新工科背景下学科交叉融合教育体系构建研究
——以材料研究与测试方法和材料分析实验课程为例

郝建秀， 张 庆， 傅海涛， 孙云雨， 刘 超， 顿梦媛， 张 艺， 李沙沙

（宿州学院 化学化工学院， 安徽 宿州 234000）

材料作为21 世纪三大支柱产业之一， 材料科学领域的相关研究与我们日常生活和科技发展紧密相关[1]。 面对新材料的集群发展动态及新挑战和新机遇，高校的新工科教育改革势在必行[2]。这不仅要求教师积极开展相关教育政策的研究和实践，还必须紧密结合地方与高校发展优势和特色，构建服务地方性的人才培养模式[3,4]。

宿州作为长三角一体化发展和共同打造全国发展强劲活跃增长体的构成部分，同时也是“一圈五区”、皖北承接产业转移集聚区“6+2”试验区的一部分，在服务安徽省“三地一区”建设、打造高水平皖北承接产业转移集聚区工程中具有重要的作用。区域经济发展和战略性产业的壮大，迫切需要立足皖北发展的宿州学院培养更多能够服务地方经济发展的具有创新能力的复合型人才，学科交叉融合教育体系的构建与实践显得非常关键[5]。

材料研究与测试方法和材料分析实验课程是理论与实践紧密结合的材料学科课程，是解锁材料研究“四要素”（组成、结构、合成与加工、性质与使用性能）之间复杂关系最有效的方法和手段[6，7]。 本文主要结合宿州学院化学化工学院的本科专业构架及师资队伍的组成，针对材料研究测试方法和材料分析实验本科课程教学过程中存在的问题，提出教学优化措施，以推动高校新工科教育改革，加快服务地方建设。

1 材料研究与测试方法和材料分析实验课程的特点

基于“创新驱动发展”“中国制造2025”和“一带一路”等国家重大发展战略的提出与落实，新一轮的产业革命对人才提出了更高的要求[8]。 随着新材料、新技术、新产业的发展，单一技术人员已然不能满足发展需求，具有扎实的理论基础、创新式的科技前瞻、丰富的实践经验的复合型工程人才才是当下发展所需[9]。 因此，深度发展产教融合，在保持传统行业特色专业优势的同时，大力发展新兴交叉学科，已然成为新工科背景下高校专业建设和发展的必然趋势，也是培养复合型人才的重要举措和途径。

材料研究与测试方法课程是关于材料测试与表征等方面的技术及原理性科学。 主要包括X 射线衍射学、电子显微学、扫描探针显微学、光谱分析以及热分析等内容[10]。 该课程涉及广泛的专业内容，且具有一定的理论深度，虽然应用性较强，但解析困难，学生很难熟练掌握与运用[11]。 材料分析实验是材料研究与测试方法的实践课程，但实践课程主要以单一测试为主，缺少逻辑性和全面性，这使得本没有充分掌握理论基础的学生更难以理解实践操作的真正意义。

从课程开设后出现的问题来看，存在着一些问题。 材料研究与测试方法课程内容繁多、知识点分散又独立，测试原理复杂抽象，专业性较强，对于刚接触测试方法的本科生不是很友好，对于知识点的掌握也较凌乱、薄弱。实践课是理论课的延伸，实践操作时需要对理论知识有较深的认识和理解，否则对实践应用于推广结果的测定与分析将难以着手。此外，实践课程都是单独授课，所有表征不成体系，学生也很难对表征目的和意义有深入理解。

对于本科生教育而言，掌握浅显易懂且具有一般意义的测试原理才符合该阶段的教育主旨。依托于单一教师授课，专业性较强，有深度但却缺少广度，不能让学生从多角度掌握知识点。 目前课程考核方式一般为 “平时成绩 （30%）+期末考试成绩（70%）”， 这种考核方式只从课堂表现和考试结果两方面进行反馈，缺少新工科背景下对学生的全面考核，也难以准确反映学习效果。 在理论与实践教学过程中， 还需要革新教学效果评价考核方法，采用多角度的方法去评价每个学生的学习效果，可以为教学改革提供最真实的反馈意见和明确改革方向。

2 教学改革措施之学科交叉融合教育体系的建立路径

2.1 完善宿州学院条件基础

宿州学院坚持“地方性、应用型”办学定位，构建了以工学、管理学为主、多学科协调发展的学科专业体系。现有63 个本科专业，涵盖工学、管理学、理学、文学、经济学、艺术学、教育学、医学等八大学科门类，形成了信息技术、食品医药，材料化工、机械制造、矿产资源、经济管理、文化艺术7 类应用型专业群。 拥有国家级一流本科专业建设点1 个、国家级特色专业1 个、 国家级综合改革试点专业1个；省级重点学科1 个、省级应用型高峰培育学科3 个；省级一流本科专业建设点10 个，省级特色专业9 个、省级综合改革试点专业12 个。学校全面落实立德树人根本任务，深入推进德智体美劳“五大行动”，深化“三全育人”综合改革，不断提升人才培养质量。 学生年均获省级以上奖励400 多项，学校获批安徽省“三全育人”综合改革试点高校。这为培养“坚定理想信念、扎实专业知识、全新创新意识、强硬实践能力”复合型人才奠定了坚实基础。

2.2 学科交叉融合教学内容体系的建立

课程体系是实施复合型人才培养教学活动的主要载体，是实现人才培养目标的关键[12]。 培养多学科交叉融合复合型人才课程设置的关键在于实现多学科交叉融合的合理布局，优化课程结构。

基于课程内容特点及应用，首先将理论知识进行通识讲解和划分，形成体系，让学生掌握理论知识的特点和难点，最重要的是建立逻辑思维，为理论成果的应用奠定基础。以生物质复合材料方向为例，在介绍完上述测试基本原理后，按照科研思路将生物质复合材料的完整测试流程进行逐一讲解，包括表征手段原理与分析，以结果为导向，将表征手段的意义和原理落实到具体某一材料上，并注重通识教育和专业教育的有机结合，这样不但可以结合案例将测试原理和机制进行讲解，还能够帮助学生建立科研思维。 根据化学化工学院专业构架，选取有机材料、无机材料、复合材料及金属材料四个方向进行系统地整理规划，重构学科交叉融合教学内容体系。

2.3 构建复合型人才培养的实践教学体系

实践教学作为高校实现培养人才目标的重要环节，是将理论知识转化为能力的必要途径，对提高学生综合素质、培养学生创新意识和能力具有特殊作用[13]。 通过构建有利于复合型人才培养的“课堂实验技能训练+创新创业训练提升+实习实训综合发展”多层次、开放性、立体化的多学科交叉实践教学体系，主要包括三个层次：第一层为实验课程学习，第二层为创新创业训练，第三层为专业实习实训。 为促进学生的主动性和动手能力，让学生自主选取研究方向、拟定方案，独立完成理论在实践上的应用。通过实践暴露的问题反向指导理论知识学习的方法和效果，并做出相应的改进，提升实践教学成效。

通过全新实践教学体系的建立，形成具有“强化学科交叉、强化实践教学、强化创新能力培养”等特点的实践教学方案，完成四个有机结合，即课内理论与实验实践相结合、实践教学与科研训练相结合、专业训练与多学科交叉实践相结合、实践能力与创新能力相结合，不断地提升学生综合学习与创新能力。

2.4 构建学科交叉融合师资队伍

宿州学院化学化工学院目前有专任教师55人，其中教授11 人，具有博士学历教师30 余人，目前仍在大力引进优秀人才，特别关注引进人才的学科背景、研究领域和学术潜力，师资队伍将呈现多学科融合的特点。采取一系列措施打造多学科交叉融合的高水平师资队伍，提升教师教学能力、科研能力和服务社会能力。

具体措施包括：（1）组建学科交叉性教研室，针对研究内容进行重新组合， 形成全新教师体系构架。（2）打造相对应的科研团队，颠覆传统一学科科研团队理念，有针对性地进行融合组队，真正实现学科交叉教学与科研产出。 （3）实施“名师共享、专兼结合”， 聘请国内外著名高校或研究所的专家作为学院兼职教授； 同时建立产学研和合作基地，与合作单位共建课程，并从合作单位聘请具有一线经验的专家作为兼职教师与本单位教师共同讲授共建课程。

2.5 建立多学科交叉融合的实践教学平台

教师教学也是理论与实践相结合的过程，教学平台也应该实现学科多元化的交叉融合，在提升理论教学的同时，强化实践教学的成果转化[14]。 具体举措实施路径如下：根据教师专业的相关性打造学科交叉实践平台， 平台内的教师可以共带课程，真正实现多学科在教学层面的交叉，也可以让学生从不同角度了解知识的相通和专一性的差别与联系，打造多专业共享，集教学、科研于一体的实践教学平台，从而实现基础性（理论知识）→提高性（实践教学）→研究性（科研素养）→应用性（实习实训）四级实践教学目标。

2.6 构建学科交叉融合的第二课堂体系

第二课堂是第一课堂的延伸和补充，已经成为培养复合型人才不可或缺的一部分[15]。 在完善学科交叉融合理论体系与实践体系的同时，积极推行多学科交叉融合的第二课堂，使学生的综合素质得到充分提升。 第二课堂主要内容包括学科竞赛、学术研究和综合实践等， 实现校内和校外的有机结合。这就需要第一课堂和第二课堂联动，建立协同育人体系。例如，通过第一课堂的学习与实践，将所掌握的知识点运用到第二课堂的实践中，可自主进行成果研发， 或基于基础理论创新完成新产品的创制，如取得突破性成果还可以参加相关的学科竞赛，这样就形成第一课堂和第二课堂联动的育人平台。

2.7 教学效果评价方式优化

伴随新工科背景下多学科交叉融合教育体系的建立， 考核评价方式也应该做出革新与完善，在传统的课堂表现和考试考核手段的基础之上，还须增加多维度多角度的考核方法， 其反馈结果也能直观地体现多学科交叉融合教育体系的建立成效[16,17]。 初拟考核方式为“课堂表现成绩（30%）+期末考试成绩（40%）+拓展实践成绩（30%）”。 以材料学科为例，拓展实践包括：（1）半自主根据现有产品性能材料的某一性能设计完整的表征验证方案，并完成系统性分析论述，该项最高可获得80%的拓展实践成绩；（2） 根据专业知识提出自己的想法并独立合成某一材料，然后对其进行系统性的表征与论述，该项最高可获得90%的拓展实践成绩；（3）将自己的想法落实到某一材料并通过实验表征验证，取得的成果具有一定意义， 且可参加相应的竞赛活动，该项最高可获得100%的拓展实践成绩。

3 结语

基于宿州学院服务地方的建校宗旨，以多学科交叉融合为切入口，切实推进新工科背景下多学科交叉融合教育体系的建立，打造教学内容、教学方式方法、教师队伍、实践教学平台及教学考核方法五位一体构建方案， 实现不同学科间的对话与交流，提高学生的学习效果，提升本科教学质量，从而培养具有较强实践和创新能力、跨界整合能力和动态适应能力的高素质复合型人才。