智能制造背景下跨专业教赛融合教学模式的构建与实施

收稿日期：2023-06-06                                                          修回日期：2023-06-30

作者简介：解志杰，男，教授，博士，研究方向为大学生创新创业教育；贾娜，女，副教授，博士，研究方向为工程教育专业认证与一流专业建设；刘诚，男，副教授，研究方向为非技术能力评价。

基金项目：黑龙江省教育科学规划重点课题“高等工程教育融合双创教育的一体化人才培养模式研究”（GJB1421235）；黑龙江省高等教育教学改革研究项目“专业认证背景下学生非技术能力培养与评价体系研究”（SJGY20200038）；黑龙江省教育科学规划课题“基于课程群多层次闭环反馈项目式创新人才培养模式的建设”（GJB1422732）

摘    要：在高等工程教育改革中，跨专业培养和学科交叉融合是重要的改革方向之一。文章在分析工业4.0背景下工程人才需求现状的基础上，探讨了跨专业教育和学科竞赛融合教学模式的积极意义，并针对工程教育认证的要求，提出了构建该教学模式的底层逻辑和顶层设计思路。此外，文章还构建了相应的学习活动设计模型并提出了实施建议，同时通过实例分析证明了该教学模式的有效性和可行性。

关键词：跨专业教育；学科竞赛；合作学习；融合教学

中图分类号：G645      文献标识码：A      文章编号：1002-4107（2024）02-0044-04

一、引言

第四次工业革命的出现，使制造业的生产组织形式发生了根本性的变化，对人才职业能力提出了更高的要求，同时，也打破了传统意义上机械工程师、电气工程师或软件工程师的职业界限。这些变化对我国高等工程教育人才培养模式提出了新的挑战。因此，如何优化人才培养模式以适应新形势下社会对工程技术人才的需求，是高校和高校教师需要深入思考、探索和实践的重要课题。

二、问题的提出

（一）工业4.0背景下人才市场的需求与现状

M. 佩伊奇-巴赫（M. Pejic-Bach）等人运用数据挖掘

的方法跟踪了全球主要经济体与工业4.0相关的人才招聘广告，分析了行业发展变化对人才技术能力和非技术能力需求的趋势。研究结果表明，除“机械”“软件”或“电气工程”等典型技术和职业能力表征词语外，“项目管理”“创新解决方案”和“客户满意度”等跨不同业务领域的词语在招聘广告中高频出现[1]。企业对人才职业能力的需求明显呈现知识体系融合化、能力体系综合化、素质体系均衡化的趋势。

相关研究显示，我国本科毕业生在理解交流能力方面的培养效果较好，但应用分析能力及动手能力亟待改进，对与工业4.0相关的专业表现如有效的口头沟通、疑难排解、积极学习和科学分析等能力项的满足度偏低[2-3]。无论是来自企业需求的研究结果，还是源于毕业生的调查结果，都不难看出，随着经济的发展和社会的进步，不同行业、不同专业之间的交叉融合已成大势所趋，传统的单一学科教育已不能满足现代社会的需求。智能制造背景下，产业转型升级和新兴产业的不断发展，既是传统工程教育体系面临重大挑战的原因，也是推动高等工程教育改革的原动力和底层逻辑。

为了加速推动智能制造背景下高等工程教育改革的步伐，国家各部委接连发布了《关于高等学校加快“双一流”建设的指导意见》《关于加快建设发展新工科实施卓

越工程师教育培养计划2.0的意见》《现代产业学院建设指南（试行）》等相关文件[4-6]，强调高校“应打破现有的学科壁垒，培育新的跨学科成长点；应推进理工结合、工工交叉、工文渗透、医工融合、工农协同，培养一批能够引领和示范科技革命和产业变革的顶尖创新人才；应面向产业转型发展和区域经济社会需求，以强化学生职业胜任力和持续发展能力为目标，以提高学生实践和创新能力为重点，深化产教深度融合、校企合作，创新人才培养方案、课程体系、方式方法、保障机制”等。这些文件的出台和实施，均展现了中国高等工程教育培养学生创新能力和解决工程问题能力的改革方向和思路，以及强化学科和专业交叉融合的发展方向。

（二）跨专业教赛融合教学模式提出的原因

专业是高校进行教学和人才培养活动的基本单元，也是目前我国高校开展教育教学管理工作的基本形式。在各国工业化进程中，以专业为主体的精细化分工人才培养模式发挥了重要作用。然而，随着全球化和智能化的第四次工业革命的到来，“通”“专”融合和“通”“跨”融合已成为高等工程教育人才培养的主要趋势之一[7]。

我国高校现有多种跨专业人才培养模式，包括双专业（学位）培养项目，微专业、微辅修项目和跨专业选修课程等。2019年，国务院学位委员会正式发布《学士学位授权与授予管理办法》，明确指出“高校应高起点、高标准、高质量开设双学士学位项目”[8]。目前，部分高校依托相应的办学平台，结合学科发展特色与需求，依据学生未来发展方向，通过顶层设计，建设了专业交叉互补的双学位项目。但与双专业（学位）培养项目不同的是，高校开设的微专业、微辅修项目课程一般为专业的主干核心课程。学生在修读主修专业的同时，完成相应的微专业课程修读，即可获得相应的证书。而跨专业选修课程，应属于个性化培养形式。上述跨专业人才培养模式为部分学有余力或兴趣驱使的学生提供了跨专业修读的可能性，在我国高等工程教育中起到积极的带动作用。然而，由于一定的办学规模和条件限制，双专业（学位）培养项目要求所依托的学科专业应具有博士学位授予权，因此，能够覆盖的学生比例在不同水平的高校中存在差异。

根据工程教育理念，工程教育的目标不仅是保证学生达到特定的学习成果和毕业要求，更要注重培养学生的能力和素质。在这一基础上，借助各级各类大学生学科竞赛，通过专业之间的顶层设计进行跨专业教学与学科竞赛的融合，是面向全体学生进行打破课程和专业壁垒培养的一种有效方法和途径。近年来，这种融合模式受到越来越多的关注，已成为高等教育改革的一个热点和趋势[4]。通过这种模式，学生不仅能够在自己的专业领域得到深入的培养，而且能够拓宽视野，增强综合能力，提高创新能力和实践能力。但是，跨专业融合也面临着一些挑战，如学科之间的差异和难易程度，以及资源分配的问题等，需要高校在实践中探索解决方案。

中国高等教育学会高校竞赛评估与管理体系研究专家工作组已连续多年发布全国普通高校大学生竞赛分析报告，这表明，跨专业教赛融合的复合型人才培养模式已经成为多元化人才培养、高等教育教学改革和发展的重要方向。然而，目前缺乏对跨专业教赛融合教学模式的系统研究。因此，研究如何顺应工业革命发展趋势，整合相关专业的教学资源，融合先进的教学理念和教学方法，优化学生的课程学习、工程能力训练和学科领域相关非技术内在能力的培养过程，提高课程和人才培养质量，对于实现人才培养目标具有重要意义。

三、跨专业教赛融合教学模式的关键要素分析

在跨专业教赛融合教学模式实践过程中，尊重和凸显学生的主体地位是前提和基础，因此，相关专业需要进行精心的顶层设计，搭建工程情境并整合、提供相应的资源，以支撑学生相应能力培养全过程。文章通过分析教学目标与教学载体、教学内容、教学方法和教学评价等关键要素对跨专业教赛融合教学效果的影响，指出顶层设计层面应该关注的问题并提出解决思路。

（一）教学目标与教学载体

确定合适的教学目标和教学载体是实施跨专业教赛融合教学模式的关键。为了支持学生达到毕业要求和培养目标，满足社会对工程技术人才的需求，教学目标应该是可行和可衡量的。为解决前文提到的工程教育中存在的问题，高校和专业应深入了解自身的优势和不足，根据人才需求制定教学目标；同时，应组织相关专业共同研讨并制定合理的知识、能力和素质目标。在目标制定过程中，高校和专业应更多地关注学生项目管理、创新解决方案、沟通交流、问题解决、积极学习和科学分析等能力和素质的培养。

教学目标和教学载体的不同设计思路赋予跨专业教赛融合教学模式更加灵活多样的实践表现形式。根据工程教育认证的框架体系，实训、生产实习、毕业设计和第二课堂活动等实践类教学环节是该教学模式的有效载体，能够保证全体学生参与和学习。其中，实训类教学环节具有组织方便、资源调配相对容易、更易进行易迭代与优化等优点，但缺少浸润性的学习环境；生产实习和毕业设计等教学环节能够很好地弥补上述不足，但需要调用企业的资源，需要校企之间具有良好的合作基础与硬件条件，组织实施相对困难；第二课堂活动虽具有方式灵活、适合个性化培养等优点，但需要更为有效的评价方式作为支撑。

（二）教学内容

将学科竞赛作为教学内容，具有起点高、综合性强的天然优势。跨专业教赛融合教学模式的核心在于通过竞赛项目的设计和实施，实现跨专业教学，提高高校培养高素质人才的能力。因此，选择一个合适的竞赛项目是非常关键的。中国高等教育学会高校竞赛评估与管理体系研究专家工作组基于相关研究数据，定期更新全国普通高校竞赛榜单。例如，在2022年，共有56项比赛成为教育部官方认可的、最具含金量、最具参赛价值的竞赛。高校可以从中选择符合学生专业和兴趣，且具有一定跨界性质的竞赛作为教学内容的主体。例如，针对机械类专业和自动化专业的学生，高校可以选择机械创新、智能制造等方面的竞赛作为跨专业教学的主要内容。

跨专业教学的目标在于通过融合多个学科，提高学生的综合能力和解决实际问题的能力，而学科竞赛侧重于通过竞赛活动，提高学生的专业技能和实践能力。为了使教学内容更具有可操作性和前瞻性，教学团队需要结合实际教学条件，通过筛选、整合与优化来确定教学内容。在跨专业教赛融合教学模式实践过程中，能否将学科竞赛的全部内容作为教学内容，要根据教学目标、教学载体和办学条件综合研判。教学团队应适当考虑学生对开放性、创新性与融合性内容的适应性，并需要在前序教学环节中做好铺垫。

（三）教学方法

在跨专业教赛融合教学模式实践过程中，为了实现最优化的教学效果，需要采用多种教学方法。跨专业教赛融合的教学过程具有课堂空间扩展和时间延伸的特点，即学生的学习可以发生在课堂、实验室和互联网环境，也可能是独立完成或与同学、教师讨论完成。因此，根据实际的教学需求，教学团队需要在每个教学内容中设计适合的教学方法。例如，在课堂教学环境下，可以采用案例教学法，即从竞赛项目中提取案例，通过分析和解决案例中的工程问题，引导学生理解案例中隐含的工程问题，培养学生分析和解决问题的能力。在基于互联网的教学环境下，可以采用问题导向教学法，即以问题为导向，要求学生通过自学或小组合作的方式解决问题，这不仅能促进学生之间的交流与合作，同时也能增强学生的团队合作意识，培养学生的团队合作精神。

另外，传统课堂教学存在时间和空间的限制，导致学生个性化学习和小组协作学习等教学方法受到限制。为了克服这些限制，在跨专业教赛融合教学模式实践过程中，教学团队应适当支持和强化学生的个性化学习和小组协作学习等教学方法，有效利用互联网和现代信息资源，为学生提供更多的学习资源和支持。因此，跨专业教赛融合教学模式的教学方法应成为该模式的研究重点。

（四）教学评价

在跨专业教赛融合教学模式实践过程中，评价教学效果是必不可少的一部分。为了有效实施跨专业教赛融合教学模式，教学团队需要设计科学合理的评价体系，并在教学过程中明确学生任务完成的框架和考查要点。学生只有明确任务的考查要点，才能根据评价标准规划自己的学习路径和方法，与教师形成良好的互动和配合，更好地完成学习任务。