面向 “新工科” 的 “一核兩翼、雙輪驅動”實踐教學模式構建1)
——以華東理工大學過程裝備與控制工程專業為例

馬新玲

(華東理工大學機械與動力工程學院，上海200237)

面對當前世界范圍內新一輪科技革命和產業變革撲面而來的洶涌之勢，我國經濟發展進入新常態，高等教育步入新階段?！靶鹿た啤?建設是我國高等教育立足當前的主動作為、面向未來的主動謀劃，是回應時代大勢的 “奮進之筆”。經過 “復旦共識”、“天大行動” 和 “北京指南” 的演進，新工科建設在 “卓越計劃” 已取得的工程教育改革成果基礎上，強勢打造“卓越計劃” 的升級版(也稱2.0 版)。致力于滿足產業需要和引領未來發展并重，將工程教育改革拓展到多學科交叉領域、提升到國家戰略和未來發展的高度。旨在推進“世界一流大學和一流學科”建設，落腳于人才培養。培養面向未來、面向世界、具有創新精神和綜合工程實踐、跨界整合能力的積極探索創引型工程人才及引領未來的領袖人才。為加快工程教育改革創新、抓住新技術創新和新產業發展機遇提供人才保障，引領我國高等教育改革、推動我國邁向高等教育強國，加速形成工程教育 “中國力量”。

1 教學現狀分析

工業4.0 時代背景下，大數據、人工智能、物聯網、云計算等技術蓬勃發展。全面可靠且富有創新性工程技術人才教學實踐培養模式是新工科建設的必經之路。為適應產業界對學生培養提出的“21 世紀的技能” 需求，培養出所需要的創新人才——創新人才應該是全面發展的人才,綜合能力是創新人才的基礎[1]。學院搭建多樣成長平臺, 開展有效果的學生活動, 提高學生的實踐能力、交流溝通能力、組織協調能力等綜合能力。大學雙創教育的本質并非只是解決就業問題, 另一個更重要的目標是培養學生的創業意識與實踐能力, 塑造學生成為創新型的綜合人才[2]。過程裝備與控制工程專業的改革面臨著全新的挑戰。培養學生的創新精神和綜合工程實踐能力，及時為社會輸送可用之才，是提升我國現代化科技水平發展的重中之重。

目前，國內過程裝備與控制工程專業人才的培養，大多集中在碩士、博士階段，層次高、數量少，造成了社會上相關技術人才的供不應求。本科畢業生雖然人數眾多，但由于缺乏必要的實踐動手能力與綜合創新能力，無法達到相應領域的用人要求。究其本因，不難發現，現階段過程裝備與控制工程領域本科教育教學過程普遍存在以下4 個問題：

(1) 內容形式陳舊，教材與時代脫鉤。

近幾年，人工智能、物聯網等新技術和數字化發展迅速，第四次工業革命趨勢之大、范圍之廣、程度之深前所未有。在此情況下，過程裝備與控制工程領域本科教育教學“慢變量”、“滯后性”的特點尤為突出：①教材內容傳統陳舊?！靶鹿た啤?背景下，只傳授講解陳舊性的基本理論知識，很難實現學科導向到產業需求導向的轉變。難以把被動適應變成主動支撐引領，滿足人才培養緊密結合社會需求的 “新工科”人才培養要求。②講解形式繁雜抽象，晦澀難懂。以論證、推理、演算為主導的教學形式，導致了學生學習過程索然無味，教育重心失衡，無法精確傳達課程的核心思想與精華。雖然目前國內外教學網站上的教學資源眾多，卻不能實現與課本教程的有機結合。

(2) 培養模式單一，理論與實踐脫節。

“新工科” 建設明確指出，實踐能力是“新工科”人才必須具備的基本能力之一。傳統授課填鴨式教學和千篇一律的考核方式，使學生被動地接受知識、按部就班地準備考試，嚴重阻礙了個性化發展和多維度能力的培養。創新創業型大學中的人才培養、知識創新和科技成果轉化等是更加復雜和更具交互性的活動, 涉及跨越多種維度的反饋環[3]。而當代大學生在單一培養模式下所具備的知識體系相似、無突出個人能力的特點，加上理論性強、實踐能力弱的普遍問題，導致其步入社會后面對復雜工程問題必然是紙上談兵，無法直接與社會接軌。

對目前過程裝備與控制工程專業教學培養模式與實踐環節進行分析，上述問題主要受以下因素的影響：①個性化培養硬件條件不足。在大班授課教學模式下，由于實驗平臺搭建費用高，受限于與課程相關的實驗室和儀器設備等硬件條件，很難做到每個學生都能有適合自己的實驗平臺，從而實現個性化培養。②實驗平臺難與時俱進。技術發展具有更新換代快的特點，而與理論課程相輔相成的實踐驗證平臺從設計、試運行到完善必然有一定的延后性，很難緊跟領域發展前沿、貼合市場需求動態。因此，培養新工科人才需要充分借助企業和社會的力量。

(3) 創新鍛煉不足，跨界交叉融合少。

創新決勝未來，改革關乎國運。新工業革命加速進行，新工科建設勢在必行?！靶鹿た啤?較傳統工科更加注重學科的交叉性與綜合性。各高校雖然也想通過組織各類科研實踐活動培養大學生的創新意識和創造精神，但受傳統教育理念的制約影響，大學生群體在科研實踐活動中普遍缺少懷疑精神，缺少進行獨立思考的能力，習慣于被動接受和服從于教師指導，創新意識、創新精神不足[4]。高等教育應把超前發展、主動創新作為基本特征。否則，高等教育培養出來的人就是落后時代發展的人。因此應充分挖掘、整合和利用高校既有的教學資源，打破學科專業壁壘，重視跨學科平臺的建設，循序漸進地培養寬口徑、厚基礎、具有創新能力和實踐能力的復合型人才[5]。主動變革、融合創新是高等教育的本質特征，是存在和發展的生命線。破除學科隔閡壁壘、積極跨界交叉滲透，用新理念、新內容、新標準、新方法，實現從被動適應到主動支撐引領的轉變。

立足當下、瞄準未來，造成現今本科生創新鍛煉不足，學科貫通欠缺的主要原因有：①長期的應試教育背景下，以教師、書本為中心的傳統教學模式根深蒂固，學生思維習慣的惰性與呆板性難去除。一味空泛地去談創新，而非落到實處、對學生給出具體指導，易造成嚴重的科教分離現象，達不到本科生創新能力的培養目的。②固有的高校學科領域劃分體系，教師知識的掌握多具有“專、精、尖” 的特點，難以應對“新工科”教育專業建設涉及領域廣、學科組成復雜的需求，導致單一專業的教師很難對所有知識都了解全面并講解細致。因此，打破原有專業分類，完成新領域知識重組，貫通切合時代需求的學科體系架構尤為關鍵。

(4) 師生情感淡漠，壓抑了培養氛圍。

教師和學生是工程人才培養過程中最為核心的主體要素，隨著我國高等工程教育從“精英教育”向“大眾教育”的轉變，師生關系呈現出一些新的特征，包含了更加復雜的社會經濟和政治道德。溯其本因，主要有兩個方面：①高校大擴招造成教學資源緊張、師生比例失調，百余人合班上課導致師生接觸、溝通機會減少，教師無法對學生深入了解、因材施教，導致師生情感淡漠。②校園文化和社會文化交流同化加快，一種互斥的離心力在師生中潛滋暗長。功利意識明顯，甚至近利輕德現象的出現，增大了師生之間有效溝通的難度。

華東理工大學始終堅持弘揚勤奮求實、勵志明德的大學文化，始終重視人才培養，樹立關愛學生的教風，建設執著求真的學風，保持風清氣正的校風。立德樹人為根本、服務國家為使命，開拓進取、知行合一的華理精神已經在廣大師生中潛移默化。

2 面向 “新工科” 的 “一核兩翼、雙輪驅動”實踐教學模式

2.1 “一核兩翼” 創引型人才培養體系

在頂層設計上，如圖1 所示，以雙創為主體核心，作為創新實踐教育的主陣地，以教務處和各學院為兩翼，構建教學科研一體化優質平臺群，實現教育資源多元化，打造“一核兩翼”創引型人才核心培養體系。以工程訓練、雙創競賽、校企合作為抓手，合理引入外部資源并聯合內部力量。對內，通過教務處統籌兼顧與各學院的縱深拓展，充分發揮機械與動力工程學院過程裝備與控制工程學科優質教育平臺與師資力量，為創新提供可持續源泉和活力。對外，匯聚創新合力，通過協同效應將影響最大化，接軌時代前沿，營造實踐、教育、創新一體化格局和創引型人才培養環境。實現學科鏈、創新鏈和產業鏈協同發展，打造協同創新的全鏈條架構，構筑開放共享的跨學科平臺，建立面向產業需求的成果轉化體系。形成“協同創新、開放共享、產教結合” 的 “三鏈一跨一轉” 科研教學新模式。

圖1 “一核兩翼” 創引型人才培養體系

2.2 “雙輪驅動” 實踐型科創教學模式

研究表明如專業課教學兼具一定廣度和深度，那么學生在學習通識課程時會采取從專業課程的知識切入通識課程、用通識課程的知識反思專業課程的策略[6]。如圖 2 所示，以 “新工科” 建設為牽引，以過程裝備與控制工程專業為例，以基礎知識、專業能力、工程思維、職業態度為培養內容，設計了基于理論授課和雙創實踐的“雙輪驅動”學以致用、學創一體的實踐型科創教學模式。如圖所示，雙輪驅動教學模式由兩部分組成：①以基礎知識和專業能力培養為重心的理論授課；②以工程思維和職業態度提高為核心的雙創實踐。

圖2 “雙輪驅動” 實踐型科創教學模式

2.3 理論授課穩扎基礎

通過課堂教育、慕課教學、移動學習、網絡平臺的創新互動，建立廣博深厚的知識結構、融會貫通的思維方式，形成開闊的見識、深入的認知、跨界的經驗, 使寬厚的知識成為引領學生未來的基礎[7]。理論授課采用專業必修課和選修課相輔相成、有機結合的教學驅動線 (如圖 3)。必修理論課程系列沿用傳統培養方案的課程模塊設計思路，但授課內容、教學形式、考核方式等進行不斷的優化完善。在人才培養目標設計上既要強調大學自身的個性特色,亦要強調大學人才培養應有的共性[8]。對于工程制圖、理論力學、材料力學等核心專業基礎課的學習，依然采用教師主講形式，加入案例介紹、平行互動和工程實際分析等元素豐富課程內容、激發學生學習興趣。學生則通過生講生評、以練代講等方式參與課堂，不但使其對專業課程理解更為深入透徹，系統分析、辯證思考、創新能力也在潛移默化中得到提升，實現真正的“授之以漁”。

圖3 專業必修課和選修課有機結合的教學驅動線

專業選修課程系列采用以賽促教、以做促學的創新實踐型教學機制。例如開設 “力學設計與操作”、“理論力學創新實踐課” 等專業選修課，教師根據理論力學、材料力學等核心理論知識框架設計與之相匹配的課題。課程以小型團隊自由組建、合作分工的形式，并引入競爭機制，通過趣味性競技比拼，激發學生創作興趣與潛力和自主學習的熱情。團隊成員通過對所學課程知識的靈活運用，輔助以文獻檢索、三維制圖、力學試驗、仿真編程等方法，在競技中追求卓越，實現從“填鴨式”被動接受到積極主動探索獲取的思維轉變。同時，也提升了課程的挑戰性，可以對學生進行挑戰性學習。挑戰性學習在提升課程挑戰度、增強師生互動方面具有顯著的作用,是培養和提升卓越人才核心能力和素質的一種有效課程教學模式[9]。

這種理論與實踐教學交叉螺旋推進的創新實踐型課程設計思路，將“動手實踐、自主學習設計、跨學科學習”等核心教育理念融入其中，為學生提供了理論和實踐緊密銜接的平臺，創造了“學與做”之間良好的反饋機制。有助于推動學生專業課程優化學習過程，貫穿學生工程能力的遞進式培養。此外，在此類課程的學習中，學生的團隊協作、資源整合等綜合品質得到了培養，閱讀寫作、表達溝通等“新四會”能力得到了提升，是因材施教、自我潛力挖掘和個性化培養的過程，為其今后參與雙創實踐、更進一步完善工程思維、提升綜合技能，成為精英領袖人才奠定了良好的基礎。

2.4 雙創實踐全面提升

培養具有國際視野、創新精神、跨界整合能力和工程領袖風范的未來領袖型人才，是雙創實踐驅動線的核心。培育拔尖科創技術人才不僅需要專業知識，還需要新型的差異化、特色化教育。合理構建和有序安排雙創項目實踐將有效鞏固學生的專業知識、培養學生的綜合工程能力，也對學生的創新意識、創新思維、創新行為具有直接正向的影響[10]。圖4 為雙創實踐對應能力培養與時間規劃方案，如圖所示，先進成圖技術創新設計比賽，機械工程創新大賽，互聯網 +、挑戰杯、過程裝備實踐與創新大賽階梯式推進，一步步引導學生參與設計和制造的學習，將基于真實工程項目的實踐內容引入雙創活動，是面向未來發展的新工科人才培養的重要途徑和措施。

圖4 雙創實踐對應能力培養與時間規劃方案

針對大一年級學生，可參加先進成圖技術創新設計比賽，此階段學生已經掌握基礎繪圖知識，處在對于過程裝備與控制工程專業的探索階段，此類繪圖競賽可鞏固專業技能并將新理念、新方法情境化，利于學生接觸工程實際、激發工程興趣。已經擁有扎實專業課基礎的大二、大三年級學生，可參加機械工程創新大賽這類基于項目、以制作實物樣機、動手設計實踐為主體要求的工程創新競賽。此類競賽具有較高的復雜度和系統性，促使學生將碎片化、點狀知識進行集成融合，綜合力學、機械、控制、計算機編程技術等跨學科知識，將其進行融會貫通并靈活應用，通過協作學習和自主探究，完成“構思— 設計— 實現— 迭代”，短時間內得到多學科資源的優化整合與工程能力的迅速提升。

“互聯網+”、“挑戰杯”、過程裝備實踐與創新大賽等比賽，利于學生通過組建規模更大的團隊，學習分析更廣泛、更全面的復雜工程系統，掌握系統思維模式。此類比賽以新經濟特征為引領，主動引導學生由簡到繁、由單一到復合，實現跨專業、多學科的深度融合，鍛煉其工程背景下解決問題、團隊協作和表達溝通能力，將工程設計分析、測試工藝制造和市場營銷管理相結合。此類基于解決跨學科復雜工程問題的雙創競賽，極大程度上幫助了學生適應工科技術發展、習得技術成就，獲得系統全面的綜合工程能力，為“新工科”建設提供積極探索創引型工程精英人才保障。

3 結語

“新工科” 建設是我國高等教育面對第四次工業革命的主動謀劃，具有綜合工程實踐能力的積極探索創引型工程人才的培養，需要依賴于“一核兩翼、雙輪驅動”的實踐教學模式。該模式針對現階段過程裝備與控制工程領域本科教育教學過程普遍存在的內容陳舊、培養單一、創新不足、跨界融合少等問題，營造出實踐、教育、創新一體化格局和創引型人才培養環境。實現學科鏈、創新鏈和產業鏈協同發展，構筑開放共享的跨學科平臺和面向產業需求的成果轉化體系。形成“協同創新、開放共享、產教結合” 的“三鏈一跨一轉” 科研教學新模式，不斷提高學生的綜合素質和工程實踐水平，培養受歡迎的合格的創引型精英領袖人才。