智能制造背景下跨專業教賽融合教學模式的構建與實施

解志杰 賈娜 劉誠

收稿日期：2023-06-06? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 修回日期：2023-06-30

作者簡介：解志杰，男，教授，博士，研究方向為大學生創新創業教育；賈娜，女，副教授，博士，研究方向為工程教育專業認證與一流專業建設；劉誠，男，副教授，研究方向為非技術能力評價。

基金項目：黑龍江省教育科學規劃重點課題“高等工程教育融合雙創教育的一體化人才培養模式研究”（GJB1421235）；黑龍江省高等教育教學改革研究項目“專業認證背景下學生非技術能力培養與評價體系研究”（SJGY20200038）；黑龍江省教育科學規劃課題“基于課程群多層次閉環反饋項目式創新人才培養模式的建設”（GJB1422732）

摘? ? 要：在高等工程教育改革中，跨專業培養和學科交叉融合是重要的改革方向之一。文章在分析工業4.0背景下工程人才需求現狀的基礎上，探討了跨專業教育和學科競賽融合教學模式的積極意義，并針對工程教育認證的要求，提出了構建該教學模式的底層邏輯和頂層設計思路。此外，文章還構建了相應的學習活動設計模型并提出了實施建議，同時通過實例分析證明了該教學模式的有效性和可行性。

關鍵詞：跨專業教育；學科競賽；合作學習；融合教學

中圖分類號：G645? ? ? 文獻標識碼：A?; ? ? 文章編號：1002-4107（2024）02-0044-04

一、引言

第四次工業革命的出現，使制造業的生產組織形式發生了根本性的變化，對人才職業能力提出了更高的要求，同時，也打破了傳統意義上機械工程師、電氣工程師或軟件工程師的職業界限。這些變化對我國高等工程教育人才培養模式提出了新的挑戰。因此，如何優化人才培養模式以適應新形勢下社會對工程技術人才的需求，是高校和高校教師需要深入思考、探索和實踐的重要課題。

二、問題的提出

（一）工業4.0背景下人才市場的需求與現狀

M. 佩伊奇-巴赫（M. Pejic-Bach）等人運用數據挖掘

的方法跟蹤了全球主要經濟體與工業4.0相關的人才招聘廣告，分析了行業發展變化對人才技術能力和非技術能力需求的趨勢。研究結果表明，除“機械”“軟件”或“電氣工程”等典型技術和職業能力表征詞語外，“項目管理”“創新解決方案”和“客戶滿意度”等跨不同業務領域的詞語在招聘廣告中高頻出現[1]。企業對人才職業能力的需求明顯呈現知識體系融合化、能力體系綜合化、素質體系均衡化的趨勢。

相關研究顯示，我國本科畢業生在理解交流能力方面的培養效果較好，但應用分析能力及動手能力亟待改進，對與工業4.0相關的專業表現如有效的口頭溝通、疑難排解、積極學習和科學分析等能力項的滿足度偏低[2-3]。無論是來自企業需求的研究結果，還是源于畢業生的調查結果，都不難看出，隨著經濟的發展和社會的進步，不同行業、不同專業之間的交叉融合已成大勢所趨，傳統的單一學科教育已不能滿足現代社會的需求。智能制造背景下，產業轉型升級和新興產業的不斷發展，既是傳統工程教育體系面臨重大挑戰的原因，也是推動高等工程教育改革的原動力和底層邏輯。

為了加速推動智能制造背景下高等工程教育改革的步伐，國家各部委接連發布了《關于高等學校加快“雙一流”建設的指導意見》《關于加快建設發展新工科實施卓

越工程師教育培養計劃2.0的意見》《現代產業學院建設指南（試行）》等相關文件[4-6]，強調高校“應打破現有的學科壁壘，培育新的跨學科成長點；應推進理工結合、工工交叉、工文滲透、醫工融合、工農協同，培養一批能夠引領和示范科技革命和產業變革的頂尖創新人才；應面向產業轉型發展和區域經濟社會需求，以強化學生職業勝任力和持續發展能力為目標，以提高學生實踐和創新能力為重點，深化產教深度融合、校企合作，創新人才培養方案、課程體系、方式方法、保障機制”等。這些文件的出臺和實施，均展現了中國高等工程教育培養學生創新能力和解決工程問題能力的改革方向和思路，以及強化學科和專業交叉融合的發展方向。

（二）跨專業教賽融合教學模式提出的原因

專業是高校進行教學和人才培養活動的基本單元，也是目前我國高校開展教育教學管理工作的基本形式。在各國工業化進程中，以專業為主體的精細化分工人才培養模式發揮了重要作用。然而，隨著全球化和智能化的第四次工業革命的到來，“通”“專”融合和“通”“跨”融合已成為高等工程教育人才培養的主要趨勢之一[7]。

我國高校現有多種跨專業人才培養模式，包括雙專業（學位）培養項目，微專業、微輔修項目和跨專業選修課程等。2019年，國務院學位委員會正式發布《學士學位授權與授予管理辦法》，明確指出“高校應高起點、高標準、高質量開設雙學士學位項目”[8]。目前，部分高校依托相應的辦學平臺，結合學科發展特色與需求，依據學生未來發展方向，通過頂層設計，建設了專業交叉互補的雙學位項目。但與雙專業（學位）培養項目不同的是，高校開設的微專業、微輔修項目課程一般為專業的主干核心課程。學生在修讀主修專業的同時，完成相應的微專業課程修讀，即可獲得相應的證書。而跨專業選修課程，應屬于個性化培養形式。上述跨專業人才培養模式為部分學有余力或興趣驅使的學生提供了跨專業修讀的可能性，在我國高等工程教育中起到積極的帶動作用。然而，由于一定的辦學規模和條件限制，雙專業（學位）培養項目要求所依托的學科專業應具有博士學位授予權，因此，能夠覆蓋的學生比例在不同水平的高校中存在差異。

根據工程教育理念，工程教育的目標不僅是保證學生達到特定的學習成果和畢業要求，更要注重培養學生的能力和素質。在這一基礎上，借助各級各類大學生學科競賽，通過專業之間的頂層設計進行跨專業教學與學科競賽的融合，是面向全體學生進行打破課程和專業壁壘培養的一種有效方法和途徑。近年來，這種融合模式受到越來越多的關注，已成為高等教育改革的一個熱點和趨勢[4]。通過這種模式，學生不僅能夠在自己的專業領域得到深入的培養，而且能夠拓寬視野，增強綜合能力，提高創新能力和實踐能力。但是，跨專業融合也面臨著一些挑戰，如學科之間的差異和難易程度，以及資源分配的問題等，需要高校在實踐中探索解決方案。

中國高等教育學會高校競賽評估與管理體系研究專家工作組已連續多年發布全國普通高校大學生競賽分析報告，這表明，跨專業教賽融合的復合型人才培養模式已經成為多元化人才培養、高等教育教學改革和發展的重要方向。然而，目前缺乏對跨專業教賽融合教學模式的系統研究。因此，研究如何順應工業革命發展趨勢，整合相關專業的教學資源，融合先進的教學理念和教學方法，優化學生的課程學習、工程能力訓練和學科領域相關非技術內在能力的培養過程，提高課程和人才培養質量，對于實現人才培養目標具有重要意義。

三、跨專業教賽融合教學模式的關鍵要素分析

在跨專業教賽融合教學模式實踐過程中，尊重和凸顯學生的主體地位是前提和基礎，因此，相關專業需要進行精心的頂層設計，搭建工程情境并整合、提供相應的資源，以支撐學生相應能力培養全過程。文章通過分析教學目標與教學載體、教學內容、教學方法和教學評價等關鍵要素對跨專業教賽融合教學效果的影響，指出頂層設計層面應該關注的問題并提出解決思路。

（一）教學目標與教學載體

確定合適的教學目標和教學載體是實施跨專業教賽融合教學模式的關鍵。為了支持學生達到畢業要求和培養目標，滿足社會對工程技術人才的需求，教學目標應該是可行和可衡量的。為解決前文提到的工程教育中存在的問題，高校和專業應深入了解自身的優勢和不足，根據人才需求制定教學目標；同時，應組織相關專業共同研討并制定合理的知識、能力和素質目標。在目標制定過程中，高校和專業應更多地關注學生項目管理、創新解決方案、溝通交流、問題解決、積極學習和科學分析等能力和素質的培養。

教學目標和教學載體的不同設計思路賦予跨專業教賽融合教學模式更加靈活多樣的實踐表現形式。根據工程教育認證的框架體系，實訓、生產實習、畢業設計和第二課堂活動等實踐類教學環節是該教學模式的有效載體，能夠保證全體學生參與和學習。其中，實訓類教學環節具有組織方便、資源調配相對容易、更易進行易迭代與優化等優點，但缺少浸潤性的學習環境；生產實習和畢業設計等教學環節能夠很好地彌補上述不足，但需要調用企業的資源，需要校企之間具有良好的合作基礎與硬件條件，組織實施相對困難；第二課堂活動雖具有方式靈活、適合個性化培養等優點，但需要更為有效的評價方式作為支撐。

（二）教學內容

將學科競賽作為教學內容，具有起點高、綜合性強的天然優勢。跨專業教賽融合教學模式的核心在于通過競賽項目的設計和實施，實現跨專業教學，提高高校培養高素質人才的能力。因此，選擇一個合適的競賽項目是非常關鍵的。中國高等教育學會高校競賽評估與管理體系研究專家工作組基于相關研究數據，定期更新全國普通高校競賽榜單。例如，在2022年，共有56項比賽成為教育部官方認可的、最具含金量、最具參賽價值的競賽。高校可以從中選擇符合學生專業和興趣，且具有一定跨界性質的競賽作為教學內容的主體。例如，針對機械類專業和自動化專業的學生，高校可以選擇機械創新、智能制造等方面的競賽作為跨專業教學的主要內容。

跨專業教學的目標在于通過融合多個學科，提高學生的綜合能力和解決實際問題的能力，而學科競賽側重于通過競賽活動，提高學生的專業技能和實踐能力。為了使教學內容更具有可操作性和前瞻性，教學團隊需要結合實際教學條件，通過篩選、整合與優化來確定教學內容。在跨專業教賽融合教學模式實踐過程中，能否將學科競賽的全部內容作為教學內容，要根據教學目標、教學載體和辦學條件綜合研判。教學團隊應適當考慮學生對開放性、創新性與融合性內容的適應性，并需要在前序教學環節中做好鋪墊。

（三）教學方法

在跨專業教賽融合教學模式實踐過程中，為了實現最優化的教學效果，需要采用多種教學方法。跨專業教賽融合的教學過程具有課堂空間擴展和時間延伸的特點，即學生的學習可以發生在課堂、實驗室和互聯網環境，也可能是獨立完成或與同學、教師討論完成。因此，根據實際的教學需求，教學團隊需要在每個教學內容中設計適合的教學方法。例如，在課堂教學環境下，可以采用案例教學法，即從競賽項目中提取案例，通過分析和解決案例中的工程問題，引導學生理解案例中隱含的工程問題，培養學生分析和解決問題的能力。在基于互聯網的教學環境下，可以采用問題導向教學法，即以問題為導向，要求學生通過自學或小組合作的方式解決問題，這不僅能促進學生之間的交流與合作，同時也能增強學生的團隊合作意識，培養學生的團隊合作精神。

另外，傳統課堂教學存在時間和空間的限制，導致學生個性化學習和小組協作學習等教學方法受到限制。為了克服這些限制，在跨專業教賽融合教學模式實踐過程中，教學團隊應適當支持和強化學生的個性化學習和小組協作學習等教學方法，有效利用互聯網和現代信息資源，為學生提供更多的學習資源和支持。因此，跨專業教賽融合教學模式的教學方法應成為該模式的研究重點。

（四）教學評價

在跨專業教賽融合教學模式實踐過程中，評價教學效果是必不可少的一部分。為了有效實施跨專業教賽融合教學模式，教學團隊需要設計科學合理的評價體系，并在教學過程中明確學生任務完成的框架和考查要點。學生只有明確任務的考查要點，才能根據評價標準規劃自己的學習路徑和方法，與教師形成良好的互動和配合，更好地完成學習任務。

跨專業教賽融合教學模式的評價體系，既涉及對技術能力的評價，又涉及對非技術能力的評價；既要對學生個體學習效果進行評價，又要對團隊合作的最終成效進行評價；既有符合自身特色的總結性評價，又強調過程性評價；既要有符合自身特色的評價思路，又要兼顧競賽的評價體系。因此，需要采用定性評價與定量評價相結合的多元化評價方法。例如，針對設計分析能力、知識運用能力及使用現代工具等技術能力，建議參照競賽的評價體系，構建定量的評價模型，由教學團隊組成評價主體進行定量評價；針對學生的學習能力、合作能力與表達能力等非技術能力，可以采用多主體評價方式，包括學生自評、生生互評和教師評價。

對教學目標達成情況進行科學評價，并將評價結果反饋給學生與教師，有助于學生明確問題和差距，優化學習方法，也有助于教師正確評估課程目標的達成情況，優化與迭代教學目標、教學方法與教學過程，不斷提高教學質量。

四、跨專業教賽融合教學模式的實施探索

文章以東北林業大學機械設計制造及其自動化專業與自動化專業的“工程綜合訓練”課程為例，探討跨專業教賽融合教學模式的實施路徑、問題與解決方法。該教學模式的總體設計旨在培養學生的跨專業解決問題能力、創新精神、合作意識和工匠精神，并以學科競賽為依托，強化學生的系統思維能力，優化跨專業人才培養路徑、方法與手段。

（一）跨專業教賽融合教學模式實施背景

跨專業教賽融合教學模式以機械設計制造及其自動化專業和自動化專業的學生為教學對象。這2個專業都通過了工程教育專業認證，都是國家級一流專業建設點，且招生規模基本一致。在2個專業人才培養方案中，必修實踐教學環節的“工程綜合訓練”課程被安排在同一個學期，因此，該教學模式以“工程綜合訓練”課程作為教學載體。教學團隊由2個專業的4名專業課教師和機電工程學院創新中心2名指導學生學科競賽的實驗教師組成。同時，機電工程學院工科實習中心和大學生創新中心提供了加工、測量和調整的儀器和設備，如激光切削加工、3D打印設備、機械加工設備等。

（二）跨專業教賽融合教學模式實施過程

專業人才培養方案的頂層設計是跨專業教賽融合教學模式實施的前提和基礎。針對當前社會和科技發展對人才培養提出的新要求，即“知識體系融合化、能力體系綜合化、素質體系均衡化”，在課程設置中有意識地提供跨專業融合教育平臺是必要的。因此，在教學指導委員會的指導下，機電工程學院統籌規劃機械設計制造及其自動化專業和自動化專業建設，將“工程綜合訓練”課程作為跨專業教賽融合教學模式的載體，并根據專業特色和人才培養目標確定了課程目標。在課程目標中，提出了

“分析問題”“解決問題”“使用現代工具”“交流合作”“項目管理”“成本分析”和“自主學習”等能力的具體要求。需要注意的是，制定的具體要求應盡量明確、清晰，能實施、可評價。

為了綜合考慮教學資源與該模式實施的可行性，教學團隊選擇了中國大學生機械工程創新創意大賽作為“工程綜合訓練”課程的主要內容。該項比賽是全國普通高校學科競賽排行榜競賽項目，其中的起重機創意賽主題適合上述2個專業的學生相互配合共同完成。為了模擬真實的工程情境，讓學生更深入地理解工程產品設計、制造、安裝和調試的全周期工作，教學團隊根據參賽的模式和組隊要求，將學生分組，并指導學生進行組內分工、查找資料、探討設計方案和提出控制策略。在此過程中，指導教師通過參與小組討論，給出意見和建議，使學生不斷完善設計方案。學生則需要自己動手完成零部件的激光切割、3D打印和機械加工等制造過程，并搭建控制系統，實現整機的安裝與調試。最后，在模擬場地上進行實測，完成全部的流程。

（三）跨專業教賽融合教學模式效果評價與問題分析

采用過程性評價與總結性評價相結合的方式對跨專業教賽融合教學模式的教學目標達成情況進行評價。例如，設計評價表，對項目實施過程中的方案論證報告、設計報告、物資統計表和創業企劃書等設計過程進行評價，作為過程性評價結果；在模擬場地進行實測的最終結果，作為總結性評價結果。在評價過程中，集體性的報告可作為小組評價的依據，個人總結報告可作為學生個體評價的依據。學生個體有機會提出不同于小組的觀點和解決方案，并針對自己的情況進行總結和分析。

跨專業教賽融合教學模式的實施，是接近工程實際的一次綜合性訓練，要求學生能夠綜合運用所學的專業知識分析和解決問題，并在此過程中，培養創新能力，提升合作意識，鍛煉交流與表達能力，同時，能夠初步感受項目管理的作用與意義，理解相關職業的責任與擔當。但在實施過程中，也存在需要注意的問題。

針對跨專業教賽融合教學模式的實施，教學時間與教學內容的協調安排是一個重要的問題。該問題的本質在于是否能夠按照學科競賽的全部要求進行教學內容的設計。然而，從實際操作情況來看，實現起來存在一定困難。因此，教學團隊需要根據教學計劃的時間安排，在教學內容上根據競賽要求進行簡化。同時，可以充分利用課外時間，如自主學習和小組討論等，來彌補教學內容的不足，這樣可以有效地解決教學時間和教學內容不協調的問題。

在跨專業教賽融合教學模式實施過程中，學生設計方案與制造結果之間的差距是一個較大的挑戰。這主要是因為學生缺乏實踐經驗，對加工制造工藝問題考慮不全面。這一問題主要表現在加工出現次品、無法保證裝配精度及設計方案與結果之間存在較大的差距等方面。因此，學生需要反復修改方案并重新加工零部件。這也暗示著，在專業人才培養方案優化與迭代過程中，教學團隊需要有意識地逐步提高學生的系統性思維和動手能力。

綜上所述，跨專業教賽融合教學模式的優勢在于以學生為中心，讓學生主動參與學習，并掌握學習的主動權，同時也將更多的可能性交給了學生。這種教學模式改革值得嘗試和深入探索。

五、結束語

跨專業教學既是學生個性化培養的重要方式，也是科技發展對高校人才培養提出的新要求。文章基于作者自身的教學探索與實踐，以工程教育認證要求為主線，針對教學目標與教學載體、教學內容、教學方法和教學評價等關鍵要素，構建了跨專業教賽融合教學模式的設計模型并提出了實施建議，同時以機械設計制造及其自動化專業和自動化專業“工程綜合訓練”課程為例，基于上述設計模型驗證了教學模式實施的有效性，并針對實施過程中出現的問題提出解決建議，以期為關注工程教育教學改革的教育工作者提供一些有益的參考。

參考文獻：

[1]? PEJIC-BACH M， BERTONCEL T， MESKO M， et

al. Text mining of industry 4.0 job advertisements[J].

International journal of information management，2020，

50（2）：50.

[2]? 金鴻，呂盛坪.面向智能制造的機械工程專業人才培

養模式探索[J].教育教學論壇，2022（44）：176-179.

[3]? 陳平，吳永波.高校畢業生就業能力提升策略[J].黑

龍江教育（理論與實踐），2023，77（4）：6-8.

[4]? 教育部? 財政部? 國家發展改革委印發《關于高等學校

加快“雙一流”建設的指導意見》的通知：教研〔2018〕

5號[A/OL].（2018-08-20）[2023-03-15]. http：//www.

gov.cn/gongbao/content/2019/content_5355477.htm.

[5]? 教育部? 工業和信息化部? 中國工程院關于加快建

設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的

意見：教高〔2018〕3號[A/OL].（2018-10-08）[2023-

03-15]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742

/s3860/201810/t20181017_351890.html.

[6]? 教育部辦公廳? 工業和信息化部辦公廳關于印發《現

代產業學院建設指南（試行） 》的通知：教高廳函〔2020〕

16號[A/OL].（2020-08-11）[2023-03-15]. http：//

www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2020-08/28/con-

tent_5538105.htm.

[7]? 周立芳，陳積明，徐貞.本科生跨專業培養的思考與

探索：以浙江大學信息大類為例[J].中國大學教學，

2022（6）：34-40.

[8]? 國務院學位委員會印發《學士學位授權與授予管理辦

法》[EB/OL].（2019-07-26）[2023-03-15]. http：//www.

moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/201907/t2019

0726_392373.html.

■ 編輯∕陳晶