面向新工科人才培养的材料成型及控制工程专业建设探索

倪增磊，王艳红，彭 进，杨嘉佳，黄 亮

（华北水利水电大学，河南 郑州 450045）

2022年7月26日，工业和信息化部召开“推动制造业高质量发展，夯实实体经济根基”新闻发布会，介绍我国制造业十年间发展成就。十年来，我国制造业增加值从2012年的16.98万亿元增加到2021年的31.4万亿元，占全球比重从22.5%提高近30%，持续保持世界第一制造大国地位。如何推动改革创新，推动高质量发展从制造大国转型到制造强国是我国目前面临的一个极为重要的挑战[1]。目前世界科技领域正经历着一轮前所未有的革命，革命的出发点以数字化、智能化、网络化为特征方向进行加速转变。虽然我国在科技领域取得了前所未有的成就，涌现出了一大批开创性的成果。但是，我们还是要保持清醒的头脑，我们的制造业有相当部分处在中低端位置。突出的问题为薄弱的创新意识和能力，不足的关键零部件的配套能力，布局不太合理的产业结构以及有待提升的顶端产品的质量。习近平同志强调：“实践反复告诉我们，关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的。只有把关键核心技术掌握在自己手中，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。”这就需要我们培养大量的工程领域科技创新人才，为提高综合国力竞争提供人才的保障。因此，教育部明确要求“要把新工科建设作为引领高等教育改革的有力抓手”。

材料成型及控制工程专业作为传统机械类专业课程体系之一，为了适应社会工业发展需要，现阶段本专业新兴工程科技人才培养必须紧紧围绕努力实现“中国制造2025”“互联网+”等重大国家战略展开[2]。为此，材料成型及控制专业教育课程体系设计必须与时俱进，进行针对性的学科专业与产业的对接以顺应智能工业发展变化潮流在当前工业时代背景下刻不容缓[3]。华北水利水电大学材料成型及控制工程专业始建于2001年，经过将近20年的发展，形成了以“大机械类”专业为背景的焊接、模具和智能制造三个稳定的方向，目标是在新时代工业发展背景下，对学生进行德、智、体、美全面培养，使其具有良好的语言沟通能力，具备较强的自然科学基础，掌握材料智能成型的基本理论和必要的智能制造技术及科学研究方法，激发学生创新能力和实践能力，可在机械、航空航天、电子封装、水电工程等领域从事科学研究、智能成型工艺和产品设计及生产管理的高素质人才。

到目前为止，材料成型及控制工程专业已毕业21届学生，毕业生主要在机械、电子封装、航空航天、水电工程等领域从事新材料研发、材料智能成型工艺与设备、3D打印技术、质量检测与性能评估等方面的深入研究、技术管理应用、产品设计开发以及相应的工艺制造等工作。根据教育部新工科背景下相关规定，并结合往届毕业生回访调查，企业单位招聘对本科毕业生的技能需求，我们发现专业的课程体系、教师队伍以及实践平台和基地需要就行一次大的改革。主要围绕为培养新兴科技领域科技创新人才[4]、培养卓越质量[5]的人才为出发点展开的。专业从改革课程体系，增设专业方向，校企合作联合定向培养，教师教学技能竞赛，大学生实践竞赛活动等方面进行研究和实践，并取得了一定的成效。

1 基础核心课程、专业核心课程和专业方向的改革

一方面目前学校材料成型及控制工程专业主要核心课程包括：工程图学概论、材料科学基础、机械设计基础、材料成型控制基础、机械制图、机械制造技术基础、微机原理及应用、金属材料与热处理、材料成型原理、材料力学性能、材料分析测试技术等传统的固定课程体系，现阶段教材内容较早，时代性滞后，专业内容也不够新颖，为此我院通过增加焊接工程实践和焊接过程模拟与仿真基础；大数据与人工智能、智能成型工艺、传感器与测试技术、机电传动与控制、Python程序设计、PLC技术等课程来弥补其中的不足，增强实际应用性。大数据与人工智能，智能成型工艺、PLC技术等课程的加入使学生具备一定的智能化操作控制能力，使其具有能够将传统制造与信息化结合起来的综合能力，更好地促进在毕业工作后从事相关制造行业实现企业生产过程中进行工艺技术的转型升级，加快用工制造单位更好地向智能制造，高端制造的转型升级。

另一方面我院本专业方向由原先的模具和焊接两个方向更改为成型模具、材料连接、智能成型三个方向，使本专业在相应的工业应用方面更具有针对性。总之，通过改革加入新的专业课程和专业方向是在新工科背景下，为学生将材料成型及控制工程专业与信息化技术相结合，更好地实现专业应用，实现智能制造，高端制造，打下一定的专业知识基础，进而为未来创新性应用工科人才的培养打下坚实的基础。

2 完善提高教职工队伍教学能力，打造高水平的教学团队

教师在整个教学过程中一方面起到了讲授材料成型及控制工程专业相关专业知识，达到授业解惑的目的，另一方面又是树德育人，提高学生的创新能力和学科兴趣的引领者。专业在新工科背景下重视教学创新、提高办学水平，努力打造一支高水平的创新性教资学团队，只有这样，才能更好地实现新工科背景下创新性工科应用人才的培养。

近几年来，华北水利水电大学材料学院不断引进优秀的青年博士教师，年轻人才的引进为整个教学团队注入新的教学思想和管理模式。我院多次举办青年教师讲课大赛、专业内部的示范教学观摩活动、教学技能竞赛等活动，旨在通过教师队伍相互学习、相互切磋的方式来提高教学队伍整体教学方法，教学技能。同时，专业教师在教学方式上积极地进行自我查漏补缺从而达到教学堂课中以各种形式、各种渠道去发现、激励、培养、最终达到充分提高学生对相关专业知识兴趣和理解程度的目的，激发学生的内驱力，整体提高教学质量，授业效果。总之，加强完善教学队伍建设为新工科背景下材料成型及控制工程专业创新性应用人才的培养提供了强而有力的保障。

此外，专业以产品开发和学术基础研究相协调，对新引进的博士开展工程人才培养。在教学设计方面，鼓励教师在服务国家重大战略为前提下，与专业相关的高端领军企业进行对接，进行立足工程科技前沿知识的搜集和讲解。在学术方面，鼓励教师与研究型大学、科研院所进行深度融合，为学术生涯的顺利进行找准方向、奠定基础。同时，在学校内部，鼓励教师进行跨学院、跨学科进行资源共享和深度合作。

3 搭建多层次学生创新实践平台，激发创新实践应用能力

实践是检验真理的唯一标准，实践应用水平的高低直接影响学生能否较快地完成实践教学任务，同样也是决定学生能否较快成为创新型应用人才的必备条件之一。因此，除了提高学生对专业理论知识的认知程度，加强对学生综合分析实践能力的培养也是非常重要的。一方面材料学院通过举办金相技大赛、大学生创新创业训练计划项目竞赛、“创青春”大学生创业大赛等活动，这些活动的成功举办不但提高学生实践能力，同时进一步提高学科认知水平，扩展了知识面，而且也调动了大学生创新、创业的热情，为以后更好的教学就业工作奠定了基础，我院学子在第九届全国大学生金相技能大赛中华北水利水电大学代表队获得个人一等奖一项、个人二等奖两项、团体二等奖的好成绩，在第十届全国大学生金相技能大赛中荣获一等奖一名，二等奖两名，团体三等奖的优异成绩。

另一方面专业积极联合中建七局有限公司工程研究院、中国一拖集团有限公司、河南兴安新型建筑材料有限公司、中国中铁七局集团郑州工程有限公司等诸多企业展开在校大学生的培养工作，围绕科技攻关、技术研发、成果转化、人才培养、实践基地、学生就业等方面开展深入合作。在校企合作联合培养这一模式下，首先，为学生提供除学校实验室和试验工训基地以外，学生可以更加直接实际的生产实习环境，学生可以有较多机会去更全面的了解本专业就业方向，从而在校重点掌握相关专业知识技能做到举一反三；其次，学生通过参与企业相关项目，技术攻关等可以推动学生将难以理解的专业理论知识转化到亲眼看见的工程实际应用，加深并提高对专业知识的认知程度，开阔视野，从而达到更好的学以致用的效果，实现切合实际的创新应用；最后，学生在参与项目的过程中，他们还提高了诸如 Creo/UG/CATIA/CAD等工程应用软件的熟练程度，提高了相关设计思路上创新的积极性，也为以后教学实验工作中后期进行分析数据模拟仿真提供了有力支撑。通过以上大量的校内外竞赛实践平台大大提升了学生的参与意识、动手能力，从而使学生掌握实现从点到线再到面的综合知识运用能力，为毕业后在相关工作岗位上创新应用打下坚实的理论与实践基础。

此外，在专业实践课中，专业把常规的简单的实验学时进行了大幅度的压缩，让学生在教师录制好的教学视频中进行自主学习。另一方面，加大实践课的难度，综合培养学生独立查文献、设计实验方案、问题设定和解决的能力。培养学生工程思维的意识和思路，在学生自主学习和思考的同时，加强学生之间的团队协作能力，鼓励他们进行交流，然后教师辅助进行引导，增强学生解决工程问题的能力。

4 完善教学制度，为课程质量保驾护航

为了面向新工科人才培养的材料成型及控制工程专业建设的顺利实施，专业制定了一系列制度文件。部分核心文件如下：制定了《培养目标合理性评价制度》《人才培养方案制定和修订办法》《人才培养方案制定和评价修订办法》，专业定期对培养目标合理性进行评价和修订，使培养方案目标能够面向产业需求，满足面向未来准确的专业人才培养目标定位，同时使定期更新的培养方案更加合理。制定了《毕业要求制定和评价修订办法》，使毕业要求能够很好地支持培养目标的达成。制定了《关于专业课程教学大纲制定和审查的有关规定》，使制定大纲中的课程目标、教学内容、教学方式等能够支持毕业要求的达成。建立了完善的教学质量管理制度，对各教学环节质量标准做出明确要求和规定，是指导学院进行教学质量管理工作的核心文件。教师在考试前，须填写《期末考试命题与课程目标对应表》，专业负责人进行审核，明确了考试题目与课程目标所要求学生能力的对应关系。《关于进一步规范期末考试命题和进行课程教学目标达成度计算的通知》《培养目标、毕业要求及课程目标达成评价管理办法》规定了教师在考试后计算课程目标的达成度，并形成《课程质量评价报告》，并将评价结果用于课程的持续改进。建立了《毕业生跟踪反馈机制》《保证评价结果用于专业持续改进的办法》，通过定期向毕业生和用人单位问卷调查、网络调查、走访、座谈会等形式获取其对专业培养目标达成情况的评价，同时了解本专业毕业生整体就业质量及毕业生中长期职业规划，及时获取用人单位对本专业毕业生基本素养、知识体系、职业能力等方面培养和改进的建议，为本专业建设的持续改进提供参考依据。[6-8]

5 结语

本文通过结合华北水利水电大学材料学院的实际情况，在新工科背景下对材料成型及控制工程专业进行课程体系的改革，通过增设专业课、专业方向，完善提高教职工教学能力。在新工科背景下鼓励教师通过相互探讨，观摩学习，达到提高教学课程质量的目的，搭建多层次学生创新实践平台，完善教学制度，为学生提供将专业知识应用到工程实际问题多元化路径，不断挖掘学生潜能。最终使材料成型及控制工程专业这一传统的工科专业可以更好地服务应用到工业的方方面面，为未来智能化制造和产业化提供人才储备，从而使未来中国制造业向更高端智能化的方向迈进。