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天富注册登录:智能制造时代,怎么培养未来工程师

作者:天富注册登录发布时间: 2023-05-22 浏览次数:

原标题:智能制造时代,怎么培养未来工程师

  在世界新一轮科技革命和产业变革中,第四次工业革命的发展给高校工程实践教育带来了新的挑战。但工科教育想要跳出传统教学模式窠臼,还存在若干问题。面对工科人才培养困局,高校管理者和教师也在不断寻求解题思路,在探索的过程中发现问题,解决问题。

  习近平总书记指出,要培养大批卓越工程师,努力建设一支爱党报国、敬业奉献、具有突出技术创新能力、善于解决复杂工程问题的工程师队伍。

  为此,中青报·中青网记者采访了多位与工科教育相关的教育工作者,共同探讨如何实现这一目标。

  学生:解决实际问题的能力必须增强

  自2017年教育部推进新工科建设以来,“复旦共识”“天大行动”“北京指南”……各种各样的解题思路都在被探索着。首先聚焦的点,就是如何培养学生发现与解决工程问题的能力。

  “对工科教育而言,仅仅靠理论课培养不出拔尖创新人才和卓越工程师,一定要重视工程训练。”华中科技大学工程实践创新中心书记李昕对中青报·中青网记者说。

  从卓越工程师能力培养的角度上看,传统以理论为主导的工程教育重理论轻实践,导致毕业生的工程创新能力缺乏。

  李昕认为,解决工程技术问题,需要综合运用多种专业知识。工程教育绝不能满足于专门知识和具体经验的纵向累积,必须有意识地将各类知识融会贯通,构成有机的知识网络。

  另外,学校还要面向工程实际,保障耗材投入,“以真刀实枪磨炼人”。

  “考核一所高校重不重视实践环节,要看它真正用在学生身上的实践耗材是多少。要看学校财务报表,每年学生实践耗材究竟花了多少钱。”李昕说,“坚持生均耗材经费投入是衡量实践教学是否得到保障的重要指标,要让大学生有足够的工程训练机会。”

  在西安交通大学,未来技术学院为破解工科人才培养困局,探索出了一条创新路径:让企业的研究中心扎根在校园,企业来命题,让工程技术人才和教师、学生共同解题,推动理论化和工程化结合。

  西安交通大学未来技术学院执行院长王小华对中青报·中青网记者说:“要在‘枪炮声’中研究真问题,开展真科研,产出真成果,通过有组织科研,用‘科学家+工程师’联合模式在科技创新实践中培养创新人才。”

  王小华认为,产教融合是一个国家性命题,一部分企业家有情怀、有意愿,那么学校要想办法引进企业,引入投资,让企业人员、教师、学生能够形成合力,促进前沿科学问题取得突破。

  如何培养工科学生解决实际问题的能力?四川大学教务处一位教师告诉记者,四川大学做过系列探索,比如创建产业特区计划,让企业提供“命题作业”,由老师进行问题拆解,让本科生组建团队用现有的知识去解决,在破题之中理解前沿产业的需求。此外,围绕卓越工程师培养计划,学校会定期安排学生去往长三角等经济发达地区实习,感知产业最前沿的发展情况。

  南方科技大学系统设计与智能制造学院副院长、讲席教授周利民同样在思考,创建什么样模式,或者是什么样新的体系,可以不同于传统工科的培养模式,有效培养学生解决实际问题的能力。他向中青报·中青网记者介绍了南科大在工程教育改革方面进行的实践。

  据周利民介绍,南科大系统设计与智能制造学院于2018年底成立,在设定整个培养方案时,立足教育的根本规律,融入工程的本质属性,将“在多学科融合中实现工程知识与综合能力的同步培养”的人才培养理念贯彻到课程建设、教师教学、学生评价的每一个环节;为复合型领军人才的培养创造一个设计与工程深度融合、理论与实践交替进行、知能与价值融会贯通的物理与心理环境。

  该学院的项目引导式教学颇有特色:每门专业课,都要求教师用项目或产品当中的结构、功能,与这门课主要知识点连接起来,教师要花时间设计项目。但这种模式并非一个项目一门课,项目有课程项目,也有综合项目,后者即几门课合起来做一个项目。

  周利民给记者展示的项目范例中,包括轮椅、专门为女性设计的自行车、自动喂养牛犊的机器人等等。在他看来,新的工业革命催生多学科交叉融合,这些交叉融合又促使一些新的技术,以AI为代表,颠覆性地“对工程教育产生了的影响”。在这种情况下,学生入学时选择了感兴趣的方向,毕业的时候,这个方向可能就已经不再是其感兴趣的。

  “通过多学科融合、产教深度融合、专业化,三阶段培养工业设计的人才。”周利民说。

  教师:传统的教学模式必须改变

  天津大学化工学院教授、新工科教育中心办公室主任夏淑倩提到了一种情况:有的学生宁愿选择有固定答案的、更容易得高分的考试方式,也不愿意进竞争性平台。

  “应试教育模式下成长起来的学生,也以考试的评价为准,所以有些学生高考也许考得还不错,但是你把他放到多学科交叉融合、项目式教学的平台上,他也未必适应。还有的学生觉得,自己付出很大的努力,到最后也许学到真本事了,但是拿不到保研资格,他也会很纠结。这是我们做项目式教学以来,很多学生,甚至是高分入选的学生,存在的一些困惑。”夏淑倩对中青报·中青网记者说。

  在新工科改革的这5年中,夏淑倩发现,一些学生希望要标准答案,希望奔着这个标准答案去努力学,可以得高分,得了高分以后就可以保研,然后一路顺畅地走下去。

  对于这个问题,天津大学化工学院的“解题思路”是,设立新工科本研贯通领军班,取消过去按照百分比给予保研指标的方式,改为“绝对分”模式。学生所学课程最终平均分达到某个值,即可获得保研资格,“鼓励学生之间互相合作,养成团队合作的习惯,而不是互相拆台”。两届学生的试点效果显示,这几个班的学风“非常好”,一起参加竞赛,一起完成项目。

  但夏淑倩坦承,之所以能够在化工学院进行试点本研贯通班,是因为天大化工本身就是优势学科,师资力量较强,本身体量也比较大,有底气拿保研指标进行资源上的倾斜。

  “所以现在还只能算是试点,有各种各样的限制,还正在进行制度等方面的探索。”她说。

  工程实践教育在发展的道路上,不断遇到新问题,这些问题也不断被想方设法解决着。在这个过程中,每个人都像是在摸着石头过河。比如,项目报告是否能彻底取代毕业论文?新工科背景下的专业认证标准,也还没能完全达成共识。

  在考核方式方面,南科大系统设计与智能制造学院也进行了“大胆”且“比较彻底”的改革,即取消期末考试,“用过程式的考核方式,代替了总结形式的考试”。

  据周利民介绍,教师团队组成是多学科背景的,其中专任教师负责授课,项目工程师团队辅导学生的项目实践,上课过程中有学生担任助教,高年级学生或者研究生会跟着低年级学生做项目,同时也对学生进行考核。

  新工科的学生每隔一到两周会进行一次考核,评估主体是教授、项目工程师、助教与学生互评;评估内容包括知识获取、思维技巧、学习动机、动手能力、态度责任、沟通能力、项目执行等7个部分;评估工具包括随堂测试、项目汇报、项目视频,课堂作业、课堂表现,以及读书笔记。

  每次考核都会给学生反馈成绩雷达图与教师评语,告知每位学生学业表现,并有针对性地给出建议。

  “老师怎么教是一个很重要的问题。”周利民认为,新工科改革后,老师在课程教学中更多是要帮助学生形成创造性思维、扩展视野,在项目式教学中关联知识,而不是聚焦在繁琐的知识点灌输上。

  原始的讲课方式在改变,教师的角色也在慢慢转变为“教练”甚至“导游”,给学生指出方向,鼓励学生自学。

  “每年做项目汇报时,当我们看到学生做的产品有一些结构是课程没有教过他们的,但他们自学然后用到了,我天富平台们就会特别高兴。”在第58·59届中国高等教育博览会上,周利民感慨,“项目式教学的场景和环境,给学生提供了锻炼能力的机会,所以我们要做的就是给他们创造这样的环境。”

  在这种老师和学生“零距离接触”的实践教学模式中,老师需要全程陪伴,因材施教,频繁反馈,周利民也承认,这需要老师们“花非常多的时间”。

  在天津大学,项目式教学的结业成果也包括项目报告,每个人的贡献都要在其中呈现。在夏淑倩看来,整个过程中谁投入多,谁贡献大,需要老师去“实时关注”。

  “老师的投入就非常重要了,”她说,“在项目式教学这种人才培养过程中,老师的工作量是巨大的,和传统的带着一个课本去上课,上完课就出一张闭卷的考试卷子这种模式,投入是明显不一样的。”

  在这种情况下,如何量化老师的工作量,怎样正确评价老师的投入,也成为“非常关键”的问题。

  “如果工科老师只是追求发表论文,带着研究生去发表论文,要简单得多,因为这样老师只需要和几个研究生去攻克一个问题就可以了。然而工科老师要投入教学,复杂程度就要大得多,影响因素更多。”

  一方面,学校需要鼓励老师投入教学,另一方面,学校也需要面临“工科老师到底具不具有自己解决复杂工程问题的能力”,用夏淑倩的话来说,即“能不能教好的问题”。

  夏淑倩提到,事实上,不同学校都用不同的方法在尝试解决这个问题,许多学校都设置了专门投入工程教育改革的老师,设计了新的工作量化方案。但在夏淑倩看来,目前这些解决方案,都只能算是改革过程中的“一点举措而已”,暂时还都不具备大面积推广的普适性。

  “只能算是试点,还需要更多的管理制度和体制机制的改革。”她说。

  学校:管理模式必须重新进行顶层设计

  用李昕的话说,既不能用昨天的知识培养明天的建设者,也不能用一成不变的教学方案教育全校不同专业的学生。

  据介绍,目前华中科技大学工程实践创新中心有4个实验室21个车间。面向全校各专业一、二年级本科生开设的“工程训练”课程是通识性实践教学,也是工程实践教育必修课程,其课程结构由工艺基础训练和综合集成训练两类教学环节组成。其中,工艺基础训练设有36个实践项目,占课程总学时的三分之二,综合集成训练则包括25个实践项目,3到5个学生组团自选不同项目。

  教学实施方案按院系专业定制,不同院系不同专业的“工程训练”课程大纲各有不同;各专业可在规划学时总数内选择个性化的工艺训练单元组合,学生可在限定项目类型中分组自选工程训练综合项目。

  最终,“一院一方案,一生一课表”。

  在前不久召开的第58·59届中国高等教育博览会上,天津大学党委常委、副校长马新宾以未来智能机器与系统平台和智慧流程工业和产品工程两个校级新工科培养为例,分享了一些经验。

  如今,天津大学的工科新生从入学开始就要接受项目式教学,先“解决自主学习转变”的问题,然后“培养在工程上的严谨态度”,提升其分析、决策能力以及团队协作能力。到了大四,则是把科研和毕业项目结合,让学生学会如何解决复杂工程,综合培养他们的创新能力。而在进行这些改革之前,学生在大一大二的阶段,都是按部就班学习基础课程,等到大三大四才会接触一些项目。

  “目前我们新工科建设项目的课程体系已经覆盖了学校70%的课程,我们希望进一步深度融合,让每个学生能够享受新工科改革的成果。”马新宾说。

  马新宾提到,天津大学未来智能机器与系统平台有一门“设计与建造”课程,正是为落实天大新工科建设方案而开设的。这门课程在天津大学新工科教育中心主任顾佩华院士的指导下,由机械控制管理等学科的老师组成授课团队,面向大一上半学期的新生,是一门项目式课程。

  “老师要进行集体备课,学生在实践中锻炼团队协作沟通。当然,在考核过程中我们也用了新的方法,比如设计方案的陈述、过程的报告、产品的展示,都有不同比例来体现。”马新宾介绍说。

  马新宾还介绍了“天大方案”实施以来的另一个成功范例,即“海陆空智能无人系统的安全巡查平台”。

  天津大学海陆空智能无人系统安全巡查平台新工科毕业设计项目,是天大跨学院、跨学科、跨专业团队开展的一次毕业设计项目。在教务处统一要求和管理下,由新工科教育中心牵头,这一项目依托天津大学无人驾驶交叉中心,由多个学院的教师和管理人员共同参与。

  5辆无人驾驶全地形车、5条无人驾驶快艇、10架无人机,共同组成了这个海陆空协同无人探测与追踪平台。在经历了将近5年滚动建设后,它能够对天大新校区全域全天候进行安全和环卫方面的监控与快速响应。整个项目设6个研究方向,每个方向设3到5个研究任务,共24个研究任务。

  不过,新工科的“天大方案”实施以来也遇到了一些问题。夏淑倩告诉中青报·中青网记者,目前,多学科交叉融合在实践中仍然存在一定困难。学校的传统管理模式以院系为单位,在全校范围内大规模推广学科交叉的话,需要对管理模式重新进行顶层设计。“人事考核、组织模式等等,各方面都需要考虑。”她说。

  “过去我们学生学一个专业,或者学一个技术,可以吃一辈子,将来这个可能是做不到的。”周利民认为,未来社会对人才的需求是动态的,大学教育应当做到的是,能够帮助年轻一代在未来激荡的产业革命时代不沮丧,不迷茫。

  (记者 张渺 见习记者 杨洁)

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