基于校企深度合作的學生工程實踐教育模式研究

黃海燕, 續智丹, 楊福源, 袁 泉, 邊明遠

(清華大學 汽車工程系, 北京 100084)

1 學生工程實踐教育教學面臨新形勢

1.1 汽車行業發展的新要求

我國“一帶一路”“中國制造2025”“互聯網+”等重大戰略中,汽車是新能源、人工智能等新一代高新技術的載體,汽車產業是創新創業的重要基地。面對新的發展機遇,汽車產業對人才培養，尤其是高層次人才培養提出了新要求,要求培養具有行業發展戰略視野、創新意識,以及開發、使用新材料、新技術等創新能力的復合型人才。這就要求對傳統工科人才培養模式進行升級,重新架構不同類型的工科院校及院系人才培養模式。對于研究型大學工科院系的工程實踐教學而言,應重點強化學生面向產業發展前沿的工程實踐能力的培養。

1.2 工程教育范式的新特征

工程教育范式經歷了“技術模式”“科學模式”和“工程模式”,當前為“工程模式”。在我國,工程模式以“大工程”為特征,以前沿性、系統性、交融性為重要標志[1]。2016年我國成為《華盛頓協議》締約國,按照《華盛頓協議》的要求,通過工程教育認證的工程專業不僅要深入理解和把握復雜工程問題,更要按照國際實質等效原則培養學生解決復雜工程問題的能力[2]。2017年教育部提出“新工科”建設,從新理念、新結構、新模式、新質量、新體系等5大層面推動我國工程教育的改革[3]。在這一背景下,系統構建汽車工程實踐教育教學模式,培養學生工程素養,提高其解決復雜工程問題的創新意識、創新能力是必然的選擇。

1.3 學校歷史使命與人才培養理念的新要求

清華大學作為我國高等教育的一面旗幟,站在新時代的起點上,肩負著創建世界頂尖大學,為國家發展、人民幸福、人類文明進步做出貢獻的使命。學校提出“價值塑造、能力培養、知識傳授”三位一體的人才培養模式,致力于培養“肩負使命、追求卓越”的領軍人才[4]。汽車工程系處在行業迅猛發展、學校快速蛻變的戰略機遇期,培養滿足國家、行業發展需要的人才任重道遠。

1.4 傳統校企合作實踐教學模式分析

在學生工程實踐能力培養方面,汽車工程系以往的校企合作實踐教學采取傳統的“看—聽—總結”三步走模式,通常是學校根據企業生產狀況、生產進度等因素,安排學生現場參觀學習,這種方式在很長一段時期,為學生提供了認識和了解產品生產過程的途徑。

隨著汽車生產模式的升級,生產制造自動化水平不斷提高,生產現場可看性逐漸降低,單一的參觀式實習課程效果差、學生不滿足等問題逐漸顯現,蜻蜓點水式的“看—聽—總結”三步走的汽車工程實踐培養模式已經不能滿足人才培養目標要求及行業對高端人才要求。尤其是近些年隨著汽車電動化、智能化、網聯化的快速發展,汽車產品已不再是簡單的機械產品,而是多種新技術的交叉融合,必須讓學生深入到企業產品設計、生產制造過程中去,跟隨企業工程師學習和鍛煉。這就需要建立起有利于啟發學生思考、激發學生創新意識、支持學生個性化發展的系統性工程實踐培養體系。

近年來不少高校在校外實踐教學改革方面,對校企合作實踐教學模式進行了有益的探索。對于研究型大學工科院系的實踐教學,如何開展校企深度合作、如何使校企雙方對校企合作實踐教學模式達成共識,共同對實習生進行工程訓練和工程培養,從而有效實現學生工程素質培養目標,是當下一項重要研究課題。

2 校企實踐教育深度合作模式探索與實踐

校企合作開展工程實踐教學,在踐行一流人才培養理念、培養卓越工程領軍人才的過程中,是不可或缺的重要環節。在傳統的專業實踐教育模式無法滿足需求的情況下,必須對校外實踐教育模式進行進一步探索和提升,通過對實踐教學課程體系的有效建設,使學生有效地得到工程能力和創新能力訓練,進而使學生在企業產品設計或制造創新過程中,有挑戰復雜問題的渴望和激情。

2.1 校企合作實踐教育新體系的設計

汽車工程系實踐教學組在20年實踐教學工作基礎上,不斷研究、探索和實踐。為不斷提升課程品質,充分利用學校資源,與教育研究院相關教師共同探討新形勢下工科院系實踐教學理念和教學模式; 與具有國內外重點汽車企業工作經歷的教授,探討行業精英或領軍人才應具備的基本素養、學生工程素養的培養思路,以及本科生校外實踐教育理念、教學模式、教學方法及評價指標等。

通過一系列研討,實踐教學組構建了新型校企深度合作實踐教育理念,形成包括課程目標、管理模式、課程模式和教學方法等在內的完整的教學體系,如圖1所示。

圖1 校企深度合作實踐教育體系

課程目標:重點提高學生工程素養,包括學生的創新意識、創新能力和解決實際工程問題的能力;管理模式:采用校企深度合作模式,建立以實際工程問題研究為載體的雙導師負責制;課程模式與教學方法:引導學生采用基于問題的研究性學習方法,以解決實際具體工程問題為目標,以參觀學習為基礎,以課題研究為重點的教學方法和課程模式。

2.2 校企合作實踐教育平臺設計

未來汽車領域的人才,不論是“學術大師、興業英才、治國人才”,都應該對汽車企業及行業有足夠的了解,包括行業發展戰略需求、技術需求、人才需求等。學生通過在企業的深入實習,不僅可對我國汽車工業的發展實際有較深入的了解,同時還可以對自己的知識結構和能力等方面的不足有更加清晰的認識,從而更好地激發學生不斷學習和補充相關基礎知識的熱情,增強不斷追求卓越的動力。

為實現上述目標,校企深度合作實踐教育平臺的設計與有效建設至關重要。高水平的校企深度合作實踐教育平臺,是有效開展研究型大學工程實踐教育的重要基礎,也是國家新工科建設的重要組成部分。產業或企業對高等工程人才培養的優勢體現在以下方面:

(1) 能夠準確把握社會對工程人才的需求;

(2) 擁有最先進的生產設備和制造技術;

(3) 擁有一批經驗豐富的工程技術人員;

(4) 具有真實的工程實踐和創新環境;

(5) 擁有完整的先進企業文化的學習氛圍[5]。

為此,我們基于學校資源,尋求校企合作、相互促進、共同發展的路徑。

2.2.1 利用校企雙重資源,實現校企雙向合作,打造校外實踐教學平臺

校企合作涉及學生培養合作、企業骨干培養合作、科研合作等諸多方面。以學生實踐教學為出發點,充分挖掘校、系資源,為企業發展服務,可為學生的實踐訓練營造更有利的條件。如由校內相關教師給企業授課,介紹相關學科科研成果,舉辦不同形式的校企合作實踐交流研討會等,不僅能使企業工程技術人員及時了解前沿技術,提升技術水平,教師也可以更好地了解企業對人才能力的需求。基于這些交流,也為校企雙方在實踐教學理念和教學方式方面的深度合作奠定了基礎,從而可制定出適合研究型大學人才培養理念的企業實踐教學大綱,明確實習內容、實習形式、評價方法等。

此外,為滿足行業對不同類型高端工程人才的需求,在實習單位選擇上由以前的基本是產品生產制造單位,轉為產品生產制造單位、新產品試驗研究單位和新產品研發(新能源、智能汽車、新型內燃機)單位兼而有之,并更多關注具有挑戰性的新型汽車企業。已有研究表明,企業參與校企合作教育的首要動因是自身需求,包括經濟利益需求和人力資源需求。企業通過參與校企合作教育,能夠儲備企業發展所需人才,有利于企業長遠發展和實現企業戰略目標。其次,現代企業為了生存和發展,必須獲得利益相關者的支持,承擔相應社會責任,參與人才培養,支持教育事業發展是企業社會責任的一部分[6]。通過與這些企業的交流合作,包括簽訂校企合作框架協議等方式,校外實踐教學平臺得以完善和健全。

2.2.2 打造專業實踐教學師資隊伍,為提升實踐教學質量奠定堅實基礎

多年的實踐教學證明,先進的實踐教學理念、實踐教學模式是實現卓越工程人才培養的前提,而具有良好專業素養、較強責任心的教師隊伍是其重要保障,因此實踐教學師資隊伍建設至關重要。這些教師要既懂得專業技術知識,又懂得人才成長規律,既具有扎實的理論基礎知識,又具有豐富的企業工程實踐經驗。一直以來,高校青年教師實踐教學能力令人堪憂,主要體現在實踐教學經驗缺乏、實踐教學設計滯后、實踐教學實施能力不足、實踐教學評價體系不完善、感知行業新知識鈍化、自我提升意愿不強等問題[7]。自2010年起,汽車工程系設置專人負責實踐課程,組建了一支由具有企業產品設計、生產經驗,且有多年教學經歷的教師隊伍組成的實踐教學組。目前實踐教學組由5名教師組成,均具有副高級職稱,其中2人具有6年以上的企業工作經歷,2人具有20年的實驗教學經驗。教學組教師在系教學委員會指導下,具體負責研究實踐課程理念、設計課程體系、落實實踐教學計劃等任務。通過每年組織不同形式的教學研討、企業調研、校企實踐教學交流會等,實踐教學教師隊伍整體水平不斷提升。

除校內教師外,每位學生在專業實踐期間均配有企業指導教師,校內教師和企業導師共同對學生的實習過程進行管理,包括實習課題開題、中期檢查和最終成果匯報點評等,使學生在實際的工程問題中提升工程意識和創新意識。

2.2.3 建立和完善實習管理制度,為實踐教學長期穩定發展提供保障

為保證學生到企業實習的有效性,課程負責人與企業相關工作負責人就學生實習形式、內容、管理方式等進行協商,簽訂實習管理協議,對學生實習期間的安全、工作時間及遵守企業管理規章制度,包括企業技術保密制度等相關事宜進行約定。雙方共同編制適合我校本科生的實習教學大綱,并每年對實習教學大綱進行修訂,以適應企業的發展及學校對人才培養要求的變化。

2.3 校企合作實踐教學的具體實踐

2.3.1 實踐教學過程設計

基于實踐教學組設計的課程模式和教學方法(見本文2.1),實踐教學過程如圖2所示。

根據雙方意愿,可將實習過程延伸到學生本科畢業設計階段,為本科畢業后直接去企業工作的學生提前了解和熟悉工作環境提供了機會。校企共同指導本科生畢業設計,不僅進一步加強了校企合作的實踐教學,也為學生盡快勝任工作奠定了基礎。

圖2 校企合作實踐教學管理示意圖

2.3.2 課題題目與技術路線設計

如何制定研究型大學學生企業實踐內容,使學生在有限的時間內(4、5周)不僅達到基本要求,而且能在部分問題上有所見解、有所創新,是對實踐教學組教師的最大挑戰。選擇好實習內容,使其具有可操作性,尤為關鍵。為此,實踐教學組教師每年提前1、2個月到實習單位走訪,了解企業產品生產制造現狀,及產品改進和新產品研發需求等,在此基礎上,校企共同商定相關實習內容,并根據企業提供的相關實習題庫,挑選出適合我校本科生特點,且具有一定挑戰性的實習課題。表1為學生某年在某企業的實習課題。

實習內容確定后,校內教學組教師提前與企業導師面對面交流每個實習課題的背景、目標及課題技術路線等。在此基礎上,預測學生在進行實習課題過程中可能會遇到的問題,并就這些問題與相關企業技術人員商討應對之策,從而確保學生在實習過程中達到預期目標。

表1 某年我校汽車工程系本科生在某企業的實習課題

2.3.3 課題分配與過程培養

為培養學生獨立工作能力,也為避免個別學生的依賴思想,給每位學生分配一個獨立的小課題,同時為每位學生配有企業指導教師。實踐帶隊教師將最后確定的實習課題提前1、2周發給學生,學生根據個人特點及未來發展方向進行選擇,如選擇中發生沖突,則師生協商解決。為保證實習課題的順利進行,學生應在課題開始前至少一周,利用學校圖書館資源查閱相關資料,并對有關問題咨詢相關教師或學長(相關領域的研究生),制定出初步實習計劃及課題思路等。

加強實習過程中師生之間、生生之間的互動交流與研討,是實現課程目標,不斷提升學生綜合能力的必要條件。為此,實踐教學組教師將實習過程劃分為4個階段:

(1) 學生實習前需查閱資料、調研,與學長或教師交流;

(2) 第1周,學生準備實習開題,通過不同形式的互動交流,使學生進一步明確實習任務,課題技術方案等;

(3) 第2—4周,課題具體實施,采取師生和生生互動方式,引導學生深入研究課題,提出解決方案,進而完成課題,同時組織學生到生產一線參觀學習,擴大視野;

(4) 實習成果匯報,學生(以個人或小組為單位)通過PPT展示其實習成果,由校企教師共同作出評價。即由企業工程師與帶隊教師共同組成實習答辯評審小組,對學生實習成果匯報進行點評。帶隊教師的點評,旨在進一步加強師生互動,而具有豐富經驗的工程師的點評,不僅能使學生受益,教師也可從中更好地了解企業。

此外,帶隊教師根據學生提交的實習日記、實習報告(面向學校)、課題研究報告(面向企業)、實習成果匯報(PPT)及企業工程師對學生的點評進行綜合評價,從而保證預期的實習效果。

2.4 校企深度合作模式實踐效果

實習新模式的實踐,不僅使學生在短短5周的實習時間里得到很好的鍛煉,而且使他們可以更好地了解到企業發展對人才的要求,從而激發出不斷學習、全面鍛煉自己的動力。通過具有不同經歷背景教師的指點和與之的交流,可使學生更快、更好地提升自己運用已學知識解決實際工程問題的能力,也使學生查閱文獻的能力、與人交流的能力及自學的能力得到鍛煉和提高,還使學生明確自己的知識短板,回校后能更有針對性地選課。

如果學生希望在本科階段有更多時間在企業實習鍛煉,則可將暑期實習延伸至本科畢業設計階段。這樣學生在近4個月的畢業設計時間里,可以更好地深入到企業產品研發過程中去,得到更好更全面的鍛煉和成長。

以“基于ADAMS/Simulink乘用車底盤系統建模與仿真”課題為例。此課題的任務是,使用ADAMS/Matlab/Simulink,以M43為基準車型,搭建出底盤系統的仿真模型,并對搭建出的前懸模型進行K&C實驗仿真及分析,對整車裝配模型進行操穩性的仿真及分析,并對仿真模型結果與實際對標報告進行對比分析。學生在一個月的實習過程中,不僅較好地完成了M43RR前懸建模及仿真報告,以及M43RR整車操穩性仿真報告,而且還解決了第三方仿真報告評測中出現的仿真結果與實際實驗有出入的問題,更正并優化了仿真模型。企業對此成果給予了高度評價,并驚嘆我校學生有如此能力。

實踐教育不僅提升了學生解決實際工程問題能力,也使學生在看問題、理解事情上有了進一步提高,正如學生在報告中所說:“總體而言,我覺得這種實習是特別有意義的。經過這次實習,對于汽車的理解和概念都提升了……。以前說到減震器,說到懸架,雖然都能看到,但卻沒有真真切切體會過、感悟過,不知道有這么多工程師在為這一個個的部件這么努力地工作。這不是什么技術上或是知識上的長進,它使自己覺得所學的知識都鮮活跳躍起來了,第一次覺得自己真的能夠在汽車領域貢獻自己的綿薄之力。”

3 結語

基于校企深度合作實踐教育平臺,實現了以課題為目標導向的校企合作實習模式。此種模式不僅有利于學生實踐能力、綜合能力的培養,也為企業培養新員工提供了很好的示范。企業還充分利用我校學生扎實的理論基礎和較為開闊的思路,為企業解決了一些長期無暇顧及的技術問題,得到了企業的充分認可和支持。

新型校企合作實踐教育模式,實現了教學思路由以前單純強調學生實踐動手能力培養向實踐性與探索解決實際問題相結合的轉變,實現了教學模式由“學習型”向“研究型”的轉變,實現了培養模式從知識傳授型向實際能力訓練型的轉變。通過典型案例,可更好地培養學生運用已學知識或通過查閱相關書籍及文獻解決實際工程問題的能力及工程研究能力和自學能力等,從而為學生的未來發展奠定扎實的工程實踐基礎。