新時代系統思維下機電類專業人才培養體系研究與實踐

馬軍 曹陽 李曉科 耿軍曉 何文斌

摘? 要：以新時代社會經濟發展和新工科建設為背景，分析現有機電類專業人才培養模式的問題和不足，提出基于系統思維改造機電類專業人才培養體系的新思路。建立多學科交叉融合的機電類專業課程平臺，構建以產出為導向的產學研融合協同育人模式，探討基于PDCA的機電類專業人才培養過程評價與持續改進閉環反饋機制。研究成果得到應用實踐，取得了良好效果。

關鍵詞：新時代;新工科;機電專業;人才培養;系統思維

中圖分類號：C961 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）14-0145-04

Abstract： Based on the background of social and economic development and new engineering disciplines construction in the new era， the problems and shortcomings of the existing talent training mode of mechanical specialty were analyzed， a new idea of reforming the talent training system of mechanical specialty based on system thinking was put forward， a multi-disciplinary cross integration course platform for mechanical specialty was established. The output oriented collaborative education mode of industry university research integration was constructed， and the closed-loop feedback mechanism of evaluation and continuous improvement of mechanical talents training process was discussed based on PDCA. The researches have been applied and achieved good results.

Keywords： new era; new engineering and technical disciplines; machinery specialty; talent training; systematic thinking

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視高等教育和高校人才培養工作，提出了一系列新理念新思想新戰略，出臺了一系列重大方針政策[1]，特別是習近平總書記在推進高校教育方面的思維和決策，表現出系統思維方法的科學性與先進性[2-3]，為新時代高等教育給予了頂層設計，也為高校人才培養模式的探索與實踐提供了強大思想武器和行動指南。在此背景下，教育部于2017年針對綜合性高校及工科優勢高校的新工科建設先后舉辦研討會，形成了新工科建設的“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，其內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新性卓越工程人才[4-5]。本文以新時代發展和新工科建設需求為背景，剖析當前機電類專業人才培養中存在的問題，以系統思維改革機電類專業人才培養模式，創新培養機制，提升新時代國家自主創新能力，應對全球科技競爭百年未有之大變局，具有重要而深遠的現實意義。

一、現有機電類專業人才培養問題剖析

國內外學者對機電類專業人才培養進行了長期的研究[6-7]，結果表明，較早進入工業化的西方發達國家，其機電專業的發展也相對成熟，在長期發展中，國外機電類專業人才培養主要經歷了三個階段。一是在以機械化和電氣化為特征的工業化1.0和2.0階段，低端制造業是社會經濟發展主力，因此專業設置口徑較寬，人才培養綜合性較大。二是在以數字化、網絡化為特征的工業化3.0階段，在全球化浪潮的推動下，制造業出現社會分工，造就了一批專一化企業，此時機電專業細分明顯，人才培養也逐步細化。三是以物聯網、大數據、云計算、區塊鏈為代表的新一代信息技術與制造業的融合發展，將制造業帶入了以智能化、智慧化為特征的工業化4.0階段，機電專業設置又回歸到多樣化，綜合創新型人才的需求量急劇上升。

我國步入工業化的時間相對較晚，早期機電專業的設置與國外基本類似，但從工業3.0過渡到工業4.0階段，制造業產業結構持續調整，產品更新節奏明顯加快，知識失效周期也顯著縮短，面對新時代的變革，我國機電專業人才培養的理念和模式就顯得緩慢且滯后，主要體現在：

1. 傳統機電類專業培養體系因學科壁壘限制，窄化了專業知識體系，拉大了機電類專業人才培養目標與新時代社會經濟發展需求的差距，特別是制造業與新一代信息技術的深度融合，它要求機電類專業人才在掌握專業知識基礎上，還應具備信息獲取與處理、問題分析與解決、團隊組織與管理、業務綜合與協調、語言表達與溝通及社會活動等能力，特別是創新與工程實踐能力，以及堅定的愛國情懷、強烈的社會責任感、高尚的人格修養和良好的職業道德等。

2. 現代機電工程問題越來越呈現出復雜性、綜合性、實踐性等特征，傳統意義的機電類專業課程體系邊界也隨之消融。現有機電類課程往往強調專業基礎知識，忽視解決復雜工程問題的多學科協同能力，基礎課與專業課銜接不夠緊密，學生難以將理論基礎與專業技能關聯起來;有的課程內容未能與時俱進，緊跟學科發展前沿，甚至存在嚴重的滯后性。此外以學期和專業知識點為基礎構建的課程體系，課程間關聯性不強，學生難以形成連貫的認知體系，更難將所學專業知識應用到復雜工程問題解決中。

3. 機電作為一門與生產實踐高度關聯的專業，理論知識指導生產實踐，反過來，實踐經驗也反哺理論知識，使其更科學完善。因此在機電類專業教學中，應注重理論教學與實踐教育的協同互補。但目前在機電類教學中重理論輕實踐的現象仍然存在，其突出表現是單調枯燥的課堂理論灌輸沖淡了學習熱情，以致專業基礎未打牢，創新能力更無從談起。此外，課程設計、畢業設計的選題與企業實際有脫節。盡管各校積極開展了各類大學生創新競賽，但普及率和受眾面不高，對學生整體技能水平和創新能力的提升有限。

二、新時代系統思維下機電類專業人才培養體系

從系統思維視角，機電類專業人才培養體系也是一個具有顯著的整體性、關聯性、開放性、層次性和動態平衡性、時序性特征的復雜系統，如圖1所示，該系統以培養目標、課程體系、教學方法、創新實踐、質量評價為構成要素，各要素按時序關系構成一個全生命周期動態閉環。

1. 人才培養目標體現系統功能，即適應新時代要求，貫徹習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上的指示精神，結合機電行業背景，挖掘機電工程獨特的專業價值和歷史內涵，將立德育人和能力培養有機融合為一體，修訂和完善與新工科理念相適應的機電類人才培養方案，實現人才培養目標與畢業要求的高度契合。

2. 課程體系是系統功能的物理載體，表現為從系統功能到系統結構的映射。為解決拓寬口徑與突出專業特色的矛盾，基于系統思維，運用模塊化方法，按照“功能-結構”解耦原則構建多學科交叉的模塊化課程平臺，以快速滿足學生不同階段、不同認知水平的學習需求。

3. 教學方法與創新實踐都是實現系統功能（人才培養目標）的系統行為。其中，教學方法改革是推動人才培養體系不斷演化升級的內在因素，例如開展線上線下混合式教學改革;創新實踐則成為人才培養體系與外部社會環境進行物質、能量、信息交換的開放邊界，例如依托企業生產實習基地，開展產學研協同育人。

4. 質量評價的目的在于調整系統結構，協調各要素關系，使系統達到優化目標，實現動態平衡。具體而言，例如對人才培養全過程進行質量監控，建立校內和校外評價機制，根據培養評價結果采用PDCA循環法進行閉環持續改進，實時調整培養模式，確保課程體系和學生畢業要求的目標達成度持續提升。

三、新時代面向新工科的機電類專業人才培養模式應用實踐

（一）機電類專業人才培養方案修訂與完善

機電類專業人才培養要具有深遠的復雜工程視野、廣博的多學科知識、扎實的基礎科研功底和良好的工程組織素質，同時，還要有家國天下的人文情懷，為在地方經濟發展和產業轉型升級中發揮支撐作用。

以此為目標，鄭州輕工業大學結合工程認證的標準要求，2017年對人才培養方案進行了修訂與完善，進一步強化工程實踐環節在教學中的重要地位，致力于培養學生從全局、系統工程的角度審視工程問題的能力。同時，為滿足不同層次人才需要，確定了“基礎-提升-綜合-創新”四層次培養體系，其中，基礎層培養學生的基礎理論、方法和技能;提升層培養學生的問題解決能力和實踐動手能力;綜合層全方位提升學生的科學素養和綜合實踐能力。研究創新層培養學生的創新意識、科研能力和團隊精神。

通過不懈努力，2017年鄭州輕工業大學通過了普通高等學校本科專業評估;2018年首批通過了中國工程教育專業認證;2019年機械設計制造及自動化專業成功入選國家和河南省一流本科專業建設。

（二）機電類專業多學科融合課程體系改革與實踐

依據機電類專業人才應具備的科學基礎和宏觀知識架構體系進行課程設置是系統思維下機電類專業人才培養體系改革的核心。在機電類專業課程設置中，即按機電工程過程的基本規律構建課程體系，同時也注重多學科知識的交叉融合。

首先，立足“思政育人”與“知識傳授”要求，從育人需求與時政背景視角，深入挖掘專業課程中所蘊含的思政元素，并與專業知識和社會倫理有機融合，構建具有政治高度、科技深度和社會廣度的課程內容，實現“課程承載思政”與“思政寓于課程”的有機統一。例如，在講授機電裝備設計時，引入諸如異形全斷面隧道掘進機、大型模鍛液壓機及燃氣輪機等“大國重器”之類的素材，分析其中理論與實踐相結合的專業知識，宣講其中感人至深的“大國工匠”精神，提高學生的民族自信心和自豪感。其次，優化專業課程體系結構與布局，提出了專業課程增設、淘汰、改造的動態調整機制，減少必修基礎課、公共基礎課的比重。例如，增設熱工基礎、普通化學、有限元分析和工程數值方法等為必修課，減少機械制造技術基礎、工程制圖的課時比重，依據“減冗提效，打造精品”的原則，將流體力學、流體控制和液壓與氣壓傳動三門課程的內容進行整合，形成一門全新的流體力學與流體傳動專業基礎課。此外，開設以智能制造為主題的學科前沿講座與選修課，以提高課程體系的時效性。

（三）面向創新實踐的產學研融合協同育人模式

系統思維下的機電類專業人才培養注重科學、技術與工程實踐的融合，從而提升學生的綜合創新能力。產學研融合人才培養是提高學生創新實踐能力的重要措施，該模式的優點在于通過高校、企業及科研院所的對接互動和優勢互補，從而形成集研發、生產與服務為一體的工程實踐教學體系[8]。地方高校可以充分發揮區位優勢，依托企業生產基地、實習基地和培訓基地開展協同育人，強化教學-科研-生產三位一體的創新實踐，如圖2所示。

主要措施包括：（1）為學生參與“雙創”大賽、“互聯網+”、“挑戰杯”等大學生競賽提供便利，使學生實踐能力和工程經驗在大賽中得以提升;（2）在校內開設創新創業課程，以講座、研討、實訓等多種形式為學生提供職業培訓;（3）將學校科研優勢轉化為人才培養優勢，鼓勵學生進科研實驗室，加入研究團隊，參與實際科研項目，提升學生實戰能力;（4）在本科生中強化導師制，加強對學生專業水平、理論研究及實踐能力的指導。

（四）基于PDCA的人才培養過程評價與持續改進閉環反饋機制

PDCA循環由美國質量管理專家休哈特博士首先提出，是全面質量管理的思想基礎和方法依據，其內涵是將質量管理分為計劃（Plan）、執行（Do）、檢查（Check） 和處理（Action）四個階段，即在質量管理中，將各項工作劃分為計劃制定、計劃實施、效果檢查，然后將成功的納入標準，不成功的留待下一循環去解決，如圖3所示。

該機制緊扣“以產出為導向”理念，從學習成果能否滿足后續課程學習需求和能否達成畢業指標要求考慮，對人才培養全過程進行質量監控。在此過程中，以學生和用人單位的滿意度為評價指標，構建人才培養校內-校外評價機制，其中，校內評價以教學督導和學生評教為主，教學督導采取院、校級兩級評教方式來確保教學全過程監控“無死角”。學生評教方式則確保了所有課程的“全覆蓋”，通過學生評教實時了解培養效果，并結合教學督導評價有針對性地加以改進和完善。校外評價以學生畢業后的表現、企業的反饋等評價人才培養是否符合畢業指標要求，并依據反饋信息及時完善人才培養方案。在此基礎上依據評價結果采用PDCA循環法對人才培養質量持續改進。

四、結束語

以系統思維改革現有機電類專業人才培養模式，打造多學科交叉融合的課程平臺，結合自身特色創新產學研融合的協同育人模式，開展基于PDCA的人才培養過程評價與持續改進閉環機制，才能構建起科學合理面向新工科建設需求的機電人才培養體系。

參考文獻：

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[7]尹強，王旺平，嚴清華，等.面向工程教育專業認證的機械類專業人才培養體系建設探索[J].武漢輕工大學學報，2020，39（3）：113-119.

[8]羅嘉文，米銀俊，趙天陽.依托新型研發機構建設的工科大學生創新創業能力培養路徑研究[J].高教探索，2019（7）：117-122.

基金項目：教育部產學合作協同育人項目“有限元模擬技術在材料成形與加工相關課程中的應用研究”（201902004013）;河南省高等教育教學改革研究與實踐項目“新工科背景下地方本科高校機械類一流專業建設研究與實踐”（2019SJGLX324）

作者簡介：馬軍（1977-），男，漢族，湖北石首人，博士，教授，研究方向為數字化設計。

通信作者：曹陽（1987-），女，漢族，河南開封人，博士，副教授，研究方向為復合材料成型。