面向 “新工科” 的 “一核两翼、双轮驱动”实践教学模式构建1)
——以华东理工大学过程装备与控制工程专业为例

马新玲

(华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237)

面对当前世界范围内新一轮科技革命和产业变革扑面而来的汹涌之势，我国经济发展进入新常态，高等教育步入新阶段。“新工科” 建设是我国高等教育立足当前的主动作为、面向未来的主动谋划，是回应时代大势的 “奋进之笔”。经过 “复旦共识”、“天大行动” 和 “北京指南” 的演进，新工科建设在 “卓越计划” 已取得的工程教育改革成果基础上，强势打造“卓越计划” 的升级版(也称2.0 版)。致力于满足产业需要和引领未来发展并重，将工程教育改革拓展到多学科交叉领域、提升到国家战略和未来发展的高度。旨在推进“世界一流大学和一流学科”建设，落脚于人才培养。培养面向未来、面向世界、具有创新精神和综合工程实践、跨界整合能力的积极探索创引型工程人才及引领未来的领袖人才。为加快工程教育改革创新、抓住新技术创新和新产业发展机遇提供人才保障，引领我国高等教育改革、推动我国迈向高等教育强国，加速形成工程教育 “中国力量”。

1 教学现状分析

工业4.0 时代背景下，大数据、人工智能、物联网、云计算等技术蓬勃发展。全面可靠且富有创新性工程技术人才教学实践培养模式是新工科建设的必经之路。为适应产业界对学生培养提出的“21 世纪的技能” 需求，培养出所需要的创新人才——创新人才应该是全面发展的人才,综合能力是创新人才的基础[1]。学院搭建多样成长平台, 开展有效果的学生活动, 提高学生的实践能力、交流沟通能力、组织协调能力等综合能力。大学双创教育的本质并非只是解决就业问题, 另一个更重要的目标是培养学生的创业意识与实践能力, 塑造学生成为创新型的综合人才[2]。过程装备与控制工程专业的改革面临着全新的挑战。培养学生的创新精神和综合工程实践能力，及时为社会输送可用之才，是提升我国现代化科技水平发展的重中之重。

目前，国内过程装备与控制工程专业人才的培养，大多集中在硕士、博士阶段，层次高、数量少，造成了社会上相关技术人才的供不应求。本科毕业生虽然人数众多，但由于缺乏必要的实践动手能力与综合创新能力，无法达到相应领域的用人要求。究其本因，不难发现，现阶段过程装备与控制工程领域本科教育教学过程普遍存在以下4 个问题：

(1) 内容形式陈旧，教材与时代脱钩。

近几年，人工智能、物联网等新技术和数字化发展迅速，第四次工业革命趋势之大、范围之广、程度之深前所未有。在此情况下，过程装备与控制工程领域本科教育教学“慢变量”、“滞后性”的特点尤为突出：①教材内容传统陈旧。“新工科” 背景下，只传授讲解陈旧性的基本理论知识，很难实现学科导向到产业需求导向的转变。难以把被动适应变成主动支撑引领，满足人才培养紧密结合社会需求的 “新工科”人才培养要求。②讲解形式繁杂抽象，晦涩难懂。以论证、推理、演算为主导的教学形式，导致了学生学习过程索然无味，教育重心失衡，无法精确传达课程的核心思想与精华。虽然目前国内外教学网站上的教学资源众多，却不能实现与课本教程的有机结合。

(2) 培养模式单一，理论与实践脱节。

“新工科” 建设明确指出，实践能力是“新工科”人才必须具备的基本能力之一。传统授课填鸭式教学和千篇一律的考核方式，使学生被动地接受知识、按部就班地准备考试，严重阻碍了个性化发展和多维度能力的培养。创新创业型大学中的人才培养、知识创新和科技成果转化等是更加复杂和更具交互性的活动, 涉及跨越多种维度的反馈环[3]。而当代大学生在单一培养模式下所具备的知识体系相似、无突出个人能力的特点，加上理论性强、实践能力弱的普遍问题，导致其步入社会后面对复杂工程问题必然是纸上谈兵，无法直接与社会接轨。

对目前过程装备与控制工程专业教学培养模式与实践环节进行分析，上述问题主要受以下因素的影响：①个性化培养硬件条件不足。在大班授课教学模式下，由于实验平台搭建费用高，受限于与课程相关的实验室和仪器设备等硬件条件，很难做到每个学生都能有适合自己的实验平台，从而实现个性化培养。②实验平台难与时俱进。技术发展具有更新换代快的特点，而与理论课程相辅相成的实践验证平台从设计、试运行到完善必然有一定的延后性，很难紧跟领域发展前沿、贴合市场需求动态。因此，培养新工科人才需要充分借助企业和社会的力量。

(3) 创新锻炼不足，跨界交叉融合少。

创新决胜未来，改革关乎国运。新工业革命加速进行，新工科建设势在必行。“新工科” 较传统工科更加注重学科的交叉性与综合性。各高校虽然也想通过组织各类科研实践活动培养大学生的创新意识和创造精神，但受传统教育理念的制约影响，大学生群体在科研实践活动中普遍缺少怀疑精神，缺少进行独立思考的能力，习惯于被动接受和服从于教师指导，创新意识、创新精神不足[4]。高等教育应把超前发展、主动创新作为基本特征。否则，高等教育培养出来的人就是落后时代发展的人。因此应充分挖掘、整合和利用高校既有的教学资源，打破学科专业壁垒，重视跨学科平台的建设，循序渐进地培养宽口径、厚基础、具有创新能力和实践能力的复合型人才[5]。主动变革、融合创新是高等教育的本质特征，是存在和发展的生命线。破除学科隔阂壁垒、积极跨界交叉渗透，用新理念、新内容、新标准、新方法，实现从被动适应到主动支撑引领的转变。

立足当下、瞄准未来，造成现今本科生创新锻炼不足，学科贯通欠缺的主要原因有：①长期的应试教育背景下，以教师、书本为中心的传统教学模式根深蒂固，学生思维习惯的惰性与呆板性难去除。一味空泛地去谈创新，而非落到实处、对学生给出具体指导，易造成严重的科教分离现象，达不到本科生创新能力的培养目的。②固有的高校学科领域划分体系，教师知识的掌握多具有“专、精、尖” 的特点，难以应对“新工科”教育专业建设涉及领域广、学科组成复杂的需求，导致单一专业的教师很难对所有知识都了解全面并讲解细致。因此，打破原有专业分类，完成新领域知识重组，贯通切合时代需求的学科体系架构尤为关键。

(4) 师生情感淡漠，压抑了培养氛围。

教师和学生是工程人才培养过程中最为核心的主体要素，随着我国高等工程教育从“精英教育”向“大众教育”的转变，师生关系呈现出一些新的特征，包含了更加复杂的社会经济和政治道德。溯其本因，主要有两个方面：①高校大扩招造成教学资源紧张、师生比例失调，百余人合班上课导致师生接触、沟通机会减少，教师无法对学生深入了解、因材施教，导致师生情感淡漠。②校园文化和社会文化交流同化加快，一种互斥的离心力在师生中潜滋暗长。功利意识明显，甚至近利轻德现象的出现，增大了师生之间有效沟通的难度。

华东理工大学始终坚持弘扬勤奋求实、励志明德的大学文化，始终重视人才培养，树立关爱学生的教风，建设执着求真的学风，保持风清气正的校风。立德树人为根本、服务国家为使命，开拓进取、知行合一的华理精神已经在广大师生中潜移默化。

2 面向 “新工科” 的 “一核两翼、双轮驱动”实践教学模式

2.1 “一核两翼” 创引型人才培养体系

在顶层设计上，如图1 所示，以双创为主体核心，作为创新实践教育的主阵地，以教务处和各学院为两翼，构建教学科研一体化优质平台群，实现教育资源多元化，打造“一核两翼”创引型人才核心培养体系。以工程训练、双创竞赛、校企合作为抓手，合理引入外部资源并联合内部力量。对内，通过教务处统筹兼顾与各学院的纵深拓展，充分发挥机械与动力工程学院过程装备与控制工程学科优质教育平台与师资力量，为创新提供可持续源泉和活力。对外，汇聚创新合力，通过协同效应将影响最大化，接轨时代前沿，营造实践、教育、创新一体化格局和创引型人才培养环境。实现学科链、创新链和产业链协同发展，打造协同创新的全链条架构，构筑开放共享的跨学科平台，建立面向产业需求的成果转化体系。形成“协同创新、开放共享、产教结合” 的 “三链一跨一转” 科研教学新模式。

图1 “一核两翼” 创引型人才培养体系

2.2 “双轮驱动” 实践型科创教学模式

研究表明如专业课教学兼具一定广度和深度，那么学生在学习通识课程时会采取从专业课程的知识切入通识课程、用通识课程的知识反思专业课程的策略[6]。如图 2 所示，以 “新工科” 建设为牵引，以过程装备与控制工程专业为例，以基础知识、专业能力、工程思维、职业态度为培养内容，设计了基于理论授课和双创实践的“双轮驱动”学以致用、学创一体的实践型科创教学模式。如图所示，双轮驱动教学模式由两部分组成：①以基础知识和专业能力培养为重心的理论授课；②以工程思维和职业态度提高为核心的双创实践。

图2 “双轮驱动” 实践型科创教学模式

2.3 理论授课稳扎基础

通过课堂教育、慕课教学、移动学习、网络平台的创新互动，建立广博深厚的知识结构、融会贯通的思维方式，形成开阔的见识、深入的认知、跨界的经验, 使宽厚的知识成为引领学生未来的基础[7]。理论授课采用专业必修课和选修课相辅相成、有机结合的教学驱动线 (如图 3)。必修理论课程系列沿用传统培养方案的课程模块设计思路，但授课内容、教学形式、考核方式等进行不断的优化完善。在人才培养目标设计上既要强调大学自身的个性特色,亦要强调大学人才培养应有的共性[8]。对于工程制图、理论力学、材料力学等核心专业基础课的学习，依然采用教师主讲形式，加入案例介绍、平行互动和工程实际分析等元素丰富课程内容、激发学生学习兴趣。学生则通过生讲生评、以练代讲等方式参与课堂，不但使其对专业课程理解更为深入透彻，系统分析、辩证思考、创新能力也在潜移默化中得到提升，实现真正的“授之以渔”。

图3 专业必修课和选修课有机结合的教学驱动线

专业选修课程系列采用以赛促教、以做促学的创新实践型教学机制。例如开设 “力学设计与操作”、“理论力学创新实践课” 等专业选修课，教师根据理论力学、材料力学等核心理论知识框架设计与之相匹配的课题。课程以小型团队自由组建、合作分工的形式，并引入竞争机制，通过趣味性竞技比拼，激发学生创作兴趣与潜力和自主学习的热情。团队成员通过对所学课程知识的灵活运用，辅助以文献检索、三维制图、力学试验、仿真编程等方法，在竞技中追求卓越，实现从“填鸭式”被动接受到积极主动探索获取的思维转变。同时，也提升了课程的挑战性，可以对学生进行挑战性学习。挑战性学习在提升课程挑战度、增强师生互动方面具有显著的作用,是培养和提升卓越人才核心能力和素质的一种有效课程教学模式[9]。

这种理论与实践教学交叉螺旋推进的创新实践型课程设计思路，将“动手实践、自主学习设计、跨学科学习”等核心教育理念融入其中，为学生提供了理论和实践紧密衔接的平台，创造了“学与做”之间良好的反馈机制。有助于推动学生专业课程优化学习过程，贯穿学生工程能力的递进式培养。此外，在此类课程的学习中，学生的团队协作、资源整合等综合品质得到了培养，阅读写作、表达沟通等“新四会”能力得到了提升，是因材施教、自我潜力挖掘和个性化培养的过程，为其今后参与双创实践、更进一步完善工程思维、提升综合技能，成为精英领袖人才奠定了良好的基础。

2.4 双创实践全面提升

培养具有国际视野、创新精神、跨界整合能力和工程领袖风范的未来领袖型人才，是双创实践驱动线的核心。培育拔尖科创技术人才不仅需要专业知识，还需要新型的差异化、特色化教育。合理构建和有序安排双创项目实践将有效巩固学生的专业知识、培养学生的综合工程能力，也对学生的创新意识、创新思维、创新行为具有直接正向的影响[10]。图4 为双创实践对应能力培养与时间规划方案，如图所示，先进成图技术创新设计比赛，机械工程创新大赛，互联网 +、挑战杯、过程装备实践与创新大赛阶梯式推进，一步步引导学生参与设计和制造的学习，将基于真实工程项目的实践内容引入双创活动，是面向未来发展的新工科人才培养的重要途径和措施。

图4 双创实践对应能力培养与时间规划方案

针对大一年级学生，可参加先进成图技术创新设计比赛，此阶段学生已经掌握基础绘图知识，处在对于过程装备与控制工程专业的探索阶段，此类绘图竞赛可巩固专业技能并将新理念、新方法情境化，利于学生接触工程实际、激发工程兴趣。已经拥有扎实专业课基础的大二、大三年级学生，可参加机械工程创新大赛这类基于项目、以制作实物样机、动手设计实践为主体要求的工程创新竞赛。此类竞赛具有较高的复杂度和系统性，促使学生将碎片化、点状知识进行集成融合，综合力学、机械、控制、计算机编程技术等跨学科知识，将其进行融会贯通并灵活应用，通过协作学习和自主探究，完成“构思— 设计— 实现— 迭代”，短时间内得到多学科资源的优化整合与工程能力的迅速提升。

“互联网+”、“挑战杯”、过程装备实践与创新大赛等比赛，利于学生通过组建规模更大的团队，学习分析更广泛、更全面的复杂工程系统，掌握系统思维模式。此类比赛以新经济特征为引领，主动引导学生由简到繁、由单一到复合，实现跨专业、多学科的深度融合，锻炼其工程背景下解决问题、团队协作和表达沟通能力，将工程设计分析、测试工艺制造和市场营销管理相结合。此类基于解决跨学科复杂工程问题的双创竞赛，极大程度上帮助了学生适应工科技术发展、习得技术成就，获得系统全面的综合工程能力，为“新工科”建设提供积极探索创引型工程精英人才保障。

3 结语

“新工科” 建设是我国高等教育面对第四次工业革命的主动谋划，具有综合工程实践能力的积极探索创引型工程人才的培养，需要依赖于“一核两翼、双轮驱动”的实践教学模式。该模式针对现阶段过程装备与控制工程领域本科教育教学过程普遍存在的内容陈旧、培养单一、创新不足、跨界融合少等问题，营造出实践、教育、创新一体化格局和创引型人才培养环境。实现学科链、创新链和产业链协同发展，构筑开放共享的跨学科平台和面向产业需求的成果转化体系。形成“协同创新、开放共享、产教结合” 的“三链一跨一转” 科研教学新模式，不断提高学生的综合素质和工程实践水平，培养受欢迎的合格的创引型精英领袖人才。