材料类创新型本科人才培养的探索与实践
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摘 要：传统的人才培养模式难以适应创新型国家建设的需要。构建以学生为主体，注重学生创新能力的高水平创新型人才培养模式成为高等教育的必然选择。北京科技大学通过多年的探索，依托学科优势，改革教学计划，把教书和育人紧密结合在一起，构建了“四阶递进，三体并举”的高水平创新型材料类本科人才培养体系，使学生经过4年的培养能够具有创新精神、提升创新能力，切实培养创新人才。
目前，材料科学迎来新一轮高速发展，半导体材料、结构材料、高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料等成为材料科学与工程科学领域研究与发展的主导方向。我国材料科学领域中长期发展规划立足于国家重大需求，将自主创新、提高核心竞争力和增强材料科学领域持续创新能力作为战略重点，对材料类人才培养提出了新的要求，其中创造力是最核心的要求。然而，我国高校传统的教育模式过于重视教师的主导作用，忽视了学生批判性思维的训练、创新精神的培养及创新能力的提高，限制了高水平创新型人才的挖掘和发展。
近年来，我校充分依托学科优势，在材料类本科教学上不断进行新的探索，逐步确立了“启发创新思想、强化创新基础、培养创新能力”的人才培养理念，建立了“四阶递进，三体并举”的材料学科高水平创新型本科人才培养体系，实现了创新人才培养的系统性和长效性。
一、“四阶递进，三体并举”创新型本科人才培养体系的内容与实践“四阶递进，三体并举”创新型本科人才培养体系是指针对不同阶段学生的特点，通过创新文化氛围建设依次递进地帮助学生激发学习兴趣、启发创新思想、训练实践技能、提升创新能力，进而培养创新人才;按照培养创新型人才要求的知识结构，依托学校雄厚的师资、先进的研究平台及高水平的科研成果，开展师资体系、课程体系、实践体系“三体”建设，对创新型人才培养形成强有力的保障。该体系旨在推进和加强创新文化的熏陶和影响，切实落实创新人才培养目标，真正实现学生创新能力的培养和提高。
1.改革教学计划，“四阶递进”，培养创新人才
我校针对新材料技术发展特点和趋势，探索设立了强化数理基础的“理科班”、与国际接轨的“国际班”和瞄准前沿方向的“纳米班”，在通识教育基础上根据培养目标和学生需求分类培养，制定专门的培养方案，完善课程间的衔接，去除陈旧重复内容，并将工艺教学内容纳入自主学习平台和创新实践过程中。强化“理论物理”、“量子力学”等基础课程，增加计算材料学、集成计算材料工程、材料基因组技术等材料研究新方法的内容。在保障材料学科创新型人才必需的基础上，在教学体系中引入“四阶递进”的创新思想培养方案，解决了教学体系中涉及的知识面较窄、教学内容相对陈旧及“灌输式”课堂教学等问题。
一是依托优质师资力量，名师导学，激发学习动力。我校材料学科目前拥有教授189人，其中包括院士5人，首届国家级教学名师1人，国家级教学团队1个，长江、杰青等领军人才10人。新生入学伊始，依托材料学科教学名师、科研领军人物的人格魅力和最新科研成果，按“一班一师”由知名学者小班授课，讲授“材料科学工程导论”课程（1学分），使学生初入大学就有机会接受名师指导。通过与名师进行课堂交流，使新生感受到教师对科学的执着热爱和钻研精神;通过名师讲授，开通“本科生课堂”与“世界一流科研工作”之间的“直通车”。同时，授课名师担任该班大学四年的学术导师，引导学生了解专业，开阔视野，激发学习动力。通过该课程的设置，在大一阶段激发学生专业兴趣、引导学生确立正确学习目标。
二是依托学科国际影响力，创办中国材料名师讲坛，启发创新思想。我校材料学科在美国的ESI检索中始终排在全球前1%，特别是已位列第9位，在国际上有重要影响。依托学科国际影响力，2003年在教育部、科技部和国家自然科学基金委员会的支持下，我校创办了“中国材料名师讲坛”，至今已邀请65位（国外33位、国内32位院士）世界顶级材料大师来校授课（可获1学分），为广大学生创造聆听大师教诲、与大师面对面交流的平台。在此基础上，《中国材料名师讲坛（第一辑）》于2012年出版公开发行。
三是依托高水平科研平台，开展创新活动训练实践技能。我校材料学科拥有强大的科研团队、一流的科研平台（1个国际研究机构、7个国家级研究平台、1个国家级教学示范实验中心）。从大二下学期到大四上学期，鼓励学生自主联系教授，开展课外创新活动，每年组建80个左右的创新训练团队，完成项目的学生可获1学分。大学生的科研训练项目（SRTP）全部来自学院教授的国家级、省部级科研项目。通过实践锻炼和检验，使学生接受基本的科研创造训练，增强实践技能，其中表现突出的学生在本科阶段发表文章或申请专利。
四是依托学科最新研究成果，改革毕业设计环节，提升创新能力。学生第七学期在教授指导下开展调研，自主发现问题并提出研究方案，第八学期直接进入实验环节。通过这一举措，有效地延长了学生毕业设计时间，加深了学生对课题的认识，使学生毕业设计工作真正与教授的最新研究进展相结合。教授积极将自己的最新研究内容应用于本科生毕业设计，大大提高了毕业设计的水平和取得创新成果的几率。
2.完善培养体系，“三体并举”，提供强力保障
在教学团队、课程体系、实践平台方面开展创新，通过构筑师资体系、课程体系、实践体系“三体”建设，建立了将教师科研成果及时融入本科教学内容的有效机制，探索出将科研平台服务于学生自主创新平台的有效途径，以满足学生自主创新的需要。
一是通过团队建设构筑优质师资体系。完善考核制度，将承担本科生课堂教学32学时作为教授年度考核合格的必要条件，实现了教授给本科生上课率达到100%;设计了以课程或课程体系为单位，高水平科研团队向高水平教学团队“转变”的战略。以课程体系为单位组织教学团队，开展教改研究，在岗位评聘和职称晋升方面向优秀教学团队倾斜。例如，材料学教学团队（首届北京市优秀教学团队，2010年国家级教学团队）充分发挥团队中3位教学名师的带头作用，借鉴国家精品课程“材料科学基础”的建设经验，定期开展集体教学研讨活动，全面提高团队教师队伍的教学工作水平。
二是通过课程改革丰富专业课程体系。鼓励教师将最新科研成果纳入本科生教材，与专业课教学相结合，使学生尽早接触学科前沿，实现“以研促教”，培养学生创新精神。曲选辉教授将课题组在粉末冶金方面的最新研究成果作为“材料科学与工程导论”的重要内容，极大地激发了学生的创新兴趣。每年申请到该课题组开展创新实践的学生络绎不绝。康永林教授在本科生课程“轧制工程学”中引入“新一代钢的薄板坯连铸连轧工艺”（国家“973”课题）的研究成果，并编写出版了教材《轧制工程学》（北京市精品教材）。
三是通过平台建设拓宽学生实践体系。建设“材料科学基础”等自主学习平台（该成果获北京市高等教育教学成果二等奖）和材料虚拟实验室，使学生不受时间空间限制，自主学习和开展创新研究;依托国家重点实验室等18个国家和省部级研究平台以及46个团队实验室，建设了51个本科生创新实践平台;在实践环节中，组织本学科特色比赛，主办全球显微结构摄影大赛、全国大学生金相技能大赛，提供成果展示平台;与美国“量子设计”公司、德国“卡尔蔡司”建立联合实验室，在材料测试、科学研究和实验教学方面进行合作。
3. 面向未来，“未雨绸缪”，多模式培养
创新型人才成长受到多种因素影响，科研、工程建设中不同的岗位需要不同类型的创新型人才。未来创新型人才的培养，需要不断更新教育理念，更需要不间断的教育实践。为此，我校进行了多模式培养的探索。2007年，“理科实验班”探索数理基础对高水平创新人才成长的作用。2008年，“国际班”探索国际化视野如何促进人才成长。2010年，申请“纳米材料与技术专业”并进行专业综合改革，探索“厚基础、大科学、融合创新”的培养模式。
各模式下的成功经验相互借鉴，不断凝练，共同促进，有力地推进了我校材料学科的本科教育教学改革。相关经验对提高我国高校本科教育教学质量具有参考意义和推广价值。
二、人才培养体系的实施效果
培养高水平创新型人才是当今时代的呼唤，“四阶递进，三体并举”人才培养体系的构建，为进一步完善和探索高校本科生创新教育模式奠定了基础。该体系着重解决了在材料专业创新人才培养过程中存在的四个方面的教育教学问题：传统课程以知识讲授为主，教学体系涉及的知识面较窄，内容相对陈旧，难以调动学生主动性，缺乏对于学生创新兴趣、创新思想的启发以及对创新能力的培养;缺少将教师科研成果及时融入本科教学内容的有效机制;受实验教学资源制约，专业课实验教学缺乏将科研平台服务于学生自主创新的有效途径，不能满足学生自主创新的需要;教学设计不能充分满足社会对材料类人才的需求，不能满足学生多样化的学习发展需求。
经过近十年的探索，我校实现了材料类高水平创新型人才培养的突破，对新时期材料专业高水平创新型人才培养具有重要的示范作用和推广价值，受到其他高校和社会的好评。该成果也获得了2014年度国家级教学成果一等奖。
1. 形成了崇尚创新的文化氛围，培养学生创新精神
“中国材料名师讲坛”已成为我国材料领域最重要的讲坛之一，吸引了一些著名学者主动要求前来讲学。学院累计万余名学生聆听了世界大师的教诲，同时还吸引了清华大学、钢铁研究总院等近20所高校、科研院所学生参加，达到了以世界大师为我校之大师、以科学之思想为创新之思想的目的。同时，高水平多层次的科学论坛、学术交流和科技竞赛培育了崇尚创新的文化氛围。
2.搭建了长效实践平台，学生创新能力得到显著提高
5年来，本科毕业生深造率从46%提高到65%，特别是到清华大学、北京大学以及美国斯坦福大学、英国剑桥大学、德国亚琛工大等国内外著名单位深造的人数从每年80余名增加到了220余名;学生课外创新活动参与率从不到40%增加到80%以上;获得了30个国家级和北京市级创新项目奖，其中5项获全国“挑战杯”奖项;本科生发表SCI论文179篇，申请专利79项。缪成亮同学获2011年度“Charles Hatchett”奖（Nb微合金化领域国际最高奖），这是该奖项设立33年来首次由中国研究团队获得;王乐在Nature Materials、 Applied Physics Express等杂志上发表13篇论文，总影响因子达50.5。
3.体系应用情况良好，示范作用突出
《金属材料学》是北京市精品教材，同时入选国家“十二五”规划教材，年均销售量超过3000册。《材料科学基础》为北京市精品教材。《材料能量学》、《合金相与相变》、《材料科学基础》等教材被80多所高校采用。名师课堂“材料科学与工程导论”被列入首批教育部精品视频公开课建设计划。材料学教学团队荣获2009年和2013年两届北京市教学成果奖一等奖2项，二等奖1项。3人获宝钢优秀教师奖;新增北京市教学名师1人。自主学习平台被清华大学等8所高校使用;100多所高校老师来实验中心培训、参观交流;校外实习基地每年接纳500名清华大学、北京化工大学等高校本科生实习。学院被教育部材料科学与工程专业教学指导委员会推选为该专业“教学质量国家标准”制定的牵头单位。
今后，我校将继续按照创造的规律，在材料学科学生教学实践中做出新的探索和贡献，培养出更多适应创新型国家建设需要的高水平创新型人才。