新工科背景下材料成型及控制工程專業改造

張志強，韓奇鋼，趙小輝

（吉林大學 材料科學與工程學院，吉林 長春 130022）

引言

新工科建設是主動應對新一輪科技革命與產業變革的戰略行動。進入21世紀，“互聯網+”、大數據、人工智能等產業變革和科技革命的發展，產了一大批新業態、新模式、新產業［1］。為適應新的技術革命挑戰，從2017年2月開始，教育部積極推進國家新型工程建設，努力樹立、引領世界工程高等教育發展的中國模式和中國經驗，助力高等教育強國建設。

材料成型及控制工程專業是促進我國經濟發展和培養國防工業相關工程技術人才的關鍵專業，承擔著為民用企業和國防工業培養復合型工程技術人才的責任。然而，目前本專業存在著一些人才培養的不足之處：原有的實踐教學課程體系比較單一，缺乏對學生實踐創新能力的培養，與新經濟時代材料成型及控制工程專業人才必須具備優秀的實踐創新能力存在不匹配，導致學生無法適應社會的需求［2］。

本文以吉林大學材料科學與工程學院材料成型及控制工程專業為研究對象，根據近年來該專業的實踐教學工作，結合當前教學過程中普遍存在的共性問題，依據新工科背景，結合材料成型及控制工程專業持續改進的要求，探索符合本專業新經濟發展需要的人才培養新路徑、新措施。

一、原有實踐教學體系存在的問題

（一）課程體系不滿足實踐創新能力的培養要求

新工科建設既是新經濟背景下國家的重大戰略需求，也是滿足產業轉型升級的人才需求。因此，新工科建設要求培養復合型、應用型與創新型的專業人才。新工科建設要求“向產業需求建專業，構建工科產業新結構”，強調科教結合、產教結合、人才培養取向由學術導向轉變為學術技術與技能的融合［3］。現有的課程體系尚未很好地將現代先進的研究方法和先進制造技術融入專業課程的教學過程中，專業課程體系與區域經濟、行業發展、工程需求存在一定脫節，導致學生的實踐能力和創新空間不足。

（二）教學模式單一

現在常用的教學模式多以教師為中心，以課本和課件為基礎，學生在課堂上聽講。當遇到晦澀難懂、枯燥乏味的知識講解時，學生會產生敷衍了事、得過且過的心理，這不利于學生對新知識的探索，也不利于學生學習潛能和主動性的激發。此外，實驗教學模式也比較單一，學生所進行的實驗主要是在教師的指導下，按照實驗指導書完成的，學生缺乏獨立思考的過程，并未真正理解每一步操作的原理及意義，導致學生實驗興趣匱乏。實驗教學時間相對分散，每次實驗時間間隔較長，若不能及時復習，學生在學習新知識時就容易把之前的學習內容遺忘，導致實驗科目的整體感欠缺。掌握知識和技能的系統性較差，無法實現對學生分析和解決實際問題能力的綜合培養［4］。

（三）實踐與創新能力培養不足

現有的實習受現場條件和安全因素的限制，多以觀摩為主，學生很少有機會到企業參與到具體的生產過程中，只能被動地聽和看，實踐教學流于形式，體驗感與參與感的缺失嚴重影響了學生投身工程實踐的積極性和主動性［5］。學生無法掌握真實的生產過程，就無法科學地改進自己的實驗設計，無法將實驗與真實生產過程相結合，造成學生實踐能力培養目標模糊，表現為學生對專業認知的不足和對行業發展的迷惘，同時也存在實習內容與實際社會生產技術脫節的情況，使學生感覺實習學到的知識得不到真正應用，降低了學生對實習的重視程度［6］。

二、新工科背景下材料成型及控制工程專業改造與升級舉措

新工科建設背景下，根據工程專業認證的要求，并結合吉林大學材料科學與工程學院材料成型及控制工程專業的發展需求，從人才培養理念、課程體系制定、教學模式改革及師資隊伍建設等方面提出了該專業的升級改造思路。

（一）轉變人才培養理念

新經濟、新產業的快速發展，使人工智能、智能制造、“互聯網+”等與材料成型及控制工程專業相關的新技術應用到了各個新產業，這也對專業人才的培養提出了更高的要求，他們不僅需要掌握扎實的專業工程理論知識，還需要具備創新精神、自主學習能力和跨學科整合能力等核心素質。因此，為了適應新工科人才培養需求，本專業人才培養模式改革的首要任務即為動態修訂人才培養目標。在工程教育認證和新工科建設的雙重驅動下，材料成型及控制工程專業應面向材料工業、機械制造業等更多方向，利用多學科、一體化的專業知識，提高工程應用素養，培養創新能力，探索個性化人才培養方案，并建立跨專業、跨學科甚至跨學院交叉融合的人才培養新模式，打破人才成長的壁壘。

（二）構建適應新工科的課程體系

課程體系是專業建設中最核心的環節，是將培養目標轉化為教育成果的重要載體，是人才培養質量的保障，是實現人才培養目標的手段［7］。

為培養具有創新精神和實踐能力的高層次人才，課程體系建設不僅要注重傳統理論體系的建設，更要注重應用能力和創新能力的培養。要重新設置現有的理論和實踐課程，加強對實踐課程的重視［8］。此外，應整合自然科學、工程技術和人文社會科學知識，優化現有知識結構，開設跨學科課程。新增新技術、新材料研發或行業創新創業課程，體現時效性，促進個人發展與社會需求的統一。

（三）搭建創新應用平臺

就學校而言，教師應該在專業理論課和實踐課的教學過程中穿插專業相關的科技發明和創新，這有利于激發學生的創新興趣和欲望［9］。同時，學校應積極推進大學科技園建設，利用專業創客空間、創新創業大賽等途徑，搭建服務咨詢平臺，提供一定的專業輔導與資金資助，提升大學生的創新能力與解決實際專業問題的能力。

就學生而言，學生應積極參加相關的創新創業競賽，培養創新意識和能力，積累實踐經驗。在老師的指導下，積極參與校企合作項目，了解和掌握企業產品創新趨勢。

（四）提升課程教學質量，實踐線上線下混合式教學

材料成型及控制工程作為工科類專業，課程涉及的基本理論和概念較多，比較抽象，比較難懂，如果教學方法不當，“教”和“學”就容易枯燥。這個專業的工程應用性很強，對于剛接觸這個專業的學生來說，很難學好這類課程。因此，學習這些相對枯燥的專業基礎知識，學生在課堂上難免容易分心，課后也更難抽出時間積極復習或預習，導致教學效果不佳。為了改變這種現象，首先，在授課過程中要避免老師單一講授，學生只聽不說的上課模式，要加強啟發式、討論式等先進教學方式的應用，引導學生進行自主學習。其次，要充分發揮在線教學資源的優勢，實施線上線下混合式教學。這有助于教師在課堂面授過程中提高教學效率和教學效果，也有助于學生對專業知識的理解。針對當下廣泛開展的虛擬現實技術，可以針對設備龐大、物理實驗成本高、難以開展的教學內容進行虛擬現實教學平臺的開發，這樣可以使學生對學習的知識有直觀的認識與理解。

（五）注重產教結合，強化人才培養環節

高校要主動走出校門，利用政府部門開展的校企對話對接活動，及時調整學科方向，搭建校企合作創新平臺，加強與企業的深度合作，實現互利共贏。具體來說，高校應充分利用資源，進一步開展產學融合與科教結合，在與企業進行項目合作的過程中了解本專業知識在實際生產中的應用，掌握專業發展方向，做到理論應用于實際，積累學生實踐經驗，培養學生實踐應用能力。在學校或學院的層面與企業聯合建立實習實踐基地，形成本專業學生定期進行企業深入實習的規章制度，提高學生知識運用的能力。

（六）增強學生課堂主體地位

結果導向教育（OBE）理念是國際工程教育認證的一個重要特征。強調“以學生為中心”的課程設計，在新工科建設背景下，“一言堂”的傳統教育模式已不再適用，新工科建設要求突出學生是課堂的主人，要充分尊重學生的個體需求。教師授課應注重因材施教，充分激發學生的自主學習能力，最大限度挖掘學生潛能，激發學生的學習動力，提高材料成型及控制工程專業人才的培養質量。此外，學校應定期進行調研活動，主要通過訪談和問卷調查的方式，了解學生對教學的意見和建議，建立學生有效的反饋途徑和機制，以完善更適合學生的課程體系和教學模式［10］。

（七）加強師資隊伍建設

俗話說：“嚴師出優生。”只有建立一支理論與實踐相結合的創新型、應用型教學團隊，才能培養出合格的具有創新能力的技術人才［11］。

一方面，要堅持“專業與專業相結合”的原則，聘請知名企業、事業單位和科研院所等優秀的工程技術人員擔任兼職教師，對于畢業年級的學生進行校內和校外雙導師的培養。另一方面，加強本校教師實踐能力的培養。針對每位教師的特點，充分調動教師的工程應用能力和適應交叉學科新動向的能力。充分引導本專業教師與企業合作進行科研項目的研究。針對教學過程中經常出現的問題，引導教師參與討論和交流，鼓勵名師積極傳授教學經驗，幫助青年教師解決疑惑。鼓勵教師積極參與虛擬仿真實驗教學平臺的應用和建設，根據行業發展趨勢開發創新實驗項目和實驗設備。

結語

隨著21世紀新經濟、新技術在全球的快速發展，在新工科建設背景下，本文分析了吉林大學材料科學與工程學院材料成型及控制工程專業現有的問題，并根據國際工程教育認證持續改進的措施，結合企業發展的需要，提出專業人才培養模式改革的具體措施，從根本上改變傳統的教學觀念，促進教學內容和方法的優化，從而提高教學效果，保證教學質量。這對培養適應新經濟發展需要的新工科人才具有重要意義。