“新工科”背景下以國際引領、產教融合、能力遞增為特色的工程素質與創新能力培養模式探索

路冬　魏艷　柯文德　吳勇波　融亦鳴

摘 ?要：工程素質和創新能力培養是工程教育的重要使命。在“新工科”教育改革背景下突顯出傳統工程教育與國際認證偏離、產教融合長效性不足、能力培養缺乏梯度等共性問題。南方科技大學機械與能源工程系在教學實踐過程中面對挑戰做出一系列改革措施。構建面向國際化的教學體系、創建校企聯合工程實踐基地、搭建能力遞增型工程實踐平臺，打造“開放、融合、能力遞增”的工程教育模式，為實現工程素質與創新能力的全面提升提供支持。

關鍵詞：工程素質;創新能力;國際引領;產教融合;新工科

中圖分類號：G640 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2021）10-0017-04

Abstract： The cultivation of engineering expertise and innovation ability is an important mission of engineering education. In the context of the "New Engineering" education reform， the general problems， such as the deviation of traditional engineering education from ABET， the lack of long-term integration of production and education， and the lack of gradient in ability cultivation are highlighted. Facing the challenges， Department of Mechanical and Energy Engineering of Southern University of Science and Technology has made a series of reform measures during the teaching practice， constructing an internationalized teaching system， creating a school-enterprise joint engineering practice base， and building a gradient engineering practice platform. The Department also creates an engineering education model of "openness， integration， and increasing ability"， and provides the support for the overall improvement of engineering expertise and innovation capability.

Keywords： engineering expertise; innovation ability; international leadership; production-education integration; New Engineering

引言

“新工科”建設是教育部門為主動應對新一輪科技

革命與產業變革而采取的深化教育改革行動。2016年，“新工科”這一全新的概念進入公眾視野，作為教育改革的新生途徑，“新工科”在短短不到一年的時間里，率先進入高等教育領域，并被教育部組織眾多高校進行多次研討。2017年2月18日，教育部在上海復旦大學召開綜合性高校工程教育發展戰略研討會，提出“新工科”建設的“復旦共識”[1];2017年4月8日，教育組在天津大學召開工科優勢高校新工科建設研討會，提出新工科建設的“天大行動”[2];2017年6月9日，教育部在北京組織召開新工科研究與實踐專家組暨第一次工作會議，會議形成新工科建設“北京指南”[3]。“新工科”建設三部曲的形成，寓意著工科教育模式開始由“科學范式”向“工程范式”轉變，工程素質和創新能力培養作為工程教育的重要使命，使其在工程教育中的重要地位越來越凸顯出來。

一、“新工科”建設立足于高等院校面臨的問題

隨著時代的進步，國家對高等工程教育也越發重視，從舉措上看“創新創意改革”“2011計劃”[4]等計劃的實施加強了我國高等工程教育的建設，從成果上看我國高等工程教育逐漸從技術型到科學型再向實踐型轉變。但看到成績的同時，也應當看到我國高等工程教育存在的短板問題：

一是教育理念問題。一個國家中高等教育的發展寓意著這個國家綜合力的發展水平和潛能，參照國外許多發達國家，如美國、英國等國家為了培養能夠在國際競爭中脫穎而出的優秀人才，非常注重在本科生教育中貫徹國際化的教育思想。這方面我國的高校與發達國家相比尚有很大的差距，國內高校普遍缺乏與世界著名大學、研究機構及跨國企業的交流與合作，或者是高校學生出國交換學習名額有限，絕大多數高校學生存在“走不出”的問題。

二是培養目標問題。我國傳統的工程教育由于培養目標的偏差，加上受制于實驗室、實習場所等物質資源的限制，使得目前我國接受高等工程教育的學生缺乏解決實際工程問題的能力，缺乏參與現代工程的領導、決策、協調、控制和管理的潛能。為了提升學生解決實際工程問題的能力，國內部分高校與企業聯合，已初步形成產學研一體化的格局，但仍處于自發結合的階段，企業對高校培養創新人才的要求比較高，但卻很少參與到高校創新人才培養的過程中。高校缺乏足夠的工程實踐條件，內部管理運行方式與企業難以協調。

三是人才結構問題。國際級高等工程教育人才和突出人才較少，高端領域工科型人才匱乏，基礎型工科人才轉型升級能力不夠，加之高校型工科人才培養主要偏向于傳統工科教育的培養，導致高校傳統工科人才輸出過剩，而新型工科人才短缺的對立局面，從而呈現工科型企業“用人荒”和大量應屆畢業生“就業難”的尷尬境地。

四是知識體系問題。包容開放式中國的提出，使得各種新型學科、邊緣學科、冷門學科、交叉學科紛紛涌現，在多重選擇的轉化下，學生汲取知識成果的周期量化縮短。從內容上看，高等工程教育課程繼續老舊化的課程內容，跟不上當今時代的發展;從體制上看，高等工程教育學科的課程設計固化，難以滿足日益變化的市場需求;從結構上看，高等工程教育學科在既有的知識體系里呈縱深發展，專業知識劃分過細。

以上問題制約了高等工程教育的發展，解決這些問題迫在眉睫。因此，積極推進高等工程教育改革，培養與造就一批具有國際視野、具有良好的工程素質、能創造性解決工程實際問題的人才是我國高等工程教育義不容辭的責任和使命。

二、南方科技大學高校工程教育的“新工科”建設思路

為適應新時代、新科技、新產業的發展，“新工科”建設不能僅僅滿足于傳統專業的發展，而必須要創造新型專業，但新型專業的創造并非是舊酒換新瓶式的囫圇，而應該是以舊瓶裝新酒，也就是現有高校工程教育專業的改造和升級。南方科技大學秉承“創知、創新、創業”的辦學理念，立足于本校實際，改革創新高校人才培養模式，對本校工程專業人才的輸出把質把關，以填補新時代下新產業、新經濟的人才缺口。

1. 秉承先進創新型教育理念。理念是施教的先決條件，在傳統工科專業開展“新工科”建設是一場前所未有的革新運動，必須秉承與時俱進的教育理念。CDIO是從產品構思（Conceive）到產品設計（Design）、產品實現（Implement）、產品運行（Operate）的生命周期為架構，從而建立一體化的新課程體系。南方科技大學引用CDIO結合OBE（成果導向教育）先進工程教育理念，著重強調學生未來就業方向，通過課程與課程之間的銜接及課程內容的設計全方位訓練學生的工程素質與創新能力，從而優化出適合學生發展的課程體系和教學方法，以保證學生能夠達到培養方案的預期目標。

2. 轉變創新教學方式方法。隨著信息時代的發展，互聯網信息、虛擬現實等技術的進步，大量共享式教育資源撒網式出現在互聯網上，為工科教育教學方法的創新提供了方向。基于此，南方科技大學首先綜合案例教學、實踐教學、知識教學等多種教學模式，采取線上+線下耦合、虛實結合等教學方法，設立無邊界課堂，發揮學生學習主動性、培養學生的自主學習能力。

3. 開展多方位立體式教學。“新工科”建設是工程專業多學科交融的新型教學導向，課程涉及范圍廣，融合工程、數學、自然科學等多門學科。因而，多門學科的全方位式教學是保證工程專業高質量人才輸出的關鍵。南方科技大學注重多學科共同發展的優勢，形成多學科交叉人才培養模式。同時，南方科技大學還借助國外先進教學資源和強大的師資隊伍，開展國際合作辦學，學生通過交換學習、短期交流、學期交流等方式，了解國際形勢下工程科學建設的發展水平和新興產業發展態勢。

此外，為促進校企聯合發展，實現南方科技大學產學研一體化學習模式，南方科技大學與行業企業開展創新型工程技術人才協同培養，通過校企聯合，制定工程專業人才培養目標，共同參與高等工科教育課程建設，聯合構建實訓基地，讓學生真實參與到工程實踐中來，以實現校企共商共建，“生-校-企”三者共贏模式。

4. 開展工科課程、教材改革。“新工科”建設旨在傳統工科的基礎上創新，包括課程創新、教材創新等。南方科技大學借鑒國內外高校的成功案例，更新課程教材、創新課程內容，完善課程體系。如為了全方位、系統培養學生的工程素質與創新能力，對標麻省理工學院廣泛受學生歡迎的課程“Toy Product Design”， 以產品“設計-表達-實現”為主線，面向工程類學生開設“工程學引論”課程。在該門課中每組同學需完成產品的“需求分析-產品設計-工程表達-工程實現及評價”的全過程。在整個過程中以學生為中心，充分發揮學生主動性，讓學生通過自身參與產品開發的全過程， 鍛煉學生尋找問題、定義問題、分析問題、解決問題及評價問題的能力，進而構建系統的工程素質訓練體系。類似的課程改革在逐步推廣中。

5. 繼續加強高校師資隊伍建設。教師是教育的實踐者，人才的培養者，是教育的關鍵。開展“新工科”建設，對教師的專業性提出了更高的要求。為此，一方面，南方科技大學堅持“引進來”戰略。通過聘請專職教師，尤其是具有豐富生產實踐經驗，研發管理能力強的企業人員。另一方面，南方科技大學堅持“走出去”戰略。通過與其他高校教師、科研機構人員之間進行學術交流，參與社會鍛煉等方式加強已有的教師隊伍教育教學能力。除此之外，在理論上對教師也有更高的要求。例如要求教師關注國內外先進的工程教育理念，不斷拓寬知識面，積極關注新產業、新經濟、新方向、新學科等。要求教師具備多學科知識綜合運用并能夠解決實際問題的能力，具備科研創新、設計研發能力，具備有效利用現代信息網絡技術開展有效教學活動的能力等。

三、南方科技大學高校工科專業“新工科”建設成果

南方科技大學機械與能源工程系，在“新工科”教育背景下，基于以往工程教育改革的成果[5]，從教學體系構建、校企聯合工程實踐基地創建、能力遞增型工程實踐平臺搭建等方面推進了一系列的改革，并取得了初步的成效。

（一）本科生教學體系中體現并貫徹國際化教育理念

為了培養能在國際競爭中脫穎而出的優秀人才，設計與國際一流大學接軌的課程體系，積極采用雙語/全英文授課方式。同時選用的教材大部分為國際知名高校同類課程的英文原版教材，保證了授課內容的高起點及前瞻性。90%以上教師有國際一流大學工作與學習經歷，并且學校擁有國際一流的英文培訓體系，國際交流與合作部面向全校學生開放，提供全方位的英文服務。并且在課程學習過程中留學生與國內學生同班學習，給學生創造良好的英文交流環境。

開展多元化的國際交流方式，交流方式如圖1所示，并且實現了國際交流全員覆蓋，每位學生四年在校期間至少有一次到國外交流的機會，交流的方式可以是圖1中任一種，并且學校給予強有力的資助。同學可以選擇加入國外知名高校知名教授的研究團隊，開展深度的科研實踐，同時也可以加入國際知名企業或跨國公司，與公司骨干一起直接參與公司項目的研發。旨在學生學習期間就培養一種服務于全球的觀念和技能，使他們剛參加工作就能勝任國際化的任務[6]。

專業課程講授過程中邀請國外知名高校的知名教授與國內教授同臺授課，并且講授結束后有深入的課后討論及反饋，給學生以國際化前沿技術的引領。如《機器人基礎》課程邀請機器人領域國際知名教授、新加坡工程院院士陳義明教授講授，受到廣大同學的一致好評。《傳感技術與原理》課程，邀請麻省理工學院的方絢萊教授講授，給同學帶來了前所未有的視聽盛宴，這種授課模式還在進一步推廣中。

（二）與國內外知名企業建立聯合實驗室，開展校企深度協同與融合

與粵港澳大灣區高科技企業強強聯合創建工程實踐基地。主要從以下幾個方面不斷完善工程實踐基地建設：

1. 建立完善的基地管理制度

明確部門分工、加強有效領導，形成不同部門各負其責、協調管理的工作機制; 制定完善的規章制度，包括實踐質量管理、實踐運行管理、實踐安全管理等規章制度，加強實踐教學管理措施和質量監控， 通過制度規范實踐活動的開展，不斷提高基地的運行水平，建立學校與實踐基地聯合解決問題的機制。

2. 加強基地校企雙方師資建設，提高實踐教學指導水平

高水平實踐教學隊伍是實踐教學基地發揮作用的關鍵，是提高實踐教學指導水平、快速提升學生實踐能力的保障。建立一支由學校和企業共同組成的指導教師隊伍，并制定相應的師資隊伍培養制度，采取有效的培養措施，調動指導教師的積極性，不斷提高指導教師隊伍的整體水平，建設一支業務素質高，實踐能力強的“雙師型”教師隊伍。

3. 積極維護和發展學校與基地的關系

加強維護和發展與基地的關系，充分發揮基地在教學和人才培養中的作用，做好學校與基地的合作發展規劃，在建立產學研聯合體的基礎上，加強多方位的全面合作。與基地建立穩定、友好的合作關系。每次實踐結束后，學校邀請實習基地單位的領導、指導老師和相關人員召開座談會，對校外實踐教學進行回顧和總結，找出校外實踐教學存在的問題并加以完善，提出建設性的意見，不斷推進實踐教學質量的提高。根據基地依托單位的需求，設立有關培訓和改革項目，共享教學和科研成果等。聘請基地依托單位學歷高又有豐富實踐經驗的工作一線的人員到校任兼職教師，密切學校與基地依托單位的關系。學生在企業開展暑期實踐、綜合設計、畢業設計等實踐活動。企業導師與學術導師共同參與學生的指導。學生通過在企業的深度實踐，定義工程問題、分析工程問題及解決工程問題的能力得到全面提升，畢業后能夠快速勝任自己的工作崗位。

（三）搭建工程素質及創新能力遞增式實踐平臺

搭建由專業基礎實踐平臺，專業方向實踐平臺和綜合創新實踐平臺三部分構成的能力遞增式的實踐平臺，如圖2所示。基于專業基礎實踐平臺開展認知實踐，包括機械工程專業認知實習、制造工程認知實踐（金工實習）、工程表達認知實踐（CAD與工程制圖）等。基于專業方向實踐平臺開展技能實踐及指導性實踐，技能實踐包括專業課程實驗、實踐課程等;指導性實踐包括創新設計、先進制造實踐等。基于綜合創新實踐平臺開展自主性實踐，包括綜合設計、畢業設計、學科競賽、創新創業等。基于能力遞進型工程實踐平臺，實現學生項目的縱向貫穿。項目的縱向貫穿表現為在基礎實踐平臺中實施的項目可以擴展到專業方向實踐平臺及綜合創新實踐平臺，比如在工程表達認知實踐中創建了產品的三維幾何模型，可以在制造工程認知實踐中通過所學的加工方法制造出該產品，然后在先進制造實踐中對產品的機械強度、物理性能、表面質量等進行檢測與評估，最后在綜合設計環節實現對產品的改進及優化。在項目實施的過程中不強調知識的完整性，而是強調完成項目過程的完整性[7]。通過項目的縱向貫穿充分開發個體潛能，培養學生定義問題、分析問題、解決問題的能力，從而實現工程素質及創新能力遞增式的培養。

四、結束語

從課程體系、教材、師資、平臺等方面實現與國際一流大學接軌，并開展了多元化的國際交流方式。國際知名教授走進學生課堂，實現多位知名教授同臺講授一門課程。與高科技企業強強聯合創建工程實踐基地，實踐項目選題來自企業實際工程問題。實行“雙導師”制，企業導師、學術導師共同指導學生完成項目，形成專業、產業相互促進、共同發展，達到“生-校-企”三贏。搭建能力遞增型工程實踐平臺，在此平臺上實施縱向貫穿的實踐項目，進而達到對學生的工程素質及創新能力循序漸進的提升。通過以上教學改革措施的實施，學生國際化水平大幅提升，學生創造性解決工程實際問題的能力明顯增強，在各類國際級、國家級競賽中獲獎數量逐步增多，學生畢業去向樂觀。

參考文獻：

[1]“新工科”建設復旦共識[J].高等工程教育研究，2017（01）：10-11.

[2]“新工科”建設行動路線（“天大行動”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[3]新工科建設指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[4]方莊.“高等學校創新能力提升計劃”部署實施[J].中國遠程教育，2012（6）：90.

[5]“The Capstone Project： Integrated Experience”， Chapter 8 in Shaping Our World， Engineering Education for the 21st Century[M]. F. Looft and Y. Rong， Wiley and Sons， 2012：123-150.

[6]Gretar Tryggvason，Diran Apelian，查建中，等.21世紀的工程教育重構[J].中國大學教學，2008（12）：84-86.

[7]融亦鳴.基于項目的教育：美國伍斯特理工學院的“雙塔傳統”[J].中國高校科技與產業化，2008（11）：57-59.

基金項目：廣東省教學改革項目“基于工程素質與創新能力培養的制造工程實踐教學改革”（編號：Y01051909）;南方科技大學教改項目“以產品‘設計-表達-實現為主線的工程思維能力培養探索與實踐”（編號：XJJG201922）;南方科技大學工學院在線教學創新項目“基于‘虛實結合+線上線下融合的《制造工程認知實踐》課程混合式教學研究”（編號：Y01331870）

作者簡介：路冬（1980-），女，漢族，山東濟寧人，博士研究生，教學副教授，研究方向：數字化制造、智能制造、制造過程質量控制。

通訊作者：融亦鳴（1958-），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，博士研究生，講席教授，系主任，研究方向：精密加工技術、數字化建模仿真優化、機械制造系統。