新工科背景下材料成型及控制工程專業(yè)課程體系及CDIO教學(xué)模式構(gòu)建

程振邦 張鵬 周宇 王洪新

摘 要：新工科建設(shè)是高等教育改革的必然路徑，為地方應(yīng)用型大學(xué)的發(fā)展提供了機(jī)遇。本文根據(jù)新工科的內(nèi)涵要求，針對(duì)材料成型及控制工程專業(yè)，結(jié)合我校的實(shí)際情況，提出對(duì)專業(yè)課程體系和教學(xué)模式率先進(jìn)行改革，對(duì)推動(dòng)新工科背景下專業(yè)建設(shè)具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：新工科;材料成型及控制工程;專業(yè)課程體系;CDIO教學(xué)模式

1 緒論

新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革正在加速演進(jìn)[1-3]，教育部要求“要把新工科建設(shè)作為引領(lǐng)高等教育改革的有力抓手”，以服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”等國家戰(zhàn)略需求，支撐以新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)、新模式為特點(diǎn)的新經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，突破核心關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)筑先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在未來全球創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)戰(zhàn)略制高點(diǎn)。這些重大國家戰(zhàn)略的實(shí)施迫切需要培養(yǎng)大批新興工程科技人才[4-5]，而培養(yǎng)大批新興工程科技人才，一方面需主動(dòng)設(shè)置和加快發(fā)展一批新興工科專業(yè);另一方面需推動(dòng)大批現(xiàn)有工科專業(yè)的改革，即以培養(yǎng)適應(yīng)未來工程發(fā)展需求的新工科人才目標(biāo)，通過對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)工科專業(yè)的進(jìn)行全面創(chuàng)新、改造及升級(jí)。皖西學(xué)院為新建地方本科院校，脫胎于師范?？茖W(xué)校，已開設(shè)22個(gè)工科專業(yè)，涵蓋機(jī)械、電子、化工、土木等傳統(tǒng)工科專業(yè)。2014年該校獲批成為安徽省高等教育振興計(jì)劃<地方應(yīng)用型高水平大學(xué)建設(shè)>項(xiàng)目實(shí)施高校。通過多年的建設(shè)與發(fā)展，皖西學(xué)院在應(yīng)用型專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革、學(xué)科專業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化建設(shè)、雙能型師資隊(duì)伍建設(shè)、實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)、產(chǎn)學(xué)研合作育人體系建設(shè)、區(qū)域科技創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)、應(yīng)用型大學(xué)特色文化建設(shè)、應(yīng)用型大學(xué)治理能力建設(shè)等八大領(lǐng)域取得了明顯的發(fā)展和一定的突破。皖西學(xué)院所在地是安徽省六安市。六安市政府部門已正式印發(fā)了《〈中國制造2025安徽篇〉六安市實(shí)施方案》。方案明確了六安市將以高端制造、智能制造、綠色制造、精品制造、服務(wù)制造為主攻方向，大力推進(jìn)信息化和工業(yè)化的深度融合，圍繞特色資源、主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步完善產(chǎn)業(yè)鏈條，形成產(chǎn)業(yè)集群和競爭優(yōu)勢(shì)，著力打造六安制造“升級(jí)版”。面對(duì)新的形勢(shì)，如何繼續(xù)深化工程教育改革，讓我校的傳統(tǒng)工科“新”起來，以適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，引領(lǐng)地方產(chǎn)業(yè)、工藝技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)是當(dāng)前迫切需解決的主要問題。課程是高等教育的核心要素。先進(jìn)的教育理念，完備的人才培養(yǎng)方案，都是建立在科學(xué)合理地課程目標(biāo)、恰當(dāng)?shù)恼n程內(nèi)容和靈活的課程實(shí)施基礎(chǔ)之上的。因此，推動(dòng)“新工科”工程教育改革的基礎(chǔ)還是在于學(xué)科體系中課程的改革。新工科背景下應(yīng)用型本科高校人才培養(yǎng)的實(shí)施首先須重視課程改革，建立有效的課程模式。而專業(yè)核心課程是根據(jù)該專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，用于提供稱為合格的專門人才所必需的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能的關(guān)鍵主干課程。因此，推動(dòng)專業(yè)核心課程的改革必將成為課程改革中的重中之重。本論文以皖西學(xué)院材料成型及控制專業(yè)為例，結(jié)合六安市政府所制定的《〈中國制造2025安徽篇〉六安市實(shí)施方案》，開展新工科背景下應(yīng)用型本科高校專業(yè)核心課程體系及CDIO教學(xué)模式構(gòu)建方面的研究，以期為后續(xù)我?！靶鹿た啤苯ㄔO(shè)奠定一定的基礎(chǔ)。

2 現(xiàn)狀

2.1 現(xiàn)狀

隨著社會(huì)對(duì)材控專業(yè)人才需求量增大，2011年皖西學(xué)院成立了材料成型及控制工程專業(yè)。材控專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)是培養(yǎng)具備材料成型及控制工程的理論基礎(chǔ)，能在模具、焊接、3D打印等領(lǐng)域從事應(yīng)用開發(fā)、工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型及生產(chǎn)管理等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。皖西學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)根據(jù)六安地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求、結(jié)合專職教師研究方向開設(shè)了三個(gè)方向：模具設(shè)計(jì)與制造方向、焊接成型方向和快速成型方向。模具設(shè)計(jì)與制造方向要求學(xué)生掌握金屬材料塑性成型加工的基本理論、模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、模具失效分析、模具制造工藝學(xué)等知識(shí)的高級(jí)技術(shù)人才;焊接成型方向培

養(yǎng)掌握焊接成型基本理論、金屬材料焊接工藝、檢驗(yàn)、設(shè)備等知識(shí)的高級(jí)技術(shù)人才?？焖俪尚头较蚺囵B(yǎng)掌握快速成型的基本理論、逆向工程技術(shù)與三維建模、材料成型計(jì)算機(jī)模擬等知識(shí)的高級(jí)技術(shù)人才。到目前為止，材控專業(yè)已畢業(yè)五屆學(xué)生，平均就業(yè)率維持在95%左右。

2.2 存在的問題

2.2.1 專業(yè)課程體系固定

目前所設(shè)定的專業(yè)課程體系較固定，學(xué)生不能自主選擇的課程。目前，專業(yè)核心課程設(shè)定為15.5學(xué)分。主要核心課程有材料科學(xué)基礎(chǔ)、材料熱力學(xué)、材料成型原理、沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)、塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)等。各專業(yè)方向課程有17.5學(xué)分。在教學(xué)過程中，過分注重知識(shí)體系的完整性，又由于受總學(xué)分的控制，導(dǎo)致所有理論課程內(nèi)容講解比較淺顯。

2.2.2 教材過時(shí)，教學(xué)模式傳統(tǒng)

所使用的教材更新過慢，教材內(nèi)容缺乏時(shí)代性、新穎性。以模具類課程為例，現(xiàn)有的課程幾乎不涉及模具發(fā)展前沿的東西，對(duì)于一些新技術(shù)講解偏少，并且尚未將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和先進(jìn)制造技術(shù)融入到專業(yè)課程的教學(xué)過程中。具體來說，比如塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)是本專業(yè)的核心課程，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力等方面有著其他課程不可替代的重要作用。但目前塑料模課程的教學(xué)仍使用陳舊教材。教學(xué)模式仍采用老師2D PPT講授、學(xué)生聽學(xué)的單向模式，缺乏互動(dòng)，也不能有效的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)課和實(shí)習(xí)課也側(cè)重于演示和觀摩，學(xué)生動(dòng)手操作環(huán)節(jié)無法實(shí)現(xiàn)全覆蓋，不能有效的將理論課程和實(shí)踐課程結(jié)合。

3 專業(yè)課程體系建設(shè)

3.1 重構(gòu)課程體系

基于CDIO認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，以行業(yè)需求為導(dǎo)向，結(jié)合卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)，依據(jù)通用人才培養(yǎng)和專業(yè)人才培養(yǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，借鑒制造業(yè)強(qiáng)國培養(yǎng)工程師的成功模式，著重學(xué)科間交叉融合，將對(duì)學(xué)生工程能力培養(yǎng)貫串于整個(gè)人才培養(yǎng)過程，同時(shí)將政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范、職業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力納入課程知識(shí)體系中，重新構(gòu)建材料成型及控制工程專業(yè)課程體系。

3.2 制定新的教學(xué)內(nèi)容

加大科教融合、產(chǎn)教融合力度，深化校企合作人才培養(yǎng)。整合校內(nèi)機(jī)械制造及其自動(dòng)化、汽車服務(wù)工程、材料成型及控制工程三大專業(yè)與地方重點(diǎn)企業(yè)的資源，打造一批多專業(yè)綜合性的校企合作金課，重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)踐的能力。爭取將《快速成型技術(shù)》《材料成型原理》《模具制造工藝學(xué)》等專業(yè)必修課程建成校級(jí)或省級(jí)一流課程，優(yōu)化提升材料成型及控制工程專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容，開發(fā)建設(shè)有行業(yè)特色的專業(yè)課程;持續(xù)強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)的作用，增加綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，豐富第二課堂的內(nèi)涵。

3.3 加大課程的資源建設(shè)與共享

豐富多種課程資源，共享優(yōu)質(zhì)專業(yè)課程資源，建設(shè)在線開放課程，推進(jìn)課程建設(shè)的信息化。學(xué)生通過APP就可以進(jìn)行課程學(xué)習(xí)和在線測(cè)試，滿足了學(xué)習(xí)型社會(huì)的基本要求，最大限度地實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)課程資源的共享與應(yīng)用。

4 CDIO教學(xué)模式構(gòu)建

21世紀(jì)初，一些國際知名大學(xué)如美國麻省理工學(xué)院，提出了CDIO 工程教育理念和基于CDIO的工程教育模式。CDIO 代表了構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作，倡導(dǎo)“做中學(xué)”和“基于項(xiàng)目的教育和學(xué)習(xí)”。CDIO模式是以某項(xiàng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造到產(chǎn)品工作運(yùn)行失效的全生命過程為載體，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性、實(shí)現(xiàn)學(xué)生作為主體的參與式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力、自我學(xué)習(xí)能力、與團(tuán)隊(duì)成員相互合作的能力和宏觀把控產(chǎn)品發(fā)展的調(diào)控能力等。CDIO 模式在提高學(xué)生的實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)的合作意識(shí)以及創(chuàng)新能力等方面有積極的效果。

結(jié)合我校的實(shí)際情況，針對(duì)材料成型專業(yè)不同課程的特點(diǎn)和要求，基于CDIO 理念重新構(gòu)建了專業(yè)核心課程的教學(xué)模式。明確構(gòu)思階段、設(shè)計(jì)階段、實(shí)施和操作階段的具體內(nèi)容和形式，在課程實(shí)施過程中，我校著重突出“一個(gè)核心、兩個(gè)結(jié)合、三個(gè)層次實(shí)踐”。一個(gè)核心是指培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力。兩個(gè)結(jié)合是指，結(jié)合課程教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、結(jié)合課程教學(xué)與學(xué)科競賽。三個(gè)層次的實(shí)踐是指專業(yè)實(shí)驗(yàn)、虛擬仿真設(shè)計(jì)和工業(yè)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)。理論教學(xué)的內(nèi)容為本學(xué)科的基礎(chǔ)原理，重在掌握概念，強(qiáng)化基礎(chǔ)。學(xué)生工程能力應(yīng)放在突出的位置來考慮，而基礎(chǔ)素質(zhì)和應(yīng)用能力是CDIO重要的核心指標(biāo)，因此須著重強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)的內(nèi)容，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手能力，要做到不僅能設(shè)計(jì)出來還能動(dòng)手做出來。緊緊圍繞培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力這樣一個(gè)核心，結(jié)合好課程教學(xué)與現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、學(xué)科競賽，通過三層次的實(shí)踐，構(gòu)建一個(gè)由課程教學(xué)和不同層次實(shí)驗(yàn)實(shí)踐內(nèi)容構(gòu)成的完備的CDIO教學(xué)模式。通過這些理論和實(shí)踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、綜合分析信息的能力、創(chuàng)新意識(shí)、設(shè)計(jì)動(dòng)手能力、溝通與表達(dá)以及團(tuán)隊(duì)合作精神，體現(xiàn)了CDIO 的理念，提高了教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)具有工程創(chuàng)新能力、人文素質(zhì)與職業(yè)道德標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用型工程技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

5 結(jié)語

在新工科背景下，需要優(yōu)化提升材料成型及控制工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案。本文著重研究了材料成型及控制工程的核心專業(yè)課程體系的優(yōu)化和基于CDIO的教學(xué)模式的，以強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力，以更好地服務(wù)于區(qū)域和地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛紅波，鄭文彧，周嫄.基于機(jī)械制造企業(yè)視角下的?？粕蜆I(yè)力調(diào)查——以無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例[J].武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，18（01）：29-32.

[2]胡志堅(jiān).技術(shù)革命的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].科技中國，2017（10）：44-45.

[3]呂營，魏麗娜，鄧勇新，等.工程科技創(chuàng)新的人才培養(yǎng)模式研究——澳大利亞查爾斯特大學(xué)的啟示[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2020（1）：51-56.

[4]汪?？?，陸蘇華.“新工科”視域下地方應(yīng)用型本科高校專業(yè)建設(shè)研究[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2017，000（009）：148-149.

[5]朱鴻運(yùn)，梁廷君，尹卓君.農(nóng)業(yè)院校工科大學(xué)生創(chuàng)新能力提升的路徑研究[J].智庫時(shí)代，2019.

項(xiàng)目：皖西學(xué)院校級(jí)一般教學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：wxxy2018023，wxxy2019071）;安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018jyxm1151，2018jyxm1210）