面向解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的機械類專業(yè)建設探索與實踐

中圖分類號：G640 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）22-0033-0

Abstract：ThecultivationoftheabilitytosolvecomplexengineeringproblemsiscurrentlamajorchallngeinChina's higherengineringeducation.Foralongtime，thetalentscultivationinmechanicalengineeringmajorshaslackedconsideration forsolvingcomplexengineringproblemsandhasmostlyreliedontraditionaleducationalmodels.Themechanismforcombination oftheefortsofenterprises，univeitiesandresearchinstutionshasnotbeenefectivelyestablishedandimplemented，which canotprovidepowerfulsupportforthecultivationofstudents’abilitytosolvecomplexengineringproblems.Inresponseto theseproblems，a\"triplereconstruction\"majorconstructionmeasureisproposed，whichinvolvesreconstructionofthemajor cultivatingsystem，reconstructionoftheeducationalandteachingproce，andreconstructionofhepracticalteachingplatfor. Thecomprehensivereformofundergraduatemajorconstructioninmechanicalengineringispromotedcontinuouslywithafocus on\"improvingtheabilitytosolvecomplexengineringproblems\".Throughmorethanadecadeof majorconstructionpractices， good results have been achieved in talents cultivation and major construction.

Keywords：mechanicalengineeringmajors；undergraduatemajorconstruction；abiltytosolvecomplexengineringproblems; talents cultivation;exploration;practice

我國成為《華盛頓協(xié)議》正式締約成員后，深刻地理解和把握復雜工程問題并培養(yǎng)出具有解決復雜工程問題能力的畢業(yè)生，是我國高等教育所有本科工程專業(yè)當前和今后必須重視和做好的重要工作[1-2]。對于一流工科專業(yè)建設而言，本科專業(yè)建設的主要目標就是要培養(yǎng)學生能夠深入運用工程原理和各種工程知識，分析和解決復雜工程問題。而隨著新一輪科技革命和新產(chǎn)業(yè)變革的加速發(fā)展，對學生解決復雜工程問題能力的要求越來越高，這一核心能力的達成已成為我國目前高等工程教育中的難題，也是一流本科專業(yè)建設中必須解決的問題4

理工大學歷來重視本科專業(yè)建設，早在2010年學校已將本科專業(yè)國際認證列入“十二五\"發(fā)展規(guī)劃。

2012年，學校按本科專業(yè)成立教學團隊，并實施本科專業(yè)負責人制度。2014年印發(fā)的《理工大學關(guān)于推進精品本科建設的實施意見》指出：“‘專業(yè)為王'的時代已經(jīng)到來，學校各專業(yè)要深人落實學?！こ绦?、創(chuàng)新性、國際化'的辦學特色和‘厚基礎、強實踐、高標準、嚴要求的辦學定位，推進專業(yè)認證工作，促進專業(yè)內(nèi)涵建設，打造一流本科專業(yè)”。另外，學校長期依托、服務和促進制造業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在卓越工程教育方面已形成了鮮明特色，取得了顯著的成效。機械類專業(yè)是學校典型的優(yōu)勢工科專業(yè)，相關(guān)專業(yè)已通過了國際工程教育認證、中國工程教育認證，入選了國家級特色專業(yè)、國家級一流專業(yè)建設點等

對于機械類專業(yè)的人才培養(yǎng)而言，“解決復雜工程問題的能力培養(yǎng)”需要學生不僅應具備數(shù)理基礎和機械專業(yè)知識，人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等交叉融合的學科知識，還需要具有探索創(chuàng)新精神、團隊協(xié)作能力及人文社科素質(zhì)，以達成能綜合運用工程原理和多學科知識，以大工程的視角理解和識別機械系統(tǒng)設計、制造及運維中的關(guān)鍵問題，設計和實施解決方案的能力。而長期以來，機械類專業(yè)的人才培養(yǎng)對解決復雜工程問題的考量欠缺，培養(yǎng)模式仍多沿用傳統(tǒng)的教育模式，產(chǎn)學研用協(xié)同育人機制未有效建立和落實，無法對解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)提供良好支撐。

針對以上問題，本文以新工科專業(yè)建設為指導，借鑒工程教育專業(yè)認證理念[1，聚焦“解決復雜工程問題能力\"培養(yǎng)，針對“解決復雜工程問題能力培養(yǎng)”中相關(guān)的“知識-能力-素養(yǎng)\"要求，持續(xù)推進機械類本科專業(yè)建設綜合改革，落實學校“厚基礎、強實踐、高標準、嚴要求\"的辦學特色和傳統(tǒng)，培養(yǎng)高素質(zhì)復合型卓越工程人才。

一 解決復雜工程問題能力培養(yǎng)存在的問題

（一）專業(yè)培養(yǎng)體系未能對解決復雜工程問題能力培養(yǎng)形成映射與產(chǎn)出導向

原有專業(yè)培養(yǎng)方案以機械專業(yè)知識架構(gòu)為導向，未能科學遵循學生解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的規(guī)律，各課程之間在能力培養(yǎng)上的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯關(guān)系考慮不夠充分，沒有合理有效地安排各門課程及相關(guān)模塊，每門課程在學生能力培養(yǎng)上的功能未有效得到充分發(fā)揮。

（二）教育教學過程未能對解決復雜工程問題能力培養(yǎng)形成匹配與支撐關(guān)系

每位教師、每門課程、每個教學活動所承擔的培養(yǎng)學生“解決復雜工程問題能力\"的目標未得到充分明確和落實，教育教學內(nèi)容、教學組織形式和教學方式改革等與新工科專業(yè)建設及工程教育專業(yè)認證的要求不相適應。

（三）工程實踐教學未能對解決復雜工程問題能力培養(yǎng)形成遞進與協(xié)同效應

工程實踐教學是機械類專業(yè)人才培養(yǎng)的最大短板，現(xiàn)有的專業(yè)實踐教學平臺不能支撐分層遞進、全程貫穿的工程創(chuàng)新實踐教學要求，科教融合、產(chǎn)教融合、理實融合和協(xié)同育人等實踐教學平臺建設滯后，難以支撐學生解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的目標達成。

二解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的專業(yè)建設舉措

基于以上分析，本文提出了以“解決復雜工程問題能力\"培養(yǎng)為突破口的機械類新工科專業(yè)建設的總體框圖如圖1所示，具體建設舉措如下。

（一）重構(gòu)專業(yè)培養(yǎng)體系，強化\"解決復雜工程問題\"的驅(qū)動作用

面向新工科人才\"知識結(jié)構(gòu)交叉性\"的要求[I-3]，緊跟學科前沿和行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，改革和重組通識課程群、學科基礎課程群、專業(yè)課程群、實驗實習實踐課程群，構(gòu)建適應“智能制造\"科技革命和產(chǎn)業(yè)變革提出的具有“跨界創(chuàng)新\"能力的“點、線、面\"學科交叉融合的專業(yè)培養(yǎng)體系，如圖2所示。

聚焦“解決復雜工程問題\"能力培養(yǎng)，按照能力要求由低到高迭代式遞進，重構(gòu)全方位、立體化專業(yè)培養(yǎng)體系。結(jié)合機械學科前沿和行業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)，完善面向單門課程與課程設計（點）面向?qū)I(yè)方向課程群與專業(yè)實訓（線）面向全局課程體系與畢業(yè)設計（面）的“點、線、面”學科交叉融合的課程體系。構(gòu)建“設計\"\"制造\"\"控制”“項目實踐\"等課程群，落實課程之間、課程群之間的知識內(nèi)容、能力達成等關(guān)聯(lián)與銜接。增設科學與工程倫理、機械工程導論、工程創(chuàng)新與實踐等通識課程，所有課程開啟“工程德育\"課程思政育人模式，強化學生社會責任意識、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展意識的培養(yǎng)。增設創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大作業(yè)、機械創(chuàng)新與實踐、復雜機電系統(tǒng)綜合設計、科研項自課程，拉長學生工程創(chuàng)新與實踐能力的短板。成立“機械現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)學院”，打造“見習 $$ 實習 $$ 實踐 $$ 畢業(yè)設計”全鏈條式工程實踐培養(yǎng)平臺。設置20門“榮譽課程”，提升學生的多維綜合素質(zhì)。

（二）重構(gòu)專業(yè)教學過程，全員、全過程、全方位貫穿解決復雜工程問題能力養(yǎng)成

面向新工科人才“能力養(yǎng)成復雜性\"的要求，適應機械類創(chuàng)新人才“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度\"的培養(yǎng)標準，以“學\"為中心，開展“探究式-小班化\"課程教學、“全程式-過程化\"課程考核，倡導“項自式-案例式\"教學方法，實施“榮譽學位（課程）制度，促進學生專業(yè)綜合能力養(yǎng)成，如圖3所示。

全體教師將復雜工程問題的相關(guān)要素植人到全部課程和所有教學環(huán)節(jié)中，貫穿于人才培養(yǎng)的全過程。實施大學外語、計算機、體育、思政課和綜合素養(yǎng)課等的教育教學改革，打造工程通識教育升級版。開展高等數(shù)學、大學物理、工程圖學、工程力學和電工電子等“榮譽課程\"教學改革[5，增加課程難度，拓展課程深度，提升學習挑戰(zhàn)度，強化學生的工程基礎知識。開展“探究式-小班化\"的專業(yè)課程教學改革，通過組織研討、辯論、小論文、工程案例分析等教學活動，引導學生探究式學習，提升獨立分析與解決復雜工程問題的能力。開展“全程式-過程化\"課程考核改革，淡化知識點的標準答案式考核，強化綜合能力的非標準答案式考核。依托機械創(chuàng)新與實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大作業(yè)、科研項目課程等課程，開展“項目式\"教學，以項目完成的成果（作品、專利、論文和學科競賽獲獎等）水平來認定和評價課程成績，激勵學生全程參與創(chuàng)新和工程實踐活動

（三）重構(gòu)實踐教學平臺，知行合一，確保解決復雜工程問題能力的培養(yǎng)目標達成

面向新工科人才“工程素養(yǎng)多樣性”的要求，實施科教融合，依托科研項目課程，激發(fā)和培養(yǎng)學生的工程創(chuàng)新能力；實施產(chǎn)教融合，建設“現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)學院”，鍛煉和提升學生的工程實踐能力；實施理實融合，打造“綜合性、設計性、研究性\"實驗（實踐）平臺，支撐學生工程素養(yǎng)達成，如圖4所示。

重構(gòu)了基礎實踐、專業(yè)實踐、綜合實踐、職業(yè)實踐的分層遞進的實踐教學平臺，設置了課程實驗、課程組實驗、多學科交叉綜合實驗（踐）項目。增設由企業(yè)工程師授課的工程師思維訓練課程和以項目為載體的復雜機電綜合設計頂峰課程，學生分組參與項目全程實施，做學深度結(jié)合，實現(xiàn)知行合一。課程設計、畢業(yè)設計等選題來自行業(yè)產(chǎn)業(yè)一線，真題真做，并在考核中注重學生工程素養(yǎng)水平及解決實際工程問題的能力。在教學條件與保障方面，從學生進校起，為全體學生配備學術(shù)導師，為學生提供進人各類實驗室，參與教師科研等學術(shù)活動的機會；為全體學生配備企業(yè)導師，為學生提供各種實習實踐機會，從社會實踐、生產(chǎn)實習到頂崗實習，支持學生在真實工程環(huán)境下鍛煉創(chuàng)新實踐能力;鼓勵和指導學生參與各類科技競賽活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)造創(chuàng)業(yè)能力。實施科教、產(chǎn)教融合，建設“雙師型\"專業(yè)師資隊伍，建設產(chǎn)業(yè)技術(shù)學院，打造涵蓋上下游產(chǎn)業(yè)鏈的“全鏈條\"實踐教學基地。

三解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的專業(yè)建設實踐與成效

上述專業(yè)建設舉措自2012年9月在理工大學（簡稱“我校”機械工程學院的機械設計制造及其自動化、車輛工程二個本科專業(yè)實施以來，學生解決復雜工程問題的能力顯著提高，用人單位對畢業(yè)生滿意度明顯上升，并在專業(yè)建設、教學研究、人才培養(yǎng)等方面取得了較好的成效。

2020一2024年，學生獲得各級各類學科競賽獎項600余項，其中國家級獎項近100項，省部級獎300余項。如機械專業(yè)學生獲得中國\"互聯(lián)網(wǎng) + ”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全國總決賽（教育部創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)頂級競賽）金獎1項（地方高校金獎“零\"的突破）銀獎2項;如機械專業(yè)學生共獲得全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽（教育部主辦的機械學科頂級競賽）一等獎14項，二等獎7項（我校作為地方高校獲得該獎項級別與數(shù)量全國名列前茅）。學生在參賽過程中通過模型建立、理論分析、作品設計制作等環(huán)節(jié)，鍛煉了解決復雜工程問題及工程創(chuàng)新實踐能力。2020—2024年，機械類本科生申請專利400余項，獲得授權(quán)發(fā)明專利25項，發(fā)表學術(shù)研究論文30余篇;200余名畢業(yè)生被清華大學、交通大學、日本京都大學和美國南加州大學等國內(nèi)外著名高校錄取為研究生。機械類畢業(yè)生高質(zhì)量就業(yè)率超過 90% 以上，連續(xù)10年穩(wěn)居全校本科專業(yè)前3名，用人單位對畢業(yè)生的滿意度持續(xù)明顯提升，實現(xiàn)了機械創(chuàng)新人才的高質(zhì)量培養(yǎng)，也很好地對接了新時代制造產(chǎn)業(yè)人才需求側(cè)對高校人才培養(yǎng)供給側(cè)的改革新要求。

在專業(yè)建設方面：機械設計制造及其自動化專業(yè)先后入選國家級特色專業(yè)、教育部卓越工程師教育培養(yǎng)計劃專業(yè)、市優(yōu)秀專業(yè)、教育部本科專業(yè)綜合改革專業(yè)，并通過了國際工程教育認證（德國ASIIN認證）和中國工程教育認證，人選國家級一流本科專業(yè)建設點。車輛工程專業(yè)通過中國工程教育認證，人選國家級一流本科專業(yè)建設點。

在教學平臺建設方面：獲批國家級虛擬仿真實驗教學中心、國家級工程實踐教育中心、市級實驗教學示范中心、高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實驗基地、市本科教育高地等。

在教學團隊建設方面：發(fā)動機原理授課團隊入選教育部課程思政教學團隊；“機械設計制造及其自動化\"和“車輛工程\"團隊均入選高校課程思政領航計劃\"特色改革領航團隊”；“機械創(chuàng)新設計教學與研究\"“高端機電數(shù)控裝備\"等創(chuàng)新青年團隊獲得市青年五四獎章集體等榮譽5項。

在課程建設方面：發(fā)動機原理獲批國家級一流本科課程、教育部課程思政示范課程。機械設計、機械原理、機械結(jié)構(gòu)設計等20門課程獲批高等學校一流本科課程、高校市級精品課程等省部級一流課程。

在教師發(fā)展方面：多位教師獲得“全國模范教師“教育部課程思政教學名師\"“市教學名師”“寶鋼優(yōu)秀教師獎\"等稱號。20余名青年教師入選歐盟\"瑪麗·居里學者”人才計劃及學校“思學計劃”“志遠計劃”“乘風計劃\"等教師發(fā)展計劃。

在教學研究成果方面：相關(guān)教學研究成果已獲得國家級教學成果二等獎1項、市級教學成果一等獎4項、市級教學成果二等獎3項；獲批教育部地方高校“新工科\"綜合改革類項目（結(jié)題優(yōu)秀）教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人項目（12項）高校本科重點教學改革項目等省部級教改項目16項；在《高等工程教育研究》等教學研究核心刊物上發(fā)表教學研究改革論文80余篇；出版專業(yè)教材23部。

另外，這些改革舉措及成效也產(chǎn)生了較好的示范效應，專業(yè)負責人及專業(yè)教師多次在國際會議如中國高等教育理工類專業(yè)國際認證中德研討會、國內(nèi)會議如一流本科專業(yè)建設及專業(yè)認證研討會、全國地方高校卓越工程教育校企聯(lián)盟會議、匯博高等工程教育國際論壇、全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐聯(lián)盟會議、全國卓越工程師教育培養(yǎng)聯(lián)盟會議、長三角高等工程教育聯(lián)盟會議、市高校本科教學工作會議、市機械類教學院長會議、江浙滬機械學院院長會等會議上專題交流本成果相關(guān)的機械類專業(yè)建設改革經(jīng)驗10余次，引起了兄弟高校的熱烈反響。

四結(jié)束語

解決復雜工程問題的能力是高等工程教育培養(yǎng)人才的永恒主題，本文聚焦于機械類專業(yè)人才“解決復雜工程問題能力\"培養(yǎng)這一中心，通過“三個重構(gòu)”，學生解決復雜工程問題的能力顯著提升，并形成了如下三個方面的人才培養(yǎng)改革特色。

育人理念創(chuàng)新：提出了基于“一個核心、兩種能力、多維素質(zhì)”人才培養(yǎng)目標驅(qū)動的工程育人理念?！耙粋€核心\"是以“解決復雜工程問題能力\"培養(yǎng)為核心；“兩種能力”是指強支撐解決復雜工程問題能力的“工程創(chuàng)新能力\"和\"工程實踐能力\"；“多維素質(zhì)\"是指支撐解決復雜工程問題能力的\"人文科學素養(yǎng)、法律環(huán)保意識、團隊合作精神、終身學習能力、全球化國際視野\"等綜合素質(zhì)?；谟死砟顒?chuàng)新，追蹤機械科技前沿和產(chǎn)業(yè)最新技術(shù)，重構(gòu)專業(yè)培養(yǎng)體系，建立并完善了“以學生為中心、成果導向、持續(xù)改進\"的工程教育專業(yè)認證質(zhì)量保障機制，開展機械類新工科專業(yè)建設改革，踐行機械類一流專業(yè)育人新理念。

培養(yǎng)模式創(chuàng)新：提出了“全員、全過程、全方位\"迭代式遞進的工程人才培養(yǎng)模式，設計了“點、線、面\"多學科交叉融合、分層遞進的專業(yè)課程體系，每位教師、每門課程、每個教學環(huán)節(jié)均有解決復雜工程問題培養(yǎng)的教學目標和任務，相關(guān)課程承前啟后、相互作用、共同發(fā)力，促進學生解決復雜工程問題能力的螺旋式上升。建設“現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)學院”，解決新工科人才培養(yǎng)中供給與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)的矛盾，借力行業(yè)產(chǎn)業(yè)多元主體，融合教育鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、創(chuàng)新鏈，提出并實施了“雙選式\"實踐崗位匹配、“遞進式\"教學內(nèi)容踐習、“師徒式\"頂崗教學指導等工程實踐能力培養(yǎng)新模式，強化“產(chǎn)-學-研-用\"協(xié)同育人機制。

培養(yǎng)過程創(chuàng)新：破解“玩命的中學、快樂的大學\"難題。該難題的本質(zhì)是：我國高等工程教育普遍存在的培養(yǎng)過程過于注重知識傳授，對解決復雜工程問題能力培養(yǎng)的考量欠缺，學生學業(yè)負荷和挑戰(zhàn)度較低。本成果以新工科專業(yè)建設為抓手，以培養(yǎng)學生解決復雜工程問題能力為突破口，推動課堂教學和實踐教學改革創(chuàng)新，推動教學理念從“以教為主\"向“以學為主\"轉(zhuǎn)變，實施“探究式-小班化\"教學、“全程式-過程化\"考核，實施“榮譽學位（課程）\"制度，全面實施“工程德育\"課程思政，按照“兩性一度\"的標準打造一流課程，已經(jīng)形成了“標準高起來、要求嚴起來、學生忙起來、考核難起來\"的培養(yǎng)新過程。

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