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

梅瀟，滕媛媛，喬榛

（上海海事大學 物流工程學院，上海 201306）

為適應經(jīng)濟結(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重脫節(jié)的現(xiàn)象［1］，教育部繼實施卓越工程師教育培養(yǎng)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(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設。新工科建設要求專業(yè)更加注重行業(yè)需求導向，通過教學改革，建立產(chǎn)出導向的人才培養(yǎng)新模式，為工業(yè)界提供優(yōu)秀的工程技術(shù)人才［2-3］。“堅持適應社會、行業(yè)需求為導向，以特色求發(fā)展，以學生為中心構(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。

上海海事大學機械設計制造及其自動化專業(yè)（港口機械方向）（簡稱港口機械專業(yè)）是國家級特色專業(yè)，服務于國家物流、海洋領(lǐng)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(yè)發(fā)展的機遇與挑戰(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)所肩負的責任與使命。專業(yè)人才應具備對繁雜多樣的知識點的整合能力、解決生產(chǎn)實際問題的實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，基于實踐的自主學習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“港口機械”特色的工程應用型人才培養(yǎng)模式，在實踐教學培養(yǎng)體系和專業(yè)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(gòu)建專業(yè)實踐能力培養(yǎng)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(chuàng)新實踐備受關(guān)注，其以形式多樣、規(guī)模龐大的合作教育模式，有機地將跨學科教學設計和基于項目的教學貫穿于人才培養(yǎng)的全過程。通過整體化設計、構(gòu)建模塊化課程、探究式學習等途徑，注重學生創(chuàng)新設計能力和團隊合作能力的培養(yǎng)［4-6］。

專業(yè)著力解決人才培養(yǎng)過程中“教與學脫節(jié)、理論與實踐脫節(jié)、學校與企業(yè)脫節(jié)”現(xiàn)象［6］，積極實踐“產(chǎn)、教、學、研、訓”全方位校企合作人才培養(yǎng)模式，構(gòu)建基于OBE（Outcomes-based Education，學習產(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)共建的工程實踐教育中心、工程創(chuàng)新實踐教育基地、專業(yè)實驗平臺和基礎實驗資源在內(nèi)的“四維”實踐教學平臺。完善了“兩基雙導三段式”校企聯(lián)合實踐教學模式［7］，即校內(nèi)、校外兩類實習基地，校內(nèi)、校外兩個指導老師，課程實習、專業(yè)綜合實習及畢業(yè)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(chuàng)新交流活動和導師制）的三個創(chuàng)新模塊平臺，實現(xiàn)創(chuàng)新課程學習、開展科創(chuàng)活動和學科競賽以及基于互聯(lián)網(wǎng)的在線學習與討論等功能，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基本素養(yǎng)和開創(chuàng)型個性的工程應用型人才。

一方面，專業(yè)采用項目驅(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)項目、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)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(chǎn)學研教育理念，聯(lián)合企業(yè)制訂實踐培養(yǎng)方案，全程互動完成實踐教學。聘請有豐富工程經(jīng)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(yè)現(xiàn)代科技，拓寬學生專業(yè)視野。通過現(xiàn)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(yè)的基礎理論和知識去發(fā)現(xiàn)、分析和解決港口機械領(lǐng)域內(nèi)的設計、制造、生產(chǎn)、運行管理等環(huán)節(jié)的實際問題，培養(yǎng)學生的問題意識和主動探究能力。

專業(yè)還借助學生科技活動社團，結(jié)合專業(yè)開設的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程，有計劃地組織學生參加各類大學生競賽，激發(fā)學生的創(chuàng)造熱情和創(chuàng)新潛能［9］。為了便于學生根據(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行分類外，還建立了學科競賽和專業(yè)課程貫通的導師跟蹤機制（見表1），以競賽需求為牽引，科創(chuàng)項目驅(qū)動學生深度實踐與創(chuàng)新。近幾年，該專業(yè)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(yè)課程與對應能力培養(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）、設計（Design）、實施（Implement）、運行（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)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(lián)系的方式學習工程［10-11］。

專業(yè)在繼承CDIO 教育理念的基礎上，以培養(yǎng)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(shù)字應用能力、技術(shù)創(chuàng)新能力）為主線，對行業(yè)工程設計與實施需求所（系統(tǒng)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(chǎn)品全壽命周期需求的CDIO 專業(yè)課程教學體系。

理論教學中，學生以組內(nèi)協(xié)作、組間協(xié)作加競爭的方式進行自主探究式學習，專業(yè)教師相互銜接，在相關(guān)課程中起指導和引導作用，促使學生完成“構(gòu)思—設計—實施—改進—展示”的全過程。

第一階段為“C”（構(gòu)思）階段，教師提出港口機械領(lǐng)域的用戶需求，引導學生把復雜的工程項目分解為各專業(yè)課程所對應的具體子項目，并組成結(jié)構(gòu)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(nèi)討論，確定基本方案，在課程網(wǎng)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(yōu)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(yè)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(nèi)外規(guī)范，滿足資源供給和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，形成項目設計技術(shù)報告。

第三階段為“I”（實施）階段，學生利用計算機技術(shù)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(xiàn)在課程的總結(jié)報告中，即進一步強調(diào)“O”過程。最終在畢業(yè)設計環(huán)節(jié)體現(xiàn)實踐教學成果，提交企業(yè)導師進行考評。

為了保證CDIO 項目教學模式的順利進行，專業(yè)注重理論教學與實踐教學的有機融合。在學生接觸專業(yè)課之前，教師在認知實習環(huán)節(jié)帶領(lǐng)學生參觀加工現(xiàn)場，拓寬學生視野，增加感性認識。在專業(yè)課學習過程中，通過深入工程現(xiàn)場的生產(chǎn)實習，以強化學生對專業(yè)知識的理解與掌握。系統(tǒng)地學完專業(yè)課以后，學生通過工程實際項目設計、制造、運維的畢業(yè)實習，及時檢查反饋所學內(nèi)容，進一步理解和運用專業(yè)知識，為畢業(yè)設計和走向工作崗位奠定良好基礎。專業(yè)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(yè)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(chǎn)實習——畢業(yè)實習——就業(yè)”的時間鏈。

三、結(jié)語

本研究在保持港口機械特色的基礎上，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 理念的工程應用型人才培養(yǎng)實踐能力培養(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(yǎng)了學生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識。