材料科学与工程——金属材料工程专业沿革与进展ppt课件.ppt

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1、材料科学与工程 金属材料工程专业沿革与进展,江苏大学材料学院 罗新民,2022/11/11,2,材料科学与工程学科的发展对高等工程教育变革的推动全球化高科技竞争对材料科学与工程人才的新要求金属材料及热处理专业人才的教育教学改革及其进展,主要内容,2022/11/11,3,Source: Robert W. Cahn. The Coming of Materials Science. Department of Materials Science and Metallurgy, University of Cambridge,Cambridge, UK,1. 材料科学与工程学科的发展对高等工程教

2、育变革的推动,2022/11/11,4,2022/11/11,5,本科阶段学习材料科学与工程专业； 研究生阶段进入专攻：如金属材料、复合材料等； 金属材料仍然是最基本的学习内容，包括钢铁材料、非晶态合金、结构金属材料、功能金属材料等，主要研究它们的成份比例和微观结构对材料力学和物理性能影响。学习的主要课程有当代材料、材料科学和工程介绍、金属处理、粉末冶金、腐蚀与防护等。从国际社会现代材料科学与工程的课程设置来看，基本遵循了金属材料学科的发展规律。,1.2 国外材料科学与工程专业人才的培养程序,2022/11/11,6,2022/11/11,7,发达国家利用其优裕的生活条件和优越的工作环境引进世

3、界各国科技移民。美国现在每年引进的高科技人才超过20万人，而美国自己的教育机构仅能满足人才需求的1/3。美国高科技人才的收入包括：奖金、利润分成、收益分成等，此外，还可享受美国比较完善的社会福利制度、退休金制度和医疗保险制度等。据美国国家科学基金会统计，约25%的外国留学生学成后定居美国，被纳入美国国家人才库；在美国科学院的院士中，外来人士约占1/5；在美籍诺贝尔奖获得者中，有1/3非本土出生。,1.4 用政策吸引学有所成的优秀人才,但应该看到， 我国目前实行的人才政策也已经开始吸引大量学成人才归国，这对热处理行业来说是一个极好的借鉴和机遇。,2022/11/11,8,1.5 我国材料热处理专

4、业人才培养的沿革,值得思考：当年将产品、工艺技术等设为大学专业后对我国热处理人 才队伍建设与国民经济建设的历史性贡献,上世纪50s年代始，国家需要大量的工科技术人才，教育的重心放在与经济建设直接相关的高等教育，尤其是工程和科学技术教育上；教育计划与国民经济建设计划紧密相连，按产业部门、行业来甚至按产品和工艺设立学院、系科和专业，确定招生和学生分配；国家对高等教育实行垄断，学生全部免费。 Souece:中国高等院校1952年院系调整http:/,2022/11/11,9,2022/11/11,10,2022/11/11,11,2022/11/11,12,1.7 我国热处理专业人才构成,专业人才教

5、育：普通高等教育和职业技术教育已成为我国热处理高级工程技术人才培养的主渠道。正规学历教育（博士后、博士、硕士、学士 ）和职业技术教育（高职 / 专项技术训练）的变革受到行业高度关注和重视。,职工技术培训：不断提高劳动力素质。,职业技术教育：注重热处理一线的专业技术教育。,2022/11/11,13,1.8 我国的历程：前无古人，成就辉煌！,一大批杰出人才一大批科技成果一大批科研院所一大批现代企业,为中国成为当今制造业大国奠定了雄厚的基础！,2022/11/11,14,2022/11/11,15,新时期：十二五规划至2020年新任务：结构调整，产业升级新形势：节能减排，持续发展新挑战：自主创新，

6、全球竞争,2.1 背 景,关键是人才和战略的竞争！,当今世界，热处理仍然是制造业的重要领域，潘健生院士深刻指出，“热处理是我国制造业发展的瓶颈”。赵振业院士则在我国首次提出，“热处理是一类国家级的核心技术、关键技术和共性基础技术”。,2.全球化高科技竞争对材料科学与工程人才的新要求,2022/11/11,16,2.2 国际热处理界发展现状和趋势,据联合国的统计数字，按照汇率计算，美国制造业的产值为1.78万亿美元，人均服务产值为1270万美元。中国制造业的产值为2.05万亿美元，虽然总量超美国，但人均服务产值却为380万美元。除了技术因素之外，其中的人才效益不言自明！ 据全球著名的热处理专业公

7、司鲍迪克（Bodycote）估计，全球的热处理市场在 200亿GBP(英镑)左右，而其中约有一半是在美国。即便如此，美国的“ 热处理工业远景2020（概要) ”依然指出，要加强人才资源和教育；未来的人力资源是另一个主要挑战；热处理要吸引能学善做的人才，并培养他们成为在整洁安全工作岗位上训练有素的雇员。,2022/11/11,17,潜在的竞争对手,印度作为一个领先的新兴经济体的长期上升是一个众所周知的话题。其国内生产总值(GDP)和基础设施投资持续增长，在汽车行业有巨大的潜力。汽车工业的增长提供了大量热处理需求，在西部已有四个主要汽车制造中心的基础上今年又新增一个，印度汽车工业已有6年以13.1

8、 % 的年持续增长率的成功经历。 今年的 “2013国际热处理与表面工程联合会暨博览会”就在印度钦奈举行，ASM（美国金属学会）在其网上估计印度的热处理产值将达每年10亿美元，年增长率达12%。,2022/11/11,18,“印这个拥有十二亿人口、与中国有几乎三千公边界的邻居并在中国一般百姓的潜意中。中国与印的关系似乎也还没有震撼感。但值得深思的是克强当总后，访问的第一个国家就是印。”,不同的视角,2013-06-24 馮達旋 教授，國立清華大學 資深副校長(全球策略與企劃研考)：北京師範大學初訪,2022/11/11,19,基于在汽车、机床和工具行业高品质热处理的庞大需求，已成功赚钱的鲍迪克

9、（Bodycote）对在中国的热处理商机不表现出任何兴趣，他们的回答非常明确：不。 虽然他们看到巨大的商机和利润，但问题是他们认为被要求更高的标准，与当地企业竞争显得非常困难。 他们经过漫长而艰辛的历程，已成功地将业务集中于在中国的西方制造商，而把那部分低走和肮脏的业务留给当地的热处理企业(leaving the down and dirty portion of the business to local heat treaters）。 http:/,优势 or 劣势？,2022/11/11,20,赵振业院士指出，目前中国装备制造业面临“自主创新人才不足、产业升级缺少共性技术支撑”的两大瓶颈

10、。 要摆脱瓶颈的制约和实现制造业腾飞的愿景都离不了人才的因素！ 作为大国崛起，中国要赶、超、创国际热处理先进水平，并获得相应的地位，人才问题是重要的先行考量之一。,2.3 院士的呼吁,2022/11/11,21,2022/11/11,2.4 国内热处理行业的人才新需求,突破性专业人才：满足国家核心竞争力发展需要、自主组织热处理共 性技术攻关和研发创新重中之重的领军人才； 跨行业技术人才：保障现代化热处理生产和有效开展节能与环保； 高水平管理人才：熟悉国际金融、国际贸易和现代企业管理； 高技能操作人才：符合ISO认证的用工标准、技艺精湛。,规划：热处理行业“十二五”发展规划 和 国家中长期人才发

11、展规划纲要（20102020年）,人才新需求：,人才是指具有一定的专业知识或专门技能，进行创造性劳动并对社会作出贡献的人，是人力资源中能力和素质较高的劳动者。,2022/11/11,22,根据全球化和MSE发展带来的挑战，我国材料热处理行业应具有结构合理的四支突破性创新型人才队伍：,在全球行业间具有影响力的、掌握现代科学技术，能积极开展关键和核心技术攻关和学术交流活动的高层次专业领军人才（包括海归）；, 国家支柱产业中材料热处理技术领域业务主持和研发工作的砥柱力量；, 行业内部各专业技术领域攻坚克难的技术权威（行业骨干）；, 生产第一线作业的全能技术骨干和技术明星。,2.5 突破性创新型热处理

12、人才结构,2022/11/11,23,2022/11/11,24,2022/11/11,25,从国家层面出发，为贯彻落实胡锦涛总书记2011年4月24日清华大学百年校庆重要讲话精神的重要举措。是加快创新型国家建设的重要支撑，是推动我国教育与科技、经济、文化紧密结合的战略行动。该计划通过瞄准学科前沿和国家发展的重大需求，以机制体制改革为重点，以创新能力提升为突破口，大力推进协同创新。重点是要构建：,2.8 新的机会：高等学校创新能力提升计划(“2011计划”),面向科学技术前沿和社会发展的重大问题（先进材料与整机性能） 面向行业产业经济发展的核心共性问题（热处理共性技术） 面向区域发展的重大需求

13、（区域经济规划和发展重点制造业） 面向我国社会主义文化建设的迫切需求的协同创新平台与模式（人才教育培养模式的协同创新）关键是要建立协同创新机制与体制。,2022/11/11,26,2011计划将取代原有的211、985院校的格局和态势，成为我国最新的建设世界一流大学投资计划。 按照 “2011计划” 的目标，未来，国内一批高校将从四个面向出发，充分发挥高校多学科、多功能的综合优势，联合国内外各类创新力量，建立一批协同创新平台，形成“多元、融合、动态、持续”的协同创新模式与机制，培养大批拔尖创新人才，逐步成为具有国际重大影响的学术高地、行业产业共性技术的研发基地和区域创新发展的引领阵地，在国家创

14、新体系建设中发挥重要作用。,2011计划将为热处理突破性创新型人才队伍建设带来新的机制和机遇，特别需要协同，我们准备好了吗？,高等学校创新能力提升计划(“2011计划”),2022/11/11,27,人才教育模式的改革探索是可持续发展的要求的必有之路，已经采取的教育体制改革、专业名称改革、特色品牌策略等措施还不能充分满足培养对象的求知欲望和个性发展、以及用人单位对人才的挑战，因此，提高宝贵教育资源的利用效率、争取培养更多的创新型人才、同时注意到人才的终身学习和通过现代网络自学和提高人才水平是人才可持续发展的重要理念。此外，人才资源的优化结构、按需培养、立足于用，需要在深入探讨人的发展和科学开发

15、专业人才资源的基础上探索多种可持续发展模式。,2.9 热处理人才资源的可持续发展,2022/11/11,28,3.1 金属材料工程专业的高层次建设 国家特色专业,我国现有60余所高校设置金属材料工程专业。随着高等教育由精英化向大众化过渡，专业的建设除了教学内容的改革和重组外，品牌战略日受重视，包括省级品牌专业、省级特色专业和国家特色专业等，其中尤以国家特色专业建设最具代表性，是我国热处理人才培养中最高层次的建设项目。,3. 材料热处理专业人才的教育教学改革及其进展,2022/11/11,29,国家特色专业建设点基本情况统计,批次 年份 获批总数 材料学科,分 类,MSE 金属材料工程,1 20

16、07 420 0 2 2007 707 13 9 4 3 2008 691 11 8 3 4 2009 671 6 5 1 5 2009 83 0 6 2010 804 15 12 3 7 2011 78 4 4,2022/11/11,30,3.2 国家特色专业人才培养方案改革的基本思路 MSE,2022/11/11,31,3.4 金属材料工程专业课程体系改革,2022/11/11,32,3.5 例：金属材料工程专业教学大纲的改革 通识 + 基础 + 模块,2022/11/11,33,3.6 与金属热处理相关的核心课程,主干学科： 材料科学与工程核心课程： 物理化学、金属学原理（按模块）、材料

17、科学基础（新增）、材料物理性能、材料力学性能、金属材料学、金属材料组织控制原理与技术（合并）、材料分析技术（扩充）,金属材料工程 专业,物理化学、量子力学和固体物理学、材料学概论、材料科学基础、材料物理、材料化学、材料力学、材料研究与测试方法、材料工艺与设备、计算机在材料学科中的应用等。,参考：我国 材料科学与工程 专业的主要课程,2022/11/11,34,3.7 实践教学环节改革,2022/11/11,35,3.8 教学方法改革自主式、研究型教与学,2022/11/11,36,与现代制造业紧密联系，改变以往讲授专业课程主要针对材料/工艺转向 材料/工艺与构件/寿命并重；突出“关键”“基础”

18、“构件”等重要理念，鼓励学生向“突破性”和“巅峰” 目标设定自身的追求；2 注重基础理论和应用理论的联系和覆盖，特别是“疲劳”、“可靠性”、“模拟与预测”等带有“共性技术”特点的教学内容开始增加；3 结合典型工件制造的技术路线分析，如服役要求、性能指标设定、失效原 理、选材与工艺（装）分析、技术关键攻克、寿命预测等的指导有所加强，并从材料/工艺,构件/寿命出发关注整机性能来体现高新技术竞争；4 加强与企业生产实际相结合的专业实践和自主创新实践课题的锻炼；鼓励学生自主学习与自主实验，逐步相本科生开放实验室，提高学生专业学习兴趣，启发学生创造性思维和动手能力。,3.9 金属材料工程专业培养过程改革

19、动向点滴,体现热处理是一门“理论性很强的科学，实践性很强的技术”,2022/11/11,37,国际化着眼于全球化带来的新的关注点； 工程师（不是职称，是职位）为主要的着力点； 职业技术教育着眼于新高度的新起点。,“材料热处理工程师”和“高级材料热处理工程师”技术资格认证就是行业对人才培养的主动出击和良性干预，实质就是为企业人才队伍考量的一种非营利性服务，高等院校大力支持这种制度，体现了教育界与企业界互动的效果与价值。,3.10 主动配合热处理行业实用人才队伍建设,“卓越工程师”教育正在成为高等院校新的工程教育改革热点。,2022/11/11,38,在全国学会指导下，以国家级企业工程（技术）中心

20、和企业技术研发中心，与高等院校（含企业）的博士后流动站、国家（省、部级）实验室和大学科技园、特色研究院（所）建设相结合，充分利用国家相关支持政策，加强校企合作、产学合作以及人才建设和共性技术开发，特别是国家和行业急需的、能缩小与国际先进水平差距的关键基础构件的技术创新，在带动科技成果产业化的同时加速热处理专业人才成长。 四支技术队伍中的人才在其成长过程中，都应区分层次获得、保持和发展这种与高校的联系；其中第一层次的人才还应与国际著名大学或研究院所、专业学术团体或相关企业建立和发展关系。,3.11 加强校企合作,2022/11/11,39,3.12 构建我国职业教育与实践的内容与体系,现阶段普通

21、高等院校对热处理行业所需人才的培养已经进入了一个新的历史时期，对创新型人才培养不断有新的认识、探索和创新。 随着学科指导下的专业教育改革的不断进行，新的课程设置和教学内容持续得到更新，新编教科书层出不穷，材料热处理和表面工程结合更加紧密，所有这些都使我国新型热处理人才的知识领域更加拓宽。 职业技术人才的培养体系也在不断完善，并切实加强和促进行业与职业技术人才培训机构的结合。配合国家中长期人才发展规划纲要（20102020年）中“专业技术人才知识更新工程” ，培训模式也要随之做出调整，例如，提高现有职业培训的标准，开发新的职业培训工种，设立跨企业的联合培训课程等。,2022/11/11,40,结

22、 束 语,材料科学与工程是国民经济发展的重要支撑，是航天、航空、信息、国防等高新技术进步的基础，材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面研究成就不断推动我国材料界高等工程教育的变革。 现代材料研究和材料科学与工程学科都处于全球化的竞争发展过程中，科学与技术的结合日益紧密，多学科的交叉已经成为材料科学与工程发展的一个重要特征。已经完成从精英教育向大众化教育的初级阶段转变的中国高等教育已从过去按工种（行业）分割专业的单一培养模式演变为由学科指导下的更高层次的专业培养方向发展。 对材料热处理人才的教育培养进行全面改革与创新是摆在全社会面前的一项迫切课题。以提高教学质量为主要目标，培养学生的创新意识和能量为核心的教育改革与创新，正在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开创材料热处理人才培养的新阶段。,