面向新工科的多维度创新实践教学体系构建

刘艳萍 刘雯雯 王利霞

摘 要：在“新工科”和国家一流专业建设双重背景下，本研究以郑州大学工程力学专业为例，根据现行人才培养方案对专业实践教学体系进行重构，形成了具有“厚基础、宽口径”专业特色的多维度创新实践教学培养体系。该体系依托多学科平台，不断丰富实践教学基地库，以丰富的实践教学资源有效支撑创新能力培养；不断优化质量监控评价机制和管理制度，以保障培养目标和毕业要求的达成。实践表明，该体系符合新形势下工程力学专业发展需求，激发了学生创新意识，提升了学生综合能力。

关键词：力学专业；实践教学；创新能力；“新工科”

2017年，“复旦共识”“天大行动”“北京指南”分别明确了“新工科”建设的主要任务、目标和方向，从此开启了工程教育改革新路径。2019年“双万计划”的实施更是对高等学校本科专业建设提出了更高的要求。工程力学依托于力学学科，具有“厚基础、宽口径”的专业特征。力学作为工程科学的基础与支撑，是用数学和物理方法解决各领域工程问题的基础学科，可与其他各理工类学科交叉形成新的交叉学科。虽然机械、水利、土木和材料等工科专业可以与力学形成交叉学科，但它们依然是以各自领域的工程问题为主要研究对象。相反，力学学科研究的是工程领域，却没有明确的研究对象，只是针对工程领域广泛存在的基础性、共性力学问题。面向“新工科”的建设要求，工程力学专业需要把握好“新工科”建设的内涵，主动构建适应社会发展的人才培养模式。

2020年，郑州大学工程力学专业获批为国家级一流本科专业建设点，确定了培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高、能在相关工程领域中从事科学研究和技术研发的高级力学专门人才的目標。与此同时，“新工科”建设对学生的工程实践能力和创新意识等综合素质提出了更高要求，新的人才培养方案需要加强对学生综合创新实践能力的培养。近年，郑州大学工程力学专业面向国家和中原经济区建设需求，在构建创新实践教育体系、丰富实践教学资源、完善实践教育质量管理和保障体系等方面取得了一系列的改革成果，为“新工科”建设背景下工程力学专业发展探索出了新路径。

一、传统实验教学体系存在的问题

由于基础学科的特点，工程力学专业相对比较重视理论教学，这在郑州大学2019年以前的专业培养计划中尤为明显。由于长期面临着实践教学资源缺乏、教学体系不完善、综合创新锻炼不足等问题，本科生实验操作和科技创新能力较弱，在学科竞赛和创新创业大赛中虽然取得了一些成绩，但缺乏高级别的奖项。由此可见，进一步加强对学生实践能力的培养非常必要。此前，虽然工程力学专业在实验室建设方面有较大的投入，但依然面临以下问题。

一是实验教学资源不足。工程力学专业每年招生约130人，虽然有力学实验中心可以开展部分力学课程实验，但由于场地和设施限制，难以满足人人动手操作的需求。

二是实验教学内容传统。目前可开展的实验多为基础力学课程实验，缺乏创新实践培养内容。为了达到“宽口径”的专业培养要求，近年郑州大学开设了多门专业模块课程，但目前尚缺乏开展相关学科前沿实验的条件。

三是现场实习流于形式。以认识实习和生产实习为例，由于实习工地数量较少，每个工地上的学生较多，所以实习教学一般都是走马观花，理论与实践联系较弱。

因此，对于工程力学专业而言，建设一套满足“双一流”和“新工科”需求的特色实践创新能力培养体系意义十分重大。

二、面向综合创新能力培养的实践教学体系设计

在“新工科”和“双一流”双重建设背景下，郑州大学工程力学专业在完善实践教学体系、优化实践教学内容、改革实践教学方法以及提升实践教学质量保障和监管体系等方面不断进行探索，特别是强化综合创新能力培养，致力于为社会培养具有较强工程实践能力和创新意识的工程力学专门人才，并以此为契机进一步推动工程力学专业国家级一流专业建设。专业实践教学体系建设包含了课内外实践教学体系构建、实践教学资源建设以及实践教育质量保障三个方面。

（一）坚持以学生为中心，构建“宽口径、多维度”实践教学体系

郑州大学工程力学专业针对实践教学体系陈旧和实践创新锻炼不足等问题，依据注重基础理论和创新精神培养、强化实践能力和综合能力的理念，不断优化人才培养实践课程和环节，设立课内实验、实验课程、综合实验、开放实验、课程设计、大学生创新创业训练计划、认识实习、生产实习等实践课程和实践环节，并根据实践教学的需求不断丰富相应的实践教学资源，最终构建了“基础课内实验—专业课内实验—综合训练—创新训练”的层次递进的多维度实践教学体系。根据现行培养方案，培养目标达成需要开展总占比达32.7%的实践学时，进一步支撑了创新性人才培养的需求。具体建设内容为如下四部分。

1.基础实验

基础实验教学体系包含公共基础课实验、专业基础课和拓展课实验、实习实践、综合设计训练等课内实验，涉及科学教育、工程教育入门以及基础的人文社科教育等。这些课程主要设置于新生入校后的前三学期内，大多在公共实验教学平台开展，注重培养学生基本实验技能、社会实践能力、基础设计能力和部分专业技术技能，并促进其初步工程观念的形成，为后续专业类实践能力培养奠定基础。

2.专业实验

郑州大学工程力学专业最新的培养方案进一步完善了专业基础和专业核心课程所含实验，这也是工程力学专业学生专业技能训练的基础和必修实验，更是专业实践能力培养的关键。最新版的培养方案中，该专业开展了三个方面的改革。其一，新增设或扩充了实验力学实验、流体力学实验、振动测试技术等专业核心课程实验，与材料力学实验等专业基础实验协同强化学生专业实验动手能力。其二，工程设计能力培养是初步设计能力的延伸与拓展，是一种综合设计训练，为此新增设结构分析程序应用设计和计算力学课程设计，共计96学时。其三，除强化基础的数学和力学知识外，设置与力学相关的社会急需的专业方向或模块，如土木工程模块、机械工程模块、材料工程模块等，分别设立6学时的专业拓展课程实验，从而优化了“宽口径”的专业培养特色，拓宽了学生专业背景。

3.综合实践

实训实践教学体系对学生工科基础专业知识和基本动手技能进行综合考验，是培养具有扎实力学基础的专门人才必不可少的环节。郑州大学工程力学专业以深入工程教育为目的设立以生产实习、力学与工程综合设计和毕业设计为主的综合实践体系，该环节共计504学时，占实践总学时的一半。基于三个环节的综合设计训练了学生真实工程操作技能，旨在培养其用专业基础知识指导实践的创新能力。

4.创新实践

在“新工科”教育背景下，为了进一步激发学生创新活力、强化学生科技创新能力，郑州大学工程力学专业还构建了丰富的课外创新实践教学体系，包括学科竞赛（如全国周培源大学生力学竞赛、全国大学生数学建模競赛、美国大学生数学建模竞赛）、创新创业大赛（“挑战杯”、ICAN国际创新创业大赛、全国人工智能大赛、中国机器人大赛等）、大学生创新创业训练计划项目以及校企合作育人项目等科技创新实践。虽然这部分培养工作不计入专业培养要求，但由于符合学生的兴趣点、就业需要或者进一步深造需求，在学生中大受欢迎，且已经取得显著成效。

（二）依托学科平台，加强实践教学资源建设

郑州大学工程力学专业加强校内外实践教学基地建设，不断丰富实践教学基地库，建立满足“新工科”建设要求的实践教学资源。在实践教学资源建设方面，该专业充分利用力学学科的平台和基地，在河南省力学实验教学示范中心开设课内实验、实验课程，并充分发挥国家级国际联合研究中心、国际联合实验室、工程实验室的优势，科研平台向本科生开放，开设开放性实验项目和创新创业训练项目，培养学生的工程实践能力、创新能力和国际化视野。同时，该专业还与校外企业合作，建立校企联合实践教学基地。

1.校内实践教学基地

通过专业专项建设、自主研发、科研转化和企业共建等多种方式，在原来实验室建设基础上，进行如下建设：鼓励专任教师结合大学生创新创业训练计划项目和导师制，根据自己的科研方向，结合专业方向带领学生进行实验项目和实验仪器的研制开发；加强实验教学中心、虚拟实验教学平台和实验教学信息化条件的建设，最大程度提高实验室开放和共享程度。

2.校外实践基地

建立校企优势互补、共同发展的合作机制，努力做到教学与生产过程相对接、专业侧重与产业要求相对接、课程体系与职业标准相对接。与热心教育、愿意与学校联合培养人才的企业加强合作，建设校外实践基地。依托大中型企业建立综合性校外实习基地，促进校企合作共赢，使校外实习实训基地在实践教学中发挥作用。

3.师资队伍建设

加强青年教师培养，通过境外访学、会议交流等形式拓宽青年教师国际视野；鼓励部分任课教师以产学研合作、科技挂职等方式指导专业实践环节；聘请生产经验丰富的优秀企业工程师参与力学专业相关方向的专业课课内或课外实践教学环节。通过以上综合措施，建设一支结构合理、持续补充的教师队伍。

（三）改革教学管理，建立健全实践教育质量保障体系

1.明确实践教学质量标准

依据专业现行人才培养方案，制定课内实验、校内外实习、毕业设计（论文）、创新实验项目、创新实验课程设计等各项实践教学规范，不断明晰每项实践教学环节的意义，强化实践环节条件保障与考核标准，补充和完善符合本专业特点的实践教学质量标准。

2.建立校企共管的质量监控评价机制

学校作为监控主体，对培养过程进行监控，从培养目标、培养标准等方面对培养效果进行监控评估；企业参与培养方案制定，并参与对实践环节及执行效果的评价。利用全面的实践环节质量评价体系，保障力学专门人才的培养质量。为确保新型工科专业的实践教学成效，质量监控评价机制主要包含以下三方面内容：一是完善实践教学过程监控体系以保障校内实践学习质量；二是校外实践增加过程管理制度，注重培养学生发现问题和解决问题的能力，以达到综合型创新型人才培养目标；三是在学院严格的师资管理制度基础上增加企业导师管理制度，以期规范实践课堂教学内容，达到更好的教学效果。

三、建设成效

在综合实践教学体系设计思路指导下，郑州大学工程力学专业在实践教学资源建设和学生创新能力培养方面已经取得显著成效。

一是平台项目成果丰硕。学校与百度公司共建“郑州大学-百度人工智能工程应用创新实践平台”，形成“AI+力学”的复合型力学人才产学协同育人机制；与北京云道智造科技有限公司共同建设智能智造协同育人实践基地，基于国产CAE探索智造领域人才培养新模式。这些教学改革与探索还获得了3项教育部产学合作协同育人项目、2项省级教育教学改革重点项目以及3项校级教育教学项目的支持。

二是学生能力显著提升。2019年郑州大学工程力学专业实施的新的培养方案，对专业学生实践创新能力提升和国际化视野拓展具有明显的推动作用，培养了学生的科研兴趣和创造力，激发了他们的探索欲和创新意识，提高了他们分析和解决问题的能力。近3年，该专业学生获大学生创新创业训练计划项目120余项，学科竞赛获奖272项，申请专利发明78项，发表专业学术论文52篇。

面向“新工科”建设对高等院校工科专业人才培养提出的新要求，已获批国家级一流本科专业建设点的郑州大学工程力学专业对实践教学体系进行重构，优化实践教学内容，丰富实践教学资源，并健全了实践教学保障体系，为培养具有较强工程实践能力和创新意识的“新工科”专业人才奠定了坚实基础。

参考文献：

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