“三层递进”、“三线融合”新工科人才培养体系的构建与实践

黄剑锋 陈晓暾 曹丽云 费 杰 欧阳海波 李嘉胤

（陕西科技大学，西安 710021）

随着新一轮科技革命风暴的席卷和产业变革的加速推进，国家提出并催动创新驱动发展战略、“中国制造2025”战略、“一带一路”战略的落地实施，我国高等工程教育改革发展已经站到了新的历史起点，自改革开放后我国硅酸盐（陶瓷、玻璃）行业快速朝节能减排和功能化方向转型和创新发展。因此，我国高校需要加快新工科的建设和发展，工科优势院校应在工程科技创新和产业创新上充分发挥创新人才主体作用，然而，包括我国第一批招生传统陶瓷、玻璃专业的原轻工业部唯一全国重点大学（陕西科技大学）在内的高校一直沿用的人才培养体系从模式、教学内容、实践和创新能力培养及其运行机制均不满足行业发展需求，教学培养型人才不适应社会发展的需要。

党的十九大报告中明确指出“坚定实施科教兴国战略、人才强国战略”“培养造就一大批具有国际水平的战略科技人才、科技领军人才、青年科技人才和高水平创新团队”。在新时代背景下，新技术、新产业、新业态和新模式的动态发展对一流工程人才培养提出了新的要求[1]，必须系统推进“新工科”人才培养改革，锐意创新，凝聚起创新人才“强磁场”。基于此，本研究从硅酸盐行业出发，构建了新工科背景下无机非金属材料工程创新人才的培养体系以改革现有模式和创新机制以及保障资源的有效性。

一、新工科人才培养的现状

1.新工科人才的特征

新工科人才不仅能够适应当下纷繁复杂、变化多端的数字化、信息化时代，更能以前瞻性的见解与思考预测未来科技与产业革命，引领科技创新时代的潮流。结合实际，新工科人才所具备的特征及各项特征的具体解释说明可概括为表1 所示内容。

2.智能时代对新工科人才培养的要求

人类文明的发展历程随着社会经济的发展进步在不断推进，智能时代的到来对新工科人才提出了更高的要求，新工科人才的培养逐渐成为独立的领域，由过去的培养专才到现在的培养通才，即不仅拥有扎实的基础知识，具备通常的技术能力，还要掌握管理知识，具备人文素养。李正良等人在《新工科专业建设：内涵、路径与培养模式》一文中对美国“混合型工作”对人才的需求做了分析，得出结论：智能时代对人才要求的显著特点是：学有专攻，多专多能[2]。本文作者通过对相关文献的查阅，以及以陕西科技大学为例所做的调查研究得出的结论是：工科人才的培养方案设计，在适应智能时代要求的前提下，还要体现新工科的学科或者领域特色，将人文素养与管理能力的培养贯穿于整个新工科人才培养的全过程。

3.新工科人才培养与创新驱动发展战略相适应

（1）人才培养与行业要求紧密结合

人才培养不能脱离行业的实际需要，将行业要求渗透到人才培养体系中去，是现代新工科人才培养的一大特征，注重学生的创新思维、批判思维、数字化思维等的培养，培养学生系统思考问题的能力，能够将专业知识能力应用在创新实践中。

表1 新工科人才特征

（2）教育教学内容和课程体系的更新有序推进

一方面，注重科教结合，创新离不开大量的信息收集和分析，教师的科研成果转化为教学内容，引导和鼓励学生参与科学研究，培养学生的创新思考与实践能力，例如高校创新创业课程基础知识在社会实践中的具体应用。另一方面，科创类竞赛是对学生创新实践能力培养的又一平台，学生的创新创业能力在项目实施过程中得到了较大的锻炼和提升。

（3）强调跨学科学习和融合

学科间的交叉融合有助于复杂问题的转化和解决，在夯实专业基础知识的前提下，跨学科教学和学习有助于培养学生的跨学科知识、信息的整合能力，以陕西科技大学为例，理工科的教学中包含着人文思想、管理思想，技术与创新思想相结合，让教学生动化，学生学习的自主性也会增强。

4.新工科人才培养模式分析

（1）通识教育

通识教育学科作为高等教育的基础课程，主要可以分为人文学科、社会学科和自然学科三类，其各部分具体要求的能力如表2 所示。通过通识教育课程，让学生了解和掌握基础知识理论，具备超强的思考能力，以更好地适应学科间的交叉学习。

（2）跨学科培养

针对不同的学科内容以及人才培养目的，需对不同层次水平、不同需求的学生采取精准化的人才培养方案，其具体培养途径和方法如表3 所示。

5.传统培养体系与创新人才培养体系的比较分析

无机非金属材料工程专业属于传统工科教育，发展历史较长。自开设以来，受前苏联模式弊端和原有计划经济体制影响较大，因此传统工科教育在发展中形成了紧密围绕相关专业展开的“紧箍咒”式的传统人才培养体系，尽管在过去计划经济体制下曾为中国培养了大量栋梁之才，为中国社会主义建设做出了伟大贡献，但随着科技的迅猛发展和经济新常态的到来，传统工科人才培养模式发展遇到瓶颈，弊端和与相关矛盾日益凸显[3]，因此应转变人才培养模式，构建创新人才培养体系，二者间的差异主要表现在以下6 个方面，具体如图1 所示。

（1）培养理念差异

传统培养体系主要是适应中国传统应试教育体系和计划经济体制的需要，因此主要以传授理论知识和专业技能为主，讲授的理论知识内容较为详细，覆盖面较为窄，过分强调理论知识，思维过于僵化，校内课程教学内容雷同性较强，体系千篇一律，以填鸭式的培养方式为主，十分淡化实践教学，对于能力和创新的重视度不足；创新人才培养体系则更符合当下社会主义市场经济的发展，注重知识、能力和素质的整合协调发展，突出设计性和综合性的重要性，实践教学，充分发挥学生的创新能力，以适应工科技术的发展需要[4]。

表2 通识教育学科与能力培养

（2）培养模式差异

传统培养体系主要以导师制为主，奉行专才教育模式，只是机械地根据所学理论知识干事情，存在导师如何教学生就如何应用的狭隘现象，过分强调专业知识，专业技能知识可能与理论基础相脱节或违背，以封闭式的培养模式为主；现代创新人才培养体系则从培养和提升学生综合素质角度出发，构建通识、实践与创新、学科专业三个模块，密切结合行业动态发展，将学生培养为适应行业发展和社会发展需要的具备现代综合教育素质的人才[5]。

（3）教学内容及资源差异

高校是人才的发源地，因此人才的培养和教学资源的选择对社会进步发展有至关重要的作用，这决定了高校应以前瞻性的眼光编写教学内容和获取教学资源。无机非金属材料工程专业属于工科学科，传统的工科与计算机、管理类相比发展较为缓慢，教学体系和课程内容老化陈旧，严重落后于行业发展实际，无法有效为行业提供理论意义层面的指导；创新人才培养体系则密切关注行业发展动态，打破成规，重构教学体系，翻转课堂，同时结合社会发展需要即时更新内容和重编教材，以求为社会和行业培育出优秀人才[6]。

（4）运行机制差异

图1 无机非金属材料工程专业创新人才培养体系应用效果图

传统人才培养体系只关注理论知识和专业技能的灌输，运行机制也只停留在理论层面，忽视了创新和实践能力的养成，运行机制极为僵化；创新人才培养体系实行“三层递进”和“三线融合”机制，从“流动层”转向“吸附层”最后转向“核心层”，循序渐进的培养学生的创新能力，从平台融合到人员融合再到项目融合，将实验室、高校教师、工程实践和创新项目训练相结合，树立合作双赢的观念，提高青年教师的实践能力，扩展人才培养资源[7]。

（5）工程实践和创新训练项目与平台差异

传统人才培养体系的工程实践和创新训练项目较少，对于实践创新项目的关注度不够，以往开展的实践训练项目主要在校内进行，覆盖程度较低；创新人才培养体系则充分发挥校地联动机制的优越性，校企联合培养优秀人才，且以企业的实践能力为主，多层面全覆盖地展开工程实践和创新项目训练[8]。在创新训练平台的选择上，传统的仍以学校实验室为主，实验室的设备也落后于快速发展的行业信息；创新人才培养体系则利用校企“三线融合”搭建协作平台[9]，同时充分利用行业先进生产和研发设备，培育出符合科技发展和行业发展需要的现代人才。

（6）教师队伍差异

传统培养体系下的教师更擅长的是理论知识的传授，教师过长时间呆在学校的象牙塔里，久而久之容易与行业发展相脱节，整体的工程实践能力较差；创新人才培养框架下高等院校和企业开展协作，高校也通过刚性和柔性双管齐下的方式积极引进企业先进人才，充分发挥骨干的先锋模范作用，同时遣派青年教师赴企业培训，大大提高了教师的工程实践能力，壮大了工程实践师资队伍力量，也推动了后期教学实践的顺利开展[10]。

6.现有人才培养体系存在的问题

（1）传统的人才培养模式不满足行业对毕业生工程实践和创新能力的新需求

高校传统封闭僵化的教学模式重知识、轻能力、重理论、轻创新的教学实践已不满足企业对学生工程实践和创新能力的需求。无机非金属材料工程专业属于工科学科发展范畴，我国工科人才的培养大多沿用改革开放前的模式，以适应计划经济体制为主，改革开放后我国经济取得了较大发展，但在工科方面仍未做出适应性调整，延续了以往传统的人才培养模式，学生工程实践能力普遍偏弱，对工科的学习也只停留在理论层面，长期以来忽略了学生实践能力的培养；也缺乏针对如何提高创新能力的课程体系和实践环节，教学课程内容和资源体系较为僵化落后，现有培养模式亟待改革[11]。

（2）传统的理论和实践教学内容陈旧，落后于行业发展实际

改革开放以来，硅酸盐行业得到快速创新发展，在快速发展历程中其行业内涵也得以迅速扩展，新型无机非金属材料种类呈现出多元化趋势，新工业化产品不断涌现，新的工艺产品逐渐被开发出来，高校传统陈旧的教学内容、教材、实践教学项目千篇一律，几十年来形成了固有僵化的模式，已远远落后于行业发展，与行业动态相脱节，缺乏前沿性的理论学科知识，缺乏设计性和综合性的实践教学内容，无法适应现代社会发展需要。

（3）传统的实践教学体系中，创新能力培养缺乏有效机制，也不符合大学生成长发展规律

传统的教学体系没有刻意关注和培养大学生创新能力，缺乏相应的制度和体制推动和保障其创新能力培养，仍以灌输式的实践教学方式为主[12]。究其原因主要是两方面，一方面当前大学内部尚未形成良好的创新文化氛围，大多数大学生参与创新的活力不足，对实践项目兴趣缺缺。另一方面，教师参与率低，其具备的科研优势未能得到充分开发和利用，没有有效地指导和促进学生创新教育，使得创新意识、精神和能力的培养缺乏系统性和综合性，与大学生的成长发展规律不符，也在一定程度上脱离了行业和社会发展实际。

（4）教师队伍工程能力弱，校工程实践和创新教育平台等资源不适应创新型人才培养需求

教师队伍学历高但工程实践能力弱成为当下人才培养模式存在的普遍问题，青年教师是高校师资力量的活力源泉，但大多高等院校的青年教师都是从其他高校或国外院校斥资引进，引进人才的成本较高，但是大多人才学历很高，但只擅长于理论领域，对实践的关注度不够。此外，大多院校仍以封闭式办学为主，与企业的联系较为松散，未充分发挥校企联动机制的作用以建立起协同育人机制，尚未有效开发和利用行业先进生产资源，再加上西部地理位置不佳，国家和地方政府扶持地方院校发展的资金不足等，仅凭校内所拥有的工科实验室、创新创业基地等平台无法满足学生工程实践和创新能力培养的需求。

二、新工科创新人才培养体系的构建

针对现有无机非金属材料工程专业创新人才培养模式和教学模式存在的问题，本研究试图从校内反馈和企业反馈两个层面出发，构建“三层递进”创新能力循序渐进培养机制和“三线融合”校企协同育人机制，发挥校企联动机制作用，以理论教学指导工程实践，加强创新训练提高创新水平，通过开展通识教育、实践与创新教育、学科专业教育等方式，同时密切结合相关行业的动态发展，最终培育出工程实践能力强的创新型人才，培养体系的总体思路如图2 所示。

具体从以下四个方面实施。

1.构建“立足行业，强化创新，校企联合培养具有工程实践能力的创新型人才”的培养模式

随着传统硅酸盐行业转型升级和硅酸盐材料内涵迅速扩展，人才培养模式也应紧密结合行业发展进行动态调整和修订。具体来看，应践行“立足传统硅酸盐行业，面向新型无机非金属材料行业全方位辐射的人才培养体系”的教学理念，同时与龙头企业加强协作，共同研制人才培养方案和学生评价办法，增加工程实践和创新训练学分比例并以项目制方式实施，完善知识结构，最终形成“理论教学奠基础——工程实践强专业——创新训练提能力”的教学体系进而强化工程实践和创新能力的培养。

图2 培养体系总体思路示意图

2.密切结合行业发展，改革课程体系，更新教材内容

高校是人才培育的摇篮和圣地，人才质量对社会各行各业的发展起关键作用，因此高校开设的课程应根据社会和行业的动态发展及时调整和适应，结合行业新工艺、产品等进展进行课程体系改革，构建“通识”“创新和实践”“学科专业”三模块，更新教学内容。主要包括：以学科专业最基本的知识构架和行业趋势为基础，重构专业课程体系，降低必修课比例；新建创新基础等通识课和行业动态等选修课，从理论层面上为高等院校学生了解行业发展动态和培养创新思维提供支撑。

3.构建“流动层-吸附层-核心层”循序渐进培养实践和创新能力机制，力求符合学生成长规律

高校不仅应该开设和完善相关课程，更要加强在校大学生实践和创新能力的培养。具体来看，首先，依托校企联合科研团队设置工程实践和创新训练项目（60 个/年），通过“专业导航”“团队开放月”“未央论坛”“材料创新成果展”等教学活动营造创新氛围；其次，以“互联网+”“挑战杯”等竞赛项目驱动为载体，调动学生积极参与，每个项目组由1-2 名大三、大四学生作为“核心层”（60 人/年）负责领导和核心工作，3-5 名大二、大三学生为“吸附层”（120 人/年）参与研究，吸引6-8 名大一新生为“流动层”（320 人/年）来培养兴趣。通过建立项目管理的“培、助、评”体制和制定创新班主任、导师制等制度，保障学生从“流动层”向“吸附层”和“核心层”的递进推进，最终形成“三层递进”机制，具体如图3 所示：“流动层”以专业认知和创新文化熏陶为重点，激发创新意识；“吸附层”以项目体验为重点，培养创新精神；“核心层”以科技竞赛和项目实践成果产出为重点，提升创新能力。每年可涵盖500 名在校学生参与项目，四年周期可实现本专业创新训练和创新能力培养的全覆盖和广泛参与。不同“层”中的学生担任不同角色并交叉渗透实现良性循环，遵循由初级到高级、单一到综合的原则，通过项目协作实现“认知与基础——体验与综合——研究与创新”的循序渐进培养，力求符合学生成长规律，培养并提升学生的创新意识、精神和能力。

图3 “三层递进”机制示意图

4.实践“三线融合”校企协同育人机制，充分利用行业资源

除构建“三层递进”机制循序渐进培养大学生实践和创新能力外，还应充分利用行业资源，主动适应行业需求，实践“三线融合”校企协同育人机制，即通过校企教师与工程师融合、实践和创新项目与生产工艺融合、实验室与企业技术中心及生产车间融合等“三线融合”来实现校企协同育人。整体应树立“共同培养、企业用人”的双赢理念，通过校企科研合作共建产学研平台[13]。依托产学研平台培训青年教师工程实践能力和引进企业骨干参与教学，学生利用该平台进行工程实践和创新项目训练，优秀的项目可以得到校企联合资助，创新、实践成果也会被企业采用。这在有效解决人才培养资源不足和教师工程实践能力弱问题的同时，还进一步增强了学生的创新、实践能力，具体如图4 所示。

“三线融合”校企协同育人机制在具体实践层面也取得了一定的成果。在校企教师与工程师融合方面，通过制定并执行青年教师定期赴企业实践制度，以培训青年教师；制定引进办法和兼职人员授课制度，先后以刚性和柔性手段引进企业骨干从事教学工作，强化了教师队伍工程实践能力。在实验室与企业技术中心及生产车间融合层面，具体结合企业生产工艺需求，校企共同创设、承担并资助产学研项目（60 个/年）作为实践和创新项目培养学生。根据考核情况，企业通过“订单式”预约吸引毕业生加盟。多家企业与学校共设创新奖学金和奖教金对师生予以激励。在实践和创新项目与生产工艺融合方面，可与龙头企业或集团共建校外实习、创新、就业和工程技术合作基地，校企共同确定学生实践岗位与创新项目。“三线融合”之间并不是孤立的，而是互为统一的整体，平台融合支撑人员融合的实现，人员融合进一步支持项目融合，实现从平台融合到人员融合再到项目融合的过渡，有效解决青年教师工程实践能力弱和人才培养资源不足的问题，最终实现合作双赢的战略目标[14]。

三、新工科创新人才培养体系的推广应用

1.主要成效

（1）一批优质教学资源现已建设完毕，人才培养质量得到保障

无机非金属材料工程专业已建成国家级特色专业、卓越工程师培养试点专业、省级专业综合改革试点和培养模式创新实验区、省级实验教学示范中心，并通过了国际工程师专业认证。还建成省级精品课程5 门，国家级大学生实践就业基地1个（省级3 个），省级教学团队2 个，校企联合实践、创新基地50 个，出版教材专著32 部。汇聚省部级以上人才21 人和较强工程实践能力教师86人，有效保障了人才培养质量。

图4 “三线融合”机制示意图

（2）人才培养质量显著提升

无机非金属材料工程专业创新人才培养体系实施后，具体实践成果为我国陶瓷、玻璃行业培养了8100 名专业人才，成为我国陶瓷、玻璃行业高级人才培养的摇篮。据社会和相关企业反映，陕西科技大学无机非金属材料工程专业毕业生作风朴实，专业扎实，工程实践和创新能力强，一次就业率持续保持98%以上。

据不完全统计，陕西科技大学无机非金属材料工程专业学生在国内陶瓷玻璃行业中的高级技术人才比例达36%，佛山陶瓷产区达42%，用人单位满意度达到97%。国内玻璃行业60%以上的高级技术人员毕业于陕西科技大学，在“中国中轻国际工程有限公司”从事玻璃方面的设计人员80%毕业于本校——陕西科技大学，同时陕西科技大学还参与制定了中国陶瓷和玻璃工程师行业标准。其中典型毕业生“佛山大城工匠”刘一军等作为核心成员在蒙娜丽莎集团公司研发了大规格陶瓷薄板，荣获2016 年度中国专利产品金奖。

（3）学生创新和实践能力显著提高

近10年无机非金属材料工程专业学生获授权专利300件，共计发表126篇论文，获“互联网+”、“挑战杯”等国家级奖励15项，省部级56项，跃居陕西省属高校大学生学科竞赛第一，支撑了陕西科技大学在学科竞赛中获得全国第132名的好成绩（2013-2017）。典型代表李瑞梓获第十五届“挑战杯”“累进创新专项奖”国家银奖（陕西省属高校首次）；李文斌团队获团中央大学生“小平科技创新团队”（2017年全国仅50个）。多家企业高度赞扬无机非金属材料工程专业毕业生的实践能力。

（4）提高了陕西科技大学研究生生源质量

在无机非金属材料工程专业创新人才培养体系实施后，考取到陕西科技大学研究生的学生表现出较强的竞争力，在校相关专业的研究生在研究生期间发表的SCI 论文（1.8 篇）、授权专利（2.5件）明显高于其他学生（0.3 篇及0.5 件）。陕西科技大学材料学科硕士生生源质量大幅提高，标志性成果总数从实施前的陕西省属高校第十名跃升至第一名，支撑陕西科技大学连续5 年跻身中国高校发明专利前50 名（材料研究生贡献37%），为材料学科ESI 指标进入全球前1%做出了突出贡献。

2.推广应用

（1）媒体广泛报道，社会反响良好

《光明日报》《陕西日报》《中国环境报》《陕西科技报》、陕西省电视台、陕西省教育厅官方网站、中国高校之窗、陕西传媒网等主流媒体多次报道无机非金属材料工程专业创新人才培养体系最终成果的理念、做法和经验，其中《光明日报》以“陕西科技大学：创新人才培养机制 提高学生创新能力”为题对本研究成果进行了专题详细报道，社会反响良好，也为业界提供了经验参考。

（2）成果理念形成有效辐射

本研究成果理论与实践深入剖析当代大学生如何有效提升科研水平和能力。本研究提出的人才培养模式和创新机制得到了江苏大学、景德镇陶瓷大学、长沙学院、运城学院、唐山学院、西安建筑科技大学、陕西理工大学、渭南师范学院、宝鸡文理学院等兄弟院校的高度评价和借鉴应用。

四、结语

本研究基于中国教育发展方式和教育服务方式的转变，研究了现有的传统工科人才培养体系在培养理念、培养模式、运行机制、教学内容与资源、工程实践创新项目等方面的局限性，并基于十九大和新工科背景下，以无机非金属材料工程专业为研究对象，搭建新时代无机非金属材料工程专业创新人才培养体系的顶层设计和基本框架。主要包括三大部分内容，首先是构建“立足行业，强化创新，校企联合培养具有工程实践能力的创新型人才”的培养模式；其次是构建从“流动层”向“吸附层”和“核心层”逐渐过渡的“三层递进”大学生创新能力循序渐进培养机制；再次是构建校企教师与工程师融合、实践和创新项目与生产工艺融合、实验室与企业技术中心及生产车间融合的“三线融合”协同育人机制，“三层递进”和“三线融合”通过校内反馈和企业反馈共同发力，充分发挥校企联动机制的强大作用；除此之外还应密切结合行业发展，改革课程体系，更新教材内容，加强师资队伍建设，强化实践和创新教育环节，最终培育出新工科背景下的创新人才。

本研究构建的无机非金属材料工程专业创新人才培养体系在实践中也取得了不凡的成果，在校内实践应用层面，推动了一大批优质教学资源的建设，大大提升了人才培养质量，同时强化了学生的实践和创新能力，最终提升了学校的优秀生源数量和质量；在校外推广应用层面，人才培养体系的最终成果得到了媒体的广泛推广和业界的一致认可，相关成果理念也形成了辐射带动作用，模式改革和机制创新也为其他高校提供了借鉴意义。