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天津大學聚焦新工科建設(shè)激活人才培養(yǎng)新動能——

深耕創(chuàng)新沃土 造就卓越人才

發(fā)布時間:2023-02-09 作者:本報記者 陳欣然 來源:中國教育報

■著力推進卓越工程師培養(yǎng)

在我國海拔最高的雅礱江兩河口水電站建設(shè)中,“無人”技術(shù)功不可沒。傳統(tǒng)碾壓機駕駛員要面對高噪聲、重灰塵等惡劣工作環(huán)境,工作強度大,患職業(yè)病比例也很高。天津大學研制的“無人碾壓機”卻可以不知疲倦地連續(xù)工作,工作人員只需坐在指揮室里下達指令即可,這不僅大幅度降低了工作強度,而且明顯提高了施工效率和工程質(zhì)量。

“以大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等為代表的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在快速推動著工業(yè)、商業(yè)、社會等領(lǐng)域的變革,對人的知識、能力、素養(yǎng)都提出了新要求。高等教育界必須響應(yīng)時代的呼喚,培養(yǎng)更多掌握人工智能等新知識、新技術(shù)的工程人才。”天津大學校長金東寒說。

2017年,天津大學攜手61所高校提出了“天大行動”,也就是在這一年,教育部啟動了新工科建設(shè)。自此,天津大學在新工科建設(shè)中不斷進行改革與創(chuàng)新,積極探索新時代卓越工程師培養(yǎng)新模式,幾年時間走出一條頗具天大特色的新工科之路。

課堂變革新:

    做項目激發(fā)學習動力

天津大學“智能制造工程”專業(yè)2019級學生張旖至今還記得,大一第一學期學校打造的一門新工科課程——“設(shè)計與建造”令同學們腦洞大開。

第一節(jié)課,老師拿著一輛“物流循跡小車”走進教室,告訴大家,這輛小車就是他們本學期要完成的“任務(wù)”,它必須能沿著任意設(shè)定路線快速行走,還能按要求投放包裹。整個學期,圍繞著建造這輛小車所涉及的專業(yè)內(nèi)容,先后有15位來自不同學院的教師前來授課。而這輛神奇的小車也激發(fā)了學生們的學習熱情。“我們自發(fā)組成若干項目團隊,一起討論問題,不斷嘗試,最終收獲了成功的喜悅。”張旖回憶道。

工程教育改革只有進入到課堂層面,才算是真正進入了深水區(qū)。如果課堂不變,教育就不會變,學生也就很難得到提升。

為此,天津大學推動多學院合作搭建起未來智能機器與系統(tǒng)、智慧流程工業(yè)與產(chǎn)品工程等十多個不同層次的人才培養(yǎng)平臺,并以項目為鏈條重新設(shè)計了課程,把課程內(nèi)部各模塊、知識點有機串聯(lián)起來,全力打造以“項目制”為特征的新課堂。

以“設(shè)計與建造”課為例,為了上好這門課,學校會集了來自不同學院的十多位教師,將以往十幾門課程的知識點進行重構(gòu)與整合,教師講授、學生實踐、師生研討各占課時的三分之一。這樣的授課模式,在新工科建設(shè)之前是完全不可能的。對學生們來說,這種嶄新的學習模式也是一種巨大的挑戰(zhàn)。他們在從各專業(yè)老師那里汲取知識的同時,還要努力自學各種知識、收集數(shù)據(jù)和調(diào)研,遇到困難去請教老師。有些問題甚至老師也解決不了,就需要和老師一起去請教行業(yè)或企業(yè)的專家。在這一過程中,他們的實踐能力、創(chuàng)新能力都得到了飛速提升。

3年多的新工科學習讓張旖體會到了創(chuàng)新的快樂。2022年8月,她與同學們合作設(shè)計了一款仿沙蠶機器人,參加了第10屆全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽并獲得一等獎。如今,她已決定繼續(xù)深造,朝著卓越工程師的目標奮進。

思維創(chuàng)意新:

    為學生創(chuàng)新提供沃土

走進機械等傳統(tǒng)工科的實驗室,就能看到大量不同原理、不同應(yīng)用場景的智能機器人;走在校園里,也經(jīng)常能看到正在試驗場進行測試的無人駕駛車;在智能電網(wǎng)實驗室,基于數(shù)字孿生技術(shù)實時模擬電網(wǎng)運行狀態(tài),為電網(wǎng)安全運行保駕護航……在天津大學,學校實施的“人工智能+傳統(tǒng)工科”的“天智計劃”,不僅全面推進了校級層面的學科交叉融合,也為學生創(chuàng)新營造了良好的氛圍。

天大新校區(qū)面積大,安保和衛(wèi)生工作十分耗費精力。為此,學校教師開展了一個新工科畢業(yè)設(shè)計項目“海陸空智能無人系統(tǒng)安全巡查平臺”。它以建設(shè)智慧校園為出發(fā)點,計劃構(gòu)建一個由5輛無人駕駛?cè)匦诬嚒?條無人駕駛快艇、10架無人機組成的海陸空協(xié)同無人探測與追蹤平臺,開展全天候安全巡查與環(huán)境維護。這個項目的一個顯著特點就是通過組建跨學院、跨專業(yè)的多學科交叉團隊,相互學習和啟發(fā),共同完成一個工程系統(tǒng)。

該項目2021年作為全校首個新工科畢業(yè)設(shè)計項目啟動,到2022年實施時,包含了27個課題,涉及7個學院、15名指導教師、27名本科生。在這一過程中,來自不同專業(yè)的學生取長補短,共同完成一個激動人心的工程系統(tǒng),最終他們還獲得了專屬的特別稱號——“優(yōu)秀控制工程師”“優(yōu)秀項目經(jīng)理”“優(yōu)秀算法工程師”……學生的學習熱情也被激發(fā)出來,小組的每一次答辯會都成了分享會。

這幾年,天大有一項非常火的學生科技比賽——“未來30年”顛覆性創(chuàng)新創(chuàng)想大賽。與傳統(tǒng)賽事不同,這項比賽要求項目內(nèi)容不能與已有的科技成果或?qū)熕稣n題重合,必須原創(chuàng)。參賽學生要針對材料、信息、生物等世界科技前沿領(lǐng)域,提出某項科研成果或創(chuàng)意構(gòu)想。當然,這種創(chuàng)意不是憑空想象的,而是要基于自己掌握的知識,可實現(xiàn)、可操作。

“我們舉辦這項賽事是希望鼓勵學生敢于想象敢于嘗試,開拓一批在未來10—30年顛覆傳統(tǒng)科技和思路,對國民經(jīng)濟、社會發(fā)展帶來革命性影響的戰(zhàn)略創(chuàng)新、技術(shù)預見及科技創(chuàng)意。”天津大學團委書記管虹告訴記者,這項大賽邀請兩院院士,以及各學科或行業(yè)的領(lǐng)軍人物、創(chuàng)業(yè)創(chuàng)投專家、知識產(chǎn)權(quán)專家參與指導和評審。

大賽至今已經(jīng)舉辦六屆,收到了近7000名師生提出的1000多個創(chuàng)新方案。很多方案充滿了奇思妙想:有的學生提出給人腦植入一種新型神經(jīng)電極,從而采集大腦活動信號,未來可以打造超感覺運動技能的未來戰(zhàn)士,或者為失能殘疾人提供服務(wù)……在學校看來,比賽結(jié)果并不重要,重要的是把學生的創(chuàng)意真正激發(fā)出來,培養(yǎng)更多敢創(chuàng)新、會創(chuàng)新的學生,主動去面向未來、關(guān)注未來。

校企協(xié)作新:

    讓企業(yè)家參與教學

天津大學化工學院博士生李雙陽,如今還有另一個身份——天津心衢生物科技有限公司創(chuàng)始人。他帶領(lǐng)團隊完成的“體內(nèi)精準可視化小口徑人工血管”項目,目前已進行到臨床前的生物安全性能檢測與大動物實驗階段,他的團隊也獲得了由北洋海棠基金領(lǐng)投的數(shù)百萬天使輪融資。

校企合作是變“學校教育”為“產(chǎn)學合作教育”的有效手段。除了校企聯(lián)合培養(yǎng)的合作方式,對學生更為直接有效的教育就是把企業(yè)引入課堂。“企業(yè)參與教學的過程,可以把人才需求及時傳遞到高校,促使高校的課程改革跟隨行業(yè)科技發(fā)展對人才的需求導向。同時,校企合作還可以為學生提供學習技能的切入點。因此,我們也在不斷改進課堂教學方式,讓更多企業(yè)家走上學校講臺,為學生提供最前沿最直接的教育。”天津大學未來技術(shù)學院常務(wù)副院長原續(xù)波說。

天大有一門“網(wǎng)紅”選修課“創(chuàng)業(yè)實戰(zhàn)訓練”,是面向全校學生開設(shè)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)通識教育課程。不同于傳統(tǒng)的課桌式授課,這門課最大的特點就是以學生為中心,教師是助教,擁有豐富創(chuàng)業(yè)經(jīng)歷和實戰(zhàn)經(jīng)驗的創(chuàng)業(yè)企業(yè)家是主講。在這里,主講企業(yè)家不僅會來學校講課,還會帶領(lǐng)學生走出校園,前往不同行業(yè)、不同領(lǐng)域的企業(yè)所在地,討論商業(yè)計劃、經(jīng)營理念,讓學生在商業(yè)場景中體驗創(chuàng)業(yè)的真實過程。課程會通過路演的方式結(jié)課,還會邀請企業(yè)負責人和投資人到場,如果學生有好的創(chuàng)業(yè)項目,就可以直接得到天使投資。

與企業(yè)緊密結(jié)合聯(lián)合培養(yǎng)人才,在工程碩士培養(yǎng)中表現(xiàn)更加突出。天大將工程實踐融入課程學習和論文工作,成立了由企業(yè)專家、系主任和資深教授組成的教育教學指導委員會,定制培養(yǎng)方案和實踐計劃,推進課程體系改革,學生的論文課題都是企業(yè)急需的攻關(guān)項目。

在工程博士培養(yǎng)中,天大聚焦國家戰(zhàn)略需求和重大工程項目,與行業(yè)頭部企事業(yè)單位合作,以工程科研項目和工程需求為牽引,對學生進行項目制培養(yǎng)以保障培養(yǎng)質(zhì)量。學校首位通過答辯的工程博士王春慧來自中國航天員科研訓練中心,她承擔了航天員建模仿真系統(tǒng)研制工作。通過幾年的努力,她的研究成果在我國空間實驗室等領(lǐng)域得到了實際應(yīng)用,被認定為“國家重大科學研究計劃項目重大研究成果”,為中國空間站建設(shè)和載人航天事業(yè)的高速發(fā)展作出了突出貢獻。

《中國教育報》2023年02月09日第1版 

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