面向新工科的多維度創新實踐教學體系構建

劉艷萍 劉雯雯 王利霞

摘 要：在“新工科”和國家一流專業建設雙重背景下，本研究以鄭州大學工程力學專業為例，根據現行人才培養方案對專業實踐教學體系進行重構，形成了具有“厚基礎、寬口徑”專業特色的多維度創新實踐教學培養體系。該體系依托多學科平臺，不斷豐富實踐教學基地庫，以豐富的實踐教學資源有效支撐創新能力培養；不斷優化質量監控評價機制和管理制度，以保障培養目標和畢業要求的達成。實踐表明，該體系符合新形勢下工程力學專業發展需求，激發了學生創新意識，提升了學生綜合能力。

關鍵詞：力學專業；實踐教學；創新能力；“新工科”

2017年，“復旦共識”“天大行動”“北京指南”分別明確了“新工科”建設的主要任務、目標和方向，從此開啟了工程教育改革新路徑。2019年“雙萬計劃”的實施更是對高等學校本科專業建設提出了更高的要求。工程力學依托于力學學科，具有“厚基礎、寬口徑”的專業特征。力學作為工程科學的基礎與支撐，是用數學和物理方法解決各領域工程問題的基礎學科，可與其他各理工類學科交叉形成新的交叉學科。雖然機械、水利、土木和材料等工科專業可以與力學形成交叉學科，但它們依然是以各自領域的工程問題為主要研究對象。相反，力學學科研究的是工程領域，卻沒有明確的研究對象，只是針對工程領域廣泛存在的基礎性、共性力學問題。面向“新工科”的建設要求，工程力學專業需要把握好“新工科”建設的內涵，主動構建適應社會發展的人才培養模式。

2020年，鄭州大學工程力學專業獲批為國家級一流本科專業建設點，確定了培養科學基礎厚、工程能力強、綜合素質高、能在相關工程領域中從事科學研究和技術研發的高級力學專門人才的目標。與此同時，“新工科”建設對學生的工程實踐能力和創新意識等綜合素質提出了更高要求，新的人才培養方案需要加強對學生綜合創新實踐能力的培養。近年，鄭州大學工程力學專業面向國家和中原經濟區建設需求，在構建創新實踐教育體系、豐富實踐教學資源、完善實踐教育質量管理和保障體系等方面取得了一系列的改革成果，為“新工科”建設背景下工程力學專業發展探索出了新路徑。

一、傳統實驗教學體系存在的問題

由于基礎學科的特點，工程力學專業相對比較重視理論教學，這在鄭州大學2019年以前的專業培養計劃中尤為明顯。由于長期面臨著實踐教學資源缺乏、教學體系不完善、綜合創新鍛煉不足等問題，本科生實驗操作和科技創新能力較弱，在學科競賽和創新創業大賽中雖然取得了一些成績，但缺乏高級別的獎項。由此可見，進一步加強對學生實踐能力的培養非常必要。此前，雖然工程力學專業在實驗室建設方面有較大的投入，但依然面臨以下問題。

一是實驗教學資源不足。工程力學專業每年招生約130人，雖然有力學實驗中心可以開展部分力學課程實驗，但由于場地和設施限制，難以滿足人人動手操作的需求。

二是實驗教學內容傳統。目前可開展的實驗多為基礎力學課程實驗，缺乏創新實踐培養內容。為了達到“寬口徑”的專業培養要求，近年鄭州大學開設了多門專業模塊課程，但目前尚缺乏開展相關學科前沿實驗的條件。

三是現場實習流于形式。以認識實習和生產實習為例，由于實習工地數量較少，每個工地上的學生較多，所以實習教學一般都是走馬觀花，理論與實踐聯系較弱。

因此，對于工程力學專業而言，建設一套滿足“雙一流”和“新工科”需求的特色實踐創新能力培養體系意義十分重大。

二、面向綜合創新能力培養的實踐教學體系設計

在“新工科”和“雙一流”雙重建設背景下，鄭州大學工程力學專業在完善實踐教學體系、優化實踐教學內容、改革實踐教學方法以及提升實踐教學質量保障和監管體系等方面不斷進行探索，特別是強化綜合創新能力培養，致力于為社會培養具有較強工程實踐能力和創新意識的工程力學專門人才，并以此為契機進一步推動工程力學專業國家級一流專業建設。專業實踐教學體系建設包含了課內外實踐教學體系構建、實踐教學資源建設以及實踐教育質量保障三個方面。

（一）堅持以學生為中心，構建“寬口徑、多維度”實踐教學體系

鄭州大學工程力學專業針對實踐教學體系陳舊和實踐創新鍛煉不足等問題，依據注重基礎理論和創新精神培養、強化實踐能力和綜合能力的理念，不斷優化人才培養實踐課程和環節，設立課內實驗、實驗課程、綜合實驗、開放實驗、課程設計、大學生創新創業訓練計劃、認識實習、生產實習等實踐課程和實踐環節，并根據實踐教學的需求不斷豐富相應的實踐教學資源，最終構建了“基礎課內實驗—專業課內實驗—綜合訓練—創新訓練”的層次遞進的多維度實踐教學體系。根據現行培養方案，培養目標達成需要開展總占比達32.7%的實踐學時，進一步支撐了創新性人才培養的需求。具體建設內容為如下四部分。

1.基礎實驗

基礎實驗教學體系包含公共基礎課實驗、專業基礎課和拓展課實驗、實習實踐、綜合設計訓練等課內實驗，涉及科學教育、工程教育入門以及基礎的人文社科教育等。這些課程主要設置于新生入校后的前三學期內，大多在公共實驗教學平臺開展，注重培養學生基本實驗技能、社會實踐能力、基礎設計能力和部分專業技術技能，并促進其初步工程觀念的形成，為后續專業類實踐能力培養奠定基礎。

2.專業實驗

鄭州大學工程力學專業最新的培養方案進一步完善了專業基礎和專業核心課程所含實驗，這也是工程力學專業學生專業技能訓練的基礎和必修實驗，更是專業實踐能力培養的關鍵。最新版的培養方案中，該專業開展了三個方面的改革。其一，新增設或擴充了實驗力學實驗、流體力學實驗、振動測試技術等專業核心課程實驗，與材料力學實驗等專業基礎實驗協同強化學生專業實驗動手能力。其二，工程設計能力培養是初步設計能力的延伸與拓展，是一種綜合設計訓練，為此新增設結構分析程序應用設計和計算力學課程設計，共計96學時。其三，除強化基礎的數學和力學知識外，設置與力學相關的社會急需的專業方向或模塊，如土木工程模塊、機械工程模塊、材料工程模塊等，分別設立6學時的專業拓展課程實驗，從而優化了“寬口徑”的專業培養特色，拓寬了學生專業背景。

3.綜合實踐

實訓實踐教學體系對學生工科基礎專業知識和基本動手技能進行綜合考驗，是培養具有扎實力學基礎的專門人才必不可少的環節。鄭州大學工程力學專業以深入工程教育為目的設立以生產實習、力學與工程綜合設計和畢業設計為主的綜合實踐體系，該環節共計504學時，占實踐總學時的一半。基于三個環節的綜合設計訓練了學生真實工程操作技能，旨在培養其用專業基礎知識指導實踐的創新能力。

4.創新實踐

在“新工科”教育背景下，為了進一步激發學生創新活力、強化學生科技創新能力，鄭州大學工程力學專業還構建了豐富的課外創新實踐教學體系，包括學科競賽（如全國周培源大學生力學競賽、全國大學生數學建模競賽、美國大學生數學建模競賽）、創新創業大賽（“挑戰杯”、ICAN國際創新創業大賽、全國人工智能大賽、中國機器人大賽等）、大學生創新創業訓練計劃項目以及校企合作育人項目等科技創新實踐。雖然這部分培養工作不計入專業培養要求，但由于符合學生的興趣點、就業需要或者進一步深造需求，在學生中大受歡迎，且已經取得顯著成效。

（二）依托學科平臺，加強實踐教學資源建設

鄭州大學工程力學專業加強校內外實踐教學基地建設，不斷豐富實踐教學基地庫，建立滿足“新工科”建設要求的實踐教學資源。在實踐教學資源建設方面，該專業充分利用力學學科的平臺和基地，在河南省力學實驗教學示范中心開設課內實驗、實驗課程，并充分發揮國家級國際聯合研究中心、國際聯合實驗室、工程實驗室的優勢，科研平臺向本科生開放，開設開放性實驗項目和創新創業訓練項目，培養學生的工程實踐能力、創新能力和國際化視野。同時，該專業還與校外企業合作，建立校企聯合實踐教學基地。

1.校內實踐教學基地

通過專業專項建設、自主研發、科研轉化和企業共建等多種方式，在原來實驗室建設基礎上，進行如下建設：鼓勵專任教師結合大學生創新創業訓練計劃項目和導師制，根據自己的科研方向，結合專業方向帶領學生進行實驗項目和實驗儀器的研制開發；加強實驗教學中心、虛擬實驗教學平臺和實驗教學信息化條件的建設，最大程度提高實驗室開放和共享程度。

2.校外實踐基地

建立校企優勢互補、共同發展的合作機制，努力做到教學與生產過程相對接、專業側重與產業要求相對接、課程體系與職業標準相對接。與熱心教育、愿意與學校聯合培養人才的企業加強合作，建設校外實踐基地。依托大中型企業建立綜合性校外實習基地，促進校企合作共贏，使校外實習實訓基地在實踐教學中發揮作用。

3.師資隊伍建設

加強青年教師培養，通過境外訪學、會議交流等形式拓寬青年教師國際視野；鼓勵部分任課教師以產學研合作、科技掛職等方式指導專業實踐環節；聘請生產經驗豐富的優秀企業工程師參與力學專業相關方向的專業課課內或課外實踐教學環節。通過以上綜合措施，建設一支結構合理、持續補充的教師隊伍。

（三）改革教學管理，建立健全實踐教育質量保障體系

1.明確實踐教學質量標準

依據專業現行人才培養方案，制定課內實驗、校內外實習、畢業設計（論文）、創新實驗項目、創新實驗課程設計等各項實踐教學規范，不斷明晰每項實踐教學環節的意義，強化實踐環節條件保障與考核標準，補充和完善符合本專業特點的實踐教學質量標準。

2.建立校企共管的質量監控評價機制

學校作為監控主體，對培養過程進行監控，從培養目標、培養標準等方面對培養效果進行監控評估；企業參與培養方案制定，并參與對實踐環節及執行效果的評價。利用全面的實踐環節質量評價體系，保障力學專門人才的培養質量。為確保新型工科專業的實踐教學成效，質量監控評價機制主要包含以下三方面內容：一是完善實踐教學過程監控體系以保障校內實踐學習質量；二是校外實踐增加過程管理制度，注重培養學生發現問題和解決問題的能力，以達到綜合型創新型人才培養目標；三是在學院嚴格的師資管理制度基礎上增加企業導師管理制度，以期規范實踐課堂教學內容，達到更好的教學效果。

三、建設成效

在綜合實踐教學體系設計思路指導下，鄭州大學工程力學專業在實踐教學資源建設和學生創新能力培養方面已經取得顯著成效。

一是平臺項目成果豐碩。學校與百度公司共建“鄭州大學-百度人工智能工程應用創新實踐平臺”，形成“AI+力學”的復合型力學人才產學協同育人機制；與北京云道智造科技有限公司共同建設智能智造協同育人實踐基地，基于國產CAE探索智造領域人才培養新模式。這些教學改革與探索還獲得了3項教育部產學合作協同育人項目、2項省級教育教學改革重點項目以及3項校級教育教學項目的支持。

二是學生能力顯著提升。2019年鄭州大學工程力學專業實施的新的培養方案，對專業學生實踐創新能力提升和國際化視野拓展具有明顯的推動作用，培養了學生的科研興趣和創造力，激發了他們的探索欲和創新意識，提高了他們分析和解決問題的能力。近3年，該專業學生獲大學生創新創業訓練計劃項目120余項，學科競賽獲獎272項，申請專利發明78項，發表專業學術論文52篇。

面向“新工科”建設對高等院校工科專業人才培養提出的新要求，已獲批國家級一流本科專業建設點的鄭州大學工程力學專業對實踐教學體系進行重構，優化實踐教學內容，豐富實踐教學資源，并健全了實踐教學保障體系，為培養具有較強工程實踐能力和創新意識的“新工科”專業人才奠定了堅實基礎。

參考文獻：

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