產品導向的應用型高校材料專業工程實訓教學模式構建

謝勁松 黃俊俊 趙娣芳 劉建中 董 強

（合肥學院 化學與材料工程系，安徽 合肥 230601）

0 引言

在現代高等教育特別是應用型本科人才培養體系中，學生知識的輸入和能力的培養是兩個重要的方面。如何構建科學合理的教學體系以培養學生的綜合能力，使其成為具有工程應用背景及實踐技能的人才是工科高校面臨的問題和挑戰[1]。教育部提出的“卓越工程師計劃”要求工科專業大力培養大學生的工程實踐能力、創新精神和創新能力，這已成為知識經濟發展的客觀要求。尤其在學生能力培養方面，實踐教學對培養目標的達成度越來越高，在人才培養中所占的比重也逐年增大[2]。

實踐教學是高校根據人才培養目標，組織學生結合專業知識進行基本技能訓練、提高動手能力和增強創新精神的各種教學形式的統稱和基礎。根據學校辦學特點和專業培養目標建設實踐場地，差異化進行實踐教學，有利于應用型人才的培養。工程實訓作為大學生在校進行工程基礎理論學習、工程實踐訓練和創新活動的主要教學形式，一般兼有專業的學習、實習和實訓三種形式。其目的是提高應用型高校大學生的綜合素質和培養學生解決復雜工程問題的能力。目前高校教學改革中大力推行協同育人機制改革工程，強調推進“三跨”人才培養模式，打通一級學科或專業門類下相近學科的基礎課程，開展跨學科專業交叉課程，建立跨校、跨院系、跨學科以及跨專業的人才培養新模式。對比這個要求，目前工程實訓教學主要存在單一學科開展，以學習型為主，存在題目陳舊、缺乏創新、學生缺乏興趣和同實際生產脫節等一系列問題，嚴重制約著“三跨”人才培養模式實施[3-5]。基于此，提出了一種產品導向的材料專業多學科協同工程實訓教學模式，這種模式的工程實訓不僅有助于落實應用型教學目標，培養學生的實踐創新能力，使其成長為行業領域內的創新型高級工程技術人才；也有利于提升應用型高校教師教學和科研水平，增強學校的軟實力和競爭力。

1 產品導向的協同工程實訓教學的具體實施步驟和內容

安徽某高校粉體與材料科學專業在制定人才培養方案時，打破傳統以知識輸入為導向的人才培養模式，構建以能力輸出為導向的模塊化教學模式。加強課程模塊化體系的建立，促進知識交叉融合，拓展學生的知識面。在實踐教學方面，強調在實踐教學中對學生多學科協同能力的培養，開展基于產品導向的材料專業多學科協同工程實訓教學。其具體實施步驟如下：以服務區域具體產業為出發點，系統研判相關企業對人才的需求，建立產業對人才需求的協調機制，即通過調研，以目前市場需求的特定性能產品為導向，分解其生產工藝流程，不同學科學生針對工程實訓某一工藝環節開展實訓，切身體驗和掌握產品生產工藝，從而達到多學科協同教學的目標[6]。協同教學模式中將復雜的工程問題分解成若干可組合的模塊，有利于加強學生對本專業知識的深入理解，有助于形成共享協作的文化氛圍，進一步營造出產教融合的科研氛圍，進一步夯實產教融合的人才培養體系，從而推進校企全面深度合作、專業教育教學改革和科研升級[7]。

以安徽某高校粉體與材料科學專業工程實訓“3D打印工藝制備尼龍基產品”為例來闡述此種多學科協同的實訓教學內容。鑒于目前發展3D打印成型技術涉及到產品設計、粉體制備和機械設計等多學科的交叉，學校成立了以粉體材料科學與工程專業為主體，兼顧藝術設計、計算機科學與技術、機械設計和數學建模等專業的增材制造協同創新中心，進行協同研究工程實訓。首先市場營銷專業的學生充分調研尼龍基產品的市場需求情況，確定幾類具有特定功能的尼龍產品；藝術設計專業的學生在已有產品的基礎上設計出新穎結構和性能優異的尼龍產品；計算機科學與技術專業和信息與計算科學專業的學生在此基礎上協同建立模型；粉體材料科學與工程專業的學生負責篩選并確立合適的尼龍粉體制備工藝路線，優化出適合3D打印的尼龍粉體工藝參數，從而實現尼龍粉體的規模化制備；高分子加工專業的學生圍繞尼龍粉體表面改性、優化尼龍粉體的流動性和成形性開展工作。然后材料成型與控制工程專業的學生通過選擇性激光燒結3D打印成型機（SLS）來完成產品成型。最后粉體材料科學與工程和藝術設計專業的學生共同完成產品的后處理等后續工作。工程實訓的主要工藝路線和涉及的專業如圖1所示。實現多學科協同工程實訓關鍵在于各專業間作好統籌配合和無縫銜接，因此從以下三方面開展工作：第一，各院系部或專業間建立協同對話機制，明確職責，確定專人負責本專業和學科的實訓工作，定期開展圍繞特定產品工藝流程的多學科教師研討會，辯證性的完善和健全工程實訓的教學大綱，組建團隊，共同承擔實訓課程的教學任務。第二，依托學生社團和第二課堂，開展相關專業學生交流和跨學科的創新創業競賽活動，培養學生團隊合作意識，提升實踐教學效果。第三，針對各個專業學生中存在的專業基礎差異。在工程實訓前期的課程中，重點加強那些基礎薄弱學生的專業知識的教學。在工程實訓中，將專業成績好、操作能力強的學生與基礎成績差、操作能力弱的學生組成小組，形成“強-弱”組合，充分利用能力強、基礎牢的優生的示范和帶動作用來順利完成工程實訓。

圖1 3D打印制備尼龍基產品的工藝流程和涉及學科的示意圖

2 產品導向的協同工程實訓教學效果

產品導向的材料專業多學科協同工程實訓教學突出的特點是以培養學生解決實際問題的能力為出發點，以產品為導向，制定具體可行的工藝路線，按照實際生產模式為標準，以完成最終的產品為落腳點，多學科協同教學的教學模式。具有以下優點。

2.1 有利于落實應用型教學目標

應用型本科教學要以體現時代精神和社會發展要求的人才觀、質量觀和教育觀為先導，以在新的高等教育形勢下構建滿足和適應經濟與社會發展需要的新的學科方向，培養具有較強社會適應能力和競爭能力的高素質應用型人才。應用型高校教學要研判產業對人才的需求，建立產業需求與人才培養的協調機制。通過積極調研產業變革發展，研判企業人才需求，剖析相關產業對人才需求的知識結構、能力需求、工程實踐和素質素養等因素來制定教學目標和教學內容。教學內容應充分考量產業的現實需求，只有這樣才能正真做到應用型的教學[8]。基于此，在本科實踐教學中引入以產品為導向的工程實訓，從而使本科教學緊跟前沿科學技術和產業發展動態。其優點在于培養學生基礎專業知識的同時，突出了應用型工科高等院校的辦學定位，喚醒學生學習的內驅力，加強學生工程實踐能力的培養，使其既具有豐富的理論基礎，又具備動手實踐能力和應用能力，切實夯實了應用型人才培養質量。真正做到突出理論基礎、強化實踐技能和培養創新思維的多層次人才培養目標[9]。安徽某高校粉體與材料科學專業在實踐教學培養階段一直采用基于產品導向的多學科協同工程實訓教學，學生在校學習期間就接受了大量產品研發、工藝設計和設備選型等方面的實踐學習和鍛煉，極大地提高了學生的動手和創新能力。畢業后的學生得到用人單位的一致好評。如在浙江一火科技股份有限公司和安徽大地熊新材料股份有限公司工作的學生，由于在校期間接受產品導向的工程實訓實踐鍛煉，熟悉并掌握產品研發的工藝流程和相關設備的操作，工作幾年后就從技術研發人被提拔為企業研發主管。

2.2 有助于提升學生的多學科協同能力

在應用型本科院校的教學中，工程實訓課程體系以專業方向課為主線，注重實踐教學環節，加強理論課中專業技能的專業知識的教育，堅持理論教學與實驗、實習和實訓緊密結合。在強調培養學生基礎寬厚、適用性強的基礎上，加強各學科、專業間的橫向聯系，打通各學科和各專業間的知識壁壘。以課程模塊化建設為抓手，拓寬學生的知識視野，促進其知識交叉融合，構建結構化和網絡化的知識體系[10]。產品導向的協同工程實訓，通過指導學生綜合運用多學科知識和各種現有的工具來分析和解決實際工程項目中遇到的問題，發揮個體優勢，補足短板，加強其解決實際工程問題的工程實踐能力和獨立工作能力，促進學生自主學習能力的不斷提高[11]。安徽某高校粉體與材料科學專業通過產品導向的工程實訓帶動作用，組織本專業和其他相關專業的學生積極參與各種類型的第二課堂活動，學生獲得了多項國家級和省級的大學生創新創業訓練項目和大學生創客實驗室建設項目，如國家級的大學生創新創業訓練項目“石墨烯基復合粉體可控合成及催化性能研究”和省級“綠色電催化材料創客實驗室”等；在“挑戰杯”大學生課外學生作品競賽中也屢獲殊榮，相關團隊申報的“3D打印金屬/復合材料制備”作品獲得第七屆“挑戰杯·中國聯通”安徽省大學生課外學術科技作品競賽二等獎等。此舉既有助本專業學生交叉學科協同能力的培養，也大大提升了學生對專業的認同感和榮譽感。

2.3 有利于拓寬教師教學和科研水平

產品導向的協同工程實訓這一實踐教學環節會涉及到多個專業，相應地對教師的素質提出了更高的要求。很難想象只具有單一專業知識儲備和毫無相關企業實踐經驗的教師可以完全勝任這項教學工作。因此，工程實訓這一教學環節需要不同專業背景和實踐經驗的教師相互協同配合完成，并且這種深度合作是以產品為導向，突破不同學科之間的專業壁壘，從而促使教師在教學方法運用、教學組織形式、課程內容設計和教學策略運用等多個方面持續改進，不斷提高教學團隊教學水平，進而協同完成整個實踐教學環節[12]。安徽某高校從學校出發，整合學校相關的優勢學科，如材料和電子和計算機等建成校級“功能納米涂料助劑”研發中心。研發中心里的老師利用各自的專業優勢，取長補短，協同致力于各種功能納米涂料助劑的研發，如與德國畢克化學達成多項涂料納米助劑的研發項目。此舉極大地提高了教師的產學研水平。此外，通過實施跨專業協同實踐教學，有效達成師資力量的多元優勢互補，進而有利于提升地方本科院校辦學實力和核心競爭力，有效地推動專業教育教學改革和學校轉型升級。

3 開展產品導向協同工程實訓的教學建議

當前，應用型高等教育培養學生的能力包括：學習能力、綜合分析能力、科學思維能力、規劃能力、人際協調能力、創新能力、實踐能力、執行能力和專業技能[13]。實行產品導向的工程實訓教學，有利于強化學生多學科協同能力的培養。但傳統的教學是基于單一教師對單一學科學生進行簡單的填鴨式教學，所以基于產品導向的多學科協同工程實訓教學在培養學生多學科協同能力具體實施過程面臨諸多問題。根據目前基于產品導向的材料類專業多學科協同工程實訓的教學現狀，對多學科協同教學提出以下建議。

3.1 夯實產品導向的協同工程實訓教學內容

在對產品導向的多學科協同工程實訓教學模式研究的基礎上，本著服務地方社會經濟發展為出發點，對學校周邊產業需求和畢業生目標就業崗位需求進行充分調研，有效契合學校辦學定位和專業特色，確定工程實訓的目標產品，提出合適的多學科協同教學內容和方案。在課程方面除了開設傳統的專業課外，還要加開針對其它專業學生的輔助性專業課，幫助學生認識產品生產過程中涉及的其它專業性知識，拓寬學生的知識面，激活學生在交叉學科學習過程中的創新潛能。針對“產品導向”固有的缺點：過于集中產品導向，容易導致學生所學的內容過窄，知識面不夠寬，對于此產品之外的知識缺乏理解，對學生將來的就業與知識面極其不利。因此，在實施以產品為導向的材料類多學科協同工程實訓教學過程中一定要結合本專業定位和專業方向，合理的選擇產品的類型，不能過窄也不能過寬。另外在產品設計、工藝流程的設計和優化方面也需與市場緊密結合，不斷更新和優化其實驗參數和工藝路線。

安徽某高校粉體材料科學與工程專業根據專業的定位和目標，結合相關企業產品，積極拓展工程實訓的產品類型和優化相關的工藝流程。目前工程實訓產品如表1所示，涉及到常見的3D打印用常見的聚合物粉-尼龍粉體和無機礦物粉-碳酸鈣粉體，以及在此基礎衍生出尼龍基和碳酸鈣基復合粉體，此類產品都具有廣闊的應用領域和銷售市場。這種以產品為導向的材料類專業多學科協同工程實訓，極大的調動了學生學習的主動性，培養了他們的創新能力。另外也有助于不同專業教師間的教學交流以及教師和企業之間的產學研合作。

表1 安徽某高校粉體材料科學專業工程實訓產品一覽表

3.2 構建多學科協同教學工程實訓平臺

在調研學校相關專業工程實訓教學方案和內容的基礎上，分級建設多學科協同教學的校級和院級工程實訓平臺。其目的是有效整合以前零散的教學資源，為教師和學生協同“教與學”搭建更合適的實踐教學平臺。以產品工序為單位，建立可組裝的模塊式的實訓基地，引進企業的6S管理標準，以企業的標準要求教師和學生。實訓平臺建設可從以下三個方面考慮：一是明確產品導向的多學科協同教學工程實訓平臺的建設原則。該平臺以實現各種功能化的產品為目標，以材料專業學生為主體，能夠滿足不同專業和不同層次學生的工程實訓教學要求。實訓平臺產品的生產設備和工藝流程，應緊跟國內和國際企業生產實際，使得學生真正意義上了解并掌握具體工藝路線，進而培養更多的具有工程實踐和創新能力的優秀工科人才，進一步提升實踐教學質量[14]。二是優化實訓平臺的師資隊伍。建立合理靈活的教師聘任制度，優化平臺里教師隊伍的專業結構和職稱結構，開展多種形式的企業培訓和掛職鍛煉，培養有經驗的“雙師”和“雙能”型的實訓指導教師。建立科學合理的教師評價和獎勵機制，使得為實訓平臺貢獻大的教師得到更大的回報，充分調動他們的積極性和主動性[15]。三是制定合理可行的實訓平臺實踐教學體系。基于粉體材料產品設計和生產過程，以目標粉體產品為教學對象，按照粉體制備、粉體分級、粉體改性、粉體成型和粉體產品后處理等各個工序逐步實施，通過完成典型粉體產品從設計、生產和銷售等全過程的實訓，使學生理解理論知識在各環節中的應用，提高其動手和項目操作的能力。基于此，安徽某高校粉體材料科學專業建立了校級“功能納米涂料助劑研發”和院級“增材制造與粉體技術”兩個工程實訓中心，極大地滿足了藝術設計、粉體材料科學與工程、計算機科學與技術和機械設計等專業學生工程實訓的需求。

此外多專業協同教學的工程實訓平臺還可以利用校企、校地共建實訓基地，依托校企和校地合作協同教學，共建協同育人的人才培養方案。在專業實踐課程的教學中，與企業建立合作聯盟，聘請有經驗的企業工程師在實踐教學中擔當企業導師，攜手校內教師共同指導學生完成工程實訓，打造一支校內與校外的“雙導師”實踐教學隊伍，切實保障工程實訓實踐教學質量。通過上述措施可以建立學校與企業的資源共享與互動，真正做到實訓平臺就是生產基地，以企業的現實需求作為學生的培養標準[15-16]。這樣能有效化解學生的知識結構與企業需求的矛盾，使得學生做到學以致用，并且企業和畢業生雙向收益，切實做到為各行業輸送更多合格的應用型人才。

4 結語

當前，隨著新工科建設和高水平雙一流大學建設的深入推進，高校特別是地方應用型高校對學生多學科協同能力培養提出了更高的要求。在實踐教學中，工程實訓是要實現專業知識的學習要適應工程實踐的要求為目標，為畢業生進入企業打好基礎。結合應用型高校工程實訓中工程實踐能力培養存在的問題，探究一種基于產品導向的多學科協同工程實訓教學模式，即本著服務區域產業的出發點，通過調研，以某種產品為研究對象，分解其生產工藝，不同專業工程實訓針對某一環節開展。以安徽某學院粉體與材料科學專業的工程實訓為例，著重闡述了此種工程實訓的實施步驟和內容。采用此種實踐教學模式，有利于提高教師教學與科研水平、提升學生多學科協同能力和落實應用型教學目標。最后從構建基于多專業協同教學的工程實訓平臺和協同教學內容開發兩方面解決這一教學模式變化帶來的矛盾。總之，產品導向的多專業協同工程實訓教學可解決目前工程實訓題目陳舊、缺乏創新、學生缺乏興趣和同實際生產脫節的等諸多問題，進一步融合各專業的專業知識從而形成解決復雜工程問題的合力來解決具體產品生產工藝各環節中遇到的難題，有利于學生多學科協同能力培養，從而提高應用型高校人才培養的質量。