摘要：培养创新型人才已经成为新时期材料成型及控制工程专业的重要课题之一。以3D打印材料课程为例，以提升新时期材料成型及控制工程专业学生创新能力为中心，开展教学方法改革，提出理论教学、实践教学、科研教学相结合的新型教学方法，为全面提升相关专业人才培养质量提供一些借鉴和参考。
关键词：创新型人才培养；理论教学；实践教学；科研教学；教学体系
1研究背景
培养创新型人才是国家发展的内在要求。教育部组织实施的“部级大学生创新创业训练计划”项目，为推动我国创新型人才培养工作发挥了重要作用。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》[1]和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》[2]等重要文件的，也为我国教育改革和创新、提升创新型人才培养质量指明了重要方向。目前，“以学生为中心”、培养创新型人才已经成为新时期材料成型及控制工程等工科专业的重要课题之一[3-8]。在此背景下，有必要对新时期材料成型及控制工程专业学生创新能力培养进行深入研究，积极践行以提升学生创新能力为中心和持续改进的教学理念，以期取得创新的研究成果，为培养高素质的社会主义建设者和接班人提供一些参考。近几年，材料成型及控制工程专业快速发展，但相关高层次人才却相对匮乏，已成为限制该专业发展的主要瓶颈之一。如何培养具有创新能力、学习能力和实践能力且全面发展的材料成型及控制工程专业技术人才，是高等学校材料成型及控制工程等专业需要解决的重要问题。为此，笔者结合新时期材料成型及控制工程专业培养体系发展趋势，以3D打印材料课程为例，提出将理论教学、实践教学和科研教学相结合的新时期材料成型及控制工程专业新型教学方法，为全面提升该专业人才培养质量提供一些借鉴和参考。
2教学方法改革思路
针对如何培养全面发展的创新型材料成型及控制工程专业人才的问题，提出将理论教学、实践教学和科研教学相结合，以3D打印材料课程为例，构建了以提升学生创新能力为中心的教学体系(见图1)，具体包括以下内容。
2.1围绕3D打印材料课程的基础理论和实验加强师生互动
激发学生创新思维该课程的教学内容主要围绕3D打印材料课程的基础理论和实验展开，同时介绍国内外3D打印材料领域的最新研究进展。构建以调动学生积极性为核心的师生互动式的教学体系，即“教师讲解—学生选题—学生实践—学生汇报”。从课堂教学到课程实践，教师因材施教，根据学生的具体情况，要求学生根据课程内容结合自己的兴趣，将3D打印技术应用于实践，从而产生创新性的研究思路，增强学生的发散性思维和创新能力。将“课堂汇报+实践作品”作为考核手段之一，既可以提高学生的表达和写作能力，又能激发学生的科研精神和创造性思维，保障教学效果。
2.2组织学生参与科研项目和科技竞赛实现理论实践科研相结合的创新教学
为实现理论教学、实践教学、科研教学相结合的目标，以3D打印材料课程理论知识为基础，教师组织学生参与各类科研项目，结合3D打印技术前沿研究方向，积极鼓励和指导学生参与各类科技竞赛(如“挑战杯”等)和部级科研项目(如国家自然科学基金项目等)，将3D打印材料相关的理论、实践、科研教学结合起来，培养和提高学生的创新精神和实践能力。同时，依托材料成形与模具技术国家重点实验室、增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心等高水平科研平台，并与3D打印领域的知名企业联合建立科研实践基地，拓展学生的实践渠道。此外，加强与英国南安普顿大学、比利时鲁汶大学、新加坡南洋理工大学等3D打印领域顶尖高校的合作，最终建立学校-企业、国内-国际相结合的多类型、多层次学生培养体系。
3教学方法改革措施
3.1理论教学和实践教学
在现有专业理论教学基础上，开展材料成型及控制工程专业的实践教学，将理论教学和实践教学有机结合，加深学生对相关理论知识的理解和掌握。具体措施如下。一是教师在开展3D打印材料课程专业理论课教学的过程中，不断更新、完善和丰富授课内容，将近年来国内外最新的3D打印材料和应用案例引入课堂。此外，适当增加英文授课内容，通过学习，提高学生的专业英语水平，为其今后继续深造打下良好的专业英语基础。二是教师采用现代教学手段(如PPT演示、影像资料等)，讲授各类3D打印材料的制备、性能及应用特点，以提高教学效果。采用学生PPT汇报、交流讨论等方式，进行课堂互动，激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效果。三是改变教师讲课、学生听课的常规授课模式，“以学生为中心”，让学生主动参与到教学当中。提高对实验环节的重视程度，让学生将3D打印材料课程的理论知识和实践过程有机结合起来，确保授课效果。授课教师在整个教学过程中对所有学生进行指导、监督和考核。四是根据授课教师的研究方向，将不同方向的教师安排到不同的3D打印材料实验课程教学当中，教师指导学生开展自己感兴趣的3D打印材料相关实验，最大程度保证教学效果。五是建立“以学生为中心”的实践教学思路，授课教师根据3D打印材料课程的授课内容，设置系列实践教学内容，学生根据自己的兴趣爱好，自由选择实验内容。参与实验的学生，根据兴趣爱好自由组成不同小组，每个小组包括1名组长和若干组员，所有学生要在规定时间内分工协作，完成实践教学各项任务，授课教师全程给予指导。
3.2科研教学和实践教学
紧密联系企业实际科研和工程应用需求，设置合理的科研教学和实践教学内容，加强与国内外高校、科研院所、企业的学术交流，开阔学生的专业视野。具体措施如下。一是基于教师主持的国家自然科学基金项目等各类科研项目，依托与授课教师团队有深入合作的企业，深入开展科研教学和实践教学。以主流的3D打印材料为主线，深入分析其共性特点，使学生初步具备制订3D打印材料制备与成形方案的能力。借助影像等手段做好课堂教学前的3D打印材料展示，结合必要的实践环节，提高授课质量与效果。二是邀请国内外3D打印材料领域专家来校开展学术交流，为学生做专题讲座，加强专家与学生的互动，让学生在交流中激发对3D打印技术的兴趣，了解3D打印材料的最新发展动态。鼓励部分优秀学生赴国外相关高校(如英国南安普顿大学、比利时鲁汶大学、新加坡南洋理工大学等)访学，加强国际交流，开阔学生的国际视野，培养学生的创新能力。三是建立“校内-企业-国际”多层次的实践教学和科研平台，以材料成形与模具技术国家重点实验室、增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心等高水平科研平台为依托，建立设备齐全的华中科技大学3D打印实验与科研中心；在相关企业内建设校外学生科研基地；与英国南安普顿大学、比利时鲁汶大学等国外知名高校合作进行人才培养国际化实践。
3.3教学评价体系
根据以提升学生创新能力为中心的教学体系要求，3D打印材料课程的考查方式由单一考试向综合考核转变，构建了学生课程学习的综合考核评价方法。3D打印材料课程的考核内容与毕业要求相对应，更加突出对学生创新能力的考查。该课程的成绩构成为：课程成绩=平时成绩(20%)+科研实践作品成绩(10%)+期末考试成绩(70%)。课程考核及评价细则见表1。本教学评价方法涵盖了3D打印材料课程理论教学、实践教学和科研教学的各个方面，可有效保障培养学生创新能力的总体教学目标的实现。
4结语
结合新时期材料成型及控制工程专业的人才培养要求，以3D打印材料课程为例，提出理论教学、实践教学、科研教学相结合的新型教学方法，建立以提升学生创新能力为中心的教学体系，解决材料成型及控制工程专业教学缺乏创新的问题；基于教学与实践相结合的思路，将课堂讲授的基础理论知识与组织学生开展相关的科研实践和参与科技竞赛有机结合，提高学生理论联系实际的能力；在科研项目支持下，依托高水平科研平台，与相关企业和高校合作，拓展学生的科研创新渠道和国际化视野，综合提升学生的创新能力。该教学改革与实践，在材料成型及控制工程专业人才培养中起到了一定的示范作用，相关成果可为国内大中专院校学生培养工作提供一定的借鉴和参考。
作者：吴甲民 钟凯 陈颖 闫春泽 张光祖 单位：华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室 增材制造陶瓷材料教育部工程研究中心 华中科技大学光学与电子信息学院