新工科背景下關(guān)于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的探索與思考
——以過程裝備與控制工程專業(yè)為例

周水清，李曰兵，金偉婭

（1.嵊州市浙江工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新研究院，浙江 嵊州 312451；2.浙江工業(yè)大學(xué)，杭州 310023）

在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入推進(jìn)的時代背景下，中國已經(jīng)建立了全球規(guī)模最大、覆蓋最廣的制造業(yè)體系，但先進(jìn)制造業(yè)仍存在創(chuàng)新能力弱、核心人才匱乏等方面的不足[1]。為支撐創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新型卓越工程科技人才，我國提出了“新工科”建設(shè)計劃?！靶鹿た啤钡牧⒁馀c產(chǎn)業(yè)發(fā)展相匹配，既面向當(dāng)前產(chǎn)業(yè)變革的痛點和急需點，又面向即將到來的技術(shù)革命，與制造業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)[2]。在高等教育層面，新工科是新時期工程教育改革的新方向。過程裝備與控制工程專業(yè)（以下簡稱“過控專業(yè)”）作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，需要依據(jù)新工科的要求面向現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行升級改造，適應(yīng)不斷發(fā)展的新經(jīng)濟(jì)和新業(yè)態(tài)。

過控專業(yè)是浙江工業(yè)大學(xué)（以下簡稱“浙工大”）最早設(shè)立的三個專業(yè)之一，創(chuàng)辦于1953 年，自1960 年開始招本科生。該專業(yè)所在學(xué)科為浙江省重點學(xué)科，同時還是特種裝備制造與先進(jìn)加工技術(shù)國家級國際聯(lián)合研究中心和國家化學(xué)原料藥合成工程技術(shù)研究中心的核心成員。多年來，浙工大過控專業(yè)為國家和浙江省的臨港石化、特種設(shè)備、核電裝備和生物制藥裝備等產(chǎn)業(yè)輸送知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的優(yōu)秀工程技術(shù)人才和管理人才。在我國從工程教育大國向工程教育強(qiáng)國轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵時期，如何圍繞國家戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，培養(yǎng)面向未來產(chǎn)業(yè)需求的復(fù)合型創(chuàng)新人才意義重大，為此浙工大做出了一系列探索。

一 以學(xué)科交叉為支點，探索學(xué)生綜合發(fā)展的廣度

學(xué)科的分化、變遷和人類亟需解決的問題息息相關(guān)，一方面，過控專業(yè)針對于設(shè)備開發(fā)，進(jìn)行壓力容器等過程設(shè)備的設(shè)計、制造與安裝；另一方面，過控專業(yè)還面向生產(chǎn)一線，進(jìn)行裝備的檢測、運維。在產(chǎn)業(yè)環(huán)境不斷更新的新形勢下，過控專業(yè)的兩個方面發(fā)展在不斷調(diào)整。

（一）適應(yīng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展，聚焦戰(zhàn)略性問題

伴隨著資源品質(zhì)劣化、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整等問題，過程裝備逐漸向高溫、深冷、復(fù)雜腐蝕、超大容積和超大壁厚等極端方向發(fā)展[2]。在設(shè)備開發(fā)的前沿，應(yīng)屆畢業(yè)生的分析設(shè)計能力在就業(yè)市場中占據(jù)更大的價值。大學(xué)校園作為滋養(yǎng)科技發(fā)展的沃土，應(yīng)注重給學(xué)生打好創(chuàng)新創(chuàng)造的基礎(chǔ)，本科生必須具有一定的有限元等分析設(shè)計軟件操作水平。同時，在發(fā)達(dá)國家企業(yè)回撤、軟件技術(shù)封鎖的困擾下，教學(xué)過程中更應(yīng)注重進(jìn)行與計算機(jī)科學(xué)的交叉，結(jié)合力學(xué)基礎(chǔ)、工程基礎(chǔ)、編程基礎(chǔ)，為國產(chǎn)分析軟件開發(fā)埋下第一顆種子。

與此同時，以人工智能為代表的新一輪技術(shù)革命發(fā)展迅速，新技術(shù)、新業(yè)態(tài)已經(jīng)在過程行業(yè)扎根，真正的產(chǎn)業(yè)一線已經(jīng)邁向智能化生產(chǎn)與設(shè)備檢維修的臺階。因此設(shè)計教學(xué)時，提前了解到這一變化形勢，注重與智能技術(shù)充分交叉融合，將信息技術(shù)知識納入相關(guān)主題或模塊中進(jìn)行講授，增加學(xué)生知識架構(gòu)的整體性和認(rèn)識問題的全面性，有必要引入數(shù)據(jù)庫原理、過程裝備物聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人編程與操作等課程。

（二）跨學(xué)科靈活交叉

放眼未來，工程領(lǐng)域的學(xué)科交叉融合將愈發(fā)明顯，過控專業(yè)作為過程工業(yè)中的交叉體，其未來的發(fā)展更將是四通八達(dá)。在辦學(xué)中，既要結(jié)合長三角經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)來建設(shè)高校的學(xué)科特色，又要思考學(xué)生的終身發(fā)展，故而設(shè)置靈活的跨學(xué)科課程選擇，可以打破傳統(tǒng)學(xué)科邊界，脫離學(xué)科孤島。

跨學(xué)科的課程相比傳統(tǒng)課程更能對學(xué)生進(jìn)行橫向擴(kuò)展。浙工大過控專業(yè)2022 級本科生培養(yǎng)方案中開設(shè)了新能源變換與控制技術(shù)、人工智能概論、精益管理三門跨專業(yè)個性化選修課，課程之外，還大力支持跨學(xué)科項目和跨學(xué)科平臺。但現(xiàn)在跨學(xué)科教學(xué)還處于起步、探索階段，跨學(xué)科的靈活度受制于選課模式。展望未來，更多擁有雄厚交叉學(xué)科知識的教師走進(jìn)高校，可以開展更多以問題為導(dǎo)向的跨學(xué)科教學(xué)。

（三）注重與人文社科領(lǐng)域的交叉

在復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)變革中，我們培養(yǎng)的應(yīng)該是有大局意識的學(xué)生。學(xué)科交叉不僅應(yīng)貫通工工、理工之間的隔膜，更應(yīng)打通文工之間的交流之路。當(dāng)前任何復(fù)雜工程問題都要涉及到倫理道德的博弈、不同思維的溝通探討和協(xié)調(diào)，如果脫離真實社會情景，那就削弱了教學(xué)的意義[3]。

浙江省是裝備制造強(qiáng)省，浙工大過控專業(yè)面向高端裝備、核電裝備和石化裝備，有大量畢業(yè)生進(jìn)入石化、核電相關(guān)產(chǎn)業(yè)集群工作。高質(zhì)量開設(shè)項目經(jīng)濟(jì)管理、工程倫理等與社科人文學(xué)科相交叉的課程，增強(qiáng)學(xué)生對社會、安全、法律、文化及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的綜合認(rèn)知，深刻了解其社會影響，會引導(dǎo)學(xué)生自覺向促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高效、綠色安全的方向培養(yǎng)興趣，同時更有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科自信。

習(xí)近平總書記在黨的二十大報告中號召廣大青年“立志做有理想、敢擔(dān)當(dāng)、能吃苦、肯奮斗的新時代好青年”。在新一輪產(chǎn)業(yè)變革與科技革命的重要交匯期，廣大工科學(xué)生擔(dān)當(dāng)著解決科技事業(yè)面臨的突出問題和挑戰(zhàn)、突破西方經(jīng)濟(jì)封鎖的時代重任。在學(xué)校培養(yǎng)中，專業(yè)課教學(xué)還應(yīng)注重與思政教育的交叉，使學(xué)生清楚地意識到作為工科人的時代責(zé)任，用專業(yè)知識和思政覺悟武裝學(xué)生的思想，努力培養(yǎng)出可堪大用、能擔(dān)重任的棟梁之材[4]。如圖1 所示。

圖1 學(xué)科交叉導(dǎo)圖

二 以產(chǎn)教融合為抓手，拓寬學(xué)科創(chuàng)新發(fā)展的深度

工科優(yōu)勢高校是培養(yǎng)行業(yè)急需的高素質(zhì)復(fù)合型創(chuàng)新人才的重要陣地，而長三角地區(qū)作為我國重要的先進(jìn)制造業(yè)基地，為產(chǎn)教融合的深化提供大量便利[5]。加強(qiáng)人才培養(yǎng)與企業(yè)生產(chǎn)的緊密結(jié)合是產(chǎn)教融合的基本內(nèi)涵，本科生在工程實踐中，通過將所學(xué)理論與實際生產(chǎn)相結(jié)合，能進(jìn)一步加強(qiáng)專業(yè)知識的融合、應(yīng)用能力。

（一）優(yōu)化專業(yè)課教學(xué)模式

高端裝備制造業(yè)是浙江省“八大萬億產(chǎn)業(yè)”之一，在此背景下，有機(jī)會也有必要讓本科生在培養(yǎng)階段與企業(yè)進(jìn)行更多溝通，將目光聚焦在產(chǎn)業(yè)前沿。將有經(jīng)驗的企業(yè)導(dǎo)師引入課堂，將一門專業(yè)課打造為“理論+實踐”的雙驅(qū)動形式，是校企合作成本最低、效果最好的方式。以壓力容器制造技術(shù)及應(yīng)用為例，此課程共16 課時，前10 個課時由校內(nèi)教師授課，后6 個課時由省特檢院和企業(yè)導(dǎo)師遠(yuǎn)程授課。相比較之前由校內(nèi)教師單模式授課，學(xué)生期末大作業(yè)的有限元計算部分有了更多出于工程實際的考慮，完成質(zhì)量有大幅度提升。而大作業(yè)綜合報告部分內(nèi)容完成更加豐富，學(xué)生論述的角度增多，思想更為發(fā)散。

堅持“勇立潮頭”的浙江精神，長三角地區(qū)需要更多創(chuàng)新型工程人才推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級。持續(xù)優(yōu)化專業(yè)課教學(xué)模式，在教學(xué)階段與生產(chǎn)實際產(chǎn)生更多聯(lián)動，可以真正使工程人才的培養(yǎng)更貼近工程需求，有效縮減畢業(yè)生從校園到企業(yè)的適應(yīng)時間，達(dá)到間接加快產(chǎn)業(yè)變革的目的[6]。

（二）重構(gòu)本科暑期實訓(xùn)模式，啟發(fā)學(xué)生探索創(chuàng)新的興趣

實踐教學(xué)是本科生為數(shù)不多可以直接接觸生產(chǎn)實際、參與企業(yè)生產(chǎn)實踐的機(jī)會。目前，國內(nèi)高校關(guān)于過控專業(yè)的實訓(xùn)項目主要為零件測繪技術(shù)與實踐、工程訓(xùn)練與勞動實踐。用發(fā)展的眼光來看，這種實習(xí)的目標(biāo)不夠清晰。

零件測繪技術(shù)與實踐的現(xiàn)有模式集中在學(xué)校，針對某單一機(jī)械零件進(jìn)行集體模式的測繪訓(xùn)練。實習(xí)成果單一，對學(xué)生獨立思考問題能力的培養(yǎng)效果不明顯，且脫節(jié)于生產(chǎn)實際。利用校企合作將零件測繪實踐平移進(jìn)工廠，帶領(lǐng)學(xué)生根據(jù)實際生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場測繪。不同于校內(nèi)的集中模式測繪訓(xùn)練，這個過程中學(xué)生將自主的合理選擇裝配視圖表達(dá)方案，并學(xué)習(xí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，了解工程材料知識，更進(jìn)一步地，學(xué)生可以對工廠的成套過程裝備、工藝流程有初步的認(rèn)知。最終交出了需要“個人廣泛學(xué)習(xí)”并且沒有“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)范本”的實習(xí)成果。

學(xué)生在工程訓(xùn)練與勞動實踐階段已經(jīng)建立了基本的學(xué)科知識體系，實訓(xùn)應(yīng)側(cè)重于“公式”到“工程”，給予學(xué)生深入產(chǎn)業(yè)的機(jī)會，杜絕淺白地走馬觀花式地參觀，盡最大可能讓學(xué)生的專業(yè)知識框架變得豐富生動。一方面，應(yīng)使學(xué)生跟著一線經(jīng)驗豐富的職工學(xué)習(xí)最實際、最直接的一線知識，驗證所學(xué)理論；另一方面，便要學(xué)生看到產(chǎn)業(yè)變革的更前沿，預(yù)見產(chǎn)業(yè)發(fā)展的無限可能。此外，還可以從企業(yè)引進(jìn)虛擬仿真實習(xí)系統(tǒng)，讓學(xué)生動態(tài)理解過程工業(yè)的生產(chǎn)和過程裝備的操作過程，直面實際生產(chǎn)中故障處理等問題。

產(chǎn)業(yè)中的實際問題沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。因此，拋出問題而不提供標(biāo)準(zhǔn)答案，才是激發(fā)學(xué)生不斷向新點、難點探索的推動力，進(jìn)而還會提升工科生在工程領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。學(xué)生的創(chuàng)新能力是學(xué)科創(chuàng)新的反作用力，學(xué)生不竭的創(chuàng)新能力，會點亮學(xué)科的創(chuàng)新之火。如圖2 所示。

圖2 以產(chǎn)教融合拓寬學(xué)科創(chuàng)新寬度

三 以成果導(dǎo)向為指引，提升學(xué)生解決工程問題的高度

作為高等教育體系的重要組成部分，工程教育在助力我國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展、推動產(chǎn)業(yè)迭代升級及賦能技術(shù)創(chuàng)新的過程中發(fā)揮著不可取代的作用，承載著為中華民族偉大復(fù)興培養(yǎng)大批具備復(fù)雜工程問題解決能力的卓越工程師的歷史使命。浙工大過控專業(yè)是國家級一流專業(yè)建設(shè)點，2016 年通過中國工程教育專業(yè)認(rèn)證，是我國正式加入《華盛頓協(xié)議》以來第一批獲得認(rèn)證的專業(yè)[7]。

（一）要明確發(fā)展路線，進(jìn)行高質(zhì)量人才培養(yǎng)

在不久的將來，過控專業(yè)是一種將工程原理、控制理論和計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于智能工業(yè)過程的工程學(xué)科。在過控專業(yè)培養(yǎng)中，成果導(dǎo)向可以促進(jìn)學(xué)科的創(chuàng)新和發(fā)展，具體來說包括以下一些方面。

1）設(shè)定清晰的目標(biāo)：在學(xué)科創(chuàng)新中，設(shè)定清晰的目標(biāo)非常重要。成果導(dǎo)向管理可以幫助學(xué)科領(lǐng)域的研究人員、教師、學(xué)生確立目標(biāo)，從而提高他們的研究、教學(xué)、學(xué)習(xí)的效率。

2）設(shè)計科學(xué)的評估體系：成果導(dǎo)向管理強(qiáng)調(diào)結(jié)果和效益，因此可以幫助學(xué)科領(lǐng)域建立科學(xué)的評估體系，從而更好地衡量和評估研究、教學(xué)、學(xué)習(xí)的成果。這可以促進(jìn)學(xué)科領(lǐng)域的透明度、可比性、可持續(xù)性發(fā)展。

3）提供必要的培訓(xùn)和發(fā)展機(jī)會：成果導(dǎo)向管理注重結(jié)果和效益，但也強(qiáng)調(diào)對員工的關(guān)注和培養(yǎng)。因此，在學(xué)科領(lǐng)域，成果導(dǎo)向管理可以提供必要的培訓(xùn)和發(fā)展機(jī)會，以提高研究人員、教師、學(xué)生的能力和素質(zhì)，從而更好地實現(xiàn)學(xué)科創(chuàng)新的目標(biāo)。

4）鼓勵創(chuàng)新和持續(xù)改進(jìn)：成果導(dǎo)向管理注重效益和結(jié)果，但也強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新和持續(xù)改進(jìn)。在學(xué)科創(chuàng)新中，成果導(dǎo)向管理可以鼓勵研究人員、教師、學(xué)生創(chuàng)新，推動學(xué)科的進(jìn)步和發(fā)展。

5）與外部環(huán)境協(xié)調(diào)和互動：成果導(dǎo)向管理注重結(jié)果和效益，但也強(qiáng)調(diào)對外部環(huán)境的關(guān)注和協(xié)調(diào)。在學(xué)科領(lǐng)域，成果導(dǎo)向管理可以促進(jìn)學(xué)科與社會、經(jīng)濟(jì)、文化環(huán)境的協(xié)調(diào)和互動，以更好地滿足社會和人類的需求和期望。

（二）要以做帶學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的大工程觀和工程戰(zhàn)略思維

強(qiáng)調(diào)理論和實踐相結(jié)合：成果導(dǎo)向的培養(yǎng)要求學(xué)生具備良好的理論基礎(chǔ)和實踐能力。學(xué)校應(yīng)該注重開展實踐教學(xué)和項目實踐，以幫助學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實踐中。

突出創(chuàng)新意識和實踐能力：成果導(dǎo)向要求學(xué)生具備獨立思考和創(chuàng)新意識。學(xué)校應(yīng)該通過開展科技創(chuàng)新項目、實驗室研究等方式，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。

培養(yǎng)工程實踐能力：成果導(dǎo)向強(qiáng)調(diào)的是實際成果，因此學(xué)生需要具備扎實的工程實踐能力。學(xué)校應(yīng)該開設(shè)相關(guān)的工程實踐課程和實驗室，讓學(xué)生了解和掌握實際工程問題的解決方法[8]。

加強(qiáng)實踐導(dǎo)向的課程設(shè)計：學(xué)校應(yīng)該根據(jù)行業(yè)的需求和趨勢，設(shè)計實踐導(dǎo)向的課程。例如，設(shè)計一些針對實際工程問題的課程，讓學(xué)生了解行業(yè)現(xiàn)狀和問題，幫助學(xué)生了解行業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)和方法。

總之，以成果導(dǎo)向為方向培養(yǎng)過控專業(yè)的學(xué)生需要將理論與實踐相結(jié)合，注重創(chuàng)新和實踐能力的培養(yǎng)，加強(qiáng)實踐導(dǎo)向的課程設(shè)計，同時積極與企業(yè)合作，讓學(xué)生更好地掌握實際工程問題的解決方法。如圖3 所示。

圖3 新工科背景下創(chuàng)新型人才培養(yǎng)

經(jīng)過十余年的努力，浙工大過控專業(yè)建設(shè)取得顯著成效。2021 年，該專業(yè)入選教育部“雙萬計劃”國家級一流本科專業(yè)建設(shè)點。在課程建設(shè)方面，材料力學(xué)、工程流體力學(xué)、熱工基礎(chǔ)等過控專業(yè)課，被評為浙江省一流課程；在產(chǎn)教融合方面，浙工大與杭州汽輪動力股份有限公司共建產(chǎn)教融合基地，雙方將共建汽輪機(jī)葉片智能制造實踐示范線，共建科教協(xié)同聯(lián)合研發(fā)基地，探索產(chǎn)教融合協(xié)同育人新范式。浙工大機(jī)械工程學(xué)院本科生畢業(yè)深造率由2012 屆的23.54%躍升至2022 屆的47.19%，過控作為學(xué)院重要的技術(shù)復(fù)合型專業(yè)，其學(xué)科建設(shè)正在穩(wěn)步進(jìn)行。

四 結(jié)束語

在新一輪的工程教育改革浪潮中，“新工科”建設(shè)指明了我國高等教育的發(fā)展方向，對傳統(tǒng)機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高要求。本文對新工科背景下過控專業(yè)創(chuàng)新發(fā)展進(jìn)行了幾點思考：把握新興科技、緊握產(chǎn)教融合、砌合成果導(dǎo)向。過控專業(yè)作為交叉學(xué)科，站在傳統(tǒng)工科與最新科技交叉的十字路口，正在深思熟慮學(xué)科與產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展，積極探索其創(chuàng)新發(fā)展道路。不局限于過控這一門專業(yè)，在高等教育現(xiàn)代化背景下，針對所有工科專業(yè)的思考，都是新時代的縮影，也具有典型意義。