材料科学与工程专业发展战略研究

材料科学与工程专业发展战略研究教育部高等学校材料科学与工程教学指导委员会一、引言材料科学与工程学科是一门主要涉及物理学、化学、计算科学、工程学和材料学的综合性交叉学科，它涵盖了金属材料工程、冶金工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程、材料物理和材料化学等二级学科专业，它是研究材料的组成与结构、合成与制备、性质及使用性能、测试与表征等四个基本要素及其相互关系与制约规律的一门科学。对材料科学与工程中基本要素的认识和理解应具有动态的观念，基本要素的相互关系与制约规律应在不同的结构层次、不同的设计和应用阶段进行阐述和控制。材料的组成与结构着重于研究原子的类型及所观察尺度范围内原子的相互作用及排列组合规律；材料的合成与制备则是利用原子间相互作用的规律，创造一定的外部条件，使原子（原子团）分子按特定的排列组合形成所需性质与使用性能的材料的过程；对材料性能的测试和对其结构表征的计算，并最终实现按照预定性能设计材料和制备材料，构成了材料科学与工程的主要研究内容。在人类社会的发展过程中，材料的发展水平始终是时代进步和社会文明的标志。人类和材料的关系不仅广泛密切，而且非常重要。事实上，人类文明的发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。25000年前人类开始学会使用各种用途的锋利石片，10000年前人类第一次有意识地创造了自然界没有的新材料——陶器，这一创造新材料的举动标志着人类社会步入了文明时代。继陶器时代之后，由于人们生活方式的变化和战争等方面的原因，人们发明了青铜冶炼技术。后来，罗马人发明了水泥，腓尼基人发明了玻璃，这些传统材料至今仍然被现代社会大量使用。当然，这些材料本身总是日新月异地变化着，在高新技术的推动和社会经济发展的要求下，其性能不断提高，从而使其满足了社会需求。近代的两次工业革命都与材料的发展密切相关。第一次工业革命是由于钢铁材料的大规模发展，人们制造了纺织机和蒸汽机，为社会创造了巨大的财富。社会经济的发展，又使钢铁工业迅速增长。钢铁材料的大量使用，对其性能提出了更高的要求，从而带动了金属材料学科（即金相学）的迅速发展。第二次工业革命是以能源（石油）的开发和应用为突破口的，使汽车、飞机及其他工业得到了快速发展。新材料的开发和应用，如高性能合金钢和高性能铝合金等，是这次工业革命的基础。制造工业，尤其是汽车工业的发展，使合金钢的优异性能完美地展现出来；航空工业的发展，促进了铝合金、钛合金、镍基高温合金以及耐高温结构陶瓷的研究与开发。随着石油、天然气的广泛应用，高分子材料得到了迅速发展，从而带动了高分子学科的建立和发展。在材料科学与工程学科领域中，高分子材料学科与金属材料学科、无机非金属材料学科并列成为材料学科的重要分支。第一座合成高分子（酚醛树脂）的工厂是1907年问世的，经过20多年的发展，于20世纪30年代形成了高分子材料学科，此后高分子材料工业迅速发展，聚氯乙烯、尼龙、聚乙烯、聚丙稀、聚酯、聚甲醛等聚合物及改性品种层出不穷。如今，高分子材料已经渗透到人类社会生活的方方面面。进入21世纪以后，新时期国民经济可持续发展对高分子材料提出了更高的要求，如高分子材料合成的新方法、高分子催化体系、绿色高分子合成化学、生物活性高分子材料的制备和功能化等，这些都促进了高分子学科的快速发展。当今社会正处于信息时代。这场始于20世纪中叶的信息革命，是人类科学技术史上的一次重大飞跃，它对人类社会产生的深远影响，甚至超过了19世纪的工业革命。信息时代的快速发展和信息产业的巨大增长，给材料学科带来了史无前例的推动和促进作用。大规模集成电路的发展，使单晶硅材料及其制备加工技术迅速发展；在微电子和光电子学领域，化合物半导体材料迅速崛起，并发挥出越来越重要的作用。近年来，在以Si、GaAs为代表的第一、二代半导体材料迅速发展的同时，以SiC、GaN为代表的宽禁带半导体材料也蓬勃兴起，成为第三代半导体材料。在信息社会中，信息记录和存储是极其重要的，从壁画、竹简到纸张和印刷术的发明，再到信息时代能够记录大量信息的磁存储介质材料和光存储介质材料，信息记录材料的每一次变革不但促进了人类信息记录技术的进步，而且促进了人类社会的发展。由此可见，材料科学与工程学科是伴随着社会发展对材料研究的需要而形成和发展的。作为人类赖以生存和发展的物质基础，尽管材料的使用几乎和人类社会的形成一样古老，但材料科学与工程学科作为一个独立的学科，只有约50年短暂的历史。但是，在仅仅50年的发展过程中，材料科学与工程学科已经充分显示了其在现代科学技术发展和人类社会进步中所处的重要地位。随着我国由传统计划经济向社会主义市场经济转型和加入WTO后面临的更激烈的国际竞争，使社会对材料科学与工程人才在素质、能力和知识综合结构方面的要求有了进一步提高。在传统经济模式下，材料研究与材料生产相脱节。一方面，具有材料工程领域人才优势的材料生产企业的自主研发能力不强，产品的技术含量不高，市场竞争力不强；另一方面，具有材料科学人才优势的科研院所、大专院校的科研成果却难以产业化。目前，我国企业正在进行大规模重组，产业结构、产品结构、工艺技术和装备水平正在发生重大变革与调整，企业发展越来越依靠于自主创新能力，越来越需要国际竞争能力。面对这种形势，市场经济条件下的材料生产企业对人才的素质、能力和知识的要求也越来越高，既要有较深的理论基础，能进行深入研究与创新；又要具有丰富的工程知识，能将科研成果迅速转化为生产力，实现科研成果的产业化。这对承担着材料类人才培养任务的高校提出了严峻的挑战。二、材料科学与工程专业的历史沿革、现状及发展趋势我国高等材料类专业教育起始于部分高校的采矿系、矿冶系等，已有上百年历史，其形成和发展大体可分为以下几个阶段。1.启蒙阶段我国近代大学材料教育源于清末甲午战争后诞生的北洋西学学堂，其在工科中设置了采矿系，教学内容已包含材料学知识。之后，山海关内外路矿学堂（1905—1908年，西南交通大学的前身）、唐山路矿学堂（1908—1912年）、东北大学（1923年）、武汉大学(1913年)、国立贵州大学(1941年)等院校相继设置了矿冶系，其教学内容也涵盖了材料学。1946年，国立清华大学从西南联合大学回北京复校后，在工学院中又增设了化学工程系，把材料学教育拓宽到了非金属材料领域。在这一时期，我国的材料教育主要目的是培养矿冶人才，其突出特点是不划分专业，教学内容包括采矿、选矿、冶金、材料等全部内容，是一种宽领域综合式的人才培养模式。2.苏联模式阶段1949—1966年间，依照苏联模式，我国建立和发展了较完整的材料学高等教育体系。这一体系的建立是以全国高等学校的很多材料类专业进行院系调整合并为先导的，如大连工学院电机系、哈尔滨工业大学采矿系、冶金系和山东大学采矿系均并入东北工学院（东北大学前身），唐山铁道学院矿冶系等调整到北京钢铁学院（北京科技大学前身），武汉大学、中山大学、北京工业学院、广西大学、湖南大学和南昌大学等6所院校的矿冶类专业经合并重组形成了我国有色冶金类特色学校——中南矿冶学院（中南大学前身），这三所高校是新中国成立后为发展国民经济组建的以材料类人才培养为主要目的的专门化学校。与此同时，为适应冶金工业的发展，我国还相继建立了一批新兴的、专门为钢铁冶金企业培养建设人才的院校，如鞍山钢铁学院（辽宁科技大学的前身）、包头钢铁学院（内蒙古科技大学的前身）、武汉钢铁学院（武汉科技大学的前身）等。机械类院校则纷纷设立了金属材料及热处理、铸造、锻压、焊接等专业，化学化工类学校也纷纷设立了水泥、陶瓷、玻璃以及高分子等专业。在这一阶段，我国材料类专业人才培养被分割在十几个专业内进行，分属于冶金、机械、化工等系。仅金属材料就被细分为冶金物理化学、金属材料及热处理、铸造、锻造、轧制、焊接、高温合金等专业。这种培养模式下培养的学生的最大特点是，能在对口行业工作中较快地适应岗位，他们曾为我国经济发展做出过巨大的贡献。但是，这种教育模式存在着学科专业划分过细、学生知识面狭窄等缺点，已难以适应我国改革开放后国民经济快速增长和材料类学科自身快速发展的需求。3.现状及发展趋势20世纪60年代以前，国内外高校均没有独立的材料科学与工程院系。此时，材料科学与工程人才的培养分别在冶金、化工或机械等院系进行。从20世纪60年代初起，欧美国家高校已意识到这种培养模式的不足，开始进行材料学科的改造，纷纷将原设置在冶金、机械和化工等院系中的与材料有关的专业改设为“材料科学与工程系”、“材料科学系”和“材料工学系”。至20世纪80年代中后期，欧美国家大部分高校已完成此项工作。这种教育改革符合当时材料科学技术发展的趋势。表1列出了美国麻省理工学院(MIT)材料学科专业由“地质与采矿工程”演变到“材料科学与工程”的情况，这种演变反映了当时社会的需求与学科的发展趋势，非常具有代表性。表1美国麻省理工学院(MIT)材料学科专业演变时间/年系科名称时间/年系科名称1851—1879地质与采矿工程1927—1937采矿与冶金1879—1884采矿工程1937—1966冶金1884—1888采矿工程(地质、采矿、冶金)1966—1975冶金与材料科学1889—1890采矿与冶金1975—现在材料科学与工程1890—1927采矿工程与冶金面对国内外高新技术发展对材料类人才培养需求的变化，我国材料类专业教育模式与内容的弊端逐渐被人们所认识。20世纪70年代末至20世纪90年代初，我国材料类专业教育开始学习欧美培养模式。自1978年起，随着对欧美诸国材料科学与工程教育改革的了解，我国材料类专业在加速发展材料科学技术研究的同时，也开始了材料类专业教育的改革。其代表性成果是，1998年教育部对材料类本科专业目录进行了调整，将原来划分过细的10多个材料类小专业合并成了现在的冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等六个专业。同时，在引导性专业目录中还设置了材料科学与工程一级专业，该专业具有面向“所有材料”及材料四要素(或五要素)的宽专业特点。目前，我国大部分理工科高校都设有材料类学科。一类是在工科院校中通过冶金与机械，或金属、非金属、高分子三大类材料以及它们的复合材料所依存的专业而建立的学科，如工科院校的材料科学与工程系等，这种类型的学科侧重于从具体应用的角度来探求新材料的制备、性能评价与使用；另一类是一些综合性大学在追踪科技前沿的基础上，由物理学与化学孕育并分化形成材料物理与材料化学新学科，建立了材料科学系或研究所，其特点是材料学与物理学、化学等学科交叉结合。这两类不同起点的材料学科在发展中经过自我完善而相互靠近，理工结合，并逐渐向基础研究与应用研究相结合的方向发展。目前，北京科技大学、复旦大学、清华大学和同济大学、中南大学、四川大学、东北大学、武汉理工大学等重点院校相继设立了材料科学与工程学院(系)，参与改革的院校逐渐增多。改革的主要内容大致有：在原设置专业的基础上扩充内容(如在金属材料与热处理专业教学中补充非金属工程材料和功能材料内容等)；试办新专业，如材料工程、材料物理(侧重于功能材料)、材料加工等；逐步打破原专业设置界限，加强专业(二、三级学科)间的渗透与联系；更新教学内容等。截止2009年7月，我国具有材料类二级学科的普通高校已有415所，绝大多数“211工程”大学都设置了材料类专业。材料科学与工程学科有着丰富的内涵，不仅包括金属、无机非金属和高分子等传统的结构材料，而且包含了具有众多特殊性能和用途的功能材料。20世纪60年代以来，材料科学与工程技术的迅猛发展，推进了高技术产品的智能化与微型化，从而极大地影响着人类的现代生活、社会结构与文化价值。反过来，社会的发展与需求，又极大地推动着材料学科的发展。整体看来，材料学科正朝着大材料的方向和与信息、能源、生物医学、交通、航空航天、建筑等学科交叉融合的方向发展。三、社会需求和材料科学与工程学科专业人才培养规格之间的相互关系培养人才的根本目的是服务社会，确定人才培养目标的根本原则是满足社会需求。但是，确定人才培养目标又必须结合各高校自己的实际，因校制宜，这样才能充分利用本地区和本单位的资源与人才优势，制定出具有自身特点、切实可行的人才培养目标。只有这样才能使培养出的人才既能满足于当前的社会需要，又能满足科学技术长远发展的需要，也只有这样才能促进高等教育持续健康地发展。1.不同时期材料科学与工程人才培养规格的演变工业的迅猛发展需要与之相适应的科学技术人才，17世纪中叶英国成立了皇家学会，之后又在大学设立工程学科，大大促进了科技人才的培养。随着钢铁工业的发展，在19世纪中叶，美国MichigantechnologicalUniv.(后归Michigan大学)、Columbia大学、Carnigie-Mellon大学，以及英国Sheffield大学、Birmingham大学、Empericalmining学院等相继设置了矿冶系，分别侧重于炼钢、铸铁、冶炼工艺等方面的教学。20世纪中叶之前，英美等西方国家材料学科教育主要在冶金系开展，以金属材料为主。1945年晶体管的发明使半导体材料研究异军突起，非金属材料得到快速发展。为了适应新材料发展的需要，1955—1956年，Birmingham大学教授Raynor把该校原来的理论冶金系（物理冶金）与工业冶金系（化学冶金及冶金加工）合并，组建并更名为冶金与材料系；同时，Cambridge大学教授Cottrell把该校冶金系改名为材料与冶金系，并在教学计划中加入了“广泛材料”基础理论及非金属材料课程。20世纪60—70年代，原设置冶金系的大学逐步将系名更改为材料系或冶金与材料系，到了20世纪80年代，这些大学多数将相应系名更名为材料科学与工程系。与发达国家材料学科发展规律相似，我国不同时期材料类专业人才培养模式也随社会需求而变化（见表2）。由表2可见，随着不同时期社会需求的变化，我国材料科学与工程教育的专业设置及人才培养规格也在发生改变。表2材料类专业结构、人才素质与社会需求之间的关系时段社会需求专业结构设置人才素质1949年以前开发材料资源的矿冶人才冶金学科宽知识面1949—1966年计划经济，担任设计、施工和工厂运行管理等工作的技术人才按产品、工种分专业（如金属、玻璃、陶瓷、塑料等）专业技术知识1978—1997年适应市场经济建设需要的工艺优化、工程设计开发、工程管理人才按三级学科设置专业（如高分子材料、硅酸盐工程、建筑材料、热处理、焊接、铸造等）有一定的专业适应面，具有较好的单一材料专业基础适应社会发展和材料科学技术进步所需要的、具有较强工程实践能力的创新人才按二级学科设置专业（材料化学、材料物理、金属材料工程、冶金工程、无机非金属材料工程、高分子材料工程等）厚基础、强能力、宽专业基础产业需要改造和升级，高新技术产业需要大力发展，人民的生活质量亟待提高一级、二级学科专业并存，多模式和多规格，部分高校自主设置专业国际化、工程化和创新创业型材料科学与工程专业高素质人才2.材料类人才的培养现状分析2007—2009年，全国设置材料类专业的高等院校在各省市的分布情况如表3所示。全国设置材料类相关专业的院校在逐年增加，截至2009年7月，设置了材料类专业的高等院校达到了415所，绝大部分重点院校都设置了材料类专业。由此可见，由于材料在时代进步和社会文明中的重要地位，材料类专业在我国受到了越来越多的高等院校的重视，其在高等院校中的重要地位也逐渐凸显出来。由表3还可以看出，设置材料类专业高校的地域分布不但与高等教育资源分布有关，而且还存在着明显的产业地域特征，一些材料产业发达的地区，其设置材料类专业的高校数量也较多。这表明，材料教育与社会需求是密切相关的。表32007—2009年全国设置了材料类相关专业的高等院校在各省市区分布情况高校所在省市区200720082009北京192019天津101010上海111111甘肃668广东141515广西789湖北222424湖南161619河北222323河南192223黑龙江131415重庆555江苏363439吉林789浙江151517江西192324辽宁222424宁夏222青海121山东272728山西689陕西171718贵州434四川141416福建899安徽141515新疆333云南689内蒙古666海南111总计372393415表4示出了我国高校中材料类二级专业和一级专业的设置情况，从中可以看出，在2007—2009年期间，高分子材料与工程、无机非金属材料工程、金属材料工程、冶金工程等专业的办学高校数都在增加，其中设置高分子材料与工程的高校数量增速最大。这表明随着高分子材料产业迅速发展，高分子材料专业教育规模也随之扩大。此外，高分子材料专业覆盖塑料、橡胶、纤维、涂料和粘合剂等工程领域，并与复合材料、功能高分子材料等学科领域相互交叉发展，开拓了许多极具发展前景的新型研究领域，这必将有利于材料学科的全面发展。另外，设置材料科学与工程大专业的高等院校也逐年增多，这些高校主要是一些综合性大学和行业高校，如清华大学、北京科技大学、北京航空航天大学、上海交通大学、哈尔滨工业大学、中南大学、西北工业大学、四川大学、山东大学、武汉理工大学、吉林大学等，这类高校都具有根据自身的特色，按照“厚基础、强能力、宽专业”的人才培养目标，培养能满足各种社会需求的材料科学与工程人才的能力。例如，清华大学材料科学与工程系只设一个本科专业——材料科学与工程专业，学生用3年左右的时间系统完成基础理论、人文科学、工程技术基础和专业基础课的学习后，分别进入材料物理、金属材料、无机非金属材料、复合材料和电子材料5个专业方向进行深入培养。北京科技大学、中南大学的材料科学与工程学院也是按材料科学与工程一级专业统一招生，两年后根据学生志愿和社会需求按不同专业方向分别进行培养。这表明我国研究型大学材料科学与工程教育已非常注意社会需求，这一做法是符合当前国际上材料科学与工程本科教育主流的。表42007—2009年全国高校中材料类专业设置情况年份材料科学与工程高分子材料与工程无机非金属材料工程金属材料工程冶金工程材料类新专业200712716591817630200813217393888223200914024694938519表5为2007—2009年全国高校中材料类专业毕业人数、招生数、在校学生数统计表。由表5可以看出，2007—2009年材料类各专业的毕业人数、招生人数和在校人数均平稳增长。其中，招生人数3年间由43696人增长到51291人，年均增长8.5％。随着材料产业日益发展，社会对材料科学与工程一级专业人才需求也越大，2009年以材料科学与工程一级专业招生的人数已超过总人数的30%。此外，高分子材料和无机非金属材料专业招生人数也在逐年增长。由表5还可以看到，冶金工程和金属材料工程专业在2009年招生人数有所降低。但这一现象与某些高校将原来按冶金工程和金属材料工程二级专业的招生模式变更为按材料科学与工程一级专业招生模式来招生有关，并不代表其招生规模的萎缩。表52007—2009年全国高校中材料类专业毕业人数、招生数和在校学生数年份学生数材料科学与工程高分子材料与工程无机非金属材料工程金属材料工程冶金工程材料类新专业总人数2007毕业生数85838114370238703230187729376招生数1394610872538751566990134543696在校学生数507724007718673170452006438431504742008毕业生数100469290425039924603102433205招生数1480811735560560229055254349768在校学生数524664293920326189582494852421648792009毕业生数111731079045443976501872536226招生数1562912816606258668480243851291在校学生数54483468532228121021284085643178689表6为教育部公布的2008年全国材料类专业毕业生就业率情况，总体来看，材料类专业的就业率都很高，基本都能达到90%以上。其中，就业情况最好的是冶金工程专业，就业率达到了95%以上。由此可见，目前社会对材料类人才的需求量还是很大的，这也是高校材料类专业招生规模逐年增大的主要原因之一。表62008年全国材料类专业毕业生就业情况专业名称毕业生规模就业率“211工程”院校就业率冶金工程2000～500095﹪以上95﹪以上金属材料工程2000～500090﹪～95﹪90﹪～95﹪无机非金属材料工程2000～500090﹪～95﹪85﹪～90﹪高分子材料与工程5000～1000085﹪～90﹪90﹪～95﹪材料科学与工程10000～2000090﹪～95﹪90﹪～95﹪表7示出了2007—2009年全国高校及研究院所中设置材料类专业硕士点、博士点情况。由表7中可以看出，硕士点的数量大于博士点的数目，显示出人才培养的梯度性。另外，从表7还可以看出，博士点与硕士点设置数也在增长，这表明材料领域对高层次科技人才的需求也在增长。表72007—2009年全国高校及研究院所中设置材料类专业硕士点和博士点情况年份材料科学与工程材料物理与化学材料学材料加工工程硕士点博士点硕士点博士点硕士点博士点硕士点博士点200745341535218164131422008523516054185651344520095039157551906613647表8为2007—2009年全国高校和研究院所中材料类专业硕士和博士毕业人数、招生数和在校学生数的统计数据。由表8可以看出，各专业方向的硕士生招生人数都有大幅度增长，总人数由2007年的9558人增长到了2009年的11273人，增长率为18%。这表明为了满足社会经济发展对材料高级材料类人才的需求，全国高校及研究所均加大了对硕士研究生的培养力度和投入。博士生招生人数3年间仅由2208人增长到2279人，增长率为3.2％，这说明培养单位对博士生的培养更注重的是人才的培养质量。表82007—2009年全国高校和研究院所中材料类专业硕士和博士毕业人数、招生数及在校学生数年份学位博士硕士学科毕业生数招生数在校生数毕业生数招生数在校生数2007材料科学与工程247654213299220784154材料物理与化学242401138295313413573材料学77874437093558359811093材料加工工程3594091888220725417321合计16262208911177109558261412008材料科学与工程279644245282522205183材料物理与化学2864091495102415824113材料学80682936573715387311077材料加工工程3323761866236727497700合计170322589470793110424280732009材料科学与工程2257572351108127796744材料物理与化学3123841517116415934312材料学84374734953904403111052材料加工工程4633911891264928707938合计184322799254879811273300463.当前社会对材料科学与工程综合型人才的规格要求依据国家“十一五”规划，我国材料领域将立足国家重大需求，自主创新、提高核心竞争力、增强材料领域的持续创新能力将成为战略重心。纳米材料与器件、信息功能材料与器件、高新能源转换与储能材料、生物医用与仿生材料、环境友好材料、重大工程及装备用关键材料、基础材料高性能化与绿色制备技术、材料设计与先进制备技术将成为材料领域研究与发展的主导方向。不难看出，这些主导方向体现了材料学科的一个重要发展趋势，即材料学科正在由单纯的材料科学与工程向与众多高新科学技术领域交叉融合的方向发展。材料领域科学技术的快速进步，对高等学校提出了严峻的挑战。为迎接这一挑战，高等学校不但要担负起材料科学与工程前沿领域的科学研究、知识创新任务，而且要担负起培养能适应材料科学与工程领域高速发展需求的、具有新知识结构的国际化、工程化和创新创业型高素质人才的重任。总体看来，社会需求对材料类专业人才的要求主要体现在素质结构要求、能力结构要求和知识结构要求三个方面：（1）素质结构要求思想道德素质：社会对这方面的要求历来都是放在第一位的。合格的材料专门人才应该热爱社会主义祖国，拥护中国共产党的领导，掌握马列主义、毛泽东思想和中国特色社会主义理论的基本原理；愿为社会主义现代化建设服务，有为国家富强、民族昌盛而奋斗的志向和责任感；具有敬业爱岗、艰苦奋斗、热爱劳动、遵纪守法、诚实守信和团结合作的品质；具有良好的思想品德、社会公德和职业道德。思想道德素质是社会对材料人才需求的首要标准。文化素质：现代社会从各方面都体现着对人文精神的重视，社会文明是通过社会人的文化素质展现出来的，一个国家，一个地区，甚至一个企业的文明程度都与构成其基本组成单位——人的文化素质密切相关。因此，具有一定的人文社会科学知识、较好的文化和文学艺术修养、具有一定的交际能力和与时俱进的现代意识的材料专门人才是社会对材料人才需求的基本条件。专业素质：为了适应当今社会科技的飞速发展，材料科学与工程综合型人才应具有较高的专业素质，要求掌握材料科学与工程专业的基础知识、基本理论和基本技能，掌握科学的思维和科学研究的基本方法，具有独立获取知识、提出问题、综合分析问题和解决问题的基本能力，具有较强的工程意识、价值效益意识和创新精神。身心素质：材料类专门人才只有具备健全的心理和健康的体魄，才能更好地为社会服务。（2）能力结构要求获取知识的能力：知识经济时代的到来，使教育的终身化成为必然。只有善于学习新知识和善于综合各门学科知识，善于不断更新自己原有专业知识结构的人，才能保证与时俱进。材料类专门人才需具备的获取知识的能力包括自学能力、表达能力、信息处理能力等。应用知识能力：掌握知识的目的在于解决实际问题。材料类专门人才需具备的应用知识能力，包括综合应用知识解决问题能力、综合实验能力、工程实践能力、工程综合能力、计算机及信息技术应用能力、沟通能力和团队协作能力等。创新能力：创新型国家的建设依靠具有创新能力的人才。材料类专门人才需具备的创新能力包括创造性思维能力、创新实验能力、科技开发能力和科技研究能力等。（3）知识结构要求工具性知识：材料类专门人才需要掌握足够的工具性知识，包括外语、计算机及信息技术应用、文献检索、方法论、科技方法和科技写作等。掌握必要的工具性知识可以提高人才获取知识和应用知识的能力。人文社会科学知识：材料类专门人才需要具备丰富的人文社会科学知识，包括文学、历史学、哲学、思想道德、政治学、艺术、法学、社会学和心理学等。掌握丰富的人文社会科学知识可以提高人才的思想道德素质、文化素质和身心素质。自然科学知识：材料类专门人才需要掌握与材料科学与工程学科相关的自然科学知识，包括数学、物理学、化学、生命科学和地球科学等。掌握坚实的自然科学知识是学习和掌握专业知识的基础。专业知识：材料类专门人才需要掌握坚实的材料专业知识，包括材料性能、材料组成结构、材料制备和材料应用的专业知识及各因素间相互影响和相互制约的关系。只有掌握坚实的材料专业知识，才能研究并解决材料领域中的实际问题。工程技术知识：材料类专门人才需要掌握与材料科学与工程学科相关的工程技术知识，包括工程制图、机械学、电工电子学、工程原理和工程环境等。掌握工程技术知识是分析和解决工程实际问题的基础。经济管理知识：材料类专门人才需要具备一定的经济管理知识，包括金融、财务、人力资源管理和行政管理等方面的知识。了解一定的经济管理知识可以增强人才的社会综合竞争能力。四、材料科学与工程国际化、工程化和创新创业型人才培养模式探索材料学科经过几代人的努力，由细分走向综合，最终形成了由多学科组成的交叉的大材料学科。培养基础雄厚、视野开阔、创新能力强的复合型人才是必然的方向。打破以产品和行业设置专业的壁垒，拓宽专业面，以材料科学与工程一级大学科来设置专业是必然趋势。培养国际化、工程化和创新创业型人才是材料学科教育的基本方针和目标。目前，我国部分高校已经开始就如何培养国际化、工程化和创新创业型人才进行探索，并取得了一定的经验。1.材料科学与工程专业国际化人才培养当前，国际高等教育的发展趋势是十分重视培养复合型国际化人才。中国加入WTO后，高等教育的改革和发展出现了前所未有的机遇，同时也迎来了空前的挑战。培养和国际接轨、能够胜任涉外工作的应用型高级专门人才，是中国高等教育实现面向世界、面向未来和面向现代化的可持续发展的必由之路，材料科学与工程专业要想拓展办学方向和提高办学层次，就必须在培养复合型国际化人才上下功夫。材料科学与工程国际化人才的培养目标是：培养综合素质全面，具有扎实的材料科学与工程理论基础和较为全面的专业知识，有较强外语应用能力，具备一定经营管理能力，并对使用该语言地区的法律制度、宗教信仰、风土人情和禁忌有一定的了解，具有“专业精、外语强、懂管理、善交流”的基本能力，可从事材料工程基础理论研究、新材料、新工艺和新技术开发、企业管理、生产技术管理及企业市场经营等工作，并能胜任材料科学与工程方面的国际技术交流与技术合作的材料科学与工程专业高素质人才。1.1双语课程的选择和双语课程的教材体系关于双语课程的选择，鉴于目前师生的外语水平和外语教材的资源情况，首先选择一门主要的专业基础课，进行双语教学的试点和训练是比较切合实际的。因为，专业基础课是基础课和专业课之间的桥梁，同时涉及基础课程和专业课程的内容。因此，通过专业基础课的双语教学，学生不但可以掌握很多专业外文词汇，而且可以熟悉基础课程和专业课程内容的外文描述和表达。专业基础课通常可以安排在第二学年的下学期或第三学年的上学期，因为此时学生的外语水平已经有了一定的基础，能够适应双语教学。双语教学中的教材选用也十分重要。教育部“十一五”国家级教材规划通知指出：“教材是体现教学内容和教学要求的知识载体，是进行教学的基本工具，是提高教学质量的重要保证”。双语教学的教材是非常关键的教学资源，直接关系着教学的质量和效果。因此，双语教材应该结合本校和本专业的教师和学生的实际情况择优选用，有条件的学校可选用英文原版教材。此外，选用国内优秀教材的英文译本也是一种较好的选择。1.2实施和加强双语教学机制双语教学在我国已有一定的基础，但未形成完善的教学体系。完善双语教学体系，主要从两方面着手，一是从一门专业基础课做起，积累经验，逐步推广到主要的专业课、实验课、课程设计和毕业设计。另外，要通过出国进修、讲授双语课程、编写教材、聘请国外专家教授讲学和参加国际合作科研项目等方式有针对性地培育起一支强有力的双语教学师资队伍，以满足双语教学要求。1.3国际合作班的教学机制我国加入WTO后，如何培养和增强学校及学生参与国际竞争的能力是我们面临的一个新问题。探讨国际合作办学之路，是解决此问题的最有效途径之一，它可充分利用国际双方的办学优势，培养满足国内外急需的具有独特华夏文化背景、外语沟通能力强、职业素质技能强、团队协作精神佳、习于吃苦耐劳、具有参与国际材料研究项目能力和对开展的国际材料研究项目提出改进建议能力的国际化材料科学与工程人才群体。在这方面，国内重点高校已做了大量的探索工作，如中南大学和武汉理工大学材料学院分别与澳大利亚Monash大学工程学院签署了材料科学与工程专业本科生“2+2”合作办学协议，开办了“2＋2”国际班，共同制订了具有国际先进水准的联合培养方案，按此方案培养的学生可获双方的毕业证书和学位证书。另外，北京科技大学材料科学与工程学院与英国伦敦大学Queenmary学院、英国曼彻斯特大学材料系以及英国拉夫堡大学也采用3+2(国内3年，国外2年)或2+3(国内2年，国外3年)两种模式联合办学，学生毕业后可授予伦敦大学、曼彻斯特大学和拉夫堡大学的工学硕士学位。2．材料科学与工程专业工程型人才培养要把我国建设成创新型国家，走中国特色的新型工业化道路，需要培养造就一大批创新能力强、适合经济社会发展的各类优秀工程师和工程科技人才。为此，从2010年开始，教育部决定实施“卓越工程师培养计划”，以作为促进工程教育改革的突破口。材料科学与工程专业工程型人才培养必须围绕着“科学基础”和“工程实践”两大主题来进行，应本着“面向工业界、面向未来和面向世界”的工程教育理念，以社会需求为导向，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力培养拥有扎实的自然科学基础、人文社会科学基础和材料科学与工程专业基础，具有较强的工程意识、工程素质、工程实践能力、自我获取知识的能力、创新素质、创业精神、社会交往能力、组织管理能力和国际视野的材料科学与工程型高素质人才。2.1教师队伍的建设和发展具有工程化实践经验的教师队伍的建设是材料科学与工程专业工程化教育的基础和保障。可以通过两种途径来加强工程化教育的教师队伍建设和发展。其一，发挥现有教师潜力，安排具有一定工程化实践经验的教师为学生做有关工程化内涵的专题讲座，拓展同学们在工程化方面的知识面，引导和启发他们从工程化的角度思考问题；其二，引进人才，学校可以在国际层面从企业引进一些具有材料加工工程经验的博士充实到教师队伍中，使具有工程化实践经验的教师队伍得到发展。2.2建立注重学生实践能力培养的教育体系实践教学体系是确保学生能够掌握和运用知识的重要环节，各校必须保证充足的实践资源和实践经费，踏踏实实地建设好校内外实践基地和平台，并从培养方案中规范好实践教学内容的先进性与实用性。培养方案中须设立与核心知识单元相关的核心实践教学环节，并建议设立与部分选修知识单元相关的、特别是与教师科研密切相关的选修实践教学环节或创新性实践教学环节。实践性环节的教学必须注重将验证性实验、综合性实验和研究性实验有机地结合，着力培养学生实验技能、工艺操作能力、工程设计能力和科学研究能力等。实践教学环节应包括独立设置和非独立设置两种类型的实践教学环节，如实验课程、课程设计、专业（生产）实习、社会实践、科研训练、毕业实习和毕业设计（论文）等。2.3采用校企联合培养模式走校企联合办学的道路，能把理论学习和实践活动较好地统一起来。采用校企联合培养模式可以利用学校与产业科研单位在人才培养方面的各自优势，把以课堂传授间接知识为主的学校教育环境与直接获取实际经验和能力为主的生产现场环境有机结合于学生的培养过程之中，它突破了我国现行近乎完全在校内进行的人才培养模式，使学校、教师和学生与社会建立起广泛的联系。校企联合办学的作用至少有以下三点：一是顶岗。通过课堂学习与实际工作相结合的途径，以岗位和研究项目为结合点，使理论学习同实践学习有机结合起来。通过顶岗实践让学生提前进入社会，了解和熟悉并逐渐适应社会环境，对学生未来择业是有好处的。二是效益。在校企合作办学的过程中，学生的生产劳动也可以为社会创造财富。因为，学生去企业不是“看”，而是“干”。学生在这个过程中边学习、边实践和工作，既增长了知识，培养了才干，锻炼了实际操作和动手能力，又为社会创造了财富。三是个人修养。通过接触社会以及工作实践，学生可以锻炼语言沟通和与人打交道的能力，学会做人和做事，学会建立良好的人际关系，培养自身的道德情操和修养。3．材料科学与工程专业“创新创业”型人才培养创新型国家的建设需要依靠具有创新能力的人才。我国的高等教育必需为培养创新型高级人才服务，努力提高大学生的创新意识、创造能力和创业精神。长期以来，我国传统的教育主要是知识教育，忽视了学生的主体性、能动性和创造性，以至在学生中出现了高分低能的现象。人才的培养效果主要取决于人才培养模式，要培养“创新创业”型人才主要是要探索出适合培养“创新创业”型人才的培养模式。高校可以利用国内外合作交流、国际联合办学和国内外研究型大学调研等方式对国内外研究型大学“创新创业”人才培养进行比较研究，从社会学、文学、心理学和教育学等角度研究中外大学生的学习动机、方法、能力和效果，根据当代社会和科技发展的趋势，以及人才市场对材料科学与工程类人才规格的需求，凝练出大材料学科专业“创新创业”人才所具备的道德、文化、科技和能力素质，探索出适合我国大学生的“创新创业”型人才培养途径。3.1以项目和社团为载体，增强学生创新创业意识创新意识和创业精神是推动创新创业行为的内驱力，培养学生的创新意识和创业精神是高校创新创业教育的重点。首先，要教育和引导大学生增强创新意识和创业精神，凭借自己的知识、智慧和胆识去开创能发挥个人所长的事业。要使广大学生认识到，要适应新时代的要求，就必须强化自身的创新意识和创业精神。要通过宣扬大学生中涌现出的自主创业先进典型，引导大学生增强创新创业的信心和勇气，鼓励和扶植具备自主创新创业条件的大学生脱颖而出。要教育和引导大学生全面理解自主创新创业的深刻内涵，将第一课堂与第二课堂结合起来开展创新创业教育，鼓励学生创造性地投身于各种社会实践活动和社会公益活动中，通过开展创新创业教育讲座以及各种竞赛和科研活动，形成以专业为依托、以项目和社团为组织形式的“创新创业教育”实践群体，激发大学生的创新意识和创业精神。3.2加强创新创业教育师资队伍建设，培养学生创新创业品质创新创业品质有着丰富的内涵，包括敢于竞争和冒险的精神，脚踏实地和勤奋求实的务实态度，锲而不舍和坚定执着的顽强意志，不畏艰难和艰苦创业的心理准备，良好的心态和自控能力，以及团队精神与协作意识等多方面的品质。高校人才培养的质量和成果价值很大程度上取决于教师，只有具有较高创造性思维修养和创造精神的教师，才能培养出具有质疑精神和思考能力的学生，学生才敢于冒险和探索，才会突破常规，进行创造性的研究性学习。高校必须通过科学研究、工作实践和国外进修等多种方式努力提高教师创新创业教育的能力和水平，以带动创新创业教育工作的开展。3.3构建创新创业教育课程体系，培养学生创新创业能力高校必须改革传统的教学模式，增设创新创业教育内容的课程，丰富学生的创新创业学识，启发学生的创新创业思路，培养学生创新创业的基本素质、能力和品质。学校可根据创新创业教育的具体目标设计有特色的课程，并在课外开展创新创业计划大赛，拓宽学生学习范围和视野，增强学生的实践能力和研究能力。学校还应建设良好的创新创业环境，把校园文化建设和创新创业教育结合起来。实践证明，一种有利于创新创业的知识结构，不仅需要具备必要的专业知识和经营管理知识，而且还必须具