新工科背景下矿冶类专业工程实践教育改革
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作者:彭志伟 李光辉 郭宇峰 李骞 易凌云 饶明军 苏子键 袁礼顺
摘 要：针对新工科建设要求与矿冶类专业特点，该文从行业需求出发，采用自上而下规划，自下而上反馈的方式，开展以学生为中心、高校为主体、企业为依托和学习成果为导向的矿冶类专业工程实践教育。通过建设面向新工科的实践教学创新平台，构建具有系统性和综合性的实践教学体系，建立学生工程实践能力培养新模式，结合过程科学管理、教学质量评价与监控，对整个实践教学进行宏观调控，形成面向新工科的矿冶类专业工程实践教育创新体系，为培养具有创新精神、实践能力、创业能力和国际竞争能力的高素质工程人才提供保障，并为其他专业工程实践教育提供有益借鉴。
关键词：新工科;矿冶类专业;工程实践;创新体系;新模式
中图分类号：G640 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2022）30-0150-05
Abstract： Given the construction requirements of emerging engineering education and the characteristics of the minerals and metallurgical engineering specialties， this study adopts the pattern of top-down planning and bottom-up feedback to carry out engineering practice education of minerals and metallurgical engineering specialties with students as the center， universities as the main body， enterprises as the support and learning results as the guide based on the demands from industries. The innovative system of engineering practice education for minerals and metallurgical engineering specialties oriented to emerging engineering education is formed by building an practical teaching innovative platform oriented to emerging engineering education， constructing a systematic and comprehensive practical teaching system， establishing a new mode for cultivating students'engineering practice ability， and macro-regulating the whole practice teaching by combining scientific management， evaluation and monitoring of teaching quality during process. It provides guarantee for cultivating high-quality engineering talents with innovative spirit， practical ability， entrepreneurial ability and international competitive ability， and also provides useful reference for engineering practice education of other specialties.
Keywords： emerging engineering education; minerals and metallurgical engineering specialties; engineering practice; innovation system; new mode
践教育是我国高等工科教育过程中不可或缺的重要一环，更是加强在校学生动手操作能力、专业实践能力、科研创新能力、思维分析能力和工程综合素质的重要手段[1-2]。教育部在《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》中指出[3]，“进一步加强高校实践育人工作，是全面落实党的教育方针”，“坚持教育与生产劳动和社会实践相结合，是党的教育方针的重要内容。坚持理论学习、创新思维与社会实践相统一，坚持向实践学习、向人民群众学习，是大学生成长成才的必由之路”[4]。2017年2月底，教育部又发布了《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，进一步强调了新工科背景下实践教育的重要性，对工科教育提出了更高的人才培养要求[5]。新工科日益成为重塑中国高等教育工科化和优化工科人才培养质量的关键内容[6]。随着新工科建设的逐年推进，在校学生实践能力、创新能力、对经济社会工业发展的适应能力及对世界技术的掌握能力的提升刻不容缓。
矿冶类专业属于老工科专业，行业的科技进步和工程演变同时受到专业技术与相关支撑技术的渐进性、突变性的影响。因此，面对新工科建设与要求，矿冶类专业不仅需要继续深化教育改革，加强专业建设，同时还需要及时调整自我定位，转变教育思想和教育观念，积极进行优化改造转型升级，加强专业实用性、交叉性与综合性，培养新世纪下我国经济建设急需的具有创新精神、实践能力、创业能力和国际竞争能力的高素质矿冶工程人才，以解决亟需突破的行业问题[2]。
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工程实践教学和工程应用能力的培养既是矿冶类专业的重要构成部分，更是推进新工科建设的要求。因此，结合专业特点，探索建设面向新工科的矿冶类专业工程实践教育创新体系，如图1所示，克服工程教育过程中的薄弱环节，提升专业教育中的工程性、实践性、创新性和系统性，是提高实践教学水平，培养具有创新意识、富有实践能力和创业能力的高素质尖端人才的重要保障[4]。
一、新工科背景下矿冶类专业工程教育面临的问题
（一）工程实践平台不完善
实践平台是实践教学顺利开展的基础要求，平台的优劣直接影响实践教学的质量与效果。矿冶类专业目前的工程实践培养平台存在组成结构单一，相关实验室、大学生创新实践基地和工程训练中心协同性不高等问题。校外实习基地多为创办多年的传统矿冶企业，随着“互联网+”“中国制造2025”等国家重大战略的出台，需在原有实习平台的基础上，进一步改善设施条件，完善实习模式，提升培养水平。
（二）实践教学内容系统性和综合性不强
矿冶类专业实践教学主要从课程实验、课程设计和校外实习三方面展开，基本能够保证完成本专业学生工程实践教学任务。但是，一方面，在实际开展过程中，专业课程学习存在的局部性与孤立性及各个实验的相对独立性，导致实践操作与工程实际应用缺乏系统性和综合性，从而造成学生的专业理论知识与课外实践具体操作联系较弱，不仅弱化了理论教学内容的实际应用价值，更使得学生在参加各种课程实验、大学生创新创业训练项目及校外实习等创新性实践教学活动过程中难以主动从专业角度出发对遇到的问题进行深入分析、思考与解决，不仅无法有效应对复杂工程问题，更不利于培养学生应对与解决现实工程问题的能力[7]。另一方面，不同阶段的实践教学要求跨度较大，导致实习内容缺乏支撑与贯通，难以充分体现专业知识及实践教学环节对学生实践能力与创新的能力，解决复杂环境工程问题的能力提升难度较大。
（三）实践教学创新性不高
在实践教学过程中，因教学任务需要，实践课程教学设计结构较为简单，导致人才培养模式呈现单一化、趋同化现象[8]。另外，实践教学内容和企业当前发展水平与生产实际及科技发展结合不紧密，存在落后、脱节等问题，造成学生在实践过程中，无法充分发挥基础理论知识整合与应用，更无法激发学生自主学习与探索能力的主观能动性，造成相当部分学生的学习兴趣缺失，专业能力不强。
（四）实践教学重视程度不足
“理论教育先行”的传统思维导致在教学过程中，重视课堂知识学习，忽视课外兴趣培养;重视知识的深度，忽视识的广度[2]。甚至在高等教育大规模扩张的今天，国内很多地方高校教学资源向理论教学倾斜而忽略实践教育的情况仍然存在，这与新时代下新工科的建设以及培养多元化、综合型工程科技人才的要求背道而驰。
（五）工程实践教学过程缺乏管理与监督
在教学评价体系中，对实践教学评价多数仍停留在教学仪器设备、指导教师配备、实验课程与实验开放情况和实验经费保证等指标的考核上，而考核方式仍采用“实验报告定全局”的单一模式，不仅无法准确衡量评价学生的真实水平，更重要的是很少涉及对学生创新能力、实践能力的培养力度及产出效果的考核，导致学生实践能力与创新能力的培养效果难以得到真正保证[4，9]。
二、新工科背景下矿冶类专业工程实践教育改革措施
（一）建设面向新工科的实践教学创新平台
实践教学的质量和水平紧密依赖于实践教学平台的建设和完善。面向新工科的新要求，应主要从两个方面对实践教学平台进行革新。一方面，更新和完善校内实践教学基地，尤其是面向国际创新合作的具有跨学科特征的实验室平台。实践基地是开展实践教学的主要场所，完善内容主要包括：（1）平台师资优化配置;（2）教学科研设备的升级换代;（3）实验功能分区优化;（4）实验环境整体提升;（5）信息管理系统升级。其中，最重要的是平台师资的优化配置，教师在课程教育与实践教学中扮演重要角色，师资队伍的状况直接影响到培养学生的质量[10]。实践教学平台师资的安排分配也应遵循“因材施教”原则。由具有国际视野的“双师型”高校专业教师承担实践教育课程教学工作，由具有丰富工作经验和扎实理论基础的高校任聘企业技术人员作为兼职教师协助指导实习、毕业设计及大学生创新创业训练项目等实践性教学工作，由技能过硬的实验管理人员协助开展相关专题实验和实训工作，充分发挥“术业有专攻”的专业教师在教育教学中的关键作用，实现知识理论、工程实践教育与实践研究的有机结合，促进学生理论教学与实践能力训练的双重发展，强化对学生创新能力、实践能力的培养与教育[11-12]。另一方面，积极完善校企合作模式，组建面向新工科的实践教学创新平台。根据新工科建设要求、矿冶类专业特点及社会服务网络建设特点进一步完善校外实践教学基地，加强学校与企业组织之间的合作，为学生提供更多实践机会，把企业单位作为工程实践和培养人才的重要舞台，定期组织学生参加企业实习，引导学生在专业化实训练习中灵活运用所学知识，使学生在实践中验证所学理论知识，加深对知识的理解，提升自身创新实践能力[13]。另外，加强高校教师和企业骨干的交流，联合开展技术培训，实现高校与企业资源共享;鼓励高校教师赴企业开展实践，完善自身知识体系，“理论和实践结合”，促进高校教师队伍良性发展[11]。总体上，建设面向新工科背景下的“多元参与、学科交叉、校企协同、国际开放”实践教学创新平台，为矿冶类专业工程实践提供核心支持。
（二）构建具有系统性和综合性的实践教学体系
新工科建设的内涵要求及矿冶类的专业特性使得新工科背景下的工程实践教育专业课程体系改革和课程建设具有难度大、挑战度高的特点，同时也使其成为新工科专业建设必须完成的一项关键性、全局性、系统性和复杂性工作。因此，应从以下几方面实现实践教学的系统性与综合性。首先，应当协调好理论课程教育与专业实践教育的关系。针对理论知识教育和工程实践教育不同的价值取向，在新工科课程体系建设过程中应注重二者的紧密衔接与相互融合，以达到新工科专业培养目标和培养标准。其次，优化课程设置，强化相关课程结合。在实现各课程目标的前提下，厘清各课程在整个专业课程体系中的定位及与前导课程和后续课程的逻辑关系，明确本课程在学生创新能力培养上的责任，并借助现代信息技术、优质教育资源和先进教学方式，合理控制理论课时，提高理论课程学习效果，努力在实践能力的一个或多个构成要素的形成和培养上作出贡献，为提升学生工程实践能力奠定基础。此外，针对核心理论课程开展对应工程实践训练，深化“产学合作，产教融合”[13]。紧跟行业动态与发展，依托企业平台与资源，创新合作模式，充分发挥教师―校外兼职导师―生产现场导师深度合作，深化学生对理论教学内容的理解与实际应用，使课堂教学知识点在工程实践过程中获得整体性、系统性和创新性应用，并针对改革实践评价体系，突出过程化、差异化管理，通过调查反馈不断创新完善实践教学体系。
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（三）建立学生工程实践创新能力培养新模式
工程实践是创新活动的重要载体。工程实践能力的培养离不开创新工作的引导。一方面，为了提高学生工程实践创新能力，首先应向学生开放实验室，并配备经外部（企业和其他科研机构）引进和内部培养、具有理论水平和工程实践经验的“双师型”教师进行各类课程实验教学与指导，激发学生创新意识和兴趣。其次，在实践教学过程中，根据教学相关领域研究趋势，通过区分教学任务主次需要，并完善不同实践课程教学设计结构，实现人才培养模式的多样化。另外，根据行业发展，更新与生产实际、科技发展相匹配的实践教学内容，提高学生自主学习兴趣，使学生在实践过程中充分提升知识整合和自主探索能力，培养创新意识。另一方面，通过多种渠道、搭建多种平台，鼓励和组织学生申报创新训练项目、自由探索项目、研究性学习与创新性实验项目及各种创新竞赛项目，营造学术创新和学科竞赛氛围，使学生通过科研活动，提升自主创新能力。另外，考虑将国际国内重大学科竞赛纳入工程能力培养范畴，进一步鼓励和支持学生参加各级各类课外科技竞赛，使学生通过参加设计性、综合性的实验和科研活动，得到全方位培养与锻炼，形成以创新为指导，以综合工程实践能力提升为主要目标的学生工程能力培养新模式。
（四）提高工程实践教育重视程度
全面优化矿冶类专业学生动手能力、创新能力及综合素质培养模式，实现培养具有创新精神、实践能力、创业能力和国际竞争能力的综合性人才教育目标，必须重视工程实践教育，强化实践教学在工程人才培养中所发挥的作用。首先，要增加实践教学在专业人才培养方案中所占的学时，调整理论教学与实践教学的学时分配，实现实践能力培养全程不断线。其次，积极建设和完善实践教学平台，优化师资配置，保障实践教学的顺利、良好进行。再次，协调理论课程教育与专业实践教育关系，优化课程设置，注重相关课程的结合，为实践教学提供扎实的理论基础。最后，紧跟行业动态发展，依托企业平台与资源，创新合作模式，实现教学和实践的深度融合。
（五）强化工程实践教育管理与监督
为充分保证学生在矿冶类专业工程实践教育过程中实践能力与创新能力的培养，应加强实践教学过程的管理与监督，保证实践教学体系的实施与完善。在教学管理与评价过程中，破除传统考核方式采用“实验报告定全局”的单一模式，并在对教学仪器设备、指导教师配备、实验课程与实验开放情况及实验经费保证等指标的评价考核基础上，增加对学生创新能力、实践能力的培养力度及产出效果的考核指标，准确评价学生的真实水平，保证实践效果。一方面，加强实践教学管理。建立健全的实践教学组织机构，完善岗位责任制、制度保障机制及教学档案制度，建立健全教师和学生实践教学资料库，加强实践教学的过程管理，不断提高践教学质量。另一方面，完善教学评价与质量监控机制。其内容包括实践教学条件与过程管理、实践教学效果评价与教学质量监控。通过完善实践教学评价体系，引导和促进实践教学改革与科研创新，加强实践教学宏观调控，结合问题分类、整理和反馈，发展出拥有自我调节优化功能的改革路线，最终形成自上而下规划，自下而上反馈的面向新工科的矿冶类专业工程实践教育创新体系。
三、结束语
在新工科背景与要求下，开展矿冶类专业的工程实践教育刻不容缓。本文从行业需求出发，采用自上而下规划，自下而上反馈的方式，开展以学生为中心、高校为主体、企业为依托和学习成果为导向的矿冶类专业工程实践教育。针对工程实践平台不完善问题，通过更新校内实践教学基地、优化平台师资配置、加强高校教师和企业骨干密切交流、完善校企合作模式等一系列改革措施，组建面向新工科背景下的“多元参与、学科交叉、校企协同、国际开放”实践教学创新平台，为矿业类专业工程实践提供核心支持。针对实践教学内容系统性和综合性不强、实践教学创新性薄弱，以及实践教学重视程度低等一系列难题，通过协调优化理论课程与专业实践教育关系、加大实践教学在专业人才培养方案中的比重、强化理论与实践课程结合、紧跟行业动态与发展及充分发挥教师―校外兼职导师―生产现场导师深度合作，深化“产学合作，产教融合”等系列创新，深化学生对理论教学内容的理解与实际应用，培养和提升学生自主创新意识，保障课堂教学知识点在工程实践过程中的整体性、系统性和创新性应用。针对工程实践教学过程管理与监督不足难题，在教学管理与评价过程中，通过改变传统的“实验报告定全局”单一考核方式，增加对学生创新能力、实践能力的培养力度及产出效果的考核指标，准确评价学生的真实水平，保证实践效果。同时，加强实践教学管理和完善教学评价与质量监控机制，旨在不断提高实践教学质量，不断完善实践教学评价体系，引导和促进实践教学改革与科研创新，最终形成自上而下规划，自下而上反馈的面向新工科的矿冶类专业工程实践教育创新体系，为培养具有创新精神、实践能力、创业能
基金项目：2020年中南大学教育教学改革研究项目“基于创新平台建设的矿冶类专业工程实践教育研究”（2020jy021）
第一作者简介：彭志伟（1983-），男，汉族，湖南长沙人，博士，教授。研究方向为微波冶金与资源综合利用。
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