机械专业多维度创新人才培养模式研究与实践

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  [摘 要] 提出了目标导向、校企协同、科教融合、竞赛平台育人多维度共驱动的创新型人才培养理念。搭建了三层递进式课程项目体系,三层次五环节的校企互补联合培养模式,四级提升式的课外科技创新平台。构建了基于过程的、以产出为导向、量化可控、多路反馈的能力达成度评价标准。以提升教师综合能力为目标,构建讲、研、做三环互补的教师能力提升机制。构建以高端团队引领,省部级平台支撑的工程问题转化为科学问题研究能力模式。以市场需求为主导,实践孵化为载体,构建社会—学校—创新团队三方深度融合的成果转化模式。借助团队+项目+平台+创新+创业五位一体的精准驱动,构建了教产赛研用五阶融合提升的理论实践贯通融合的应用型创新人才培养模式。
  [关键词] 机械工程;多维培养;目标驱动;过程控制
  [作者简介] 张彦彬(1990—),男,内蒙古赤峰人,博士,青岛理工大学机械与汽车工程学院教授,主要从事智能与洁净精密制造研究;李长河(1966—),男,内蒙古通辽人,博士,青岛理工大学机械与汽车工程学院二级教授(通信作者),主要从事智能与洁净精密制造研究。
  [中图分类号] G642.0   [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324(2021)40-0101-04   [收稿日期] 2021-05-05
   一、引言
   践行“大众创业、万众创新”的国家发展战略,实施创新创业教育、应用型人才培养、协同教育、机械专业综合改革的立体化培养模式,具有重要的现实意义,以育人、服务人民、引导就业创业为宗旨[1]。在当前经济供给侧改革的转型期,针对机械类专业本科生而言,双创教育和专业教育的融合显得尤为重要,这成为培养机械类本科专业应用型人才的重要路径[2]。而传统的机械工程学科教学体现为单一化培养模式、教学体系系统性差,常体现为理论与实践脱节,培养的本科专业人才逐渐无法满足机械行业不断提升的需求[3]。
   基于此,针对当前工程人才培养难适应行业新需求,以及新形势下如何构建创新型人才培养模式和教学体系等瓶颈问题,依托我校国家级人才培养基地,联合国内外高校和实习实践基地,深入开展教学质量工程建设及教学改革模式研究。在明确办学理念和人才培养目标的基础上,逐步搭建三层递进式课程项目体系,三环互补的教师能力提升体系、三层次五环节的校企联合培养机制,四级提升式的课外学科竞赛体系。并以此为依托,将工程问题转化为科学问题的研究能力和成果转化应用的创业能力作为升华和深化,构建以专业理论知识学习、综合工程素质、科研探究能力深度融合,以创新创业能力为提升的创新人才培养新模式。
   二、多维度创新人才培养新模式
   (一)教:构建三层递进式项目教学体系
   1.构建符合“华盛顿协议”专业认证和适用新工科要求的教学、科研、生产相结合的三层递进式项目教学体系。以提高学生综合工程素养和创新创业能力为目标,基于OBE理念[4],全方位解析了工科学生的毕业要求,划分了培养目标,精心设计了理论知识学习与综合素养相结合的能力矩阵。针对卓越计划的课程教学,深化以能力为核心的教学改革,使“知识课堂”变为“能力课堂”,从教学内容与课程体系、教学方法与手段、实验教学、实践教学等方面进行全面改革与实践,课程设计与教学评价,重新构建机械设计制造及其自动化专业系列课程的教学内容和模式,探索和构建包含精湛理论课堂讲解、基于团队的体验型讨论互动课和项目群设计的“课程研究项目(课程三级项目)”“综合应用项目(课程群二级项目)”和“工程研发项目(创新竞赛和综合毕业设计一级项目)”三层递进式的,教学、科研、生产相结合的课程项目体系。
   教学方法和手段改革是工程教育能力达成目标实现的突破口。针对工程教育能力达成要求,建设机械系列课程新型教学方法和手段,大力推广基于问题的学习、基于项目的学习和基于案例的学习等多种研究性学习方法。通过各种形式和方法扩展学生的知识和工程经验。通过有效的沟通和活动组织,提高学生与他人沟通的能力,积极鼓励创新思维,在实践活动中培养和提高学生的工程实践能力、工程设计能力和工程創新能力。
   在国外著名高校采用的各种类型的教学方法中,最适合工程教育的应该是基于课题和项目的研究性学习方法(对教师而言可以称之为研究性教学方法),又称为项目教学法[5];它是一种符合工程能力培养规律和综合素质形成逻辑的教学组织形式和教学方法。项目教学法是通过完成一项完整的“项目”工作而开展的实践性教学活动。多个课程涉及的知识和技能通过明确的“项目任务”分配给学生,学生根据任务要求应用所学的知识和技能。通过“确定项目任务、制定工作计划、组织项目实施、检查与评估、总结与评估、归档”五个阶段,采用“团队学习”的方法,运用脑、手、沟通与合作,最终完成项目任务并以结果的形式呈现。
   针对工程教育能力达成目标,课程教学方法和手段改革中引进以问题和项目为导向,以构思、设计、实现、运作模式为主的先进教学方法,开展基于问题的学习、基于项目的学习、基于案例的学习等多种研究性学习方法,使课题和项目探索贯穿于整个教学过程。
   2.基于创新型应用人才培养的工科力学课堂内外教学体系优化。不同于以往将课堂教学与第二课堂教学作为独立的个体进行研究的方式,而是将第一课堂及第二课堂的力学教学贯通优化,将力学“第一课堂”真正作为力学第二课堂顺利实施的理论基础,使得力学第二课堂的活动有目的、有深度、有保障;同时充分利用“第二课堂”在时间和空间上的灵活性,使得学生获得对课堂知识综合理解应用的多种渠道,并为“第一课堂教学”中“工程情景”“探究型”等教学方式的实现提供可能。在第二课堂活动的安排中着重体现知识性、实践性及创新性,从而进一步实现培养创新与应用型人才的力学总体教学目标。    3.构建基于过程的、综合考核学生知识、能
  力、素质的层次化分级教学评价标准,形成以产出为导向、量化可控、多路反馈的能力达成度精准评价体系。以提高学生综合工程素养和创新创业能力为主线,基于毕业要求和能力细化指标,精心设计课堂出勤、平时作业、实验成绩、讨论课、课程项目、随堂测验、结课考试等各个环节的考核指标和多路反馈的能力达成度评价标准。在工程项目和毕业实践环节创造性地提出市场分析和预测、成本分析、全寿命周期分析,采用自评和互评考核,并在课程项目引入竞赛式考核机制。
   4.以提升教师综合能力为目标,构建“讲、研、做”三环互补的教师能力提升体系。在“专业认证”“新工科”背景下,对学生的综合能力提出了更高的标准,也对教师的知识、能力、素养提出了更高的要求。建设高水平的师资队伍是达成培养目标的关键。
   依托山东省机械工程实训中心和山东省教学实验示范中心以及校外企业,将讲授、科研、实践相结合,切实提高教师的讲授水平、科研能力和实践动手能力。同时,提升工程素养的要求、工程素质的要求,弥补高校教师实践能力的欠缺。确立了“教师实践能力全周期”视角,提出了“教师实践能力全周期”的概念,着眼于“卓越计划对教师实践能力的要求”,提出了“以使命感教育促动力,以精细化管理促落实,以过程化考核保质量”的指导思想,以此为基础建立的“教师实践能力提升计划”“教师工作站”模式,有助于在锻炼教师实践能力的基础上,充分发挥教师的理论优势,实现学校与企业共赢。
   (二)产:构建三层次五环节的校企联合培养体系
   大学生的综合实践能力和创新精神不能仅仅通过课堂教学和理论教学来实现,必须通过实践教学训练来培养。实践教学在这方面的作用不是通过理论教学来实现的,这也是实践教学的核心价值所在。
   以大工程理念和实践为指导,构建校企共育与深度融合的由“三个层次”(以实践为基础的层次、全面创新和实践改进的层次)、“五个环节”(基础实验、综合实验、项目实施、实习实训、创新竞赛)所构成的全过程、多种形式、分层实施的实践教学体系组成,形成校企联合培养的校内学习与企业实践深度互动、融合的模式。
   依托山东省机械工程实训中心和山东省教学实验示范中心,开展准工业化的校内综合性实践实训;依托导师科研项目、国家级大学生创新创业训练计划为引导,培养学生的动手能力、知識应用能力、交流沟通能力以及团队意识、科研作风和创新精神。校外顶岗实习,校外毕业设计和工程化项目是增强学生解决复杂工程问题的能力,最终提升工程人才培养质量,为企业和社会源源不断地输送拔尖工程人才。
   (三)赛:构建四级提升式的课外学科竞赛体系
   依托院、校、省、全国的课外学科竞争平台,提供不同层次的竞争平台,培养和展示大学生的创新创业能力和团队合作能力;引导和激发学生的科技兴趣和探索精神,培养学生综合运用工程知识和创造性思维解决实际问题的能力。构建包括“基本技能比赛”“综合实训竞赛”“创新设计竞赛”和“创业规划大赛”在内的分年级、无专业、全方位、立体化的创新教学体系,形成完整的课内外创新教学体系。这是一个以竞赛为导向的课程,旨在加深学生对实际工程背后的基本理论和机制的理解。
   (四)研:三级精准驱动,提升学生工程问题转化为科学问题的研究能力
   以泰山学者特聘教授团队为引领、省部级重点实验室和校企共建研究院科研平台三级精准驱动,以高校教师的理念为指导,加强与相关行业和企业的联系,建立双向流动、互动共赢、校企联合培训的模式和机制。在人才培养方案的修订、专业建设、课程设计、教学大纲、特色教材编写、教学内容优化、工程实习安排、教学评价及工程专业认证、新工程等方面,双方相互配合,交流与沟通,使企业真正融入学校人才培养的全过程,也保证了人才培养的质量和行业、企业的“适应性”。同时还依托省部级重点学科、重点实验室和实验教学示范中心的优势,通过与企业共建研究院(如青岛理工大学/山东欧泰隆重工有限公司技术研究院)、产业技术联盟(山东省中小型装载机产业技术联盟)、企业博士后流动站(山东中际电工装备股份有限公司)等方式,共同搭建高水平研发平台,聚焦工业企业技术创新和新旧增长点转化需求,开展合作研发和技术突破,为学生科研创新培训创造条件,形成科研和人才培养的协同创新机制。
   (五)用:构建三方深度融合的成果转化模式
   创业孵化基地是高校产学研三者有机结合的重要平台,青岛理工大学创业孵化基地集聚了地方政府、高校与企业三方的力量,形成地方政府与高校共建,高校与企业共建的高水平的创业孵化基地。学校建立了14045平方米的创业孵化基地,近两年培育科技创业团队206个,孵化规范创业企业130个。组建了10个创新创业功能区和由66名校内专家名师和163名校外知名科学家、创业成功人士、企业家等优秀人才组成的创新创业导师库,为创业者提供技术、心理、管理等方面的持续性指导服务。
   学校还成立创业孵化基地管理委员会,构建起学校、学院和学生社团三级管理体制和“进—管—帮—出”运营服务机制;并同时成立了“青岛理工创业服务有限公司”,代表学校持有知识产权和无形资产股份,走出了高校创业孵化基地建设的新模式。
   近两年,省教育厅、人社厅、青岛市主要领导先后来校调研,300余省内外高校和企业来校考察,普遍认为学校创新创业特色突出,走出了高等学校建设创业孵化基地的新模式;学校创新创业工作的典型做法和成功经验得到中央电视台、中国教育报、科技日报等各级各类媒体百余次报道,在全国及省市创新创业工作会议上多次做主题发言。青岛理工大学创业孵化基地先后获得全国50所创新创业典型经验高校以及全国首批深化创新创业教育改革示范高校(地方高校55所)等荣誉称号。
   三、结论
   通过成果实施应用,培养学生质量全面提升,毕业生就业率逐年提高,近三年毕业生总就业率均达97%、考研录取率一直保持在25%以上。参加包括国家大学生创新训练计划项目500余项,获得挑战杯全国大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生机械创新设计大赛等在内的国家级竞赛奖励57项,省部级科技竞赛奖励300余项,授权国家专利300余项,孵化创业团队300余个。科技创新项目《巧取核桃仁》在中央电视台科教频道CCTV-10我爱发明专题报道。目前创新产品已于新疆疆宁轻工机械科技有限公司联合生产,创造显著的经济效益和社会效益。研究成果先后在全国机械工程学院院长联席会议、山东省高等学校机械工程学院联席会议上做主旨报告,在全国十余所高校经验交流,工作事迹先后被中国教育新闻网、大众日报、中国青年网、中国科技网、重庆电视台、省教育厅网站、凤凰网、华禹教育网、齐鲁晚报等媒体报道。    (課题组成员:杨敏,杨发展,张建军,王飞,郭峰,杨勇,陈成军)
  参考文献
  [1]杨勇,江京亮,王德祥.面向能力培养与过程考核的机械原理课程“五位一体”教学体系探索与实践[J].高教论坛,2017(4):45-50.
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  [3]Hou Ya-li, Li Chang-he, Yang Heng-shan et. al. Research on the Bottleneck of Outstanding Mechanical Engineering Talents Training Pattern[J].Advances in Social Science, Education and Humanities Research, 2017(106):384-389.
  [4]胡明清,王光辉.基于OBE模式的应用型本科教学团队建设研究[J].经营管理者,2017(23):227-228.
  [5]杨建军,李长河.金属切削机床设计[M].电子工业出版社,2014:1-3.
  Abstract: This paper puts forward the multi-dimensional co-driven innovative talent training concept based on goal orientation, school-enterprise cooperation, science and education integration, and competition platform. A three-level progressive curriculum project system, a three-level and five-link university-enterprise complementary joint training model, and a four-level upgraded extracurricular science and technology innovation platform has been established. Besides, a capability achievement evaluation standard is established based on the process control, the output-oriented concept, the quantification control and the multi-channel feedback. Moreover, taking the improvement of the comprehensive ability of teachers as the goal, a teacher ability promotion mechanism is set up on the three complementary rings of teaching, research and practice; and a research capability model, which transforms engineering problems into scientific problems, led by high-end teams and supported by provincial and ministerial platforms is built. The deep integration of society, school and the innovation team is promoted by the construction of an achievement transformation model, with market demand as the leading role and practice incubation as the carrier. The training model of application-oriented innovative talents has been established, which integrates theory and practice with the five-step promotion of teaching, production, competition, research and application with the help of the five-in-one precise drive of team + project + platform + innovation + entrepreneurship.
  Key words: mechanical engineering; multidimensional training; goal-driven; process control
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