新工科視域下無機非金屬材料工程專業畢業設計（論文）質量提升探析

黃 潤，周建宏，王慶平，劉振英，胡 標

（1.安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001；2.寶雞文理學院 研究生院，陜西 寶雞 721016）

為促進中國早日躋身創新型國家前列，實現國家經濟實力大幅提升，近年來，我國提出“中國制造2025”“互聯網+”及“一帶一路”等一系列重大戰略來應對新經濟形勢下的新挑戰。鑒于現有高等工程教育培養出的人才質量不能有效滿足經濟發展的要求，難以培養出具有創新性、跨界整合能力的人才。自2017年2 月，教育部先后在復旦大學及天津大學召開高等工程教育發展戰略研討會，提出了新工科概念［1］。新工科相對于傳統工科而言，是面向新經濟、新產業發展需求對舊工科升級改造或將不同學科交叉融合而產生的新生學科，其具體內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。工程教育新理念（如以學生為中心，以成果為導向等）、學科專業新結構（如醫工交叉專業等）、人才培養新模式（如示范性工學院等）及教育教學新質量（如工科專業類教學質量國家標準等）均為新工科內涵的外在表現形式［2-4］。與傳統工科對比，新工科更加強調學科構建的實用性、交叉性與綜合性，目標是促進高等院校產出具有良好工程創新能力及適應未來變化能力的工程科技人才。在實現上述目標的培養過程中，面向產業及行業需求的實踐教學均是培養高校工科專業大學生工程能力與創新能力的重要途徑。

本科畢業設計（論文）是工學學生走向工作崗位前最后一個階段的學業任務，其要求學生將大學四年所學的通識及專業課程理論熟練運用到實踐中，能培養學生工程創新的能力，對推進各專業的新工科建設具有至關重要的作用［5］。教育部也意識到本科畢業設計（論文）在新工科建設中的突出地位，于2020年12月出臺教督〔2020〕5 號文件《教育部關于印發本科畢業論文（設計）抽檢辦法的通知》，擬通過強化和改進教育督導評估監測，提高高等院校培養創新人才的意識，最終保證工科專業人才的培養質量。本文以安徽理工大學無機非金屬材料工程專業為例，對新工科形勢下該專業本科畢業設計（論文）存在的主要問題進行歸納，剖析產生原因，針對新背景下提高其質量提出一些見解，以期為培養出實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型新工科人才奠定基礎。

1 新工科背景下無機非金屬材料工程專業本科畢業設計（論文）若干問題

安徽理工大學無機非金屬材料工程專業成立于1996 年，于2020 年入選國家級一流本科專業建設點，并于2022年通過教育部工程專業認證。自2001年第1屆學生畢業以來，迄今為止已經為各行各業輸出了20屆本科畢業生，為建材和建工行業以及地方經濟社會發展培養了大批人才。經過多次修訂，該專業已形成較為成熟的本科畢業設計（論文）體系，但在當前的新工科建設背景下，筆者認為近年來學生完成的畢業設計（論文）質量尚與行業內新形勢下的要求存在著不小的差距，主要問題及產生原因分析如下：

1.1 選題范圍較窄

對安徽理工大學無機非金屬材料工程專業2015—2017級最近3屆畢業216名本科生的畢業設計（論文）題目進行統計，歸納所得的選題情況如表1。

表1 近3年安徽理工大學無機非金屬材料工程專業畢業設計（論文）選題表

由表1 可知，60%的同學選擇了畢業設計類的課題，但畢業設計（論文）的選題范圍均較窄，主要集中在傳統的水泥、玻璃、陶瓷及混凝土的原料、車間設計及相關制品的開發、性能檢測上，這曾為建材行業培養高素養從業者發揮了積極地作用，但在新工科背景下也限制了交叉復合型人才的培養與塑造。筆者認為造成該問題的原因來自2 個方面：一方面本專業平時的課程設置及實習多集中于傳統建材如水泥、玻璃、陶瓷等領域，且在這些方向上在校內外均有著較為固定的實習實訓基地，學生在選題時傾向于挑選這些耳熟能詳且較有把握的課題；另一方面，本專業大多數教師均具有傳統建材行業學歷背景，在新工科如新能源、信息等無機材料領域研究較少，指導教師研究方向較窄導致畢業設計（論文）選題較為集中。

1.2 內容不夠充實、質量較低

盡管本專業對畢業設計（論文）形式及內容有著嚴格的要求，但對最近3年畢業216名本科生完成的學位論文進行分析，發現存在著論文內容單薄及質量較差的問題，具體表現及所占比例如圖1。

圖1 安徽理工大學無機非金屬材料工程專業畢業設計（論文）內容問題

由圖1 可知，近3 年本專業學生完成的畢業設計（論文）較為突出的問題集中在工作量偏少（圖表較少）及分析討論問題較淺上，另外學生查找及理解文獻的能力也是一個短板。由于學校設置了畢業設計（論文）的重復率應低于30%這一紅線，統計出22.5%的畢業設計（論文）重復率在20%～25%之間，重復率盡管低于學校要求但仍偏高，23.9%的畢業設計（論文）還存在著多次出現錯別字、圖表排版及參考文獻引用格式不規范等問題。這可能由以下原因造成：①畢業設計（論文）安排在第八學期，即大學四年的最后一個學期進行，此時學生們往往一邊準備考研復試，一邊找工作、簽協議，而公務員考試及企業面試等也要占用大量時間，沒有足夠的時間和精力保障自然無法產出高質量的學位論文；②近些年隨著本專業的擴招，學生規模不斷增大，但教師的擴充速率比較緩慢，這導致每名教師指導的學生數量在7～10名左右，而大部分教師自身的科研及教學任務就比較繁重，很難有足夠的精力從文獻查找、開題報告、外文翻譯、圖紙繪制、實驗操作及論文修改等多個環節進行精細化指導，這也在一定程度上影響著最終學位論文質量；③學校、學院及本專業雖然制定了一系列規章制度及管理辦法來保證畢業設計（論文）質量，但畢業設計（論文）直接關系著學校的就業率及學生的前程，因而校、院、教師在執行政策時往往對學生采取較為寬松的措施，制度常常流于形式，這也是導致學位論文質量低的又一原因。

1.3 與新時代行業發展匹配度較弱

圖2為“十四五”期間我國在無機非金屬材料相關領域擬大力發展的主要方向。盡管本專業培養工科人才的成效與無機納米藥物、半導體材料、新能源材料器件及高性能耐高溫航空航天材料等方向有著一定的聯系，但知識體系顯然已不能滿足這些新興材料研發的要求，過去主要著眼于水泥、玻璃及陶瓷等傳統建筑材料的畢業設計（論文）內容也需要升級改造，以與國家戰略性新型產業發展相匹配。此外，為了應對氣候變暖這一全球性問題，我國在2020 年9 月主動做出碳達峰及碳減排（“雙碳”）承諾，即力爭在2030年前實現二氧化碳排放達到峰值，爭取在2060 年前實現碳中和［6］，這一環保方針也為無機非金屬材料工程相關產業結構調整提出了要求。我國建材行業產量巨大，建材產量（如水泥、玻璃、陶瓷及磚瓦等）占世界產量的一半以上，而建材又是一個典型的能源消耗及排放型產業。據統計，2020 年建材行業的碳排放高達17 億噸，其中水泥行業排放量14 億噸，燒結磚瓦材排放量2 億噸，玻陶行業排放約1億噸［7］，中國雙碳目標的實現極大地依賴于建材行業的節能減排，而本專業的畢業設計（論文）在內容上極少考慮上述最新國家發展戰略及目標，這顯然不利于新形勢下新型工科人才的培養。

圖2 “十四五”規劃無機相關新材料大力發展方向

1.4 綜合能力培養成分偏低

與傳統工科專業相比，新工科更加強調學科的實用性、交叉性與綜合性，更加重視具有較強工程實踐能力、創新能力及團隊協作能力的復合型、綜合性人才的培養［8］。表2為安徽理工大學無機非金屬材料工程專業畢業設計（論文）各個環節的課程目標，從表中可以看出盡管本專業畢業設計（論文）從文獻查找、方案設計、分析解決問題能力培養、答辯及社會責任5個環節對學生提出了嚴格的要求，但總體上較為關注學生獨立思考及分析與解決實際工程問題的能力，而對學生的實踐、創新及團隊協作能力要求甚微，這也與新工科要求的工科高校應多培養實用性、交叉性及綜合性人才這一總體目標有所脫節。

表2 安徽理工大學無機非金屬材料工程專業畢業設計（論文）課程目標

2 改革舉措與應對策略

2.1 優化教師學緣結構及專業培養方案，拓寬選題范圍

畢業設計（論文）的題目一般由教師提出，因而教師的知識結構，學歷背景直接決定著學生的選題方向?；诖?，本專業在引進新教師時應優先考慮具有新型智能無機材料研究背景的人才，通過與具有傳統建筑材料（如水泥、玻璃、陶瓷及耐火材料等）研究基礎的教師形成學緣結構互補，提高專業的研究廣度。此外，在新工科背景下，部分具有傳統建材研究背景的青年骨干教師應不斷學習、認識及研究本專業相關的新型材料（如新能源、信息等無機材料等），通過摸清這些新型無機材料生產原理、流程及性能調控方法，不斷拓展自身的眼界、提高科研水平，提升指導學生畢業設計（論文）的能力。

優化本專業的培養方案（如培養目標、課程體系等）對提升本科生的畢業設計（論文）質量亦大有裨益，可以采取如下3個措施：①調整培養目標。目前，本專業的培養目標多強調學生對無機非金屬材料生產、加工利用及相關工藝流程、機械設備的掌握，在后續培養方案擬定時可以以新工科為背景，多考量新興技術及新興產業對無機非金屬材料工程科技人才的需求狀況及發展趨勢，制定出與社會發展相匹配的人才培養目標為本科畢業設計（論文）的高質量開展提供方向性指導。②構建寬口徑的課程體系。課程體系是人才培養目標實現的主要依托，當前，本專業的主干課程還傾向于傳統建筑材料，如玻璃、水泥及陶瓷基本原理和工藝的講授?？梢越Y合當前社會對無機非金屬材料工程專業人才的實際需求，開設一些與專業相關的跨學科課程，如智能材料、信息材料等幫助學生建立起多學科領域相互交融的知識體系，通過對無機非金屬材料形成立體而系統的認識，助推學生提高畢業設計（論文）選題廣度。③設置密切聯系的實踐環節。畢業設計（論文）是學生綜合運用理論知識解決實際生產或科研問題的過程，可以在學生進入該環節前設置課程設計及無機非金屬材料工藝實踐等環節，通過強化學生的實踐能力，提升本科畢業設計（論文）質量。此外，多渠道的更新及拓寬畢業設計（論文）選題范圍也是解決本專業學生選題較為集中的良好途徑，選題可來源于社會生產實際、面向工程應用研究中的高新技術、企業難題等，鼓勵學生根據自己的興趣特長、平時參加的各類大學生創新創業及科技競賽或擬就業（考研）方向提出選題，最終采用教師與學生雙向選擇的方式來確定畢業設計（論文）題目。

2.2 調整流程，建立教師激勵機制及加強過程性管理評價

前移選題時間、增加中期答辯環節。本專業的畢業設計（論文）包括選題、查閱相關文獻完成課題綜述初稿、一篇新近經典英文文獻翻譯工作、開題、圖紙繪制/試驗探索、論文撰寫及定稿、答辯。為了解決畢業設計（論文）與學生考研復試及就業的矛盾，可以嘗試靈活安排教師與學生之間的互選時間，探索非固定時間階段的畢業設計（論文）新型模式；抑或將畢業設計（論文）動員及課題互選工作提至第七學期，學生可以利用第七和第八學期之間的寒假期間針對性的查閱課題相關資料擬定初步設計方案，提前完成文獻綜述初稿及英文文獻的翻譯工作，為杜絕以往畢業設計（論文）過程中出現的先松后緊現象，保障學生高質量的完成學位論文奠定基礎。此外，筆者認為應該在本專業的畢業設計（論文）過程中增加中期答辯環節，這不僅有利于教師掌握學生的工作進度、了解學生對課題的把握情況，還可以讓學生找到與其他人工作進度及質量的差距從而增加其對完成課題的緊迫感。中期答辯結束后，將本專業所有學生的成績進行排序，對處于末尾5%～10%的同學予以警示及加強指導，這也能進一步提高畢業設計（論文）的整體質量。

增加激勵措施、提高教師的指導積極性。本專業教師均屬于雙肩挑型的教學科研崗，平時不僅要給低年級學生上課，而且還面臨著年底嚴格的科研考核任務，這導致很多教師對學生指導采取敷衍的態度，造成畢業設計（論文）質量低下。為了鼓勵教師在進行科研的同時積極參與畢業設計（論文）指導，可以建立指導畢業設計（論文）獎懲制度，比如對于優秀的指導教師，在物質及精神上給予獎勵，職稱評定時進行額外加分，而對于工作態度應付、指導不負責的教師可以通過逐年減少其指導畢業設計（論文）學生數量，直至取消其指導資格來實現懲戒作用。學院也可以采取對指導畢業設計（論文）優秀的教師在大會上進行公開表彰、邀請優秀指導教師分享指導經驗及管理方法等多種舉措激勵并幫助全體教師提高畢業設計（論文）的指導能力。

引入工作日志機制，實行例會制度。畢業設計（論文）工作由于不是在某一固定的場所開展，指導教師很難對學生實行過程管理及日?？记谠u價，對學生階段性檢查的缺失容易導致問題堆積及進度滯后，最終降低畢業設計（論文）的質量。針對這一問題，可以讓學生每日向教師提交工作日志，內容包括當天的工作時間、地點、工作進展情況及存在的主要問題等，教師亦應即時的在工作日志中對學生上報的情況進行選擇性或針對性的回復與指導。對于日志中的共性問題，堅持每周例會制度，讓每位學生根據自己的進展和問題進行匯報，教師可借此掌握學生整個的工作狀態與進度，面對面的幫助學生答疑解惑、理順思路。通過例會，學生可以加深對課題的認識和理解，學習分析及解決具體問題的方法，教師亦可以根據工作日志及例會出勤及表現情況對學生進行打分，分數作為平時成績的一部分計入畢業設計（論文）的總評成績。

2.3 鼓勵研究新型無機材料，增加經濟安全及環保因素分析

結合新工科建設目標，本專業畢業設計（論文）應該圍繞如何將學生培養成具有較強行業背景知識、交叉創新能力、勝任行業新發展需求的應用型和技術型人才展開?？梢砸龑Ы處煻嚓P注及學習行業內新型無機材料（如新能源結構材料、半導體光電材料、無機納米功能材料等）的制備方法及過程，利用專業現有資源及網絡優勢，在畢業實習中安排新型無機材料生產流程及性能調控的專題教育，使學生進入課題前便接觸到相關前沿技術。另外，專業可以安排教師赴現場收集生產工藝流程及設備儀器圖片，將新型無機材料的生產工藝流程做成虛擬仿真程序，在專題教育中將仿真實驗程序與教學多媒體課件有機結合起來，使學生對新型無機材料從原料到產品整個生產過程、設備具有全面認識，消除學生對新生領域的陌生感。相應的，本專業還應鼓勵新型無機材料課題的研究探索，在畢業設計（論文）中按照一定比例（10%～15%）設置相關課題，并視效果逐年增加比例，通過研究積累不斷加深師生對新型無機材料的認識。此外，為了讓本專業學生逐漸融入國家最新提倡的綠色低碳循環發展等國家戰略，教師可以在畢業設計（論文）過程中通過講述、引導學生自發學習等方式讓學生關注行業發展的最新動態。鼓勵學生思考與探索無機材料生產時節能減排的新方法，要求學生在畢業設計（論文）里專門撰寫一章對工廠設計/產品研發過程中的經濟安全、固廢處理、環境保護等問題進行論述，以加深學生對新工科形勢下本專業升級轉型的認識和理解。

2.4 加強學生的工程實踐能力、綜合素質培養

新工科提倡培養具有較強工程實踐能力、創新能力及團隊協作能力的復合型人才，筆者認為本專業畢業設計（論文）可以從以下3個方面著手來提高學生的上述素質。（1）校企聯合指導提升學生工程實踐能力：本專業的教師多為具有良好學術背景的博士，對科學研究流程很熟悉，但缺少在公司企業生產一線的工程實踐經歷，因而實際生產經驗相對欠缺，因此可以探索校企雙導師聯合指導的新模式來加強學生工程實踐能力的培養。聘用一些工程實踐經驗豐富的工程師作為企業導師，利用他們節假日等休息時間通過QQ、微信等方式指導學生的畢業設計（論文），由于企業導師具有很強的工程實踐和產品開發及管理能力，可以與理論基礎知識扎實的教師形成互補，共同提高學生的工程實踐能力。（2）注重學生創新能力的培養：大多數學生在畢業設計（論文）過程中遇到創新性問題往往采取消極逃避的態度，其原因在于對遇到的問題缺乏相關經驗及研究興趣，以至畏難喪失信心。教師在耐心引導學生運用綜合所學找對思路的同時應“抓大放小”，即在關鍵科學及工程問題上把好關，而在具體的研究方案及內容方面要大膽放手，鼓勵學生嘗試，寬容學生失敗，注重培養學生獨立思考及勇于創新的工作能力。（3）加強學生團隊協作意識的培養：當今社會分工越來越細，因而新工科形勢下高校培養的人才不僅應具有較高的專業素養，而且還應有良好的溝通協調及團隊合作能力。本專業的畢業設計（論文）主要考核學生個體分析及解決問題的能力，欠缺對學生團隊合作能力的培養及考察。針對這一問題，教師可以嘗試根據課題將一些具有共性選題的學生分成若干小組，明晰小組中子課題的任務，讓各小組中的學生自己分工合作完成課題中共性的內容與目標。教師視完成質量對具有較強合作意識及團隊精神的小組酌情加分，并計入總評成績，通過上述過程的歷練逐漸培養學生團隊協作的意識、提高學生團隊合作的能力，最終實現提升學生綜合競爭力的目的。

3 結語

新形勢下，為了給國家輸送高質量人才，傳統無機非金屬材料工程專業需要不斷升級轉型以符合國家發展規劃。本科畢業設計（論文）在培養大學生實踐能力、創新創業能力等方面發揮著不可替代的作用，是提升本科教學質量的重要環節。分析所在專業畢業設計（論文）存在的主要問題及原因，指出在新工科背景下，本專業應通過優化教師學緣結構及培養方案、拓寬選題范圍、調整指導流程、強化過程管理、調動教師積極性、緊跟國家發展戰略及加強學生綜合素質培養等途徑，提升畢業設計（論文）質量，為國家培養高素質綜合型人才奠定基礎。