张爱英， 龚宸悦， 金海波， 刘 艳， 仪德启

（北京理工大学材料学院，北京 100081）

0 引言

随着“中国制造2025”等一系列国家重大战略的实施，我国对高层次应用型人才的需求更加迫切。发展专业学位研究生教育，是研究生教育服务国家经济建设和社会发展的必然选择［1］。专业学位研究生教育的实践性属性［2］决定了专业学位研究生培养的核心是实践能力。实践教学是创新应用型人才培养的重要途径，在培养学生实际动手能力、分析问题和解决问题能力以及创新意识等方面起到举足轻重的作用［3-4］。

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，在国民经济和国防建设各领域发挥着关键作用。对材料学科而言，很多新材料、新技术都是从实验过程中产生的，加强对材料类专业学位研究生实践能力和创新精神的培养尤为重要［5-6］。本研究首先分析专业学位研究生工程实践能力培养面临的现实问题，然后从教学体系构建角度入手，提出了适合材料类专业学位研究生工程实践能力培养的教学模式，探索符合专业学位研究生教育发展规律的培养路径，以更好地适应经济社会发展需要。

1 工程实践能力培养面临的现实问题

1.1 缺乏工程化实践平台，理论教学和实践教学脱节

专业学位研究生绝大多数来源于应届毕业的本科生，其应用实践能力一般不足，通用的做法是利用企业或校企联合实习基地进行学生工程实践能力的训练。但人才培养的长周期与企业的生产压力和经济效益之间存在着一定的矛盾，使得企业对高校学生的实践教学活动缺乏有力的支持［7］，导致专业学位研究生本应作为核心优势的工程思维和实践能力没有得到充分培育。

高校具有众多的国家实验室和工程中心，不仅开展科学研究，同时也开展工程化生产。若利用这些资源来建立工程化实践基地，一方面可培养研究生的实践能力，加深对行业的认知，另一方面，也便于将课堂教学实时地与工程实践训练结合起来，开展较为长期的工程实践训练。

1.2 与行业发展分离，缺乏与生产一线人员的合作

专业学位是培养理论基础扎实、适应行业实际工作需要的应用型高层次专门人才［8］。专业学位以专业实践为导向，重视实践和应用，学生应在专业和专门技术上受到高水平的训练。然而，目前高校教师队伍偏学术化，工程实践经历普遍不足，缺乏对行业最新技术动态的讲授［9］，因而导致教学体系与行业发展间存在脱节，不利于学生工程化思维的培养。为此，可通过吸收工程实践经验丰富的行业工程专家作为校外教师，共同承担专业学位研究生的培养工作。

1.3 课程内容偏重理论讲授，与实际应用联系不足

从发展历程看，专业学位课程体系是参考学术学位研究生课程而设置的。经过多年的发展，专业学位研究生课程设置已逐步具备自身特色，但依然存在偏重理论化、与工程实践联系不足的问题［10］。为适应专业学位研究生工程实践能力培养的需要，应充实与工程应用相关的课程内容，保持课程内容的系统性和实用性；另一方面，大部分课程教学依然以教师讲解为主，缺乏对学生积极性的刺激和调动，不利于学生综合运用知识的能力、沟通能力和团队合作能力的培养，而这些也是学生在未来工作中所必须具备的能力。如何在教学过程中，将应用型人才培养与专业课程教学有机结合，进一步强化实践教学体系迫在眉睫。

基于对专业学位研究生工程实践能力培养现实问题的分析，我校材料学院以面向专业学位研究生开设的“高分子与阻燃材料成型加工”课程为例，坚持工程项目与教学内容深度融合，在线上实践教学平台训练、线下实践教学基地实验、校外工程专家案例教学、理论教学联系工程应用等环节进行了不断改革与实践，形成了“四位一体”的专业学位研究生工程实践能力培养的教学模式（见图1），着力培养具有创新创业能力的应用型人才。

图1 “四位一体”的专业学位研究生工程实践能力培养模式示意图

2 工程实践能力培养的探索

2.1 视频教学与工程实验相结合，掌握实验原理及操作

高分子材料成型加工的工艺会涉及到加工设备结构、具体操作过程以及制品测试表征等内容，为实现好的教学效果，要求学生对相关内容有一定的直观认知。由于学时限制、设备数量有限以及运行成本的问题，不能提供太多的机会让学生反复操作仪器设备，一定程度上限制了学生开展大量深入的实践教学活动。而线上资源学习平台具有开放共享的特点，可赋予学生自定节奏的学习空间［11-12］。为此，将高分子与阻燃材料成型加工方法、制品结构与性能分析以及阻燃性能测试等一系列常规的实验操作过程拍摄成视频，建设线上实践教学平台来突破这一瓶颈，涵盖的具体内容如表1 所示。这样，不仅可以有效地降低仪器设备运营的成本，更重要地是可以为学生提供灵活便利的实践培训学习平台。

表1 线上实践教学平台视频内容

在线上实践教学平台的视频中，通过教师讲解（图2（a））、动画模拟演示（图2（b））、实际操作（图2（c））等多种方式，直观形象地呈现了热塑性高分子材料成型加工的基本原理、实际操作过程以及材料性能测试方法等内容。借助于实验视频教学平台，学生可以根据自身需求，反复多次学习相关实验内容，熟悉并掌握高分子材料成型加工中常用设备的基本原理、操作过程以及样品性能的测试方法，为深入理解相关理论知识以及后续的线下基地实践活动提供有力的支撑。

图2 线上实践教学平台部分视频截图

2.2 开展科教融合的实践项目，提升实践创新能力

实践教学基地是专业学位研究生进行实践活动的重要场所，是学生了解行业发展进程的枢纽［13-14］，可有效地提高应用型研究生的培养质量。为此，本课程依托我校国家阻燃材料工程技术中心建立了稳定的工程实践教学基地。由于中心长期开展新型阻燃材料的研究和工程化开发，因而实践教学内容的设计思路是梳理最新科研成果，选取研发项目中较为典型的阻燃复合材料体系，涵盖材料成型加工及产品表征全过程的内容。让学生通过亲自设计实验并开展加工设备和测试仪器的操作，培养工程化思维和实际操作能力。

例如在双碳战略目标下，作为一种生物基可降解材料，聚乳酸易于加工成型且力学性能优异，被认为是通用塑料理想的替代材料。但聚乳酸极限氧指数低且熔滴现象严重，必须进行阻燃改性，才能应用于汽车工业和电子产品包装等阻燃要求较高的领域。基于此，实验设计的配方包括聚乳酸材料、膨胀型阻燃剂、稳定剂、偶联剂和其他助剂。该过程中，学生首先需要确定配方的各组分，进行混合分散并进行流变性能测试，然后根据聚合物熔体的流变学行为确定所采用的工艺条件，再利用双螺杆挤出机，通过熔融共混挤出制备阻燃聚乳酸复合材料，如图3 所示。期间，可以适当调整配方中各组分的含量以及助剂的类型，获得成分有一定差异的系列阻燃聚乳酸复合材料，并对其结构和性能进行测试分析，使学生掌握阻燃复合材料体系的设计思想，深入理解材料的结构对其阻燃性能和力学性能等各种性能的影响，从而满足不同使用场景对产品性能的要求。

而且，前期通过线上实验教学平台，学生已熟悉了相关成型加工设备及测试仪器的工作原理及使用方法，所以在线下实践基地可以有更多的时间亲自操作仪器设备，掌握高分子材料的成型加工方法及性能测试手段。通过线上线下实践教学的有效衔接，使学生对工程实践有了更切身的体会，提升学生解决复杂工程问题的能力及创新实践能力。

2.3 专业教育与生产一线有机结合，建立工程化思维

基于专业学位研究生的培养目标，聘请本领域校外工程专家参与授课，颁发校外教师聘书，搭建起研究生和校外工程专家沟通的平台，引导研究生关注国家战略需求和工程实践应用。校外工程专家均主持过工程项目的研发和工业化生产，工程经验丰富且具有深厚的理论功底。例如来自航空研究院的专家所带领的科研团队经过十几年的科研攻关，突破了航空橡胶密封材料的关键技术，并完成了工程化生产。专家授课时将特种橡胶材料制品应用于飞行器中的实际案例引入课堂教学，所讲授的橡胶密封材料的成型加工完全从工程化的角度展开，拓宽了学生的视野和知识结构，非常有利于学生工程化思维的建立以及创新精神的培养。

校内教师尽管也承担企业项目，具有一定的工程经验，但缺乏工业化生产的经历。而校外专家基于实际案例开展的研讨式教学，可引导学生深刻体会在工程化过程中所遇到的各种技术问题、面临的多方挑战、以及最终的解决过程，从而潜移默化地塑造学生大国工匠、坚忍不拔的精神品质，帮助学生在学习伊始建立起工程化的思维及解决问题的方式，发挥校内校外教师协同育人的作用。

2.4 加强理论教学与工程应用的融合，构筑完整的知识框架

高分子材料成型加工过程不仅赋予制品所需要的形状，还直接影响制品的微观结构和宏观性能。因此，为使学生形成较为完整的高分子材料成型加工知识框架，要以产品成型加工为主线，梳理出清晰的知识网络体系，同时又要以实例来分析成型加工对材料性能及应用的影响。例如教师可设置对应章节相关实际应用专题，包括硅橡胶各组分均匀分散成型加工工艺、有机磷系阻燃聚丙烯材料的研制、阻燃聚氨酯泡沫材料的成型加工等内容，要求学生通过小组开展研究型学习［15］，激发学生的主观能动性，培养学生的团队合作精神。具体实施过程为：小组成员讨论后初步确定调研框架并进行分工，然后开展文献调研，从体系配方设计、成型加工方法、性能测试及产品实际应用要求等方面进行归纳梳理，撰写出调研报告初稿。期间小组成员间、小组与教师间，进行多次讨论，对报告内容、撰写逻辑性以及行文表达规范等方面进行修改，最后提交专题调研报告并在课程结束时进行汇报。这样一种根据工程实例、逆向剖析的沉浸式学习模式，促进了学生对不同工程问题的多方位思考和全面认知。而且在这个过程中，学生也完成了对于理论知识的内化，提升了自身的实践创新能力。

另一方面，将本领域新的成型加工技术充实到教学内容中，让学生接触到前沿的科研方向，保证课程内容的先进性。例如，静电纺丝技术由于可制备功能性微纳米纤维，在能源转换、生物医用以及净化材料等众多领域已得到应用。常用的普通口罩随着内层熔喷无纺布静电吸附能力的衰减，其阻隔效率不断降低，而通过静电纺丝技术制备的纳米纤维薄膜的阻隔效果远超普通熔喷无纺布，以此为例，将静电纺丝技术的原理及微纳米纤维的成型加工逐步展开讲解。再比如，在讲解高性能纤维的成型加工时，以我国自主研发的第一条百吨级T1000 碳纤维生产线研发过程为例，讲解碳纤维的结构、性能及成型加工，同时介绍高性能碳纤维材料如何服务国家战略。将授课内容与时政热点以及国家战略需求联系起来，提升了学生对材料学科的学习兴趣，传承了科技报国的志向情怀。

3 结语

本研究在分析材料类专业学位研究生培养的特点以及实践教学中存在主要问题的基础上，构筑了线上实践教学平台训练-线下工程基地实践-行业工程专家案例讲授-沉浸式研究型学习的完整教学链条，保证学生可以开展较长时间的工程综合素质训练，将学生工程实践能力的培养有机融合到课程教学中。对进入航空航天、电子信息以及兵器行业等领域从事工程研发的毕业生和相关企业调查反馈，该教学模式可有效提升学生运用工程化思维开展工程实践的能力，有望能为应用型高层次人才的培养提供参考与借鉴。