是落实立德树人根本任务的“战场”，是对学生进行思想政治教育的关键场所。目前在新工科背景下，培养爱国、爱社会主义的接班人对于党和国家的未来发展意义重大。新工科建设理念需要落实立德树人根本任务。因此，除传统教学外，高校还应重视学生思想政治素质的培养。新时代下，“智能材料”课程建设，除了要加强对学生的文化素质培养，还要加强思想政治教育。首先，在课程指标点设置上，要引入对应的考核指标点。其次，在课程设置上，要加强课程思政，加强爱国主义、社会主义核心价值观教育，让学生在学习基础知识的同时，厚植爱国主义情怀。最后，在课程体系设置方式、毕业要求合理性和培养目标上，要调研企业、高校和行业专家，征求企业、教师、行业专家和校友等各方的意见，以此完善人才培养方案。

（二）深入产教融合，构建“智能材料”课程人才培养模式

目前，新工科建设需要社会、企业、高校、教师、学生共同参与[9]。然而，传统材料类专业人才培养主要依靠高校、教师和学生，社会和企业参与度较低，人才培养模式不能满足当前的新工科建设理念。因此，深化产教融合成为了新工科建设的一个切入点。为此，“智能材料”课程人才培养模式应通过校企合作、项目驱动、实践育人3个方面加强产教融合。1.校企合作：和地方企业取得广泛联系，建立“智能材料”校企联合实验室，通过校企合作，将企业的实时需求与学生的培养结合起来，鼓励学生参与解决企业实际问题，培养学生思考和动手能力。针对部分企业的特殊人才培养要求和用人需求，建立人才联合培养模式，如“4+1”培养模式，即四年进行学校教学，一年进行企业课程教学和企业课题研究。2.项目驱动：在项目中融入企业的需求和难题，以项目的形式引导学生参与，如通过课程设计、毕业设计等形式，让学生独立思考和解决问题，培养学生用理论解决实际问题的思维和能力。同时，也可以让学生参与到项目研发中，这样一方面为企业项目研发提供了人员力量，另一方面也能够通过项目培养学生实践能力。3.实践育人：鼓励学生参与企业实践，如认知实习、生产实习、毕业实习等，将部分教学环节搬到生产现场去，结合现场实际学习理论知识，让学生去企业现场了解理论知识和生产实际的联系，明白知识应用场景，为后续能力培养和知识学习提供实践动力。

（三）加强企业和高校人才双向流通

目前，高校教师往往具有丰富的理论知识和前沿技术，但缺乏现场经验。相反，企业工程师具有丰富的现场实际经验和一手的生产数据，但对理论知识更新较慢，特别是前沿技术和交叉学科理论。因此，加强企业和高校人才流通，对于校企合作和发展共赢意义重大。为此，常州大学采用“双向平台，互聘到岗”形式与企业进行深入合作。“双向平台”即高校教师和企业工程师定期开展讲座，企业工程师到高校给学生做报告，高校教师去企业汇报最新的成果或者科研动态。从信息角度上，有利于解决企业工程师和高校教师信息不对称的问题。“互聘到岗”即高校教师和企业工程师从科研和教学角度深度融合，如高校教师定期去企业完成企业的课题，企业工程师利用高校设备进行科学研究，并对高校学生开展实践教学，这样有利于充分利用高校和企业资源进行优势互补。

参考文献：

[1]李玉梅，兰文飞，苗圩.中国制造2025：建设制造强国的行动纲领[J].理论参考，2015，10（5）：12.

[2]蒋灿，张云飞，吴艳光，等.“工业4.0”背景下英语+材料化学专业人才培养新思路[J].山东化工，2018，47（17）：182.

[3]王昶，耿红军，宋慧玲，等.智能制造关键新材料创新突破的研究框架与主要议题[J].资源科学，2019，41（1）：53.

[4]把思想政治工作贯穿教育教学全过程———全国高校思想政治工作会议交流发言摘编[N].人民日报，2016-12-09（10）.

[5]中共中央宣传部.习近平新时代中国特色社会主义思想三十讲[M].北京：学习出版社，2018：12.

[6]张立强，龙红明，王海川，等.冶金—材料专业链群新工科改造升级内涵[J].中国冶金教育，2018（2）：37.

[7]张立强，龙红明，王海川，等.新工科背景下冶金—材料专业链群改造升级路径[J].中国冶金教育，2018（3）：7.

[8]吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1.

[9]顾佩华.新工科与新范式：概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究，2017（6）：1.

作者:潘海军 江鹏 王知鸷 单位:常州大学