面向新工科人才培養的材料成型及控制工程專業建設探索

倪增磊，王艷紅，彭 進，楊嘉佳，黃 亮

（華北水利水電大學，河南 鄭州 450045）

2022年7月26日，工業和信息化部召開“推動制造業高質量發展，夯實實體經濟根基”新聞發布會，介紹我國制造業十年間發展成就。十年來，我國制造業增加值從2012年的16.98萬億元增加到2021年的31.4萬億元，占全球比重從22.5%提高近30%，持續保持世界第一制造大國地位。如何推動改革創新，推動高質量發展從制造大國轉型到制造強國是我國目前面臨的一個極為重要的挑戰[1]。目前世界科技領域正經歷著一輪前所未有的革命，革命的出發點以數字化、智能化、網絡化為特征方向進行加速轉變。雖然我國在科技領域取得了前所未有的成就，涌現出了一大批開創性的成果。但是，我們還是要保持清醒的頭腦，我們的制造業有相當部分處在中低端位置。突出的問題為薄弱的創新意識和能力，不足的關鍵零部件的配套能力，布局不太合理的產業結構以及有待提升的頂端產品的質量。習近平同志強調：“實踐反復告訴我們，關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。只有把關鍵核心技術掌握在自己手中，才能從根本上保障國家經濟安全、國防安全和其他安全。”這就需要我們培養大量的工程領域科技創新人才，為提高綜合國力競爭提供人才的保障。因此，教育部明確要求“要把新工科建設作為引領高等教育改革的有力抓手”。

材料成型及控制工程專業作為傳統機械類專業課程體系之一，為了適應社會工業發展需要，現階段本專業新興工程科技人才培養必須緊緊圍繞努力實現“中國制造2025”“互聯網+”等重大國家戰略展開[2]。為此，材料成型及控制專業教育課程體系設計必須與時俱進，進行針對性的學科專業與產業的對接以順應智能工業發展變化潮流在當前工業時代背景下刻不容緩[3]。華北水利水電大學材料成型及控制工程專業始建于2001年，經過將近20年的發展，形成了以“大機械類”專業為背景的焊接、模具和智能制造三個穩定的方向，目標是在新時代工業發展背景下，對學生進行德、智、體、美全面培養，使其具有良好的語言溝通能力，具備較強的自然科學基礎，掌握材料智能成型的基本理論和必要的智能制造技術及科學研究方法，激發學生創新能力和實踐能力，可在機械、航空航天、電子封裝、水電工程等領域從事科學研究、智能成型工藝和產品設計及生產管理的高素質人才。

到目前為止，材料成型及控制工程專業已畢業21屆學生，畢業生主要在機械、電子封裝、航空航天、水電工程等領域從事新材料研發、材料智能成型工藝與設備、3D打印技術、質量檢測與性能評估等方面的深入研究、技術管理應用、產品設計開發以及相應的工藝制造等工作。根據教育部新工科背景下相關規定，并結合往屆畢業生回訪調查，企業單位招聘對本科畢業生的技能需求，我們發現專業的課程體系、教師隊伍以及實踐平臺和基地需要就行一次大的改革。主要圍繞為培養新興科技領域科技創新人才[4]、培養卓越質量[5]的人才為出發點展開的。專業從改革課程體系，增設專業方向，校企合作聯合定向培養，教師教學技能競賽，大學生實踐競賽活動等方面進行研究和實踐，并取得了一定的成效。

1 基礎核心課程、專業核心課程和專業方向的改革

一方面目前學校材料成型及控制工程專業主要核心課程包括：工程圖學概論、材料科學基礎、機械設計基礎、材料成型控制基礎、機械制圖、機械制造技術基礎、微機原理及應用、金屬材料與熱處理、材料成型原理、材料力學性能、材料分析測試技術等傳統的固定課程體系，現階段教材內容較早，時代性滯后，專業內容也不夠新穎，為此我院通過增加焊接工程實踐和焊接過程模擬與仿真基礎；大數據與人工智能、智能成型工藝、傳感器與測試技術、機電傳動與控制、Python程序設計、PLC技術等課程來彌補其中的不足，增強實際應用性。大數據與人工智能，智能成型工藝、PLC技術等課程的加入使學生具備一定的智能化操作控制能力，使其具有能夠將傳統制造與信息化結合起來的綜合能力，更好地促進在畢業工作后從事相關制造行業實現企業生產過程中進行工藝技術的轉型升級，加快用工制造單位更好地向智能制造，高端制造的轉型升級。

另一方面我院本專業方向由原先的模具和焊接兩個方向更改為成型模具、材料連接、智能成型三個方向，使本專業在相應的工業應用方面更具有針對性。總之，通過改革加入新的專業課程和專業方向是在新工科背景下，為學生將材料成型及控制工程專業與信息化技術相結合，更好地實現專業應用，實現智能制造，高端制造，打下一定的專業知識基礎，進而為未來創新性應用工科人才的培養打下堅實的基礎。

2 完善提高教職工隊伍教學能力，打造高水平的教學團隊

教師在整個教學過程中一方面起到了講授材料成型及控制工程專業相關專業知識，達到授業解惑的目的，另一方面又是樹德育人，提高學生的創新能力和學科興趣的引領者。專業在新工科背景下重視教學創新、提高辦學水平，努力打造一支高水平的創新性教資學團隊，只有這樣，才能更好地實現新工科背景下創新性工科應用人才的培養。

近幾年來，華北水利水電大學材料學院不斷引進優秀的青年博士教師，年輕人才的引進為整個教學團隊注入新的教學思想和管理模式。我院多次舉辦青年教師講課大賽、專業內部的示范教學觀摩活動、教學技能競賽等活動，旨在通過教師隊伍相互學習、相互切磋的方式來提高教學隊伍整體教學方法，教學技能。同時，專業教師在教學方式上積極地進行自我查漏補缺從而達到教學堂課中以各種形式、各種渠道去發現、激勵、培養、最終達到充分提高學生對相關專業知識興趣和理解程度的目的，激發學生的內驅力，整體提高教學質量，授業效果。總之，加強完善教學隊伍建設為新工科背景下材料成型及控制工程專業創新性應用人才的培養提供了強而有力的保障。

此外，專業以產品開發和學術基礎研究相協調，對新引進的博士開展工程人才培養。在教學設計方面，鼓勵教師在服務國家重大戰略為前提下，與專業相關的高端領軍企業進行對接，進行立足工程科技前沿知識的搜集和講解。在學術方面，鼓勵教師與研究型大學、科研院所進行深度融合，為學術生涯的順利進行找準方向、奠定基礎。同時，在學校內部，鼓勵教師進行跨學院、跨學科進行資源共享和深度合作。

3 搭建多層次學生創新實踐平臺，激發創新實踐應用能力

實踐是檢驗真理的唯一標準，實踐應用水平的高低直接影響學生能否較快地完成實踐教學任務，同樣也是決定學生能否較快成為創新型應用人才的必備條件之一。因此，除了提高學生對專業理論知識的認知程度，加強對學生綜合分析實踐能力的培養也是非常重要的。一方面材料學院通過舉辦金相技大賽、大學生創新創業訓練計劃項目競賽、“創青春”大學生創業大賽等活動，這些活動的成功舉辦不但提高學生實踐能力，同時進一步提高學科認知水平，擴展了知識面，而且也調動了大學生創新、創業的熱情，為以后更好的教學就業工作奠定了基礎，我院學子在第九屆全國大學生金相技能大賽中華北水利水電大學代表隊獲得個人一等獎一項、個人二等獎兩項、團體二等獎的好成績，在第十屆全國大學生金相技能大賽中榮獲一等獎一名，二等獎兩名，團體三等獎的優異成績。

另一方面專業積極聯合中建七局有限公司工程研究院、中國一拖集團有限公司、河南興安新型建筑材料有限公司、中國中鐵七局集團鄭州工程有限公司等諸多企業展開在校大學生的培養工作，圍繞科技攻關、技術研發、成果轉化、人才培養、實踐基地、學生就業等方面開展深入合作。在校企合作聯合培養這一模式下，首先，為學生提供除學校實驗室和試驗工訓基地以外，學生可以更加直接實際的生產實習環境，學生可以有較多機會去更全面的了解本專業就業方向，從而在校重點掌握相關專業知識技能做到舉一反三；其次，學生通過參與企業相關項目，技術攻關等可以推動學生將難以理解的專業理論知識轉化到親眼看見的工程實際應用，加深并提高對專業知識的認知程度，開闊視野，從而達到更好的學以致用的效果，實現切合實際的創新應用；最后，學生在參與項目的過程中，他們還提高了諸如 Creo/UG/CATIA/CAD等工程應用軟件的熟練程度，提高了相關設計思路上創新的積極性，也為以后教學實驗工作中后期進行分析數據模擬仿真提供了有力支撐。通過以上大量的校內外競賽實踐平臺大大提升了學生的參與意識、動手能力，從而使學生掌握實現從點到線再到面的綜合知識運用能力，為畢業后在相關工作崗位上創新應用打下堅實的理論與實踐基礎。

此外，在專業實踐課中，專業把常規的簡單的實驗學時進行了大幅度的壓縮，讓學生在教師錄制好的教學視頻中進行自主學習。另一方面，加大實踐課的難度，綜合培養學生獨立查文獻、設計實驗方案、問題設定和解決的能力。培養學生工程思維的意識和思路，在學生自主學習和思考的同時，加強學生之間的團隊協作能力，鼓勵他們進行交流，然后教師輔助進行引導，增強學生解決工程問題的能力。

4 完善教學制度，為課程質量保駕護航

為了面向新工科人才培養的材料成型及控制工程專業建設的順利實施，專業制定了一系列制度文件。部分核心文件如下：制定了《培養目標合理性評價制度》《人才培養方案制定和修訂辦法》《人才培養方案制定和評價修訂辦法》，專業定期對培養目標合理性進行評價和修訂，使培養方案目標能夠面向產業需求，滿足面向未來準確的專業人才培養目標定位，同時使定期更新的培養方案更加合理。制定了《畢業要求制定和評價修訂辦法》，使畢業要求能夠很好地支持培養目標的達成。制定了《關于專業課程教學大綱制定和審查的有關規定》，使制定大綱中的課程目標、教學內容、教學方式等能夠支持畢業要求的達成。建立了完善的教學質量管理制度，對各教學環節質量標準做出明確要求和規定，是指導學院進行教學質量管理工作的核心文件。教師在考試前，須填寫《期末考試命題與課程目標對應表》，專業負責人進行審核，明確了考試題目與課程目標所要求學生能力的對應關系。《關于進一步規范期末考試命題和進行課程教學目標達成度計算的通知》《培養目標、畢業要求及課程目標達成評價管理辦法》規定了教師在考試后計算課程目標的達成度，并形成《課程質量評價報告》，并將評價結果用于課程的持續改進。建立了《畢業生跟蹤反饋機制》《保證評價結果用于專業持續改進的辦法》，通過定期向畢業生和用人單位問卷調查、網絡調查、走訪、座談會等形式獲取其對專業培養目標達成情況的評價，同時了解本專業畢業生整體就業質量及畢業生中長期職業規劃，及時獲取用人單位對本專業畢業生基本素養、知識體系、職業能力等方面培養和改進的建議，為本專業建設的持續改進提供參考依據。[6-8]

5 結語

本文通過結合華北水利水電大學材料學院的實際情況，在新工科背景下對材料成型及控制工程專業進行課程體系的改革，通過增設專業課、專業方向，完善提高教職工教學能力。在新工科背景下鼓勵教師通過相互探討，觀摩學習，達到提高教學課程質量的目的，搭建多層次學生創新實踐平臺，完善教學制度，為學生提供將專業知識應用到工程實際問題多元化路徑，不斷挖掘學生潛能。最終使材料成型及控制工程專業這一傳統的工科專業可以更好地服務應用到工業的方方面面，為未來智能化制造和產業化提供人才儲備，從而使未來中國制造業向更高端智能化的方向邁進。