探讨材料科学基于材料科学与工程特色课程设置案例实践与初探

摘 要 针对材料科学与工程专业涵盖面广及交叉性、实践性和应用性强的特点，结合发达国家在专业课程设置方面的经验，提出模块化及有针对性地加强选修课、强化实践环节等课程设置思路，取得良好的教学效果。
关键词 课程设置；材料科学与工程专业；实践教学
1671-489X（2013）33-0083-03
1 引言
作为人类文明和社会进步的重要标志，材料科学技术在经济和社会发展中扮演着越来越重要的角色，并与能源、信息技术构成现代科技的三大支柱。高等学校材料科学与工程专业教育在肩负着为国家和社会培养材料类高级专业科技人才的历史使命的同时，也面临着材料科学技术迅猛发展带来的一系列问题和挑战。在材料科学与工程专业高等教育快速发展的今天，探索出符合材料科学与工程专业特色的课程设置体系和方案，是材料科学与工程高等教育的重要任务和目标。本文在分析和总结材料科学与工程专业发展历程及特点的基础之上，提出了符合材料科学与工程专业特色的课程设置方案，为材料科学与工程专业高等教育和改革提供有益的尝试。
众所周知，虽然材料的使用和研究已有非常悠久的历史，但真正将“材料科学与工程”作为一个独立的专业和学科进行人才培养和教育还仅始于20世纪60年代。我国材料科学与工程专业教育经历了由借鉴苏联模式进行严格的专业教育到逐渐学习欧美系统的学科教育的发展历程[3]。从新中国成立到20世纪90年代后期，我国已有144所高校设有材料类专业，涵盖的专业有硅酸盐工程、无机非金属材料、建筑材料、电子材料及元器件、钢铁冶金、有色冶金、粉末冶金、金属材料及热处理、腐蚀与防护、水泥、玻璃、陶瓷、高分子材料、高分子化工、塑料工程、橡胶工程、化学纤维、复合材料、材料物理、材料化学等20余个[4]。严格按照材料的专业方向进行人才培养的缺点是：专业划分过细，基础知识相对薄弱，毕业生就业面窄，工作适应能力差[5]。
为了克服上述缺点，教育部于1998年在“重基础、宽口径”的指导思想下，对材料类本科专业目录进行了调整，将上述20余个专业合并为冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等6个专业，并同时在一级学科专业目录材料科学与工程下进行招生[6]。目前我国设有材料类专业的各高等学校均在此次专业目录调整基础之上更新培养方案和教学内容，并结合自身学科的优势和特色、国家及地区经济发展需求等，确立自身的优势学科方向。截止2009年7月，我国具有材料类二级学科的普通高校已有415所，绝大多数“211工程”大学都设置了材料类专业，可以说我国材料科学与工程专业高等教育正处于蓬勃发展的关键时期[7]。
2 国内外高校材料科学与工程专业课程设置情况对比
目前，我国各高校材料科学与工程专业大多按照教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录》以及《普通高等学校本科专业设置规定》等文件的要求，构建了以公共基础课、专业基础课、专业课和选修课为主的模块化的课程设置体系[7]。其中，公共基础课（包括外语、数学、人文及社会科学、物理、化学等专业平台课程等）按材料科学与工程一级学科所必需的公共基础知识进行设置，约占全部课程的50%；专业基础课按材料科学与工程二级学科进行设置，占全部课程的20%～35%；专业课及选修课则按二级学科以及各高校设置的专业方向和办学特色进行设置，约占全部课程的15%～20%。
和上述我国材料科学与工程专业的课程设置方式相比，国外发达国家对材料专业的课程体系没有设置统一的规定，各高校可以根据自己的学科发展方向和特色等灵活地进行课程体系设置，并体现出特色鲜明、注重交叉学科人才的培养、课程设置涉及面广和突出实践能力培养论文大全www.618jyw.com
等特点。
1）突出特色。国外各高校可以根据学科发展方向和特色有侧重地进行课程设置，如美国宾夕法尼亚大学材料科学与工程系在纳米材料和生物材料领域的研究工作相当出色，因此该校在本科生教学计划及课程设置中突出了纳米材料和生物材料等相关课程及最新研究进展。
2）注重交叉学科人才的培养。国外各知名高校大多设置了多层次的课程体系以满足不同学生对知识结构要求的差异，在培养计划中除设置材料学科的主要课程，还可以引导学生学习相关交叉学科的核心课程，如生物学、化学、经济学、管理学等，从而为将来打算从事生物、医药、经济、法律、工商管理等领域工作的学生打下基础。
3）课程设置涉及面广。国外各高校均对理工科学生要求有相当的人文知识背景以及交叉学科的相关知识，很多学校都安排了大量的选修课供学生选修，特别是材料科学与相关学科以及社会科学的交叉课程，如与生物、医药、环境、电子工程、化学工程、土木工程等理工技术学科的交叉课程，以及与经济、法律、艺术、财务、管理等人文社会学科的交叉课程。
4）注重实践教学环节的设计和安排。如英国牛津大学材料系的课程设置，从一年级开始到四年级，每个学年均安排了工矿企业的参观或实习，二年级时就要求有6～8周的工业实习。同时，实验教学时间也非常充足，一年级每周有5～6小时的实验教学安排，二年级则安排了15～18小时的实验教学。另外，国外很多大学均安排了四年级两个学期的时间进行毕业设计或毕业论文撰写[8-10]。
3 材料科学与工程专业的特点及对应的课程设置思路
作为一个蓬勃发展的专业，材料科学与工程专业已表现出如下特点，并对课程体系设置改革带来了重要启示。
专业涵盖面广与模块化的课程设置 如上所述，材料科学与工程专业涵盖了冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程、材料物理和材料化学等6个二级学科，其中每一个二级学科又包含若干专业方向。学科涵盖范围广与专业教育的系统性要求材料科学与工程专业高等教育在贯彻教育部“重基础、宽口径”指导思想、强化基础理论知识学习的同时，也应考虑到各二级学科及专业方向的特色，使学生在拓宽知识面和就业口径的同时，也能完整、系统地掌握自身专业方向的理论体系和精髓，从而在苏联严格的专业教育模式和欧美系统的学科教育模式之间找到平衡点，解决目前材料科学与工程专业教育中存在的广度与深度之间的矛盾。 考虑到材料科学与工程专业教育中存在的上述矛盾，昆明理工大学从2004年开始对材料科学与工程专业培养方案进行改革和调整，不仅强化了公共基础课和学科基础课的基础地位，而且有针对性地提出了专业模块课的概念，即在夯实学科基础的同时，为满足各二级学科方向的特色、知识结构的系统性、完整性以及专业教育深度的要求，设置了金属材料工程、无机非金属材料工程等方向的模块课。通过模块课的设置，使学生能够系统掌握所学专业方向的知识结构和框架，深入地理解本专业方向的特点和精髓，从而在满足教育部提出的“重基础、宽口径”的指导思想的同时，也能够系统深入地掌握本专业的知识和技能，解决目前材料科学与工程专业教育中存在的学科涵盖范围广与专业特色教育系统性和深度之间的矛盾。
学科交叉性强与有针对性的选修课设置 材料科学与工程学科是一门涉及材料科学、物理学、化学、工程科学以及计算科学的综合叉学科，随着科学技术的进步和发展，各个学科之间相互渗透、交叉、复合的程度越来越深，分界线则越来越模糊，新的材料领域层出不穷并不断发展。材料科学与工程学科交叉性强的特点要求在进行课程设置时，应有针对性地在材料物理、材料化学、材料工程技术以及计算材料科学等领域开设相应课程，弥补由于学科交叉性强而带来的某些学科领域的空白，进而引导学生的兴趣，开阔学生的视野。
基于此，昆明理工大学材料科学与工程专业自2004年起就选择在相关教学和科研领域具有丰富实践经验的教师，有针对性地在材料科学与物理学、化学、计算科学、生物科学、能源科学技术等学科领域之间开设生物材料、能源材料、纳米材料、复合材料、计算材料学、材料物理、材料化学等选修课程，利用这些课程的开设填补材料科学与其他相关学科领域之间的空白，使学生掌握材料与其他学科交叉领域的知识，有目的地引导学生的学习兴趣，从而适应材料科学与工程学科交叉性强的特点。
实践性、应用性强及对应的培养方案改革 材料科学与工程专业同样是一门实践性、应用性很强的专业，只有材料科学的基础知识、基本理论在实践中得到灵活应用，才能体现出学科的真正价值，而且无论传统材料、新兴材料的生产、制备和整个使用过程，均和实际密切联系。因此，在本专业学生的整个培养过程中均应强调知识的灵活运用能力、动手能力、工程实践能力和创新能力的培养。
针对材料科学与工程学科实践性和应用性强并强调知识灵活运用的特点，昆明理工大学自2004年起即有针对性地对实践性教学环节进行了改革，降低了重复性、演示性实验教学环节的比例，提高了探索性、研究性实验教学环节的比例，充分调动学生的积极性、主动性，增强学生对专业的兴趣与学习热情，培养学生的科研方法及分析问题与解决问题的能力。在毕业设计论文改革环节中，积极引导学有余力的学生提前进入导师课题组，鼓励学生参与各类创新、创业大赛，并将其作为毕业设计成绩的一部分，从时间上、制度上保证了毕业设计的质量，使其成为学生灵活运用所学知识进行创新活动的重要环节。在学生实习环节，学院充分利用和挖掘一切资源，与一些科研院所、厂矿源于：大学生毕业论文范文www.618jyw.com
企业等合作，共同建立产学研实习基地，使其成为学生了解实际生产情况、综合运用所学知识的场所和日后顺利走向社会的桥梁与纽带。
4 课程设置方案实例
通过学习和借鉴国外大学在材料科学与工程专业课程设置方面的成功经验。与此同时，针对材料学科专业涵盖面广，交叉性、应用性和实践性强的特点，昆明理工大学自2004年起就结合上述学科特点，对材料科学与工程专业本科生培养方案进行了调整和改革，调整后的课程设置体系如表1所示。调整后的课程设置体系不仅符合教育部提出的“重基础、宽口径”的指导思想，而且通过专业模块课的设置较，好地体现了材料科学与工程学科各专业方向对专业教育系统性的要求，而有针对性的任选课的开设则很好地填补了材料学科与其他学科交叉领域的空白。除此之外，还对实践教学环节的形式进行了改革，在认识实习、生产实习和毕业设计环节中突出学生灵活运用知识解决实际问题的能力和创新能力的培养和提高。
5 课程设置方案改革效果
通过上述课程体系改革和实践，昆明理工大学材料科学与工程各专业方向本科毕业生综合素质显著改善，考取研究生比例和就业率均显著提高。根据近年来毕业生就业后的，用人单位普遍认为昆明理工大学材料科学与工程专业毕业生基础知识、专业技能扎实，适应能力、创新能力、分析解决问题的能力强。一批优秀毕业生已经成为国内高校、科研院所及企事业单位的业务骨干和中坚力量，受到了社会的高度评价。学生在参与各类科技创新竞赛中屡获佳绩，已获得获第六届中国青少年科技创新奖一项，第十一届全国大学生课外学术科技作品竞赛三等奖一项，云南省首届大学生“创业计划”大赛金奖一项。
在今后的教学改革和实践活动中，将继续密切结合材料科学与工程专业的特色，不断更新培养方案，为蓬勃发展的材料科学与工程专业高等教育做出新的贡献。
参考文献
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