新时代背景下实验教学体系与模式探索

摘  要：材料成型及控制工程专业是材料科学、成形工艺与自动控制技术的综合与交叉，是材料、机械、控制和计算机等多学科交叉融合的专业，也是典型的工程应用型专业。陕西理工大学材料成型及控制工程专业拥有40余年办学历史，经过长期建设，成为国家级一流专业建设点。伴随专业的发展，实验室建设也取得一定成效。当前材料成型及控制工程专业存在实验教学理念落后、形式单一、实际工程受限、理论及方法研究不足等问题，基于新时代背景下专业人才培养的规格要求，通过构建和完善专业实验教学体系，探索新时代背景下材控专业实验教学改革的新思路、新路径，专业构建出多方位融合的实验教学体系基本框架，提出“四个层次、六个模块、两个开放”的专业实验教学体系的培养模式，借此提高学生的工程素质，提升学生综合分析问题、解决实际问题的能力。

关键词：材料成型及控制工程；新时代；融合式实验教学体系；人才培养；教学改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）26-0009-06

Abstract： The major of material molding and control engineering is a comprehensive science integrating machinery， materials， control， computer and other fields， and it is also a typical engineering application-oriented major. The Material Forming and Control Engineering major of Shaanxi University of Technology has a history of more than 40 years， and has become a national first-class professional construction point after long-term construction. With the development of the profession， laboratory construction has also achieved certain results. At present， the major of material forming and control engineering has some problems， such as backward teaching idea， single form， limited practical engineering and insufficient research on theory and method. Based on the requirements of professional personnel training in the new era， through the construction and improvement of professional experimental teaching system， new ideas and new paths for experimental teaching reform of material control major in the new era are explored. The major constructs the basic framework of multi-directional integration of experimental teaching system， and puts forward the training mode of "four-level， six-module， two-open" professional experimental teaching system. In order to improve the engineering quality of students， enhance students comprehensive analysis of problems， the ability to solve practical problems.

Keywords： material molding and control engineering; new era; integrated experimental teaching system; personnel training; teaching reform

2021年4月22日，习近平主席在“领导人气候峰会”上的讲话指出：“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。这是中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当和实现可持续发展的内在要求作出的重大战略决策。”2020年3月4日联合国教科文组织（UNESCO）设立世界工程日，彰显工程师和工程对当今世界的贡献，提升公众对工程技术改善人类生活及推动可持续发展核心作用的认知。2015年5月19日，国务院正式印发《中国制造2025》，以体现信息技术与制造技术深度融合的数字化网络化智能化制造为主线。智能制造技术将通过与其他新兴技术，如语音、数据、视频、感知计算和生命科学的交互融合，在经济产业结构、组织生产方式、基础设施建设等方面，通过递进协同效应带来社会生活的重大变革。新一轮科技革命和产业变革加速发展，科技对提高社会文明、生态文明协调发展，创造了中国式现代化新道路，创造了人类文明新形态[1]。在经济产业结构、组织生产方式、基础设施建设等方面，通过递进协同效应带来社会生活的重大变革。新一轮科技革命和产业变革加速发展，科技对提高社会生产力的贡献更加凸显[2]。由此可见新时代我国工程教育面临的形势将从“会不会做——专业知识和技能，该不该做——道德与价值取向，可不可做——社会、环境、文化等，值不值做——经济与社会效益等”四个方面实现培养传统工程师向培养当代工程师的转变。从中国工程教育专业认证的十二条培养标准中实现了“知识应用能力、问题分析能力、设计开发能力、研究实践能力”即会不会做的培养，实现了“环境保护意识”即可不可做的培养，实现了“综合规划能力、职业道德素质”即该不该做的培养，实现了“决策管理能力”即值不值做的培养[3]。

随着科学技术的不断发展和社会经济的持续进步，对高等教育的要求也在不断提高。材料成型及控制工程专业作为与材料科学、工程密切相关的领域，在新时代面临着更多挑战和机遇[4]。随着科学研究的深入，新的智能成形技术不断涌现，这要求高校培养更具创新能力和实践能力的复合型专业人才。而传统的实验教学模式可能无法满足这种需求，因此需要对实验教学体系进行改革，更加注重学生的实践能力培养和创新意识培养。随着信息技术的普及和教育教学理念的更新，传统的实验教学模式已经不能完全适应现代教学的需要。新时代的高等教育要求教学体系更加注重学生的个性化学习和自主学习能力的培养，因此需要对实验教学体系进行改革，引入更多先进的教学方法和手段，提高教学效果和质量。由此可见，对材料成型及控制工程专业实验教学体系进行改革，以适应时代发展的需要是必然的选择。

随着社会科技的发展、信息技术及人工智能应用领域的拓展，行业对于材料领域尤其是智能材料成形专业的人才需求，更加趋向于实践型、创新型、复合型。《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》（以下简称《国标》）的内容[5]包括：明确该专业类内涵、学科基础、人才培养方向等。明确该专业类的培养目标，对各高校制定相应专业培养目标提出原则要求。该《国标》规范了专业类知识体系和核心课程体系，对相关课程的学时学分具有具体的要求[6]。但大部分专业《国标》对实践教学描述比较宏观，没有明确实验教学的具体要求。毕业设计、实习等独立实践环节形式上尚可；实验，特别是非独立设置实验环节运行，缺少内容、学分或学时、师资与条件配置等方面基本标准，导致课程大纲实验学时数量不够或实验学时执行不到位[7-8]。由此可见，工科尤其是材料成型及控制工程这类跨学科的工科专业，专业实验教学体系化构建及实验内容的改革与实践更加重要[9-10]。

陕西理工大学材料成型及控制工程专业的培养定位是为地方经济建设与产业发展培养高素质应用型人才，本文将结合涉机械、材料学科专业发展的新形势、现代智能成形技术的创新发展及新时代的战略需求，通过优化整合实践教学内容、创新实践教学模式、丰富人才培养内涵，探索新时代背景下材料成型及控制工程专业多方位多角度融合式实践教学改革的新思路、新模式。

一  材料成型及控制工程专业实验教学现状

陕西理工大学材料成型及控制工程专业是国家级一流专业建设点，多年来依托省级重点学科、省级虚拟仿真实验教学中心和材料加工示范中心，制定了相关的理论教学+实验教学+集中实践教学的三段式教学体系，在培养学生实践能力方面取得了一定的效果。但相比于一些高水平应用型大学，仍然存在许多问题。

实验内容与实际工程脱节，实验内容与实际工程应用不符合，导致学生在实践中遇到困难。实验内容陈旧，未能突出学生解决复杂工程问题的内涵，教学目标不明确，实验内容与工程实际结合不够紧密，如果学生在实验中没有接触到与实际工程相关的内容，难以提升学生工程实践能力，那么在就业市场上的竞争力可能会受到影响，因为缺乏与工程实践相关的经验和技能；实验设计可能缺乏真实工程场景的模拟，导致学生在实验中难以体会到实际工程中所面对的挑战和问题，实验教学体系与产业界合作不足，缺乏真实的工程项目或案例引入，使学生难以理解工程实践的实际需求和应用场景。

实验教学平台未能集聚优势学科、特色专业、高新企业的资源，实验教学系统缺乏信息技术融合，难以支撑实验教学的有效实施；缺乏信息技术融合的实验教学系统可能无法充分利用现代技术手段，如虚拟实验平台、远程实验控制等，从而限制了教学的效果和范围。

实验教学模式未能形成以学生为中心的多元化教学形态，主要还是以评教为主，没有真正实现向评学的机制转变，而且教学方式比较单调，学习方式单一，难以满足学生实验的个性化需求。

材料成型及控制工程专业属于机械类专业，但是学科门类又属于材料科学与工程一级学科范畴，这个专业涉及多个学科领域，但实验教学队伍可能缺乏跨学科交叉的教师，缺乏相关专业领域的资深教师，缺乏具有工程实践经验的人员，部分教师可能缺乏最新的专业知识或工程实践经验，导致教学内容不能够全面覆盖相关领域，影响了教学质量。且未能建立可持续协调发展的机制，科研与教学分离，难以保障实验教学的持续改进。

二  新时代背景下融合式实验教学体系与模式的构建

（一）  实验教学体系与模式构建的基本原则

材料成型及控制工程专业实验教学体系与模式的构建侧重于注重六个平衡。

1  理论与实践的平衡

实验教学既要注重传授理论知识，又要强调实践操作，确保学生既理解理论又能够运用于实际工程中。

2  基础与前沿的平衡

实验内容应既包括基础知识的讲解与实践，又要涵盖最新的前沿技术与研究进展，使学生在实验中不断接触到最新的科学发展。

3  个性化与群体性的平衡

教学体系应该兼顾个体学生的差异，同时也要培养学生的团队合作精神，使其能够在团队中协作完成实验项目。

4  教师指导与学生自主的平衡

教师在实验教学中扮演着重要角色，但也要给予学生足够的自主空间，鼓励他们主动探索、思考、实践。

5  传统手段与现代技术的平衡

实验教学既要保留传统的实验手段和方法，又要积极引入现代化的实验设备和技术，以适应时代发展的需要。

6  评价与反馈的平衡

教学评价应该全面、客观，并及时给予学生反馈，帮助他们及时发现问题、改进提高。

通过注重以上六个方面的平衡，可以构建一个更加完善和有效的材料成型及控制工程专业实验教学体系与模式，更好地满足学生的学习需求，培养他们的实践能力和创新意识。实验教学体系建设六对平衡关系中的每对平衡点，会随着经济社会发展对高校人才培养要求的不断变化而变化；根据人才培养目标的实现，不断梳理传统实验内容，剔除陈旧实验项目，优化综合设计型实验项目，引入由科研成果和工程实践转化的实验项目（前沿实体+虚仿），实现实验教学体系与课程内容的重构与创新。“实验+实习”所占学时比例符合人才培养和教育部相关规定要求。