基于新工科视野下以产品为导向的跨专业协同实践教学模式探析

黄俊俊，陈珍明，董 强，赵娣芳

（1.合肥学院 能源材料与化工学院，安徽 合肥 230601；2.贺州学院 材料与化学工程学院，广西 贺州 542899）

一、课程性质及教学现状

作为我国高等教育重要组成部分——新建高等院校，是在我国产业结构优化、经济大发展和高等教育大众化的背景下建立的，本着服务区域经济的目的，大多新建院校的人才培养目标立足于培养面向生产第一线、面向基层的高素质应用型人才。随着新兴产业（如人工智能、智能制造、机器人、云计算等）出现和动态的市场需求，也对传统工科专业（化工、自动化、材料、冶金、交通工程、采矿等）提出新的要求，同时对培养学生的专业实践能力和创新能力提出更高的要求，使培养的学生适应新结构、新体系的产业，避免学校的“教”和企业的“需”脱节，造成教育资源的浪费、产业人才的匮乏和就业结构性矛盾。其中，实践教学包括实验、实习、实训、社会实践、课程设计、毕业设计（论文）等，也包括军训、创业活动以及纳入教学计划的社会调查、科技制作、学科竞赛等活动。

实践教学是衔接理论知识和实践、学校教育和社会教育的重要环节，是培养学生专业性实践能力、动手能力、创新能力和安全环保意识的重要教学形式，是达成具备“解决复杂工程问题能力”培养目标的重要途径，对培养应用型人才具有至关重要的作用。但是，在传统工科的背景下，实践教学由教研室独立开展，内容多以学习型为主，存在依托设备开展、内容陈旧、缺乏创新、学生参与积极性不高、紧扣书本但同产业脱节的问题。另外，目前的实践教学课程欠缺逻辑连贯，每个教学环节呈现出独立单元，系统性不强，学生参与过程中难免会觉得枯燥、参与的能动性低，很难拓展学生的专业视野。这是困扰学生的一个很重要的问题，造成实践教学同理论教学、科学研究、产业、就业创业不能形成一个有机的整体，培养学生的创新精神、提升学生的实践动手能力和创新能力也就无从谈起［1-4］。

实践教学属于综合性教学环节，其中涉及大量的专业基础知识、实验技能、运用专业知识解决、分析宏观现象，数据分析、建模、处理和协作的能力，需要较宽泛的理论和实践基础，涉及的能力较多，对学生综合素质和综合能力要求较高［5］129。传统的“填鸭”式教学很难有效调动学生的积极性，也会影响后续实践课程的开展，形成恶性循环。如果仅仅靠不断强调课程的重要性，或是增加教学课时，而不研究学生的特点，不进行大胆的教学创新，难以达到目的，导致学校的“教”和社会的“用”严重脱节。

随着我国教育改革的稳步推进，慕课、翻转课堂等一些新型的课堂形成的出现，如何设计专业实验内容、形式，让学生主动、积极参与其中，让“阳春白雪”似的实验机理、概念走下“神坛”，同工业化生产、专业产品、市场销售和用户体验联系在一起，变成“接地气”的教学环节。通过优化教学手段，提高教学效果，真正做到使专业实验成为书本知识和产业纽带，让学生学有所获、学有所用，在应用型人才培养过程中起到催化剂的作用，就是当前实践教学改革的重点。

二、改革目标及内容

基于“新工科”视野下以产品为导向、跨专业的实践教学内容及媒介选择，同时完成多专业协同教学资源库、支撑平台的设计与开发。探索以产品为导向的实践教学对接应用型人才培养和服务社会经济发展的新路径、新方法，促使学生的创新能力、应用能力、职业能力和教师的产教融合能力得到显著提升［6-8］。

（一）基于新工科需求的应用型本科跨专业协同实践教学内容开发

对基于“新工科”视角的应用型本科多专业协同教学模式进行深入研究，提出适合区域产业特色的市场营销专业、工业设计专业、计算机科学与技术专业协同教学系统，构建信息与计算科学专业、粉体材料与科学专业、化学工程与工艺、材料成型与控制工程专业协同教学方案。不仅要结合本校各专业特色和优势实践内容，还要与企业、区域产业发展对人才需求保持一致，这是本文将要研究的重要内容。

（二）构建应用型高校多专业协同实践教学机制

基于“新工科”视角，深入研究应用型多专业实践人才培养协同机制，综合市场营销专业调研市场需求，艺术设计专业学生设计模型、计算机科学与技术专业和信息与计算科学专业学生协同建模，化学工程与工艺和粉体材料与科学专业制备材料，材料成型与控制工程专业成型。以产品为导向，实践教学从设计——材料——产品生产——销售4个方面展开，打破学科和专业之间的壁垒，各专业学生着眼于所学专业对应的环节，兼顾其他环节，指导学生在协同教学资源库有区别的选择辅修专业课，即选取某一商品，依据专业特色分解成一个或多个的设计、生产（材料、设备、工艺）和销售单元，不同专业侧重不同的单元，形成跨学科学生协同开展专业实验、创新创业和毕业论文等实践教学环节，不同专业学生基于某一实践教学环节，协同设计、生产并销售“商品”。

（三）构建基于“新工科”视野的多专业协同教学平台

调研全院相关专业教学重点，建设全院的以产品为导向的实践教学资源库，将以前零散的教学资源整合起来，为教师和学生协同“教与学”提供服务，构建实践教学的资源协作教学研究平台。

（四）改革并完善实践教学评价体系

“新工科”背景下对学生的专业能力、安全环保意识、团队协作能力和职业能力提出新的要求，在优化实践教学内容与融合多种教学方法的基础上，对以产品为导向的实践教学采用立体式评价方式，实践教学环节成绩包括实验预习、安全环保、实验操作与原始数据记录、数据分析和思考题与实验总结等，同时要突出实验产品竞争力和销售情况在成绩中的权重，新的评价体系引导学生将实践教学的产出由“产品”向“商品”转变，落实应用型人才的培养。

（五）德育和智育相结合，实践课程思政化

从实践教学、思想引导、知识传授、身心健康和人格素养等角度培养人才。培养学生安全环保意识，自主学习国家相关政策、法律法规，增强学生实践能力。同时，以培养学生的创新精神、人文情怀、社会关怀精神和批判精神，树牢“四个意识”，坚定“四个自信”，坚决做到“两个维护”，勇于担当的专业性人才。

三、改革意义

实践教学和理论教学共同组成本科教育的主体内容，只有保证两者有机结合在一起，才能切实落实高素质应用型本科教育。实践教学是理论教学的补充、延伸和升华，尤其对学生的实操能力和工程化视野的培养，具有不可替代的作用，是实现应用型复合人才培养目标的重要手段。结合学生和专业的特点，以产品为最终实验样品进行设计专业实验，使实验形成逻辑性，对于提高学生的实践能力、动手能力，培养创新精神，具有积极意义。以产品为导向的材料类本科专业实验多专业协同教学最大的特点是以产品为导向，以工程化生产、检测模式为标准，具体有以下优点［4］122-125，［6］165-168。

（一）强化能力和思维培养，为产业输送智力资源

教学要同最新的产业动态保持一致，才能做到应用型的教学，同时专业教学还需要不断优化实施效果，这对应用型人才培养目标的达成不仅具有重要性，而且具有紧迫性。也就是说实践教学是专业理论知识落地开花的载体。在“新工科”视野下，知识相对于高速发展的产业的重要性有所下降，专业能力和专业思维的地位逐渐上升，实践教学是培养、激发学生的专业能力和专业思维最直接的教学形式。另外，高等教育中对于学生而言，“兴趣”是最好的老师，只有赋予学生极大的“兴趣”才能调动学生学习的积极性，主动的学习有利于学生将书本的理论知识用于设计实验步骤、解决实验过程中遇到的问题和解释实验现象，当专业实验同产品联系到一起，专业实验就是生产的预演，学生解决复杂工程问题的能力得到锻炼，在这过程中看待问题、分析问题和解决问题的专业思维得到强化，同时这个过程也是一个专业性的创新训练。切实做到应用型人才的培养，保障了教学质量，真正做到突出理论基础、强化实践技能、培养创新思维的特色。

对应用型本科生毕业认证的一个关键要求，就是毕业生解决复杂问题的综合能力和高级思维。这没有标准答案，更多的是能力和思维的训练。这种能力和思维不只是仅仅停留在书本上，更多的是要求解决产业、企业或岗位遇到的实际问题，实践教学是培养、强化和检验这种能力和思维最直接的教学形式。实践教学内容立足于人才培养目标，以促使学生吸收、转换和运用专业理论，结合培养学生实操、协作、创新能力和培养安全环保意识，使学生具备统筹工程项目和运用专业知识、各种技术和现代工具、方法解决复杂实际工程问题的工程实践能力。另外，如何在实践教学过程中强化学生的自主学习能力，对人才培养方案的达成度和落实“高阶性”本科教育具有重要作用。所以强化能力和思维的训练，有利于为国家经济转型和区域经济发展输送智力资源。

（二）理论和实践教学多层次设计，知识传授、素质培养与创新能力有机结合

将实践教学分为两个层次，形成独特的教学网络。第一，基于微课、富媒体等手段引导学生运用课程中的知识点解决专业实验过程中问题，锻炼学生将知识应用到相关工程中问题的分析、判断、计算、求解、设计中，达到培养学生的知识综合应用与解决复杂工程问题的能力；第二，借助移动互联网手段扩大案例和互动教学，优选典型企业，并引为案例，实践教学目标、课程内容和教学方法以解决、分析实际问题为导向，提高学生的解决工程问题的创新能力，使教师的“教”，学生的“学”和“用”形成有机整体。

以产品为导向的实践教学在教学内容的设计上要紧紧围绕人才培养计划。充分考虑产业发展动态和学校定位，教学形式一定要保证互动，极大激发学生的主动性。学生全程参与实践教学之前的预习、过程中的动手/交流和之后的分析、撰写/汇报。这些不是机械参与，更不是完成“客观题”，而是立足培养学生自主学习的能力，激发出学生探索习惯、意识和能力。把学生的专业属性发挥出来，这是“教和学”的有机结合，素质教育和专业教育的有机结合，有利于应用型人才的培养。

（三）有利于拓宽教师教学和科研水平，促进产教融合

以产品为导向的实践教学中需要多专业知识交叉和运用，不同专业的教师在设计实践教学时需协作交流。这种交流是以协作开发、生产产品为主线，属于一种跨学科应用型交流。有利于拓展教师视野、思路，优化整合人力、智力和物质（设备）资源，实现一种多学科协同工作和协同创新局面，促进教师教学方面（如教学形式、内容设计、教学策略等）和科研方面（科研平台、科研资源等）的多元优势互补。在提升教学质量的同时，也可促进产教融合，夯实专业基础，有效推动学校的转型和升级，服务区域经济转型和发展。

实践教学要将“阳春白雪”的书本知识拉下“神坛”，揉合到专业类产品设计、研发、生产和销售过程中，形成专业化和工程化的实践经历。熟悉产业结构、产品研发和生产路线，为毕业生进入社会打好基础。同时通过控制课程难度，使学生形成专业性疑惑和产业框架性的认识，反哺后续的专业理论知识学习，优化教学效果。实践教学涉及的“产品”不是固定的，而是调研区域经济和产业结构的基础上，依据专业特色进行分解成多个生产单元，依据专业特点侧重不同的生产单元，形成跨学科学生协同开展专业实验，这对教师产业意识和眼光提出更高的要求，促使专业教师“走出去”，以务实性和生产性的眼光重新审视专业，打破“实验室”和“生产车间”的壁垒，调整科研思路和方向，优化“研”——“教”——“用”架构，有利于促进产教融合和落实应用型本科教育［7］28，［8］106-108。

四、教学改革的方向及典型案例分析

以产品为导向的本科实践教学模式，即跨学科学生基于同一专业实验，生产商业化产品，在“应用型”的视野下，培养学生的创新能力、动手能力、协作能力和专业能力。把传统的“客观题”实践课程转变成“主观题”，拓展课程深度和增加课程难度，极大提升学业挑战度和时效性，保证了课程教学质量和学生素质，这同我国教育部推广建设“金课”的内涵一致，即保证课程的“高阶性”“创新性”和“挑战度”，也有利于落实“新工科”思想指导下的实践教学改革。目前能源材料与化工学院粉体材料科学与工程专业就专业实验改革做了前期摸索。以石灰石矿石为原料，改性碳酸钙粉体为产品设计专业实验，通过分解产品生产工艺为破碎、粉碎、合成、分级、改性、除尘和检测单元，设计了4个大方面（物理法制粉、化学法制粉、测试和固废处理），13个小实验，具体实验思路如表1和图1所示。

以生产改性碳酸钙粉体为导向的粉体专业实验在16粉体专业试运行，学生反响较好，尤其对于实验的衔接性和条理性评价较高，极大提高了学生实验参与度和积极性，另外实验中涉及的固废产生原因、危害和解决方案，只有在整个工艺流程中才能凸显，培养了学生的安全环保意识。切实保证了专业学生的素质（政治素质，专业知识、基本品德和安全环保意识等）和能力（持续学习能力、实操能力和创新能力等），这符合应用型本科高校对毕业学生的基本要求。但该方案只涉及到材料的制备（粉体专业），产品设计、包装、销售等环节缺失，试验方案设计和运行有待于进一步提高。

图1 粉体专业以产品为导向的专业实验设计思路

表1 粉体专业以产品为导向的专业实验内容

合肥学院作为应用型本科院校第一方阵的排头兵，以德国应用科学大学办学经验为参考对象，结合我国国情和地方产业特色，以培养应用型人才为目标，对本科教育进行系统改革和实践，为区域经济发展输送智力资源。开展以产品为导向的实践教学环节在落实应用型人才培养方面具体有以下三方面的作用。

第一，以产品为导向的实践教学环节，也应本着服务区域产业的出发点，更好的做到应用型人才的培养。以某种区域产业集群产品为对象，结合专业人才培养特点，分解其生产工艺，设计并开展实验，不仅仅要培养学生基本的岗位方面工作能力，更要培养学生具备解决问题能力，即应用型问题的解决、多专业协同综合实践能力和创新创业能力的提升［3］124-127。

第二，工业4.0战略是建立在互联网和信息技术为基础的互动平台上，使更多资源要素和生产要素的整合变得更为方便快捷。这使得诸多先进技术（如成型技术、材料技术、数字技术等）融合更加紧密，孵化出个性化、自动化和智能化的产品（或新技术），这对我国产业升级和转型既是机遇也是挑战。成熟的产品制造不能局限于某一专业，而是多专业、多学科协同作业的结果。以产品为导向的实践教学真正的落地开花就需要多专业协同参与。协同教学模式还有助于形成共享协作的组织文化协作氛围，为进一步凝练和营造产教融合的科研氛围，有效推动专业科研升级和教学改革。

第三，以产品为导向，多专业协同教学开发了学生的想象力，将他们的创造变成实物，这是一种重要的学习体验。在实践教学环节中，学生在人才培养方案框架下的动手能力、创新能力和专业思维能力得到锻炼，结合专业文化课的知识，使学生“学”和“用”有机结合起来，极大推动学生专业属性的塑造，对“新工科”视野下应用型人才的培养具有积极意义［6］165-168。

“新工科”目的就是培养适应新型产业和产业发展动态的专业性人才，为我国“制造2025”和“工业4.0”输送人才和提供智力，这事关到我国的经济转型和民族复兴。实践教学的改革也刻不容缓。在前期研究和建设的基础上，本文提出从构建基于产品为导向、跨专业协同实践教学机制，解决目前实践教学内容同学生的“学”和社会的“需”之间的脱节的问题。