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地方综合性大学 材料类专业学生实践能力培养的研究与实践

 

 

地方综合性大学

材料类专业学生实践能力培养的研究与实践

 

——广西大学材料科学与工程专业综合改革的探索

 

   

随着我国高等教育规模的不断扩大,高等工程教育也抓住了难得的历史机遇,实现了跨越式发展,工科在校生数量数倍增长。截止2010 年,我国高等工程教育培养规模已位居世界第一,开设工科专业的本科院校有1003 所,占本科高校总数的90%。但高速发展也带来了一系列问题,如:所培养人才的实践能力缺失;人才培养模式单一;工科特色不明显;部分师资缺乏工程实践经验;学校培养与企业需求错位等等。清华大学原校长顾秉林先生在第三届国际工程教育大会上指出:“近年来,在工程教育中存在重‘学’轻‘术’的倾向,我国接受高等工程教育的学生缺乏解决实际工程问题的能力,面向实际的工程训练不足”。针对工科人才培养所培养人才的实践能力缺失的硬伤,广西大学自2005年起,对材料专业建设对进行了改革探索,特别是2008年成立材料科学与工程学院后,加大了材料类专业的改革力度。2009年承担了广西新世纪广西高等教育教学改革工程重点教改课题“材料类人才培养模式的研究与实践”以及广西高等教育教学改革工程项目“创新研究型金属材料工程专业人才培养的探索与实践”等课题,对材料类人才培养改革进行了系统研究与实践,取得了显著成果:一是加强了学生实践能力的培养,提高人才培养质量,培养人才符合国家战略需求与区域经济社会发展所需;二是培养计划紧贴工程实践和技术创新,形成产学研结合的专业特色;三是建立了强化工程实践能力的校企联合培养模;四是以重点实验室和工程实践教育中心的建设为依托,提高了学生的实践能力、创新能力、就业能力和创业能力,毕业生供不应求;五是造就了一支师德高尚的双师型高水平教师队伍。

 

一、背景、目标和思路

广西大学创办于1928年,为少数民族地区的地方性综合大学,也是广西唯一一所进入国家“211工程”建设的大学。在这场高等教育大众化发展进程中,高等工程人才教育改革如何结合地方经济的发展,始终是一个重要的研究课题。广西地处边远少数民族地区。改革开放以来给广西经济的发展带来无限生机,国家西部大开发战略深入实施,泛珠江三角经济区域合作扎实推进,建设中国—东盟自由贸易区步伐加快,使广西由地处祖国边陲的民族地区成为我国与东盟各国交流合作的最前沿阵地之一。广西的经济与社会发展也进入了一个全新的阶段,但广西工业产品和技术的创新率非常低,严重制约了其经济发展。目前,广西党委、政府为广西经济发展而提出的千亿元产业战略中,就有有色金属、钢铁、汽车、机械、建材以及新材料等与材料专业密切相关的产业。因此,广西大学材料类专业的建设和专业人才的培养,不仅关系到本专业的发展与人才培养质量问题,更关系到广西相关千亿元产业发展的人才和科技支撑问题,以及战略性新材料产业发展的人才问题。

针对广西地方经济对材料类工科人才培养的需求,特别是战略性新兴产业对材料类人才能力特别是实践能力的要求,在考虑确定人才培养模式的时候,我们从培养理念上重点思考下列几个重要问题:

(1)地方性院校,如何利用地方优势结合地方经济发展的要求来培养人才,为区域经济发展服务。

     (2)在新的历史条件下如何加强学生的实践观念和工程实践能力的培养。

(3)人才的培养如何遵循“知识—能力—素质”的综合标准。

为此,我们根据材料类人才的特点,探索既能适于全球化经济竞争,又适于地方经济发展的材料类人才培养模式,研究相应的人才培养途径和方法,改革相应的教学和实验环节,构建能与地方产业、经济发展相结合的产、学、研合作的人才培养外部环境,逐步完善相应的管理、运行机制,承担了广西新世纪广西高等教育教学改革工程重点教改课题“材料类人才培养模式的研究与实践”、广西高等教育教学改革工程项目“创新研究型金属材料工程专业人才培养的探索与实践”、广西急需专业性建设 以及广西大学卓越工程师试点等一系列教改项目,教改的内容涉及到材料类工程人才培养的理念、培养模式和课程体系、教学内容、教学方法等方面,开展了系统深入细致的研究与实践,逐步探索了一条适于地方性院校材料类专业学生实践能力培养的新路子。

二、特色和创新点

(一)紧贴国家战略需求与区域经济社会发展所需,紧贴国家战略性新材料产业的发展,培养广西经济社会发展所需的紧缺人才。

国务院关于进一步促进广西经济社会发展的若干意见强调,广西是我国少数民族人口最多的自治区,也是革命老区、边疆地区。促进广西经济社会又好又快发展,事关民族团结、边疆稳定和区域协调发展大局。广西大学材料类专业是与广西优势资源、支柱产业、优势产业紧密结合而设置的,为广西有色金属、钢铁、新材料、汽车、机械制造等支柱产业提供了有力的人才支撑。

广西有色金属资源丰富,2010年十种有色金属总产量141.62万吨,计划到2015年,十种有色金属产量达到400万吨,其中,铜70万吨,铝200万吨,氧化铝800万吨,铝材150万吨,广西有色金属工业实现销售收入2000亿元,工业增加值600亿元。到2020年,全区新材料产业全年销售收入达到1000亿元,工业增加值380亿元,约占同期工业增加值的5%左右。通过“十二五”建设,到2015年,广西有色金属、冶金、汽车、机械等产业销售收入分别超2000亿元。“十二五”期间,广西产业结构调整将取得重大突破,有色金属材料深加工、新能源材料等战略性新兴产业发展迅猛。

广西有色金属和新材料产业将作为广西新的经济增长点。但目前广西并不是材料产业强省,技术基础和人才基础都十分薄弱,材料专业人才需求缺口巨大。据权威部门预测,仅北部湾经济区的钢铁和铝加工业领域,2015年当年需要人才9.6万人,其中一半以上是材料专业人才,按本科生占50%计,预计2015年需要材料专业本科生为9.6×0.5×0.5=2.4万人,按广西高校现有招生能力及能到广西工作的区外材料专业本科毕业生人数,毕业生远不能满足社会需求。在机械、汽车、建材等广西优势工业中,对材料设计、制备和材料加工工艺的人才缺口约1.4万人;此外,随着新材料、新能源等战略性新兴产业的兴起,高端人才不足将成为这些产业发展的瓶颈。

广西大学材料类专业近十多年来,毕业生供不应求,深受用人单位欢迎,不少毕业生在毕业前半年就被用人单位预定,特别是近几年,随着广西材料工业的发展,出现用人单位希望全部包揽材料类专业的毕业生的喜人情景,如华润集团广西公司,在2011年双选会上,就提出包揽无机非金属材料工程专业的学生。这些毕业生中,有相当部分担任了企业的管理和技术骨干,成为广西材料产业的生力军。

(二)紧贴工业生产,形成产学研结合的专业特色,企业课堂成为专业课程教学的重要部分。

广西大学材料类专业重视产学研基地在学科建设和专业发展中的巨大作用,重视产学研基地建设。近十年来,已经和区内外二十多家企业和研究院所建立了产学研合作联系,包括与河池市政府共建的有色金属新材料开放实验室。

通过专业综合改革,实施校企多元化合作育人项目,推进产学研结合,组建深度融合的校企合作联合体,探索了企业与学校多元化、深层次合作育人新途径,提高学生的实践能力、创新能力、就业能力和创业能力,建立产学研合作的创新人才培养基地,建设工程实践教育中心,创建与行业企业联合培养人才的新机制。探索建立工学结合、企业定制式等多样化培养模式。以科研为纽带学校为企业开发新产品、技术改造提供智力支持和技术服务,学生在实习中直接参与企业实质性技术或管理工作,企业为学生实习等教学环节提供实践条件,实现教学与企业需求的“双赢”。

(三)依托重点实验室的建设,进一步提高大学生实践能力、创新能力、就业能力和创业能力的培养。

广西大学材料类专业的支撑平台有“广西有色金属及特色材料加工”省部共建国家重点实验室培育基地、“有色金属及材料加工新技术” 教育部重点实验室和“新材料及其制备技术”自治区级重点实验室和自治区金源单位。

利用重点学科设备开设了一批如“三维造型设计”、“模具仿真设计”、“材料综合测试实验”及“材料分析与测试”等新的课程和实验。同时也支持了新专业方向的建设。

三、主要成果

(一)以专业综合改革强化了学生实践能力的培养,提高了人才培养质量

结合广西大学材料类专业办学定位(培养国家战略需求与区域经济社会发展所需材料科学与工程专业紧缺人才)、学科特色(形成以金属材料研究开发为重点,以有色金属材料加工为龙头,以新材料新技术为主线,注重工程实践和技术创新的专业特色)和专业服务面向(主动适应广西经济建设与社会发展的需要,为革命老区、民族地区、边疆地区等经济社会发展提供专业人才,满足广西有色金属工业等支柱产业和新材料产业的发展)等,提出了材料类专业综合改革的基本理念,坚持德育为先、能力为重,促进学生德智体美全面发展,以学科建设和重点实验室建设为龙头,以服务广西千亿元产业为目标,以课程体系改革为重点,以课程内容改革为抓手,以建设结构合理的高水平教学团队为支撑,以产学研合作为突破口,加强教学实践基地的建设,加强学生实践能力和创新能力的培养,提高材料类专业人才的培养质量。

(二)建立了课程体系、教学方法和手段为一体的综合教学体系,强化实践能力的培养

1、在专业人才培养矩阵中强化工程实践能力培养

结合国家和广西的需求,提出了新的材料专业人才标准和创新人才培养实现矩阵。在人才标准和实现矩阵中明确提出了知识结构体系。包括熟悉国家相关标准、欧美相关标准和国际相关标准、国内外工程管理的基本知识、熟悉质量管理和质量保证体系。了解市场、用户的需求变化以及技术发展,能够编制支持产品形成过程的策划和改进方案。 能参与工程解决方案的设计、开发,考虑成本、质量、环保性、安全性、可靠性、外形、适应性以及对环境的影响,找出、评估和选择完成工程任务所需的技术、工艺和方法,确定解决方案等等,强化学生实践能力的培养。

 

    2、通过产学研合作,构建了包括企业培养的课程体系

(1)以广西的大型企业需求为导向,以产业发展趋势和实际工程为背景,采用校企合作,整合与优化而成。基本构架了注重学生知识、能力和素质的培养,重视和加强实践教学与企业学习环节。

(2)课程体系以模块的形式构造,主要为通识教育模块(综合基础+基本技能);工程基础教育模块(工程技术基础+大类专业基础);工程专业教育模块(专业课程+实践环节),以学期的课程计划与学习地点融会贯通。同时增加工程专业教育模块学识学分比例,教学培养计划实践学分从2004年的30学分(32周)提高到现在的40学分(45周),增加材料工程师实习实践环节。

(3)教学方式强调以工程技术为主线,以强化工程实践能力,工程设计能力与工程创新能力为核心,学校学习与企业学习相结合,理论与实践相结合。形成企业课堂。

(4)根据材料学科与机械、电子和环保等多学科复合交叉的特点,精心设计教学内容,加强工程实践教学,学校教师与企业教师相结合,教室与车间相结合,着力推行研究性学习方法、基于问题的探究性学习和案例的讨论式学习。

(5)课程体系优化建设:专业发展紧贴广西战略性新兴产业的发展,抓住广西重点发展的有色金属千亿元产业,优化课程体系,增设符合广西产业迫切发展需要的新专业方向,培养广西经济社会发展所需的紧缺急需人才。

         3、建立了强化工程实践能力的校企联合培养模式

以工程技术为主线,进行教学方式的整体优化。根据材料类专业与物理学、化学、计算机科学、工程学和材料学等多学科复合交叉的特点,精心设计教学方式,提高培养质量。

(1)采取“2+1+1”的校企联合培养模式,即2年时间在学校基本完成通识教育和专业基础教育,培养学生的基础知识和基本理论;1年时间在学校以注重实践环节、强调联系实际的教学方法完成工程基础教育和专业知识的学习,培养基本的工程意识和扎实的专业知识基础;累计1年时间在企业完成课程设计、工程项目实训、毕业设计,培养学生的工程素质、职业素养和实践创新能力。

(2)充分考虑本科教育的基础性和阶段性,要拓宽基础课程的教学。基础课程既包括自然科学基础,又包括人文科学基础,既包括本学科专业基础,又包括工科专业基础。基础课程要体现“厚基础,重实践”的精神,实施数、理、电等学科基础的整合培养,强化宽厚基础,进行整体优化,合理配置,循序渐进。培养后期强化学科与专业培养,加强工程训练与实习、实验、实训。为学生提供充分的个性发展机会,设置少而精的专业基础课,学生有充分的自由选择余地修读专业课程。在各类实践创新教育项目中,学生也有充分的选择参与机会。改进各教学环节的教育教学模式、方式、方法,提高教育教学质量,充分调动学生学习的积极性和主动性,在传授知识的同时,着重培养学生能力。

培养的第一阶段,以理论课程教学为核心,在教学中让学生体会到基础理论的潜在应用价值和对后续专业技术类课程的理论支撑作用。处理好人文精神培养与科学精神培养、公共基础课程与专业课程、大类专业基础课程与专业基础课程、课程体系与培养目标之间的关系,对课程设置和课程内容进行优化,各类课程之间要有合适的比例。

培养的第二阶段,以“广西有色金属及特色材料加工”国家重点实验室培育基地为中心,以专业训练课程和相关的技术类课程为主,展开基于已有理论体系的专业技能训练。打破传统的课堂教学模式,加强执行本科生的导师制,导师由学术能力较强的高校教师和企业工程师担任。项目来源于国家级课题、省级课题以及企业课题或自选课题。按照不同的培养层次,对学生进行分组和配置导师,让学生逐步走向企业,接触实际工程问题,充分应用他们在第一阶段所掌握的理论知识,在专业训练课程中培养他们的专业技能。第三阶段,以校企共建的实习基地为平台,以工程技术为主线,以强化工程实践能力,工程设计能力与工程创新能力为核心,改革教学形式以企业项目为主,在企业导师和学校导师的指导下,全面掌握面向企业的项目组织、开发的系统过程。学生基本上在企业学习,学习企业的先进技术和先进企业文化,培养与人沟通、交流的能力,参与企业技术创新和工程开发,将所学的知识和技术应用于解决工程实践问题,力争为企业创造效益的同时提高自身的素质、专业技能。

强化工程意识的培养和专业技能的训练。材料类专业的实践性决定了本科教育不仅要重视扎实的专业基础理论学习,更要强调专业教育中工程思想的培养和实践环节的教学,注重学生实践能力的培养。与行业协会合作,进行培训认证,使学生逐步获得职业资格证书。

成立卓越工程师培养计划实验班,择优选拔学生,实行单独管理。为每位学生配备导师,按单独制定的培养方案进行培养,高年级跟随导师结合工程项目和课题进行工程训练。学院为每位学生指派一位导师,实行个性化培养。推动学生通过参加不同层次不同内容的各类相关学科知识竞赛,提高学生工程实践和创新能力。

(三)构建适应区域经济发展的企业培养实践教学模块

企业对学生的培养是在学生已具备相对系统理论知识和基本操作技能的基础上进行的,以提升学生解决实际问题的实践技能为主要目标。通过在企业实习基地进行各类实践环节训练,参与企业生产和新产品、新工艺、新技术的研发,锻炼创新实践能力,提高人际交往能力、组织协调能力、表达沟通能力以及团队合作意识,完善工程师知识系统整体规划,培养创新能力强、适应中国经济社会发展需要的卓越材料工程师。

(1)培养学生工程实践能力,加强学生理论联系实践的能力,使学生初步具备现场工艺分析、项目组织和开发、运行管理、营销等多方面的能力,基本具备从事企业生产所需的能力,最终培养出卓越的材料工程师。

(2) 培养学生具备工程意识:具有良好的市场、质量和安全意识,注重环境保护和生态平衡;具备(职业健康)安全和可持续发展意识。工程素质:掌握材料科学与工程领域的工程实践知识,具有综合运用所学理论方法和技术手段分析并解决工程实际问题的能力;能够参与系统的设计与生产,并具有对系统的操作、运行和维护能力;具有一定的组织管理能力,较强的表达交流能力和人际交往能力,以及团队协作能力。

(3) 学生参与更多的工程实践:掌握材料类专业技术标准,行业政策、法律和法规,了解与材料类专业相关的生产、设计、研发的方向,具有接受新理论和新技术,从事新产品开发的能力,终身学习的能力;具有应对行业危机与突发事件的初步能力。

(4)学生拓宽工程视野:具有一定的国际视野和跨文化环境下的交流、竞争与合作的初步能力。

企业学习阶段实行校企“双导师”制,学生参与企业产品开发或工程项目实施,使学生认识到技术、经济及可行性的关系,提高节能环保意识,拓宽工程视野。

(四)以重点实验室为基础,搭建了人才培养、科学研究与学科发展相互促进的有效平台

充分利用重点实验室培养学生科研能力和创新实践能力,使学生亲身参与创业活动。“创新人才培养实验室”以培养学生的实践能力和创新素质为目的。从大三开始,让学生在导师的指导下,与博士生、硕士生一起组成课题组,开展为期1.5年的科研实践。大型综合实验课目的是全面培养学生的动手能力,由老师指导学生制定方案,就材料成分、制备工艺、性能检测、组织结构分析进行系统的实验研究训练。

毕业论文(设计)工作要求学生结合导师和企业课题,学会综合运用四年所学知识解决实际问题和进行知识创新。

(五)造就一支师德高尚的双师型高水平教师队伍

本材料类专业高度重视教师师德水平的提升。刻苦勤奋、敬业献身、奋发向上、科学求实、关爱学生是本材料类专业教师普遍遵循的师德标准,言传身教、诲人不倦、为人师表、以自身的人格魅力感召学生向上进取已成为全体教师自觉遵守的行为准则。专业教师中具有博士、硕士学位教师占教师总数的85.7%。教师中有博士生导师3名,硕士生导师16名,国家“百千万”人才工程人选1名,多名教师在全国和自治区学术组织中任职,在国内相关行业中具有一定影响。此外,通过建立工程教育中“教师-工程师”有机结合的机制,加强“双师型”师资队伍建设。进一步加大教师工程实践能力培养力度,提升教学一线专业教师的工程能力素养,增加工程实践经验,与企业导师建立定期挂职锻炼和顶岗工作机制。在此基础上,完善教师评价制度,设计和制定一套适合本专业特色的、可操作的评价体系,不断提高教师的业务水平。

四、实践效果与社会评价

经过研究与实践,专业建设取得了显著成效,材料科学与工程专业2011年被批准为自治区特色专业及课程一体化建设项目的广西急需专业;同年列为广西大学首批实施“卓越工程师”培养计划试点专业;2012年作为“本科教学工程”的“专业综合改革试点”项目推荐到教育部。多年来,广西大学材料科学与工程学科紧密结合科学研究,一直把学生的实践能力培养贯穿在本科生的培养过程中,并辐射到其它工程学科,收到了良好的效果。

(一)促进了学生实践能力的提高

一是学生创新观念的深化。各项创新活动的开展,营造了浓郁的科研氛围,形成了热爱科研、追求创新的学术风气。众多学生在“走进科研”的系列活动中,从探讨式的学习中体味到了科研创新的乐趣,并由此下定了矢志考研的决心。随着创新观念的深化,许多学生的创新活动由最初的自发走向自觉。

二是学生创新能力显著增强。经过创新人才培养实验室培养的学生,独立获取知识、独立分析问题和探索解决问题的能力均得到了较大提高。就近3年来说,接受创新实验室培养的135名学生共完成了45项课题的研究,这些学生在离开实验室时,都完成了一份论文或设计。部分学生获得全国大学生“挑战杯”课外作品竞赛全国三等奖、全国大学生“挑战杯”创业设计大赛全国银奖、全国大学生机械创新设计大赛一等奖、全国大学生“挑战杯”创业设计大赛广西赛区金奖等等全国和自治区级奖项14项。获得中国大学生自强之星标兵1名,宝钢优秀学生特等奖1名,中国大学生年度人物(入围奖)1名。不少大学生通过创新教育的培养,在本科阶段就公开发表了科研论文,显示了其科技创新能力。根据毕业生调查信息反馈,通过创新教育的学生毕业后经受了社会的考验,获得了有关单位的好评。考上研究生的学生第一年就能独立开展科研创新活动。而就业的学生,用人单位反映他们在动手能力、创新思维和勇挑重担方面显得高人一筹。目前,本学科本科生一次就业率达92%。

(二)开辟了一种多模式培养创新人才的新途径

经过多年的实践,广西大学材料类专业在创新人才培养方面已经形成了一条多模式途径,即“教学、实验、科研多管齐下,课内、课外、理论、实践同时并举。”在课内注重理论知识传授和创新思维的启发,在课外注重创新能力与实践能力培养,本科生从二、三年级起就参与科学研究。课内、课外的内容紧密相联,让学生在课外发现问题,到课内寻求解决方法,将课内学习的东西到课外应用和求证,课内课外并举,将创新素质的培养贯穿于教学全过程当中。

(三)建立了卓有成效的产学研合作机制

经过多年成功的实践,在大学生实践能力的培养方面,本材料类专业的培养模式表现出巨大的生命力,大学生创新实践基地在校内逐步建立和完善,且实践的规模也逐渐扩大,2011年5月,南南铝业股份有限公司-广西大学材料科学与工程专业工程实践教育中心正式建立。该工程实践教育中心的建立是为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》精神,建立高校、企业联合培养人才的新机制,进一步发挥企业在工程人才培养中的作用,提升学生的工程素养,培养学生的工程实践能力、工程设计能力和工程创新能力,落实高校“卓越工程师教育培养计划”培养方案中的企业学习阶段的任务,培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才。通过产学研结合学校了解了企业当产的生产状况及发展规划,为学校制订教学计划、培养目标和教学内容调整提供了丰富材料。通过产学研结合,为学生的企业学习提供了平台,学生通过在企业现场的参观、考察、讲解和操作等实践活动,进一步验证、理解并掌握理论课的内容,提高了学生应用理论解决实际工程问题的能力,及时了解专业发展的变化以及技术发展趋势,提高了学生的专业工程应用能力。同时也为学生就业创业提供了多样选择。另一方面,通过产学研结合,与老师、学生一起攻关企业难题,极大促进了企业工程技术人员的研发能力、技术水平和创新能力的提高;企业也提出了更多符合实际和行业发展需求的人才培养要求,如随着企业开放程度的提高,要求毕业生具有良好的“听、说、写、译”的专业外语水平。

在上述产学研机制的基础上,进一步规范了创新人才培养实验室的工作,并使本学科所有的公共实验室和学科基地平台都成为了大学生创新实验基地。与此同时,近十年来,已经和区内外二十多家企业和研究院所建立了产学研合作关系。

(四)实现了工程实践教育和创新教育的制度化

学生创新教育已纳入了日常教学和管理,如“大学生走进科研”、“创新实验研究”、“大型综合实验”等已增列入本专业培养方案修订版本中,今后将以选修课的方式进行教学管理。已形成了人才培养与科学研究相互促进,“教—科—产”早期结合,重学科交叉融合,重师资建设与学科平台建设,重创新创业,面向市场和科学研究前沿的高素质人才培养新体系,实现了创新创业教育制度化。

(五)社会评价

材料类专业积极服务于广西“14+4”千亿元产业的需求。表2列举了材料类专业近年来就业的主要企业。表3为广西大学材料类专业之一材料科学与工程专业毕业生在南南铝业的就业情况。材料类专业近十多年来,毕业生深受用人单位欢迎,不少毕业生在毕业前半年就被用人单位预定。这些毕业生中,有相当部分担任了企业的行政管理和技术骨干,成为广西材料产业的生力军。

 


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