以任務成果為導向的機電專業新工科人才培養模式探索與實踐

高紅斌，王琦，范秋霞，白玉梅，宋曉美

（山西大學自動化與軟件學院，山西太原 030013）

機械電子工程（簡稱機電）專業是新工科專業中的主干專業之一，實踐項目是實施機電專業新工科建設和改革的重要途徑。傳統制造業已經不能滿足《中國制造2025》中提到的十大領域的要求[1]。 新工科在此背景下應運而生，而與該背景有關的五大工程和十大領域所涉及的項目均與機電專業緊密相關[2]。本文探索出一種“以任務成果為導向的機電專業新工科人才”的培養模式，使學生完成指導教師給定的具體任務，為機電專業的學生培養尋找一個新的模式，培養學生創新能力和工程教育能力，以滿足新工科背景下用人單位對機電專業畢業生的需求。

1 給定學生具體任務的含義

給定學生具體任務就是由指導教師給學生具體的、與機電專業相關的科研或工程實踐的綜合性任務，讓學生主動融合所學專業知識來解決具體問題，通過問題的解決使學生的綜合能力得到提升，同時學生還可以獲得各種獲獎證書或者其他形式的成果，激發學生的學習興趣，為學生考研和就業提升競爭力。所給定的任務是綜合性、專業性、可持續深入的，學生實施時需要將所學過的專業理論知識與實踐相結合、 由5 人左右的小組來共同完成。 在實施以任務成果為導向的機電專業新工科人才培養模式時，專業全體學生均須參加，即該培養是“四全育人”的延伸與落地形式。

2 學生完成給定具體任務在人才培養中的意義

機電專業學生培養模式的改革、 創新是新工科背景下的必由之路。 機電專業通常是培養具備機械、電子、控制等理論知識，且有一定的工程意識、工程實踐能力和創新能力，能適應我國經濟建設的機電技術復合型創新創業人才[3]。該專業所開設的課程必須涵蓋理論和工程應用，將這么多課程環節串成有機整體、學以致用，以使學生更好地理解教材的抽象內容，特別是在互聯網和工業智能與機電創新領域相結合的背景下，機電專業培養模式的改革勢在必行。

通過完成給定具體任務培養學生的學習興趣是實現堅持“以本為本”、推進“四個回歸”的有效措施,有利于加快實現工程教育認證的三個核心理念[4]。為了支撐以新技術、新業態、新產業、新模式為特征的新經濟蓬勃發展，迫切需要培養大批新興工程科技人才。高等院校作為人才培養的基地，要應對新時代和新工科的發展需求，倡導以學生為中心的教育理念和模式，即高等教育回歸教學[5]。

3 完成給定具體任務的人才培養的措施和方案

要將全方位、全員、全程的以任務成果為導向的機電專業新工科人才培養模式落到實處，必須有相關的手段和措施，我校該專業經過幾年的探索，得到一些具體的經驗。

3.1 將任務成果的導向機制融入人才培養方案

在人才培養方案中實踐教學計劃板塊下的創新實踐與勞動技能部分增加2 學分的課外創新任務成果必修環節，要求學生畢業前獲得1 項課外創新任務成果。在課外創新任務成果對應教學大綱中對學生獲得的創新成果的形式、 獲得證書的等級及有效名次有詳細的要求，同時，通過走訪、調研專家和企業，總結和提煉出合理適度的任務下發給學生，確保下達給學生任務的可實現性和有效性。新的人才培養方案的實施，使機電專業本科生人才培養質量得以逐步、持續提高，并充分體現出新工科建設和工程專業認證對機電專業畢業生質量的要求。

3.2 打造一支能夠勝任以任務成果為導向的本科生人才培養的教師團隊

指導教師是任務成果中指令的發出者，所布置的任務難度、深度、廣度及專業性直接影響著學生執行的效果，因此教師團隊的自身建設至關重要。該培養模式是在全體專業教師及部分企業兼職教師和全體專業學生共同參與下來完成的。為了提高本專業改革、教學培養計劃和教學的實用性及實踐性，在簽訂校企合作的同時聘任了一批經驗豐富的工程師作為本專業的企業兼職教師。同時，本專業從新生入學即開始實行本科生導師制。因此，在充分發揮并逐步提高現有師資隊伍科研能力和實踐能力的同時，聘任企業兼職教師擔任我專業本科生導師。按照機電專業辦學的國家質量標準[6]及我校本專業的現狀，在校的生師比為24∶1 左右，加上企業兼職的本科生導師，平均每名指導教師指導5名學生。 一般由導師給其所帶的5 名學生一個較大的綜合性題目，然后根據學生的個性化差別制定出每名學生擬完成的任務。之所以任務是綜合性的，而不是每個學生一個單獨的任務，是因為團隊協作是工程專業人才培養的重要組成部分。在任務分配時，盡力發揮教師、學生、平臺的優勢、需求及特長：充分發揮現有師資隊伍中有科研項目或科研能力較好的教師的優勢，為擬提升學歷的學生給定具有科研性質的任務； 充分發揮現有師資隊伍中具有工程背景的教師的優勢，為擬就業的學生給定具有工程性質的任務。同時，盡力提升教師的整體教學水平，充分發揮現有的校企合作的作用：一方面，利用課余時間不間斷地派現有教師深入設計、制造、生產一線，提高自身的工程能力并尋找合適的成果任務。另一方面，通過現有專業教師之間定期的交流討論來提升教師指導學生的整體水平。 通過該模式的實施，學生不僅可以參與、完成教師的任務，教師本身的教學科研實踐能力也可以得到提升，教師也是受益者。

3.3 以任務成果為導向的本科生人才培養模式的專業實驗室及配套方案

為了完成教師布置的創新任務，學生需要場地和實驗條件。該實驗條件包括實驗室的硬件和軟件方面。充分利用實驗條件，一方面利用現有的實驗室開發相應的實驗項目，可以豐富學生的教學實驗方案，幫助學生更好地理解理論知識、提高現有實驗室的利用率。另一方面為學生提供科研任務的實驗基礎，驗證任務成果的實用性和準確性。同時，提高現有實驗室的場地和設備為學生完成任務成果服務的有效性，為培養新工科人才提供必備基礎，降低該培養模式需要的額外實驗成本。因此，應盡量擴充與更新基礎實驗設備并制定一個新的實驗室管理配套方案，以支撐學生創新任務的完成。

3.4 通過多種方式融合利用校外實驗資源和知識資源

融合利用校外實驗資源和知識資源，可以有效緩解校內資源的局限性，這對于新成立的專業的發展非常有益。 讓學生了解社會需求和企業技術難題及革新現狀，讓學生感受與專業相關的科學研究的魅力，激發其創新性和學習主動性。具體而言，可以通過導師科研項目合作、學生互訪、遠程共享實驗課程等方式實現校校聯合共享與共建實驗室，彌補校內導師知識單一和同化、校內實驗室資源限制、資金緊缺等缺陷。 通過開展新技術研發，實行共建共享，將企業生產一線實際需求作為工程技術研究課題，圍繞產業關鍵技術、核心工藝和共性問題開展協同創新，提升教師的社會服務能力。通過產業投資基金，支持高校創新成果和核心技術產業化。

3.5 充分利用各類項目和專業相關大賽

大學生科研訓練項目和專業大賽是實踐教學的有效途徑。 通過橫向和縱向有效利用我校目前實行的大學生科研訓練項目，使之成為部分學生的成果任務，使學生的實踐創新能力在該項目結題之后可以繼續發揮作用，也可以充分發揮資金的作用。 以我校為例，校內的大學生科研訓練項目、 創新創業項目和工程訓練大賽、 西門子杯汽車大賽等都會得到學校一定的資金資助，而且也是取得成果的任務形式，不僅可以讓學生在創新上受益，還可以擴大任務成果執行的經濟來源。最后通過該類項目和大賽的榮譽和成果激發學生學習的自主性。

3.6 拓展創新課程、實施“客串教授”的學生輪班制

緊跟時代對新工科機電專業建設的需要，増設人工智能、機器人、圖像處理、三維建模與運動仿真、有限元分析等具有新信息技術特征的課程，導師布置的任務盡量與這些課程產生關聯。 分析當前機電學科前沿的發展動態、新熱點技術特點，近五年學生參與的科研任務目標、內容、實施與完成情況，鼓勵青年博士學歷教師結合自身科研項目特點擴展開發創新性啟發課程，帶動學生共同探索科學前沿技術與方法，通過輪班“客串教授”的形式鼓勵學生主動檢索、搜集科技信息，并通過講座的形式實現資源共享，激發學生對未知領域的好奇心，與機電專業知識無縫融合。打破傳統知識陳舊、技術與企業脫節的瓶頸，讓學生更好地掌握新技術，適應社會新環境。

4 實施中需要注意的事項

作為本科生人才培養的局部創新模式，任務成果的實現使學生、指導教師及整個專業辦學都有提升，但是開始執行時必然會存在各種問題。 為了能讓該培養方案順利實施，需要注意幾個較為關鍵的問題：

第一，一定要有相關的制度作為保障。將任務成果的考核作為畢業的課外必修實踐環節的入培養計劃，這是調動學生積極性的基本方法，為了能讓該計劃順利實施，我校制定了《山西大學本科生導師制實施辦法》《山西大學創新創業學分管理辦法》 等相關規章制度作為保障。

第二，給學生的成果任務要合理。能否準確把握給學生選定的任務難度、體量及預期成果要求，直接關乎培養學生的質量和所取得成果的含金量。 如果難度太大或工作量太大，學生不能完成，不僅會挫傷學生的積極性和自信心，而且影響學生畢業；反之，學生則收獲太少。 以我校為例，給學生布置的任務不是一次性完成，而是在校期間循序漸進逐步增加，學生從入學就在導師指導下了解教師的任務方向，最終在第七學期完成收尾工作。

第三，要有一定軟硬件資源作為基礎條件。由于每個指導教師所布置的任務不同，因此必須有校內各類資源作基礎條件，且要盡量擴充校外資源。 以我校為例，與市內其他兄弟院校實行校校共享實驗和實踐資源，充分利用校企共建實習基地、工程中心以及創新教育基地。

5 實施以成果為導向的人才培養模式的結果與效果

我校機電專業成立至今招收過7 屆學生，從第二屆學生開始在部分學生中進行了3年的探索。 期間共有6 名專業指導教師按照此教學模式對20 多組學生（100 余名學生，約占專業學生總數的1/3）進行培養，這些學生獲省級獎項30 人次、校級獎項83 人次，獲批專利25 項、多個創新設計成品，該專業校級優秀論文全部源自這些學生，學生在就業時顯現出了強大的競爭力。 與市內部分兄弟院校實現了校校聯合共享實驗資源，促進了學校及專業之間的交流與合作。教師隊伍創新實踐水平得到提升，由于全體教師均需參與該教學模式，從而倒逼教師進行自我提高。有課題的教師通過學生的參與減小了工作量，沒課題的教師從工程和實踐中尋找到課題并逐步深入研究，最終形成良性的師生互相提高的循環。通過該探索與實踐，整個專業的教學水平乃至學科水平得到顯著提升，故從第4 屆（2019級）學生開始全面實行該教學模式。

6 結語

本文所探索與實踐的以任務成果為導向的機電專業新工科人才培養模式，不是簡單地給學生出一道題目，而是專業的綜合改革。 通過這一綜合改革，不僅學生的素質、能力及就業競爭力得到提升，而且教師的實踐教學能力及創新能力也得到提高，還可以擴展出一批校外教學資源。最終，整個專業的教學水平乃至學科水平均可以得到提升。