新工科背景下材料成型及控制工程专业课程体系及CDIO教学模式构建

程振邦 张鹏 周宇 王洪新

摘 要：新工科建设是高等教育改革的必然路径，为地方应用型大学的发展提供了机遇。本文根据新工科的内涵要求，针对材料成型及控制工程专业，结合我校的实际情况，提出对专业课程体系和教学模式率先进行改革，对推动新工科背景下专业建设具有重要的意义。

关键词：新工科;材料成型及控制工程;专业课程体系;CDIO教学模式

1 绪论

新一轮科技革命与产业变革正在加速演进[1-3]，教育部要求“要把新工科建设作为引领高等教育改革的有力抓手”，以服务创新驱动发展、“中国制造2025”“互联网+”等国家战略需求，支撑以新技术、新业态、新产业、新模式为特点的新经济蓬勃發展，突破核心关键技术，构筑先发优势，在未来全球创新生态系统中占据战略制高点。这些重大国家战略的实施迫切需要培养大批新兴工程科技人才[4-5]，而培养大批新兴工程科技人才，一方面需主动设置和加快发展一批新兴工科专业;另一方面需推动大批现有工科专业的改革，即以培养适应未来工程发展需求的新工科人才目标，通过对现有传统工科专业的进行全面创新、改造及升级。皖西学院为新建地方本科院校，脱胎于师范专科学校，已开设22个工科专业，涵盖机械、电子、化工、土木等传统工科专业。2014年该校获批成为安徽省高等教育振兴计划<地方应用型高水平大学建设>项目实施高校。通过多年的建设与发展，皖西学院在应用型专业人才培养模式改革、学科专业结构优化建设、双能型师资队伍建设、实践教学体系建设、产学研合作育人体系建设、区域科技创新平台建设、应用型大学特色文化建设、应用型大学治理能力建设等八大领域取得了明显的发展和一定的突破。皖西学院所在地是安徽省六安市。六安市政府部门已正式印发了《〈中国制造2025安徽篇〉六安市实施方案》。方案明确了六安市将以高端制造、智能制造、绿色制造、精品制造、服务制造为主攻方向，大力推进信息化和工业化的深度融合，围绕特色资源、主导产业，进一步完善产业链条，形成产业集群和竞争优势，着力打造六安制造“升级版”。面对新的形势，如何继续深化工程教育改革，让我校的传统工科“新”起来，以适应地方经济社会发展的需求，引领地方产业、工艺技术的转型升级是当前迫切需解决的主要问题。课程是高等教育的核心要素。先进的教育理念，完备的人才培养方案，都是建立在科学合理地课程目标、恰当的课程内容和灵活的课程实施基础之上的。因此，推动“新工科”工程教育改革的基础还是在于学科体系中课程的改革。新工科背景下应用型本科高校人才培养的实施首先须重视课程改革，建立有效的课程模式。而专业核心课程是根据该专业培养目标的要求，用于提供称为合格的专门人才所必需的专业知识和专业技能的关键主干课程。因此，推动专业核心课程的改革必将成为课程改革中的重中之重。本论文以皖西学院材料成型及控制专业为例，结合六安市政府所制定的《〈中国制造2025安徽篇〉六安市实施方案》，开展新工科背景下应用型本科高校专业核心课程体系及CDIO教学模式构建方面的研究，以期为后续我校“新工科”建设奠定一定的基础。

2 现状

2.1 现状

随着社会对材控专业人才需求量增大，2011年皖西学院成立了材料成型及控制工程专业。材控专业人才培养的目标是培养具备材料成型及控制工程的理论基础，能在模具、焊接、3D打印等领域从事应用开发、工艺设计及设备选型及生产管理等方面工作的高级工程技术人才。皖西学院材料成型及控制工程专业根据六安地区经济发展要求、结合专职教师研究方向开设了三个方向：模具设计与制造方向、焊接成型方向和快速成型方向。模具设计与制造方向要求学生掌握金属材料塑性成型加工的基本理论、模具的计算机辅助设计、模具失效分析、模具制造工艺学等知识的高级技术人才;焊接成型方向培

养掌握焊接成型基本理论、金属材料焊接工艺、检验、设备等知识的高级技术人才。快速成型方向培养掌握快速成型的基本理论、逆向工程技术与三维建模、材料成型计算机模拟等知识的高级技术人才。到目前为止，材控专业已毕业五届学生，平均就业率维持在95%左右。

2.2 存在的问题

2.2.1 专业课程体系固定

目前所设定的专业课程体系较固定，学生不能自主选择的课程。目前，专业核心课程设定为15.5学分。主要核心课程有材料科学基础、材料热力学、材料成型原理、冲压成型工艺与模具设计、塑料成型工艺与模具设计等。各专业方向课程有17.5学分。在教学过程中，过分注重知识体系的完整性，又由于受总学分的控制，导致所有理论课程内容讲解比较浅显。

2.2.2 教材过时，教学模式传统

所使用的教材更新过慢，教材内容缺乏时代性、新颖性。以模具类课程为例，现有的课程几乎不涉及模具发展前沿的东西，对于一些新技术讲解偏少，并且尚未将现代设计方法和先进制造技术融入到专业课程的教学过程中。具体来说，比如塑料成型工艺与模具设计是本专业的核心课程，在培养学生创新能力、应用能力等方面有着其他课程不可替代的重要作用。但目前塑料模课程的教学仍使用陈旧教材。教学模式仍采用老师2D PPT讲授、学生听学的单向模式，缺乏互动，也不能有效的培养学生的创新能力。实验课和实习课也侧重于演示和观摩，学生动手操作环节无法实现全覆盖，不能有效的将理论课程和实践课程结合。

3 专业课程体系建设

3.1 重构课程体系

基于CDIO认证标准，以行业需求为导向，结合卓越工程师培养目标，依据通用人才培养和专业人才培养的标准，借鉴制造业强国培养工程师的成功模式，着重学科间交叉融合，将对学生工程能力培养贯串于整个人才培养过程，同时将政策法规、标准、行业规范、职业素养和创新能力纳入课程知识体系中，重新构建材料成型及控制工程专业课程体系。

3.2 制定新的教学内容

加大科教融合、产教融合力度，深化校企合作人才培养。整合校内机械制造及其自动化、汽车服务工程、材料成型及控制工程三大专业与地方重点企业的资源，打造一批多专业综合性的校企合作金课，重点强化学生的实践的能力。争取将《快速成型技术》《材料成型原理》《模具制造工艺学》等专业必修课程建成校级或省级一流课程，优化提升材料成型及控制工程专业课程的教学内容，开发建设有行业特色的专业课程;持续强化产学研合作平台的作用，增加综合设计性实验项目，丰富第二课堂的内涵。

3.3 加大课程的资源建设与共享

丰富多种课程资源，共享优质专业课程资源，建设在线开放课程，推进课程建设的信息化。学生通过APP就可以进行课程学习和在线测试，满足了学习型社会的基本要求，最大限度地实现优质课程资源的共享与应用。

4 CDIO教学模式构建

21世纪初，一些国际知名大学如美国麻省理工学院，提出了CDIO 工程教育理念和基于CDIO的工程教育模式。CDIO 代表了构思、设计、实现和运作，倡导“做中学”和“基于项目的教育和学习”。CDIO模式是以某项产品的设计制造到产品工作运行失效的全生命过程为载体，培养学生的主动性、实现学生作为主体的参与式学习，培养学生的工程应用能力、自我学习能力、与团队成员相互合作的能力和宏观把控产品发展的调控能力等。CDIO 模式在提高学生的实践能力、团队的合作意识以及创新能力等方面有积极的效果。

结合我校的实际情况，针对材料成型专业不同課程的特点和要求，基于CDIO 理念重新构建了专业核心课程的教学模式。明确构思阶段、设计阶段、实施和操作阶段的具体内容和形式，在课程实施过程中，我校着重突出“一个核心、两个结合、三个层次实践”。一个核心是指培养学生的工程应用能力。两个结合是指，结合课程教学与现场教学、结合课程教学与学科竞赛。三个层次的实践是指专业实验、虚拟仿真设计和工业项目实训。理论教学的内容为本学科的基础原理，重在掌握概念，强化基础。学生工程能力应放在突出的位置来考虑，而基础素质和应用能力是CDIO重要的核心指标，因此须着重强化实践环节的内容，加强培养学生的设计能力和动手能力，要做到不仅能设计出来还能动手做出来。紧紧围绕培养学生的工程应用能力这样一个核心，结合好课程教学与现场教学、学科竞赛，通过三层次的实践，构建一个由课程教学和不同层次实验实践内容构成的完备的CDIO教学模式。通过这些理论和实践环节，培养了学生的自主学习能力、综合分析信息的能力、创新意识、设计动手能力、沟通与表达以及团队合作精神，体现了CDIO 的理念，提高了教学效果，实现具有工程创新能力、人文素质与职业道德标准的应用型工程技术人才的培养目标。

5 结语

在新工科背景下，需要优化提升材料成型及控制工程专业的人才培养方案。本文着重研究了材料成型及控制工程的核心专业课程体系的优化和基于CDIO的教学模式的，以强化学生的创新能力和工程应用能力，以更好地服务于区域和地方经济建设。

参考文献：

[1]薛红波，郑文彧，周嫄.基于机械制造企业视角下的专科生就业力调查——以无锡职业技术学院为例[J].武汉职业技术学院学报，2019，18（01）：29-32.

[2]胡志坚.技术革命的机遇与挑战[J].科技中国，2017（10）：44-45.

[3]吕营，魏丽娜，邓勇新，等.工程科技创新的人才培养模式研究——澳大利亚查尔斯特大学的启示[J].北京科技大学学报：社会科学版，2020（1）：51-56.

[4]汪福俊，陆苏华.“新工科”视域下地方应用型本科高校专业建设研究[J].科学大众（科学教育），2017，000（009）：148-149.

[5]朱鸿运，梁廷君，尹卓君.农业院校工科大学生创新能力提升的路径研究[J].智库时代，2019.

项目：皖西学院校级一般教学研究项目（项目编号：wxxy2018023，wxxy2019071）;安徽省高等学校省级质量工程项目（项目编号：2018jyxm1151，2018jyxm1210）