基于校企深度合作的学生工程实践教育模式研究

黄海燕, 续智丹, 杨福源, 袁 泉, 边明远

(清华大学 汽车工程系, 北京 100084)

1 学生工程实践教育教学面临新形势

1.1 汽车行业发展的新要求

我国“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等重大战略中,汽车是新能源、人工智能等新一代高新技术的载体,汽车产业是创新创业的重要基地。面对新的发展机遇,汽车产业对人才培养，尤其是高层次人才培养提出了新要求,要求培养具有行业发展战略视野、创新意识,以及开发、使用新材料、新技术等创新能力的复合型人才。这就要求对传统工科人才培养模式进行升级,重新架构不同类型的工科院校及院系人才培养模式。对于研究型大学工科院系的工程实践教学而言,应重点强化学生面向产业发展前沿的工程实践能力的培养。

1.2 工程教育范式的新特征

工程教育范式经历了“技术模式”“科学模式”和“工程模式”,当前为“工程模式”。在我国,工程模式以“大工程”为特征,以前沿性、系统性、交融性为重要标志[1]。2016年我国成为《华盛顿协议》缔约国,按照《华盛顿协议》的要求,通过工程教育认证的工程专业不仅要深入理解和把握复杂工程问题,更要按照国际实质等效原则培养学生解决复杂工程问题的能力[2]。2017年教育部提出“新工科”建设,从新理念、新结构、新模式、新质量、新体系等5大层面推动我国工程教育的改革[3]。在这一背景下,系统构建汽车工程实践教育教学模式,培养学生工程素养,提高其解决复杂工程问题的创新意识、创新能力是必然的选择。

1.3 学校历史使命与人才培养理念的新要求

清华大学作为我国高等教育的一面旗帜,站在新时代的起点上,肩负着创建世界顶尖大学,为国家发展、人民幸福、人类文明进步做出贡献的使命。学校提出“价值塑造、能力培养、知识传授”三位一体的人才培养模式,致力于培养“肩负使命、追求卓越”的领军人才[4]。汽车工程系处在行业迅猛发展、学校快速蜕变的战略机遇期,培养满足国家、行业发展需要的人才任重道远。

1.4 传统校企合作实践教学模式分析

在学生工程实践能力培养方面,汽车工程系以往的校企合作实践教学采取传统的“看—听—总结”三步走模式,通常是学校根据企业生产状况、生产进度等因素,安排学生现场参观学习,这种方式在很长一段时期,为学生提供了认识和了解产品生产过程的途径。

随着汽车生产模式的升级,生产制造自动化水平不断提高,生产现场可看性逐渐降低,单一的参观式实习课程效果差、学生不满足等问题逐渐显现,蜻蜓点水式的“看—听—总结”三步走的汽车工程实践培养模式已经不能满足人才培养目标要求及行业对高端人才要求。尤其是近些年随着汽车电动化、智能化、网联化的快速发展,汽车产品已不再是简单的机械产品,而是多种新技术的交叉融合,必须让学生深入到企业产品设计、生产制造过程中去,跟随企业工程师学习和锻炼。这就需要建立起有利于启发学生思考、激发学生创新意识、支持学生个性化发展的系统性工程实践培养体系。

近年来不少高校在校外实践教学改革方面,对校企合作实践教学模式进行了有益的探索。对于研究型大学工科院系的实践教学,如何开展校企深度合作、如何使校企双方对校企合作实践教学模式达成共识,共同对实习生进行工程训练和工程培养,从而有效实现学生工程素质培养目标,是当下一项重要研究课题。

2 校企实践教育深度合作模式探索与实践

校企合作开展工程实践教学,在践行一流人才培养理念、培养卓越工程领军人才的过程中,是不可或缺的重要环节。在传统的专业实践教育模式无法满足需求的情况下,必须对校外实践教育模式进行进一步探索和提升,通过对实践教学课程体系的有效建设,使学生有效地得到工程能力和创新能力训练,进而使学生在企业产品设计或制造创新过程中,有挑战复杂问题的渴望和激情。

2.1 校企合作实践教育新体系的设计

汽车工程系实践教学组在20年实践教学工作基础上,不断研究、探索和实践。为不断提升课程品质,充分利用学校资源,与教育研究院相关教师共同探讨新形势下工科院系实践教学理念和教学模式; 与具有国内外重点汽车企业工作经历的教授,探讨行业精英或领军人才应具备的基本素养、学生工程素养的培养思路,以及本科生校外实践教育理念、教学模式、教学方法及评价指标等。

通过一系列研讨,实践教学组构建了新型校企深度合作实践教育理念,形成包括课程目标、管理模式、课程模式和教学方法等在内的完整的教学体系,如图1所示。

图1 校企深度合作实践教育体系

课程目标:重点提高学生工程素养,包括学生的创新意识、创新能力和解决实际工程问题的能力;管理模式:采用校企深度合作模式,建立以实际工程问题研究为载体的双导师负责制;课程模式与教学方法:引导学生采用基于问题的研究性学习方法,以解决实际具体工程问题为目标,以参观学习为基础,以课题研究为重点的教学方法和课程模式。

2.2 校企合作实践教育平台设计

未来汽车领域的人才,不论是“学术大师、兴业英才、治国人才”,都应该对汽车企业及行业有足够的了解,包括行业发展战略需求、技术需求、人才需求等。学生通过在企业的深入实习,不仅可对我国汽车工业的发展实际有较深入的了解,同时还可以对自己的知识结构和能力等方面的不足有更加清晰的认识,从而更好地激发学生不断学习和补充相关基础知识的热情,增强不断追求卓越的动力。

为实现上述目标,校企深度合作实践教育平台的设计与有效建设至关重要。高水平的校企深度合作实践教育平台,是有效开展研究型大学工程实践教育的重要基础,也是国家新工科建设的重要组成部分。产业或企业对高等工程人才培养的优势体现在以下方面:

(1) 能够准确把握社会对工程人才的需求;

(2) 拥有最先进的生产设备和制造技术;

(3) 拥有一批经验丰富的工程技术人员;

(4) 具有真实的工程实践和创新环境;

(5) 拥有完整的先进企业文化的学习氛围[5]。

为此,我们基于学校资源,寻求校企合作、相互促进、共同发展的路径。

2.2.1 利用校企双重资源,实现校企双向合作,打造校外实践教学平台

校企合作涉及学生培养合作、企业骨干培养合作、科研合作等诸多方面。以学生实践教学为出发点,充分挖掘校、系资源,为企业发展服务,可为学生的实践训练营造更有利的条件。如由校内相关教师给企业授课,介绍相关学科科研成果,举办不同形式的校企合作实践交流研讨会等,不仅能使企业工程技术人员及时了解前沿技术,提升技术水平,教师也可以更好地了解企业对人才能力的需求。基于这些交流,也为校企双方在实践教学理念和教学方式方面的深度合作奠定了基础,从而可制定出适合研究型大学人才培养理念的企业实践教学大纲,明确实习内容、实习形式、评价方法等。

此外,为满足行业对不同类型高端工程人才的需求,在实习单位选择上由以前的基本是产品生产制造单位,转为产品生产制造单位、新产品试验研究单位和新产品研发(新能源、智能汽车、新型内燃机)单位兼而有之,并更多关注具有挑战性的新型汽车企业。已有研究表明,企业参与校企合作教育的首要动因是自身需求,包括经济利益需求和人力资源需求。企业通过参与校企合作教育,能够储备企业发展所需人才,有利于企业长远发展和实现企业战略目标。其次,现代企业为了生存和发展,必须获得利益相关者的支持,承担相应社会责任,参与人才培养,支持教育事业发展是企业社会责任的一部分[6]。通过与这些企业的交流合作,包括签订校企合作框架协议等方式,校外实践教学平台得以完善和健全。

2.2.2 打造专业实践教学师资队伍,为提升实践教学质量奠定坚实基础

多年的实践教学证明,先进的实践教学理念、实践教学模式是实现卓越工程人才培养的前提,而具有良好专业素养、较强责任心的教师队伍是其重要保障,因此实践教学师资队伍建设至关重要。这些教师要既懂得专业技术知识,又懂得人才成长规律,既具有扎实的理论基础知识,又具有丰富的企业工程实践经验。一直以来,高校青年教师实践教学能力令人堪忧,主要体现在实践教学经验缺乏、实践教学设计滞后、实践教学实施能力不足、实践教学评价体系不完善、感知行业新知识钝化、自我提升意愿不强等问题[7]。自2010年起,汽车工程系设置专人负责实践课程,组建了一支由具有企业产品设计、生产经验,且有多年教学经历的教师队伍组成的实践教学组。目前实践教学组由5名教师组成,均具有副高级职称,其中2人具有6年以上的企业工作经历,2人具有20年的实验教学经验。教学组教师在系教学委员会指导下,具体负责研究实践课程理念、设计课程体系、落实实践教学计划等任务。通过每年组织不同形式的教学研讨、企业调研、校企实践教学交流会等,实践教学教师队伍整体水平不断提升。

除校内教师外,每位学生在专业实践期间均配有企业指导教师,校内教师和企业导师共同对学生的实习过程进行管理,包括实习课题开题、中期检查和最终成果汇报点评等,使学生在实际的工程问题中提升工程意识和创新意识。

2.2.3 建立和完善实习管理制度,为实践教学长期稳定发展提供保障

为保证学生到企业实习的有效性,课程负责人与企业相关工作负责人就学生实习形式、内容、管理方式等进行协商,签订实习管理协议,对学生实习期间的安全、工作时间及遵守企业管理规章制度,包括企业技术保密制度等相关事宜进行约定。双方共同编制适合我校本科生的实习教学大纲,并每年对实习教学大纲进行修订,以适应企业的发展及学校对人才培养要求的变化。

2.3 校企合作实践教学的具体实践

2.3.1 实践教学过程设计

基于实践教学组设计的课程模式和教学方法(见本文2.1),实践教学过程如图2所示。

根据双方意愿,可将实习过程延伸到学生本科毕业设计阶段,为本科毕业后直接去企业工作的学生提前了解和熟悉工作环境提供了机会。校企共同指导本科生毕业设计,不仅进一步加强了校企合作的实践教学,也为学生尽快胜任工作奠定了基础。

图2 校企合作实践教学管理示意图

2.3.2 课题题目与技术路线设计

如何制定研究型大学学生企业实践内容,使学生在有限的时间内(4、5周)不仅达到基本要求,而且能在部分问题上有所见解、有所创新,是对实践教学组教师的最大挑战。选择好实习内容,使其具有可操作性,尤为关键。为此,实践教学组教师每年提前1、2个月到实习单位走访,了解企业产品生产制造现状,及产品改进和新产品研发需求等,在此基础上,校企共同商定相关实习内容,并根据企业提供的相关实习题库,挑选出适合我校本科生特点,且具有一定挑战性的实习课题。表1为学生某年在某企业的实习课题。

实习内容确定后,校内教学组教师提前与企业导师面对面交流每个实习课题的背景、目标及课题技术路线等。在此基础上,预测学生在进行实习课题过程中可能会遇到的问题,并就这些问题与相关企业技术人员商讨应对之策,从而确保学生在实习过程中达到预期目标。

表1 某年我校汽车工程系本科生在某企业的实习课题

2.3.3 课题分配与过程培养

为培养学生独立工作能力,也为避免个别学生的依赖思想,给每位学生分配一个独立的小课题,同时为每位学生配有企业指导教师。实践带队教师将最后确定的实习课题提前1、2周发给学生,学生根据个人特点及未来发展方向进行选择,如选择中发生冲突,则师生协商解决。为保证实习课题的顺利进行,学生应在课题开始前至少一周,利用学校图书馆资源查阅相关资料,并对有关问题咨询相关教师或学长(相关领域的研究生),制定出初步实习计划及课题思路等。

加强实习过程中师生之间、生生之间的互动交流与研讨,是实现课程目标,不断提升学生综合能力的必要条件。为此,实践教学组教师将实习过程划分为4个阶段:

(1) 学生实习前需查阅资料、调研,与学长或教师交流;

(2) 第1周,学生准备实习开题,通过不同形式的互动交流,使学生进一步明确实习任务,课题技术方案等;

(3) 第2—4周,课题具体实施,采取师生和生生互动方式,引导学生深入研究课题,提出解决方案,进而完成课题,同时组织学生到生产一线参观学习,扩大视野;

(4) 实习成果汇报,学生(以个人或小组为单位)通过PPT展示其实习成果,由校企教师共同作出评价。即由企业工程师与带队教师共同组成实习答辩评审小组,对学生实习成果汇报进行点评。带队教师的点评,旨在进一步加强师生互动,而具有丰富经验的工程师的点评,不仅能使学生受益,教师也可从中更好地了解企业。

此外,带队教师根据学生提交的实习日记、实习报告(面向学校)、课题研究报告(面向企业)、实习成果汇报(PPT)及企业工程师对学生的点评进行综合评价,从而保证预期的实习效果。

2.4 校企深度合作模式实践效果

实习新模式的实践,不仅使学生在短短5周的实习时间里得到很好的锻炼,而且使他们可以更好地了解到企业发展对人才的要求,从而激发出不断学习、全面锻炼自己的动力。通过具有不同经历背景教师的指点和与之的交流,可使学生更快、更好地提升自己运用已学知识解决实际工程问题的能力,也使学生查阅文献的能力、与人交流的能力及自学的能力得到锻炼和提高,还使学生明确自己的知识短板,回校后能更有针对性地选课。

如果学生希望在本科阶段有更多时间在企业实习锻炼,则可将暑期实习延伸至本科毕业设计阶段。这样学生在近4个月的毕业设计时间里,可以更好地深入到企业产品研发过程中去,得到更好更全面的锻炼和成长。

以“基于ADAMS/Simulink乘用车底盘系统建模与仿真”课题为例。此课题的任务是,使用ADAMS/Matlab/Simulink,以M43为基准车型,搭建出底盘系统的仿真模型,并对搭建出的前悬模型进行K&C实验仿真及分析,对整车装配模型进行操稳性的仿真及分析,并对仿真模型结果与实际对标报告进行对比分析。学生在一个月的实习过程中,不仅较好地完成了M43RR前悬建模及仿真报告,以及M43RR整车操稳性仿真报告,而且还解决了第三方仿真报告评测中出现的仿真结果与实际实验有出入的问题,更正并优化了仿真模型。企业对此成果给予了高度评价,并惊叹我校学生有如此能力。

实践教育不仅提升了学生解决实际工程问题能力,也使学生在看问题、理解事情上有了进一步提高,正如学生在报告中所说:“总体而言,我觉得这种实习是特别有意义的。经过这次实习,对于汽车的理解和概念都提升了……。以前说到减震器,说到悬架,虽然都能看到,但却没有真真切切体会过、感悟过,不知道有这么多工程师在为这一个个的部件这么努力地工作。这不是什么技术上或是知识上的长进,它使自己觉得所学的知识都鲜活跳跃起来了,第一次觉得自己真的能够在汽车领域贡献自己的绵薄之力。”

3 结语

基于校企深度合作实践教育平台,实现了以课题为目标导向的校企合作实习模式。此种模式不仅有利于学生实践能力、综合能力的培养,也为企业培养新员工提供了很好的示范。企业还充分利用我校学生扎实的理论基础和较为开阔的思路,为企业解决了一些长期无暇顾及的技术问题,得到了企业的充分认可和支持。

新型校企合作实践教育模式,实现了教学思路由以前单纯强调学生实践动手能力培养向实践性与探索解决实际问题相结合的转变,实现了教学模式由“学习型”向“研究型”的转变,实现了培养模式从知识传授型向实际能力训练型的转变。通过典型案例,可更好地培养学生运用已学知识或通过查阅相关书籍及文献解决实际工程问题的能力及工程研究能力和自学能力等,从而为学生的未来发展奠定扎实的工程实践基础。