新工科背景下应用型本科院校省级一流专业人才培养模式探索*——以山西能源学院机械设计制造及其自动化专业为例

李睿智 张子英 秦香果

山西能源学院机电工程系 山西晋中 030600

0 引言

随着人工智能、量子信息、大数据、生物技术等新一代信息技术的飞速发展，新一轮的科技革命和产业变革正在蓬勃兴起[1]。在此背景下，作为科技创新的主战场——战略性新兴产业已成为各国培育经济发展新动能、形成未来竞争新优势的关键着力点。为主动应对新一轮的科技革命和产业变革，积极发展战略性新兴产业，国家推动创新驱动发展，实施了“一带一路”倡议，“中国制造2025”“互联网+”等一系列重大战略。在“中国制造2025”中，将智能制造定位成中国制造业转型的主攻方向，智能制造是实现“中国制造2025”国家战略的重要抓手[2-3]。因此，机械设计制造及其自动化专业，作为培养智能制造科技人才的关键平台，如何能够培养出具有更强实践能力、创新能力、国际竞争力的高素质、复合型智能制造科技人才，对我国未来发展新兴产业和新经济具有重要意义。

以新技术、新业态、新模式、新产业为代表的新经济蓬勃发展，对智能制造科技人才提出了更高的要求，也对我国高等工程教育的改革和发展提出了新的挑战。为解决新经济发展下人才供需矛盾及深化高等工程教育改革，教育部从2017 年开始大力推进新工科建设。“复旦共识”“天大行动”“北京指南”等文件相继出台，为新经济形势下“新工科”人才培养指明了方向。

为切实全面推进新工科建设，教育部于2019年启动了一流本科专业建设“双万计划”，即金专建设计划，计划用三年时间建设一万个国家级一流本科专业和一万个省级一流本科专业，切实推动中国高等教育的内涵式发展[4-5]。

山西能源学院机械设计制造及其自动化专业于2014 年招收第一批本科生，2020 年成功列为山西省一流本科专业建设项目。该专业以传统能源和新能源智能装备的研发和应用为建设方向，以服务山西经济转型发展为使命，致力于培养基础理论扎实、专业知识系统、实践能力与创新能力强、综合素质高的高级应用型人才。在新工科背景下，探索专业人才培养模式，以培养出新经济体系所需要的高素质应用型人才，是一流专业建设过程中亟须解决的关键问题，是山西能源学院内涵式发展、培养高质量人才的必要过程，是服务山西省综改转型高质量发展的使命担当，具有深远的社会和现实意义。

1 新工科背景下应用型本科院校人才培养模式面临的问题

1.1 人才培养理念陈旧，服务性和前瞻性有待加强

高校作为社会经济发展与高素质人才培养的重要连接点，如何能够同时满足社会服务需求和学生发展需求，培养出当今社会所需要的人才，是必须认真思考且亟待解决的关键问题[6]。在服务学生方面，传统的人才培养模式强调刚性划一、共性培养，忽略了高校大学生利益诉求多元化和成长发展多样化，未能真正做到以学生为中心。在服务社会方面，新经济的发展对人才提出了新的能力要求，而传统的人才培养模式缺乏前瞻性，未能提前预测行业发展趋势，导致专业教学脱离产业实际，形成人才供需关系结构性矛盾。

1.2 人才培养定位模糊，人才培养目标与当地经济发展脱节

应用型本科院校作为地方经济发展的强大智力引擎，理应在人才培养定位上聚焦于如何更好地对接当地产业现在和未来的发展需求，培养出更多实干务实的应用型工程技术人才[7-8]。目前，大多数应用型本科院校在人才培养目标上选择模仿“双一流”院校，导致失去办学特色，丧失“区域性”优势，出现同质化培养，所培养的学生与当地经济发展需求严重脱节。

1.3 人才培养体系僵化，实践能力培养流于形式

实践教学作为理论联系实际的桥梁，是培养新工科背景下工程人才的重要手段。在地方应用型本科高校现行的人才培养体系中，一方面，存在着重理论、轻实践的教学观念，导致实践教学环节课时设置有限，实践教学内容单一陈旧，与社会需求完全脱节；另一方面，由于实践设备及平台配置数量有限，从而导致多数学生只能观看操作，无法实际动手，实践能力得不到真正的培养。除此之外，还存在着实习实训环节以参观实习为主、实践教学教师工程实践能力不足以及实践教学各个环节之间缺乏关联性等一系列亟待解决的问题。由于上述种种因素的影响，导致学生实践能力培养流于形式，无法满足新工科建设人才培养目标的要求[9-11]。

2 新工科背景下应用型本科院校“省级一流专业”人才培养模式改革策略

在新工科背景下，针对应用型本科院校在人才培养方面存在的问题，山西能源学院机械设计制造及其自动化专业以“省级一流专业”建设为契机，革新人才培养理念、优化理论课程体系，深化实践教学环节，积极探索应用型本科院校人才培养改革途径。

2.1 革新人才培养理念，突出学生培养个性化和发展多样化

从社会需求角度来看，机械设计制造及其自动化专业，作为一门以电子技术与机械技术为主、多学科相互渗透的新兴学科，随着智能制造理念不断深入推进，新经济对于该专业人才的需求逐步呈现出多样化和复合化的趋势。各个就业领域往往要求该专业的毕业生同时具备机械、光学、电工电子学、液压以及自动化等多个领域的专业知识，但不同行业对学生的专业知识能力要求又各有侧重。这要求在进行人才培养时，既要注重多学科专业知识融合教学和多种能力复合培养，又要针对不同行业的行业特点进行侧重培养，以满足社会发展对于该专业人才的多样化和复合化需求[12]。

从学生发展角度来看，哈佛大学发展心理学家霍华德·加德纳教授提出的“多元智能理论”揭示了人的主要智能表现包括语言智能、逻辑—数理智能、空间智能、运动智能、音乐智能、人际交往智能、内省智能、自然观察智能共八种智能，并且不同的学生具有不同的智能组合结构，因此，不同的学生在发展潜能上表现出差异化。在进行人才培养活动时，应该以尊重学生个性差异为前提，树立个性化教育的培养理念，发现并激发每个人的强智能组合，使其能在某些领域充分发挥自身优势[13-15]。

综合上述两个方面，高校作为两者的重要连接点，担负着为社会发展提供智力输出的重要使命，培养的人才要与社会需求“榫眼对接”。因此，在凝练人才培养理念时，既要考虑社会发展对本专业人才的多样化和复合化需求，又要尊重学生个性化发展的客观规律，努力做到就业需求多样化和学生发展个性化的无缝对接，完美契合。在具体实践层面，应该在上述人才培养理念的指导下，制定全新的人才培养方案，探索应用型本科院校“省级一流专业”全新的人才培养模式，如图1 所示。

图1 全新人才培养理念下人才培养模式示意图

一方面应该对政府最新政策、行业发展前景、公司就业需求进行深入调研，积极主动地了解未来产业发展走向，从而明确用人需求，同时，建立专业预警机制，在充分调研的基础上，将用人需求转化为专业知识要求和基本能力要求，不断更新人才培养标准，进一步优化人才培养方案。

另一方面，从满足学生个性化发展需求的角度出发，首先应该通过现代信息技术广泛收集学生成长发展数据并进行科学分析，从而明确每个学生的智能组合结构，并在此基础上对每名学生的发展方向给出专业的指导和建议。其次，高校要积极完善个性化教学机制，通过创设宽口径招生与窄专业培养模式、优化课程设置，加大选修课比例、完善学分制，实行校际学分互认制度、革新教学组织形式，扩大实行小班化教学，建立校内外实践、素质拓展学分认证方案等一系列措施，为学生的个性化发展提供教学条件保障。最后，要实行与个性化教学相配套的多元化评价体系。在进行学习效果评价时，要尊重每个学生的差异性，进行因材评价。在满足专业要求的基本知识储备和基本能力的评价标准基础上，加入个性化评价要素，实现总体评价与个性评价、过程评价与结果评价有机结合的多元化评价体系。

2.2 对接区域经济，建立多学科融合的理论课程体系

针对应用型本科院校人才培养与当地经济发展严重脱节，从而导致高校毕业生出现“就业难”、当地企业出现“招人难”的突出矛盾，应该围绕山西省“十四五”14 个战略性新兴产业发展方向[16]，在充分挖掘战略性新兴产业对机械类人才需求的基础上，不断追踪、探索和革新高素质智能制造人才的知识构成体系，突破机械学科和专业框架的束缚，构建多学科融合的理论课程体系[17-18]。

山西能源学院机械设计制造及其自动化专业作为“省级一流专业”建设专业，为进一步构建更加合理的理论课程体系，在走访调研省内众多优秀高新企业后，结合企业专家建议和专业建设自身实际情况，将山西省14 个战略性新兴产业中的半导体、光电、光伏和煤机智能制造装备四个新兴产业作为本专业的重点人才培养方向。以上述四个战略性新兴产业产品生产过程中所涉及的智能制造设备作为人才培养着力点，以培养相关智能制造设备设计研发、制造调试和维修升级的高素质人才为人才培养目标，凝练出无缝对接战略性新兴产业工程知识需求的多学科融合的理论课程体系，努力建设服务山西经济，具有鲜明办学特色的省级一流专业。机械设计制造及其自动化专业多学科融合的理论课程体系如表1 所示。

表1 机械设计制造及其自动化专业多学科融合的理论课程体系

在上述理论课程体系实施过程中，学生在完成素质教育通识课程、学科基础课程和专业核心课程的基础上，要至少在四个专业方向中选择一个方向进行深入学习。并且在毕业设计过程中，要以所选择方向进行命题，以便进一步加深学生对于行业的提前认识。另外，为使人才培养能够时刻紧跟行业发展步伐，通过定期调研、与相关企业建立人才培养讨论小组、开展学科前沿讲座、企业高工兼职代课以及选派教师下厂锻炼等一系列措施，进行理论课程体系的不断更新与动态调整，提高人才培养与山西战略性新兴产业发展的契合度，为山西工业经济转型发展提供智力保障。

2.3 注重能力培养，构建基于CDIO 理念的实践教学体系

实践素养是应用型工程人才的核心素养，更是应用型工程人才的重要特征。实践教学体系是应用型工程技术人才实践能力培养的基石，在“新工科”背景下，应用型本科高校如何能够构建科学有效的实践教学体系，直接关系着高素质应用型人才培养的成败。面对实践教学过程中内容单一陈旧、与社会需求脱节、各个实践教学环节缺乏关联性以及实习实训流于形式、学生无法实际参与等一系列问题，山西能源学院机械设计制造及其自动化专业从重构一体化实践课程体系、优化拓展实践教学平台和打造多元化实践教学师资队伍三方面入手，构建以能力培养为目标导向，基于CDIO 工程教育理念的实践教学体系。

在实践课程体系构建方面，针对学生学习积极性不高，不知为何而学的问题，引入构思—设计—实现—运作（CDIO）的工程教育理念，让学生参与到机电产品从设计到运维整个生命周期的每一个环节中，通过大学四年连贯的、系统性的实践教学，切实提升学生的工程基础知识水平、个人技术水平、团队协作能力以及工程实践能力[19-22]。山西能源学院机械设计制造及其自动化专业为学生设置了实验教学、课程设计、实习实训、毕业设计以及创新创业实践共五种实践教学形式；在构建实践教学体系时，通过将典型机电产品分解加工成多个基本实践教学单元，并通过合适的实践教学形式呈现给学生，使学生能够真实明白每一个基本实践教学单元对于实现最终的机电产品的含义。通过这样的培养方式，学生能够真正意义上实现工程知识“全链条”式衔接，从而建立完整的知识体系。同时，由简到繁、由易到难、由零件到整体的实践教学过程能培养学生认真尽责、精益求精、耐心坚持的大国工匠精神。

实践教学体系具体构建思路为：在大一学年结束的认识实习中，由富有工程经验的企业工程师向学生介绍当前行业发展最新的典型机电一体化产品，并着重讲授该产品的设计制造需要用到哪些知识、学习哪些课程，使学生初步完成对于该产品设计制造的构思过程。在大二、大三学年的专业课学习中，通过实验、实训以及课程设计等环节，按照由简到繁、由易到难、由零件到整体的设计原则，从机械设计和电气设计两条线出发，最终完成机电一体化产品的设计工作。在大四学年，通过柔性制造实训、生产实习、毕业实习和毕业设计等环节，完成对于机电一体化产品的实现和运作过程。图2为立体仓库实践教学体系，图3 为立体仓库组成图。

图2 立体仓库实践教学体系

图3 立体仓库组成图

在优化拓展实践教学平台方面，本专业以高质量完成实践教学任务，切实提高学生工程实践能力为出发点，从校内实践平台优化和校外实习基地拓展两方面入手，整合校内资源，加强校外合作，搭建了多元化的立体实践教学平台。在校内实践平台优化方面，通过加大资金投入，整合实训中心、信息中心、电气与控制工程系和机电工程系等多个部门实践教学资源，以及对现有实践教学平台升级改造等一系列措施，目前共建有制图实验室、力学实验室、机械原理与设计实验室、机电控制与测试实验室、机器人创新创意实训室、智能制造实训室等23 个实验实训平台，为学生的工程基础训练、自主性创新性实验与毕业设计提供了良好的硬件支撑。在校外实习基地拓展方面，以山西省战略性新兴产业为合作导向，积极寻求与相关企业或科研院所的合作机会，通过共同搭建实践教学平台，合作开发实践教学项目和建立长期实习基地等合作方式，创造完全贴合工程实际的实践机会，为该专业学生的工程实践能力提升提供坚实保障。

在实践教学师资队伍建设方面，本专业从学生能力培养需求出发，采取同时建设校内专职与校外兼职两支队伍的方式，致力于打造一支工程背景深厚、实践教学能力突出、人员构成合理的专兼职结合的多元化实践教学师资队伍。在校内实践教学师资队伍建设方面，针对大多数教师缺乏工程背景，工程实践能力与行业发展脱节这一突出问题，采取青年教师导师制、指导学生竞赛活动、支持相关教改课题申报、开展实践教学能力培训以及下厂锻炼等一系列措施，促使相关教师不断提升工程素养，丰富行业相关知识，提高工程实践能力。在校外实践教学师资队伍建设方面，聘请企业、科研院所和兄弟院校的高层次人才，建立兼职教师人才库，通过指导毕业设计、参与实习讲解以及开展学科前沿讲座等形式，让其参与学生的工程实践能力培养。建立这样一支由校内教师与校外高层次人才共同组成的多元化实践教学师资队伍，有助于激发学生的学习兴趣，培养工程实践能力，提高工程职业素养，使本专业的实践教学能够真正落到实处。

3 结束语

面对新经济蓬勃发展对智能制造人才提出的新要求，新工科建设开启了我国高等工程教育的改革。本文以山西能源学院“省级一流专业”建设点机械设计制造及其自动化专业为例，详细分析当前人才培养模式中存在的突出问题，随后从革新人才培养理念、优化理论课程体系、深化实践教学环节三方面阐述对应的改革策略，创建了多学科融合的理论课程体系和基于CDIO 理念的实践教学体系，形成了基于多元智能理论人才培养理念的个性化人才培养模式。实践教学经验表明，本文提出的人才培养模式能够较好地解决原有的人才培养难题，希望能够为同类院校的人才培养提供经验借鉴。