新工科背景下機械類專業(yè)升級途徑研究與實踐

李言　李淑娟　楊明順　王權岱　楊振朝

［摘 要］文章從國家發(fā)展、行業(yè)和企業(yè)對人才的需求出發(fā)，分析了以新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新工科人才應具備的知識能力和素質，針對當前工科人才培養(yǎng)中存在的主要問題，剖析了問題產生的原因和導致的后果。文章以西安理工大學機械設計制造及其自動化專業(yè)為對象，提出了以“培養(yǎng)計劃制訂、課程體系和課堂教學重構、技術能力和非技術能力融合以及綜合評價機制建立”為主線的新工科升級改造途徑和實現(xiàn)模式，以期為新工科建設探索出一種有效的方法。

［關鍵詞］新工科；機械類專業(yè)；升級改造

［中圖分類號］ G642 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2022）10-0006-04

隨著以數(shù)字化、智能化為核心的新型產業(yè)的蓬勃發(fā)展，以“互聯(lián)網(wǎng)+”引領的新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式為特征的新型經濟逐漸成為新一輪工業(yè)革命的競爭焦點。高校作為人才培養(yǎng)的主陣地，如何適應新產業(yè)和新經濟模式變革帶來的沖擊和挑戰(zhàn)，培養(yǎng)出引領和推動經濟社會持續(xù)發(fā)展的建設者和接班人，成為高校當前和今后一段時間內重要的歷史使命和根本任務[1]。

一、新工科是產業(yè)對新型人才的呼喚

以新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式為特征的新型經濟呼喚新工科建設，這也是當今經濟社會發(fā)展對新型技術人才迫切需求的強烈呼喚[2]。

（一）新技術快速發(fā)展呼喚行業(yè)領袖人才

信息技術特別是以云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生、區(qū)塊鏈和互聯(lián)/智聯(lián)網(wǎng)為代表的先進技術深入發(fā)展，已滲透到各個行業(yè)和各個領域，在技術相互融合和應用的過程中，有力推動了各行業(yè)的變革和發(fā)展，催生了新的技術、新的產品和新的產業(yè)形態(tài)，使得迫切需要了解新技術發(fā)展動態(tài)、熟悉產業(yè)和產品升級途徑、掌握新技術應用方法、能引領行業(yè)技術發(fā)展的領袖型技術人才，以確保行業(yè)快速可持續(xù)發(fā)展。

（二）新產業(yè)快速發(fā)展呼喚創(chuàng)新型人才

運用新技術和新成果產生和延伸出的新產品和新型經濟活動已經成為企業(yè)高速發(fā)展的新引擎。縱觀制造技術和產品的發(fā)展歷程，過去擁有一項核心技術或產品，企業(yè)就可以維系和發(fā)展很長一段時間。但現(xiàn)如今，技術創(chuàng)新和產品更新步伐不斷加快，4G技術剛剛普及，5G應用已全面推廣，甚至6G都開始躍躍欲試。另外，單一功能的產品已走到了歷史盡頭，大多數(shù)產品都是走多功能集成、機電融合、軟硬配套，甚至自動化、數(shù)字化、智能化一體發(fā)展的新路，從產品發(fā)展中已難以清楚劃分專業(yè)界限。在創(chuàng)新驅動成為企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的今天，原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新、應用創(chuàng)新已經成為企業(yè)最核心的競爭力。企業(yè)對具有理念創(chuàng)新、理論創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、方法創(chuàng)新、工藝創(chuàng)新和管理創(chuàng)新能力的人才的渴望前所未有，人才競爭成為競爭的焦點。

（三）新業(yè)態(tài)和新模式呼喚高素質復合型人才

為了滿足社會和用戶多元化、多樣化、個性化的需求，企業(yè)依托技術創(chuàng)新和深度融合應用，從現(xiàn)有產業(yè)和領域中不斷衍生出新的產品和服務，形成了新的環(huán)節(jié)和鏈條，呈現(xiàn)出以制造服務、產業(yè)鏈深度融合以及數(shù)字經濟、共享經濟、平臺經濟為代表的企業(yè)運行新模式，推動企業(yè)技術、產品、服務交叉融合、同步發(fā)展。因此，企業(yè)技術人才不僅要具備解決自己專業(yè)領域復雜工程技術問題的能力，而且應懂經營、懂管理，熟悉社會、文化、經濟和環(huán)境等方面的知識，了解相關領域技術發(fā)展動態(tài)，具備跨專業(yè)組織團隊協(xié)同攻關和創(chuàng)新的能力。這種要求看似不合情理，但是企業(yè)為了生存發(fā)展不得不提出這樣的要求，否則企業(yè)的轉型升級和創(chuàng)新發(fā)展就成了一句空話。為此，企業(yè)在難以引進高素質復合型人才的情況下，不得不花大量精力實施在崗培訓，以提高已有人才的綜合素質和能力，這也是當前企業(yè)實際面臨的最大困難之一。

二、當前工科人才培養(yǎng)存在的問題

近年來，社會對高素質復合型人才的需求越來越強烈，對人才培養(yǎng)質量提出許多疑問甚至不滿。作為從事工程教育的工作者，在當前的新工科背景下，必須進行深刻反思，找出教育過程中存在的問題，不斷進行改革和完善，這樣才能培養(yǎng)出滿足社會發(fā)展需求的高素質人才[3]。

（一）工程教育系統(tǒng)相對封閉，造成人才供給與社會需求脫節(jié)

我國早期的工科教育專業(yè)大多是依據(jù)行業(yè)和產業(yè)的需求，借鑒其他國家發(fā)展經驗發(fā)展起來的，許多學校的工科專業(yè)有明確的行業(yè)背景和特色，為社會培養(yǎng)了大批行業(yè)專家和工程技術人才，為經濟建設和社會發(fā)展做出了貢獻。隨著科學技術的發(fā)展和市場主體的變化，高校管理體制和專業(yè)設置在不斷調整，這使專業(yè)的依托主體聯(lián)系不再緊密，行業(yè)特色弱化，逐步與行業(yè)脫節(jié)。另外，科學技術的發(fā)展和新技術不斷涌現(xiàn)，促使產業(yè)和產品不斷交叉融合，使傳統(tǒng)的產業(yè)界限變得模糊。例如MEMS、3D打印、健康醫(yī)療等新領域，往往涉及材料、機械、電子、控制、計算機、軟件、通信甚至生物工程等眾多專業(yè)的知識，受研究投入不足等綜合因素的影響，專業(yè)教育系統(tǒng)與產業(yè)分離。專業(yè)只能以學校的自身條件、能力和理解設置人才培養(yǎng)目標和方案，形成了自我封閉的人才培養(yǎng)體系，培養(yǎng)過程與社會行業(yè)脫節(jié)，培養(yǎng)的人才難以與社會需求匹配。因此，必須打破工程教育系統(tǒng)自我封閉的局面，形成包括社會和行業(yè)參與的專業(yè)教育大閉環(huán)系統(tǒng)，這樣才能有效解決供需脫節(jié)的問題。

（二）專業(yè)教育界限過于清晰，使新技術難以融入

與產業(yè)領域專業(yè)分工越來越模糊形成鮮明對比的是，專業(yè)教育界限過于清晰。經過多年的發(fā)展，學校每個專業(yè)都形成了自己較為完善的培養(yǎng)目標、培養(yǎng)方案，確立了基礎課、專業(yè)基礎課和專業(yè)課及各種教學環(huán)節(jié)，對專業(yè)的核心和邊界有了共識，這是對的。但是在這樣的專業(yè)建設體制下，社會需求快速變化，培養(yǎng)方案卻很難適應和及時調整。現(xiàn)實情況是，每當修訂專業(yè)培養(yǎng)方案時，就會面臨這個是專業(yè)核心不能動、那個是專業(yè)關鍵不能動、一些必須開設的課程和環(huán)節(jié)不能動的窘迫。加上受學時和學分的限制，只能對培養(yǎng)方案進行小修小補，維持現(xiàn)狀，造成一些新技術、新知識難以有效地融入人才培養(yǎng)體系。因此，在新工科背景下進行專業(yè)升級改造，必須打破常規(guī)，重新審視專業(yè)邊界，以開放的思維、系統(tǒng)的觀點重新構建專業(yè)體系。

（三）教育過程領地化，造成學生所學知識碎片化現(xiàn)象嚴重

由于培養(yǎng)計劃的系統(tǒng)性不強，課程及教學環(huán)節(jié)設置的相互銜接和邏輯性受到很大影響，甚至因人設課的現(xiàn)象在一定程度上依然存在。另外，在教學過程中，每門課程的教學內容和教學方式基本定型，形成了固定的模式，課程教什么、如何教、教到什么程度就成了教師的個人問題。在調查過程中筆者發(fā)現(xiàn)，不同屆的學生談到當時所學的某一門課時，基本沒有什么差別和變化。加之現(xiàn)在部分青年教師受教學能力和教學經驗的限制，在教學過程中就內容講內容，用一個名詞解釋另一個名詞，做不到用淺顯易懂的語言給學生把道理講清楚，不會把課程的前后內容相互聯(lián)系起來，不能很好地把理論知識與實際應用相互銜接起來，不能把本課程與相關課程內容關聯(lián)起來，形成整體概念。這種以課程為單元，理論教學和實踐教學脫節(jié)的課程體系造成學習過程孤島化、所學知識碎片化，學生學習的主動性、積極性不高，解決實際復雜工程問題的能力不足。

（四）評價方法單一化，使學生的綜合素質和能力難以得到有效培養(yǎng)

學校是一個熔爐，主要任務是培養(yǎng)人，肩負著為國家建設培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的建設者和接班人的重要使命。如何培養(yǎng)和評價一個人的全面發(fā)展成為當前教育過程中的難題。學校通過理論學習、實踐鍛煉及各類課外活動環(huán)節(jié)，把學生塑造成高素質人才。按理說，凡是占用四年有效時間的任何教學和課外活動，都應該對培養(yǎng)學生某一方面的能力有直接作用和效果，都應納入考核評價范疇，否則就是無用的，學生可以拒絕參加。在課內教學活動中，部分教師往往更加關注學生的學習成績，成績考核幾乎成了育人效果的唯一標準，對立德樹人，學生的交流、溝通、組織等非技術性能力關注不夠，也缺乏有效的評價方法和手段。另外，在更加關注個人權益和隱私的今天，許多評價難以操作和公開，怕給學生造成負面影響和心理負擔；對一些敏感問題教師不好處理，以至于部分教師的課堂組織和對學生的管理處于較為放任的狀態(tài)，這對學生綜合能力的培養(yǎng)也有很大影響。因此，必須形成師生共同參與、學校各部門齊抓共管的育人環(huán)境，探索建立大學生在校期間技術能力和非技術能力的培養(yǎng)與考核評價體系，促進人才健康成長。

三、機械專業(yè)升級改造的思路與探索

科學技術發(fā)展的歷史洪流不可阻擋，社會和產業(yè)的變革勢如破竹，對人才的渴望前所未有。作為人才培養(yǎng)的高等學校，只有順應發(fā)展要求，正視存在的問題，以鍥而不舍的勇氣和精神面對現(xiàn)實，通過新工科建設對專業(yè)進行卓有成效的改造和升級，才可能不被社會拋棄[4-5]。

前述分析表明，第四次工業(yè)革命帶來的新技術、新產業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式是全方位、多層次、多樣化的變革，沒有任何一個專業(yè)能夠培養(yǎng)出滿足各方面要求的全能人才[6]。依托已有專業(yè)的基礎，不斷融入涉及本專業(yè)領域的新理論、新技術、新方法，實現(xiàn)各自專業(yè)的升級改造，在協(xié)同攻關中體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢、特長以及與相關專業(yè)的聯(lián)系與配合，這恐怕是新工科建設最理智、最有效的途徑之一。

西安理工大學（以下簡稱“我?！保C械設計制造及其自動化專業(yè)是在1958年機床和工具專業(yè)的基礎上發(fā)展起來的，是國家特色專業(yè)和一流專業(yè)，兩次通過工程教育專業(yè)認證。多年來，圍繞專業(yè)認證和新工科建設，我校進行了有益的專業(yè)升級探索和實踐。我校專業(yè)升級改造的基本理念是堅持需求為驅動、學生為中心、結果為導向，通過持續(xù)改進提高人才培養(yǎng)質量；基本原則是堅守專業(yè)底線、筑牢專業(yè)核心、拓展專業(yè)外延，通過專業(yè)內部課程和各教學環(huán)節(jié)的融合及與相關專業(yè)新技術的關聯(lián)和交叉，保持培養(yǎng)方案和教學體系的系統(tǒng)性、先進性。我們的具體做法、體會總結如下。

（一）好的培養(yǎng)計劃是專業(yè)改造的基礎工作

培養(yǎng)計劃看似簡單，實則不易。說它簡單，照貓畫虎也能做；說它不易是因為，培養(yǎng)計劃是專業(yè)建設和發(fā)展的總綱，涉及人才培養(yǎng)規(guī)格，人才需求和去向，知識、能力和素質要求，課程配置體系，教學環(huán)節(jié)設置等一系列問題。為此，我們主要做了以下三方面的工作。

一是建立了以專業(yè)帶頭人負責、核心課程鏈教授參加、老中青結合，聘請相關專業(yè)和企業(yè)工程技術人員參與的工作組，負責明確專業(yè)內涵和外延以及專業(yè)邊界、構建人才培養(yǎng)模式和體系、制訂培養(yǎng)計劃、專業(yè)軟硬件平臺建設規(guī)劃、專業(yè)和教學過程實施與改進等工作。

二是建立了專業(yè)和教學改革研究機制。成立了專業(yè)教師和70余位企業(yè)家組成的產學研用聯(lián)盟，建立了產業(yè)鏈合作委員會，定期對行業(yè)發(fā)展、企業(yè)需求和專業(yè)建設等相關議題進行研討，為專業(yè)改革和建設提供意見與建議。兩年時間里，我們走訪調研了百余家不同類型的企業(yè)，雖然各企業(yè)對人才的要求不盡相同，但從國家、行業(yè)和產品需求層面分析，對機械類專業(yè)人才的能力素質要求總體可以歸為家國情懷、道德素質、專業(yè)素質、領導素質及身心素質幾大類，通過專業(yè)內部的融合與匹配，最終形成了“以學生為中心、需求為拉動、過程為保障、融合為手段、結果為導向”的“拉式”人才培養(yǎng)體系構建方法，具體如圖1所示。

三是建立了專業(yè)內部定期研討交流機制。專業(yè)建設不是一兩個人的事，只有全體專業(yè)教師參與才能取得成效。通過定期交流，每位教師要明確專業(yè)辦學理念，熟悉課程與課程以及各教學環(huán)節(jié)之間的邏輯聯(lián)系，了解自己所講課程前后續(xù)課程的基本內容，及時獲得企業(yè)和社會需求，使自己在教學過程中能把學生所學知識相互關聯(lián)起來，及時把社會需求及新技術、新知識的相關內容融入課程及實踐應用中，以促進學生融會貫通，形成完整的知識體系。

（二）好的課程體系和課堂教學是人才培養(yǎng)的根本

我們依據(jù)專業(yè)辦學理念，瞄準企業(yè)和社會需求，在充分調研、論證分析的基礎上，形成了以大機械復雜工程為背景，以機電系統(tǒng)“分析與設計—工藝與制造—測試與控制—系統(tǒng)與集成”四個知識鏈為主線的課程配置方法。按照守底線、保核心、拓外延的思路進行強干、削枝、配葉。除公共課程外，我們還遴選出包括力學、圖學在內的8門專業(yè)核心課，建立了以機械設計為核心的“分析與設計”知識鏈、以機械制造技術為核心的“工藝與制造”知識鏈、以測試技術為核心的“測試與控制”知識鏈、以現(xiàn)代制造系統(tǒng)為核心的“系統(tǒng)與集成”知識鏈，每一條知識鏈設置一位責任教授，統(tǒng)籌每門課程內容取舍、鏈內課程的銜接工作。比如，在“分析與設計”知識鏈中延伸出機器人技術及應用課程，在“工藝與制造”知識鏈中延伸出智能制造技術課程，在“測試與控制”知識鏈中增加了智能傳感技術和人工智能基礎課程，在“系統(tǒng)與集成”知識鏈中增加了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等課程。同時，對一些課程內容進行了刪減、調整，形成完整的課程體系。

依據(jù)知識鏈系統(tǒng)性要求，對每門課程進行重構設計，按照學生一般了解的內容、應該熟悉的內容、必須掌握的內容劃分出課程的重點和核心內容。按照基本知識、基本原理和基本方法的思路確定自學、研討和講述的課堂授課方式，并規(guī)劃設計出人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術在本門課程中的融入點和應用點，拓展課程外延應用范圍，引導學生對新技術進行關注和有意識的應用。同時，每門課程還要根據(jù)課程性質，把5%～10%的學時用于立德樹人、環(huán)保、安全、交流溝通等方面的非技術能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)。實踐證明，筑牢課程和課堂授課這塊最重要的陣地，是培養(yǎng)高素質人才的關鍵和根本。

（三）好的課內外融合實踐環(huán)境是培養(yǎng)學生綜合能力的重要途徑

為了解決學生實踐動手和應用創(chuàng)新能力不強的問題，依托國家工程訓練實驗教學示范中心和教育部數(shù)控機床與系統(tǒng)集成重點實驗室，學校建立了良好的實驗、實踐和實訓平臺。按照學生的知識結構及對事物的認識規(guī)律，結合培養(yǎng)計劃要求，學校把學生的實踐創(chuàng)新與學生成長及能力培養(yǎng)融為一體，精心規(guī)劃了機械工程發(fā)展“一個展覽”，專業(yè)講座及科技進展“兩類報告”，驗證性、綜合性、設計性“三類課程實驗”，機械設計、加工工藝、信號測試、制造系統(tǒng)“四類開放實驗和實踐項目”，工程訓練、課程設計、畢業(yè)設計、生產實習、綜合實踐課“五種綜合應用訓練環(huán)節(jié)”，課程論文、社會實踐、專題培訓、科技創(chuàng)新、工程應用、科技活動、學科競賽、創(chuàng)新實踐、演講辯論、書畫比賽等“八種形式的課外實踐活動”，構建了“123458”實踐體系，將其有機地貫穿于教育教學全過程，從而形成四年不間斷的遞階式實踐體系。

為了更好地培養(yǎng)學生交流溝通、團隊合作、組織領導、創(chuàng)新意識等非技術能力，使各類實踐活動落到實處，學校建立了把非技術能力納入培養(yǎng)過程各環(huán)節(jié)的融合機制，如圖2所示。把理論教學、實踐教學和非技術能力培養(yǎng)在不同層次、不同階段進行交叉融合，促進學生專業(yè)能力和非技術能力同步提升。按照機械部件“原理—功能—結構—應用”和機電產品“原理分析—結構設計—加工制造—裝配調試—測試控制”全過程需求要素，推動理論實踐和非技術能力一體化貫通式教學方式，以技術要素誘導非技術能力的養(yǎng)成，促進學生的全面成長。在實施過程中，注重加大課外訓練。我們通過人文和課程思政、社會實踐培養(yǎng)學生的家國情懷和人文素養(yǎng)，在基礎階段穿插報告會、辯論賽、科技活動、開發(fā)實驗實訓等課外活動，拓展學生的工程認知和科技視野。在課內理論和實踐教學中，將5%～10%的學時用于學生非技術能力的培養(yǎng)。

（四）好的評價機制是激發(fā)學生全面發(fā)展的重要手段

雖然目前對學生考核評價的問題一直是大家比較關注的問題，也有各式各樣的考核評價方式，但總體而言還是以學習成績作為最主要的考核指標。考核體系不完善、不及時，使學生的學習和成長狀態(tài)不能及時準確反饋，這一方面影響了評價結果的科學性；另一方面，如果學生一旦成績不好，就容易喪失前進的動力。為此，我們建立了定量與定性結合、技術能力與非技術能力相結合、結果性評價與過程性評價相結合的評價體系。通過學生在校期間諸如班團活動、社會實踐、創(chuàng)新實踐及學習狀況、身心狀態(tài)等項目，采用學生自評、互評，教師、輔導員、班級導師評價的方式，定期對學生的知識學習效果、解決實際問題的能力、合作擔當精神、持續(xù)發(fā)展?jié)撃苓M行綜合評價，建立良好的溝通與反饋機制，這種評價效果比較好，受到學生的歡迎。目前，我們正在探索區(qū)塊鏈在人才評價中的應用。

四、結束語

文章針對新工科背景下機械類人才培養(yǎng)過程中存在的問題，從大機械工程背景和人才成長規(guī)律出發(fā)，從國家、行業(yè)和機電產品設計制造三個層次提出對人才素質能力需求的分解和綜合，樹立知識聯(lián)動配置的“拉式”人才培養(yǎng)理念；建立了以反映復雜機電產品“分析與設計—工藝與制造—測試與控制—系統(tǒng)與集成”為主線的課程配置方法，以及與之相適應的知識鏈映射關系；構筑了以實踐設備為代表的硬支撐條件和以教師教學為代表的軟支撐條件的培養(yǎng)保障機制；以校內與校外、課內與課外、理論與實踐、技術因素與非技術因素四個融合為手段，把學生成長成才所必需的理論、實踐及非技術三種素質提升過程在學習的不同階段、不同教學環(huán)節(jié)進行有效的交叉融合，培養(yǎng)學生健全的人格和家國情懷、過硬的專業(yè)能力和良好的綜合素質，從而形成了“以需求為拉動、學生為中心、平臺為支撐、過程為保障、融合為手段、結果為導向”的機械類人才培養(yǎng)思想及實現(xiàn)模式。經過多年的實踐，這種人才培養(yǎng)模式效果良好，我校機械設計制造及其自動化專業(yè)被評為國家一流專業(yè)，已兩次通過工程教育認證；專業(yè)核心課機械制造技術被評為國家一流課程；2020年“新業(yè)態(tài)下機械類專業(yè)人才培養(yǎng)體系構建與實踐”獲陜西省教學成果一等獎；學校與澳大利亞詹姆斯·庫克大學合辦機械設計制造及其自動化專業(yè)，共同培養(yǎng)智能制造方向的人才。

［ 參 考 文 獻 ］

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［責任編輯：陳 明］