新工科驅動下特色專業的工程應用型人才培養模式改革探究

梅瀟，滕媛媛，喬榛

（上海海事大學 物流工程學院，上海 201306）

為適應經濟結構調整、產業升級加快的社會需求，解決高等教育中人才培養的層次及其知識結構“同質化”的問題，以及高校輸出人才與社會需求嚴重脫節的現象［1］，教育部繼實施卓越工程師教育培養計劃試點之后，又于2019年4月啟動了“六卓越一拔尖”計劃 2.0，全面推進“四新”建設，即新工科、新醫科、新農科、新文科建設。新工科建設要求專業更加注重行業需求導向，通過教學改革，建立產出導向的人才培養新模式，為工業界提供優秀的工程技術人才［2-3］。“堅持適應社會、行業需求為導向，以特色求發展，以學生為中心構筑新工科背景下的卓越工程師培養體系”的教育改革已刻不容緩。

上海海事大學機械設計制造及其自動化專業（港口機械方向）（簡稱港口機械專業）是國家級特色專業，服務于國家物流、海洋領域的裝備設計制造和運營維護，“綠色智能港口與裝備”是當前行業發展的機遇與挑戰，行業必須順利完成從“中國制造”向“中國智造”的轉變，以保持和提升國際競爭力。滿足行業發展需求的新工科人才培養成為專業所肩負的責任與使命。專業人才應具備對繁雜多樣的知識點的整合能力、解決生產實際問題的實踐能力和著眼于未來技術發展的前沿視角。本文以特色專業為試點，基于實踐的自主學習能力和基于知識的創新能力的行業人才培養需求，探究具有“港口機械”特色的工程應用型人才培養模式，在實踐教學培養體系和專業特色課程體系的改革上進行了富有成效的探索和努力。

一、借鑒歐林教育模式，構建專業實踐能力培養體系

近年來，美國富蘭克林·W·歐林工學院別具一格的“歐林三角”人才教育理念和卓有成效的創新實踐備受關注，其以形式多樣、規模龐大的合作教育模式，有機地將跨學科教學設計和基于項目的教學貫穿于人才培養的全過程。通過整體化設計、構建模塊化課程、探究式學習等途徑，注重學生創新設計能力和團隊合作能力的培養［4-6］。

專業著力解決人才培養過程中“教與學脫節、理論與實踐脫節、學校與企業脫節”現象［6］，積極實踐“產、教、學、研、訓”全方位校企合作人才培養模式，構建基于OBE（Outcomes-based Education，學習產出）理念的專業人才培養體系。

培養體系包括與行業共建的工程實踐教育中心、工程創新實踐教育基地、專業實驗平臺和基礎實驗資源在內的“四維”實踐教學平臺。完善了“兩基雙導三段式”校企聯合實踐教學模式［7］，即校內、校外兩類實習基地，校內、校外兩個指導老師，課程實習、專業綜合實習及畢業見習三個實習階段；搭建了一個包括課堂教學（PBL——Project-Based Learning，項目式學習）、實踐活動（學科競賽）和交流拓展（TRIZ 創新交流活動和導師制）的三個創新模塊平臺，實現創新課程學習、開展科創活動和學科競賽以及基于互聯網的在線學習與討論等功能，培養具有創新創業基本素養和開創型個性的工程應用型人才。

一方面，專業采用項目驅動的形式［8］，以專業教師的研究課題、校企聯合研究與技術開發項目、大學生創新創業訓練計劃項目等，為學生提供多樣化工程實踐的機會和渠道，真正吸納學生參與到工程實踐中。

另一方面，堅持“精細教育”的產學研教育理念，聯合企業制訂實踐培養方案，全程互動完成實踐教學。聘請有豐富工程經驗的工程師給學生做講座，讓工程師走上講臺，拉近理論與實踐的距離；引入行業現代科技，拓寬學生專業視野。通過現場參觀與實踐或者直接參與真實工程項目的方式，訓練學生靈活運用本專業的基礎理論和知識去發現、分析和解決港口機械領域內的設計、制造、生產、運行管理等環節的實際問題，培養學生的問題意識和主動探究能力。

專業還借助學生科技活動社團，結合專業開設的創新創業類課程，有計劃地組織學生參加各類大學生競賽，激發學生的創造熱情和創新潛能［9］。為了便于學生根據需求和興趣合理地選擇并參與，專業除了將競賽按照主辦方的層次進行分類外，還建立了學科競賽和專業課程貫通的導師跟蹤機制（見表1），以競賽需求為牽引，科創項目驅動學生深度實踐與創新。近幾年，該專業各年級的學生積極參加不同層次的比賽，成績斐然。

表1 學科競賽、專業課程與對應能力培養

二、基于CDIO 教育理念，完善專業特色課程體系

CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate），它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程［10-11］。

專業在繼承CDIO 教育理念的基礎上，以培養學生八大核心能力（信息處理能力、交流溝通能力、解決問題能力、計算機應用能力、自我學習能力、與人合作能力、數字應用能力、技術創新能力）為主線，對行業工程設計與實施需求所（系統功能要求）涉及的教學知識點進行分解，并將其融入課程體系和課程的教學項目中，形成了滿足“港口機械”產品全壽命周期需求的CDIO 專業課程教學體系。

理論教學中，學生以組內協作、組間協作加競爭的方式進行自主探究式學習，專業教師相互銜接，在相關課程中起指導和引導作用，促使學生完成“構思—設計—實施—改進—展示”的全過程。

第一階段為“C”（構思）階段，教師提出港口機械領域的用戶需求，引導學生把復雜的工程項目分解為各專業課程所對應的具體子項目，并組成結構合理的項目工作小組（簡稱項目組），實行組長負責制；在小組成員思考分析的基礎上形成總體實施方案，確定每組成員的具體職責、需完成的具體任務以及可達到的預期成果。

第二階段為“D”（設計）階段，各項目組通過查閱大量的參考文獻和組內討論，確定基本方案，在課程網絡平臺的PBL 模塊提交教師審核，并在課堂中進行闡述和討論，主要包括所設計對象的基本性能、設計思路、制造工藝優化和仿真驗證等。在自己已有的知識基礎上進行審核和評估，選擇最佳的設計方案。此階段需要教師提供專業的專項指導，并要求學生掌握并運用項目設計、制造、安全等方面的國內外規范，滿足資源供給和環境的可持續發展，形成項目設計技術報告。

第三階段為“I”（實施）階段，學生利用計算機技術將設計方案細化，形成較為完整的實施方案和施工圖紙，如有可能可搭建實物模型。第四階段為項目分析修改和展示階段，學生全面展示設計成果，可制作三維動畫或PPT進行演示和講解。在成果演示過程中，教師可引導各組學生找出原有設計思路中的缺陷和不足，學生將設計更新或改進，并體現在課程的總結報告中，即進一步強調“O”過程。最終在畢業設計環節體現實踐教學成果，提交企業導師進行考評。

為了保證CDIO 項目教學模式的順利進行，專業注重理論教學與實踐教學的有機融合。在學生接觸專業課之前，教師在認知實習環節帶領學生參觀加工現場，拓寬學生視野，增加感性認識。在專業課學習過程中，通過深入工程現場的生產實習，以強化學生對專業知識的理解與掌握。系統地學完專業課以后，學生通過工程實際項目設計、制造、運維的畢業實習，及時檢查反饋所學內容，進一步理解和運用專業知識，為畢業設計和走向工作崗位奠定良好基礎。專業課程體系在空間上，形成了“設計——加工——裝配——維修”各大型裝備制造業典型空間分布的實習地點的交互和融合；在時間上也形成了“認知實習——生產實習——畢業實習——就業”的時間鏈。

三、結語

本研究在保持港口機械特色的基礎上，探討了新工科驅動下的工程師培養模式，形成了基于OBE 理念的工程應用型人才培養實踐能力培養體系，理順專業特色課程的層次和結構關系，引入項目教學模式，注重實踐育人和理論、實踐的有機融合，有效地培養了學生的工程實踐能力和創新意識。