无机非金属材料和金属材料方向交叉人才培养的探索与实践

王 鑫，刘梦竹，王永鹏，路大勇

(吉林化工学院 材料科学与工程学院，吉林 吉林132022)

21世纪科学发展十分迅猛，不同专业、不同方向之间的交叉研究已成为当前科学发展的一大趋势，是突破重大科学问题和培养拔尖创新型人才的重要手段[1]。现代科学研究中的众多突破，主要是发生在不同学科、不同方向彼此交叉和相互渗透的过程中，如SiC/Al等无机非金属材料增强金属基复合材料在航空航天工程、武器装备制造和汽车零件生产等领域的发展[2]，充分体现了材料科学与工程专业无机非金属材料和金属材料不同方向交叉研究的重要性。材料技术、信息技术及生物技术成为21世纪全球经济增长的主要驱动力，培养大批适应现代新材料产业和技术飞速发展的宽口径材料科学与工程专业人才已经得到世界各国的认可。

本文根据我校的具体实情，进行了“无机非金属材料和金属材料方向交叉人才培养”的探索与实践，从材料科学与工程本科专业课程体系、无机非金属材料和金属材料方向交叉人才培养的必要性、探索与实践、存在的问题和解决途径四个方面进行探讨。

一、材料科学与工程本科专业的课程体系

我校材料科学与工程专业于2011年开始招生，是一级学科名称命名设置的本科专业，该专业是基于物理学-化学两个学科的交叉结合而成立的。材料科学与工程专业在学科建设方面逐步建设和完善形成了特色鲜明的无机固体功能材料学科平台。材料科学与工程本科课程体系主要包括材料科学基础、材料分析方法、金属学与热处理等。材料科学与工程学科的根本任务是研究材料成分、组织结构、制备工艺合性能的内在关系，设计、合成和制备出具有特定功能和优良性能的材料[3]。

我校无机非金属材料方向学科组主要研究方向有：无机固体化学、高介电陶瓷材料、薄膜材料、功能无机化合物、纳米功能材料、先进变温XRD测试技术、矿物质元素定性和定量分析、珠宝文物鉴定等。学生在本科期间主要学习无机非金属材料的生产过程、工艺及设备的基础理论，掌握无机非金属材料的组成、结构、制备、性能之间的关系，具备无机非金属材料材料性能测试、材料生产方案设计、改性及研究开发新产品、新技术的能力，旨在培养具备无机非金属材料科学基础理论与工程专业知识，能够从事无机非金属材料工业的项目规划、设计、生产加工、研究开发，具有较强的科学实验能力、素质优良、富有创新精神的工程技术人才。

我校金属材料方向学科组主要研究方向有：轻质合金制备及其性能研究、金属材料的腐蚀与防护。学生在本科期间需要掌握金属材料的成分、组织结构、生产工艺与性能之间关系的基本规律，通过综合合金成分设计和生产工艺设计，提高材料的性能、质量和寿命，并开发新的金属材料及生产工艺，旨在培养具备金属材料科学与工程专业知识，能够在冶金工程、金属材料结构研究与分析、金属材料控制成型等领域从事科学研究、技术开发、生产及经营管理等方面工作的工程技术人才。

二、无机非金属材料与金属材料方向交叉人才培养的必要性

随着科学技术的大力发展，对材料性能的要求也越来越高，比如在航空航天领域要求材料具有高强度、高模量、耐高温、低密度等性能特征，通常情况下若使用单一的金属材料或无机非金属材料等很难满足航空航天工程对材料的苛刻要求[4]。国内外大量学者采用先进复合技术将性能差别很大的材料复合起来，取长补短，得到单一材料无法比拟的综合性能优越的新型复合材料，复合材料的出现在较大程度上解决了单一材料所面临的性能不足问题，促进了科学技术的高速发展[5]。因此，将无机非金属材料与金属材料方向适当融合，培养出材料科学与工程领域交叉型人才变得非常迫切。

三、无机非金属材料与金属材料方向交叉人才培养的探索与实践

材料科学与工程专业是一个大学科专业，我校该专业拥有一个省级创新团队——吉林省无机材料物理研究创新团队、一个省级创新平台——吉林省高校特种功能材料重点实验室、一个中心——吉林化工学院材料科学与工程研究中心，拥有优质的研究资源。为了充分发挥无机非金属材料特色科研平台的优势，我们将探索无机非金属材料和金属材料两方向交叉培养，在研究内容等方面进行交叉培养。

(一) 石墨烯/铝复合材料的制备与性能研究

自2004年成功制备出石墨烯以来，与石墨烯相关的基础性质研究和工程化应用研究成为了近几年科研工作者们的研究热点，石墨烯的应用，可以进一步提高铝合金等传统结构材料的导热性、强度等性能，为实现结构材料的轻质化和高性能化提供了新的思路[6]。

(二) 油气管道腐蚀研究

油气管道材质一般选择铁碳合金，在使用过程中经常遇到的腐蚀介质是CO2、O2、H2S等，腐蚀产物为FeCO3、Fe(OH)3、FeS等无机非金属[7]，在腐蚀过程的研究中既要考虑基体金属材料的特性，又要考虑腐蚀产物这些无机非金属的特性，才能客观全面的分析管道腐蚀机理，为如何防护油气管道提供思路。

(三) 无机非金属材料与金属材料连接的研究

无机非金属材料由于其具有高强度、高硬度、耐腐蚀性能，现阶段被广泛应用于冶金、宇航、机械、电子等工程领域，但是无机非金属材料由于塑性、韧性比较差，难以制造出大型的结构件，而且冷加工成型性能也很差，大大限制无机非金属结构材料的工程化应用，金属材料具有优异强韧性能和冷加工成型性能，可以弥补无机非金属材料的缺点，使用无机非金属材料和金属材料进行连接，这样可以拓宽材料的应用范围[8]。

通过无机非金属材料和金属材料方向交叉人才培养的探索与实践，增强了学生对不同种类材料特性的理解，开阔了材料设计思路，拓宽了学生的就业或升学的选择范围，也发挥了无机非金属材料特色科研平台的优势。

四、交叉人才培养存在的问题

近几年我们一直对材料学科下无机非金属材料与金属材料方向交叉人才培养方面进行探索和实践，但纵观当前我校在材料学科无机非金属材料与金属材料方向交叉人才培养中仍存在不少问题，主要表现在以下几个方面。

(一) 学科结构的制约

我校材料科学与工程专业于2011年建立并招生，距今只有近七年时间，学科建设还不够成熟，虽然无机固体功能材料方向的学科建设越来越完善，但金属材料研究方向一直都处于弱项，没能形成无机非金属材料与金属材料方向交叉的学科结构体系，这样不利于我校材料学科的全面发展。

(二) 学生知识面窄

交叉人才培养要求学生具备足够的知识储备，目前在我校无机非金属材料与金属材料方向交叉人才培养的过程中发现学生的知识面太窄，特别是金属材料的专业知识，对金属材料研究前沿的热点知之甚少，严重制约了我校无机非金属材料与金属材料方向交叉领域研究的广度和深度。

(三) 交叉人才培养没有受到重视

我校借助无机非金属科研平台逐步形成了特色鲜明的无机固体功能材料科研方向，由于传统金属材料方向相对更难出科研成果等原因，越来越多的教师转向无机固体功能材料的研究，虽然这几年我们一直希望引进高素质的金属材料方向的博士，但很难有合适的人选，这在一定程度上削弱了金属材料方向的发展，无机非金属材料与金属材料方向交叉研究更是得不到重视，这些都制约着无机非金属材料与金属材料交叉人才培养的发展。

(四) 师资力量相对薄弱

教师的综合素质以及对学科前沿的洞察力对交叉人才的培养有重要的影响，虽然我校材料科学与工程专业现有教师具有较高的学历，博士比例约占80%，但知识体系掌握还不充分，往往只具备某一类材料的专业知识，知识面难以达到无机非金属材料与金属材料交叉人才培养的要求。

五、解决途径

从以上对交叉人才培养中存在问题的分析结果来看，我们可以采取以下措施来促进交叉人才培养的发展。

(一) 设置交叉学科课程

借鉴国内国外一流大学的经验，并结合我校的实际情况，对材料学科课程设置方面进行改革，加强材料学科无机非金属材料与金属材料基础知识理论之间的相互渗透和相互结合，例如设置《材料合成制备方法》和《工程材料》等课程，拓宽学生的知识面。

(二) 树立不同研究方向交叉教育理念

材料科学与工程专业无机非金属材料与金属材料不同研究方向交叉教育是一种新的教育理念，因此，专业教师对当今人才培养方向要有敏锐的嗅觉，敢于突破传统教育思维的束缚，树立符合现阶段高层次人才培养的教育新理念。

(三) 营造交叉科研环境

鼓励教师从事无机非金属材料与金属材料方向交叉科学研究，促进不同研究方向教师之间的合作，建设出一支在材料学科领域能培育创新人才的导师队伍，营造出无机非金属材料与金属材料方向交叉科研环境。

六、结 语

材料科学与工程专业无机非金属材料与金属材料方向在研究领域表现出高度分化又高度融合的趋势，这两个不同方向交叉人才培养在我校材料科学与工程学院的发展中势在必行。交叉人才培养是一项需要长期探索实践的的工作，通过非金属材料与金属材料方向交叉人才培养的探索，不断总结实践经验，逐步形成材料科学与工程专业无机非金属材料与金属材料交叉人才特色培养方案，打造出属于我校特色的材料科学与工程专业，培养市场需要的复合型材料人才。