转型高校新工科范式下实施工程教育的研究

沈明新 李 琦 李应森

当今世界，科学技术的发展与更新越来越快，工程技术对经济和社会的推动作用越来越大，而工程技术人才的培养直接决定工程技术的水平和发展的速度，决定国家的工业竞争力。因此，世界各国特别是工业发达国家都在大力推进工程教育的改革与发展，力争培养出高质量的工程技术人才，以保持在竞争中的有利地位[1]。尤其是进入21世纪后，以信息技术为代表的新技术革命方兴未艾，经济结构不断调整变化，世界各国的工程教育都立足现实、着眼长远，纷纷采取一种发展的、前瞻的、革新的态度，认真审视本国工程教育面临的挑战，积极研究对策，主动应战[2]。

2005年，我国开始构建工程教育专业认证体系，逐步探索开展旨在提高学生工程能力和意识的专业认证工作。2015年10月23日，教育部、国家发展改革委、财政部发布《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》，旨在解决当前我国高等教育结构性矛盾突出、同质化倾向严重、生产服务一线紧缺的应用型人才培养数量和质量尚不适应经济结构调整和产业升级的要求的问题。2016年6月2日，中国科学技术协会代表我国正式加入国际工程联盟《华盛顿协议》。经过多年的实践，我国本科工程教育专业认证所授学位与其他《华盛顿协议》成员所授的学位“实质等效”。2017年2月以来，教育部积极推进新工科建设，先后形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”，旨在应对新一轮科技革命和产业变革的挑战，主动服务于国家创新驱动发展战略、《中国制造2025》和“互联网+”行动计划等的实施，加快工程教育改革创新，培养造就一大批创新型工程科技人才，支撑产业转型升级。同时，要求以需求为导向开展多样化探索，通过认真研究国家战略和区域发展需要，积极开展新工科研究与实践，从而对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用[3]。

一、新工科背景下转型高校工程教育改革

2005年，工程教育认证体系引入我国，引起各高校高度重视。各高校认为这是与国际职业工程师制度接轨的前提和基础，在教学设计理念、教学实施理念和教学评价理念等方面做了大量的研究，形成了从课程导向向产出导向转变、从以教师为中心向以学生为中心转变及持续改进的闭环教学架构。但这些工作内涵主要局限于旧的技术范式、科学范式和工程范式。而2017年新工科理念的提出，从主动应对新一轮科技革命与产业变革的战略高度为新范式下的工程教育认证体系改革指明方向，明确转型高校在新工科建设中的主要作用是对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用，培养具有较强行业背景知识、工程实践能力，能胜任行业发展需求的应用型和技术技能型人才。2018年3月21日，教育部公布首批新工科研究与实践项目，涉及学科交叉融合、工科专业更新改造、创新创业教育、协同育人等方面，但在实际实施中还存在着专业针对性比较宽泛、改革内容比较空、新老课程体系融合分配比例失调等问题。本文针对这些实际问题，通过对行业和区域前沿应用技术供给策略的优化研究，旨在提高学生直面新技术应用的工程实践能力。

本文以转型高校在新工科建设中的作用为背景，以转型高校结合新工科和新范式工程教育认证体系的知识供给策略优化为主要研究对象，以冶金行业为例，全面系统地对接新范式下的工程教育认证体系，以提升学生应对科技革命和产业变革的意识和能力。

（一）人才培养计划与冶金行业特点及其新技术革命相对接

一是提高新工科技术应用类课程学时比例，明确应用型大学定位。整合基础课程和理论课程，使工程技术应用类课程学分比例逐年递增。

二是课程设置实现专业交叉。现代冶金生产过程是一个自动化与冶金生产工艺相互渗透的综合体，要求自动化专业的学生了解并掌握一定的冶金生产工艺过程，以开放的方式引入相关专业的课程，实现课程优化，做到“知所学，知所用”，从而实现自动化教学与冶金生产过程相对接。增设冶金自动化专业交叉课程群，实现与行业控制对象的对接[4]。

三是强化新技术技能训练。增加工业控制设备工程新技术应用技能训练课时，增加冶金企业顶岗预就业人数等，使学生早日接触冶金生产实际，掌握技术应用技能，从而实现与岗位技能需求“零距离”对接[5]。

（二）复合型教学团队建设与冶金工程实际新技术相对接

第一，选派教师深入冶金生产一线进行锻炼，承担科研项目，丰富教师的实践经验，提高教学内容与冶金工程实际新技术的关联度，实现教师与冶金企业的“零距离”对接。

第二，继续引进具有冶金工程实践经历的教师，优化师资队伍结构，跟踪新技术前沿[6]。

第三，通过与冶金企业共建师资队伍的方式，聘请冶金企业技术人员承担教学任务，实现兼职教师的融入。

第四，通过多专业教师的汇集，实现自动化专业教学与冶金工艺过程新技术的融合。

（三）新技术课程群构建与冶金应用技术相对接

第一，结合教学计划的修订与执行，通过课程的优化整合，重点加强实用技术课程群的建设，构建一个具有完整性、系统性、先进性、多元性、对接性的课程体系来实现人才培养目标[7]。根据专业的应用领域，形成由工厂电气与PLC（可编程逻辑控制器）原理、PLC 软件及工业组态设计、变频器应用技术、计算机控制技术、过程控制技术与仪表、先进PID（Packet Identifier）控制技术、电磁兼容与抗干扰技术、计算机网络与现场总线技术、冶金自动化工程案例分析等课程构成的工业控制领域较完整的实用技术课程群。

第二，强化理论课程的关联教学。在要求学生掌握与沉淀重要理论知识点的同时，强调理论与实际的关联，如定理、定律、公式、算法、参数的实际意义以及应用方法，提高学生的应用意识。

第三，突出案例教学。围绕冶金工艺全过程，将所从事的科研开发、工程项目成果进行凝练编写，出版教材《冶金过程自动化新技术案例分析》并开设课程。

（四）工程训练中心硬件平台与冶金新技术应用技能相对接

紧密贴近现代工业生产过程，改变购买纯教学设备的做法，转向引进实际工程应用设备。如，辽宁科技大学与西门子（中国）有限公司共建的国内一流的先进自动化技术联合示范实训中心，包括一条真实的镁合金轧制生产线，实现学生在校所用与在冶金企业所用的对接。建筑面积达5000 平方米的二期工程正在建设中。辽宁科技大学通过与西门子公司的全面合作，引进包括机电一体化综合实训系统、MPS（模块化生产培训系统）工业自动化流水线、柔性制造系统、新能源风光互补发电组合实训系统、张力控制实训系统、群控电梯控制实训系统、立体车库控制实训系统、液压气动控制系统等的大型设备，使工程训练设施更上新台阶。此项工作的重点在于使培训内容从安装调试等初级技能，逐步向系统集成、算法设计、故障排除等高级技能转换。

（五）冶金自动化应用教材编写与冶金新工艺新技术实例相对接

着重编写冶金自动化应用型教材，把教师参与工程、科研的实例引入教材，能够丰富教学内容，同时也能增加学生对实际工程设计、实施过程的认识。目前已出版了《冶金自动化工程案例分析》（上、下）、《西门子工业过程控制设备工程应用技能实训教程》、《Multisim 虚拟工控系统实训教程》。同时计划编写《炼钢自动化新技术案例》《轧钢自动化新技术案例》《化工自动化新技术案例》等教材。

（六）评价方法改革与冶金自动化技术应用能力提高对接

评价方法改革亦是促进能力提高的重要环节。一方面，对于纯理论课程，强调学生对知识点的熟练掌握和沉淀；另一方面，对技术应用类课程采取灵活多样的技能考核方式。采取笔试、面试、技能测试等多种方式引导学生从片面看重试卷成绩转向对“五种能力”提高的追求[8]。

（七）课外科技文化活动与自动化技术创新意识提高对接

在学生创新能力培养方面，全方位开展学生课外科技文化活动。在创新实验班、电子协会的基础上，组建工控协会，组织学生积极参加各类工控大赛，创造出良好的科技创新文化氛围，提高学生的自学习和自适应能力。

一是实施导师制，使学生参与教师科研工程项目，提高学生工程设计能力。从大二开始实施导师制，让学生参加科研工程项目，使其掌握工程规范，获得工程设计及实施的经验，并将课题转化为毕业设计题目，实现综合创新能力的培养。

二是积极开展大学生创新创业计划，鼓励学生参加电子协会、PLC 控制协会等校团组织。

二、新工科背景下转型高校工程教育的特点和创新

本文积极探索关于转型高校新工科范式下实施工程教育研究的思路和做法，在培养方案设计、师资队伍建设、课程体系及课程内容建设、教学方法及手段改革、实践教学内容及硬件建设等诸多方面，围绕冶金工程新技术开发思路进行改革。辽宁科技大学通过行业和区域前沿应用技术供给策略的优化研究，提高了学生直面新技术应用的工程实践能力，做到了两方面创新。

第一，首次构建冶金行业背景院校基于自动化、钢铁冶金、机械化工等多学科专业相互融合的新工科人才培养模式。依托辽宁科技大学的地域优势和传统冶金学科优势，整合学校专业资源，通过对冶金工程新技术案例的切入、专业培养方案的优化，全方位、多形式地把冶金生产工艺新技术融入自动化专业人才培养方案中，创立一个多专业、多学科（自动化、轧钢、冶金、化工、机械）相互融合的新工科人才培养模式。

第二，首次构建基于行业产业前沿需求的转型高校工程教育培养新范式。提出多项关于转型教育创新性的教育理念，例如：“教学内容向行业新技术专业技能开放”“开放型教师队伍构成”“教学过程向新技术工程实际开放”“实用新技术结合工程案例教学”“职业技能认证替代考试”等。紧盯冶金行业技术革命，通过“产业驱动”加强对冶金行业新型工程技术人才应用能力和应用意识的培养，构建符合先进制造业发展要求的转型高校人才培养体系，推进新范式下的工程教育。

综上所述，本文从有利于学生全面发展、综合能力素质全面提高的角度，提出了多项关于转型教育创新性的教育理念，切实解决自动化专业教学缺乏工程应用背景的问题，培养既懂工艺又懂控制技术的工程应用型人才，创建了具有鲜明冶金工业技术特征的教学模式。