面向新工科的多維度創(chuàng)新實踐教學體系構(gòu)建

劉艷萍 劉雯雯 王利霞

摘 要：在“新工科”和國家一流專業(yè)建設(shè)雙重背景下，本研究以鄭州大學工程力學專業(yè)為例，根據(jù)現(xiàn)行人才培養(yǎng)方案對專業(yè)實踐教學體系進行重構(gòu)，形成了具有“厚基礎(chǔ)、寬口徑”專業(yè)特色的多維度創(chuàng)新實踐教學培養(yǎng)體系。該體系依托多學科平臺，不斷豐富實踐教學基地庫，以豐富的實踐教學資源有效支撐創(chuàng)新能力培養(yǎng)；不斷優(yōu)化質(zhì)量監(jiān)控評價機制和管理制度，以保障培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的達成。實踐表明，該體系符合新形勢下工程力學專業(yè)發(fā)展需求，激發(fā)了學生創(chuàng)新意識，提升了學生綜合能力。

關(guān)鍵詞：力學專業(yè)；實踐教學；創(chuàng)新能力；“新工科”

2017年，“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”分別明確了“新工科”建設(shè)的主要任務(wù)、目標和方向，從此開啟了工程教育改革新路徑。2019年“雙萬計劃”的實施更是對高等學校本科專業(yè)建設(shè)提出了更高的要求。工程力學依托于力學學科，具有“厚基礎(chǔ)、寬口徑”的專業(yè)特征。力學作為工程科學的基礎(chǔ)與支撐，是用數(shù)學和物理方法解決各領(lǐng)域工程問題的基礎(chǔ)學科，可與其他各理工類學科交叉形成新的交叉學科。雖然機械、水利、土木和材料等工科專業(yè)可以與力學形成交叉學科，但它們依然是以各自領(lǐng)域的工程問題為主要研究對象。相反，力學學科研究的是工程領(lǐng)域，卻沒有明確的研究對象，只是針對工程領(lǐng)域廣泛存在的基礎(chǔ)性、共性力學問題。面向“新工科”的建設(shè)要求，工程力學專業(yè)需要把握好“新工科”建設(shè)的內(nèi)涵，主動構(gòu)建適應(yīng)社會發(fā)展的人才培養(yǎng)模式。

2020年，鄭州大學工程力學專業(yè)獲批為國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點，確定了培養(yǎng)科學基礎(chǔ)厚、工程能力強、綜合素質(zhì)高、能在相關(guān)工程領(lǐng)域中從事科學研究和技術(shù)研發(fā)的高級力學專門人才的目標。與此同時，“新工科”建設(shè)對學生的工程實踐能力和創(chuàng)新意識等綜合素質(zhì)提出了更高要求，新的人才培養(yǎng)方案需要加強對學生綜合創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)。近年，鄭州大學工程力學專業(yè)面向國家和中原經(jīng)濟區(qū)建設(shè)需求，在構(gòu)建創(chuàng)新實踐教育體系、豐富實踐教學資源、完善實踐教育質(zhì)量管理和保障體系等方面取得了一系列的改革成果，為“新工科”建設(shè)背景下工程力學專業(yè)發(fā)展探索出了新路徑。

一、傳統(tǒng)實驗教學體系存在的問題

由于基礎(chǔ)學科的特點，工程力學專業(yè)相對比較重視理論教學，這在鄭州大學2019年以前的專業(yè)培養(yǎng)計劃中尤為明顯。由于長期面臨著實踐教學資源缺乏、教學體系不完善、綜合創(chuàng)新鍛煉不足等問題，本科生實驗操作和科技創(chuàng)新能力較弱，在學科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中雖然取得了一些成績，但缺乏高級別的獎項。由此可見，進一步加強對學生實踐能力的培養(yǎng)非常必要。此前，雖然工程力學專業(yè)在實驗室建設(shè)方面有較大的投入，但依然面臨以下問題。

一是實驗教學資源不足。工程力學專業(yè)每年招生約130人，雖然有力學實驗中心可以開展部分力學課程實驗，但由于場地和設(shè)施限制，難以滿足人人動手操作的需求。

二是實驗教學內(nèi)容傳統(tǒng)。目前可開展的實驗多為基礎(chǔ)力學課程實驗，缺乏創(chuàng)新實踐培養(yǎng)內(nèi)容。為了達到“寬口徑”的專業(yè)培養(yǎng)要求，近年鄭州大學開設(shè)了多門專業(yè)模塊課程，但目前尚缺乏開展相關(guān)學科前沿實驗的條件。

三是現(xiàn)場實習流于形式。以認識實習和生產(chǎn)實習為例，由于實習工地數(shù)量較少，每個工地上的學生較多，所以實習教學一般都是走馬觀花，理論與實踐聯(lián)系較弱。

因此，對于工程力學專業(yè)而言，建設(shè)一套滿足“雙一流”和“新工科”需求的特色實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系意義十分重大。

二、面向綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐教學體系設(shè)計

在“新工科”和“雙一流”雙重建設(shè)背景下，鄭州大學工程力學專業(yè)在完善實踐教學體系、優(yōu)化實踐教學內(nèi)容、改革實踐教學方法以及提升實踐教學質(zhì)量保障和監(jiān)管體系等方面不斷進行探索，特別是強化綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)，致力于為社會培養(yǎng)具有較強工程實踐能力和創(chuàng)新意識的工程力學專門人才，并以此為契機進一步推動工程力學專業(yè)國家級一流專業(yè)建設(shè)。專業(yè)實踐教學體系建設(shè)包含了課內(nèi)外實踐教學體系構(gòu)建、實踐教學資源建設(shè)以及實踐教育質(zhì)量保障三個方面。

（一）堅持以學生為中心，構(gòu)建“寬口徑、多維度”實踐教學體系

鄭州大學工程力學專業(yè)針對實踐教學體系陳舊和實踐創(chuàng)新鍛煉不足等問題，依據(jù)注重基礎(chǔ)理論和創(chuàng)新精神培養(yǎng)、強化實踐能力和綜合能力的理念，不斷優(yōu)化人才培養(yǎng)實踐課程和環(huán)節(jié)，設(shè)立課內(nèi)實驗、實驗課程、綜合實驗、開放實驗、課程設(shè)計、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃、認識實習、生產(chǎn)實習等實踐課程和實踐環(huán)節(jié)，并根據(jù)實踐教學的需求不斷豐富相應(yīng)的實踐教學資源，最終構(gòu)建了“基礎(chǔ)課內(nèi)實驗—專業(yè)課內(nèi)實驗—綜合訓練—創(chuàng)新訓練”的層次遞進的多維度實踐教學體系。根據(jù)現(xiàn)行培養(yǎng)方案，培養(yǎng)目標達成需要開展總占比達32.7%的實踐學時，進一步支撐了創(chuàng)新性人才培養(yǎng)的需求。具體建設(shè)內(nèi)容為如下四部分。

1.基礎(chǔ)實驗

基礎(chǔ)實驗教學體系包含公共基礎(chǔ)課實驗、專業(yè)基礎(chǔ)課和拓展課實驗、實習實踐、綜合設(shè)計訓練等課內(nèi)實驗，涉及科學教育、工程教育入門以及基礎(chǔ)的人文社科教育等。這些課程主要設(shè)置于新生入校后的前三學期內(nèi)，大多在公共實驗教學平臺開展，注重培養(yǎng)學生基本實驗技能、社會實踐能力、基礎(chǔ)設(shè)計能力和部分專業(yè)技術(shù)技能，并促進其初步工程觀念的形成，為后續(xù)專業(yè)類實踐能力培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2.專業(yè)實驗

鄭州大學工程力學專業(yè)最新的培養(yǎng)方案進一步完善了專業(yè)基礎(chǔ)和專業(yè)核心課程所含實驗，這也是工程力學專業(yè)學生專業(yè)技能訓練的基礎(chǔ)和必修實驗，更是專業(yè)實踐能力培養(yǎng)的關(guān)鍵。最新版的培養(yǎng)方案中，該專業(yè)開展了三個方面的改革。其一，新增設(shè)或擴充了實驗力學實驗、流體力學實驗、振動測試技術(shù)等專業(yè)核心課程實驗，與材料力學實驗等專業(yè)基礎(chǔ)實驗協(xié)同強化學生專業(yè)實驗動手能力。其二，工程設(shè)計能力培養(yǎng)是初步設(shè)計能力的延伸與拓展，是一種綜合設(shè)計訓練，為此新增設(shè)結(jié)構(gòu)分析程序應(yīng)用設(shè)計和計算力學課程設(shè)計，共計96學時。其三，除強化基礎(chǔ)的數(shù)學和力學知識外，設(shè)置與力學相關(guān)的社會急需的專業(yè)方向或模塊，如土木工程模塊、機械工程模塊、材料工程模塊等，分別設(shè)立6學時的專業(yè)拓展課程實驗，從而優(yōu)化了“寬口徑”的專業(yè)培養(yǎng)特色，拓寬了學生專業(yè)背景。

3.綜合實踐

實訓實踐教學體系對學生工科基礎(chǔ)專業(yè)知識和基本動手技能進行綜合考驗，是培養(yǎng)具有扎實力學基礎(chǔ)的專門人才必不可少的環(huán)節(jié)。鄭州大學工程力學專業(yè)以深入工程教育為目的設(shè)立以生產(chǎn)實習、力學與工程綜合設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計為主的綜合實踐體系，該環(huán)節(jié)共計504學時，占實踐總學時的一半。基于三個環(huán)節(jié)的綜合設(shè)計訓練了學生真實工程操作技能，旨在培養(yǎng)其用專業(yè)基礎(chǔ)知識指導(dǎo)實踐的創(chuàng)新能力。

4.創(chuàng)新實踐

在“新工科”教育背景下，為了進一步激發(fā)學生創(chuàng)新活力、強化學生科技創(chuàng)新能力，鄭州大學工程力學專業(yè)還構(gòu)建了豐富的課外創(chuàng)新實踐教學體系，包括學科競賽（如全國周培源大學生力學競賽、全國大學生數(shù)學建模競賽、美國大學生數(shù)學建模競賽）、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（“挑戰(zhàn)杯”、ICAN國際創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國人工智能大賽、中國機器人大賽等）、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目以及校企合作育人項目等科技創(chuàng)新實踐。雖然這部分培養(yǎng)工作不計入專業(yè)培養(yǎng)要求，但由于符合學生的興趣點、就業(yè)需要或者進一步深造需求，在學生中大受歡迎，且已經(jīng)取得顯著成效。

（二）依托學科平臺，加強實踐教學資源建設(shè)

鄭州大學工程力學專業(yè)加強校內(nèi)外實踐教學基地建設(shè)，不斷豐富實踐教學基地庫，建立滿足“新工科”建設(shè)要求的實踐教學資源。在實踐教學資源建設(shè)方面，該專業(yè)充分利用力學學科的平臺和基地，在河南省力學實驗教學示范中心開設(shè)課內(nèi)實驗、實驗課程，并充分發(fā)揮國家級國際聯(lián)合研究中心、國際聯(lián)合實驗室、工程實驗室的優(yōu)勢，科研平臺向本科生開放，開設(shè)開放性實驗項目和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新能力和國際化視野。同時，該專業(yè)還與校外企業(yè)合作，建立校企聯(lián)合實踐教學基地。

1.校內(nèi)實踐教學基地

通過專業(yè)專項建設(shè)、自主研發(fā)、科研轉(zhuǎn)化和企業(yè)共建等多種方式，在原來實驗室建設(shè)基礎(chǔ)上，進行如下建設(shè)：鼓勵專任教師結(jié)合大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目和導(dǎo)師制，根據(jù)自己的科研方向，結(jié)合專業(yè)方向帶領(lǐng)學生進行實驗項目和實驗儀器的研制開發(fā)；加強實驗教學中心、虛擬實驗教學平臺和實驗教學信息化條件的建設(shè)，最大程度提高實驗室開放和共享程度。

2.校外實踐基地

建立校企優(yōu)勢互補、共同發(fā)展的合作機制，努力做到教學與生產(chǎn)過程相對接、專業(yè)側(cè)重與產(chǎn)業(yè)要求相對接、課程體系與職業(yè)標準相對接。與熱心教育、愿意與學校聯(lián)合培養(yǎng)人才的企業(yè)加強合作，建設(shè)校外實踐基地。依托大中型企業(yè)建立綜合性校外實習基地，促進校企合作共贏，使校外實習實訓基地在實踐教學中發(fā)揮作用。

3.師資隊伍建設(shè)

加強青年教師培養(yǎng)，通過境外訪學、會議交流等形式拓寬青年教師國際視野；鼓勵部分任課教師以產(chǎn)學研合作、科技掛職等方式指導(dǎo)專業(yè)實踐環(huán)節(jié)；聘請生產(chǎn)經(jīng)驗豐富的優(yōu)秀企業(yè)工程師參與力學專業(yè)相關(guān)方向的專業(yè)課課內(nèi)或課外實踐教學環(huán)節(jié)。通過以上綜合措施，建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、持續(xù)補充的教師隊伍。

（三）改革教學管理，建立健全實踐教育質(zhì)量保障體系

1.明確實踐教學質(zhì)量標準

依據(jù)專業(yè)現(xiàn)行人才培養(yǎng)方案，制定課內(nèi)實驗、校內(nèi)外實習、畢業(yè)設(shè)計（論文）、創(chuàng)新實驗項目、創(chuàng)新實驗課程設(shè)計等各項實踐教學規(guī)范，不斷明晰每項實踐教學環(huán)節(jié)的意義，強化實踐環(huán)節(jié)條件保障與考核標準，補充和完善符合本專業(yè)特點的實踐教學質(zhì)量標準。

2.建立校企共管的質(zhì)量監(jiān)控評價機制

學校作為監(jiān)控主體，對培養(yǎng)過程進行監(jiān)控，從培養(yǎng)目標、培養(yǎng)標準等方面對培養(yǎng)效果進行監(jiān)控評估；企業(yè)參與培養(yǎng)方案制定，并參與對實踐環(huán)節(jié)及執(zhí)行效果的評價。利用全面的實踐環(huán)節(jié)質(zhì)量評價體系，保障力學專門人才的培養(yǎng)質(zhì)量。為確保新型工科專業(yè)的實踐教學成效，質(zhì)量監(jiān)控評價機制主要包含以下三方面內(nèi)容：一是完善實踐教學過程監(jiān)控體系以保障校內(nèi)實踐學習質(zhì)量；二是校外實踐增加過程管理制度，注重培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，以達到綜合型創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標；三是在學院嚴格的師資管理制度基礎(chǔ)上增加企業(yè)導(dǎo)師管理制度，以期規(guī)范實踐課堂教學內(nèi)容，達到更好的教學效果。

三、建設(shè)成效

在綜合實踐教學體系設(shè)計思路指導(dǎo)下，鄭州大學工程力學專業(yè)在實踐教學資源建設(shè)和學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面已經(jīng)取得顯著成效。

一是平臺項目成果豐碩。學校與百度公司共建“鄭州大學-百度人工智能工程應(yīng)用創(chuàng)新實踐平臺”，形成“AI+力學”的復(fù)合型力學人才產(chǎn)學協(xié)同育人機制；與北京云道智造科技有限公司共同建設(shè)智能智造協(xié)同育人實踐基地，基于國產(chǎn)CAE探索智造領(lǐng)域人才培養(yǎng)新模式。這些教學改革與探索還獲得了3項教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目、2項省級教育教學改革重點項目以及3項校級教育教學項目的支持。

二是學生能力顯著提升。2019年鄭州大學工程力學專業(yè)實施的新的培養(yǎng)方案，對專業(yè)學生實踐創(chuàng)新能力提升和國際化視野拓展具有明顯的推動作用，培養(yǎng)了學生的科研興趣和創(chuàng)造力，激發(fā)了他們的探索欲和創(chuàng)新意識，提高了他們分析和解決問題的能力。近3年，該專業(yè)學生獲大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目120余項，學科競賽獲獎272項，申請專利發(fā)明78項，發(fā)表專業(yè)學術(shù)論文52篇。

面向“新工科”建設(shè)對高等院校工科專業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求，已獲批國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點的鄭州大學工程力學專業(yè)對實踐教學體系進行重構(gòu)，優(yōu)化實踐教學內(nèi)容，豐富實踐教學資源，并健全了實踐教學保障體系，為培養(yǎng)具有較強工程實踐能力和創(chuàng)新意識的“新工科”專業(yè)人才奠定了堅實基礎(chǔ)。

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