校企合作模式下金屬材料工程專業(yè)“工程范式”實踐教學改革探索

范永哲，武建軍，李世杰，馬瑞娜，杜 安，趙 雪，何 珺

（河北工業(yè)大學 材料科學與工程學院，天津 300401）

當前，世界正處在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革加速進行時期，我國經(jīng)濟發(fā)展也正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級階段。國外高等教育從注重技術(shù)應用的“技術(shù)范式”轉(zhuǎn)換為注重科學研究的“科學范式”，現(xiàn)又轉(zhuǎn)換成為注重實踐的“工程范式”[1]。在這種產(chǎn)業(yè)變革和教育變革的大背景下，2017年教育部提出了將“新工科”建設作為新時期國家推進高等教育改革的新戰(zhàn)略，要求工程科技人才具備更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，以滿足新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)為特點的新經(jīng)濟發(fā)展需求。這些能力的培養(yǎng)和夯實都與高校實踐教學環(huán)節(jié)息息相關(guān)[2]。

河北工業(yè)大學金屬材料工程專業(yè)的培養(yǎng)目標是立足京津冀、面向全國，培養(yǎng)具有一定的人文社會科學素養(yǎng)、深厚的自然科學基礎(chǔ)，掌握材料科學基本理論和材料研究與測試的基本方法，掌握金屬材料的制備、加工與產(chǎn)品質(zhì)量分析等工程方面的基礎(chǔ)知識和基本技能，具備較強工程意識、工程設計與實踐能力高素質(zhì)專門人才。該專業(yè)是一個實踐性很強的本科專業(yè)。學生的工程能力、創(chuàng)新思維能力是他們畢業(yè)以后能夠獨立完成某項工程任務的重要保障。本文針對河北工業(yè)大學金屬材料工程專業(yè)實踐教學中存在的問題，結(jié)合“工程范式”教學目標，探索了本專業(yè)實踐教學改革方法。

1 實踐教學存在的不足

1.1 實踐教學內(nèi)容不完善，缺少綜合性實驗和課程設計

我校金屬材料工程專業(yè)實踐教學包括工程訓練、機械設計、專業(yè)課實驗教學、認識實習、生產(chǎn)實習與畢業(yè)論文（設計）等。目前，實驗教學大多數(shù)是設置在專業(yè)課教學中在實驗室完成，實習是學生參與企業(yè)生產(chǎn)的一種實踐教學形式；畢業(yè)論文是學生參與教師的科研項目，獨立完成實驗及撰寫論文。

我校金屬材料工程專業(yè)實驗教學主要是指材料科學基礎(chǔ)、相變原理及工藝、現(xiàn)代材料分析方法、金屬材料學、材料力學性能、材料物理性能等相關(guān)專業(yè)課里設置的實驗，例如《鐵碳合金平衡組織觀察》、《鋼的熱處理組織觀察》等。通過這些課程實驗，學生們學會了利用顯微鏡識別金屬材料的微觀組織，掌握了一些材料性能測試方法等。但是，專業(yè)課實驗教學內(nèi)容依附于各自的專業(yè)課教學大綱，實驗課形式以驗證型實驗為主，形式單一，缺少設計性、綜合性實驗。因此，實踐教學內(nèi)容中缺少將這些專業(yè)實驗課串聯(lián)起來，培養(yǎng)學生解決實際金屬材料工程問題綜合能力的實踐教學環(huán)節(jié)。實踐教學內(nèi)容中缺少綜合型實驗及課程設計內(nèi)容。因為綜合性實驗及課程設計是針對金屬材料實際工程問題，培養(yǎng)學生利用所學金屬材料理論知識，分析工程問題、解決工程問題能力的重要途徑。

我校金屬材料工程專業(yè)下設金屬材料方向、鋼鐵冶金方向和復合材料方向，大多數(shù)畢業(yè)生從事與本專業(yè)三個方向相關(guān)的工作。由于目前三個方向的實驗課程教學缺少綜合型及交叉學科的相關(guān)實驗教學內(nèi)容，影響了學生在相關(guān)專業(yè)的工作崗位上的實際操作技能。調(diào)查研究表明大多數(shù)學生認為大學實踐教學應該涉及到交叉學科內(nèi)容。如果實踐教學的內(nèi)容不完善，將影響學生在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的就業(yè)前景，從而降低就業(yè)率。

1.2 實踐教學質(zhì)量不高，學生缺乏積極性、主動性

金屬材料工程專業(yè)實驗教學中，簡單的驗證性實驗教學內(nèi)容缺乏新意和創(chuàng)意，缺乏對學生綜合能力的訓練，忽略了與實際生產(chǎn)中工程問題的聯(lián)系。學生只需按照實驗指導書中規(guī)定的實驗步驟進行操作、觀察和記錄實驗結(jié)果。學生在整個實驗過程主要是被動參與，缺少主動思考和分析[3]。對于這種驗證性的實驗，學生會缺乏積極性和主動性，他們的創(chuàng)新思維能力得不到鍛煉，實驗教學質(zhì)量有待提高。

金屬材料工程專業(yè)實習環(huán)節(jié)中，認識實習安排在第四學期專業(yè)課開始前進行，生產(chǎn)實習安排在第六學期專業(yè)課結(jié)束后進行。無論認識實習還是生產(chǎn)實習，實習企業(yè)主要涉及鋼鐵冶金、金屬制品、熱處理等企業(yè)。這些企業(yè)基于安全、效益、保密等方面考慮，不允許學生參與實際操作，學生只能參觀簡單的操作流程，不能了解生產(chǎn)內(nèi)容的實際工藝及相關(guān)參數(shù)。大多數(shù)情況下，學生對實習的感覺就是走馬觀花。因此，到企業(yè)中參加實習，學生得不到參與及動手操作的機會，無法鍛煉解決實際工程問題的能力，缺乏對今后就業(yè)崗位上所需能力的培養(yǎng)。學生對實習環(huán)節(jié)同樣缺乏積極性、主動性。

1.3 實踐教學隊伍素質(zhì)有待提高，缺乏培訓、考核和獎勵制度

專職的實踐教師隊伍不穩(wěn)定，實踐教學老師少。有解決工程問題經(jīng)驗和能力的教師都身兼繁重的教學和科研工作，沒有時間和精力去專注實踐教學創(chuàng)新。青年教師基本都是出校門又入校門，直接從學生到老師，缺乏在生產(chǎn)和研發(fā)第一線的鍛煉，缺少解決工程問題的實踐經(jīng)驗。同時，學校也缺乏針對青年教師實踐教學能力的崗前培訓制度，致使青年教師幾乎不具備實踐教學能力。

1.4 實踐教學硬件條件有待改善，缺少系統(tǒng)建設

實踐教學中的實驗教學是培養(yǎng)學生動手能力的教學環(huán)境，是實踐與理論相聯(lián)系的教學環(huán)節(jié)。實踐教學需要有一定的場地和設備支持。隨著學生人數(shù)的增加，對設備及老師提出新的挑戰(zhàn)。實踐教學資金投入不夠，缺乏必要的教學儀器和設備，學生實驗就需要分批次進行。如果批次人數(shù)太多，達不到預期的實踐效果；批次人數(shù)減少，大大增加了教師的工作量。現(xiàn)有的實驗室儀器設備缺乏統(tǒng)一的調(diào)配和管理，資源利用率低。

實踐教學中的進廠實習是學生接收實踐教學的重要環(huán)節(jié)。缺乏深度的校企合作模式，缺少穩(wěn)定的實習基地建設。本專業(yè)實習對口的鋼鐵冶金企業(yè)、金屬制品企業(yè)由于生產(chǎn)任務緊，廠內(nèi)的高溫設備、重型設備、旋轉(zhuǎn)設備較多，企業(yè)考慮生產(chǎn)效益和學生在廠內(nèi)的安全，不愿意接受學生進廠實習。即使企業(yè)同意進廠實習，學生也是走馬觀花式的參觀實習，形式單一，實習教學效果差。

實踐教學中的畢業(yè)論文（設計）過程，同樣因為公共平臺實驗設備尤其是檢測設備臺套數(shù)不足，學生需要排隊等候?qū)嶒灐Ｓ捎跁r間限制，學生不能正確分析實驗數(shù)據(jù)的合理性和重現(xiàn)性，影響畢業(yè)論文中實驗結(jié)果分析部分的質(zhì)量，從而影響畢業(yè)論文的總體質(zhì)量。

2 實踐教學改革措施

2.1 完善實踐教學體系，增設綜合性和設計性環(huán)節(jié)

完善的實踐教學體系及教學內(nèi)容有利于全面培養(yǎng)學生針對工程問題的創(chuàng)新性思維能力、分析問題和解決問題的能力。研究表明高等院校課程實驗教學內(nèi)容應包括驗證型實驗、綜合型實驗及設計型實驗[4]。驗證型實驗是學生通過實驗驗證教科書上的某種理論，學生的實驗結(jié)果只要與教材中的結(jié)果一致即可。綜合型實驗和設計型實驗是學生從解決某個實際工程問題出發(fā)，依據(jù)所學的理論知識，設計實驗方案，利用實驗室儀器設備進行實驗，分析實驗結(jié)果，培養(yǎng)學生分析工程問題和解決工程問題的綜合能力。

我校金屬材料工程專業(yè)從2016級開始，針對金屬材料方向、鋼鐵冶金方向、復合材料方向增加了金屬材料綜合實驗、鋼鐵冶金綜合實驗和復合材料綜合實驗。綜合性實驗課程的培養(yǎng)目標是使學生能夠綜合運用本專業(yè)工程基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，對金屬材料的選擇或設計、加工工藝與參數(shù)、檢測等技術(shù)問題進行方案設計，并能夠?qū)?chuàng)新方法與工具應用于技術(shù)問題解決方案的確定；使學生能夠基于科學原理并采用科學方法，針對金屬材料相關(guān)領(lǐng)域復雜工程問題制定實驗方案并進行實驗；使學生能夠了解多學科技術(shù)背景和技術(shù)特點，能夠在多學科背景下的團隊中承擔團隊成員以及團隊負責人角色，能夠按照需求承擔相應任務。

金屬材料綜合實驗的課程目標是：通過對選擇材料進行不同的熱處理，然后對不同熱處理的組織結(jié)構(gòu)進行分析觀察，并對其硬度進行檢測，使學生綜合了解材料成分-工藝-組織-性能之間的關(guān)系，指導學生從微觀本質(zhì)去認識材料，并使學生掌握相關(guān)設備與熱處理工藝的操作技能，全面培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識的能力、動手能力、分析和解決問題的能力，從事材料研究與開發(fā)的能力以及創(chuàng)新精神。

鋼鐵冶金綜合實驗的課程目標是：使學生在鋼鐵材料的成份設計、感應爐煉鋼、淬透性測定、產(chǎn)品性能測定過程的基本訓練。針對金屬材料復雜工程問題，能夠制定合理解決方案，并進行金屬材料的顯微組織和性能的實驗驗證，分析與解釋數(shù)據(jù)，能夠進行綜合理論分析、文獻研究和實驗數(shù)據(jù)，得到合理有效的結(jié)論。從而使學生獲得綜合運用理論和技術(shù)手段進行金屬材料設計、開發(fā)與研究的能力。

復合材料綜合實驗的課程目標是：通過制備多孔金屬支架、聚合物/多孔金屬復合支架以及對多孔金屬支架和復合支架顯微組織觀察和性能測定，使學生掌握多孔金屬支架和新型復合支架材料的制備工藝，熟悉多孔金屬和復合支架的顯微組織，明確孔隙率對復合支架性能的影響規(guī)律。通過本實驗，還要使學生掌握相關(guān)設備的操作技能，全面培養(yǎng)學生綜合運用專業(yè)知識的能力、動手能力、分析和解決問題的能力，從事材料研究與開發(fā)的能力以及創(chuàng)新精神。

實踐教學體系中增加金屬材料課程設計，旨在通過一個典型零部件金屬材料成分選擇或設計、熱處理工藝設計、生產(chǎn)流程設計的過程訓練，加強學生對整個設計過程及各階段所需知識的理解和認識，使學生熟悉材料和工藝設計的一般過程和要求；培養(yǎng)學生利用各種技術(shù)資料、綜合運用所學專業(yè)課程的理論知識和基本技能獨立完成一般材料及工藝設計的能力。圍繞材料組織－性能－制備三者之間的關(guān)系，著重突出材料設計方法及理論的系統(tǒng)性應用；培養(yǎng)學生的工程意識和分析、解決實際問題的能力，為后續(xù)課程以及今后從事相關(guān)工作奠定設計知識和能力的基礎(chǔ)。

2.2 加強校企合作，豐富實踐教學形式

以現(xiàn)有專業(yè)課程實驗內(nèi)容為基礎(chǔ)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求更新和提高實驗室教學創(chuàng)新實踐功能。例如在鋼鐵冶金方向的專業(yè)課程實驗中，為了使學生了解鋼鐵冶金產(chǎn)品在冶金企業(yè)中常用的熱處理方法、高倍缺陷分析、低倍缺陷分析和力學性能測試方法，根據(jù)冶金企業(yè)對不同類型鋼材現(xiàn)用的分析、測試方法調(diào)整實驗內(nèi)容，提高鋼鐵冶金方向的實驗教學質(zhì)量。

生產(chǎn)實習是工科院校大學生實踐課的重要組成部分，是提高學生實踐能力的有效途徑之一。通過生產(chǎn)實習，不僅可以提高學生分析問題與解決問題的能力，加深對所學專業(yè)知識的理解，而且還為學生畢業(yè)后快速適應工作崗位的要求積累初步經(jīng)驗[5-7]。我校金屬材料工程專業(yè)本科生實習環(huán)節(jié)采用校企合作模式聯(lián)合建立行業(yè)內(nèi)的工程技術(shù)中心、產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院、重點實驗室等平臺。以此為依托，高校的專業(yè)教師可參與到企業(yè)的技術(shù)攻關(guān)、新產(chǎn)品開發(fā)過程中，既為企業(yè)提供技術(shù)支持，又將高校的技術(shù)進行轉(zhuǎn)化，同時提高校企雙方參與的積極性。高校利用企業(yè)先進的生產(chǎn)裝備、多樣化的產(chǎn)品工藝和成熟的生產(chǎn)經(jīng)驗培養(yǎng)適應新經(jīng)濟形式下的工程技術(shù)人才。通過校企雙贏的合作模式，實現(xiàn)穩(wěn)定高水平的校外實習實踐基地建設。

我校與天津君誠管道實業(yè)有限公司簽訂了校企戰(zhàn)略合作協(xié)議，聯(lián)合申請了天津市環(huán)保管道涂鍍工程技術(shù)中心，建立了金屬材料工程專業(yè)實踐教學基地。君誠公司與我校簽訂了5項橫向技術(shù)委托開發(fā)合同，金屬材料專業(yè)的專業(yè)教師幫助企業(yè)解決實際工程技術(shù)難題。專業(yè)教師將這些企業(yè)工程問題引入本科生實踐教學的畢業(yè)論文（設計）環(huán)節(jié)中，鍛煉了學生運用綜合知識解決復雜工程技術(shù)問題的能力，為學生畢業(yè)后進入企業(yè)工作打下了良好的基礎(chǔ)，實現(xiàn)了高校人才培養(yǎng)與企業(yè)人才需求的無縫對接。專業(yè)教師在參與企業(yè)橫向課題研究的同時，培養(yǎng)了自身的針對工程問題的分析能力和解決能力，提高了自身的實踐教學水平。這樣的校企合作形式促進了我校金屬材料工程專業(yè)的實踐教學師資隊伍建設。君誠公司借助我校金屬材料的科研力量解決了多項企業(yè)技術(shù)難題，在校企合作的實踐教學活動中也向師生宣傳了企業(yè)文化和企業(yè)實力，擴大了企業(yè)影響力，因此，君誠公司對我校的金屬材料工程專業(yè)實習教學和校外實習基地建設積極性大大提高，給與了大量人力和物力的支持。

我校與天津市熱處理研究所有限公司建立了長期穩(wěn)定的校企合作關(guān)系。尤其是在金屬材料工程專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”人才培養(yǎng)中，熱處理研究所的工程師講授金屬材料工程卓越工程師班的熱處理工藝實習與設計和熱工儀表與設備課程設計兩門實踐性課程，課堂教學結(jié)合現(xiàn)場講授企業(yè)生產(chǎn)中采用的熱處理工藝，如真空淬火、調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮等的設計規(guī)范，及實現(xiàn)這些工藝的熱工儀表和設備的原理和設計規(guī)范。這種校企合作的教學模式充分利用了企業(yè)生產(chǎn)中的實踐經(jīng)驗，將工程案例引入實踐教學中，培養(yǎng)了學生依據(jù)專業(yè)理論知識分析、解決實際工程問題的能力，實現(xiàn)了“工程范式”的實踐教學。

2.3 建立實踐教學綜合考評和反饋機制

傳統(tǒng)的評價體系主要考評學生在實踐教學中的學習效果，缺乏對學生人才素質(zhì)和工程素養(yǎng)的考核，不能滿足新工科建設中培養(yǎng)大學生創(chuàng)新精神和跨界整合能力的要求。采用專業(yè)技能與專業(yè)素質(zhì)并重的評價體系，除考評個人能力外，還考評學生的團隊合作能力、溝通能力和創(chuàng)新能力。考評方式從教師單方評價轉(zhuǎn)為企業(yè)導師參與評價、學生互評相結(jié)合的評價方式，變單方考評為綜合考評。企業(yè)導師參與考評可更好地加強企業(yè)在實踐教學中的參與性，能夠更有效、更有針對性地對企業(yè)實習環(huán)節(jié)進行改進，獲得更加理想的實踐教學效果。完善合理的實踐教學綜合考評和反饋機制也有利于提高學生的積極性和主動性。

2.4 增加設備投入，細化實驗室管理制度

由于實踐教學課時量增加，形式多樣化，實踐教學需要大量的金屬材料工程專業(yè)設備作為硬件支撐。學院教學中心的平臺設備基本能滿足專業(yè)基礎(chǔ)課如材料科學基礎(chǔ)、相變原理、金屬材料學的隨堂實驗。對于新增的綜合實驗、課程設計這些實踐環(huán)節(jié)中所需的設計性、綜合性實驗設備，要增加設備投入、提高臺套數(shù)量，從而滿足設計性、綜合性實踐教學需求。

細化實驗室管理制度，實行實驗設備網(wǎng)上預約制度，實現(xiàn)實驗室設備全天候?qū)W生開放，既提高了設備利用率，又滿足學生進行設計性、綜合性實驗的靈活性需求。采用校企合作模式，充分利用企業(yè)研發(fā)、測試平臺和設備，滿足學校實踐教學需求。例如金屬材料工程專業(yè)卓越工程師班的熱處理工藝實習與設計和熱工儀表與設備兩門實踐課程，就是利用天津市熱處理研究所有限公司的設備完成的教學內(nèi)容。

3 結(jié)語

我校金屬材料與工程專業(yè)采取的校企合作模式的“工程范式”實踐教學改革取得了顯著成效。通過采取完善實踐教學體系，豐富實踐教學形式，建立實踐教學綜合考評和反饋機制等措施，使學生能夠綜合運用本專業(yè)工程基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，對金屬材料的選擇或設計、加工工藝與參數(shù)、檢測等工程問題進行技術(shù)分析、技術(shù)論證和方案確定，實現(xiàn)金屬材料工程專業(yè)的“工程范式”實踐教學，使該專業(yè)學生具備解決實際工程問題的能力，具備創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，滿足我國“新工科”建設的戰(zhàn)略要求。