新工科驅(qū)動下特色專業(yè)的工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式改革探究

梅瀟，滕媛媛，喬榛

（上海海事大學(xué) 物流工程學(xué)院，上海 201306）

為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級加快的社會需求，解決高等教育中人才培養(yǎng)的層次及其知識結(jié)構(gòu)“同質(zhì)化”的問題，以及高校輸出人才與社會需求嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象［1］，教育部繼實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃試點(diǎn)之后，又于2019年4月啟動了“六卓越一拔尖”計(jì)劃 2.0，全面推進(jìn)“四新”建設(shè)，即新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設(shè)。新工科建設(shè)要求專業(yè)更加注重行業(yè)需求導(dǎo)向，通過教學(xué)改革，建立產(chǎn)出導(dǎo)向的人才培養(yǎng)新模式，為工業(yè)界提供優(yōu)秀的工程技術(shù)人才［2-3］。“堅(jiān)持適應(yīng)社會、行業(yè)需求為導(dǎo)向，以特色求發(fā)展，以學(xué)生為中心構(gòu)筑新工科背景下的卓越工程師培養(yǎng)體系”的教育改革已刻不容緩。

上海海事大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)（港口機(jī)械方向）（簡稱港口機(jī)械專業(yè)）是國家級特色專業(yè)，服務(wù)于國家物流、海洋領(lǐng)域的裝備設(shè)計(jì)制造和運(yùn)營維護(hù)，“綠色智能港口與裝備”是當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，行業(yè)必須順利完成從“中國制造”向“中國智造”的轉(zhuǎn)變，以保持和提升國際競爭力。滿足行業(yè)發(fā)展需求的新工科人才培養(yǎng)成為專業(yè)所肩負(fù)的責(zé)任與使命。專業(yè)人才應(yīng)具備對繁雜多樣的知識點(diǎn)的整合能力、解決生產(chǎn)實(shí)際問題的實(shí)踐能力和著眼于未來技術(shù)發(fā)展的前沿視角。本文以特色專業(yè)為試點(diǎn)，基于實(shí)踐的自主學(xué)習(xí)能力和基于知識的創(chuàng)新能力的行業(yè)人才培養(yǎng)需求，探究具有“港口機(jī)械”特色的工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式，在實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)體系和專業(yè)特色課程體系的改革上進(jìn)行了富有成效的探索和努力。

一、借鑒歐林教育模式，構(gòu)建專業(yè)實(shí)踐能力培養(yǎng)體系

近年來，美國富蘭克林·W·歐林工學(xué)院別具一格的“歐林三角”人才教育理念和卓有成效的創(chuàng)新實(shí)踐備受關(guān)注，其以形式多樣、規(guī)模龐大的合作教育模式，有機(jī)地將跨學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)和基于項(xiàng)目的教學(xué)貫穿于人才培養(yǎng)的全過程。通過整體化設(shè)計(jì)、構(gòu)建模塊化課程、探究式學(xué)習(xí)等途徑，注重學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力的培養(yǎng)［4-6］。

專業(yè)著力解決人才培養(yǎng)過程中“教與學(xué)脫節(jié)、理論與實(shí)踐脫節(jié)、學(xué)校與企業(yè)脫節(jié)”現(xiàn)象［6］，積極實(shí)踐“產(chǎn)、教、學(xué)、研、訓(xùn)”全方位校企合作人才培養(yǎng)模式，構(gòu)建基于OBE（Outcomes-based Education，學(xué)習(xí)產(chǎn)出）理念的專業(yè)人才培養(yǎng)體系。

培養(yǎng)體系包括與行業(yè)共建的工程實(shí)踐教育中心、工程創(chuàng)新實(shí)踐教育基地、專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)資源在內(nèi)的“四維”實(shí)踐教學(xué)平臺。完善了“兩基雙導(dǎo)三段式”校企聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)模式［7］，即校內(nèi)、校外兩類實(shí)習(xí)基地，校內(nèi)、校外兩個指導(dǎo)老師，課程實(shí)習(xí)、專業(yè)綜合實(shí)習(xí)及畢業(yè)見習(xí)三個實(shí)習(xí)階段；搭建了一個包括課堂教學(xué)（PBL——Project-Based Learning，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)）、實(shí)踐活動（學(xué)科競賽）和交流拓展（TRIZ 創(chuàng)新交流活動和導(dǎo)師制）的三個創(chuàng)新模塊平臺，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新課程學(xué)習(xí)、開展科創(chuàng)活動和學(xué)科競賽以及基于互聯(lián)網(wǎng)的在線學(xué)習(xí)與討論等功能，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基本素養(yǎng)和開創(chuàng)型個性的工程應(yīng)用型人才。

一方面，專業(yè)采用項(xiàng)目驅(qū)動的形式［8］，以專業(yè)教師的研究課題、校企聯(lián)合研究與技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目等，為學(xué)生提供多樣化工程實(shí)踐的機(jī)會和渠道，真正吸納學(xué)生參與到工程實(shí)踐中。

另一方面，堅(jiān)持“精細(xì)教育”的產(chǎn)學(xué)研教育理念，聯(lián)合企業(yè)制訂實(shí)踐培養(yǎng)方案，全程互動完成實(shí)踐教學(xué)。聘請有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的工程師給學(xué)生做講座，讓工程師走上講臺，拉近理論與實(shí)踐的距離；引入行業(yè)現(xiàn)代科技，拓寬學(xué)生專業(yè)視野。通過現(xiàn)場參觀與實(shí)踐或者直接參與真實(shí)工程項(xiàng)目的方式，訓(xùn)練學(xué)生靈活運(yùn)用本專業(yè)的基礎(chǔ)理論和知識去發(fā)現(xiàn)、分析和解決港口機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)的設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)的實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和主動探究能力。

專業(yè)還借助學(xué)生科技活動社團(tuán)，結(jié)合專業(yè)開設(shè)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程，有計(jì)劃地組織學(xué)生參加各類大學(xué)生競賽，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情和創(chuàng)新潛能［9］。為了便于學(xué)生根據(jù)需求和興趣合理地選擇并參與，專業(yè)除了將競賽按照主辦方的層次進(jìn)行分類外，還建立了學(xué)科競賽和專業(yè)課程貫通的導(dǎo)師跟蹤機(jī)制（見表1），以競賽需求為牽引，科創(chuàng)項(xiàng)目驅(qū)動學(xué)生深度實(shí)踐與創(chuàng)新。近幾年，該專業(yè)各年級的學(xué)生積極參加不同層次的比賽，成績斐然。

表1 學(xué)科競賽、專業(yè)課程與對應(yīng)能力培養(yǎng)

二、基于CDIO 教育理念，完善專業(yè)特色課程體系

CDIO 代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)行（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程［10-11］。

專業(yè)在繼承CDIO 教育理念的基礎(chǔ)上，以培養(yǎng)學(xué)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(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、自我學(xué)習(xí)能力、與人合作能力、數(shù)字應(yīng)用能力、技術(shù)創(chuàng)新能力）為主線，對行業(yè)工程設(shè)計(jì)與實(shí)施需求所（系統(tǒng)功能要求）涉及的教學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行分解，并將其融入課程體系和課程的教學(xué)項(xiàng)目中，形成了滿足“港口機(jī)械”產(chǎn)品全壽命周期需求的CDIO 專業(yè)課程教學(xué)體系。

理論教學(xué)中，學(xué)生以組內(nèi)協(xié)作、組間協(xié)作加競爭的方式進(jìn)行自主探究式學(xué)習(xí)，專業(yè)教師相互銜接，在相關(guān)課程中起指導(dǎo)和引導(dǎo)作用，促使學(xué)生完成“構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—改進(jìn)—展示”的全過程。

第一階段為“C”（構(gòu)思）階段，教師提出港口機(jī)械領(lǐng)域的用戶需求，引導(dǎo)學(xué)生把復(fù)雜的工程項(xiàng)目分解為各專業(yè)課程所對應(yīng)的具體子項(xiàng)目，并組成結(jié)構(gòu)合理的項(xiàng)目工作小組（簡稱項(xiàng)目組），實(shí)行組長負(fù)責(zé)制；在小組成員思考分析的基礎(chǔ)上形成總體實(shí)施方案，確定每組成員的具體職責(zé)、需完成的具體任務(wù)以及可達(dá)到的預(yù)期成果。

第二階段為“D”（設(shè)計(jì)）階段，各項(xiàng)目組通過查閱大量的參考文獻(xiàn)和組內(nèi)討論，確定基本方案，在課程網(wǎng)絡(luò)平臺的PBL 模塊提交教師審核，并在課堂中進(jìn)行闡述和討論，主要包括所設(shè)計(jì)對象的基本性能、設(shè)計(jì)思路、制造工藝優(yōu)化和仿真驗(yàn)證等。在自己已有的知識基礎(chǔ)上進(jìn)行審核和評估，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。此階段需要教師提供專業(yè)的專項(xiàng)指導(dǎo)，并要求學(xué)生掌握并運(yùn)用項(xiàng)目設(shè)計(jì)、制造、安全等方面的國內(nèi)外規(guī)范，滿足資源供給和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，形成項(xiàng)目設(shè)計(jì)技術(shù)報(bào)告。

第三階段為“I”（實(shí)施）階段，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將設(shè)計(jì)方案細(xì)化，形成較為完整的實(shí)施方案和施工圖紙，如有可能可搭建實(shí)物模型。第四階段為項(xiàng)目分析修改和展示階段，學(xué)生全面展示設(shè)計(jì)成果，可制作三維動畫或PPT進(jìn)行演示和講解。在成果演示過程中，教師可引導(dǎo)各組學(xué)生找出原有設(shè)計(jì)思路中的缺陷和不足，學(xué)生將設(shè)計(jì)更新或改進(jìn)，并體現(xiàn)在課程的總結(jié)報(bào)告中，即進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“O”過程。最終在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)體現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)成果，提交企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)行考評。

為了保證CDIO 項(xiàng)目教學(xué)模式的順利進(jìn)行，專業(yè)注重理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)融合。在學(xué)生接觸專業(yè)課之前，教師在認(rèn)知實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)帶領(lǐng)學(xué)生參觀加工現(xiàn)場，拓寬學(xué)生視野，增加感性認(rèn)識。在專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中，通過深入工程現(xiàn)場的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，以強(qiáng)化學(xué)生對專業(yè)知識的理解與掌握。系統(tǒng)地學(xué)完專業(yè)課以后，學(xué)生通過工程實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)維的畢業(yè)實(shí)習(xí)，及時檢查反饋所學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步理解和運(yùn)用專業(yè)知識，為畢業(yè)設(shè)計(jì)和走向工作崗位奠定良好基礎(chǔ)。專業(yè)課程體系在空間上，形成了“設(shè)計(jì)——加工——裝配——維修”各大型裝備制造業(yè)典型空間分布的實(shí)習(xí)地點(diǎn)的交互和融合；在時間上也形成了“認(rèn)知實(shí)習(xí)——生產(chǎn)實(shí)習(xí)——畢業(yè)實(shí)習(xí)——就業(yè)”的時間鏈。

三、結(jié)語

本研究在保持港口機(jī)械特色的基礎(chǔ)上，探討了新工科驅(qū)動下的工程師培養(yǎng)模式，形成了基于OBE 理念的工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)實(shí)踐能力培養(yǎng)體系，理順專業(yè)特色課程的層次和結(jié)構(gòu)關(guān)系，引入項(xiàng)目教學(xué)模式，注重實(shí)踐育人和理論、實(shí)踐的有機(jī)融合，有效地培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識。