面向高校工科专业的产教学研一体化教育模式构建

摘"要：工科背景下加强综合素养的提升与产业需求为导向的教育模式改革是高校课程体系教学改革的新方向和新要求，通过对目前工科人才培养存在的问题进行分析，聚焦课程体系重构、教学模式改革、实践体系定位等方面，采用融合OBE（Outcome-BasedEducation）和IPBL（IndustrialProblem-BasedLearning）理念的方法，提出“1+2+1”的全过程、多维度产教学研一体化教育培养模式，通过实践应用促进工科专业复合型人才的培养，为工科教育模式改革提供思路。

关键词：成果导向教育；产业问题导向学习；产教融合；工科；教育模式

中图分类号：G640"""文献标志码：A"""""文章编号：2096-000X（2025）01-0088-06

Abstract：Undertheengineeringbackground，strengtheningtheimprovementofcomprehensiveliteracyandindustrialdemand-orientededucationmodelreformarethenewdirectionandnewrequirementsoftheteachingreformofthecurriculumsystemincollegesanduniversities.Throughanalyzingtheexistingproblemsinthetrainingofengineeringtalents，thepaperfocusesonthereconstructionofthecurriculumsystem，thereformoftheteachingmodel，positionsthepracticesystemandotheraspects，integratestheconceptsofOBE（Outcome-BasedEducation）andIPBL（IndustrialProblem-BasedLearning）.Theresearchproposesa1+2+1wholeprocessandmulti-dimensionalintegratededucationandtrainingmodelofproduction，teachingandresearch.Throughpracticeandapplication，itpromotesthecultivationofinterdisciplinarytalentsandprovidesideasforthereformofengineeringeducationmode.

Keywords：OBE;IPBL;integrationofproductionandeducation;engineering;educationalmodel

随着智能制造和数字化转型的不断更迭，以新产业、新业态、新技术和新模式为代表的新经济快速发展，我国对复合应用的科技人才也提出了新的要求。当务之急是加快工科模式的调整和转型，加速相关产业发展。当前，我国工程教育规模已位居世界第一，但人才培养质量与制造业人才需求仍然出现巨大的供需矛盾[1]。与此同时，现代工程的跨学科需求日益扩大，工程活动不再是纯粹的科学应用和问题解决，而是涉及经济、管理、环境和文化等众多要素的集成、选择和优化，具有较强的整体性、复杂性、社会性和创新性，未来工程实际对工程人才知识能力的要求也将更为综合和全面[2]。高校工科专业本科生培养面临新的挑战。培养什么样的工科本科生以及如何培养成为高校工程教育亟待解决的两个重要问题。

本文以高校工科专业一体化教育模式构建为目标，将全过程、多维度产教学研一体化教育模式融入人才培养体系，基于本科生的全面发展理论、综合素养模型理论以及基于学习产出的教育理念，探索工科专业的全能型人才培养模式，以期为未来工科专业人才培养改革提供理论基础与实践经验。

一"现阶段工科教育存在的问题

（一）"新形势下人才培养目标缺乏工程思维

新形势下，很多高校在制定培养目标时，还停留在传统的知识水平和技术层面上，而对解决当今社会日趋复杂的工程问题应具备的综合能力重视不够[3]。这说明制定者对自然学科的基础性有着较为清晰的认知，但对先进技术的快速迭代、交叉分化的特性重视程度不够，对培养目标的时代特性没有精准把握，没有做到与时俱进。并且在求知、做事、做人和共处等教育目标中，“学会求知”占比过大，忽略了“做人”和“共处”的能力，导致培养出的人才与行业发展不能迅速接轨，学生无法适应市场需求。

（二）"新环境中人才培养模式偏离工程实践

目前，在培养模式上还存在将应用型人才培养和创新实践教育割裂的情形，缺少对社会工业企业的深入研究和主动对口服务意识[4]。很多学校的课内学时占比仍然较高，在一定情况下限制了学生自主学习的积极性，学习过程是老师指导为主，很大程度上遏制了学生创新能力的形成。实践过程形式多样，包括课程设计、专业实验、认知实践和各类实习等形式，但内容各成体系、前后也无法呼应，没有触及工程项目实践是有机统一的本质[5]。没有面向工程的本质，就造成有“形”而无“神”，有广度而无深度，正是由于培养模式缺乏系统性、多样性和时变性，导致毕业生的知识、能力、素质之间呈现离散的关系，没有体现出“工程师”的应有素养，导致就业与行业需求出现矛盾。

（三）"新需求下人才评价方式没有因势利导

传统的理论及实践教学评价侧重于结果性评价，而应对当今社会需求，工科毕业生应该具备科学技术基础，同时也要有坚实的工程实践能力和综合素养，这种能力和素养只能在具体的项目实施过程中予以体现和评价，由于无法对教学过程进行实时的跟踪和过程性评价，导致最终的评价结果有着明显的局限性和片面性[6]。并且传统的评价主体是以教师为主，评价形式单一，结果很难客观公正，项目实施的过程性评价需构建多维度进阶式多元参与的综合体系，实现全方位、多层次地进行度量和评价。这样才能有利于大学生后续职业发展，满足工科毕业生迎接职业挑战和承担社会责任的使命。

二"工科教育人才培养理念

（一）"基于OBE和IPBL的人才培养模式

OBE（Outcome-BasedEducation）是指以学生的预期成果作为目标的学习理念，其教学设计和教学实施的目的是以学生为中心，面向成果产出持续改进教育过程[7]。这是一种兼具新颖性和实用性的人才培养理念和教育结构模型，OBE要求教学主体以学习成果为起点设计课程体系，实施步骤包括：成果定义、过程实现、总体评估和应用。

PBL（Problem-BasedLearning）是一种以问题为导向的学习模式，其基本特征是由师生形成的“学习共同体”经历“提出问题、分组讨论、成果展示、多元评价和总结反思”5个环节[8]。PBL方法通过构建真实的教育教学场景提出实际问题，从而激发学生的内在学习动机，加深对所学知识的理解，能够有效地增强学生分析问题和解决问题的能力。PBL通过内容、情境、联系来重构学习内容和学习概念，帮助学习者掌握理论性的知识，同时通过探究、推理、反思的过程来帮助学习者完善问题解决技能以及自主学习的认知[9]。因此如何设计和构建适合于学生的教育情境成为保障该学习模式成败的关键步骤。新形势下，工科专业更强调学科的实用性、交叉性与综合性，PBL教育模式不能完全与新阶段的发展理念相匹配。因此，本文基于产业需求为背景，以产业问题为导向，建立IPBL（IndustrialProblem-BasedLearning）以产业问题为导向的学习模型，围绕真实复杂的企业场景开展教学活动，从而有效提升学生的综合素养。

OBE和IPBL两种模式既有共同的目标又能够相互补充和完善，OBE以成果为导向指出了教学理念和方向，IPBL则以产业为背景给出了教学设计和实施的方法。因此在新形势下工科教育模式构建中，将两种方法进行交叉融合，从而能够适应当今社会发展对具有综合素养工科人才的需求。

（二）"教学模式与教学设计

工科背景下，教育模式面临如下方面的挑战。一方面，当前产业发展模式下，毕业生所需掌握的知识技能越来越丰富，需要具有深厚的工程技术素养；另一方面，毕业生需具备优秀的个人能力、协作能力和管理能力，需要具有宽广的综合能力素养。为应对这些挑战，工科的教学模式必须解决3个问题：如何解读工科专业人才应该具备的能力；如何培养工科专业人才掌握这些能力；如何评价教学效果。

因此，在教学过程中，以OBE为指导，调整培养目标和培养方式，以真实的企业运营为背书，实施产教学研一体化，通过理论—实验—实践相结合，实现全维度、全过程的教学模式，具体的课程教学模式设计，如图1所示。基于IPBL这一手段，根据工科课程知识结构和学生学习规律，将学习过程与企业工程项目、生产流程深度融合，导入企业研发、生产实例和企业运营模式，以具体的产品生命周期为主线，将理论与实践，学习与创新，课内与课外结合起来，健全培养目标持续改进机制，优化课程架构，增强学科交叉，深入推动产学研融合，改进学生实践过程。在保障学生掌握专业技能基础上，全面提升包括运作管理能力在内的综合素养，进而实现培养目标与岗位要求、教学内容与职业规范、教学过程与生产过程的无缝衔接。

三"“1+2+1”全过程、多维度产教学研一体化课程体系构建和实践教学范例

（一）"体系构建

工科的课程体系构建是以培养具备综合素养的人才为主线、以学生预期学习结果为导向，以知识和专业技能为纽带、以团队合作为支撑、以工程项目为抓手和深化教学改革为动力的新型课程建设模式[10]。课程体系的构建涵盖3个环节，首先，导入项目需求确定课程理念及规范；其次，项目式课程标准的设计并引导课程大纲的形成；最后，具体科目、实验、课设等教学活动的开发。具体开发过程如图2所示。

在项目需求导向的课程改革引导下，课程的标准更加注重于在培养学生专业技能的基础上提升学生的综合素养，包括分组学习、合作实验等团队协作能力；创新和解决、分析和决策问题的能力；项目推进、管理的能力；基于项目背景理解、评估和分析复杂的信息、数据和知识的实践技能。这些能力都是未来人才需求单位所关心的毕业生能力，教学改革的目的就是通过构建“项目导向”类型的课程来获取这些能力。课程建设内涵如图3所示。

工科专业的基础是理论科学，但实践应用才是其本质属性，产教融合的一体化课程建设将实践内容以产品生命周期为主线贯穿于整个培养过程中，在工程项目的实施过程中，真正理解掌握需求调研、方案拟定、设计开发、制造工艺、调试优化、组织运作和管理协调等过程。第一学年在工程训练中心实习工厂进行认知实践，第一学年结束后到企业工作2个月，了解企业运作模式、生产流程；第二、三学年在完成专业课程学习的基础上，参加专业综合实训及生产实习等实践环节，在此阶段实现从产品设计到最终产品的呈现的过程，第三学年结束后再到企业工作2个月，参加以职业为导向的培训，通过培训获得见习工程师资质。第四学年参加文献研究、综合项目开发，完成毕业设计。四年的持续实践环节中，学生经过考核和选拔隶属于不同的部门和岗位，分工协作、共同完成工程项目。学生以“准工程师”进行角色分工，并被赋予不同的技术职务及技术等级，根据在项目中承担的任务及工作成效进行职级的晋升，鼓励学生积累经验提升职业技能，达到一定职级可抵扣部分学分以及免修部分课程。

（二）"实施过程

基于OBE和IPBL理念的工科教育改革的实施围绕问题进行，最终目标是回归工程实践，解决复杂工程问题，并籍此培养具备综合素养的自主创新型人才。教学改革具体的内容及特点体现在如下方面：①遵循课程设置以问题及项目需求为源头的组织原则，能够具备解决具有挑战性、复杂性和开放性问题的能力；②设计工业实践的情境环境，课程及相关教学环节分阶段、多维度按照真实项目步骤实施，能够具备解决团队合作、跨专业、跨学科，沟通交流协调的能力；③遵循以学生为主导的学习原则，基于问题引导，实现自主学习、团队学习和范例学习；④实现学生进阶的综合评价，包括“知识技能”评价和“项目能力”评价，知识技能评价又包括形成性评价和终极性评价，涉及课程考试分析、诊断性测验、问卷调查、论文撰写、项目验收和反思研讨等。项目能力涉及项目管理、团队合作冲突协调、过程分析和沟通交流等；⑤过程导向的教师指导模式，教师完成角色转换，由原来的指挥者演变为项目实施的引导者、团队工作的推动者、教学资源的提供者和质量监控的督导者。

教学改革的关键在于教学范式转变以及重视非技术能力的培养，改革的成败关键在于如何提出真正的项目需求问题，使得教学过程能够源自“真实世界”，面向“工程实践”。因此在实施过程中，推进校企合作组建形成教育实践团队，按项目主题或工程问题为组织原则构建课程群并重组课程结构，设计以过程学习为主线的实践教育场景，结合产品或项目生命周期建立贯穿四学年的“1+2+1”全过程、多维度产教学研一体化课程体系，具体的实施过程如图4所示（以机械设计制造及其自动化专业为例）。

在实施过程中，以真实的工程项目为背景，以工程项目的“构思—设计—实现—运行”为主线，围绕产品生命周期进行4个学年的课程开发与教学环节设计，形成以知识储备、素养形成、融会贯通为核心的“1+2+1”三阶段教育人才培养模式。

第一阶段：深刻理解社会实际需求，以回归工程实践为目标，在第一学年，深入掌握通识课程及学科教育基础课程，以养成学习兴趣及对解决实际问题的兴趣为主，在此阶段强调工程的科学与技术的基础性。在教学环节设计和课程开发中增加与实际项目关联的目标与愿景，首先引导学生接触工程项目背景，了解生产流程，激发学习兴趣，邀请企业技术人员和管理人员开设实训讲座，通过企业参观、社会调研等实践形式，在了解专业背景的基础上，加深对工程实践的认知；同时教学团队可以将研究方向及研究成果与学生进行分享，鼓励学生养成积极学习的态度。由于将抽象的理论知识与具体的实际问题进行深度融合，这更有利于提升技术素养及学习效果。

第二阶段：在第二、三学年，进入项目实施阶段，实现“学中做、做中学”，强化专业基础知识及专业课程知识。在增加知识储备的基础上，培养学生解决实际问题的能力，并能够参与团队合作实现工程新产品、新过程、新系统的创建和运行，在此阶段既强调技术的科学性和创新性，又强调非技术的社会性。学生可参与教师团队的科研活动，与研究生“结对子”，掌握查阅文献的能力，了解研究领域的相关知识和科研工作的相关环节，在教学环节中依托前期需求调研基础上，围绕产品开发进行设计、制造以及相关附属工作的展开，并在专业实验、综合实践和工程实训中予以实施。通过参与工程项目以及科研活动，提升实验、观察和知识发现的能力，扩展分析推理与问题解决的能力。

第三阶段：第四学年，以满足社会及工业企业对人才的需求为目标，在扩展专业前沿方向的基础上，实现对专业知识及技能的融会贯通，进而达到更深层次理解工程研究、技术发展对推动社会发展的影响。结合研究团队及完成工程项目所承担的角色选定毕业论文选题，完善前期开发、设计、工艺等方案，进行实验设计及数据分析，完成毕业设计开题、中期等阶段性成果报告，最终完成毕业设计环节并全面提升在企业、社会背景下进行构思、设计、实施和运行的综合能力。

上述3个阶段按照“练习”—“学习”—“再练习”的过程层层递进、相互关联，所有的课程与教学环节不是割裂的，是围绕产品的项目周期展开的，从前期的构思到最终的产品呈现实现全过程多维度的教学过程。以反映工程实践的项目为载体，构建产教学研一体化课程体系，开展教育模式改革，以产业问题为导向，强化培养学科专业技能与综合素养，学生能解析问题，融入项目主动学习，提升发现问题及解决问题的能力，有效缩短与社会接轨周期，达到真实工程实践所需人才素质要求。

四"一体化教育模式应用效果分析

以中北大学机械设计制造及其自动化专业为例，通过构建“1+2+1”全过程、多维度产教学研一体化课程体系，将OBE-IPBL模式纳入教学环节，将工程项目、科研任务与课程教育相结合，改进了教学方式，从而帮助学生增强知识储备、提升综合素养能力、扩展自主学习的思维，促使学生更加符合社会和市场对于工科专业的人才需求。

由于教学环节设计以实际工程项目为背景，更加关注工业企业的技术需求和人才需求，课程及实践教学环节的目标建立在就业后从事的实践工作所需能力的基础上，在具体的实施过程中也邀请实习工厂、产学研合作单位共同建设课程内容，共同设计教学环节，共同评价培养质量。为符合当前工业企业发展中出现的新趋势、新特点，2019年以来针对培养方案和教学大纲进行了2轮全面的修订和完善，实践教学环节的学分占比达到29.01%。教学过程既强调学科基础，同时也注重工程设计开发能力，重新设计实践环节，为学生提供“准生产”的真实场景，综合性、设计性实验比例达到80%。学生的团队合作，作业分工是按照企业运作模式的不同部门进行角色部署的，整个过程环环相扣，以符合工程产品生命周期的实践环节达成对学生的过程性培养。

从2020年至2023年，实施的三年来，该专业本科毕业生的就业率是93.81%，并且90%以上的用人单位在毕业生就业情况回访中选择了“满意”。学生在历年的“互联网+”大学生创新创业大赛、机器人创新设计大赛、全国大学生光电设计竞赛、先进成图技术与产品信息建模创新大赛和中国大学生机械工程创新创意大赛等各类大赛中累计获奖60余项，在毕业设计、综合实验实践中完成复杂、综合项目课题的比例达到70%以上。我们在山西运城、晋中、临汾等多地成立了产业技术研究院，积极探索产教融合、多方协同育人的教学模式。教师团队获省级教学、科研奖项6项，承担省部级以上教学科研项目20余项，控制系统设计、机械设计等5门课程获批国家级一流课程。学生的专业技能、创新创业能力、团队合作能力、解决复杂工程问题能力及综合素养，都有不同程度提升，符合当今社会对工科专业人才的实际需求。

五"结束语

通过开展工程项目化的教学改革，将工程项目实践转换为载体，通过产科教融合的资源整合，以学生实践需求促进理论学习，进一步对社会、企业和学校相关资源联合，并通过交叉融合技能与实践，培养学生独立学习、团队合作、创新发展和分析解决问题的能力。改变以教师为主导的教学模式，以产品生命周期为主线，生产流程成为引导和指挥教学环节的主要指标，进行教学范式的转变。学生参与有助于培养其科研和社会服务意识，增强了解决实际问题的能力，培养了社会责任感。

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基金项目：山西省高等学校教学改革创新项目“机械类专业人才培养中项目管理能力的有效达成方法研究“（J2021370）；山西省研究生实践教学改革和能力培养项目“工科专业学位研究生维度全过程实践能力培养模式及方法研究“（2023JG129）

第一作者简介：温海骏（1975-），男，汉族，山西晋中人，工学博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为制造过程监测与控制、智能自主移动机器人。