韓建海,仲志丹,王曉強,彭建軍
(河南科技大學(xué) 機電工程學(xué)院,河南 洛陽 471003)
新工科是我國高等工程教育在新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略與部署。隨著新工科教育教學(xué)改革的深入推進,新工科建設(shè)已經(jīng)從理論探討進入到了人才培養(yǎng)具體方案的實施階段。新工科建設(shè)包含兩個方面的內(nèi)容:一是申辦新工科專業(yè);二是改造傳統(tǒng)工科專業(yè)。從建設(shè)內(nèi)容方面來看,對傳統(tǒng)工科專業(yè)的改造提升是建設(shè)重點和難點。原因在于,傳統(tǒng)工科涵蓋的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)拸V,辦學(xué)歷史悠久,基礎(chǔ)扎實;新工科專業(yè)是在傳統(tǒng)工科專業(yè)基礎(chǔ)上,通過交叉、融合及衍生形成的,是對傳統(tǒng)工科專業(yè)的深度改造,與傳統(tǒng)工科專業(yè)緊密相關(guān)。因此,傳統(tǒng)工科專業(yè)的新工科改造提升意義重大[1]。
雖然教育部把新工科改革高校分為三個類型[2],但每所高校都有各自的辦學(xué)歷史與積累沉淀,不可能有統(tǒng)一的改革范式可以照抄照搬,不同層次的高校必須嘗試與其自身相適應(yīng)的改革措施。尤其是辦學(xué)歷史悠久、與地方區(qū)域結(jié)合緊密、行業(yè)辦學(xué)背景明顯的地方工科高校,如何立足自身的辦學(xué)優(yōu)勢與特色,融入新工科建設(shè)理念與內(nèi)涵,繼承與創(chuàng)新、卓有成效地推進人才培養(yǎng)模式改革,是值得深入探索與實踐的。
聚焦傳統(tǒng)機械產(chǎn)業(yè)改造升級和新興產(chǎn)業(yè)培育發(fā)展的需要,推動高新技術(shù)與傳統(tǒng)機械類專業(yè)的知識、能力和素質(zhì)要求深度融合[3],立足長期辦學(xué)形成的優(yōu)勢與特色,探索與實踐機械類專業(yè)改造提升的實施途徑,在新工科專業(yè)建設(shè)過程中,持續(xù)提升專業(yè)的優(yōu)勢與特色。本文結(jié)合河南科技大學(xué)承擔(dān)的教育部首批新工科研究與實踐項目的建設(shè)成果,就傳統(tǒng)機械類專業(yè)新工科建設(shè)途徑、新工科人才培養(yǎng)模式、課程體系構(gòu)建及專業(yè)優(yōu)勢特色打造等方面的改革思路、做法、措施及成效進行總結(jié)梳理,以期對地方高校機械類專業(yè)的新工科建設(shè)有所幫助和借鑒。
人才培養(yǎng)特色是一所高校在長期辦學(xué)過程中逐漸形成的,在人才培養(yǎng)方面所獨有的,優(yōu)于其他院校并為社會所認可的優(yōu)良特性,是該校人才培養(yǎng)質(zhì)量高低的一個主要標志。作為由原部屬劃轉(zhuǎn)到地方管轄的傳統(tǒng)工科強勢專業(yè)高校,更應(yīng)抓住國家新工科建設(shè)的發(fā)展機遇,立足自身長年辦學(xué)形成的優(yōu)勢和特色,利用積累的基礎(chǔ)和能量推動傳統(tǒng)工科專業(yè)改造升級,使專業(yè)人才培養(yǎng)優(yōu)勢與特色適應(yīng)新時代對人才的新要求,進而在改革和轉(zhuǎn)型過程中獲得新生,最終實現(xiàn)工程教育的可持續(xù)發(fā)展。
河南科技大學(xué)的機械類專業(yè)始辦于1958 年洛陽工學(xué)院的機械制造工藝與設(shè)備專業(yè),已有60 多年的辦學(xué)歷史,具有明顯的機械行業(yè)辦學(xué)背景。目前包含機械設(shè)計制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程3 個專業(yè),涵蓋機制、機設(shè)、軸承、液壓、機電和車輛、卓越計劃和新工科等專業(yè)方向,其中軸承專業(yè)方向全國唯一、辦學(xué)特色明顯。機械設(shè)計制造及其自動化和車輛工程專業(yè)是國家級一流專業(yè)建設(shè)點、3 個專業(yè)均為教育部“卓越計劃”試點專業(yè),2 個專業(yè)通過國家工程教育專業(yè)認證。機械類專業(yè)與澳大利亞悉尼科技大學(xué)機械工程專業(yè)學(xué)分互認,可獲雙方畢業(yè)文憑,是中國機械行業(yè)卓越工程師教育聯(lián)盟和CDIO 工程教育聯(lián)盟理事單位,教育部首批新工科研究與實踐項目試點專業(yè)。
60 多年來,機械類專業(yè)為行業(yè)和地方經(jīng)濟建設(shè)輸送了數(shù)萬名高級工程技術(shù)人才,畢業(yè)生大多成長為機械行業(yè)的技術(shù)骨干或擔(dān)任重要領(lǐng)導(dǎo)職務(wù),為我國機械行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展作出了重要貢獻。
適應(yīng)新時代特點、適應(yīng)新發(fā)展對人才培養(yǎng)的新要求,進行傳統(tǒng)機械類專業(yè)升級改造意義重大。以立德樹人為根本,傳承、創(chuàng)新、融合為新工科建設(shè)著力點,提出了“立足行業(yè)辦學(xué)背景與自身優(yōu)勢及特色,走傳統(tǒng)機械類專業(yè)改造升級”新工科建設(shè)路經(jīng),而非匆忙申報新工科專業(yè)。以設(shè)立機械類新工科專業(yè)方向(機器人創(chuàng)新實驗班、智能制造實驗班和卓越計劃2.0 提升班)為突破點,從新工科專業(yè)方向和卓越計劃2.0 的建設(shè)改革做起,有序帶動傳統(tǒng)機械類專業(yè)整體提升的新工科建設(shè)框架。從辦學(xué)理念、課程體系、實踐環(huán)節(jié)和師資隊伍等方面,逐步推進傳統(tǒng)機械類專業(yè)的新工科升級改造,從而達到全面提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和持續(xù)改進、提升專業(yè)的優(yōu)勢與特色的辦學(xué)目的。
研究分析新經(jīng)濟對傳統(tǒng)工科專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求,拓展傳統(tǒng)機械類專業(yè)的內(nèi)涵和建設(shè)重點,對接國際工程教育專業(yè)認證標準,結(jié)合自身專業(yè)定位、經(jīng)濟社會發(fā)展需求和專業(yè)特色,制定科學(xué)合理的人才培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求,明晰對畢業(yè)生知識、能力及素質(zhì)要求,尤其關(guān)注對工程倫理、社會、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的意識,溝通與交流和終生學(xué)習(xí)能力等非技術(shù)素質(zhì)的要求,調(diào)整傳統(tǒng)機械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標和培養(yǎng)標準[4-6]。
通過分析新經(jīng)濟、新技術(shù)對人才知識能力素質(zhì)提出的新要求,樹立人才培養(yǎng)新理念,突出企業(yè)在人才培養(yǎng)中的作用,使企業(yè)由單純的用人單位變?yōu)楣餐囵B(yǎng)的主體單位,形成“校企協(xié)同育人、利益共享”的多主體辦學(xué)模式。明晰“分享人才紅利”是企業(yè)參與辦學(xué)的主要內(nèi)在驅(qū)動力,以“專業(yè)優(yōu)勢與特色為吸引力”,建立校企深度合作長效機制[7]。將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融入專業(yè)教育中,構(gòu)建“校企協(xié)同育人,創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育相融”的人才培養(yǎng)新模式,樹立創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識,提升學(xué)生專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。
適應(yīng)地方工科院校的辦學(xué)定位與目標,提出“厚基礎(chǔ)、精專業(yè)、重實踐、強能力”的辦學(xué)指導(dǎo)思想,優(yōu)化設(shè)計通專兼顧的人才培養(yǎng)方案,解決好學(xué)科通識教育與專業(yè)教育比例適中、協(xié)調(diào)的問題。充分體現(xiàn)通專融合人才培養(yǎng)理念,形成“按專業(yè)大類招生、按專業(yè)分流培養(yǎng)、按專業(yè)方向細分培養(yǎng)”三階段的人才分流培養(yǎng)流程。學(xué)生入校后按大類接受通識課程教育,一年后可根據(jù)自己的興趣和未來職業(yè)規(guī)劃,選擇機械類下某一專業(yè);根據(jù)自己的職業(yè)喜好,瞄準行業(yè)職業(yè)細分,進而選擇某一專業(yè)方向。
構(gòu)建由“通識教育課程平臺、學(xué)科基礎(chǔ)教育課程平臺、學(xué)科專業(yè)教育課程平臺、實踐創(chuàng)新教育平臺”四位一體、層次分明、通專兼顧的人才培養(yǎng)新方案,實現(xiàn)通識教育和專業(yè)教育的良好兼顧、協(xié)調(diào)發(fā)展。
低年級統(tǒng)一開設(shè)通識教育課程和學(xué)科基礎(chǔ)教育課程模塊,構(gòu)建高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型人才的完備知識結(jié)構(gòu),以利于學(xué)生長遠發(fā)展。在通識教育和學(xué)科基礎(chǔ)教育模塊中,開設(shè)課程主要包括科學(xué)基礎(chǔ)、人文社科基礎(chǔ)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)、工程學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ),占總學(xué)分的60.8%,強化創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合,實現(xiàn)厚基礎(chǔ)教育。高年級根據(jù)學(xué)校辦學(xué)優(yōu)勢和企業(yè)對人才的需求,設(shè)置特色專業(yè)方向。專業(yè)方向課程包括專業(yè)必修課和專業(yè)選修課2 個模塊,占總學(xué)分的12.2%,實現(xiàn)精專業(yè)工程培養(yǎng),使學(xué)生就業(yè)后能迅速勝任企業(yè)的管理和生產(chǎn)技術(shù)工作。同時,淡化專業(yè)方向邊界,打通專業(yè)模塊選修課程,學(xué)生可跨專業(yè)方向選擇選修課程,注重學(xué)生個性化培養(yǎng)和學(xué)科交叉知識的獲取。
實踐創(chuàng)新教育平臺包含課內(nèi)實踐創(chuàng)新和課外素質(zhì)能力拓展兩部分,課內(nèi)實踐創(chuàng)新部分由以三級項目式為核心的課程項目設(shè)計,以及進行的校內(nèi)金工實訓(xùn)、企業(yè)工程實習(xí)等部分組成,占總學(xué)分的27%,實現(xiàn)工程實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。
課外素質(zhì)能力拓展依托課外培養(yǎng)體系來實施,貫穿于四年整個教學(xué)過程中,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和提高實踐動手能力[8]。該模塊中增設(shè)了6 個課外素質(zhì)能力學(xué)分,包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐(2 學(xué)分)和其他課外素質(zhì)培養(yǎng)實踐(4 學(xué)分),并以學(xué)校課外培養(yǎng)(第二課堂)成績單形式展現(xiàn)。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐包括挑戰(zhàn)杯、大學(xué)生科研訓(xùn)練、學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)大賽、論文、專利、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)就業(yè)培訓(xùn)及創(chuàng)業(yè)實踐等活動,學(xué)生必須參加活動并達到項目要求,才能取得創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐學(xué)分。其他課外素質(zhì)培養(yǎng)實踐包括思想成長、志愿公益、文化藝術(shù)、社會工作及技能特長等活動,學(xué)生必須參加活動并達到要求,才能取得課外素質(zhì)培養(yǎng)學(xué)分。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐學(xué)分可替代素質(zhì)教育課外培養(yǎng)實踐學(xué)分、專業(yè)選修課程學(xué)分。
根據(jù)人才培養(yǎng)目標及培養(yǎng)標準,全面梳理課程體系,合理設(shè)置課程(環(huán)節(jié))及學(xué)分要求,確定每門課程或每個培養(yǎng)環(huán)節(jié)的目標和作用,注重它們之間的內(nèi)在聯(lián)系,明確每門課程所承載的知識、能力和素質(zhì)培養(yǎng)的具體要求。建設(shè)與之配套的專業(yè)教育系列特色教材,有機融入“課程思政”相關(guān)元素,弘揚大國工匠精神、國家情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。
新工科專業(yè)建設(shè)的核心是要適應(yīng)新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命、新經(jīng)濟對高等工程教育提出的新要求,聚焦傳統(tǒng)機械產(chǎn)業(yè)改造升級和新興產(chǎn)業(yè)培育發(fā)展的需要,推動高新技術(shù)與傳統(tǒng)機械類專業(yè)的知識、能力及素質(zhì)要求深度融合。以“卓越2.0”建設(shè)和設(shè)立新工科專業(yè)方向為抓手,探索傳統(tǒng)機械類專業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化改造以及多學(xué)科交叉的途徑與方式,推進新技術(shù)課程的有效融入,形成新課程體系和教學(xué)內(nèi)容。
面對不斷膨脹的知識、能力要求,簡單對傳統(tǒng)課程體系進行壓縮學(xué)時、增加新課程,不能從根本上改變存在的問題。融入專業(yè)認證、CDIO 教學(xué)理念,以工程問題為驅(qū)動,壓縮整合課程,減少理論知識,增加工程應(yīng)用,模糊基礎(chǔ)課、學(xué)科基礎(chǔ)課和專業(yè)課的界限,建立貫穿四年以專業(yè)特色項目為鏈條的1 級課內(nèi)項目、2 級課程群項目及3級畢業(yè)設(shè)計組成的三級項目式實踐教學(xué)體系[4]。在三級項目式實踐教學(xué)體系中,2 級課程群項目設(shè)計是改革的重點和難點,要從專業(yè)知識綜合獲取的角度出發(fā),科學(xué)設(shè)計、融合多門相關(guān)專業(yè)課程。以機器人創(chuàng)新實驗班為例,以機電一體化系統(tǒng)知識學(xué)習(xí)為主線,提出了“從單個機電產(chǎn)品的小系統(tǒng)認知,到由多個數(shù)控機電設(shè)備構(gòu)成的機電大系統(tǒng)概念的建立,再到融入智能傳感、智能控制技術(shù)的智能機電系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計”的三階段2 級項目式課程設(shè)計體系。該2 級項目式課程設(shè)計體系由淺入深、能力遞進,貫穿于機器人技術(shù)人才培養(yǎng)全過程。讓學(xué)生在課程理論知識學(xué)習(xí)過程中,穿插實踐環(huán)節(jié),在實踐中體悟、理解和應(yīng)用理論知識,推動理論與實踐相互交融、實踐創(chuàng)新能力和工程素養(yǎng)螺旋上升。
課內(nèi)培養(yǎng)與課外培養(yǎng)構(gòu)成了人才培養(yǎng)的兩條主要軌道,課內(nèi)培養(yǎng)是課外培養(yǎng)的前提和基礎(chǔ),課外培養(yǎng)是課內(nèi)培養(yǎng)的拓展和延伸,兩者緊密配合,互相補充,貫穿于大學(xué)教育的始終。實現(xiàn)課內(nèi)、課外雙軌并行,協(xié)調(diào)發(fā)展,全面提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、綜合素質(zhì)和解決復(fù)雜工程問題的能力[8]。
為了達到全員參與的目的,提出了“一系一比賽”的學(xué)院層面競賽要求,著重拓寬學(xué)院層面參加比賽學(xué)生的受眾面,同時,也為校級、省級和國家級比賽提供良好的群眾基礎(chǔ),形成了以“以賽促學(xué)、能力遞進”為主線的課外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)體系。同時,投入專業(yè)建設(shè)經(jīng)費集中搭建學(xué)院層面的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地,為學(xué)生動手制作提供了加工設(shè)備和調(diào)試場地。
依托“七系一室一基地”,構(gòu)成了8 個學(xué)院層面的學(xué)科競賽:機設(shè)系的機械創(chuàng)新設(shè)計大賽、機制系的無碳小車比賽、機電系的小型智能機器人、工業(yè)工程系的創(chuàng)新方法設(shè)計大賽、制圖教研室的三維建模與3D 打印大賽、測儀系的虛擬儀器設(shè)計大賽和雙創(chuàng)基地的“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等,使參賽學(xué)生的受眾面達到了85%以上。
同時,注重課外實踐能力培養(yǎng)的多樣性,引導(dǎo)學(xué)生積極參加各種公益活動、暑期社會調(diào)查和科技服務(wù)夏令營等面向低年級同學(xué)開展的課外活動,對于高年級同學(xué)吸引參加教師的科研課題,激發(fā)科學(xué)探究的好奇心和提高學(xué)習(xí)的主動性。
高質(zhì)量的人才培養(yǎng)效果,吸引越來越多的企業(yè),以多種方式主動參與到學(xué)校人才培養(yǎng)的過程中,形成了多主體辦學(xué)的利益共享體。
校企共建了“礦山重型裝備國家重點實驗室”“中國軸承陳列館”“固高科技(深圳)運動控制實驗室”“廣數(shù)工業(yè)機器人實驗室”“NTN 軸承材料實驗室”“臨西縣軸承技術(shù)研發(fā)實驗室”等一批教學(xué)科研基地,為學(xué)校開展專業(yè)教學(xué)和課題研究提供了高水平的科研平臺。
邀請企業(yè)工程技術(shù)人員共同開課,強化工程創(chuàng)新和工程素養(yǎng)培養(yǎng)。例如,軸承應(yīng)用技術(shù)課程由著名軸承企業(yè)德國舍弗勒公司每年選派技術(shù)骨干來校授課,已達10 年之久。企業(yè)老師們將理論知識和最新軸承技術(shù)與風(fēng)電、汽車等行業(yè)的工程應(yīng)用緊密結(jié)合,學(xué)生不僅學(xué)到了工程實際中的軸承技術(shù)和學(xué)科前沿知識,同時浸潤工程倫理、職業(yè)道德和生產(chǎn)安全等職業(yè)素養(yǎng)。
著名運動控制企業(yè)固高科技公司以“企業(yè)核心技術(shù)培訓(xùn)”為載體,共同開設(shè)11 年的“智能機電產(chǎn)品設(shè)計”夢工場課外培訓(xùn)課程,不僅講授先進運動控制核心技術(shù),同時強化與學(xué)科競賽或科研課題具體項目相結(jié)合,有多項設(shè)計作品獲得校級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計獎、省級和國家級學(xué)科競賽獎,形成了知識、能力和創(chuàng)新于一體的綜合素質(zhì)培養(yǎng)效果。
以科研項目為紐帶,校企之間緊密融合,合作承擔(dān)國家重點科研項目,協(xié)同創(chuàng)新解決行業(yè)共性技術(shù)難題。校企聯(lián)合既解決了企業(yè)面臨的技術(shù)難題,也使許多科研成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品,給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟和社會效益,同時也提高了教師的科研水平。例如,僅就軸承潤滑方面,近幾年與德國舍弗勒投資(中國)有限公司開展了“特殊油脂彈流實驗”合作項目,與日本NTN(中國)投資有限公司開展了“特種軸承鋼疲勞壽命實驗和軸承油脂壽命實驗”合作項目,與瑞典SKF 中國研發(fā)中心開展了“油脂拖動力曲線實驗”合作項目。
學(xué)校為企業(yè)舉辦不同層次、模式的先進制造技術(shù)學(xué)習(xí)班;聘任企業(yè)工程技術(shù)人員為學(xué)校的兼職教師,定期來校做講座和指導(dǎo)實踐教學(xué);學(xué)校的教師到企業(yè)進行技術(shù)指導(dǎo)、講學(xué)或短期工作、實踐進修和做博士后工作。校企雙方互動,相互滲透,形成一支了解社會需求、理論水平高、實踐經(jīng)驗豐富和熱愛教學(xué)工作的高水平專兼結(jié)合的教師隊伍。
新版培養(yǎng)方案從2017 級在我校機械類專業(yè)開始實施,隨著新工科建設(shè)的快速推進,先后設(shè)置了“機器人技術(shù)創(chuàng)新實驗班”“智能制造技術(shù)實驗班”新工科專業(yè),升級改造了“軸承卓越班”“液壓卓越班”“車輛卓越班”,不斷改進、完善新的培養(yǎng)方案,取得了明顯的人才培養(yǎng)效果。
大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提高,提升了學(xué)科競賽獲獎的數(shù)量和層次。2018—2021年,本專業(yè)學(xué)生在全國和河南省“互聯(lián)網(wǎng)+”、“挑戰(zhàn)杯”、機械創(chuàng)新設(shè)計、數(shù)學(xué)建模和英語演講等大賽中獲獎50 多項。例如,在2019 年第六屆全國工程訓(xùn)練綜合能力競賽中榮獲特等獎1 項、二等獎1項,第十一屆“高教杯”先進成圖技術(shù)大賽連續(xù)十年獲團體一等獎;在近兩屆全國“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽中獲金獎1 項、銀獎2 項和銅獎5 項;在第八、第九屆全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽獲一等獎1 項、二等獎4 項;在2021 巴哈越野汽車大賽中,參賽車隊獲得全國巴哈大賽一等獎。
畢業(yè)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神、實踐動手能力和綜合素質(zhì)明顯提高,畢業(yè)生成為企業(yè)的爭搶對象。專業(yè)優(yōu)勢與特色和社會影響力進一步提高,企業(yè)分享了優(yōu)秀人才帶來的紅利,參與人才培養(yǎng)過程的積極性更高。校企協(xié)同育人取得的實效被《中國教育報》《大河報》《洛陽日報》等多家媒體進行廣泛報道。