新工科背景下“三維、四重”式實習教學模式研究與實踐

張 楠，牛永生

（安陽工學院化學與環境工程學院，河南安陽455000）

2017年初，為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列重大戰略，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經驗，助力高等教育強國建設[1-3]。習近平總書記特別重視高等教育事業，強調要把培養擔當民族復興大任的時代新人作為高校重要職責，要堅持立德樹人、以文化人。為此，要在課程中融入思政、融入德育［4］。新工科實習教學延續時間長，教學活動集中，學生學習精力集中，且能接觸豐富的社會實例，如能合理、有力利用此階段開展德育工作，成效有望提高。基于此，對于新工科背景下以增強應用型人才培養效果、體現培養就業導向性為目標的實習教學改革研究勢在必行。

1 實習現狀分析

以化工專業為例，現階段普通本科高校工科專業的實習活動普遍具有以下特點：

①多采用集中實習模式。企業指導教師帶隊參觀，學生走指定路線，看指定位置，聽指定內容，互動少。集中實踐培訓便于統一組織，統籌管理，安全保障度高，但不易激發學生的學習興趣，也在一定程度限制了學生的學習選擇性和自主性，缺乏培養寬度和區分度。

②在實習內容選擇上，高校和實習單位各有側重。高校從組織角度出發多強調實習安全、實習紀律和實習目的，而實習單位多基于自身特點來介紹企業文化、生產工藝、設備流程等，雙方對化工專業的“三傳一反”機理、典型設備、生產控制方式及廠區布局原則等重要基礎性問題的闡述都不夠系統、全面，容易形成疏漏。

③實習指導多以現場講授為主，“啟發式”“互動式”“翻轉課堂”等優秀教法運用較少，信息化教學手段的多樣性、生動性和豐富性優勢更是沒有得到有效發揮，這對激發學生學習興趣、引導自主思考都極為不利，也不利于在有限實習期內幫助學生完成從感性到理性的認識提升，不利于更高層次的理論指導實踐。在2019年筆者開展的實習效果調研中，對常規實習效果的滿意度調查顯示，不太滿意和不滿意的比例高達31.5%。

④德育在實習教學中的開展力度不夠。企業的實習指導多由企業指導教師完成，但實習前期對于該部分教師的教學內容、教學方法和教學手段未進行有效的檢測和培訓，故而講解大多“就事論事”，缺乏對學生工程素養和道德情操培養的引導。

基于此，對實習的方式、方法、教學內容、考核手段等的變革是符合高等教育發展的有益嘗試。

2 相關概念說明

課題結合新工科建設要求，依據“三維、四重”方式對實習教學進行改革。

何謂“三維”？我們知道，合理而優化的生產工程、工藝決定化工企業的利潤水平，生產安全對化工企業具有“一票否決”權，而創新及社會發展中的擔當決定著企業的未來發展前景，三者具有辯證統一關系（見圖1）。結合新工科對高等教育人才的綜合實力、創新能力和實踐水平的高標準要求，項目擬從工程建設與優化、安全生產管理及創新責任意識養成等三個維度對學生進行全面教育培養。

圖1 化工企業“三線”關系圖

何謂“四重”？2017年4月在天津大學舉行的新工科研討會上，與會代表一致認為：培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才，為我國產業發展和國際競爭提供智力和人才支撐，既是當務之急，也是長遠之策。為切實實現該目的，項目計劃在實習教學各環節設計及教法實施中在重工藝設計反思，重工程構建分析，重安全管理設計，重創新理念、民族擔當意識養成等四方面進行重點融入。

①重工藝設計反思。工藝是項目可行性基礎，也是企業立足之必需，合理而優化的工藝設計是企業生存的核心基礎。從以往的學生實習報告中，總能發現他們能描述詳細的工藝過程、工藝條件，但對于為什么這樣設計沒有足夠的分析與反思，因而，作為新工科所倡導的高質量、高素質型工程人才，“知其然”，“知其所以然”非常重要。因此，在實習教學過程中，對工藝設計設定更多的互動、反思與推理是必要的。

②重工程構建分析。工程是生產實現的保障，卓越工程師既要領會工程要義，又要在要義中做文章，最終成就任務可達、經濟可省、安全可靠的工程體系。故而，在學生認知生產設備、流程線、管線管網等的基本形式時，不僅要理解掌握“形”，更要清楚明確“意”，這就要求在教法中突出注重“教為主導，學為主體”，變“被動認知”為“主動探索”，讓學生在工程中尋找、對比并歸納相關設計依據、操作特點和優化可能，在豐富工程認知的同時，完成工程操作技能、設計能力和優化能力的提升。

③重安全管理設計。化工生產以“安全”為第一設計要素。如何在生產過程各環節強化安全，防控風險至關重要。這也是合格工藝優化師、工程設計師必須具備的專業技能，在校內，理論課程中關于安全的介紹相對有限，與實際接軌、與先進技術接軌更顯不足，故而引導學生在化工企業的實際運行中觀察并分析各種安全管理手段及其作用方式、作用效果，對于強化學生安全認知極為重要。

④重創新理念、民族擔當意識養成。創新是高等教育區別于其他教育的明顯特征，基于中國特色社會主義新時代的國家發展需要，學生不僅要能將理論知識及實踐技能，落實在技術創新、產品創新、管理創新等方面，更要以國家發展、民族擔當為己任，主動尋求改革、創新。校企協作幫助學生樹立民族擔當意識、創新發展理念，充分激發他們的創新熱情，為國奉獻熱情，是新時代高等教育培養的終極達成。

3 “三維、四重”式實習教學模式實施方案

3.1 實驗方法的選定

采用實驗班和對照班方式開展，以2016級化學工程與工藝專業為實驗班，其他為對照班，差別化開展畢業實習。橫向、縱向比對效果來觀察該法的具體效果。

3.2 “三維”實習內容的設置

在實習開展前，依照“三維”特點對實習內容進行梳理（如圖2），對學生進行學習目標、學習內容的初步培訓，在思想上明確其學習方向及學習重點；同時，加強與企業指導教師的溝通交流，結合企業自身特點，進一步明確各維度的教學內容，并核定各維度的講授重點、難點，增強實習教學的導向性。

圖2 “三維”式實習內容的設置

4 教學改革效果

4.1 學生工程理念有明顯增強

在以往的實習報告中，學生對實習過程中工程特點的認知較為淺薄，對于工藝設計、設備選用、廠區規劃及管控方法等環節背后的“經濟性”“安全性”和“環保性”原則往往不能意識或充分分析。在采用“三維、四重”式教法對實習教學進行改革后，在實習報告中約有2/3同學對于工藝工程中的“工程性”特點有較為深入的分析及歸納；在答辯環節，被提問到設備附件設計依據或某些工藝處理的設計理念時，多數同學能夠從效果提升、經濟、安全或環保角度對于問題進行闡述，與未采用該法教學的班級橫向對比效果明顯。

與此同時，在隨后的畢業設計環節，學生對于課題的完成度及工程效果分析中也有較好的表現，2020年化學工程與工藝專業開展畢業設計的50余位同學中，能對工藝及設備進行經濟及環保初步分析及反思的比例高達95%。

該法運用于化工原理等工程性較強的理論課程同樣獲得了較好的培養效果[5]。

4.2 學生對于實習的認知更為明確

在2019年和2020年對學生進行的實習效果調研結果分析中，2019年關于實習目的和實習內容的認知清晰度顯示，即便學生已經到了大四，所有專業課程均學習過，但對于在企業實習能夠熟悉了解到的內容，認識仍非常的片面，除了工藝流程、典型設備90%的學生知道要學習外，其他各類實習內容包括重要的反應設計及廠區布局都有20%-50%的學生意識不到能夠學習；而在2020年教法改革后，同比2019年，關于各部分實習內容的認知清晰度均有不同程度的上升。

4.3 初步呈現出分類培養的效果

在“三維”培養方式開展中，課題組發現學生對于不同維度的學習內容，學習興趣有明顯不同，以此作為誘導，可以更深入的對學生開展區別化培養，增強就業針對性，實現人才培養的就業導向。

4.4 學生的擔當意識、責任意識教育成效初顯

在思政教育全線融入過程中，企業對于地方經濟發展、就業市場穩定、行業水平提升等方面做出的貢獻是實習教學的思政重點，同學們總能從中領悟到職業蘊含的民族擔當；同時，配合企業在工藝、設備設計過程中的創新思路的開拓歷程講述，也充分培養了同學們的工程師責任感與使命感。在私下交流、答辯及實習報告中，超半數同學主動提到了自己在思想層面擔當意識、責任意識的成長情況。

4.5 校企合作融洽度得到增強

在“三維、四重”式實習教法培養中，學生的學習興趣和學習主動性得到了長足發展，在企業深入一線生產或頂崗實習時，其對工作表現出的極大熱情和鉆研業務的全情投入，不僅為企業贏得了實效，也讓企業挖掘出了潛在人才，這在一定程度上為企業培養了很好的業務骨干后備。企業社會服務、管理理念和技術革新等層面的正向教育宣傳，也使長時間身在其中的學生產生依戀，這促成了更多就業意向的達成。以某企業為例，2017年該企業意向錄取學生3人，2018年錄取5人，2019年錄取7人，呈穩定增長態勢。

校企實習層面的互相滿意也在一定程度上促進了校企合作密切度的提升。近年來，學校與部分實習基地在新型功能材料、綠色化學和天然產物提取及藥物合成研究方向圍繞國家發展戰略和河南省化工、醫藥及相關行業需求，加大創新基礎研究，全面提升原始創新能力，積極開展產學研合作，承擔行業企業急需的橫向科研項目，解決企業的實際困難。同比2018年，2019年相關學院橫向項目經費增長率突破100%，服務地方經濟發展的能力也得到了極大的提升。