基于新工科視野下以產(chǎn)品為導向的跨專業(yè)協(xié)同實踐教學模式探析

黃俊俊，陳珍明，董 強，趙娣芳

（1.合肥學院 能源材料與化工學院，安徽 合肥 230601；2.賀州學院 材料與化學工程學院，廣西 賀州 542899）

一、課程性質(zhì)及教學現(xiàn)狀

作為我國高等教育重要組成部分——新建高等院校，是在我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、經(jīng)濟大發(fā)展和高等教育大眾化的背景下建立的，本著服務區(qū)域經(jīng)濟的目的，大多新建院校的人才培養(yǎng)目標立足于培養(yǎng)面向生產(chǎn)第一線、面向基層的高素質(zhì)應用型人才。隨著新興產(chǎn)業(yè)（如人工智能、智能制造、機器人、云計算等）出現(xiàn)和動態(tài)的市場需求，也對傳統(tǒng)工科專業(yè)（化工、自動化、材料、冶金、交通工程、采礦等）提出新的要求，同時對培養(yǎng)學生的專業(yè)實踐能力和創(chuàng)新能力提出更高的要求，使培養(yǎng)的學生適應新結(jié)構(gòu)、新體系的產(chǎn)業(yè)，避免學校的“教”和企業(yè)的“需”脫節(jié)，造成教育資源的浪費、產(chǎn)業(yè)人才的匱乏和就業(yè)結(jié)構(gòu)性矛盾。其中，實踐教學包括實驗、實習、實訓、社會實踐、課程設計、畢業(yè)設計（論文）等，也包括軍訓、創(chuàng)業(yè)活動以及納入教學計劃的社會調(diào)查、科技制作、學科競賽等活動。

實踐教學是銜接理論知識和實踐、學校教育和社會教育的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生專業(yè)性實踐能力、動手能力、創(chuàng)新能力和安全環(huán)保意識的重要教學形式，是達成具備“解決復雜工程問題能力”培養(yǎng)目標的重要途徑，對培養(yǎng)應用型人才具有至關(guān)重要的作用。但是，在傳統(tǒng)工科的背景下，實踐教學由教研室獨立開展，內(nèi)容多以學習型為主，存在依托設備開展、內(nèi)容陳舊、缺乏創(chuàng)新、學生參與積極性不高、緊扣書本但同產(chǎn)業(yè)脫節(jié)的問題。另外，目前的實踐教學課程欠缺邏輯連貫，每個教學環(huán)節(jié)呈現(xiàn)出獨立單元，系統(tǒng)性不強，學生參與過程中難免會覺得枯燥、參與的能動性低，很難拓展學生的專業(yè)視野。這是困擾學生的一個很重要的問題，造成實踐教學同理論教學、科學研究、產(chǎn)業(yè)、就業(yè)創(chuàng)業(yè)不能形成一個有機的整體，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、提升學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力也就無從談起［1-4］。

實踐教學屬于綜合性教學環(huán)節(jié)，其中涉及大量的專業(yè)基礎知識、實驗技能、運用專業(yè)知識解決、分析宏觀現(xiàn)象，數(shù)據(jù)分析、建模、處理和協(xié)作的能力，需要較寬泛的理論和實踐基礎，涉及的能力較多，對學生綜合素質(zhì)和綜合能力要求較高［5］129。傳統(tǒng)的“填鴨”式教學很難有效調(diào)動學生的積極性，也會影響后續(xù)實踐課程的開展，形成惡性循環(huán)。如果僅僅靠不斷強調(diào)課程的重要性，或是增加教學課時，而不研究學生的特點，不進行大膽的教學創(chuàng)新，難以達到目的，導致學校的“教”和社會的“用”嚴重脫節(jié)。

隨著我國教育改革的穩(wěn)步推進，慕課、翻轉(zhuǎn)課堂等一些新型的課堂形成的出現(xiàn)，如何設計專業(yè)實驗內(nèi)容、形式，讓學生主動、積極參與其中，讓“陽春白雪”似的實驗機理、概念走下“神壇”，同工業(yè)化生產(chǎn)、專業(yè)產(chǎn)品、市場銷售和用戶體驗聯(lián)系在一起，變成“接地氣”的教學環(huán)節(jié)。通過優(yōu)化教學手段，提高教學效果，真正做到使專業(yè)實驗成為書本知識和產(chǎn)業(yè)紐帶，讓學生學有所獲、學有所用，在應用型人才培養(yǎng)過程中起到催化劑的作用，就是當前實踐教學改革的重點。

二、改革目標及內(nèi)容

基于“新工科”視野下以產(chǎn)品為導向、跨專業(yè)的實踐教學內(nèi)容及媒介選擇，同時完成多專業(yè)協(xié)同教學資源庫、支撐平臺的設計與開發(fā)。探索以產(chǎn)品為導向的實踐教學對接應用型人才培養(yǎng)和服務社會經(jīng)濟發(fā)展的新路徑、新方法，促使學生的創(chuàng)新能力、應用能力、職業(yè)能力和教師的產(chǎn)教融合能力得到顯著提升［6-8］。

（一）基于新工科需求的應用型本科跨專業(yè)協(xié)同實踐教學內(nèi)容開發(fā)

對基于“新工科”視角的應用型本科多專業(yè)協(xié)同教學模式進行深入研究，提出適合區(qū)域產(chǎn)業(yè)特色的市場營銷專業(yè)、工業(yè)設計專業(yè)、計算機科學與技術(shù)專業(yè)協(xié)同教學系統(tǒng)，構(gòu)建信息與計算科學專業(yè)、粉體材料與科學專業(yè)、化學工程與工藝、材料成型與控制工程專業(yè)協(xié)同教學方案。不僅要結(jié)合本校各專業(yè)特色和優(yōu)勢實踐內(nèi)容，還要與企業(yè)、區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才需求保持一致，這是本文將要研究的重要內(nèi)容。

（二）構(gòu)建應用型高校多專業(yè)協(xié)同實踐教學機制

基于“新工科”視角，深入研究應用型多專業(yè)實踐人才培養(yǎng)協(xié)同機制，綜合市場營銷專業(yè)調(diào)研市場需求，藝術(shù)設計專業(yè)學生設計模型、計算機科學與技術(shù)專業(yè)和信息與計算科學專業(yè)學生協(xié)同建模，化學工程與工藝和粉體材料與科學專業(yè)制備材料，材料成型與控制工程專業(yè)成型。以產(chǎn)品為導向，實踐教學從設計——材料——產(chǎn)品生產(chǎn)——銷售4個方面展開，打破學科和專業(yè)之間的壁壘，各專業(yè)學生著眼于所學專業(yè)對應的環(huán)節(jié)，兼顧其他環(huán)節(jié)，指導學生在協(xié)同教學資源庫有區(qū)別的選擇輔修專業(yè)課，即選取某一商品，依據(jù)專業(yè)特色分解成一個或多個的設計、生產(chǎn)（材料、設備、工藝）和銷售單元，不同專業(yè)側(cè)重不同的單元，形成跨學科學生協(xié)同開展專業(yè)實驗、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和畢業(yè)論文等實踐教學環(huán)節(jié)，不同專業(yè)學生基于某一實踐教學環(huán)節(jié)，協(xié)同設計、生產(chǎn)并銷售“商品”。

（三）構(gòu)建基于“新工科”視野的多專業(yè)協(xié)同教學平臺

調(diào)研全院相關(guān)專業(yè)教學重點，建設全院的以產(chǎn)品為導向的實踐教學資源庫，將以前零散的教學資源整合起來，為教師和學生協(xié)同“教與學”提供服務，構(gòu)建實踐教學的資源協(xié)作教學研究平臺。

（四）改革并完善實踐教學評價體系

“新工科”背景下對學生的專業(yè)能力、安全環(huán)保意識、團隊協(xié)作能力和職業(yè)能力提出新的要求，在優(yōu)化實踐教學內(nèi)容與融合多種教學方法的基礎上，對以產(chǎn)品為導向的實踐教學采用立體式評價方式，實踐教學環(huán)節(jié)成績包括實驗預習、安全環(huán)保、實驗操作與原始數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析和思考題與實驗總結(jié)等，同時要突出實驗產(chǎn)品競爭力和銷售情況在成績中的權(quán)重，新的評價體系引導學生將實踐教學的產(chǎn)出由“產(chǎn)品”向“商品”轉(zhuǎn)變，落實應用型人才的培養(yǎng)。

（五）德育和智育相結(jié)合，實踐課程思政化

從實踐教學、思想引導、知識傳授、身心健康和人格素養(yǎng)等角度培養(yǎng)人才。培養(yǎng)學生安全環(huán)保意識，自主學習國家相關(guān)政策、法律法規(guī)，增強學生實踐能力。同時，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、人文情懷、社會關(guān)懷精神和批判精神，樹牢“四個意識”，堅定“四個自信”，堅決做到“兩個維護”，勇于擔當?shù)膶I(yè)性人才。

三、改革意義

實踐教學和理論教學共同組成本科教育的主體內(nèi)容，只有保證兩者有機結(jié)合在一起，才能切實落實高素質(zhì)應用型本科教育。實踐教學是理論教學的補充、延伸和升華，尤其對學生的實操能力和工程化視野的培養(yǎng)，具有不可替代的作用，是實現(xiàn)應用型復合人才培養(yǎng)目標的重要手段。結(jié)合學生和專業(yè)的特點，以產(chǎn)品為最終實驗樣品進行設計專業(yè)實驗，使實驗形成邏輯性，對于提高學生的實踐能力、動手能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，具有積極意義。以產(chǎn)品為導向的材料類本科專業(yè)實驗多專業(yè)協(xié)同教學最大的特點是以產(chǎn)品為導向，以工程化生產(chǎn)、檢測模式為標準，具體有以下優(yōu)點［4］122-125，［6］165-168。

（一）強化能力和思維培養(yǎng)，為產(chǎn)業(yè)輸送智力資源

教學要同最新的產(chǎn)業(yè)動態(tài)保持一致，才能做到應用型的教學，同時專業(yè)教學還需要不斷優(yōu)化實施效果，這對應用型人才培養(yǎng)目標的達成不僅具有重要性，而且具有緊迫性。也就是說實踐教學是專業(yè)理論知識落地開花的載體。在“新工科”視野下，知識相對于高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)的重要性有所下降，專業(yè)能力和專業(yè)思維的地位逐漸上升，實踐教學是培養(yǎng)、激發(fā)學生的專業(yè)能力和專業(yè)思維最直接的教學形式。另外，高等教育中對于學生而言，“興趣”是最好的老師，只有賦予學生極大的“興趣”才能調(diào)動學生學習的積極性，主動的學習有利于學生將書本的理論知識用于設計實驗步驟、解決實驗過程中遇到的問題和解釋實驗現(xiàn)象，當專業(yè)實驗同產(chǎn)品聯(lián)系到一起，專業(yè)實驗就是生產(chǎn)的預演，學生解決復雜工程問題的能力得到鍛煉，在這過程中看待問題、分析問題和解決問題的專業(yè)思維得到強化，同時這個過程也是一個專業(yè)性的創(chuàng)新訓練。切實做到應用型人才的培養(yǎng)，保障了教學質(zhì)量，真正做到突出理論基礎、強化實踐技能、培養(yǎng)創(chuàng)新思維的特色。

對應用型本科生畢業(yè)認證的一個關(guān)鍵要求，就是畢業(yè)生解決復雜問題的綜合能力和高級思維。這沒有標準答案，更多的是能力和思維的訓練。這種能力和思維不只是僅僅停留在書本上，更多的是要求解決產(chǎn)業(yè)、企業(yè)或崗位遇到的實際問題，實踐教學是培養(yǎng)、強化和檢驗這種能力和思維最直接的教學形式。實踐教學內(nèi)容立足于人才培養(yǎng)目標，以促使學生吸收、轉(zhuǎn)換和運用專業(yè)理論，結(jié)合培養(yǎng)學生實操、協(xié)作、創(chuàng)新能力和培養(yǎng)安全環(huán)保意識，使學生具備統(tǒng)籌工程項目和運用專業(yè)知識、各種技術(shù)和現(xiàn)代工具、方法解決復雜實際工程問題的工程實踐能力。另外，如何在實踐教學過程中強化學生的自主學習能力，對人才培養(yǎng)方案的達成度和落實“高階性”本科教育具有重要作用。所以強化能力和思維的訓練，有利于為國家經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展輸送智力資源。

（二）理論和實踐教學多層次設計，知識傳授、素質(zhì)培養(yǎng)與創(chuàng)新能力有機結(jié)合

將實踐教學分為兩個層次，形成獨特的教學網(wǎng)絡。第一，基于微課、富媒體等手段引導學生運用課程中的知識點解決專業(yè)實驗過程中問題，鍛煉學生將知識應用到相關(guān)工程中問題的分析、判斷、計算、求解、設計中，達到培養(yǎng)學生的知識綜合應用與解決復雜工程問題的能力；第二，借助移動互聯(lián)網(wǎng)手段擴大案例和互動教學，優(yōu)選典型企業(yè)，并引為案例，實踐教學目標、課程內(nèi)容和教學方法以解決、分析實際問題為導向，提高學生的解決工程問題的創(chuàng)新能力，使教師的“教”，學生的“學”和“用”形成有機整體。

以產(chǎn)品為導向的實踐教學在教學內(nèi)容的設計上要緊緊圍繞人才培養(yǎng)計劃。充分考慮產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)和學校定位，教學形式一定要保證互動，極大激發(fā)學生的主動性。學生全程參與實踐教學之前的預習、過程中的動手/交流和之后的分析、撰寫/匯報。這些不是機械參與，更不是完成“客觀題”，而是立足培養(yǎng)學生自主學習的能力，激發(fā)出學生探索習慣、意識和能力。把學生的專業(yè)屬性發(fā)揮出來，這是“教和學”的有機結(jié)合，素質(zhì)教育和專業(yè)教育的有機結(jié)合，有利于應用型人才的培養(yǎng)。

（三）有利于拓寬教師教學和科研水平，促進產(chǎn)教融合

以產(chǎn)品為導向的實踐教學中需要多專業(yè)知識交叉和運用，不同專業(yè)的教師在設計實踐教學時需協(xié)作交流。這種交流是以協(xié)作開發(fā)、生產(chǎn)產(chǎn)品為主線，屬于一種跨學科應用型交流。有利于拓展教師視野、思路，優(yōu)化整合人力、智力和物質(zhì)（設備）資源，實現(xiàn)一種多學科協(xié)同工作和協(xié)同創(chuàng)新局面，促進教師教學方面（如教學形式、內(nèi)容設計、教學策略等）和科研方面（科研平臺、科研資源等）的多元優(yōu)勢互補。在提升教學質(zhì)量的同時，也可促進產(chǎn)教融合，夯實專業(yè)基礎，有效推動學校的轉(zhuǎn)型和升級，服務區(qū)域經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和發(fā)展。

實踐教學要將“陽春白雪”的書本知識拉下“神壇”，揉合到專業(yè)類產(chǎn)品設計、研發(fā)、生產(chǎn)和銷售過程中，形成專業(yè)化和工程化的實踐經(jīng)歷。熟悉產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)路線，為畢業(yè)生進入社會打好基礎。同時通過控制課程難度，使學生形成專業(yè)性疑惑和產(chǎn)業(yè)框架性的認識，反哺后續(xù)的專業(yè)理論知識學習，優(yōu)化教學效果。實踐教學涉及的“產(chǎn)品”不是固定的，而是調(diào)研區(qū)域經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的基礎上，依據(jù)專業(yè)特色進行分解成多個生產(chǎn)單元，依據(jù)專業(yè)特點側(cè)重不同的生產(chǎn)單元，形成跨學科學生協(xié)同開展專業(yè)實驗，這對教師產(chǎn)業(yè)意識和眼光提出更高的要求，促使專業(yè)教師“走出去”，以務實性和生產(chǎn)性的眼光重新審視專業(yè)，打破“實驗室”和“生產(chǎn)車間”的壁壘，調(diào)整科研思路和方向，優(yōu)化“研”——“教”——“用”架構(gòu)，有利于促進產(chǎn)教融合和落實應用型本科教育［7］28，［8］106-108。

四、教學改革的方向及典型案例分析

以產(chǎn)品為導向的本科實踐教學模式，即跨學科學生基于同一專業(yè)實驗，生產(chǎn)商業(yè)化產(chǎn)品，在“應用型”的視野下，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、動手能力、協(xié)作能力和專業(yè)能力。把傳統(tǒng)的“客觀題”實踐課程轉(zhuǎn)變成“主觀題”，拓展課程深度和增加課程難度，極大提升學業(yè)挑戰(zhàn)度和時效性，保證了課程教學質(zhì)量和學生素質(zhì)，這同我國教育部推廣建設“金課”的內(nèi)涵一致，即保證課程的“高階性”“創(chuàng)新性”和“挑戰(zhàn)度”，也有利于落實“新工科”思想指導下的實踐教學改革。目前能源材料與化工學院粉體材料科學與工程專業(yè)就專業(yè)實驗改革做了前期摸索。以石灰石礦石為原料，改性碳酸鈣粉體為產(chǎn)品設計專業(yè)實驗，通過分解產(chǎn)品生產(chǎn)工藝為破碎、粉碎、合成、分級、改性、除塵和檢測單元，設計了4個大方面（物理法制粉、化學法制粉、測試和固廢處理），13個小實驗，具體實驗思路如表1和圖1所示。

以生產(chǎn)改性碳酸鈣粉體為導向的粉體專業(yè)實驗在16粉體專業(yè)試運行，學生反響較好，尤其對于實驗的銜接性和條理性評價較高，極大提高了學生實驗參與度和積極性，另外實驗中涉及的固廢產(chǎn)生原因、危害和解決方案，只有在整個工藝流程中才能凸顯，培養(yǎng)了學生的安全環(huán)保意識。切實保證了專業(yè)學生的素質(zhì)（政治素質(zhì)，專業(yè)知識、基本品德和安全環(huán)保意識等）和能力（持續(xù)學習能力、實操能力和創(chuàng)新能力等），這符合應用型本科高校對畢業(yè)學生的基本要求。但該方案只涉及到材料的制備（粉體專業(yè)），產(chǎn)品設計、包裝、銷售等環(huán)節(jié)缺失，試驗方案設計和運行有待于進一步提高。

圖1 粉體專業(yè)以產(chǎn)品為導向的專業(yè)實驗設計思路

表1 粉體專業(yè)以產(chǎn)品為導向的專業(yè)實驗內(nèi)容

合肥學院作為應用型本科院校第一方陣的排頭兵，以德國應用科學大學辦學經(jīng)驗為參考對象，結(jié)合我國國情和地方產(chǎn)業(yè)特色，以培養(yǎng)應用型人才為目標，對本科教育進行系統(tǒng)改革和實踐，為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展輸送智力資源。開展以產(chǎn)品為導向的實踐教學環(huán)節(jié)在落實應用型人才培養(yǎng)方面具體有以下三方面的作用。

第一，以產(chǎn)品為導向的實踐教學環(huán)節(jié)，也應本著服務區(qū)域產(chǎn)業(yè)的出發(fā)點，更好的做到應用型人才的培養(yǎng)。以某種區(qū)域產(chǎn)業(yè)集群產(chǎn)品為對象，結(jié)合專業(yè)人才培養(yǎng)特點，分解其生產(chǎn)工藝，設計并開展實驗，不僅僅要培養(yǎng)學生基本的崗位方面工作能力，更要培養(yǎng)學生具備解決問題能力，即應用型問題的解決、多專業(yè)協(xié)同綜合實踐能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提升［3］124-127。

第二，工業(yè)4.0戰(zhàn)略是建立在互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)為基礎的互動平臺上，使更多資源要素和生產(chǎn)要素的整合變得更為方便快捷。這使得諸多先進技術(shù)（如成型技術(shù)、材料技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等）融合更加緊密，孵化出個性化、自動化和智能化的產(chǎn)品（或新技術(shù)），這對我國產(chǎn)業(yè)升級和轉(zhuǎn)型既是機遇也是挑戰(zhàn)。成熟的產(chǎn)品制造不能局限于某一專業(yè)，而是多專業(yè)、多學科協(xié)同作業(yè)的結(jié)果。以產(chǎn)品為導向的實踐教學真正的落地開花就需要多專業(yè)協(xié)同參與。協(xié)同教學模式還有助于形成共享協(xié)作的組織文化協(xié)作氛圍，為進一步凝練和營造產(chǎn)教融合的科研氛圍，有效推動專業(yè)科研升級和教學改革。

第三，以產(chǎn)品為導向，多專業(yè)協(xié)同教學開發(fā)了學生的想象力，將他們的創(chuàng)造變成實物，這是一種重要的學習體驗。在實踐教學環(huán)節(jié)中，學生在人才培養(yǎng)方案框架下的動手能力、創(chuàng)新能力和專業(yè)思維能力得到鍛煉，結(jié)合專業(yè)文化課的知識，使學生“學”和“用”有機結(jié)合起來，極大推動學生專業(yè)屬性的塑造，對“新工科”視野下應用型人才的培養(yǎng)具有積極意義［6］165-168。

“新工科”目的就是培養(yǎng)適應新型產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)的專業(yè)性人才，為我國“制造2025”和“工業(yè)4.0”輸送人才和提供智力，這事關(guān)到我國的經(jīng)濟轉(zhuǎn)型和民族復興。實踐教學的改革也刻不容緩。在前期研究和建設的基礎上，本文提出從構(gòu)建基于產(chǎn)品為導向、跨專業(yè)協(xié)同實踐教學機制，解決目前實踐教學內(nèi)容同學生的“學”和社會的“需”之間的脫節(jié)的問題。