“新工科”背景下以国际引领、产教融合、能力递增为特色的工程素质与创新能力培养模式探索

路冬　魏艳　柯文德　吴勇波　融亦鸣

摘  要：工程素质和创新能力培养是工程教育的重要使命。在“新工科”教育改革背景下突显出传统工程教育与国际认证偏离、产教融合长效性不足、能力培养缺乏梯度等共性问题。南方科技大学机械与能源工程系在教学实践过程中面对挑战做出一系列改革措施。构建面向国际化的教学体系、创建校企联合工程实践基地、搭建能力递增型工程实践平台，打造“开放、融合、能力递增”的工程教育模式，为实现工程素质与创新能力的全面提升提供支持。

关键词：工程素质;创新能力;国际引领;产教融合;新工科

中图分类号：G640       文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2021）10-0017-04

Abstract： The cultivation of engineering expertise and innovation ability is an important mission of engineering education. In the context of the "New Engineering" education reform， the general problems， such as the deviation of traditional engineering education from ABET， the lack of long-term integration of production and education， and the lack of gradient in ability cultivation are highlighted. Facing the challenges， Department of Mechanical and Energy Engineering of Southern University of Science and Technology has made a series of reform measures during the teaching practice， constructing an internationalized teaching system， creating a school-enterprise joint engineering practice base， and building a gradient engineering practice platform. The Department also creates an engineering education model of "openness， integration， and increasing ability"， and provides the support for the overall improvement of engineering expertise and innovation capability.

Keywords： engineering expertise; innovation ability; international leadership; production-education integration; New Engineering

引言

“新工科”建设是教育部门为主动应对新一轮科技

革命与产业变革而采取的深化教育改革行动。2016年，“新工科”这一全新的概念进入公众视野，作为教育改革的新生途径，“新工科”在短短不到一年的时间里，率先进入高等教育领域，并被教育部组织众多高校进行多次研讨。2017年2月18日，教育部在上海复旦大学召开综合性高校工程教育发展战略研讨会，提出“新工科”建设的“复旦共识”[1];2017年4月8日，教育组在天津大学召开工科优势高校新工科建设研讨会，提出新工科建设的“天大行动”[2];2017年6月9日，教育部在北京组织召开新工科研究与实践专家组暨第一次工作会议，会议形成新工科建设“北京指南”[3]。“新工科”建设三部曲的形成，寓意着工科教育模式开始由“科学范式”向“工程范式”转变，工程素质和创新能力培养作为工程教育的重要使命，使其在工程教育中的重要地位越来越凸显出来。

一、“新工科”建设立足于高等院校面临的问题

随著时代的进步，国家对高等工程教育也越发重视，从举措上看“创新创意改革”“2011计划”[4]等计划的实施加强了我国高等工程教育的建设，从成果上看我国高等工程教育逐渐从技术型到科学型再向实践型转变。但看到成绩的同时，也应当看到我国高等工程教育存在的短板问题：

一是教育理念问题。一个国家中高等教育的发展寓意着这个国家综合力的发展水平和潜能，参照国外许多发达国家，如美国、英国等国家为了培养能够在国际竞争中脱颖而出的优秀人才，非常注重在本科生教育中贯彻国际化的教育思想。这方面我国的高校与发达国家相比尚有很大的差距，国内高校普遍缺乏与世界著名大学、研究机构及跨国企业的交流与合作，或者是高校学生出国交换学习名额有限，绝大多数高校学生存在“走不出”的问题。

二是培养目标问题。我国传统的工程教育由于培养目标的偏差，加上受制于实验室、实习场所等物质资源的限制，使得目前我国接受高等工程教育的学生缺乏解决实际工程问题的能力，缺乏参与现代工程的领导、决策、协调、控制和管理的潜能。为了提升学生解决实际工程问题的能力，国内部分高校与企业联合，已初步形成产学研一体化的格局，但仍处于自发结合的阶段，企业对高校培养创新人才的要求比较高，但却很少参与到高校创新人才培养的过程中。高校缺乏足够的工程实践条件，内部管理运行方式与企业难以协调。

三是人才结构问题。国际级高等工程教育人才和突出人才较少，高端领域工科型人才匮乏，基础型工科人才转型升级能力不够，加之高校型工科人才培养主要偏向于传统工科教育的培养，导致高校传统工科人才输出过剩，而新型工科人才短缺的对立局面，从而呈现工科型企业“用人荒”和大量应届毕业生“就业难”的尴尬境地。

四是知识体系问题。包容开放式中国的提出，使得各种新型学科、边缘学科、冷门学科、交叉学科纷纷涌现，在多重选择的转化下，学生汲取知识成果的周期量化缩短。从内容上看，高等工程教育课程继续老旧化的课程内容，跟不上当今时代的发展;从体制上看，高等工程教育学科的课程设计固化，难以满足日益变化的市场需求;从结构上看，高等工程教育学科在既有的知识体系里呈纵深发展，專业知识划分过细。

以上问题制约了高等工程教育的发展，解决这些问题迫在眉睫。因此，积极推进高等工程教育改革，培养与造就一批具有国际视野、具有良好的工程素质、能创造性解决工程实际问题的人才是我国高等工程教育义不容辞的责任和使命。

二、南方科技大学高校工程教育的“新工科”建设思路

为适应新时代、新科技、新产业的发展，“新工科”建设不能仅仅满足于传统专业的发展，而必须要创造新型专业，但新型专业的创造并非是旧酒换新瓶式的囫囵，而应该是以旧瓶装新酒，也就是现有高校工程教育专业的改造和升级。南方科技大学秉承“创知、创新、创业”的办学理念，立足于本校实际，改革创新高校人才培养模式，对本校工程专业人才的输出把质把关，以填补新时代下新产业、新经济的人才缺口。

1. 秉承先进创新型教育理念。理念是施教的先决条件，在传统工科专业开展“新工科”建设是一场前所未有的革新运动，必须秉承与时俱进的教育理念。CDIO是从产品构思（Conceive）到产品设计（Design）、产品实现（Implement）、产品运行（Operate）的生命周期为架构，从而建立一体化的新课程体系。南方科技大学引用CDIO结合OBE（成果导向教育）先进工程教育理念，着重强调学生未来就业方向，通过课程与课程之间的衔接及课程内容的设计全方位训练学生的工程素质与创新能力，从而优化出适合学生发展的课程体系和教学方法，以保证学生能够达到培养方案的预期目标。

2. 转变创新教学方式方法。随着信息时代的发展，互联网信息、虚拟现实等技术的进步，大量共享式教育资源撒网式出现在互联网上，为工科教育教学方法的创新提供了方向。基于此，南方科技大学首先综合案例教学、实践教学、知识教学等多种教学模式，采取线上+线下耦合、虚实结合等教学方法，设立无边界课堂，发挥学生学习主动性、培养学生的自主学习能力。

3. 开展多方位立体式教学。“新工科”建设是工程专业多学科交融的新型教学导向，课程涉及范围广，融合工程、数学、自然科学等多门学科。因而，多门学科的全方位式教学是保证工程专业高质量人才输出的关键。南方科技大学注重多学科共同发展的优势，形成多学科交叉人才培养模式。同时，南方科技大学还借助国外先进教学资源和强大的师资队伍，开展国际合作办学，学生通过交换学习、短期交流、学期交流等方式，了解国际形势下工程科学建设的发展水平和新兴产业发展态势。

此外，为促进校企联合发展，实现南方科技大学产学研一体化学习模式，南方科技大学与行业企业开展创新型工程技术人才协同培养，通过校企联合，制定工程专业人才培养目标，共同参与高等工科教育课程建设，联合构建实训基地，让学生真实参与到工程实践中来，以实现校企共商共建，“生-校-企”三者共赢模式。

4. 开展工科课程、教材改革。“新工科”建设旨在传统工科的基础上创新，包括课程创新、教材创新等。南方科技大学借鉴国内外高校的成功案例，更新课程教材、创新课程内容，完善课程体系。如为了全方位、系统培养学生的工程素质与创新能力，对标麻省理工学院广泛受学生欢迎的课程“Toy Product Design”， 以产品“设计-表达-实现”为主线，面向工程类学生开设“工程学引论”课程。在该门课中每组同学需完成产品的“需求分析-产品设计-工程表达-工程实现及评价”的全过程。在整个过程中以学生为中心，充分发挥学生主动性，让学生通过自身参与产品开发的全过程， 锻炼学生寻找问题、定义问题、分析问题、解决问题及评价问题的能力，进而构建系统的工程素质训练体系。类似的课程改革在逐步推广中。

5. 继续加强高校师资队伍建设。教师是教育的实践者，人才的培养者，是教育的关键。开展“新工科”建设，对教师的专业性提出了更高的要求。为此，一方面，南方科技大学坚持“引进来”战略。通过聘请专职教师，尤其是具有丰富生产实践经验，研发管理能力强的企业人员。另一方面，南方科技大学坚持“走出去”战略。通过与其他高校教师、科研机构人员之间进行学术交流，参与社会锻炼等方式加强已有的教师队伍教育教学能力。除此之外，在理论上对教师也有更高的要求。例如要求教师关注国内外先进的工程教育理念，不断拓宽知识面，积极关注新产业、新经济、新方向、新学科等。要求教师具备多学科知识综合运用并能够解决实际问题的能力，具备科研创新、设计研发能力，具备有效利用现代信息网络技术开展有效教学活动的能力等。

三、南方科技大学高校工科专业“新工科”建设成果

南方科技大学机械与能源工程系，在“新工科”教育背景下，基于以往工程教育改革的成果[5]，从教学体系构建、校企联合工程实践基地创建、能力递增型工程实践平台搭建等方面推进了一系列的改革，并取得了初步的成效。

（一）本科生教学体系中体现并贯彻国际化教育理念

为了培养能在国际竞争中脱颖而出的优秀人才，设计与国际一流大学接轨的课程体系，积极采用双语/全英文授课方式。同时选用的教材大部分为国际知名高校同类课程的英文原版教材，保证了授课内容的高起点及前瞻性。90%以上教师有国际一流大学工作与学习经历，并且学校拥有国际一流的英文培训体系，国际交流与合作部面向全校学生开放，提供全方位的英文服务。并且在课程学习过程中留学生与国内学生同班学习，给学生创造良好的英文交流环境。

开展多元化的国际交流方式，交流方式如图1所示，并且实现了国际交流全员覆盖，每位学生四年在校期间至少有一次到国外交流的机会，交流的方式可以是图1中任一种，并且学校给予强有力的资助。同学可以选择加入国外知名高校知名教授的研究团队，开展深度的科研实践，同时也可以加入国际知名企业或跨国公司，与公司骨干一起直接参与公司项目的研发。旨在学生学习期间就培养一种服务于全球的观念和技能，使他们刚参加工作就能胜任国际化的任务[6]。

专业课程讲授过程中邀请国外知名高校的知名教授与国内教授同台授课，并且讲授结束后有深入的课后讨论及反馈，给学生以国际化前沿技术的引领。如《机器人基础》课程邀请机器人领域国际知名教授、新加坡工程院院士陈义明教授讲授，受到广大同学的一致好评。《传感技术与原理》课程，邀请麻省理工学院的方绚莱教授讲授，给同学带来了前所未有的视听盛宴，这种授课模式還在进一步推广中。

（二）与国内外知名企业建立联合实验室，开展校企深度协同与融合

与粤港澳大湾区高科技企业强强联合创建工程实践基地。主要从以下几个方面不断完善工程实践基地建设：

1. 建立完善的基地管理制度

明确部门分工、加强有效领导，形成不同部门各负其责、协调管理的工作机制; 制定完善的规章制度，包括实践质量管理、实践运行管理、实践安全管理等规章制度，加强实践教学管理措施和质量监控， 通过制度规范实践活动的开展，不断提高基地的运行水平，建立学校与实践基地联合解决问题的机制。

2. 加强基地校企双方师资建设，提高实践教学指导水平

高水平实践教学队伍是实践教学基地发挥作用的关键，是提高实践教学指导水平、快速提升学生实践能力的保障。建立一支由学校和企业共同组成的指导教师队伍，并制定相应的师资队伍培养制度，采取有效的培养措施，调动指导教师的积极性，不断提高指导教师队伍的整体水平，建设一支业务素质高，实践能力强的“双师型”教师队伍。

3. 积极维护和发展学校与基地的关系

加强维护和发展与基地的关系，充分发挥基地在教学和人才培养中的作用，做好学校与基地的合作发展规划，在建立产学研联合体的基础上，加强多方位的全面合作。与基地建立稳定、友好的合作关系。每次实践结束后，学校邀请实习基地单位的领导、指导老师和相关人员召开座谈会，对校外实践教学进行回顾和总结，找出校外实践教学存在的问题并加以完善，提出建设性的意见，不断推进实践教学质量的提高。根据基地依托单位的需求，设立有关培训和改革项目，共享教学和科研成果等。聘请基地依托单位学历高又有丰富实践经验的工作一线的人员到校任兼职教师，密切学校与基地依托单位的关系。学生在企业开展暑期实践、综合设计、毕业设计等实践活动。企业导师与学术导师共同参与学生的指导。学生通过在企业的深度实践，定义工程问题、分析工程问题及解决工程问题的能力得到全面提升，毕业后能够快速胜任自己的工作岗位。

（三）搭建工程素质及创新能力递增式实践平台

搭建由专业基础实践平台，专业方向实践平台和综合创新实践平台三部分构成的能力递增式的实践平台，如图2所示。基于专业基础实践平台开展认知实践，包括机械工程专业认知实习、制造工程认知实践（金工实习）、工程表达认知实践（CAD与工程制图）等。基于专业方向实践平台开展技能实践及指导性实践，技能实践包括专业课程实验、实践课程等;指导性实践包括创新设计、先进制造实践等。基于综合创新实践平台开展自主性实践，包括综合设计、毕业设计、学科竞赛、创新创业等。基于能力递进型工程实践平台，实现学生项目的纵向贯穿。项目的纵向贯穿表现为在基础实践平台中实施的项目可以扩展到专业方向实践平台及综合创新实践平台，比如在工程表达认知实践中创建了产品的三维几何模型，可以在制造工程认知实践中通过所学的加工方法制造出该产品，然后在先进制造实践中对产品的机械强度、物理性能、表面质量等进行检测与评估，最后在综合设计环节实现对产品的改进及优化。在项目实施的过程中不强调知识的完整性，而是强调完成项目过程的完整性[7]。通过项目的纵向贯穿充分开发个体潜能，培养学生定义问题、分析问题、解决问题的能力，从而实现工程素质及创新能力递增式的培养。

四、结束语

从课程体系、教材、师资、平台等方面实现与国际一流大学接轨，并开展了多元化的国际交流方式。国际知名教授走进学生课堂，实现多位知名教授同台讲授一门课程。与高科技企业强强联合创建工程实践基地，实践项目选题来自企业实际工程问题。实行“双导师”制，企业导师、学术导师共同指导学生完成项目，形成专业、产业相互促进、共同发展，达到“生-校-企”三赢。搭建能力递增型工程实践平台，在此平台上实施纵向贯穿的实践项目，进而达到对学生的工程素质及创新能力循序渐进的提升。通过以上教学改革措施的实施，学生国际化水平大幅提升，学生创造性解决工程实际问题的能力明显增强，在各类国际级、国家级竞赛中获奖数量逐步增多，学生毕业去向乐观。

参考文献：

[1]“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究，2017（01）：10-11.

[2]“新工科”建设行动路线（“天大行动”）[J].高等工程教育研究，2017（2）：24-25.

[3]新工科建设指南（“北京指南”）[J].高等工程教育研究，2017（4）：20-21.

[4]方庄.“高等学校创新能力提升计划”部署实施[J].中国远程教育，2012（6）：90.

[5]“The Capstone Project： Integrated Experience”， Chapter 8 in Shaping Our World， Engineering Education for the 21st Century[M]. F. Looft and Y. Rong， Wiley and Sons， 2012：123-150.

[6]Gretar Tryggvason，Diran Apelian，查建中，等.21世纪的工程教育重构[J].中国大学教学，2008（12）：84-86.

[7]融亦鸣.基于项目的教育：美国伍斯特理工学院的“双塔传统”[J].中国高校科技与产业化，2008（11）：57-59.

基金项目：广东省教学改革项目“基于工程素质与创新能力培养的制造工程实践教学改革”（编号：Y01051909）;南方科技大学教改项目“以产品‘设计-表达-实现为主线的工程思维能力培养探索与实践”（编号：XJJG201922）;南方科技大学工学院在线教学创新项目“基于‘虚实结合+线上线下融合的《制造工程认知实践》课程混合式教学研究”（编号：Y01331870）

作者简介：路冬（1980-），女，汉族，山东济宁人，博士研究生，教学副教授，研究方向：数字化制造、智能制造、制造过程质量控制。

通讯作者：融亦鸣（1958-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，博士研究生，讲席教授，系主任，研究方向：精密加工技术、数字化建模仿真优化、机械制造系统。