以任务成果为导向的机电专业新工科人才培养模式探索与实践

2022-03-24高红斌王琦范秋霞白玉梅宋晓美

创新创业理论研究与实践 2022年5期

高红斌，王琦，范秋霞，白玉梅，宋晓美

（山西大学自动化与软件学院，山西太原 030013）

机械电子工程（简称机电）专业是新工科专业中的主干专业之一，实践项目是实施机电专业新工科建设和改革的重要途径。传统制造业已经不能满足《中国制造2025》中提到的十大领域的要求[1]。新工科在此背景下应运而生，而与该背景有关的五大工程和十大领域所涉及的项目均与机电专业紧密相关[2]。本文探索出一种“以任务成果为导向的机电专业新工科人才”的培养模式，使学生完成指导教师给定的具体任务，为机电专业的学生培养寻找一个新的模式，培养学生创新能力和工程教育能力，以满足新工科背景下用人单位对机电专业毕业生的需求。

1 给定学生具体任务的含义

给定学生具体任务就是由指导教师给学生具体的、与机电专业相关的科研或工程实践的综合性任务，让学生主动融合所学专业知识来解决具体问题，通过问题的解决使学生的综合能力得到提升，同时学生还可以获得各种获奖证书或者其他形式的成果，激发学生的学习兴趣，为学生考研和就业提升竞争力。所给定的任务是综合性、专业性、可持续深入的，学生实施时需要将所学过的专业理论知识与实践相结合、由5 人左右的小组来共同完成。在实施以任务成果为导向的机电专业新工科人才培养模式时，专业全体学生均须参加，即该培养是“四全育人”的延伸与落地形式。

2 学生完成给定具体任务在人才培养中的意义

机电专业学生培养模式的改革、创新是新工科背景下的必由之路。机电专业通常是培养具备机械、电子、控制等理论知识，且有一定的工程意识、工程实践能力和创新能力，能适应我国经济建设的机电技术复合型创新创业人才[3]。该专业所开设的课程必须涵盖理论和工程应用，将这么多课程环节串成有机整体、学以致用，以使学生更好地理解教材的抽象内容，特别是在互联网和工业智能与机电创新领域相结合的背景下，机电专业培养模式的改革势在必行。

通过完成给定具体任务培养学生的学习兴趣是实现坚持“以本为本”、推进“四个回归”的有效措施,有利于加快实现工程教育认证的三个核心理念[4]。为了支撑以新技术、新业态、新产业、新模式为特征的新经济蓬勃发展，迫切需要培养大批新兴工程科技人才。高等院校作为人才培养的基地，要应对新时代和新工科的发展需求，倡导以学生为中心的教育理念和模式，即高等教育回归教学[5]。

3 完成给定具体任务的人才培养的措施和方案

要将全方位、全员、全程的以任务成果为导向的机电专业新工科人才培养模式落到实处，必须有相关的手段和措施，我校该专业经过几年的探索，得到一些具体的经验。

3.1 将任务成果的导向机制融入人才培养方案

在人才培养方案中实践教学计划板块下的创新实践与劳动技能部分增加2 学分的课外创新任务成果必修环节，要求学生毕业前获得1 项课外创新任务成果。在课外创新任务成果对应教学大纲中对学生获得的创新成果的形式、获得证书的等级及有效名次有详细的要求，同时，通过走访、调研专家和企业，总结和提炼出合理适度的任务下发给学生，确保下达给学生任务的可实现性和有效性。新的人才培养方案的实施，使机电专业本科生人才培养质量得以逐步、持续提高，并充分体现出新工科建设和工程专业认证对机电专业毕业生质量的要求。

3.2 打造一支能够胜任以任务成果为导向的本科生人才培养的教师团队

指导教师是任务成果中指令的发出者，所布置的任务难度、深度、广度及专业性直接影响着学生执行的效果，因此教师团队的自身建设至关重要。该培养模式是在全体专业教师及部分企业兼职教师和全体专业学生共同参与下来完成的。为了提高本专业改革、教学培养计划和教学的实用性及实践性，在签订校企合作的同时聘任了一批经验丰富的工程师作为本专业的企业兼职教师。同时，本专业从新生入学即开始实行本科生导师制。因此，在充分发挥并逐步提高现有师资队伍科研能力和实践能力的同时，聘任企业兼职教师担任我专业本科生导师。按照机电专业办学的国家质量标准[6]及我校本专业的现状，在校的生师比为24∶1 左右，加上企业兼职的本科生导师，平均每名指导教师指导5名学生。一般由导师给其所带的5 名学生一个较大的综合性题目，然后根据学生的个性化差别制定出每名学生拟完成的任务。之所以任务是综合性的，而不是每个学生一个单独的任务，是因为团队协作是工程专业人才培养的重要组成部分。在任务分配时，尽力发挥教师、学生、平台的优势、需求及特长：充分发挥现有师资队伍中有科研项目或科研能力较好的教师的优势，为拟提升学历的学生给定具有科研性质的任务；充分发挥现有师资队伍中具有工程背景的教师的优势，为拟就业的学生给定具有工程性质的任务。同时，尽力提升教师的整体教学水平，充分发挥现有的校企合作的作用：一方面，利用课余时间不间断地派现有教师深入设计、制造、生产一线，提高自身的工程能力并寻找合适的成果任务。另一方面，通过现有专业教师之间定期的交流讨论来提升教师指导学生的整体水平。通过该模式的实施，学生不仅可以参与、完成教师的任务，教师本身的教学科研实践能力也可以得到提升，教师也是受益者。

3.3 以任务成果为导向的本科生人才培养模式的专业实验室及配套方案

为了完成教师布置的创新任务，学生需要场地和实验条件。该实验条件包括实验室的硬件和软件方面。充分利用实验条件，一方面利用现有的实验室开发相应的实验项目，可以丰富学生的教学实验方案，帮助学生更好地理解理论知识、提高现有实验室的利用率。另一方面为学生提供科研任务的实验基础，验证任务成果的实用性和准确性。同时，提高现有实验室的场地和设备为学生完成任务成果服务的有效性，为培养新工科人才提供必备基础，降低该培养模式需要的额外实验成本。因此，应尽量扩充与更新基础实验设备并制定一个新的实验室管理配套方案，以支撑学生创新任务的完成。

3.4 通过多种方式融合利用校外实验资源和知识资源

融合利用校外实验资源和知识资源，可以有效缓解校内资源的局限性，这对于新成立的专业的发展非常有益。让学生了解社会需求和企业技术难题及革新现状，让学生感受与专业相关的科学研究的魅力，激发其创新性和学习主动性。具体而言，可以通过导师科研项目合作、学生互访、远程共享实验课程等方式实现校校联合共享与共建实验室，弥补校内导师知识单一和同化、校内实验室资源限制、资金紧缺等缺陷。通过开展新技术研发，实行共建共享，将企业生产一线实际需求作为工程技术研究课题，围绕产业关键技术、核心工艺和共性问题开展协同创新，提升教师的社会服务能力。通过产业投资基金，支持高校创新成果和核心技术产业化。

3.5 充分利用各类项目和专业相关大赛

大学生科研训练项目和专业大赛是实践教学的有效途径。通过横向和纵向有效利用我校目前实行的大学生科研训练项目，使之成为部分学生的成果任务，使学生的实践创新能力在该项目结题之后可以继续发挥作用，也可以充分发挥资金的作用。以我校为例，校内的大学生科研训练项目、创新创业项目和工程训练大赛、西门子杯汽车大赛等都会得到学校一定的资金资助，而且也是取得成果的任务形式，不仅可以让学生在创新上受益，还可以扩大任务成果执行的经济来源。最后通过该类项目和大赛的荣誉和成果激发学生学习的自主性。

3.6 拓展创新课程、实施“客串教授”的学生轮班制

紧跟时代对新工科机电专业建设的需要，増设人工智能、机器人、图像处理、三维建模与运动仿真、有限元分析等具有新信息技术特征的课程，导师布置的任务尽量与这些课程产生关联。分析当前机电学科前沿的发展动态、新热点技术特点，近五年学生参与的科研任务目标、内容、实施与完成情况，鼓励青年博士学历教师结合自身科研项目特点扩展开发创新性启发课程，带动学生共同探索科学前沿技术与方法，通过轮班“客串教授”的形式鼓励学生主动检索、搜集科技信息，并通过讲座的形式实现资源共享，激发学生对未知领域的好奇心，与机电专业知识无缝融合。打破传统知识陈旧、技术与企业脱节的瓶颈，让学生更好地掌握新技术，适应社会新环境。

4 实施中需要注意的事项

作为本科生人才培养的局部创新模式，任务成果的实现使学生、指导教师及整个专业办学都有提升，但是开始执行时必然会存在各种问题。为了能让该培养方案顺利实施，需要注意几个较为关键的问题：

第一，一定要有相关的制度作为保障。将任务成果的考核作为毕业的课外必修实践环节的入培养计划，这是调动学生积极性的基本方法，为了能让该计划顺利实施，我校制定了《山西大学本科生导师制实施办法》《山西大学创新创业学分管理办法》等相关规章制度作为保障。

第二，给学生的成果任务要合理。能否准确把握给学生选定的任务难度、体量及预期成果要求，直接关乎培养学生的质量和所取得成果的含金量。如果难度太大或工作量太大，学生不能完成，不仅会挫伤学生的积极性和自信心，而且影响学生毕业；反之，学生则收获太少。以我校为例，给学生布置的任务不是一次性完成，而是在校期间循序渐进逐步增加，学生从入学就在导师指导下了解教师的任务方向，最终在第七学期完成收尾工作。

第三，要有一定软硬件资源作为基础条件。由于每个指导教师所布置的任务不同，因此必须有校内各类资源作基础条件，且要尽量扩充校外资源。以我校为例，与市内其他兄弟院校实行校校共享实验和实践资源，充分利用校企共建实习基地、工程中心以及创新教育基地。

5 实施以成果为导向的人才培养模式的结果与效果

我校机电专业成立至今招收过7 届学生，从第二届学生开始在部分学生中进行了3年的探索。期间共有6 名专业指导教师按照此教学模式对20 多组学生（100 余名学生，约占专业学生总数的1/3）进行培养，这些学生获省级奖项30 人次、校级奖项83 人次，获批专利25 项、多个创新设计成品，该专业校级优秀论文全部源自这些学生，学生在就业时显现出了强大的竞争力。与市内部分兄弟院校实现了校校联合共享实验资源，促进了学校及专业之间的交流与合作。教师队伍创新实践水平得到提升，由于全体教师均需参与该教学模式，从而倒逼教师进行自我提高。有课题的教师通过学生的参与减小了工作量，没课题的教师从工程和实践中寻找到课题并逐步深入研究，最终形成良性的师生互相提高的循环。通过该探索与实践，整个专业的教学水平乃至学科水平得到显著提升，故从第4 届（2019级）学生开始全面实行该教学模式。