基于新工科的能力型教学模式的探讨

闾昂 殷英

摘  要：中国的装备制造业已进入了产业转型升级的关键时期，现已从劳动密集型逐步转向科技密集型。随着传统产业的逐步淘汰，大学生进入工作岗位后不能胜任工作已经是普遍存在的问题，其能力与学历存在较大的差距。本文结合新工科的教学理念，让学生将所学知识与社会需求相结合，从胜任岗位工作，培养学生能具备对自身未来发展做出合理规划的能力角度，对大学四年的教学模式与要求进行优化，提出解决问题的对策。

关键词：新工科;理念;优化;对策

中图分类号：G420    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）39-0092-03

我国的装备制造业随着中美贸易战的爆发，一系列“卡脖子”的技术问题接踵而来。由于传统制造业面临淘汰，高端制造业还处于初期阶段，导致大学生的就业难、社会招工难等问题日益凸显，这对工科院校的教学改革提出了更高的要求。因此“新工科”[1]这一持续重大的教学改革理念得以提出。它以立德树人为引领，以对应变化、塑造未来为建设理念，以继承和创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元创新型工程人才。自2017年教育部发布《关于开展新工科研究与实践的通知》以来，各地高校先后新增了不少新工科专业，让更多的优秀大学生加入新工科的学习之中，相较于传统工科人才，新工科人才创新实践能力强[2]，是具备竞争力的高素质复合型人才[3]，更能满足国家与社会发展的需要。本文结合新工科的教学理念，通过教学实践，重点阐述了传统工科教育与现阶段工科生在学习成长过程中所面临的主要问题，并提出了解决问题的对策。

一、社会需求与传统院校教学存在矛盾

（一）学生知识体系构成不完整，很难让学生成为社会需要的复合型人才

现如今传统产品已经大量成熟与定型，随着PLM系统的投入运行，一些大型企业的设计部门，只需要少量固定的能够熟练操作PLM系统的订单专员和工程师，即可根据客户需求快速完成订单。传统的设计板块已不再需要什么新人，取而代之的则是能够开发新品，填补技术空白与扩展新业务板块的高素质复合型人才。但工科所需学习的知识门类与知识点多，传统教学存在机械性、单一性等问题，导致学生在学习过程中缺乏目标性，很难构成完整的知识体系。由于有不少学生选择考研，他们把大量的精力全部用在考研的那几门课的学习中，忽略了其他专业课程的重要性，导致了学习的片面性，不可能把本专业所学构建成自身的知识体系框架，更不可能成长为社会所需要的复合型人才。

（二）新型装备实践操作能力不具备，无法满足生产需求

以现代工业生产为例，像传统的一线人工操作，例如打胶、抛光及点焊等基础工作已经被自动化、智能化装备所替代，这要求广大的院校毕业生在进入一线后就具备处理现场自动化、智能化设备问题的能力。由于数控设备加工效率高，早在十多年前，普通设备就已经大量被数控设备所取代。但现今院校实操教学还是停留在普通设备的操作教学之上，对于自动化数控设备的实操教学涉及甚少，导致学生操作能力无法满足社会生产需求。

二、基于新工科理念下的问题解决策略

（一）基础知识结构形成阶段的教学模式改变

1. 相关内容，重点知识，互联式传授

大一时期主要是公共基础课的学习时期，这一时期不仅是对中学知识进行总结的时期，也是将中学知识与大学基础知识相结合的时期，在学习过程中，教师要引导学生学会对所学知识进行联系与整合。以数学为例，工科生要学习高等数学、线性代数、概率论与数理统计等基础课程，这几门课的学习周期长，挂科率高，学生大多是为了考试而疲于奔命，往往考完试后不久就忘记了，常常是学了后面忘了前面，更谈不上形成自身的知识体系。因此，对于课程设置，建议首先将高等数学，线性代数、概率论与数理统计等这几门的重点及相互联系的内容提炼出来，做成一门“综合课程”，如“数学综合课程”。教师不仅要告诉工科生需要学习哪些数学课程，让学生心中有数，还要让他们知道这些课程在实际应用过程中的相互联系。

2. “菜单”式课程开设

大学生有充分的业余时间，学校应鼓励大学生，让他们提前学习相关必修课程。在这一过程中，学校可根据学生需要，采取“菜单”式教学模式，对他们在学习过程中遇到的问题给予及时的解答。这不仅能让他们提前获得相应学分，而且可以让他们在自学过程中结合综合教学的学习内容，尽快形成自身的基础知识体系。这个基础知识体系的完成也是今后学生形成自身完整专业知识体系的前提。

（二）专业知识教学模式改变

1. 大一时期除了公共基础课外，还有一些专业课程如画法几何、CAD、三维建模等。这些课程是与公共基础课紧密联系的。例如在三维建模过程中的参数化建模与数学函数结合甚密，编程中所需要的算法与线性代数和数理统计联系甚广等等。对于这些内容，教师完全可以根据学生的学习进度在综合课程传授中逐步加以介绍，让学生在自学与实际应用过程中，充分发挥自己的主观能动性，在理論联系实际的环境中成长。

2. 学校应采取多样形式，让学生有机会检验与提升基础知识及专业知识掌握水平。教师可开展相应的基础学科竞赛，如数学竞赛、数学建模竞赛等，让学科竞赛与学生的绩点和奖学金挂钩，鼓励学生踊跃报名参加，让学生在实战中锤炼自己。这样既检验了学生知识储备的情况，又培养了学生不怕挫折，勇于实践，迎难而上的优秀品质，让学生挑战自我，提升自我。

（三）应用能力培养的教学模式的改变

任何的理论只有转化为实际应用才能算得上是有用，这就需要有理论与实际相结合的过程，大二时期的学习，正是该过程的体现。在这一时期，学生不仅要学完所有的公共基础知识而且要学完相应的专业基础知识。以机械自动化专业为例，他们不仅要学习数学，物理等公共基础知识，还要学习工程力学、材料力学、电工电子等专业基础课。这是公共基础理论与专业实践相结合的过程，在这一阶段，学生不仅要学会使用相关的专业基础理论，能进行相应的工程计算，而且需要获取数学建模与公式推导的能力，也就是理论应用能力。理论应用能力是工科学生走向社会最为重要的能力。对于那些今后想从事科研及新品研发的学生来说，理论应用能力尤为重要。

在这一阶段，学校可以为学生开设交叉学科课程，如“数学建模”“数学物理”等。学校还可以让教师，或请大型公司专业科研人员，为学生举办有关实践中各专业相互联系的讲座。通过一系列举措，让工科生逐步具备多学科能相互联系的思维方式，建立起理论联系实际的多学科交叉结合的知识体系。这一过程不仅能锻炼学生的洞察力，让他们在掌握必要信息的基础上，经过初步分析能迅速抓住问题的主要矛盾，把握解决问题的方向，提升他们的直觉，让他们对新事物本质产生敏锐的理解与判断，获得对结果准确的预见性，进而在这一过程中获取科研方向的灵感。为了促进学生专业知识在实践应用能力中的提升，学校可以开展相应的专业竞赛。如航模竞赛、RobotMaster机器人大赛等，鼓励学生积极参加，让他们在竞赛中逐步提升理论结合实际的能力。

（四）实践应用方面培养

大三是工科生学习专业课的重要时期，这一时期学生不仅要学好专业核心知识，而且要对本专业的产业结构有总体的了解。这时期，学生要结合自身特点，逐渐明确自身的发展方向，认清这是关系到自身未来发展的关键问题。作为专业课老师，在教学过程中要尽量结合实际案例来进行分析。平时的考核也要尽可能多地选择与实践相结合的综合性技术问题，增加课程设计在教育教学中的比例。学校也要积极开展校企合作，让学生树立实战化的概念，在业余时间接触社会，根据自己所学，解决企业所面临的技术问题，让学生在校企合作的过程中逐渐学会团队精神与独立自主的科研能力，逐渐让学生明确自身的发展方向。在专业核心课程学习接近尾声时，还需要开设一门综合性课程，专门讲解本专业各类技术及产业链之间的联系，指明本行业的现状和未来的发展方向，让学生对自己的未来的规划做到心中有数。

（五）自身发展规划能力的培养

到了大四，所有的课程就已接近尾声。老师可以通过指导学生毕业设计来了解学生的学习情况，通过与学生的沟通交流，帮助他们解决目标实现过程中所面临的难题与困惑。根据学生所面临的问题进行总结，查漏补缺，定期帮他们解答。这一阶段老师可根据学生情况总结自己在教学过程中的存在的问题与不足，并做出相应的改进。对于学生而言也同样如此。这一阶段也是运行与反馈相结合的阶段。师生在这一过程中逐步形成执行反馈与控制的闭环系统，最终让学生形成完整的知识体系，对未来做出合理规划。

三、基于新工科理念下的教学实践体会

1. 实战化教学

以SolidWorks三维建模教学为例，第一步是让学生学会安装SolidWorks三维建模软件，从零基础学习开始，用PPT给学生讲解每一步的安装过程，让学生跟着老师一步步安装直到全部安装成功。之后，将SolidWorks的标准件插件：迈迪工具集模块的安装软件与安装教程发送给学生让他们根据安装教程自行安装。对于无法自行安装成功的学生，让他们去找安装成功的学生帮忙解决，这样既能很好地完成教学任务，又能培养他们团结合作互相帮助的品质。最后教师在大屏幕上自行演示迈迪工具集的安装全过程，让学生温故而知新。在教学过程中，从单纯的三维建模软件的安装到解决问题能力的培养，这样的实战化教学培养了学生独立自主，互相帮助的优秀品质。

2. 综合一体化教学

对于机械专业的学生，形位公差与粗糙度的标注对于他们既是重点又是难点。很多学生的理解与标注都不到位。因此教师在教学中，要直接以工业实际生产为例，跟学生讲解如何选择与标注形位公差和粗糙度、如何编制图号等。在这一过程中逐步给学生灌输标准化与模块化的概念。教师让他们制定常用模块，在今后的绘图过程中直接调用以提高绘图效率。最后在交大作业时，教师可以根据工业实际中遇到的问题，让学生在没有教师提示的情况下，学会自行解决问题。如教师可以故意将自己的软件版本安装成低版本，这会导致学生在上交作业后出现无法打开的情况。这就是模拟现实社会中，不同厂家之间在技术交流过程中经常发生的版本不兼容而打不开的情形，教师可以借对学生“设坎”，让学生学会在今后上传资料时有意识地将资料转换为对方可以打开的模式，避免不必要的麻烦。以此提升学生走入社会胜任岗位的能力。

实战化与综合一体化的教学模式，不仅让学生在学习过程中学会了专业知识，而且培养了学生独立自主，互相帮助，迎难而上的团队合作精神，更重要的是培养了学生能根据实际情况解决问题的能力。

四、结语

教育改革是教育发展的根本动力[4]。作为一线教育工作者，只有响应时代需求，全面贯彻新工科教育理念，在大学各个时期，结合现今工业实际发展状况，对学生进行培养，才能让学生具备扎实的基础，形成完整的知识体系，对自己发展能做出合理判断与规划的能力。这样的大学，才能培养出符合时代需求的高素质复合型人才，才能讓毕业生在新时代复杂的社会环境中立于不败之地[5]。

参考文献：

[1] 孙康宁，刘会霞，杨平，等. 面向新工科的微课程体系和新形态课程研究与实践[J]. 高等工程教育研究，2021（03）：44-48.

[2] 孙康宁，于化东，梁延德. 基于新工科的知识、能力、实践、创新一体化培养教学模式探讨[J]. 中国大学教学，2019（03）：93-96.

[3] 孙康宁，李爱民，张景德，等. 大学生实践、创新、创业一体化训练模式与能力叠加效应探究[J]. 中国大学教学，2017（03）：74-79.

[4] 林健.新工科专业课程体系改革和课程建设[J]. 高等工程教育研究，2020（01）：1-13+24.

[5] 吴爱华，侯勇峰，杨秋波，等. 加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J]. 高等工程教育研究，2017（01）：1-9.

（荐稿人：王婷，新疆农业大学外国语学院副教授）

（责任编辑：汪旦旦）