新工科驱动下特色专业的工程应用型人才培养模式改革探究

梅潇 滕媛媛 乔榛

摘  要：“新工科”建设的提出，引起了高校对新工业革命时代人才培养工作的探索和研究。本文以“港口机械”国家级特色专业为改革试点，从新工科建设和行业新业态对工程技术人员的能力培养需求出发，探索了应用型人才的培养模式。文中借鉴欧林教育模式，重构了基于OBE的专业人才实践能力培养体系，在搭建的“四维”实践教学平台上践行“两基双导三段式”校企联合培养，建立了学科竞赛和专业课程贯通的导师跟踪机制;在专业特色课程上，以行业项目为载体，形成了满足“港口机械”产品开发需求的CDIO专业课程体系，将项目涉及的教学知识点融入课程体系中，实现理论与实践的有机结合，强化实践育人，使学生的工程实践能力与创新意识得到了显著提升。

关键词：新工科;特色专业;工程师;培养模式

中图分类号：G642    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）42-0081-03

为适应经济结构调整、产业升级加快的社会需求，解决高等教育中人才培养的层次及其知识结构“同质化”的问题，以及高校输出人才与社会需求严重脱节的现象[1]，教育部继实施卓越工程师教育培养计划试点之后，又于2019年4月启动了“六卓越一拔尖”计划2.0，全面推进 “四新”建设，即新工科、新医科、新农科、新文科建设。新工科建设要求专业更加注重行业需求导向，通过教学改革，建立产出导向的人才培养新模式，为工业界提供优秀的工程技术人才[2-3]。“坚持适应社会、行业需求为导向，以特色求发展，以学生为中心构筑新工科背景下的卓越工程师培养体系”的教育改革已刻不容缓。

上海海事大学机械设计制造及其自动化专业（港口机械方向）（简称港口机械专业）是国家级特色专业，服务于国家物流、海洋领域的装备设计制造和運营维护，“绿色智能港口与装备”是当前行业发展的机遇与挑战，行业必须顺利完成从“中国制造”向“中国智造”的转变，以保持和提升国际竞争力。满足行业发展需求的新工科人才培养成为专业所肩负的责任与使命。专业人才应具备对繁杂多样的知识点的整合能力、解决生产实际问题的实践能力和着眼于未来技术发展的前沿视角。本文以特色专业为试点，基于实践的自主学习能力和基于知识的创新能力的行业人才培养需求，探究具有“港口机械”特色的工程应用型人才培养模式，在实践教学培养体系和专业特色课程体系的改革上进行了富有成效的探索和努力。

一、借鉴欧林教育模式，构建专业实践能力培养体系

近年来，美国富兰克林·W·欧林工学院别具一格的“欧林三角”人才教育理念和卓有成效的创新实践备受关注，其以形式多样、规模庞大的合作教育模式，有机地将跨学科教学设计和基于项目的教学贯穿于人才培养的全过程。通过整体化设计、构建模块化课程、探究式学习等途径，注重学生创新设计能力和团队合作能力的培养[4-6]。

专业着力解决人才培养过程中“教与学脱节、理论与实践脱节、学校与企业脱节”现象[6]，积极实践“产、教、学、研、训”全方位校企合作人才培养模式，构建基于OBE（Outcomes-based Education，学习产出）理念的专业人才培养体系。

培养体系包括与行业共建的工程实践教育中心、工程创新实践教育基地、专业实验平台和基础实验资源在内的“四维”实践教学平台。完善了“两基双导三段式”校企联合实践教学模式[7]，即校内、校外两类实习基地，校内、校外两个指导老师，课程实习、专业综合实习及毕业见习三个实习阶段;搭建了一个包括课堂教学（PBL——Project-Based Learning，项目式学习）、实践活动（学科竞赛）和交流拓展（TRIZ创新交流活动和导师制）的三个创新模块平台，实现创新课程学习、开展科创活动和学科竞赛以及基于互联网的在线学习与讨论等功能，培养具有创新创业基本素养和开创型个性的工程应用型人才。

一方面，专业采用项目驱动的形式[8]，以专业教师的研究课题、校企联合研究与技术开发项目、大学生创新创业训练计划项目等，为学生提供多样化工程实践的机会和渠道，真正吸纳学生参与到工程实践中。

另一方面，坚持“精细教育”的产学研教育理念，联合企业制订实践培养方案，全程互动完成实践教学。聘请有丰富工程经验的工程师给学生做讲座，让工程师走上讲台，拉近理论与实践的距离;引入行业现代科技，拓宽学生专业视野。通过现场参观与实践或者直接参与真实工程项目的方式，训练学生灵活运用本专业的基础理论和知识去发现、分析和解决港口机械领域内的设计、制造、生产、运行管理等环节的实际问题，培养学生的问题意识和主动探究能力。

专业还借助学生科技活动社团，结合专业开设的创新创业类课程，有计划地组织学生参加各类大学生竞赛，激发学生的创造热情和创新潜能[9]。为了便于学生根据需求和兴趣合理地选择并参与，专业除了将竞赛按照主办方的层次进行分类外，还建立了学科竞赛和专业课程贯通的导师跟踪机制（见表1），以竞赛需求为牵引，科创项目驱动学生深度实践与创新。近几年，该专业各年级的学生积极参加不同层次的比赛，成绩斐然。

二、基于CDIO教育理念，完善专业特色课程体系

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运行（Operate），它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[10-11]。

专业在继承CDIO教育理念的基础上，以培养学生八大核心能力（信息处理能力、交流沟通能力、解决问题能力、计算机应用能力、自我学习能力、与人合作能力、数字应用能力、技术创新能力）为主线，对行业工程设计与实施需求所（系统功能要求）涉及的教学知识点进行分解，并将其融入课程体系和课程的教学项目中，形成了满足“港口机械”产品全寿命周期需求的CDIO专业课程教学体系。

理论教学中，学生以组内协作、组间协作加竞争的方式进行自主探究式学习，专业教师相互衔接，在相关课程中起指导和引导作用，促使学生完成“构思—设计—实施—改进—展示”的全过程。

第一阶段为“C”（构思）阶段，教师提出港口机械领域的用户需求，引导学生把复杂的工程项目分解为各专业课程所对应的具体子项目，并组成结构合理的项目工作小组（简称项目组），实行组长负责制;在小组成员思考分析的基础上形成总体实施方案，确定每组成员的具体职责、需完成的具体任务以及可达到的预期成果。

第二阶段为“D”（设计）阶段，各项目组通过查阅大量的参考文献和组内讨论，确定基本方案，在课程网络平台的PBL模块提交教师审核，并在课堂中进行阐述和讨论，主要包括所设计对象的基本性能、设计思路、制造工艺优化和仿真验证等。在自己已有的知识基础上进行审核和评估，选择最佳的设计方案。此阶段需要教师提供专业的专项指导，并要求学生掌握并运用项目设计、制造、安全等方面的国内外规范，满足资源供给和环境的可持续发展，形成项目设计技术报告。

第三阶段为“I”（实施）阶段，学生利用计算机技术将设计方案细化，形成较为完整的实施方案和施工图纸，如有可能可搭建实物模型。第四阶段为项目分析修改和展示阶段，学生全面展示设计成果，可制作三维动画或PPT进行演示和讲解。在成果演示过程中，教师可引导各组学生找出原有设计思路中的缺陷和不足，学生将设计更新或改进，并体现在课程的总结报告中，即进一步强调“O”过程。最终在毕业设计环节体现实践教学成果，提交企业导师进行考评。

为了保证CDIO项目教学模式的顺利进行，专业注重理论教学与实践教学的有机融合。在学生接触专业课之前，教师在认知实习环节带领学生参观加工现场，拓宽学生视野，增加感性认识。在专业课学习过程中，通过深入工程现场的生产实习，以强化学生对专业知识的理解与掌握。系统地学完专业课以后，学生通过工程实际项目设计、制造、运维的毕业实习，及时检查反馈所学内容，进一步理解和运用专业知识，为毕业设计和走向工作岗位奠定良好基础。专业课程体系在空间上，形成了“设计——加工——装配——维修”各大型装备制造业典型空间分布的实习地点的交互和融合;在时间上也形成了“认知实习——生产实习——毕业实习——就业”的时间链。

三、结语

本研究在保持港口机械特色的基础上，探讨了新工科驱动下的工程师培养模式，形成了基于OBE理念的工程应用型人才培养实践能力培养体系，理顺专业特色课程的层次和结构关系，引入项目教学模式，注重实践育人和理论、实践的有机融合，有效地培养了学生的工程实践能力和创新意识。

参考文献：

[1] 林健. 面向未来的中国新工科建设[J]. 清华大学教育研究，2017，38（02）：26-35.

[2] 田小敏，杨忠. 新工科建设背景下应用型高校人才培养模式探究[J]. 教育教学论坛，2020（50）：119-120.

[3] 章小峰，杨胤. 工程教育专业认证与“新工科”建设背景下的特色专业发展[J]. 中国冶金教育，2019（04）：77-82.

[4] 徐小洲，臧玲玲. 创业教育与工程教育的融合——美国欧林工学院教育模式探析[J]. 高等工程教育研究，2014（01）：103-107.

[5] 吴婧姗，邹晓东. 回归工程实践：欧林工学院改革模式初探[J]. 高等工程教育研究，2013（01）：40-45+70.

[6] 刘黎明，刘飞飞，王祖麟. 基于欧林三角的自动化专业人才特色竞争力培养研究[J]. 卷宗，2015（12）：290-291.

[7] 李俊凯，陈兰. “结构性失业”背景下地方高校农学院本科教育教学改革实践探索[J]. 科教文汇，2016（11）：4-6.

[8] 宋志敏. “项目驱动化”的政校企合作联动机制探究——以开封大学实践探索为例[J]. 中国高校科技，2016（11）：59-62.

[9] 王利，李养良，刘良文，等. 基于学科竞赛的大学生创新创业能力培养研究[J]. 教育教学论坛，2017（23）：54-55.

[10] 张振浩，李文彪. 新工科背景下CDIO工程教育模式研究[J]. 教育教学论坛，2020（33）：289-290.

[11] 張士辉，祁芸，严玮. 基于CDIO的卓越工程师订单班课程改革实践[J]. 高等工程教育研究，2014（05）：187-190.

（责任编辑：胡甜甜）