轉型高校新工科范式下實施工程教育的研究

沈明新 李 琦 李應森

當今世界，科學技術的發(fā)展與更新越來越快，工程技術對經濟和社會的推動作用越來越大，而工程技術人才的培養(yǎng)直接決定工程技術的水平和發(fā)展的速度，決定國家的工業(yè)競爭力。因此，世界各國特別是工業(yè)發(fā)達國家都在大力推進工程教育的改革與發(fā)展，力爭培養(yǎng)出高質量的工程技術人才，以保持在競爭中的有利地位[1]。尤其是進入21世紀后，以信息技術為代表的新技術革命方興未艾，經濟結構不斷調整變化，世界各國的工程教育都立足現實、著眼長遠，紛紛采取一種發(fā)展的、前瞻的、革新的態(tài)度，認真審視本國工程教育面臨的挑戰(zhàn)，積極研究對策，主動應戰(zhàn)[2]。

2005年，我國開始構建工程教育專業(yè)認證體系，逐步探索開展旨在提高學生工程能力和意識的專業(yè)認證工作。2015年10月23日，教育部、國家發(fā)展改革委、財政部發(fā)布《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》，旨在解決當前我國高等教育結構性矛盾突出、同質化傾向嚴重、生產服務一線緊缺的應用型人才培養(yǎng)數量和質量尚不適應經濟結構調整和產業(yè)升級的要求的問題。2016年6月2日，中國科學技術協(xié)會代表我國正式加入國際工程聯盟《華盛頓協(xié)議》。經過多年的實踐，我國本科工程教育專業(yè)認證所授學位與其他《華盛頓協(xié)議》成員所授的學位“實質等效”。2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，旨在應對新一輪科技革命和產業(yè)變革的挑戰(zhàn)，主動服務于國家創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略、《中國制造2025》和“互聯網+”行動計劃等的實施，加快工程教育改革創(chuàng)新，培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新型工程科技人才，支撐產業(yè)轉型升級。同時，要求以需求為導向開展多樣化探索，通過認真研究國家戰(zhàn)略和區(qū)域發(fā)展需要，積極開展新工科研究與實踐，從而對區(qū)域經濟發(fā)展和產業(yè)轉型升級發(fā)揮支撐作用[3]。

一、新工科背景下轉型高校工程教育改革

2005年，工程教育認證體系引入我國，引起各高校高度重視。各高校認為這是與國際職業(yè)工程師制度接軌的前提和基礎，在教學設計理念、教學實施理念和教學評價理念等方面做了大量的研究，形成了從課程導向向產出導向轉變、從以教師為中心向以學生為中心轉變及持續(xù)改進的閉環(huán)教學架構。但這些工作內涵主要局限于舊的技術范式、科學范式和工程范式。而2017年新工科理念的提出，從主動應對新一輪科技革命與產業(yè)變革的戰(zhàn)略高度為新范式下的工程教育認證體系改革指明方向，明確轉型高校在新工科建設中的主要作用是對區(qū)域經濟發(fā)展和產業(yè)轉型升級發(fā)揮支撐作用，培養(yǎng)具有較強行業(yè)背景知識、工程實踐能力，能勝任行業(yè)發(fā)展需求的應用型和技術技能型人才。2018年3月21日，教育部公布首批新工科研究與實踐項目，涉及學科交叉融合、工科專業(yè)更新改造、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育、協(xié)同育人等方面，但在實際實施中還存在著專業(yè)針對性比較寬泛、改革內容比較空、新老課程體系融合分配比例失調等問題。本文針對這些實際問題，通過對行業(yè)和區(qū)域前沿應用技術供給策略的優(yōu)化研究，旨在提高學生直面新技術應用的工程實踐能力。

本文以轉型高校在新工科建設中的作用為背景，以轉型高校結合新工科和新范式工程教育認證體系的知識供給策略優(yōu)化為主要研究對象，以冶金行業(yè)為例，全面系統(tǒng)地對接新范式下的工程教育認證體系，以提升學生應對科技革命和產業(yè)變革的意識和能力。

（一）人才培養(yǎng)計劃與冶金行業(yè)特點及其新技術革命相對接

一是提高新工科技術應用類課程學時比例，明確應用型大學定位。整合基礎課程和理論課程，使工程技術應用類課程學分比例逐年遞增。

二是課程設置實現專業(yè)交叉。現代冶金生產過程是一個自動化與冶金生產工藝相互滲透的綜合體，要求自動化專業(yè)的學生了解并掌握一定的冶金生產工藝過程，以開放的方式引入相關專業(yè)的課程，實現課程優(yōu)化，做到“知所學，知所用”，從而實現自動化教學與冶金生產過程相對接。增設冶金自動化專業(yè)交叉課程群，實現與行業(yè)控制對象的對接[4]。

三是強化新技術技能訓練。增加工業(yè)控制設備工程新技術應用技能訓練課時，增加冶金企業(yè)頂崗預就業(yè)人數等，使學生早日接觸冶金生產實際，掌握技術應用技能，從而實現與崗位技能需求“零距離”對接[5]。

（二）復合型教學團隊建設與冶金工程實際新技術相對接

第一，選派教師深入冶金生產一線進行鍛煉，承擔科研項目，豐富教師的實踐經驗，提高教學內容與冶金工程實際新技術的關聯度，實現教師與冶金企業(yè)的“零距離”對接。

第二，繼續(xù)引進具有冶金工程實踐經歷的教師，優(yōu)化師資隊伍結構，跟蹤新技術前沿[6]。

第三，通過與冶金企業(yè)共建師資隊伍的方式，聘請冶金企業(yè)技術人員承擔教學任務，實現兼職教師的融入。

第四，通過多專業(yè)教師的匯集，實現自動化專業(yè)教學與冶金工藝過程新技術的融合。

（三）新技術課程群構建與冶金應用技術相對接

第一，結合教學計劃的修訂與執(zhí)行，通過課程的優(yōu)化整合，重點加強實用技術課程群的建設，構建一個具有完整性、系統(tǒng)性、先進性、多元性、對接性的課程體系來實現人才培養(yǎng)目標[7]。根據專業(yè)的應用領域，形成由工廠電氣與PLC（可編程邏輯控制器）原理、PLC 軟件及工業(yè)組態(tài)設計、變頻器應用技術、計算機控制技術、過程控制技術與儀表、先進PID（Packet Identifier）控制技術、電磁兼容與抗干擾技術、計算機網絡與現場總線技術、冶金自動化工程案例分析等課程構成的工業(yè)控制領域較完整的實用技術課程群。

第二，強化理論課程的關聯教學。在要求學生掌握與沉淀重要理論知識點的同時，強調理論與實際的關聯，如定理、定律、公式、算法、參數的實際意義以及應用方法，提高學生的應用意識。

第三，突出案例教學。圍繞冶金工藝全過程，將所從事的科研開發(fā)、工程項目成果進行凝練編寫，出版教材《冶金過程自動化新技術案例分析》并開設課程。

（四）工程訓練中心硬件平臺與冶金新技術應用技能相對接

緊密貼近現代工業(yè)生產過程，改變購買純教學設備的做法，轉向引進實際工程應用設備。如，遼寧科技大學與西門子（中國）有限公司共建的國內一流的先進自動化技術聯合示范實訓中心，包括一條真實的鎂合金軋制生產線，實現學生在校所用與在冶金企業(yè)所用的對接。建筑面積達5000 平方米的二期工程正在建設中。遼寧科技大學通過與西門子公司的全面合作，引進包括機電一體化綜合實訓系統(tǒng)、MPS（模塊化生產培訓系統(tǒng)）工業(yè)自動化流水線、柔性制造系統(tǒng)、新能源風光互補發(fā)電組合實訓系統(tǒng)、張力控制實訓系統(tǒng)、群控電梯控制實訓系統(tǒng)、立體車庫控制實訓系統(tǒng)、液壓氣動控制系統(tǒng)等的大型設備，使工程訓練設施更上新臺階。此項工作的重點在于使培訓內容從安裝調試等初級技能，逐步向系統(tǒng)集成、算法設計、故障排除等高級技能轉換。

（五）冶金自動化應用教材編寫與冶金新工藝新技術實例相對接

著重編寫冶金自動化應用型教材，把教師參與工程、科研的實例引入教材，能夠豐富教學內容，同時也能增加學生對實際工程設計、實施過程的認識。目前已出版了《冶金自動化工程案例分析》（上、下）、《西門子工業(yè)過程控制設備工程應用技能實訓教程》、《Multisim 虛擬工控系統(tǒng)實訓教程》。同時計劃編寫《煉鋼自動化新技術案例》《軋鋼自動化新技術案例》《化工自動化新技術案例》等教材。

（六）評價方法改革與冶金自動化技術應用能力提高對接

評價方法改革亦是促進能力提高的重要環(huán)節(jié)。一方面，對于純理論課程，強調學生對知識點的熟練掌握和沉淀；另一方面，對技術應用類課程采取靈活多樣的技能考核方式。采取筆試、面試、技能測試等多種方式引導學生從片面看重試卷成績轉向對“五種能力”提高的追求[8]。

（七）課外科技文化活動與自動化技術創(chuàng)新意識提高對接

在學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，全方位開展學生課外科技文化活動。在創(chuàng)新實驗班、電子協(xié)會的基礎上，組建工控協(xié)會，組織學生積極參加各類工控大賽，創(chuàng)造出良好的科技創(chuàng)新文化氛圍，提高學生的自學習和自適應能力。

一是實施導師制，使學生參與教師科研工程項目，提高學生工程設計能力。從大二開始實施導師制，讓學生參加科研工程項目，使其掌握工程規(guī)范，獲得工程設計及實施的經驗，并將課題轉化為畢業(yè)設計題目，實現綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

二是積極開展大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計劃，鼓勵學生參加電子協(xié)會、PLC 控制協(xié)會等校團組織。

二、新工科背景下轉型高校工程教育的特點和創(chuàng)新

本文積極探索關于轉型高校新工科范式下實施工程教育研究的思路和做法，在培養(yǎng)方案設計、師資隊伍建設、課程體系及課程內容建設、教學方法及手段改革、實踐教學內容及硬件建設等諸多方面，圍繞冶金工程新技術開發(fā)思路進行改革。遼寧科技大學通過行業(yè)和區(qū)域前沿應用技術供給策略的優(yōu)化研究，提高了學生直面新技術應用的工程實踐能力，做到了兩方面創(chuàng)新。

第一，首次構建冶金行業(yè)背景院校基于自動化、鋼鐵冶金、機械化工等多學科專業(yè)相互融合的新工科人才培養(yǎng)模式。依托遼寧科技大學的地域優(yōu)勢和傳統(tǒng)冶金學科優(yōu)勢，整合學校專業(yè)資源，通過對冶金工程新技術案例的切入、專業(yè)培養(yǎng)方案的優(yōu)化，全方位、多形式地把冶金生產工藝新技術融入自動化專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，創(chuàng)立一個多專業(yè)、多學科（自動化、軋鋼、冶金、化工、機械）相互融合的新工科人才培養(yǎng)模式。

第二，首次構建基于行業(yè)產業(yè)前沿需求的轉型高校工程教育培養(yǎng)新范式。提出多項關于轉型教育創(chuàng)新性的教育理念，例如：“教學內容向行業(yè)新技術專業(yè)技能開放”“開放型教師隊伍構成”“教學過程向新技術工程實際開放”“實用新技術結合工程案例教學”“職業(yè)技能認證替代考試”等。緊盯冶金行業(yè)技術革命，通過“產業(yè)驅動”加強對冶金行業(yè)新型工程技術人才應用能力和應用意識的培養(yǎng)，構建符合先進制造業(yè)發(fā)展要求的轉型高校人才培養(yǎng)體系，推進新范式下的工程教育。

綜上所述，本文從有利于學生全面發(fā)展、綜合能力素質全面提高的角度，提出了多項關于轉型教育創(chuàng)新性的教育理念，切實解決自動化專業(yè)教學缺乏工程應用背景的問題，培養(yǎng)既懂工藝又懂控制技術的工程應用型人才，創(chuàng)建了具有鮮明冶金工業(yè)技術特征的教學模式。