何利華 倪敬

摘 要：摘 要：智能制造已經(jīng)在全球范圍內(nèi)成為了大趨勢。本文就“智能制造”背景下新工科人才的跨學(xué)科培養(yǎng)方法的探索與研究，分析了跨學(xué)科協(xié)同培養(yǎng)新工科人才的必要性以及國內(nèi)外工科人才教育現(xiàn)狀，探討了新工科人才的跨學(xué)科協(xié)同培養(yǎng)方法，重點(diǎn)結(jié)合“任務(wù)驅(qū)動（項(xiàng)目+競賽）”的培養(yǎng)模式，將培養(yǎng)“機(jī)械+”交叉復(fù)合型新工科人才作為最終目標(biāo)，逐漸形成機(jī)械與材料工程、機(jī)械與管理工程等全面發(fā)展與個性發(fā)展相結(jié)合的素質(zhì)教育模式。

關(guān)鍵詞：智能制造;跨學(xué)科;新工科;人才培養(yǎng)

智能制造成為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的前沿技術(shù)，那么與之相適應(yīng)的創(chuàng)新型拔尖人才培養(yǎng)必然需要加強(qiáng)，從而推動產(chǎn)業(yè)升級，提升國家核心競爭力，實(shí)現(xiàn)國家戰(zhàn)略目標(biāo)。大學(xué)作為高等教育主要陣地，必須意識到在智能制造領(lǐng)域中，只有培養(yǎng)能同時(shí)滿足不同學(xué)科不同層次需求的人才，才能順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。

一、跨學(xué)科協(xié)同培養(yǎng)新工科人才的必要性分析

（一）順應(yīng)時(shí)代發(fā)展、符合國家戰(zhàn)略

新形勢下的國際經(jīng)濟(jì)與制造業(yè)環(huán)境發(fā)生了變化，德國聯(lián)邦教研部與聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部于2013年推出了“工業(yè)4.0”，利用物聯(lián)信息系統(tǒng)將生產(chǎn)中的供應(yīng)、制造、銷售信息數(shù)據(jù)化、智慧化，隨后被列入了《德國2020高技術(shù)戰(zhàn)略》，成為其中十大未來項(xiàng)目之一。日美在自身已有的強(qiáng)工業(yè)基礎(chǔ)之上相繼參與領(lǐng)銜“工業(yè)4.0”，繼而英、印、加、南非等國家也開始紛紛提出與“工業(yè)4.0”相對應(yīng)的工業(yè)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略規(guī)劃。為此，我國也在自身內(nèi)在需求（經(jīng)濟(jì)發(fā)展、民生發(fā)展等）和外在動力（技術(shù)水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等）的雙重推動下于2015年推出《中國制造2025》，把智能制造作為主攻方向，隨后國務(wù)院又于2017年實(shí)施《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出加快推進(jìn)并實(shí)現(xiàn)智能制造[1]。

（二）應(yīng)對我國新工科教育的改革

我國高等教育改革從2017年開始全面鋪開：加快推進(jìn)“雙一流”建設(shè)，加強(qiáng)改進(jìn)新形勢下高校思政教育，深化產(chǎn)教融合、課程體系、課堂教育等改革。工程教育作為連接高等教育和工業(yè)應(yīng)用的最直接紐帶，已受到國家教育部的高度重視，改革理念包括提出新工科概念。相較于傳統(tǒng)的工科，新工科更加倡導(dǎo)與產(chǎn)業(yè)互通互融，與學(xué)科交叉相融，與創(chuàng)業(yè)互建體系，更加注重學(xué)生的家國情懷和全球視野。美國國家工程學(xué)會指出，未來的工科畢業(yè)生在立足具體知識和專業(yè)學(xué)科的基礎(chǔ)上，應(yīng)具備較強(qiáng)的分析能力、發(fā)現(xiàn)問題能力、解決問題能力等。

因此，探索“智能制造”背景下新工科人才的跨學(xué)科培養(yǎng)，是我國工科教育應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，落實(shí)“中國制造2025”“互聯(lián)網(wǎng)+”“一帶一路”等國家戰(zhàn)略，探索新時(shí)代下工程教育人才培養(yǎng)的“新模式”?？梢姡渲匾院捅匾圆谎远?。

二、國內(nèi)外工科人才教育現(xiàn)狀分析

（一）國外工科教育相關(guān)研究

國外很早就在工科教育、工程教育等方面作了較為完善的研究。美國Michael Grubbs等從基礎(chǔ)教育及其形式的角度出發(fā)，提出將工程理論與實(shí)踐融入小學(xué)、初中、高中等基礎(chǔ)教育學(xué)科目錄，使學(xué)生在青少年階段就可以近距離感受更為真實(shí)和有意義的工程活動，培養(yǎng)現(xiàn)實(shí)工程批判思維能力[2]。隨著德國工業(yè)4.0的提出，墨西哥Ramirez-Mendoza提出了引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)工程教育，顛覆傳統(tǒng)的被動式教育模式，以此來迅速應(yīng)對環(huán)境的改變[3]。日本齊藤智樹也提出教育不必受學(xué)科的限制，特別強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)與實(shí)踐類教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，而在當(dāng)前我們正處于技術(shù)高度且快速變革的時(shí)代，由智能制造引出的工程教育改革問題必須在高等教育中得到體現(xiàn)[4]。

高等教育應(yīng)該緊跟時(shí)代發(fā)展的腳步，利用技術(shù)與新型教學(xué)技術(shù)創(chuàng)新、測試新型教學(xué)方法來推動我國高等教育模式的轉(zhuǎn)變。新型教學(xué)模式應(yīng)首先關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，結(jié)合先進(jìn)的教學(xué)技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生探索基于現(xiàn)實(shí)世界的活動，要求學(xué)生提出問題的解決方案，形成了如基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，PBL）和基于項(xiàng)目導(dǎo)向?qū)W習(xí)（Project-Oriented Learning，POL）的教育模式。Elias Pekkola等針對芬蘭教育體系展開研究，特別是國家發(fā)展策略、首都的地域優(yōu)勢、國家產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向?qū)μ古謇椎墓I(yè)發(fā)展起到了作用，繼而引導(dǎo)國家建立的高等教育院校（如坦佩雷大學(xué)）調(diào)整教學(xué)模式來適應(yīng)當(dāng)?shù)氐墓I(yè)發(fā)展，服務(wù)當(dāng)?shù)氐钠髽I(yè)建設(shè)，達(dá)到協(xié)同增長的目的[5]。

（二）國內(nèi)“新工科”相關(guān)研究

為主動應(yīng)對《中國制造2025》的國家戰(zhàn)略，教育部從2017年2月開始積極推進(jìn)“新工科”建設(shè)，形成了復(fù)旦共識、天大行動和北京指南。對此，國家高等教育工作者紛紛展開探討與實(shí)踐。天津大學(xué)校長鐘登華院士對于“新工科”的內(nèi)涵提出了相應(yīng)的見解，他認(rèn)為當(dāng)前卓越工程人才的培養(yǎng)應(yīng)當(dāng)繼往開來，順應(yīng)時(shí)代的變化，以立德樹人為中心，交叉融合、協(xié)調(diào)共享[6]。李華等認(rèn)為“新工科”可表述為“工科+”，即在工程教育中植入新理念、新模式、新技術(shù)等核心要素，使其更加符合科學(xué)發(fā)展規(guī)律并適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展[6]。

此外，“新工科”帶來的工程教育反思必須正視教育發(fā)展路徑以及教育實(shí)踐案例。顧佩華從工程和工程教育發(fā)展的歷史視角出發(fā)，通過共同學(xué)習(xí)和相互借鑒，建立適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新工程教育范式，使工程教育隨科技和社會的進(jìn)步產(chǎn)生新的釋義和理解，形成一種可傳承和漸變的工程教育范式[8]。

三、新工科人才的跨學(xué)科協(xié)同培養(yǎng)方法探索

探索“智能制造”背景下新工科人才的跨學(xué)科協(xié)同培養(yǎng)方法，應(yīng)鼓勵學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)并勇于參與國家科研項(xiàng)目，重點(diǎn)結(jié)合“任務(wù)驅(qū)動（項(xiàng)目+競賽）”的培養(yǎng)模式，充分發(fā)揮我校學(xué)科優(yōu)勢，將培養(yǎng)“機(jī)械+”交叉復(fù)合型新工科人才作為最終目標(biāo)，逐漸形成機(jī)械與材料工程、機(jī)械與管理工程等全面發(fā)展與個性發(fā)展相結(jié)合的素質(zhì)教育模式。本文主要圍繞新工科人才培養(yǎng)理念、方法、模式等三個方面的內(nèi)容展開。

（一）新工科人才培養(yǎng)理念——“T”型人才

現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展僅靠單一的專業(yè)知識已不能適應(yīng)現(xiàn)實(shí)對學(xué)生的要求?！癟”型人才培養(yǎng)理念就是指工科學(xué)生不僅需要掌握本專業(yè)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)知識和工程專業(yè)技能，還要有一定的跨學(xué)科知識來解決復(fù)雜工程問題。為了實(shí)現(xiàn)這一培養(yǎng)理念，本文提出引入“綠色納米切削液的基礎(chǔ)應(yīng)用與研究”項(xiàng)目，分別進(jìn)行縱向（“”）和橫向（”）技能培養(yǎng)，一方面不斷深入學(xué)習(xí)機(jī)械工程領(lǐng)域理論基礎(chǔ)和技術(shù)技能，達(dá)到系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)優(yōu)化等能力，另一方面還需學(xué)習(xí)適用于研究項(xiàng)目的化學(xué)、材料、管理等理論知識，在應(yīng)對復(fù)雜工程問題時(shí)充分表現(xiàn)出自身的領(lǐng)導(dǎo)力、決斷力、創(chuàng)新力，提出系統(tǒng)的完全的解決方案。

（二）新工科人才培養(yǎng)方法——“PBL”教學(xué)法

PBL情景式教學(xué)法充分考慮現(xiàn)實(shí)問題或項(xiàng)目，與自身的學(xué)科知識和實(shí)踐能力相結(jié)合，團(tuán)隊(duì)配合解決各種問題，使學(xué)生在探究、溝通、創(chuàng)新、協(xié)作過程中提升自我。本文擬圍繞引入的“綠色納米切削液的基礎(chǔ)應(yīng)用與研究”項(xiàng)目，進(jìn)一步開發(fā)出以問題Problem——“什么是綠色納米切削液”、項(xiàng)目Project——“實(shí)現(xiàn)高性能綠色納米切削液的方法”、產(chǎn)品Product——“配制一種高性能綠色納米切削液”為導(dǎo)向的P立方學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生主動探究和思考問題，能在大學(xué)階段有針對性、有目標(biāo)性地學(xué)習(xí)、推理、思考，最終掌握和實(shí)現(xiàn)解決復(fù)雜工程問題的能力。

（三）新工科人才培養(yǎng)模式——“OBE”教育模式

OBE（Outcomes-based Education）教育模式重點(diǎn)評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)出，圍繞“預(yù)期定義—過程實(shí)現(xiàn)—結(jié)果評價(jià)”這條主線展開。本文基于擬引入的“綠色納米切削液的基礎(chǔ)應(yīng)用與研究”項(xiàng)目，要求首先清楚定義能力產(chǎn)出概念，充分結(jié)合學(xué)校各項(xiàng)學(xué)生項(xiàng)目申報(bào)、競賽安排，層層分解，從項(xiàng)目和競賽中提煉出新工科人才培養(yǎng)所應(yīng)具備的能力要求;之后依據(jù)學(xué)生已掌握的學(xué)習(xí)能力來“反向設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容和教學(xué)方法，以適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)要求，將相應(yīng)的能力導(dǎo)入各課程體系，增強(qiáng)學(xué)生在課程體系中繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)與學(xué)生預(yù)期產(chǎn)出相匹配的學(xué)習(xí)效果，最終達(dá)到無縫對接。

四、結(jié)語

發(fā)展新型交叉學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，要求我們必須在“智能制造”背景下，在機(jī)械學(xué)科的基礎(chǔ)上，融合材料工程、掌握電子信息工程、自動控制工程、計(jì)算機(jī)工程和工業(yè)工程等多領(lǐng)域?qū)W科，同時(shí)包括數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)，還將引入云計(jì)算和大數(shù)據(jù)，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)?！爸悄苤圃臁痹诓粩嗤七M(jìn)我國制造業(yè)技術(shù)向更高端更先進(jìn)的方向前行，高校作為新工科人才培養(yǎng)的主要基地，更應(yīng)聚焦智能制造領(lǐng)域，在學(xué)科集成、能力創(chuàng)新等方面順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，探索出一套多學(xué)科交叉融合的復(fù)合型人才培養(yǎng)方法。

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基金項(xiàng)目：杭州電子科技大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（YBJG201921）;浙江省自然科學(xué)基金探索項(xiàng)目Q（LQ20E050012）

作者簡介：何利華（1987— ），男，漢族，浙江杭州人，博士研究生，講師，從事綠色納米液滴的表界面演化及動力學(xué)研究、高等教育研究。