王輝虎，卜智翔，龍 威，謝志雄

（湖北工業(yè)大學 材料與化學工程學院，武漢 430068）

新經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，“一帶一路”“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等的推動實施，迫切需要培養(yǎng)造就一大批厚基礎、會實踐、能創(chuàng)新的卓越工程科技人才，新工科建設應運而生[1-3]。在“復旦共識”“天大行動”的基礎上，教育界對新工科內(nèi)涵有了統(tǒng)一認識[4]，即“以立德樹人為引導，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新性卓越工程人才”。因此，如何在人才培養(yǎng)中貫穿工程理念，提升學生工程實踐能力是新工科建設的著力點[5]，也是工程教育發(fā)展的重要方向。

材料成型及控制工程（簡稱“材控”）專業(yè)是面向制造業(yè)的主體專業(yè)，以材料為加工對象的特點決定了專業(yè)兼具機械與材料特征的特殊性，其中材料科學為專業(yè)的基礎知識，而成型工藝設計及成型產(chǎn)品質(zhì)量控制是專業(yè)核心能力培養(yǎng)的重要部分。同時，近年來以3D 打印、機器人焊接技術為代表的先進制造技術快速發(fā)展，材控專業(yè)作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，一方面面臨著原有工科的承續(xù)，另一方面也要積極引入新技術，樹立新的教育理念，進一步強化學生的實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。為實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實踐能力強的高素質(zhì)應用型人才培養(yǎng)目標，加快傳統(tǒng)工科專業(yè)的改造升級，材控專業(yè)經(jīng)過探索實踐，改革了材控專業(yè)工程實踐能力培養(yǎng)模式，取得了良好的成效，并凸顯出一定特色。

一 存在的教學問題

筆者所在的湖北工業(yè)大學是一所以工學為主的多科性大學，堅持“立足湖北、服務工業(yè)”的辦學定位，著力培養(yǎng)具有國際視野、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實踐能力強的高素質(zhì)應用型人才。在新工科建設方面，學校聚焦湖北省產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新重大共性技術需求，建設了智能科學與技術、微電子科學與工程、集成電路設計與集成系統(tǒng)、機器人工程、數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術和智能制造工程等新生工科專業(yè)，建成了智能制造產(chǎn)業(yè)學院，完善了產(chǎn)業(yè)學院組織架構、運行管理機制，積極推進產(chǎn)教融合、校企協(xié)同、合作育人的新工科人才培養(yǎng)模式改革；同時，學校也提出要積極組織、推進傳統(tǒng)專業(yè)根據(jù)新經(jīng)濟、新技術發(fā)展的新要求進行改造升級。

為實現(xiàn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實踐能力強的高素質(zhì)應用型人才培養(yǎng)目標，材控專業(yè)對傳統(tǒng)教學中存在的問題進行了梳理，總結為以下幾個方面：一是工程人才培養(yǎng)理念落后，人才培養(yǎng)與社會、企業(yè)要求存在差異，學校教育落后于產(chǎn)業(yè)發(fā)展，主要表現(xiàn)在材控專業(yè)課程理論體系主要圍繞傳統(tǒng)的鑄造與焊接工藝與方法，先進制造技術引入滯后。二是重理論輕實踐、重知識輕能力，以及由此帶來的實習實踐效果差，主要表現(xiàn)在專業(yè)實踐教學與工程實際結合不緊密，企業(yè)在大學生實踐能力培養(yǎng)方面參與度不高。三是學生創(chuàng)新思維不夠、創(chuàng)新能力不強，實踐平臺建設與師資隊伍建設有待加強，主要表現(xiàn)在創(chuàng)新教育未系統(tǒng)化，與專業(yè)教育脫節(jié)，兩者融合的理念缺乏。

二 工程實踐能力培養(yǎng)模式探索與實踐

針對上述教學問題，材控專業(yè)積極推進新工科背景下工程實踐能力培養(yǎng)模式改革。主要包括如下幾個方面。

（一）深化工程實踐能力內(nèi)涵認識，重構新工科人才培養(yǎng)方案

工程實踐能力是面向真實工程環(huán)境中解決復雜工程問題的復合能力，其內(nèi)涵豐富，包含了工程理論基礎、實踐操作能力、工程設計能力、工程項目管理能力、工程創(chuàng)新能力及其他工程領域內(nèi)非技術因素，因此在培養(yǎng)學生工程實踐能力的過程中要以工程實踐能力提升為主線，需要對人才培養(yǎng)過程進行整體設計。材控專業(yè)依托工程教育認證，結合國際工程教育改革動向，校企合作，在廣泛調(diào)研的基礎上明確了新工科背景下人才培養(yǎng)目標，重構新工科人才培養(yǎng)方案。在強化成型工藝設計及成型產(chǎn)品質(zhì)量控制專業(yè)核心能力的基礎上，圍繞先進制造前沿領域，開設成形數(shù)值模擬、3D 打印技術、逆向工程技術和現(xiàn)代機器人技術等課程，培養(yǎng)能夠在材料成型工程領域內(nèi)從事數(shù)字化設計與智能制造、工程管理等方面工作的高素質(zhì)應用型人才，突出了“數(shù)字化成形”學科交叉的人才培養(yǎng)特色。同時，材控專業(yè)針對工程教育認證的12 條畢業(yè)要求，合理構建了專業(yè)課程體系支撐相應畢業(yè)要求指標點矩陣，符合基本技能、應用能力、工程設計分析能力的要求[6]。專業(yè)提出了工程實踐能力培養(yǎng)過程中，校內(nèi)導師、企業(yè)專家、學生全員參與，工程實踐能力全方位提升，畢業(yè)生工程實踐能力全過程評價的方法，從總體設計上保障學生工程實踐能力的提升，同時體現(xiàn)以學生為中心、知識型向能力型培養(yǎng)理念的轉(zhuǎn)變。

其次是修訂專業(yè)理論課程與實踐課程大綱。從專業(yè)基礎課程、專業(yè)核心課程及實習實踐等人才培養(yǎng)環(huán)節(jié)，重視培養(yǎng)學生面向復雜工程問題的工程設計能力及工程背景的實踐操作能力，強化多學科背景下工程項目管理及法律、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的工程理念，實現(xiàn)工程實踐能力全方位培養(yǎng)[7]。其中，專業(yè)基礎課程強化工程背景，提升工程教育理念；專業(yè)核心課程夯實工程實踐理論基礎，課程內(nèi)容更新本學科前沿知識，著重體現(xiàn)學科交叉融合的內(nèi)容，突出專業(yè)課程特色；實踐教學環(huán)節(jié)分層遞進式提升實踐操作能力、工程設計能力與工程項目管理能力；以創(chuàng)新實驗、學科競賽、短學期實踐等手段促進學生工程創(chuàng)新能力提升。

（二）校企緊密合作，重點強化多層次實踐體系構建與工程實踐能力梯次培養(yǎng)

實踐環(huán)節(jié)是提高學生工程實踐能力的關鍵環(huán)節(jié)，在提高學生實踐操作能力、工程設計能力、工程創(chuàng)新能力和工程項目管理能力等方面發(fā)揮著不可代替的作用。專業(yè)堅持校企緊密合作，針對傳統(tǒng)教學中重理論輕實踐、重知識輕能力的教學問題，以及由此帶來的實習實踐效果差等問題，實施學生工程實踐能力梯次培養(yǎng)，如圖1 所示。

圖1 材控專業(yè)工程實踐能力梯次培養(yǎng)

專業(yè)實驗課程體系由材料基礎實驗、工藝基礎實驗與專業(yè)綜合實驗組成，其中材料基礎實驗圍繞“金相制備—顯微組織觀察—力學性能測試”為主線，材料基礎實驗著重培養(yǎng)學生材料基礎實驗技能；工藝基礎實驗面向工藝全過程，以“材料檢測與分析—成型工藝方法與設備—產(chǎn)品質(zhì)量檢測”為主線，培養(yǎng)學生工藝基礎實驗技能，同時增設數(shù)字化成形的實驗項目內(nèi)容，以數(shù)字化仿真和數(shù)字化制造為主；專業(yè)綜合實驗則面向典型產(chǎn)品生產(chǎn)工藝過程，學生查閱文獻與技術標準、設計實驗方案、開展實驗、撰寫綜合實驗報告，考核包含實踐技能考核與綜合實驗報告考核，培養(yǎng)學生綜合實驗技能和系統(tǒng)分析能力。整個專業(yè)實驗課程體系貫穿工程意識，學生可通過實驗掌握解決工程實際問題的一般方法。

課程設計以工程項目為載體，按照“產(chǎn)品結構設計—工藝設計—綜合設計”主線培養(yǎng)學生工程設計能力與工程項目管理能力，如鑄造工藝及裝備設計、焊接結構生產(chǎn)綜合課程設計分別以車用變速箱等零部件的成型工藝設計、立式儲氣罐焊接結構設計和工藝設計為主；畢業(yè)設計則以壓鑄模具、壓力容器、起重機械等產(chǎn)品的結構設計和成型工藝設計為主。通過課程設計項目化教學，實現(xiàn)學生工程設計能力的梯次培養(yǎng)。

專業(yè)實習實訓環(huán)節(jié)，校內(nèi)依托學?；A實驗平臺與現(xiàn)代工程實訓中心，開設電工電子實習、金工實習及數(shù)控加工實習，強調(diào)工程規(guī)范；校外加強與企業(yè)合作，開設認識實習、生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習，構建以“學—看—做”為主線的實習環(huán)節(jié)。認識實習主要通過企業(yè)實地考察，建立感性認識，學習了解工藝流程；生產(chǎn)實習則重在熟練掌握各工藝細節(jié)，如機加工、熱處理、鑄造與焊接等；畢業(yè)實習則在了解和熟悉的基礎上，改革傳統(tǒng)的實習模式，采用集中實習與分散式實習相結合的方式，將整班學生分散在不同企業(yè)中。實習過程中，學生需要熟悉企業(yè)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，同時還要協(xié)助或獨立完成工程設計，在面向企業(yè)環(huán)境的工程實踐中發(fā)現(xiàn)問題，提高解決復雜工程問題的能力。同時，在改革畢業(yè)實習模式的基礎上，專業(yè)也積極鼓勵學生到簽約企業(yè)進行畢業(yè)實習，將畢業(yè)實習和畢業(yè)設計相結合，提前熟悉企業(yè)生產(chǎn)運作方式，為解決工程實際問題打下基礎。

（三）依托創(chuàng)新實驗、學科競賽與短學期實踐，強化學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

針對創(chuàng)新思維不夠、創(chuàng)新能力不強的問題，專業(yè)建立多維開放式創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系。開設專業(yè)創(chuàng)新實驗課程，引入學科前沿及最新科研成果；實施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學分制，全體學生必須走入實驗室，參與企業(yè)真實項目；積極推進大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目及大學生學科專業(yè)競賽實踐，確保專業(yè)學生參與學科競賽與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽全覆蓋；在課堂教學中，也引導性地開展文獻閱讀、思維導圖、課程三問等活動，落實科教融合理念，推動創(chuàng)新人才培養(yǎng)。

另外，學校從2014 年起開始實施四學期制，分別是秋季學期18 周、冬季短學期2 周、春季學期18 周和夏季短學期4 周，利用短學期集中開展短學期實踐，短學期實踐的目的主要是使學生通過參加不同形式的實踐，全面提升創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和實踐能力。因此，材控專業(yè)也充分依托短學期實踐，開展社會實踐類、科技創(chuàng)新類、實習實訓類三大類的實踐活動，專業(yè)二年級的學生圍繞“接觸專業(yè)”的主題展開，三年級和四年級學生則要圍繞“深入專業(yè)”和“運用專業(yè)”的主題展開。材控專業(yè)在二年級冬季短學期，鼓勵學生到專業(yè)相關企業(yè)進行認知實踐，或進入專業(yè)導師團隊開展科技創(chuàng)新實驗，熟悉專業(yè)；二年級夏季短學期結合大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃深入推進項目實施，或利用各種資源和機會，開展學科競賽活動；三年級冬季短學期進課題、進實驗室、進團隊，參與科學研究活動等；三年級夏季短學期實踐活動進一步擴展，包含但不限于大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練、國內(nèi)外游學、企業(yè)實習實踐等；四年級短學期實踐則可以進一步參與學科競賽、課題研究或開展畢業(yè)設計（論文）前期工作。同時，專業(yè)積極拓展企業(yè)實踐資源，讓學生走進企業(yè)進行實習實踐，讓學生在實踐中開闊視野，增長才干；在校內(nèi)實踐則開展綜合性、創(chuàng)新性實驗項目，如開展金相技能培訓、三維實體建模、華鑄CAE 和焊接CAE 的培訓與實踐，進一步提高學生實踐操作能力與工程數(shù)字化設計能力。截至目前，短學期實踐已在專業(yè)開展8 年16 次，專業(yè)學生全部參與，且對短學期實踐滿意度高，總體反應良好，認為短學期實踐有效提升了個人的實踐動手能力和溝通能力，同時開闊了視野，增強了責任擔當。

（四）構建實踐創(chuàng)新平臺，打造雙師型師資隊伍，為人才培養(yǎng)夯實基礎

師資隊伍建設與實踐平臺建設是學生工程實踐能力培養(yǎng)的兩大支撐條件。針對雙師型師資隊伍建設薄弱問題，專業(yè)建立了青年導師指導制度，即每一位青年教師都有一位具有實際工程經(jīng)歷的老教師為指導老師；選拔青年教師參加湖北省“博士服務團”、科技特派員、“三百工程”等項目，深入企業(yè)實踐；以工程項目為載體，開展項目式教學；積極聘請企業(yè)兼職導師與行業(yè)協(xié)會參與學生實踐能力培養(yǎng)，構建雙師型師資隊伍。在此基礎上，建立校內(nèi)外導師、學生全員參與的生產(chǎn)實習、畢業(yè)實習、畢業(yè)生專業(yè)能力測試和畢業(yè)設計指導與答辯等全過程實踐能力評價。

針對實踐能力培養(yǎng)平臺缺乏的問題，以學生為中心，全面打造學生實踐能力培養(yǎng)平臺。建設高質(zhì)量校外實習平臺體系作為實踐能力培養(yǎng)載體，與企業(yè)共同建設實習基地15 家；依托校級現(xiàn)代工程訓練中心，構建校企合作材料學與材料加工兩大校內(nèi)專業(yè)實踐教學平臺，包含虛擬仿真實驗室、焊接自動化實驗室、3D 打印實驗室等；打造湖北工業(yè)大學金相社團，培養(yǎng)大學生的“工匠”精神，在全校范圍內(nèi)推廣和普及材料專業(yè)知識，協(xié)助舉辦湖北工業(yè)大學金相技能大賽，發(fā)起并承辦了湖北省首屆金相技能大賽，負責全國大學生金相技能大賽選手的選拔，培訓和強化訓練工作；依托省級大學生創(chuàng)業(yè)園與學院“聚創(chuàng)”中心，建設大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺；成立學科競賽團隊，打造金相技能競賽、中國大學生機械工程創(chuàng)新創(chuàng)意設計大賽（分賽項：鑄造工藝設計賽、熱處理大賽）等學科競賽平臺。同時，學院建設有省級重點實驗室、工程實驗室、工程研究中心和協(xié)同創(chuàng)新中心等科研平臺，還擁有省級實驗教學示范中心以及研究生教育創(chuàng)新基地與校企共建研究生工作站，各項平臺為本科生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)提供了良好的教學和科研條件。

三 培養(yǎng)成效

經(jīng)過教學改革，學生工程實踐能力得到良好鍛煉，人才培養(yǎng)質(zhì)量不斷提高。具體表現(xiàn)在以下方面：①學生就業(yè)質(zhì)量明顯提升。學生一次就業(yè)率95%以上，一大批同學就職于東風、比亞迪、華星光電、?？低暫透窳Φ却笮推髽I(yè)。②學生工程實踐能力受到用人單位高度評價。在對本專業(yè)畢業(yè)生就業(yè)單位的調(diào)查中，91.7%的用人單位認為，本專業(yè)畢業(yè)生綜合素質(zhì)達到社會和企業(yè)要求，能夠較好勝任崗位工作；95.8%的用人單位認為，本專業(yè)畢業(yè)生與其他同類學校相比具備較強的競爭優(yōu)勢；用人單位還高度評價了本專業(yè)畢業(yè)生解決復雜工程問題的能力，以及社會和企業(yè)對于人才要求的吻合度。從用人單位調(diào)查反饋看，彰顯了教學改革對人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高起到了重要作用，以畢業(yè)生的擔當作為擴大了專業(yè)的社會聲譽。2021 年，材控專業(yè)學生有27 人次獲得見習鑄造工程師證。③學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成績顯著。2018—2022 年，100 余人次在各類學科競賽中獲獎，發(fā)表學術論文30 余篇，授權專利5 項，獲批大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目9 項；涌現(xiàn)出了“中國大學生自強之星”等典型；2021 年，專業(yè)考研錄取率為47.7%。

教學改革也有力促進了專業(yè)發(fā)展與建設。2018 年專業(yè)通過國際工程教育認證（6 年有效），2019 年獲批湖北省一流專業(yè)建設點，2020 年通過工程教育專業(yè)認證中期審核，2021 年獲批國家級一流專業(yè)建設點。

2018—2022 年，專業(yè)聘請企業(yè)兼職教師7 名，專職教師中出國進修、國內(nèi)訪學、參與博士服務服務團等16人次，具有企業(yè)經(jīng)歷或相關工程實踐經(jīng)驗的教師占86.7%。依托該項教學改革，2018—2022 年專業(yè)共獲得省級教研項目2 項，校級教研項目7 項，教研論文15篇，主編教材和專著4 本；與企業(yè)結合更加緊密，在點焊電極表面電火花熔覆復相涂層、熱作模具表面低溫滲硼、鑄造用無機涂料等領域獲得了省部級獎勵4 項。2020 年，材料成型及控制工程系獲批湖北省優(yōu)秀基層教學組織。

四 結束語

材控專業(yè)作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，在新工科背景下學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力需要進一步加強，專業(yè)也亟需改造升級，但目前教學過程中存在著工程人才培養(yǎng)理念落后、重理論輕實踐、學生創(chuàng)新能力不強和實踐平臺建設與師資隊伍建設有待加強等問題。本文從人才培養(yǎng)方案重構，突出“數(shù)字化成形”學科交叉特色；校企合作，工程實踐能力梯次培養(yǎng)；建立多維開放式創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系，強化創(chuàng)新能力培養(yǎng)；構建實踐平臺與師資隊伍，夯實工程實踐能力培養(yǎng)基礎等方面對新工科背景下材控專業(yè)高素質(zhì)應用型人才工程實踐能力培養(yǎng)的模式進行了分析與探討，對傳統(tǒng)專業(yè)的新工科改造具有一定的借鑒意義。