材料科学与工程专业发展战略研究.docx
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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
材料科学与工程教学指导委员会
2006-01-1616:
27:
38 全国高等学校教学研究中心
根据教育部高教司2003年10月下发的《关于理工科各教学指导委员会研究课题立项的通知》（教高司函[2003]141号）精神，材料科学与工程专业教学指导委员会及时召开了会议进行认真讨论和布署，高分子材料与工程、材料物理与化学、无机非金属材料工程教学指导分委员会分别对相关高校下发了专业调查报告。
在国内几十所高校、中国建筑材料工业协会的支持和配合下，我们积极开展调研，广泛收集资料，经过半年的辛勤劳动，撰写出本专业的发展战略研究。
本课题研究报告是以中国工程院、中国科学院《中国材料发展现状及迈进新世纪对策》咨询项目总报告、我国无机非金属新材料中长期科技发展战略研究报告、绿色和节能型建材制造技术发展战略研究报告为指导，以教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”中工科“材料类专业人才培养方案和教学内容体系改革的研究与实践”项目（33项）所取得的成果为依据，结合材料科学研究趋势、材料工业发展现状及人才需求情况，进行综合分析和整理而形成。
本课题分五个子课题进行：
研究社会经济发展与材料科学与工程学科演变之间的关系；研究社会需求与材料科学与工程学科专业结构、人才素质之间的相互关系；研究我国材料科学与工程人才培养规格与培养模式的演变规律；研究社会对材料科学与材料工程相结合的综合性人才的规格要求；提出材料科学与材料工程专业教育改革建议与创新的措施。
本研究报告是这五个子题研究结果的汇总。
五个子题的研究结果详见子报告。
一、社会经济的发展与材料科学与工程学科演变之间的关系
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。
同时，材料的不断创新和发展，也极大地推动了社会经济的发展。
在当代，材料、能源、信息是构成社会文明和国民经济的三大支柱，其中材料更是科学技术发展的物质基础和技术先导。
以下从三个方面来分析社会经济发展与材料科学与工程学科发展之间的密切关系。
1.社会经济的发展对材料学科的发展始终发挥着巨大的推动作用
材料是人类社会进步的象征，也是社会经济发展的结果。
传统材料不仅为现代社会大量使用，同时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，满足了不同层次的社会需求。
近代的两次工业革命，给社会创造出巨大的财富，促进了社会经济的巨大发展。
随着石油天然气的广泛应用，促进了高分子材料产品的石化工业迅速发展，于20世纪30年代形成了高分子学科，高分子材料发展至今，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的发展提出了更高的要求。
在材料科学与工程学科领域中，高分子学科与金属材料学科、无机非金属学科并列成为材料学科的重要分支。
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，是人类科学技术上的一次重大飞跃，它对人类社会产生了深远影响，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。
总之，自从有了人类社会的历史以来，社会经济的发展对材料学科的发展始终发挥着巨大的推动作用。
2.材料科学与工程学科的发展对社会进步产生的巨大影响
材料科学与工程学科有着丰富的内涵，不仅包括金属、陶瓷等传统的结构材料，而且包含了具有众多特殊性能和用途的功能材料。
材料科学与工程的学科内涵和人才培养与社会经济发展的水平具有密切的关系。
20世纪60年代以来，随着材料工程技术的迅猛发展，材料已经不仅在种类上得到拓展，而且在包括光、声、电、磁、力、超导、高塑，以及超强、超硬、耐高温等机能与性能上获得极大的扩展与深度发掘。
此类新材料的出现，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。
新材料与新能源，以及新材料与新能源中的高新技术的发展，正在极大地丰富着人类的物质与精神生活。
材料与能源是人类文明的奠基石。
材料是支承工业生产与工业技术的物质基础。
在现代社会的经济生活中，诸多高新技术产品都是与新材料技术的发展密切相关。
新材料技术已经成为一个国家工业水平与技术能力的一个十分重要的标志。
在现代经济结构中，新材料技术在国家发展中的战略意义是不容忽视的。
20世纪80年代出现的新技术革命,把新材料、信息技术、生物技术并列为新技术革命的重要标志。
子报告中举例说明了材料学科的发展对20世纪文明发展的重要性以及对20世纪社会经济的巨大推动作用。
3.社会经济及其他相关学科的发展与材料学科发展之间的关系
材料是一门实用的直接的科学和技术，所以，社会经济发展的需求，总是对材料的研究和发展产生了巨大的推动和牵引作用。
一般来说，材料的基础研究和带有明确目的的开发性研究都各有它们的价值。
它们的效用有长有短，在实际生产上的体现有快有慢，但有一点是相同的，那就是要不断探索。
材料的应用研究一旦成功，即一种材料诞生之后，它的应用价值和市场开发可以产生较大的辐射作用。
现在的材料科学与工程学科是多学科性的，由于材料的应用越来越广泛，并渗透到各行业，许多领域都与材料的制备、性质、应用等密切相关，使得材料成为机械、电子、化工、建筑、能源、生物、冶金、交通运输、信息科技等行业的基础，并与这些相关学科交叉发展。
所以，材料学科与其他学科的交叉是一个必然趋势，也是材料学科发展的一个重要特征。
现代科学技术发展的特点是，一方面学科呈现出多科性，新兴学科不断涌现；另一方面，学科发展又呈现出高度综合的趋势，交叉学科和边缘学科层出不穷。
学科交叉的形式可以多种多样。
国内绝大部分理工科高校一般都设有材料科学与工程系（或学院），包含的专业主要为材料类专业。
未来科技的发展将是多学科的交叉和综合。
为了迎接未来的知识创新和人才培养的新趋势，有必要在大学里建立新的结构层次，即跨学科的交叉中心。
比如把材料科学、生物科学、医学工程科学结合在一起，构成交叉学科中心，这样必将大大推动材料学科在新领域的增长点。
二、社会需求与材料科学与工程学科专业结构、人才素质之间的相互关系
从传统的培养人才、科学研究，到后来的服务社会，现在又提出了教育具有传承文明、创造文明的使命，教育的功能得到了极大的扩展，大学已从社会的边缘走向社会的中心。
从我国材料教育的四个发展阶段可以看出，材料科学与工程教育的形成和发展过程正遵循着从宽广到细分，又从细分到综合的科学发展普遍规律，也体现了社会需求与材料科学与工程学科专业结构、人才素质之间的相互作用关系。
1.我国不同时期的社会需求决定了材料学科专业结构的特点
综观不同时期材料科学与工程教育的特点，不难发现，材料科学与工程学科专业结构、人才素质与社会需求之间的关系密切。
在新中国成立之前，为适应开发材料资源和满足当时的社会需求，我国材料教育主要是培养矿冶人才；新中国成立以后，工程人才极其缺乏，主要培养毕业后能够立即到国营工业领域担任设计、施工、运行等事业性工作的工科人才；改革开放以来，随着经济、社会和科学的发展，材料科学与材料工程之间的界线开始模糊，几大材料之间有了更多的内在联系和共性。
于是，国内许多高等学校抓住机会，开拓学科领域，开展交叉、渗透、新型学科的科学研究，逐步打破原专业设置界限，加强二、三级专业学科间的相互渗透与联系，更新教学内容的改革思路；20世纪90年代，随着我国经济体制从计划经济向市场经济转轨，从拓宽专业口径出发，教育部对中国高等学校材料类本科专业的设置进行了整合，进一步推动了我国材料科学与工程教育的改革与发展，为探索与形成有中国特色的材料教育培养模式开创了新的局面。
2.材料科学与工程技术的发展趋势对材料类人才素质提出新的要求
近年来，我国材料科学领域十分活跃，新概念、新构想、新方法不断出现，新材料在理论和技术上都有长足进展，其发展趋势有以下几个特点：
⑴ 在各类材料多样化基础上的一体化。
⑵ 合成—结构—性质—加工—实用性能五位一体，成为现代材料科学与工程的主要内涵。
⑶ 材料科学与工程的相互融合，两者间的相互影响和作用增强。
⑷ 多学科和跨学科的交流和合作是现在材料学科与工程主要发展模式。
⑸ 材料领域的研究进展速度极快，各种新材料、新工艺、新技术和新理论大量涌现，学术活动异常活跃，正进入一个史无前例的“材料时代”。
因此，作为新世纪高新科技的支撑，21世纪材料类专业人才必须具有良好的综合素质，必须通晓材料的制备与加工、组成与结构、性能与应用的材料科学与工程的全面知识。
3.我国典型材料产业现状及存在问题
建筑业和建筑材料工业是我国国民经济的支柱产业。
水泥、建筑玻璃、建筑卫生陶瓷和建筑墙体材料作为我国的四大类建筑材料，产量很大，居世界前列，但产品质量、产品结构及综合技术经济指标等方面与国际先进水平存在很大差距，主要表现在：
产量大，但“大而不强”，产品质量档次低；集约化生产规模小，工艺技术装备落后，小、散、乱现象普遍存在；开发能力薄弱。
我国无机非金属材料是20世纪50年代末期为配合研制“二弹一星”创建和发展起来的，初步形成了生产、设计、科研、教育配套的新型产业。
与发达国家相比，差距主要体现在几个方面：
基础研究和关键技术落后；材料性能低、品种少、批量生产质量不稳定；制备技术及装备落后。
我国高分子工业起步较晚，但近年来发展很快，呈逐年上升的趋势，与世界发达国家水平相比，我国高分子材料的品种、产量、制造工艺、技术水平和人均消耗量均存在非常大的差距，研究能力比发达国家落后近10年，产业化能力比发达国家落后近20年。
由此可见，我国材料产业的研究力量和技术水平都还比较落后，急需具有开阔视野，有很强的工程实践能力，勇于探索，具有吃苦耐劳精神，有创新思维、创新能力高素质人才。
4.社会对材料人才的需求现状分析
自20世纪60年代材料科学与工程学科作为一个统一的学科以来，经过几十年的努力，我国的材料类专业高等教育已取得了很大的成就和发展。
在此，以11所院校无机非金属材料工程专业、11所院校高分子类专业、26所院校材料物理、材料化学专业本科毕业生就业情况及研究生招生情况的调查结果作为依据，进行我国社会对材料人才培养及的需求现状分析。
⑴无机非金属材料工程专业需求现状
我们对武汉理工大学、吉林大学、重庆大学、西南科技大学、武汉化工学院、东华理工学院、福州大学、河北理工学院、安徽建筑工业学院、沈阳建筑工业大学、西安建筑科技大学等11所院校2000—2003年的无机非金属材料工程专业招生与就业情况进行了调查。
结果表明，连续四年，社会对无机非金属材料工程专业人才的需求量大于本科毕业生毕业人数，需供比为2左右；对无机非金属材料专业本科生的需求主要来自于具有工程应用背景的企业，而提供了23%就业岗位的研究院所中也有相当多的是对工程、工艺知识要求高的设计院所；同时，有平均58%的学生在材料领域就业，21%的学生跨行业就业，有1%比例的学生自主创业，四年考取研究生的比例逐年上升，平均比例为19%；“211工程”院校学生就业结构与一般院校有一定区别，考研率、研究院所就业率及跨学科就业率都高于一般院校，用人单位对重点院校提供的岗位数大于一般院校，需供比可达3以上。
但企业对本科生的需求量仍是主流。
这样的社会需求状况也就决定了我国高等学校本科生培养目标的定位，应在重视工程教育的同时，兼顾科学研究能力的培养。
⑵高分子科学与工程专业需求现状
对11所“211工程”重点建设院校的高分子类专业本科毕业生就业情况和研究生招生情况所做的调查表明：
高分子科学与工程本科毕业生从事本专业工作（包括考上硕士研究生的人数）占毕业总人数的76.12％，表明目前毕业生人数与社会需求总体相适应；本科毕业生向往取得更高学历；从事高分子合成的毕业生人数逐年减少，从事高分子材料加工工作的毕业生人数大致持平，而从事高分子材料应用工作的毕业生人数略有增加，约占三者比例的50％。
这一比例与我国高分子材料消费量的快速增长是完全吻合的。
可以预言，在今后一段时期，随着我国高分子材料工业的迅速发展和人均消费量的不断提高，以研发和营销为主的高分子材料应用人才的需求将进一步增大。
从学位教育调查统计中可以看出，高分子材料类专业在学位教育方面已形成了合理的多层次的人才梯队：
即以本科教育为基础，包括硕士、博士的培养体系已经形成。
其中，高层次人才培养中的理工比例也显示以工科为主的明显特点，从而体现高分子材料是应用性较强，对工程人才需求较大的一个领域。
⑶材料物理、材料化学专业需求现状
我们对我国近4年24所高校的材料物理与化学类专业招生时间和规模、毕业生就业情况进行了统计，结果表明，本科生的招生规模上升最快，而博士生和硕士生的招生规模是在2003年有了一个明显的增加。
招生规模的扩大表明社会对材料物理与化学类专业人才的需求在逐年赠加；各高校在材料类、非材料类的就业情况相差很大，攻读硕士学位的比例略有增加，这种差别应该与各高校的办学特色是分不开的，同时也表明，材料物理与化学类专业毕业生的就业面比较广泛，而并不仅仅限于材料类。
因此，在材料物理与化学类专业的技术教育中，要结合市场需求，注重发挥本校的特色。
5.社会需求与材料科学与工程学科专业结构、人才素质之间的相互关系
由上述分析可见，随着我国现代化建设的不断发展，材料科学与工程学科正向复合型、功能型发展，具有单一材料专业基础的人才已经不能满足社会需求，社会对材料类人才的需求已从原来需要较单一的技术人才转变为能适应不同生产力水平、不同产业部门的多层次、多规格的复合型人才，要求学生基础知识全面，具有扎实的理论和实践功底，并且能够胜任变化了的不同岗位。
这些转变对高等教育人才培养模式、办学观念、管理体制等带来重大冲击，给材料类人才的培养提出了更高的要求。
在人类的这场历史性转变中，工程教育包括材料工程教育具有重要地位。
加快材料学科教育的改革，培养能够适应社会迅猛发展，并能持久与健康地为人类材料技术和经济持续发展服务的创造性人才，已经迫在眉睫。
这一时期改革的主要特点应是针对近年来我国材料科学与工程人才培养质量方面尚存在学生创新思维、创新能力和实践能力培养不足等问题，进一步加强材料科学与工程类专业教育改革的力度，拓宽专业口径，根据大材料的共性，将金属材料、无机非金属材料、高分子材料融合，开阔学生视野。
重点对材料科学与工程类专业学生综合素质培养、工程实践能力培养、创新精神与创新能力培养进行研究，探索出一条适合我国国情的培养富有创新精神和实践能力的高素质材料类人才的路子，这对迎接21世纪知识经济时代的挑战，提高我国材料工业水平并使之具有持续发展能力均具有重要意义。
三、材料科学与工程人才培养规格与培养模式的演变规律
材料是人类社会发展和科学技术进步的物质基础和技术先导，与社会、经济发展渊源密切。
工业的迅猛发展要求与之相适应的科学技术与专门人才，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和发展。
20世纪前半叶，材料学科教育主要在冶金系。
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。
随着非金属材料的发展化学化工系也部分转向材料。
历史上看，材料系多由冶金系演变而来。
我国材料科学与工程教育起始于旧中国部分高校中采矿系、矿冶系等，形成和发展大体上可以分为四个历史阶段：
1949年以前，在若干大学设置了矿冶学科，开创了我国现代材料教育的先河；1949—1966年，依照苏联模式进行院校调整，建立和发展了较完整的材料高等教育体系，造就了一支宏大的材料学科队伍；1978年至20世纪90年代初，材料教育在苏联教学模式的基础上在某些局部开始学习欧美，但是尚无突破性进展，形成了有中国特色的材料教育模式；20世纪90年代后期，在国家面向21世纪进行专业调整以及课程体系与教学内容改革方针的指引下，教育部对中国高等学校材料类本科专业的设置进行了整合，进一步推动了我国材料科学与工程教育的改革与发展，为探索与形成有中国特色的材料教育培养模式开创了新的局面。
20世纪后半叶，世界高等教育发生了巨大变化，出现了大众化、民主化、多样化、国际化和信息化的共同趋势。
本科教育国际主流趋向：
研究型或重点大学培养本科生把广博教育放在首位，专业培养放在次要位置。
课程设置充分考虑当前材料发展的总体趋势，注意加强本科生关于材料的现代基础科学与人文社会科学的课程，使学生具有宽厚的基础理论知识和广泛的兴趣和视野。
在一个高度国际化、信息化的时代，中国高等教育在21世纪必将紧随国际发展的潮流，以适应社会发展和科技进步的需求。
我国材料科学与工程教育的发展趋势主要表现：
（1）材料科学与工程的招生专业及招生规模发生变化。
1994年，我国有144所高校设有材料类专业，涵盖的专业有20余个。
1998年，教育部对本科专业目录进行调整，将上述20余个专业合并为6个专业，同时在引导性专业目录中提出材料科学与工程专业。
我国高校2003年材料类专业招生达20300人，在校人数达73300人。
从每年的招生人数看，材料科学与工程专业的招生规模有继续上升的趋势，而以金属材料工程专业、无机非金属材料工程专业招生的规模在下调，这也体现了培养宽口径材料类人才的发展趋势；
（2）材料教育内容及范围不断扩大，已有专业的界限逐渐打破。
我国材料科学与工程教育改革迅速发展，几乎全国所有设有材料专业的院校均已程度不同地参与了材料科学与工程教育改革，培养模式由“专业培养”向“学科培养”发展；课程设置从学科式课程向整合式课程转变，专业课程从中心地位向载体地位转变，课程内容从以学科发展为中心向以培养学生为中心转变。
我国高校材料教育正在不断打破旧的专业范围的约束，向其他专业甚至其他一级学科渗透；（3）材料教育中培养学生实际能力的条件在不断改善。
随着高等院校科研工作的不断提高，以及国家对教育的重视和大量的投入，用于培养学生实践能力的基础设施不断得到完善，使学生的实际操作动手水平、分析和解决问题的能力得到了明显的提高。
四、社会对材料科学与材料工程相结合的综合性人才的规格要求
材料科学与材料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的发展历史却非常短暂。
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、人类社会进步中所处的重要地位。
在我国材料科学与工程学科的发展过程中，由于历史的原因，材料科学与材料工程的研究内容逐步形成了明显的界限，其人才培养的规格也存在显著的区别，即分别进行材料理论研究的科学家和材料应用研究的工程师的培养。
而随着社会的发展及国际竞争日趋激烈，社会对材料研究专门人才的需求已经淡化了材料科学与材料工程的概念，更多的需求转向了材料科学与材料工程相结合的综合性人才。
这体现了现代社会经济发展中对人才知识结构和能力结构的实际需要，在材料科学与工程专门人才培养的过程中，必须将更多的注意力放在这种社会变化上，结合各高等院校的特点，使传统的材料科学与材料工程人才的培养向实现二者的有机结合逐渐过渡。
1.社会对材料科学与材料工程相结合的综合性人才的要求有其历史根源
1956年苏联第一颗人造地球卫星的发射成功，使美国认识到材料的重要性，并广泛开展了材料的研究，于是材料科学与工程便以此为契机，茁壮地发展起来了。
因此，材料科学与工程的诞生就是由于社会对材料科学与材料工程相结合而产生出的惊人的科技成果的应激性反馈。
材料科学与工程的形成与发展有着内在的、更深刻的原因。
材料的研究涉及到多种学科，材料科学与材料工程必须相结合才能转化为生产力，从而为人类社会的进步做出应有的贡献。
因此，社会对材料科学与工程综合性人才的需求是有其历史性根源的。
2.社会对材料科学与材料工程相结合的综合性人才的要求的现实原因
随着现代社会经济的发展，对材料研究专门人才的知识结构与能力结构的要求也同步发展，特别是我国实现传统计划经济向现代社会主义市场经济转型的现实和加入WTO后面临的更激烈的国际竞争，使社会对材料科学与工程的综合性人才的需求有了更深层次的扩展。
3.材料科学与材料工程相结合的内涵
材料科学与工程的定义是：
研究有关材料成分/结构、制备/合成、性能和使用效能及其关系的科学技术与生产。
对材料四要素的认识和理解，要有动态的观念，材料科学与工程四个基本要素的说明和控制应放在更高、更深的层次。
从材料的基本教育来说，它面向材料四要素。
材料科学与工程的研究领域与纯科学研究领域及与某些专业工程研究领域都会有重叠，而且应该鼓励这些合作与交叉研究。
但从学科与基本教育看，与纯科学的区别以及化工是有区别的。
因此，我们需要材料科学家，要对材料从合成到服役的全过程进行综合性的研究，应该特别重视材料在制备过程中的重现性和材料品质的一致性等非常重要的实际问题。
4.社会对材料科学与工程综合性人才的规格要求
社会对材料科学与工程学科综合性人才的规格要求是多元化并具有显著地方性特征的，但其对材料科学与工程综合性人才规格的总体要求是具有一定共性的，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）素质结构要求包括思想道德素质、文化素质、专业素质、身心素质。
（2）能力结构要求包括获取知识的能力、应用知识能力、创新能力。
（3）知识结构要求包括工具性知识、人文社会科学知识、自然科学知识、工程技术知识包括、经济管理知识包括、专业知识包括。
五、材料科学与工程专业教育改革与创新的措施与建议
材料科学作为基础科学，近20年来为推动世界经济发展发挥了巨大作用。
我国现行的教育模式所培养的学生过分强调专业个性，学生知识面窄，要改变和适应新领域需要一个较长的学习过程。
这种方式已经不适合当代社会经济和科学技术发展的需要。
对材料教育进行全面改革与创新是摆在我们面前的一个迫切的问题。
教育改革与创新应以提高教学质量为主要目标，培养学生的创新意识和能力为核心。
必须采取具体措施，从建立新型的教学模式和多样化的培养模式、培养方案的优化、课程体系的创新设计等方面推动材料科学与工程（材料科学与工程）的教育改革。
1.建立以理论教学、实验教学、科学研究三个维度基本框架的新型教学模式
材料科学与工程是一门实用的、直接的科学与技术，它不同于抽象的衍生的科学。
材料科学与工程的应用越来越广，它渗透到与材料制备、结构、性质和应用有关的许多领域，与物理化学等学科有非常密切的关系。
多学科性成为材料科学与工程的一种重要特征。
因此，材料类专业人才的培养应以理论教学、实验教学、科学研究三个维度构成教学基本框架，改变传统教学中三个维度衔接不够的状况，通过三个维度相互交叉、有机结合构建新型的教学模式，以促进学生积极地投入到学习活动中，提高教学质量。
理论教学：
作为构建框架的基础，以全面系统的知识学习和综合思考能力培养为主，强调宽厚的基础教育、学科知识横向与纵向间的联系。
实践教学：
作为理论教学的延续，
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