面向高校工科專業的產教學研一體化教育模式構建

摘"要：工科背景下加強綜合素養的提升與產業需求為導向的教育模式改革是高校課程體系教學改革的新方向和新要求，通過對目前工科人才培養存在的問題進行分析，聚焦課程體系重構、教學模式改革、實踐體系定位等方面，采用融合OBE（Outcome-BasedEducation）和IPBL（IndustrialProblem-BasedLearning）理念的方法，提出“1+2+1”的全過程、多維度產教學研一體化教育培養模式，通過實踐應用促進工科專業復合型人才的培養，為工科教育模式改革提供思路。

關鍵詞：成果導向教育；產業問題導向學習；產教融合；工科；教育模式

中圖分類號：G640"""文獻標志碼：A"""""文章編號：2096-000X（2025）01-0088-06

Abstract：Undertheengineeringbackground，strengtheningtheimprovementofcomprehensiveliteracyandindustrialdemand-orientededucationmodelreformarethenewdirectionandnewrequirementsoftheteachingreformofthecurriculumsystemincollegesanduniversities.Throughanalyzingtheexistingproblemsinthetrainingofengineeringtalents，thepaperfocusesonthereconstructionofthecurriculumsystem，thereformoftheteachingmodel，positionsthepracticesystemandotheraspects，integratestheconceptsofOBE（Outcome-BasedEducation）andIPBL（IndustrialProblem-BasedLearning）.Theresearchproposesa1+2+1wholeprocessandmulti-dimensionalintegratededucationandtrainingmodelofproduction，teachingandresearch.Throughpracticeandapplication，itpromotesthecultivationofinterdisciplinarytalentsandprovidesideasforthereformofengineeringeducationmode.

Keywords：OBE;IPBL;integrationofproductionandeducation;engineering;educationalmodel

隨著智能制造和數字化轉型的不斷更迭，以新產業、新業態、新技術和新模式為代表的新經濟快速發展，我國對復合應用的科技人才也提出了新的要求。當務之急是加快工科模式的調整和轉型，加速相關產業發展。當前，我國工程教育規模已位居世界第一，但人才培養質量與制造業人才需求仍然出現巨大的供需矛盾[1]。與此同時，現代工程的跨學科需求日益擴大，工程活動不再是純粹的科學應用和問題解決，而是涉及經濟、管理、環境和文化等眾多要素的集成、選擇和優化，具有較強的整體性、復雜性、社會性和創新性，未來工程實際對工程人才知識能力的要求也將更為綜合和全面[2]。高校工科專業本科生培養面臨新的挑戰。培養什么樣的工科本科生以及如何培養成為高校工程教育亟待解決的兩個重要問題。

本文以高校工科專業一體化教育模式構建為目標，將全過程、多維度產教學研一體化教育模式融入人才培養體系，基于本科生的全面發展理論、綜合素養模型理論以及基于學習產出的教育理念，探索工科專業的全能型人才培養模式，以期為未來工科專業人才培養改革提供理論基礎與實踐經驗。

一"現階段工科教育存在的問題

（一）"新形勢下人才培養目標缺乏工程思維

新形勢下，很多高校在制定培養目標時，還停留在傳統的知識水平和技術層面上，而對解決當今社會日趨復雜的工程問題應具備的綜合能力重視不夠[3]。這說明制定者對自然學科的基礎性有著較為清晰的認知，但對先進技術的快速迭代、交叉分化的特性重視程度不夠，對培養目標的時代特性沒有精準把握，沒有做到與時俱進。并且在求知、做事、做人和共處等教育目標中，“學會求知”占比過大，忽略了“做人”和“共處”的能力，導致培養出的人才與行業發展不能迅速接軌，學生無法適應市場需求。

（二）"新環境中人才培養模式偏離工程實踐

目前，在培養模式上還存在將應用型人才培養和創新實踐教育割裂的情形，缺少對社會工業企業的深入研究和主動對口服務意識[4]。很多學校的課內學時占比仍然較高，在一定情況下限制了學生自主學習的積極性，學習過程是老師指導為主，很大程度上遏制了學生創新能力的形成。實踐過程形式多樣，包括課程設計、專業實驗、認知實踐和各類實習等形式，但內容各成體系、前后也無法呼應，沒有觸及工程項目實踐是有機統一的本質[5]。沒有面向工程的本質，就造成有“形”而無“神”，有廣度而無深度，正是由于培養模式缺乏系統性、多樣性和時變性，導致畢業生的知識、能力、素質之間呈現離散的關系，沒有體現出“工程師”的應有素養，導致就業與行業需求出現矛盾。

（三）"新需求下人才評價方式沒有因勢利導

傳統的理論及實踐教學評價側重于結果性評價，而應對當今社會需求，工科畢業生應該具備科學技術基礎，同時也要有堅實的工程實踐能力和綜合素養，這種能力和素養只能在具體的項目實施過程中予以體現和評價，由于無法對教學過程進行實時的跟蹤和過程性評價，導致最終的評價結果有著明顯的局限性和片面性[6]。并且傳統的評價主體是以教師為主，評價形式單一，結果很難客觀公正，項目實施的過程性評價需構建多維度進階式多元參與的綜合體系，實現全方位、多層次地進行度量和評價。這樣才能有利于大學生后續職業發展，滿足工科畢業生迎接職業挑戰和承擔社會責任的使命。

二"工科教育人才培養理念

（一）"基于OBE和IPBL的人才培養模式

OBE（Outcome-BasedEducation）是指以學生的預期成果作為目標的學習理念，其教學設計和教學實施的目的是以學生為中心，面向成果產出持續改進教育過程[7]。這是一種兼具新穎性和實用性的人才培養理念和教育結構模型，OBE要求教學主體以學習成果為起點設計課程體系，實施步驟包括：成果定義、過程實現、總體評估和應用。

PBL（Problem-BasedLearning）是一種以問題為導向的學習模式，其基本特征是由師生形成的“學習共同體”經歷“提出問題、分組討論、成果展示、多元評價和總結反思”5個環節[8]。PBL方法通過構建真實的教育教學場景提出實際問題，從而激發學生的內在學習動機，加深對所學知識的理解，能夠有效地增強學生分析問題和解決問題的能力。PBL通過內容、情境、聯系來重構學習內容和學習概念，幫助學習者掌握理論性的知識，同時通過探究、推理、反思的過程來幫助學習者完善問題解決技能以及自主學習的認知[9]。因此如何設計和構建適合于學生的教育情境成為保障該學習模式成敗的關鍵步驟。新形勢下，工科專業更強調學科的實用性、交叉性與綜合性，PBL教育模式不能完全與新階段的發展理念相匹配。因此，本文基于產業需求為背景，以產業問題為導向，建立IPBL（IndustrialProblem-BasedLearning）以產業問題為導向的學習模型，圍繞真實復雜的企業場景開展教學活動，從而有效提升學生的綜合素養。

OBE和IPBL兩種模式既有共同的目標又能夠相互補充和完善，OBE以成果為導向指出了教學理念和方向，IPBL則以產業為背景給出了教學設計和實施的方法。因此在新形勢下工科教育模式構建中，將兩種方法進行交叉融合，從而能夠適應當今社會發展對具有綜合素養工科人才的需求。

（二）"教學模式與教學設計

工科背景下，教育模式面臨如下方面的挑戰。一方面，當前產業發展模式下，畢業生所需掌握的知識技能越來越豐富，需要具有深厚的工程技術素養；另一方面，畢業生需具備優秀的個人能力、協作能力和管理能力，需要具有寬廣的綜合能力素養。為應對這些挑戰，工科的教學模式必須解決3個問題：如何解讀工科專業人才應該具備的能力；如何培養工科專業人才掌握這些能力；如何評價教學效果。

因此，在教學過程中，以OBE為指導，調整培養目標和培養方式，以真實的企業運營為背書，實施產教學研一體化，通過理論—實驗—實踐相結合，實現全維度、全過程的教學模式，具體的課程教學模式設計，如圖1所示。基于IPBL這一手段，根據工科課程知識結構和學生學習規律，將學習過程與企業工程項目、生產流程深度融合，導入企業研發、生產實例和企業運營模式，以具體的產品生命周期為主線，將理論與實踐，學習與創新，課內與課外結合起來，健全培養目標持續改進機制，優化課程架構，增強學科交叉，深入推動產學研融合，改進學生實踐過程。在保障學生掌握專業技能基礎上，全面提升包括運作管理能力在內的綜合素養，進而實現培養目標與崗位要求、教學內容與職業規范、教學過程與生產過程的無縫銜接。

三"“1+2+1”全過程、多維度產教學研一體化課程體系構建和實踐教學范例

（一）"體系構建

工科的課程體系構建是以培養具備綜合素養的人才為主線、以學生預期學習結果為導向，以知識和專業技能為紐帶、以團隊合作為支撐、以工程項目為抓手和深化教學改革為動力的新型課程建設模式[10]。課程體系的構建涵蓋3個環節，首先，導入項目需求確定課程理念及規范；其次，項目式課程標準的設計并引導課程大綱的形成；最后，具體科目、實驗、課設等教學活動的開發。具體開發過程如圖2所示。

在項目需求導向的課程改革引導下，課程的標準更加注重于在培養學生專業技能的基礎上提升學生的綜合素養，包括分組學習、合作實驗等團隊協作能力；創新和解決、分析和決策問題的能力；項目推進、管理的能力；基于項目背景理解、評估和分析復雜的信息、數據和知識的實踐技能。這些能力都是未來人才需求單位所關心的畢業生能力，教學改革的目的就是通過構建“項目導向”類型的課程來獲取這些能力。課程建設內涵如圖3所示。

工科專業的基礎是理論科學，但實踐應用才是其本質屬性，產教融合的一體化課程建設將實踐內容以產品生命周期為主線貫穿于整個培養過程中，在工程項目的實施過程中，真正理解掌握需求調研、方案擬定、設計開發、制造工藝、調試優化、組織運作和管理協調等過程。第一學年在工程訓練中心實習工廠進行認知實踐，第一學年結束后到企業工作2個月，了解企業運作模式、生產流程；第二、三學年在完成專業課程學習的基礎上，參加專業綜合實訓及生產實習等實踐環節，在此階段實現從產品設計到最終產品的呈現的過程，第三學年結束后再到企業工作2個月，參加以職業為導向的培訓，通過培訓獲得見習工程師資質。第四學年參加文獻研究、綜合項目開發，完成畢業設計。四年的持續實踐環節中，學生經過考核和選拔隸屬于不同的部門和崗位，分工協作、共同完成工程項目。學生以“準工程師”進行角色分工，并被賦予不同的技術職務及技術等級，根據在項目中承擔的任務及工作成效進行職級的晉升，鼓勵學生積累經驗提升職業技能，達到一定職級可抵扣部分學分以及免修部分課程。

（二）"實施過程

基于OBE和IPBL理念的工科教育改革的實施圍繞問題進行，最終目標是回歸工程實踐，解決復雜工程問題，并籍此培養具備綜合素養的自主創新型人才。教學改革具體的內容及特點體現在如下方面：①遵循課程設置以問題及項目需求為源頭的組織原則，能夠具備解決具有挑戰性、復雜性和開放性問題的能力；②設計工業實踐的情境環境，課程及相關教學環節分階段、多維度按照真實項目步驟實施，能夠具備解決團隊合作、跨專業、跨學科，溝通交流協調的能力；③遵循以學生為主導的學習原則，基于問題引導，實現自主學習、團隊學習和范例學習；④實現學生進階的綜合評價，包括“知識技能”評價和“項目能力”評價，知識技能評價又包括形成性評價和終極性評價，涉及課程考試分析、診斷性測驗、問卷調查、論文撰寫、項目驗收和反思研討等。項目能力涉及項目管理、團隊合作沖突協調、過程分析和溝通交流等；⑤過程導向的教師指導模式，教師完成角色轉換，由原來的指揮者演變為項目實施的引導者、團隊工作的推動者、教學資源的提供者和質量監控的督導者。

教學改革的關鍵在于教學范式轉變以及重視非技術能力的培養，改革的成敗關鍵在于如何提出真正的項目需求問題，使得教學過程能夠源自“真實世界”，面向“工程實踐”。因此在實施過程中，推進校企合作組建形成教育實踐團隊，按項目主題或工程問題為組織原則構建課程群并重組課程結構，設計以過程學習為主線的實踐教育場景，結合產品或項目生命周期建立貫穿四學年的“1+2+1”全過程、多維度產教學研一體化課程體系，具體的實施過程如圖4所示（以機械設計制造及其自動化專業為例）。

在實施過程中，以真實的工程項目為背景，以工程項目的“構思—設計—實現—運行”為主線，圍繞產品生命周期進行4個學年的課程開發與教學環節設計，形成以知識儲備、素養形成、融會貫通為核心的“1+2+1”三階段教育人才培養模式。

第一階段：深刻理解社會實際需求，以回歸工程實踐為目標，在第一學年，深入掌握通識課程及學科教育基礎課程，以養成學習興趣及對解決實際問題的興趣為主，在此階段強調工程的科學與技術的基礎性。在教學環節設計和課程開發中增加與實際項目關聯的目標與愿景，首先引導學生接觸工程項目背景，了解生產流程，激發學習興趣，邀請企業技術人員和管理人員開設實訓講座，通過企業參觀、社會調研等實踐形式，在了解專業背景的基礎上，加深對工程實踐的認知；同時教學團隊可以將研究方向及研究成果與學生進行分享，鼓勵學生養成積極學習的態度。由于將抽象的理論知識與具體的實際問題進行深度融合，這更有利于提升技術素養及學習效果。

第二階段：在第二、三學年，進入項目實施階段，實現“學中做、做中學”，強化專業基礎知識及專業課程知識。在增加知識儲備的基礎上，培養學生解決實際問題的能力，并能夠參與團隊合作實現工程新產品、新過程、新系統的創建和運行，在此階段既強調技術的科學性和創新性，又強調非技術的社會性。學生可參與教師團隊的科研活動，與研究生“結對子”，掌握查閱文獻的能力，了解研究領域的相關知識和科研工作的相關環節，在教學環節中依托前期需求調研基礎上，圍繞產品開發進行設計、制造以及相關附屬工作的展開，并在專業實驗、綜合實踐和工程實訓中予以實施。通過參與工程項目以及科研活動，提升實驗、觀察和知識發現的能力，擴展分析推理與問題解決的能力。

第三階段：第四學年，以滿足社會及工業企業對人才的需求為目標，在擴展專業前沿方向的基礎上，實現對專業知識及技能的融會貫通，進而達到更深層次理解工程研究、技術發展對推動社會發展的影響。結合研究團隊及完成工程項目所承擔的角色選定畢業論文選題，完善前期開發、設計、工藝等方案，進行實驗設計及數據分析，完成畢業設計開題、中期等階段性成果報告，最終完成畢業設計環節并全面提升在企業、社會背景下進行構思、設計、實施和運行的綜合能力。

上述3個階段按照“練習”—“學習”—“再練習”的過程層層遞進、相互關聯，所有的課程與教學環節不是割裂的，是圍繞產品的項目周期展開的，從前期的構思到最終的產品呈現實現全過程多維度的教學過程。以反映工程實踐的項目為載體，構建產教學研一體化課程體系，開展教育模式改革，以產業問題為導向，強化培養學科專業技能與綜合素養，學生能解析問題，融入項目主動學習，提升發現問題及解決問題的能力，有效縮短與社會接軌周期，達到真實工程實踐所需人才素質要求。

四"一體化教育模式應用效果分析

以中北大學機械設計制造及其自動化專業為例，通過構建“1+2+1”全過程、多維度產教學研一體化課程體系，將OBE-IPBL模式納入教學環節，將工程項目、科研任務與課程教育相結合，改進了教學方式，從而幫助學生增強知識儲備、提升綜合素養能力、擴展自主學習的思維，促使學生更加符合社會和市場對于工科專業的人才需求。

由于教學環節設計以實際工程項目為背景，更加關注工業企業的技術需求和人才需求，課程及實踐教學環節的目標建立在就業后從事的實踐工作所需能力的基礎上，在具體的實施過程中也邀請實習工廠、產學研合作單位共同建設課程內容，共同設計教學環節，共同評價培養質量。為符合當前工業企業發展中出現的新趨勢、新特點，2019年以來針對培養方案和教學大綱進行了2輪全面的修訂和完善，實踐教學環節的學分占比達到29.01%。教學過程既強調學科基礎，同時也注重工程設計開發能力，重新設計實踐環節，為學生提供“準生產”的真實場景，綜合性、設計性實驗比例達到80%。學生的團隊合作，作業分工是按照企業運作模式的不同部門進行角色部署的，整個過程環環相扣，以符合工程產品生命周期的實踐環節達成對學生的過程性培養。

從2020年至2023年，實施的三年來，該專業本科畢業生的就業率是93.81%，并且90%以上的用人單位在畢業生就業情況回訪中選擇了“滿意”。學生在歷年的“互聯網+”大學生創新創業大賽、機器人創新設計大賽、全國大學生光電設計競賽、先進成圖技術與產品信息建模創新大賽和中國大學生機械工程創新創意大賽等各類大賽中累計獲獎60余項，在畢業設計、綜合實驗實踐中完成復雜、綜合項目課題的比例達到70%以上。我們在山西運城、晉中、臨汾等多地成立了產業技術研究院，積極探索產教融合、多方協同育人的教學模式。教師團隊獲省級教學、科研獎項6項，承擔省部級以上教學科研項目20余項，控制系統設計、機械設計等5門課程獲批國家級一流課程。學生的專業技能、創新創業能力、團隊合作能力、解決復雜工程問題能力及綜合素養，都有不同程度提升，符合當今社會對工科專業人才的實際需求。

五"結束語

通過開展工程項目化的教學改革，將工程項目實踐轉換為載體，通過產科教融合的資源整合，以學生實踐需求促進理論學習，進一步對社會、企業和學校相關資源聯合，并通過交叉融合技能與實踐，培養學生獨立學習、團隊合作、創新發展和分析解決問題的能力。改變以教師為主導的教學模式，以產品生命周期為主線，生產流程成為引導和指揮教學環節的主要指標，進行教學范式的轉變。學生參與有助于培養其科研和社會服務意識，增強了解決實際問題的能力，培養了社會責任感。

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基金項目：山西省高等學校教學改革創新項目“機械類專業人才培養中項目管理能力的有效達成方法研究“（J2021370）；山西省研究生實踐教學改革和能力培養項目“工科專業學位研究生維度全過程實踐能力培養模式及方法研究“（2023JG129）

第一作者簡介：溫海駿（1975-），男，漢族，山西晉中人，工學博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為制造過程監測與控制、智能自主移動機器人。