科教融合学部制背景下工科教学创新研究

基金项目：山东省本科教学改革研究重点项目“科教融合、产教融合与工程教育专业认证多元驱动‘三链’衔接的机械类专业人才培养体系构建与实践”（Z2021142）；山东省工程机械智能装备创新创业共同体项目“高精密履带式传动部件驱动轮齿及链轨节的研究及应用示范”（GTT20220209）；齐鲁工业大学（山东省科学院）-枣庄市产学研协同创新基金项目“高性能球墨铸铁基复合材料在薄壁铸件中的研究及应用”（2021CXY-10）

第一作者简介：姜少宁（1982-），女，汉族，山东烟台人，博士，副教授。研究方向为高端装备零部件的失效分析研究和教学等。

*通信作者：林江海（1963-），男，汉族，山东烟台人，工程技术应用研究员，山东省机械设计研究院工程总工程师。研究方向为机电产品及制造技术研发设计及人才培养等。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.19.016

摘  要：新一轮科技革命与产业变革的到来，需要大批应用型创新人才，要求新时代的工科学生不仅要具备扎实的专业知识，同时要注重工程实践创新能力的培养，具备多维度的能力素质。以失效分析课程为例，通过分析目前教学中存在的问题，分别从课程设计、教学内容以及教学方法三个方面，提出相应的课程教学改革路径。在课程设计上，基于科教融合学部制优势条件，优化专业理论与实践教学的合理设置，做到专业理论教学与实践教学并重；在教学内容上，将新技术、新方法、新案例等融入教学，推动高水平教材的编写使用，充分发挥教材的育人功能；在教学方法上，推行LBL（授课导向）-CBL（案例导向）-PBL（项目导向）-TBL（团队导向）四轨教学模式，提升理论与实践教学的科学性、层次性和系统性。通过以上研究，从根本上提高学生解决复杂工程问题的能力，促进教学质量的全面提升。

关键词：教学创新；科教融合；工程实践；创新人才；方法改革

中图分类号：G640     文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）19-0062-04

Abstract： With a new round of scientific， industrial revolution and industrial transformation， applied talents with innovation is needed. Then the engineering students in the new era should have not only solid professional knowledge， but also multi-dimensional ability such as knowledge ability， academic ability， technical ability and social ability， and pay attention to the cultivation of innovation ability. Therefore， there are higher requirements for teaching methods. Taking the course Failure Analysis as an example， this paper  analyzes the outstanding problems existing in the curriculum teaching methods. The study puts forward the corresponding curriculum teaching reform paths from three aspects： designing the course system， optimizing the teaching content and reforming the teaching methods. In terms of course system design， it points out that the reasonable design of professional theory and practice teaching should be paid attention based on the integration of the faculty system and the integration of science and education. And the innovative and application-oriented students are cultivated. In terms of teaching content， new technologies， new methods， new cases and so on should be integrated into teaching to promote the writing and use of high-level teaching materials and give full play to the educational function of teaching materials. In terms of teaching methods， the four-track teaching model of LBL （Lecture-Based Learning） - CBL （Case-Based Learning） - PBL （Project-Based Learning） - TBL （Team-Based Learning） is implemented to improve the scientific， hierarchical and systematic nature of theoretical and practical teaching. Through the above research， students' ability is hoped to be improved to solve complex engineering problems， to promote the overall improvement of teaching quality.

Keywords： teaching innovation; integration of science and education; engineering practice; innovative talents; teaching method reform

党的二十大报告明确提出“实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑”，将教育、科技、人才进行一体化战略布局，为强化现代化建设人才支撑提供实现路径。高质量教育体系是人才和科技力量可持续发展和创新要素可持续供给的基础保障，提升人才培养能力、培养符合我国需要的高素质人才是教育的重中之重。

高校是人才培养的重要平台，对于新时代的工科学生来说，不仅要具备扎实的专业知识，同时要注重工匠精神、实践能力和创新能力的培养，具备多维度的能力素质[1]，才能更好地适应时代的发展、推动我国制造业高质量发展。当前，我国人才培养正在努力与社会需求相契合，但总体水平仍有较大的提升空间。对于工科来说，亟需培养能够解决复杂工程问题的毕业生，然而相关体制机制的支撑作用不够，对工程创新思维能力培养不足。学生的实践经验不足，无法将多种知识在实际工程应用中有机结合起来，进而有效地去应对复杂工程问题，导致培养的人才与社会实际需求脱节[2]。

近年来，高等院校和科研院所实行科教融合协同育人等高等工程教育改革，在培养学生的创新意识、提高创新人才的培养质量[3]等方面取得了显著的成效。为了更好地实现科教融合发展，优化高等教育布局结构，山东省探索出了一条有效的地方院校科教融合之路，将原齐鲁工业大学与山东省科学院整合成为新的齐鲁工业大学（山东省科学院），按照“科教融合、双轮驱动、优化布局、改革创新”的基本思路，围绕立德树人根本任务，创新体制机制、优化整合资源，建设应用研究型大学。基于科教融合资源条件优势，提出学院和对应的科研院所一体化的创新教育模式培养高素质应用研究型创新人才。随着科教融合深入推进，实施了学部制，其中，将具有教学科研优势的机械工程学院和具有科研及社会服务优势的山东省机械设计研究院合并组建机械工程学部。学部制架构的运行，为工科人才培养提供了良好的机制支撑条件。

一  课程教学分析

学部制一体化运行后，如何发挥现有体制机制对教学的支撑作用，进行科学合理的教学改革以达到科教深度融合、协同培养创新人才是需要解决的重要问题。以工科类重要的专业方向课失效分析为例，这门课主要讲授机电产品及工程基础装备的金属构件及其系统在服役过程中出现失效的分析思路和方法，判断失效模式，分析失效原因，提出预防措施[4-5]。该课程涵盖了多学科门类知识，包括机械设计、材料科学、材料加工以及物理化学等，综合性强、应用性强。通过对本课程的学习，使学生掌握工程应用中失效分析的理论知识，提高解决机电产品及工程基础装备中的失效问题的能力，为机械、材料等行业培养高水平专业人才[6]。尽管高校教学一直在不断探索改革新路径，但该课程对学生能力的提升支撑不够。具体体现在以下方面。

一是学生对多学科知识点的掌握与应用不够。失效分析涉及多学科交叉知识点的运用，而学生缺乏对知识的系统性理解和掌握，无法有效应用知识。例如，易混淆马氏体、奥氏体、铁素体和珠光体等钢的组织概念，在失效分析中可能造成误判；有些知识甚至在其他课程中没有涉及，比如，腐蚀与磨损，这是两个独立的学科方向，短时间内学生接受腐蚀与磨损方面的知识比较吃力，导致失效分析没有理论高度，无法客观认识该类问题导致的失效。另外，大量工科教师从学校毕业到学校工作，缺乏工程实践经验，因此从课程设置到讲授无法真正与工程实践相联系。

二是在教学中缺乏生动的、与时俱进的教学内容。技术快速更新的现代，行业发展的新技术、新工艺、新方法等不断出现，标准规范不断修订，这些在教学内容上应该得到及时体现。对失效分析课程教材来讲，案例分析是非常重要的教学支撑，而教材中工程案例相对老旧，传统典型案例较多，没有将科研新进展以及由此带来的新应用、新案例及时纳入教学内容，也未能与行业需求有效对接。

三是教学实践部分没有很好地与实际需求相结合。企业需要应用型创新人才作为支撑，而现有的课程在培养人才、提高学生解决复杂工程问题的能力等方面，其教学方法缺乏科学性、层次性和系统性的结合。受限于高校的条件，失效分析课程的实践部分以查阅案例、分组讨论为主，方法单一，与生产实践脱节，存在“工科理科化”的现象，影响了实践教学的创新性。

二  课程教学改革实践探索

针对失效分析课程教学中存在的问题，发挥机械工程学院和山东省机械设计研究院的一体化优势，在科教融合、实践教学等方面创新设计课程体系、优化教学内容、改革教学方法，积极倡导OBE（基于成果导向的教学）理念[7-8]，从“专业理论＋专业实验+工程实践”方面，深入推进失效分析课程教学改革实践。失效分析课程有三个特点：一是综合性强，需要扎实的多学科基础理论知识；二是应用性强，需要将基础理论知识与工程实践很好地结合，需要掌握重点工程应用问题和典型工程案例，且工程案例需要体现代表性、先进性和时效性；三是失效分析过程多涉及开放的多场景因素，需要全面分析，综合论证，通过建立系统的逻辑关系，引导学生开放思维。面对教学中的问题，失效分析课程从以下方面进行教学改革探索。

（一）  优化课程设计，基于科教融合学部制优势条件，优化专业理论与实践教学的合理设置，做到专业理论教学与实践教学并重

推进教学创新团队建设，优化结构，选聘教学经验丰富的教学人员和具有工程技术背景的院所科研人员组成授课团队，明确团队成员在理论教学、实验教学和实践教学等方面的职责支撑，同时，鼓励团队的高校教师增加企业实践经历，参与产业化项目，提升实践教学能力。课程设计优化示意图如图1所示，调整后的课程体系，特别增加典型工程实践案例的实验分析，以便于做好理论教学与实践教学的有效衔接。安排工程应用场景实践，促进学生对工程实践知识的掌握，提高学生解决复杂工程问题的能力。