新工科背景下复合型人才培养模式探究

［摘要］随着经济的快速发展，传统的机械工程行业发生了重大变革。在新工科建设的大背景下，高校要培养出更适合企业发展需求的高层次复合型人才，从而提升高校毕业生的核心竞争力和综合素质。文章以机械工程专业本科生培养方案为例，在分析现有培养模式的基础上，提出了“基础理论+专业实践+前沿科技”多学科交叉课程体系及“高校+企业”产教融合实践教学体系，并配以“学业+学术”双导师制，以切实培养学生的创新思维，有效提高学生对各学科理论知识的应用能力和科创水平。

［关键词］新工科；复合型人才；机械工程；多学科交叉；产教融合；本科生

［中图分类号］G64 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）23-0140-05

随着经济的快速发展，传统的机械工程行业发生了重大变革，导致解决重大技术问题或突破一些关键技术不能只依靠单一学科知识的应用，而要依靠多学科之间的相互渗透、交叉和融合下同 [1]。为了更好地满足新经济和社会发展的要求，教育部在2017年推出了新工科计划，并希望通过推进新工科建设，探索能领先全球工程教育领域且推动适合中国发展需求的教育模式和经验，借助新工科教育改革来推动高等教育强国建设 [2]。钟登华院士对新工科的内涵也表达了自己的意见：新工科应以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，从而培养未来多元化、创新型卓越工程人才，使其具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征 [3]。现阶段，新工科的本科教育更关注知识和技能的交叉性与综合性，尤其注重机电信息化、智能控制、工业 4.0、“互联网+”等新技术与传统工业技术的融合创新 [4]。因此，新工科建设作为高等教育教学改革的热点，对本科生人才培养提出了巨大的挑战。在这样的教育教学改革大背景下，只局限在一个学科内的本科生培养模式已经不再适用，需要探讨出更适合新工科背景的本科生综合能力培养模式，从而为国家培养出更多具备创新创业能力、符合新工科产业需求的复合型高层次人才。

目前，传统的机械工程行业已发生巨大变革，原先的传统机械加工行业正在向其他技术领域扩展。高等教育培养出的机械工程专业本科生必须具有多学科交叉的知识体系，能将不同领域的知识和技能进行有机融合与应用，这样才能应对日新月异的技术需求 [5]。所谓复合型人才，指的是既具备多元化的知识结构，能将不同学科的各种概念、方法、过程、认识论、术语和数据互相渗透，并重新融合成为复杂的知识体系，又能从多个角度思考和解决问题，突破单一学科思想局限性的人才 [6]。因此，高等教育要在遵循教育教学规律与学生身心发展规律的前提下，向学生传授多学科知识，培养其多学科融合思维，并通过实践教学等多维度的教学手段，着重培养学生的创新能力 [7]。然而，现阶段我国的复合型人才培养依然处于探索阶段，在培养理念、培养模式以及组织管理等方面还有很多不足 [8]。因此，本文以新工科行业发展为背景，对机械工程专业本科生的培养方案开展研究，在对该专业的课程体系、实践教学及科创思维培养方面进行分析的基础上，提出相应的对策与建议。

一、机械工程专业培养模式存在的不足

（一）跨学科知识薄弱

随着社会对高层次人才需求的增加，本科生的录取人数也开始在逐年增加，截至2023年，我国高等教育的在校人数规模已达4763.15万 [9]。现阶段，机械工程专业也开始逐步从单一学科培养模式向多学科交叉培养模式发展，传统的教学模式已经无法满足行业快速发展的需要。例如，若要研发一款可自动识别图像的多自由度机械手，不但需要利用机械类理论知识进行机械手多自由度的有限元分析及设计，还需要结合自动化专业知识进行机械手自动控制方面的程序开发，甚至还要融合大数据处理及智能算法来实现机械手图像的自动识别。然而，部分高等院校对于本科生的课程设置仍主要遵循自身专业性。以传统的机械工程专业为例，大部分的课程仍是按传统机械类的内容来设置的。虽然较多的综合性大学已开始通过增设一些跨学科选修课程来提升学生的学科交叉能力和综合能力，但由于大部分选修课的课程内容与专业培养需求脱节，未能与本专业的主干知识体系有效融合，易造成学生在学习过程中无法清晰地感受到各学科之间的交叉应用，学习效果及热情普遍不高 [10]。

（二）自学能力及创新能力不足

现阶段，传统培养模式下的机械工程专业本科生掌握理论知识主要还是依托任课教师的课堂教学及课后作业。大多数任课教师受限于项目经费及教学人数，也只能通过增设课堂小组讨论或多媒体教学等教学手段，尽量提高学生自主学习的积极性。然而，传统的单向输出式教学模式培养出的机械工程专业本科生大多未能透彻地理解理论知识，而且不善于将理论联系实际，未能形成敏锐的洞察力。同时，由于缺乏有效的实践教学，学生欠缺自主学习的动力，动手能力和实操性差，不具备创新创业思维 [11]。

（三）发现问题及解决问题能力弱

在传统的机械工程本科生培养模式下，大学一、二年级的学生还是以上机械类理论课等专业课为主，从大学三年级开始安排相应的设计课程，而大学四年级则主要以毕业设计课程为主。这样的课程安排使大部分的本科生没有足够的时间参与与自己专业相关的实践项目或科研项目，无法有效地培养自身的独立思维模式。此外，学生在大学四年级才会确定自己的毕业论文方向，但前三年学生的被动学习模式导致部分学生不懂得如何从大量的文献资料中筛选有用的信息，更难以在有限的时间内将之前学到的理论知识与自己的毕业设计课题相结合。大部分情况下，部分学生要靠毕业设计指导教师主导整个论文的研究路线和框架，学生自身缺乏发现问题及解决问题的能力 [12]。

二、复合型人才培养新方案的制订

当前，在新工科建设背景下的复合型人才培养模式依然处于探索阶段。在此，本文以机械工程专业本科生培养方案为例，提出在课程体系、实践教学体系以及师资配备方面的改革建议。

（一）建立多学科交叉的课程体系

目前，国内大部分高等院校多以学科归属来组建院系及科研平台，偏重于学科的独立性，没有形成多学科交叉的复合型人才培养课程体系。按照新工科建设要求，可以“基础理论+专业实践+前沿科技”逐步进阶的多学科交叉逻辑对课程体系进行重新设计，并重视跨学科师资团队建设，打破院系之间的学科壁垒，积极促进不同学科之间的合作与交流。首先，多学科交叉机械工程课程体系应根据机械专业的特点，要求任课教师创新教学模式，改变以教师讲授为主的教学方法，挖掘更具有探究意义的专业知识，在对专业基础理论进行阐述和分析的同时，拓展融入其他学科的知识，加强不同学科领域之间基础课程的关联性和融合性（见图1）。如可在基础课程中融入电子工程、计算机科学、材料科学及控制工程等其他学科的理论知识，并通过联合考核的方式加强学生对这些学科知识的融合、应用。其次，任课教师应通过实践教学努力促进专业课程与其他学科深度融合。应带领学生了解现在机械行业中实际存在的生产和制造问题，使学生通过实践项目将所学到的基础理论知识加以应用，培养学生自行解决实际问题的能力。同时，应加强学生之间的合作与交流，培养学生的团队合作精神、沟通能力和协作能力。最后，任课教师应不断对授课内容进行更新，使学生能紧跟该学科目前的发展方向和最新的科研动态，时刻保持自身对机械行业前瞻性及先进性的了解。后期可引导学生通过毕业实习及参与不同学科的课题研究等形式，主动探索现行行业中存在的问题，培养学生的创新思维及研发能力。

打造“基础理论+专业实践+前沿科技”多学科交叉新课程体系，有利于学生形成更为全面、系统的知识结构，在不同学科的碰撞和融合中激发学生产生新的想法、观点和解决方案，有利于培养学生的创新能力，从而为解决复杂的实际工程问题和推动机械先进制造技术发展提供新的思路，并进一步提高学生的就业竞争力，挖掘学生的职业发展潜力。

（二）构建产教融合的实践教学体系

随着科技的飞速发展，传统高校教育培养的单一性人才已无法满足当下机械制造行业的需要，因此培养与产业发展配套的复合型技术技能人才势在必行。现阶段，高校与企业对人才的培养各成体系，未形成系统性的整合模式。产教融合的本质就是在明确企业对技术人才需求的前提下，高校与企业在资源共享、优势互补、利益共享、责任共担的原则下开展教学工作，协同培养适合企业岗位需求的高素质复合型技术技能人才 [13]。因此，应结合现有的机械工程专业课程，与相关的机械制造企业共同开设联合教育培训实践项目，建设校外企业实习基地，提供给学生更多深入企业进行创新实践的机会，使机械类专业学生能更好地掌握本行业的新技术、新工艺，提高动手能力和解决问题的能力。同时，高校可以企业的实际需求为导向，与企业共同设计实践教学内容和任务，动态考核学生的实践学习成果，全面提高学生的就业竞争力，拓宽学生未来的职业发展空间。教师依托产教融合的机械工程专业实践教学体系，在实践教学过程中同步培养学生的工匠精神、职业道德及职业精神，使机械工程专业学生在提升专业技能的同时提高综合素质和竞争力（见图2）。实施“高校+企业”双主体的产教融合教学实践体系，让学生在真实的工作场景和实践项目中得到锻炼，有机会接触到机械行业内的最新技术、工艺和方法，有助于学生更好地理解和掌握所学的知识与技能，加强理论知识的转化和应用，提高学习效率，从而能在毕业后更快地适应工作岗位要求，进而提高学生的就业质量和就业率。

（三）推行学业及学术双导师制

大部分学生除上课听课外，极少会与任课教师私下进行学业或学术方面的深入沟通与交流。本科学生与教师之间的紧密关系多在大学四年级指派毕业论文指导教师时才开始建立。这样易造成学生在培养阶段过度依赖课后作业，被动掌握理论知识，未能有效地培养创新能力和解决问题的能力。因此，一方面，可推行学业导师制度，为学生提供个性化及专业化的指导和支持，强调以学科竞赛或实践项目为突破口，有效地跟踪及反馈学生对理论知识的掌握程度，动态考核学生对理论知识的应用能力，引导学生培养创新及创业意识，全面提升学生的综合素质能力。另一方面，后期可采用学术导师制度，让具有丰富专业知识及科研经验的教师与学生进行双选配对，为学生提供专业指导。在学术导师的指导下，学生积极申报各类与自己专业相关的科技创新项目，加入创意坊等，了解最新的行业领域发展动态和前沿趋势。学术导师可指导学生在项目完成过程中申请专利、发表论文等，从而激发学生的科创兴趣，提升学生的科研水平，拓宽学生的学术视野和发展空间（见图3）。“学业+学术”双导师制可有效地为学生制订个性化的学习计划和发展路径，更好地满足学生的个体需求，促进学生的思想碰撞，帮助学生更快地掌握专业知识和技能，提高学术水平。同时，学业导师、学术导师将自己的理论知识、学术思想、治学态度和职业精神传递给学生，可以帮助学生树立正确的价值观和职业道德观，培养学生成为具有社会责任感和专业素养的机械领域高层次创新人才。

三、总结

在大力推进新工科建设的高等教育改革大背景下，机械工程专业本科生的培养不能再局限于一个学科内，需要探寻更适合培养机械领域复合型高层次人才的培养方案。为此，本文在研究并分析了机械工程专业本科生的培养现状及存在问题后，提出了相应的对策与建议。首先，提出了“基础理论+专业实践+前沿科技”多学科交叉课程体系，强调基础理论教学多元化的同时，要融入不同学科的知识，加强不同学科领域之间基础课程的关联性和融合性；通过专业技能实践教学，促进多学科知识的融合和应用，通过对教学内容的动态更新，让学生了解机械行业的前瞻性及先进性。其次，提出了“高校+企业”产教融合实践教学体系，以企业的真实需求为导向，高校与企业共同制订教学内容，增加学生的企业实践机会，着重培养学生的创新思维和解决问题的能力。最后，提出了“学业+学术”双导师制，让学生在学习全过程中能更紧密地与教师进行交流与学习，增强学生对多学科理论知识的应用，让学生更容易理解并掌握正确的科研思维模式，激发学生的科创兴趣，提升学生自身的研发能力，从而更好地培养出符合当下机械领域发展所需的优秀高层次复合型人才。