新工科背景下材料成型及控制工程專業課程體系及CDIO教學模式構建

程振邦 張鵬 周宇 王洪新

摘 要：新工科建設是高等教育改革的必然路徑，為地方應用型大學的發展提供了機遇。本文根據新工科的內涵要求，針對材料成型及控制工程專業，結合我校的實際情況，提出對專業課程體系和教學模式率先進行改革，對推動新工科背景下專業建設具有重要的意義。

關鍵詞：新工科;材料成型及控制工程;專業課程體系;CDIO教學模式

1 緒論

新一輪科技革命與產業變革正在加速演進[1-3]，教育部要求“要把新工科建設作為引領高等教育改革的有力抓手”，以服務創新驅動發展、“中國制造2025”“互聯網+”等國家戰略需求，支撐以新技術、新業態、新產業、新模式為特點的新經濟蓬勃發展，突破核心關鍵技術，構筑先發優勢，在未來全球創新生態系統中占據戰略制高點。這些重大國家戰略的實施迫切需要培養大批新興工程科技人才[4-5]，而培養大批新興工程科技人才，一方面需主動設置和加快發展一批新興工科專業;另一方面需推動大批現有工科專業的改革，即以培養適應未來工程發展需求的新工科人才目標，通過對現有傳統工科專業的進行全面創新、改造及升級。皖西學院為新建地方本科院校，脫胎于師范專科學校，已開設22個工科專業，涵蓋機械、電子、化工、土木等傳統工科專業。2014年該校獲批成為安徽省高等教育振興計劃<地方應用型高水平大學建設>項目實施高校。通過多年的建設與發展，皖西學院在應用型專業人才培養模式改革、學科專業結構優化建設、雙能型師資隊伍建設、實踐教學體系建設、產學研合作育人體系建設、區域科技創新平臺建設、應用型大學特色文化建設、應用型大學治理能力建設等八大領域取得了明顯的發展和一定的突破。皖西學院所在地是安徽省六安市。六安市政府部門已正式印發了《〈中國制造2025安徽篇〉六安市實施方案》。方案明確了六安市將以高端制造、智能制造、綠色制造、精品制造、服務制造為主攻方向，大力推進信息化和工業化的深度融合，圍繞特色資源、主導產業，進一步完善產業鏈條，形成產業集群和競爭優勢，著力打造六安制造“升級版”。面對新的形勢，如何繼續深化工程教育改革，讓我校的傳統工科“新”起來，以適應地方經濟社會發展的需求，引領地方產業、工藝技術的轉型升級是當前迫切需解決的主要問題。課程是高等教育的核心要素。先進的教育理念，完備的人才培養方案，都是建立在科學合理地課程目標、恰當的課程內容和靈活的課程實施基礎之上的。因此，推動“新工科”工程教育改革的基礎還是在于學科體系中課程的改革。新工科背景下應用型本科高校人才培養的實施首先須重視課程改革，建立有效的課程模式。而專業核心課程是根據該專業培養目標的要求，用于提供稱為合格的專門人才所必需的專業知識和專業技能的關鍵主干課程。因此，推動專業核心課程的改革必將成為課程改革中的重中之重。本論文以皖西學院材料成型及控制專業為例，結合六安市政府所制定的《〈中國制造2025安徽篇〉六安市實施方案》，開展新工科背景下應用型本科高校專業核心課程體系及CDIO教學模式構建方面的研究，以期為后續我校“新工科”建設奠定一定的基礎。

2 現狀

2.1 現狀

隨著社會對材控專業人才需求量增大，2011年皖西學院成立了材料成型及控制工程專業。材控專業人才培養的目標是培養具備材料成型及控制工程的理論基礎，能在模具、焊接、3D打印等領域從事應用開發、工藝設計及設備選型及生產管理等方面工作的高級工程技術人才。皖西學院材料成型及控制工程專業根據六安地區經濟發展要求、結合專職教師研究方向開設了三個方向：模具設計與制造方向、焊接成型方向和快速成型方向。模具設計與制造方向要求學生掌握金屬材料塑性成型加工的基本理論、模具的計算機輔助設計、模具失效分析、模具制造工藝學等知識的高級技術人才;焊接成型方向培

養掌握焊接成型基本理論、金屬材料焊接工藝、檢驗、設備等知識的高級技術人才。快速成型方向培養掌握快速成型的基本理論、逆向工程技術與三維建模、材料成型計算機模擬等知識的高級技術人才。到目前為止，材控專業已畢業五屆學生，平均就業率維持在95%左右。

2.2 存在的問題

2.2.1 專業課程體系固定

目前所設定的專業課程體系較固定，學生不能自主選擇的課程。目前，專業核心課程設定為15.5學分。主要核心課程有材料科學基礎、材料熱力學、材料成型原理、沖壓成型工藝與模具設計、塑料成型工藝與模具設計等。各專業方向課程有17.5學分。在教學過程中，過分注重知識體系的完整性，又由于受總學分的控制，導致所有理論課程內容講解比較淺顯。

2.2.2 教材過時，教學模式傳統

所使用的教材更新過慢，教材內容缺乏時代性、新穎性。以模具類課程為例，現有的課程幾乎不涉及模具發展前沿的東西，對于一些新技術講解偏少，并且尚未將現代設計方法和先進制造技術融入到專業課程的教學過程中。具體來說，比如塑料成型工藝與模具設計是本專業的核心課程，在培養學生創新能力、應用能力等方面有著其他課程不可替代的重要作用。但目前塑料模課程的教學仍使用陳舊教材。教學模式仍采用老師2D PPT講授、學生聽學的單向模式，缺乏互動，也不能有效的培養學生的創新能力。實驗課和實習課也側重于演示和觀摩，學生動手操作環節無法實現全覆蓋，不能有效的將理論課程和實踐課程結合。

3 專業課程體系建設

3.1 重構課程體系

基于CDIO認證標準，以行業需求為導向，結合卓越工程師培養目標，依據通用人才培養和專業人才培養的標準，借鑒制造業強國培養工程師的成功模式，著重學科間交叉融合，將對學生工程能力培養貫串于整個人才培養過程，同時將政策法規、標準、行業規范、職業素養和創新能力納入課程知識體系中，重新構建材料成型及控制工程專業課程體系。

3.2 制定新的教學內容

加大科教融合、產教融合力度，深化校企合作人才培養。整合校內機械制造及其自動化、汽車服務工程、材料成型及控制工程三大專業與地方重點企業的資源，打造一批多專業綜合性的校企合作金課，重點強化學生的實踐的能力。爭取將《快速成型技術》《材料成型原理》《模具制造工藝學》等專業必修課程建成校級或省級一流課程，優化提升材料成型及控制工程專業課程的教學內容，開發建設有行業特色的專業課程;持續強化產學研合作平臺的作用，增加綜合設計性實驗項目，豐富第二課堂的內涵。

3.3 加大課程的資源建設與共享

豐富多種課程資源，共享優質專業課程資源，建設在線開放課程，推進課程建設的信息化。學生通過APP就可以進行課程學習和在線測試，滿足了學習型社會的基本要求，最大限度地實現優質課程資源的共享與應用。

4 CDIO教學模式構建

21世紀初，一些國際知名大學如美國麻省理工學院，提出了CDIO 工程教育理念和基于CDIO的工程教育模式。CDIO 代表了構思、設計、實現和運作，倡導“做中學”和“基于項目的教育和學習”。CDIO模式是以某項產品的設計制造到產品工作運行失效的全生命過程為載體，培養學生的主動性、實現學生作為主體的參與式學習，培養學生的工程應用能力、自我學習能力、與團隊成員相互合作的能力和宏觀把控產品發展的調控能力等。CDIO 模式在提高學生的實踐能力、團隊的合作意識以及創新能力等方面有積極的效果。

結合我校的實際情況，針對材料成型專業不同課程的特點和要求，基于CDIO 理念重新構建了專業核心課程的教學模式。明確構思階段、設計階段、實施和操作階段的具體內容和形式，在課程實施過程中，我校著重突出“一個核心、兩個結合、三個層次實踐”。一個核心是指培養學生的工程應用能力。兩個結合是指，結合課程教學與現場教學、結合課程教學與學科競賽。三個層次的實踐是指專業實驗、虛擬仿真設計和工業項目實訓。理論教學的內容為本學科的基礎原理，重在掌握概念，強化基礎。學生工程能力應放在突出的位置來考慮，而基礎素質和應用能力是CDIO重要的核心指標，因此須著重強化實踐環節的內容，加強培養學生的設計能力和動手能力，要做到不僅能設計出來還能動手做出來。緊緊圍繞培養學生的工程應用能力這樣一個核心，結合好課程教學與現場教學、學科競賽，通過三層次的實踐，構建一個由課程教學和不同層次實驗實踐內容構成的完備的CDIO教學模式。通過這些理論和實踐環節，培養了學生的自主學習能力、綜合分析信息的能力、創新意識、設計動手能力、溝通與表達以及團隊合作精神，體現了CDIO 的理念，提高了教學效果，實現具有工程創新能力、人文素質與職業道德標準的應用型工程技術人才的培養目標。

5 結語

在新工科背景下，需要優化提升材料成型及控制工程專業的人才培養方案。本文著重研究了材料成型及控制工程的核心專業課程體系的優化和基于CDIO的教學模式的，以強化學生的創新能力和工程應用能力，以更好地服務于區域和地方經濟建設。

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項目：皖西學院校級一般教學研究項目（項目編號：wxxy2018023，wxxy2019071）;安徽省高等學校省級質量工程項目（項目編號：2018jyxm1151，2018jyxm1210）