新工科背景下材料成型及控制工程专业工程实践能力培养探索与实践

摘  要：新工科背景下，传统专业亟需根据新经济、新技术发展的新要求进行改造升级，在人才培养中要贯穿工程理念，切实提升学生工程实践能力。该文分析材料成型及控制工程专业应用型人才工程实践能力培养中存在的教学问题，具体阐述新工科人才培养方案重构、多层次实践体系构建与工程实践能力梯次培养、学生创新能力培养和实践平台与师资队伍保障等方面的改革与实践探索，并介绍改革成效，可为传统工科专业的升级改造提供参考和借鉴。

关键词：新工科；材料成型及控制工程；工程实践能力；人才培养；实践探索

中图分类号：C961      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）22-0157-04

Abstract： Under the background of emerging engineering， the traditional majors need to be transformed and upgraded according to the new requirements of the development of new economy and new technology. The engineering concept should be run through the talent training to effectively improve the students' engineering practice ability. This paper analyzes the teaching problems existing in the cultivation of engineering practice ability of applied talents majoring in materials processing and control engineering， specifically expounds the reform and practical exploration in the aspects of reconstruction of training scheme of emerging engineering talents， construction of multi-level practice system and echelon cultivation of engineering practice ability， cultivation of students' innovation ability， practice platform and guarantee of teaching staff， and introduces the results of the reform. It can provide reference for the upgrading of traditional engineering majors.

Keywords： new engineering; materials processing and control engineering; engineering practice ability; personnel training; practical exploration

基金项目：湖北省高等学校省级教学研究项目“校企协同模式下‘工程教育认证+双证书’应用型人才培养的探索与实践”（省2017306）

第一作者简介：王辉虎（1978-），男，汉族，湖北仙桃人，博士，教授。研究方向为新能源材料。

新经济的蓬勃发展，“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等的推动实施，迫切需要培养造就一大批厚基础、会实践、能创新的卓越工程科技人才，新工科建设应运而生[1-3]。在“复旦共识”“天大行动”的基础上，教育界对新工科内涵有了统一认识[4]，即“以立德树人为引导，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多元化、创新性卓越工程人才”。因此，如何在人才培养中贯穿工程理念，提升学生工程实践能力是新工科建设的着力点[5]，也是工程教育发展的重要方向。

材料成型及控制工程（简称“材控”）专业是面向制造业的主体专业，以材料为加工对象的特点决定了专业兼具机械与材料特征的特殊性，其中材料科学为专业的基础知识，而成型工艺设计及成型产品质量控制是专业核心能力培养的重要部分。同时，近年来以3D打印、机器人焊接技术为代表的先进制造技术快速发展，材控专业作为传统工科专业，一方面面临着原有工科的承续，另一方面也要积极引入新技术，树立新的教育理念，进一步强化学生的实践能力和创新能力培养。为实现创新创业和实践能力强的高素质应用型人才培养目标，加快传统工科专业的改造升级，材控专业经过探索实践，改革了材控专业工程实践能力培养模式，取得了良好的成效，并凸显出一定特色。

一  存在的教学问题

笔者所在的湖北工业大学是一所以工学为主的多科性大学，坚持“立足湖北、服务工业”的办学定位，着力培养具有国际视野、创新创业和实践能力强的高素质应用型人才。在新工科建设方面，学校聚焦湖北省产业创新重大共性技术需求，建设了智能科学与技术、微电子科学与工程、集成电路设计与集成系统、机器人工程、数据科学与大数据技术和智能制造工程等新生工科专业，建成了智能制造产业学院，完善了产业学院组织架构、运行管理机制，积极推进产教融合、校企协同、合作育人的新工科人才培养模式改革；同时，学校也提出要积极组织、推进传统专业根据新经济、新技术发展的新要求进行改造升级。

为实现创新创业和实践能力强的高素质应用型人才培养目标，材控专业对传统教学中存在的问题进行了梳理，总结为以下几个方面：一是工程人才培养理念落后，人才培养与社会、企业要求存在差异，学校教育落后于产业发展，主要表现在材控专业课程理论体系主要围绕传统的铸造与焊接工艺与方法，先进制造技术引入滞后。二是重理论轻实践、重知识轻能力，以及由此带来的实习实践效果差，主要表现在专业实践教学与工程实际结合不紧密，企业在大学生实践能力培养方面参与度不高。三是学生创新思维不够、创新能力不强，实践平台建设与师资队伍建设有待加强，主要表现在创新教育未系统化，与专业教育脱节，两者融合的理念缺乏。

二  工程实践能力培养模式探索与实践

针对上述教学问题，材控专业积极推进新工科背景下工程实践能力培养模式改革。主要包括如下几个方面。

（一）  深化工程实践能力内涵认识，重构新工科人才培养方案

工程实践能力是面向真实工程环境中解决复杂工程问题的复合能力，其内涵丰富，包含了工程理论基础、实践操作能力、工程设计能力、工程项目管理能力、工程创新能力及其他工程领域内非技术因素，因此在培养学生工程实践能力的过程中要以工程实践能力提升为主线，需要对人才培养过程进行整体设计。材控专业依托工程教育认证，结合国际工程教育改革动向，校企合作，在广泛调研的基础上明确了新工科背景下人才培养目标，重构新工科人才培养方案。在强化成型工艺设计及成型产品质量控制专业核心能力的基础上，围绕先进制造前沿领域，开设成形数值模拟、3D打印技术、逆向工程技术和现代机器人技术等课程，培养能够在材料成型工程领域内从事数字化设计与智能制造、工程管理等方面工作的高素质应用型人才，突出了“数字化成形”学科交叉的人才培养特色。同时，材控专业针对工程教育认证的12条毕业要求，合理构建了专业课程体系支撑相应毕业要求指标点矩阵，符合基本技能、应用能力、工程设计分析能力的要求[6]。专业提出了工程实践能力培养过程中，校内导师、企业专家、学生全员参与，工程实践能力全方位提升，毕业生工程实践能力全过程评价的方法，从总体设计上保障学生工程实践能力的提升，同时体现以学生为中心、知识型向能力型培养理念的转变。

其次是修订专业理论课程与实践课程大纲。从专业基础课程、专业核心课程及实习实践等人才培养环节，重视培养学生面向复杂工程问题的工程设计能力及工程背景的实践操作能力，强化多学科背景下工程项目管理及法律、环境和可持续发展的工程理念，实现工程实践能力全方位培养[7]。其中，专业基础课程强化工程背景，提升工程教育理念；专业核心课程夯实工程实践理论基础，课程内容更新本学科前沿知识，着重体现学科交叉融合的内容，突出专业课程特色；实践教学环节分层递进式提升实践操作能力、工程设计能力与工程项目管理能力；以创新实验、学科竞赛、短学期实践等手段促进学生工程创新能力提升。

（二）  校企紧密合作，重点强化多层次实践体系构建与工程实践能力梯次培养

实践环节是提高学生工程实践能力的关键环节，在提高学生实践操作能力、工程设计能力、工程创新能力和工程项目管理能力等方面发挥着不可代替的作用。专业坚持校企紧密合作，针对传统教学中重理论轻实践、重知识轻能力的教学问题，以及由此带来的实习实践效果差等问题，实施学生工程实践能力梯次培养，如图1所示。

专业实验课程体系由材料基础实验、工艺基础实验与专业综合实验组成，其中材料基础实验围绕“金相制备—显微组织观察—力学性能测试”为主线，材料基础实验着重培养学生材料基础实验技能；工艺基础实验面向工艺全过程，以“材料检测与分析—成型工艺方法与设备—产品质量检测”为主线，培养学生工艺基础实验技能，同时增设数字化成形的实验项目内容，以数字化仿真和数字化制造为主；专业综合实验则面向典型产品生产工艺过程，学生查阅文献与技术标准、设计实验方案、开展实验、撰写综合实验报告，考核包含实践技能考核与综合实验报告考核，培养学生综合实验技能和系统分析能力。整个专业实验课程体系贯穿工程意识，学生可通过实验掌握解决工程实际问题的一般方法。

课程设计以工程项目为载体，按照“产品结构设计—工艺设计—综合设计”主线培养学生工程设计能力与工程项目管理能力，如铸造工艺及装备设计、焊接结构生产综合课程设计分别以车用变速箱等零部件的成型工艺设计、立式储气罐焊接结构设计和工艺设计为主；毕业设计则以压铸模具、压力容器、起重机械等产品的结构设计和成型工艺设计为主。通过课程设计项目化教学，实现学生工程设计能力的梯次培养。

专业实习实训环节，校内依托学校基础实验平台与现代工程实训中心，开设电工电子实习、金工实习及数控加工实习，强调工程规范；校外加强与企业合作，开设认识实习、生产实习、毕业实习，构建以“学—看—做”为主线的实习环节。认识实习主要通过企业实地考察，建立感性认识，学习了解工艺流程；生产实习则重在熟练掌握各工艺细节，如机加工、热处理、铸造与焊接等；毕业实习则在了解和熟悉的基础上，改革传统的实习模式，采用集中实习与分散式实习相结合的方式，将整班学生分散在不同企业中。实习过程中，学生需要熟悉企业各个生产环节，同时还要协助或独立完成工程设计，在面向企业环境的工程实践中发现问题，提高解决复杂工程问题的能力。同时，在改革毕业实习模式的基础上，专业也积极鼓励学生到签约企业进行毕业实习，将毕业实习和毕业设计相结合，提前熟悉企业生产运作方式，为解决工程实际问题打下基础。

（三）  依托创新实验、学科竞赛与短学期实践，强化学生创新能力培养

针对创新思维不够、创新能力不强的问题，专业建立多维开放式创新能力培养体系。开设专业创新实验课程，引入学科前沿及最新科研成果；实施创新创业学分制，全体学生必须走入实验室，参与企业真实项目；积极推进大学生创新创业训练项目及大学生学科专业竞赛实践，确保专业学生参与学科竞赛与创新创业大赛全覆盖；在课堂教学中，也引导性地开展文献阅读、思维导图、课程三问等活动，落实科教融合理念，推动创新人才培养。