以任務(wù)成果為導(dǎo)向的機(jī)電專業(yè)新工科人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐

高紅斌，王琦，范秋霞，白玉梅，宋曉美

（山西大學(xué)自動化與軟件學(xué)院，山西太原 030013）

機(jī)械電子工程（簡稱機(jī)電）專業(yè)是新工科專業(yè)中的主干專業(yè)之一，實(shí)踐項(xiàng)目是實(shí)施機(jī)電專業(yè)新工科建設(shè)和改革的重要途徑。傳統(tǒng)制造業(yè)已經(jīng)不能滿足《中國制造2025》中提到的十大領(lǐng)域的要求[1]。 新工科在此背景下應(yīng)運(yùn)而生，而與該背景有關(guān)的五大工程和十大領(lǐng)域所涉及的項(xiàng)目均與機(jī)電專業(yè)緊密相關(guān)[2]。本文探索出一種“以任務(wù)成果為導(dǎo)向的機(jī)電專業(yè)新工科人才”的培養(yǎng)模式，使學(xué)生完成指導(dǎo)教師給定的具體任務(wù)，為機(jī)電專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)尋找一個(gè)新的模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和工程教育能力，以滿足新工科背景下用人單位對機(jī)電專業(yè)畢業(yè)生的需求。

1 給定學(xué)生具體任務(wù)的含義

給定學(xué)生具體任務(wù)就是由指導(dǎo)教師給學(xué)生具體的、與機(jī)電專業(yè)相關(guān)的科研或工程實(shí)踐的綜合性任務(wù)，讓學(xué)生主動融合所學(xué)專業(yè)知識來解決具體問題，通過問題的解決使學(xué)生的綜合能力得到提升，同時(shí)學(xué)生還可以獲得各種獲獎(jiǎng)證書或者其他形式的成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生考研和就業(yè)提升競爭力。所給定的任務(wù)是綜合性、專業(yè)性、可持續(xù)深入的，學(xué)生實(shí)施時(shí)需要將所學(xué)過的專業(yè)理論知識與實(shí)踐相結(jié)合、 由5 人左右的小組來共同完成。 在實(shí)施以任務(wù)成果為導(dǎo)向的機(jī)電專業(yè)新工科人才培養(yǎng)模式時(shí)，專業(yè)全體學(xué)生均須參加，即該培養(yǎng)是“四全育人”的延伸與落地形式。

2 學(xué)生完成給定具體任務(wù)在人才培養(yǎng)中的意義

機(jī)電專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)模式的改革、 創(chuàng)新是新工科背景下的必由之路。 機(jī)電專業(yè)通常是培養(yǎng)具備機(jī)械、電子、控制等理論知識，且有一定的工程意識、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，能適應(yīng)我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的機(jī)電技術(shù)復(fù)合型創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才[3]。該專業(yè)所開設(shè)的課程必須涵蓋理論和工程應(yīng)用，將這么多課程環(huán)節(jié)串成有機(jī)整體、學(xué)以致用，以使學(xué)生更好地理解教材的抽象內(nèi)容，特別是在互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能與機(jī)電創(chuàng)新領(lǐng)域相結(jié)合的背景下，機(jī)電專業(yè)培養(yǎng)模式的改革勢在必行。

通過完成給定具體任務(wù)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)持“以本為本”、推進(jìn)“四個(gè)回歸”的有效措施,有利于加快實(shí)現(xiàn)工程教育認(rèn)證的三個(gè)核心理念[4]。為了支撐以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特征的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，迫切需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才。高等院校作為人才培養(yǎng)的基地，要應(yīng)對新時(shí)代和新工科的發(fā)展需求，倡導(dǎo)以學(xué)生為中心的教育理念和模式，即高等教育回歸教學(xué)[5]。

3 完成給定具體任務(wù)的人才培養(yǎng)的措施和方案

要將全方位、全員、全程的以任務(wù)成果為導(dǎo)向的機(jī)電專業(yè)新工科人才培養(yǎng)模式落到實(shí)處，必須有相關(guān)的手段和措施，我校該專業(yè)經(jīng)過幾年的探索，得到一些具體的經(jīng)驗(yàn)。

3.1 將任務(wù)成果的導(dǎo)向機(jī)制融入人才培養(yǎng)方案

在人才培養(yǎng)方案中實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃板塊下的創(chuàng)新實(shí)踐與勞動技能部分增加2 學(xué)分的課外創(chuàng)新任務(wù)成果必修環(huán)節(jié)，要求學(xué)生畢業(yè)前獲得1 項(xiàng)課外創(chuàng)新任務(wù)成果。在課外創(chuàng)新任務(wù)成果對應(yīng)教學(xué)大綱中對學(xué)生獲得的創(chuàng)新成果的形式、 獲得證書的等級及有效名次有詳細(xì)的要求，同時(shí)，通過走訪、調(diào)研專家和企業(yè)，總結(jié)和提煉出合理適度的任務(wù)下發(fā)給學(xué)生，確保下達(dá)給學(xué)生任務(wù)的可實(shí)現(xiàn)性和有效性。新的人才培養(yǎng)方案的實(shí)施，使機(jī)電專業(yè)本科生人才培養(yǎng)質(zhì)量得以逐步、持續(xù)提高，并充分體現(xiàn)出新工科建設(shè)和工程專業(yè)認(rèn)證對機(jī)電專業(yè)畢業(yè)生質(zhì)量的要求。

3.2 打造一支能夠勝任以任務(wù)成果為導(dǎo)向的本科生人才培養(yǎng)的教師團(tuán)隊(duì)

指導(dǎo)教師是任務(wù)成果中指令的發(fā)出者，所布置的任務(wù)難度、深度、廣度及專業(yè)性直接影響著學(xué)生執(zhí)行的效果，因此教師團(tuán)隊(duì)的自身建設(shè)至關(guān)重要。該培養(yǎng)模式是在全體專業(yè)教師及部分企業(yè)兼職教師和全體專業(yè)學(xué)生共同參與下來完成的。為了提高本專業(yè)改革、教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)的實(shí)用性及實(shí)踐性，在簽訂校企合作的同時(shí)聘任了一批經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師作為本專業(yè)的企業(yè)兼職教師。同時(shí)，本專業(yè)從新生入學(xué)即開始實(shí)行本科生導(dǎo)師制。因此，在充分發(fā)揮并逐步提高現(xiàn)有師資隊(duì)伍科研能力和實(shí)踐能力的同時(shí)，聘任企業(yè)兼職教師擔(dān)任我專業(yè)本科生導(dǎo)師。按照機(jī)電專業(yè)辦學(xué)的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[6]及我校本專業(yè)的現(xiàn)狀，在校的生師比為24∶1 左右，加上企業(yè)兼職的本科生導(dǎo)師，平均每名指導(dǎo)教師指導(dǎo)5名學(xué)生。 一般由導(dǎo)師給其所帶的5 名學(xué)生一個(gè)較大的綜合性題目，然后根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化差別制定出每名學(xué)生擬完成的任務(wù)。之所以任務(wù)是綜合性的，而不是每個(gè)學(xué)生一個(gè)單獨(dú)的任務(wù)，是因?yàn)閳F(tuán)隊(duì)協(xié)作是工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要組成部分。在任務(wù)分配時(shí)，盡力發(fā)揮教師、學(xué)生、平臺的優(yōu)勢、需求及特長：充分發(fā)揮現(xiàn)有師資隊(duì)伍中有科研項(xiàng)目或科研能力較好的教師的優(yōu)勢，為擬提升學(xué)歷的學(xué)生給定具有科研性質(zhì)的任務(wù)； 充分發(fā)揮現(xiàn)有師資隊(duì)伍中具有工程背景的教師的優(yōu)勢，為擬就業(yè)的學(xué)生給定具有工程性質(zhì)的任務(wù)。同時(shí)，盡力提升教師的整體教學(xué)水平，充分發(fā)揮現(xiàn)有的校企合作的作用：一方面，利用課余時(shí)間不間斷地派現(xiàn)有教師深入設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)一線，提高自身的工程能力并尋找合適的成果任務(wù)。另一方面，通過現(xiàn)有專業(yè)教師之間定期的交流討論來提升教師指導(dǎo)學(xué)生的整體水平。 通過該模式的實(shí)施，學(xué)生不僅可以參與、完成教師的任務(wù)，教師本身的教學(xué)科研實(shí)踐能力也可以得到提升，教師也是受益者。

3.3 以任務(wù)成果為導(dǎo)向的本科生人才培養(yǎng)模式的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室及配套方案

為了完成教師布置的創(chuàng)新任務(wù)，學(xué)生需要場地和實(shí)驗(yàn)條件。該實(shí)驗(yàn)條件包括實(shí)驗(yàn)室的硬件和軟件方面。充分利用實(shí)驗(yàn)條件，一方面利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以豐富學(xué)生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，幫助學(xué)生更好地理解理論知識、提高現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的利用率。另一方面為學(xué)生提供科研任務(wù)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，驗(yàn)證任務(wù)成果的實(shí)用性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，提高現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的場地和設(shè)備為學(xué)生完成任務(wù)成果服務(wù)的有效性，為培養(yǎng)新工科人才提供必備基礎(chǔ)，降低該培養(yǎng)模式需要的額外實(shí)驗(yàn)成本。因此，應(yīng)盡量擴(kuò)充與更新基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)設(shè)備并制定一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)室管理配套方案，以支撐學(xué)生創(chuàng)新任務(wù)的完成。

3.4 通過多種方式融合利用校外實(shí)驗(yàn)資源和知識資源

融合利用校外實(shí)驗(yàn)資源和知識資源，可以有效緩解校內(nèi)資源的局限性，這對于新成立的專業(yè)的發(fā)展非常有益。 讓學(xué)生了解社會需求和企業(yè)技術(shù)難題及革新現(xiàn)狀，讓學(xué)生感受與專業(yè)相關(guān)的科學(xué)研究的魅力，激發(fā)其創(chuàng)新性和學(xué)習(xí)主動性。具體而言，可以通過導(dǎo)師科研項(xiàng)目合作、學(xué)生互訪、遠(yuǎn)程共享實(shí)驗(yàn)課程等方式實(shí)現(xiàn)校校聯(lián)合共享與共建實(shí)驗(yàn)室，彌補(bǔ)校內(nèi)導(dǎo)師知識單一和同化、校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室資源限制、資金緊缺等缺陷。 通過開展新技術(shù)研發(fā)，實(shí)行共建共享，將企業(yè)生產(chǎn)一線實(shí)際需求作為工程技術(shù)研究課題，圍繞產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)、核心工藝和共性問題開展協(xié)同創(chuàng)新，提升教師的社會服務(wù)能力。通過產(chǎn)業(yè)投資基金，支持高校創(chuàng)新成果和核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化。

3.5 充分利用各類項(xiàng)目和專業(yè)相關(guān)大賽

大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目和專業(yè)大賽是實(shí)踐教學(xué)的有效途徑。 通過橫向和縱向有效利用我校目前實(shí)行的大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目，使之成為部分學(xué)生的成果任務(wù)，使學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力在該項(xiàng)目結(jié)題之后可以繼續(xù)發(fā)揮作用，也可以充分發(fā)揮資金的作用。 以我校為例，校內(nèi)的大學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目、 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目和工程訓(xùn)練大賽、 西門子杯汽車大賽等都會得到學(xué)校一定的資金資助，而且也是取得成果的任務(wù)形式，不僅可以讓學(xué)生在創(chuàng)新上受益，還可以擴(kuò)大任務(wù)成果執(zhí)行的經(jīng)濟(jì)來源。最后通過該類項(xiàng)目和大賽的榮譽(yù)和成果激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。

3.6 拓展創(chuàng)新課程、實(shí)施“客串教授”的學(xué)生輪班制

緊跟時(shí)代對新工科機(jī)電專業(yè)建設(shè)的需要，増?jiān)O(shè)人工智能、機(jī)器人、圖像處理、三維建模與運(yùn)動仿真、有限元分析等具有新信息技術(shù)特征的課程，導(dǎo)師布置的任務(wù)盡量與這些課程產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。 分析當(dāng)前機(jī)電學(xué)科前沿的發(fā)展動態(tài)、新熱點(diǎn)技術(shù)特點(diǎn)，近五年學(xué)生參與的科研任務(wù)目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施與完成情況，鼓勵(lì)青年博士學(xué)歷教師結(jié)合自身科研項(xiàng)目特點(diǎn)擴(kuò)展開發(fā)創(chuàng)新性啟發(fā)課程，帶動學(xué)生共同探索科學(xué)前沿技術(shù)與方法，通過輪班“客串教授”的形式鼓勵(lì)學(xué)生主動檢索、搜集科技信息，并通過講座的形式實(shí)現(xiàn)資源共享，激發(fā)學(xué)生對未知領(lǐng)域的好奇心，與機(jī)電專業(yè)知識無縫融合。打破傳統(tǒng)知識陳舊、技術(shù)與企業(yè)脫節(jié)的瓶頸，讓學(xué)生更好地掌握新技術(shù)，適應(yīng)社會新環(huán)境。

4 實(shí)施中需要注意的事項(xiàng)

作為本科生人才培養(yǎng)的局部創(chuàng)新模式，任務(wù)成果的實(shí)現(xiàn)使學(xué)生、指導(dǎo)教師及整個(gè)專業(yè)辦學(xué)都有提升，但是開始執(zhí)行時(shí)必然會存在各種問題。 為了能讓該培養(yǎng)方案順利實(shí)施，需要注意幾個(gè)較為關(guān)鍵的問題：

第一，一定要有相關(guān)的制度作為保障。將任務(wù)成果的考核作為畢業(yè)的課外必修實(shí)踐環(huán)節(jié)的入培養(yǎng)計(jì)劃，這是調(diào)動學(xué)生積極性的基本方法，為了能讓該計(jì)劃順利實(shí)施，我校制定了《山西大學(xué)本科生導(dǎo)師制實(shí)施辦法》《山西大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)學(xué)分管理辦法》 等相關(guān)規(guī)章制度作為保障。

第二，給學(xué)生的成果任務(wù)要合理。能否準(zhǔn)確把握給學(xué)生選定的任務(wù)難度、體量及預(yù)期成果要求，直接關(guān)乎培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)量和所取得成果的含金量。 如果難度太大或工作量太大，學(xué)生不能完成，不僅會挫傷學(xué)生的積極性和自信心，而且影響學(xué)生畢業(yè)；反之，學(xué)生則收獲太少。 以我校為例，給學(xué)生布置的任務(wù)不是一次性完成，而是在校期間循序漸進(jìn)逐步增加，學(xué)生從入學(xué)就在導(dǎo)師指導(dǎo)下了解教師的任務(wù)方向，最終在第七學(xué)期完成收尾工作。

第三，要有一定軟硬件資源作為基礎(chǔ)條件。由于每個(gè)指導(dǎo)教師所布置的任務(wù)不同，因此必須有校內(nèi)各類資源作基礎(chǔ)條件，且要盡量擴(kuò)充校外資源。 以我校為例，與市內(nèi)其他兄弟院校實(shí)行校校共享實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐資源，充分利用校企共建實(shí)習(xí)基地、工程中心以及創(chuàng)新教育基地。

5 實(shí)施以成果為導(dǎo)向的人才培養(yǎng)模式的結(jié)果與效果

我校機(jī)電專業(yè)成立至今招收過7 屆學(xué)生，從第二屆學(xué)生開始在部分學(xué)生中進(jìn)行了3年的探索。 期間共有6 名專業(yè)指導(dǎo)教師按照此教學(xué)模式對20 多組學(xué)生（100 余名學(xué)生，約占專業(yè)學(xué)生總數(shù)的1/3）進(jìn)行培養(yǎng)，這些學(xué)生獲省級獎(jiǎng)項(xiàng)30 人次、校級獎(jiǎng)項(xiàng)83 人次，獲批專利25 項(xiàng)、多個(gè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)成品，該專業(yè)校級優(yōu)秀論文全部源自這些學(xué)生，學(xué)生在就業(yè)時(shí)顯現(xiàn)出了強(qiáng)大的競爭力。 與市內(nèi)部分兄弟院校實(shí)現(xiàn)了校校聯(lián)合共享實(shí)驗(yàn)資源，促進(jìn)了學(xué)校及專業(yè)之間的交流與合作。教師隊(duì)伍創(chuàng)新實(shí)踐水平得到提升，由于全體教師均需參與該教學(xué)模式，從而倒逼教師進(jìn)行自我提高。有課題的教師通過學(xué)生的參與減小了工作量，沒課題的教師從工程和實(shí)踐中尋找到課題并逐步深入研究，最終形成良性的師生互相提高的循環(huán)。通過該探索與實(shí)踐，整個(gè)專業(yè)的教學(xué)水平乃至學(xué)科水平得到顯著提升，故從第4 屆（2019級）學(xué)生開始全面實(shí)行該教學(xué)模式。

6 結(jié)語

本文所探索與實(shí)踐的以任務(wù)成果為導(dǎo)向的機(jī)電專業(yè)新工科人才培養(yǎng)模式，不是簡單地給學(xué)生出一道題目，而是專業(yè)的綜合改革。 通過這一綜合改革，不僅學(xué)生的素質(zhì)、能力及就業(yè)競爭力得到提升，而且教師的實(shí)踐教學(xué)能力及創(chuàng)新能力也得到提高，還可以擴(kuò)展出一批校外教學(xué)資源。最終，整個(gè)專業(yè)的教學(xué)水平乃至學(xué)科水平均可以得到提升。