地方院校機械設計制造及其自動化特色專業建設探索

摘要：地方高校承擔著為服務地方經濟建設培養人才的重任，而專業特色是地方普通高等學校持續健康發展的基石，其人才培養模式在其傳統領域具有領先和標桿效應。為確保機械設計制造及其自動化專業的辦學水平，保證人才培養質量，省屬高校需要進一步加強專業特色建設，明確定位，強化或培育特色，形成特色鮮明的專業建設思路。結合湖南科技大學機械設計制造及其自動化國家特色專業，對地方性高校的人才培養模式進行了探索，明晰了機械設計制造及其自動化專業的人才培養目標與定位，并從專業課程特色設置、實踐教學內容特色設置、產學研基地特色培育、科技創新項目優化等多方面對人才培養模式進行了探索。

關鍵詞：機械設計制造及自動化專業；人才培養方案；總體目標

作者簡介：周知進（1969-），男，湖南新化人，湖南科技大學機電工程學院，教授；胡燕平（1957-），男，湖南邵東人，湖南科技大學機電工程學院，教授。（湖南 湘潭 411201）

基金項目：本文系湖南科技大學教育教研重點項目（項目編號：G30934）、湖南省普通高等學校教學改革研究項目（項目編號：G21024）的研究成果。

中圖分類號：G642.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）03-0055-03

一、專業發展與定位

湖南科技大學機械設計制造及其自動化專業創建于1981年，原專業名稱為礦業機械工程。自2008年初該專業被確定為國家第一類特色立項建設專業以來，按照國家《教育部財政部關于實施高等學校本科教學質量與教學改革工程的意見》的要求，根據湖南省及周邊地區經濟建設發展的需要，對機械設計制造及其自動化專業進行了認真規劃和建設。在專業定位、人才培養、培養方案制定、課程體系、教學內容和實踐環節上進行了一系列的改革和建設；引進了礦山機械工程背景的專業技術人才，建立了一支年齡職稱結構合理、敬業精神強、教學和科研水平高的師資隊伍；充實和改善了辦學條件，取得了較好的成效；培養的學生理論基礎扎實、知識面寬、動手能力強、綜合素質高，受到了用人單位的好評，許多畢業生成了大型工程機械企業、事業單位的管理和技術骨干；幾年來畢業生就業率均在98%以上，考研錄取率為12%；學生在省、市和學校“挑戰杯”課外科技作品和全國大學生機械設計創新大賽中獲得獎勵20余項（其中獲得全國大學生機械設計創新大賽二等獎1項，省級一等獎4項，三等獎16項）、專利1項。

目前，機械設計制造及其自動化專業有專任教師27人，其中教授9人，副教授13人，講師2人，博士8人，碩士13人。在建設期間，學校為該專業實驗室新增1500多萬元的實驗設備，購置了“釬具沖擊振動測試系統”、“礦井提升系統”、“超高速銑削實驗系統”和“三坐標測量機”等實驗設備；2008年學院又首批獲得了“地方特色學科專項建設資金”300萬元，購置了“液壓支護模擬實驗系統”、“薄材疊層激光快速成型機”、“8站MPS機電控制試驗臺”等實驗設備。2007年獲湖南省教學成果一等獎1項，2009年獲湖南省教學成果二等獎1項。2009年機械工程一級學科作為湖南科技大學博士點立項建設學科，又投入了1500萬元試驗設備，增加了實驗室面積1000余平方米。2009年獲得礦業特色領域國家自然科學基金2項，2010年獲得國家自然科學基金4項，2011年獲得國家自然科學基金7項，2012年獲得國家自然科學基金10項。近三年累計科研經費3000萬元；科研成果不斷增加，2009～2012年獲湖南省科技進步二等獎2項和三等獎4項；2009～2011年公開發表科研論文200多篇。湖南科技大學機電工程學院非常重視學科建設，努力為機械設計制造及其自動化專業的特色建設和發展營造一個良好的氛圍，該專業依托的二級學科“機械設計及理論”被確定為湖南省“十二五”重點學科；“機械設備健康維護實驗室”被確定為省重點實驗室；“先進礦山裝備”為教育部工程研究中心。機械設計制造及其自動化專業的定位是按照“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”要求，面向機械制造業、礦業，培養適應現代制造技術發展需要，德、智、體全面發展，知識、能力、素質有機統一的應用型人才。

創辦之初，機械設計制造及其自動化專業主要是面向煤炭行業服務的，所以面向礦業培養人才仍是該專業的特色，這個特色一直保留，且經過了2006年教育部本科教學評估后，根據專家意見，結合自身傳統優勢學科情況，礦業機械行業特色得到了進一步加強。自1998年9月起，在全國高校管理體制改革的大趨勢下，湖南科技大學實行“中央與地方共建，以地方管理為主”的新管理體制，明確了成為湖南省工科人才培養基地，由原來的面向行業服務轉向為區域經濟服務，而工程機械作為湖南省裝備制造業的支柱產業，為適應湖南省裝備制造業發展的要求，經過調研與研討，及時拓寬了專業方向，由以前的純煤礦機械向工程機械、礦山機械、現代制造技術、模具設計與制造方向拓展，加大了工程機械額、礦山機械相關領域課堂教學的信息量，在加強學生能力培養方面，不斷對實驗室進行特色建設，每年都有可以滿足工程機械、礦山機械等工程要求的新實驗設備到位，機械設計制造及其自動化專業特色實驗室建設已步入了一個新的臺階。這些都為“面向礦業特色的機械制造業，培養高素質的應用型人才”的專業建設提供了良好的物質基礎。

二、專業特色建設思路

1.專業課程設置特色

根據機械設計制造及其自動化專業工程機械專業方向與礦山機械專業方向人才培養目標，工程機械與礦業機械技術崗位需求與任務，合理的設置課程，及時補充新技術、新設備及生產案例，堅持以“突出技能、服務崗位”為原則，以典型工程機械與煤礦機械整機為載體，以基于設備的設計、制造、銷售、操作、運行與維護維修工作過程的教學設計為原則，由通用機械到專用機械設計與制造學習任務，采用理論實踐相結合的教學形式，將課堂設在實訓室和生產廠礦崗位，合理地設計教學環節，為工程機械與煤礦機械技術崗位培養復合型高級工程應用人才。

首先，在設置工程機械專業方向課程設置時，充分發揮專業教學指導委員會的作用，組織了工程機械企業一線優秀工程技術人員、有關專家、學院教研人員和專任教師等，對工程機械控制技術專業崗位進行系統、科學的工作分析，并在此基礎上確定該專業的課程設置。其次，確定課程內容。將各門課程應掌握的基本知識和基本技能進行同類合并與歸納，形成基本課程單元。再次，根據各單元間的內在聯系進行補充與完善，使單元內容既保持相互之間的連續性與系統性，又保持各單元的獨立性，設計出教學模塊。最后，將各教學模塊合并構成新的課程。由于新的課程內容是經職業分析直接得到的，因而具有實用性強、目標明確和針對性強等特點。如開設的新課程有：“工程機械發動機原理”、“工程機械構造”、“工程機械電器設備原理”、“工程機械計算機應用技術”、“建筑機械”、“公路施工機械”、“工程機械故障診斷與維修技術”、“檢測技術”、“工程與建筑機械營銷”等課程。

在設置礦山機械專業方向課程設置時，在充分考慮就業領域特點和廣泛調研的基礎上，開設有以下課程：“采煤概論”、“采掘運機械”、“液壓支架與泵站”、“礦山固定機械”、“煤礦機械與修理”、“礦井提升機”、“電力拖動與控制”等課程。

2.實踐教學改革

實踐教學環節是培養學生動手能力和工程實踐能力的重要手段，也是培養學生行業背景和創新能力的重要途徑。

形成了理論課程基礎實驗，特色設備認知實驗、針對行業背景的課程設計——創新實驗，綜合課程設計、科技活動——畢業設計（論文）三個層次遞進的實踐教學體系。根據教學改革和專業特色教學的要求，構建了基礎、專業、科研三級實驗平臺，加大投入，完善了五大實驗中心功能，形成了教學與科研相結合的分模塊成梯次相互銜接的實驗系統。該實驗系統能開設90多個實驗項目，實驗開出率達到100%。獨立設置了4門實驗課程，增加了2周綜合性實驗環節，單獨排課，單獨考核。改進和新增實驗項目95項，開出的設計型、創新性、綜合性實驗達到實驗項目總數的82%，90%的畢業設計（論文）面向工程機械、礦山機械等工程實際選題。采取了理論與實驗、教學與科研、課堂與課外、校內與校外互動的方式，改革教學方法，全面培養學生的能力，提高學生的綜合素質。

3.科研促進教學顯著

機械設計制造及其自動化專業經過多年的建設，目前已擁有一支具有豐富的教學經驗、科研能力強的師資隊伍。該專業教師均具有碩士以上學歷，80%以上的教師擁有縱向與橫向科研項目，特別是國家特色專業立項建設以來，與三一集團、江麓機械、湘電集團科研合作更加緊密，且合作的這些項目均緊緊圍繞特色專業建設這個中心。如與三一重工股份有限公司合作的關于“退役產品回收處理與再利用技術應用示范（2012BAF02B00）”國家科技支撐計劃項目、與三一重工股份有限公混泥土泵車項目、與湘潭平安電器公司合作的“礦井風機綠色制造設計”項目、與湘電集團合作的150噸裝載機項目等等，都大大促進了教學水平的提高。

（1）結合科研課題進行畢業設計，提高畢業設計質量。畢業設計（論文）是培養學生綜合運用所學知識、綜合分析問題、解決問題和創新能力的重要環節。隨著機械設計制造及其自動化專業任課教師所承擔科研項目的不斷增加，該專業已具備了容納較多學生參與實際科研工作的良好條件。近幾年，結合指導教師的科研課題進行畢業設計（論文）工作的學生逐年增多。自2001年起，機械設計制造及其自動化專業學生的畢業設計（論文）選題中，該部分選題均在30%以上。

（2）結合科研課題開展課外科技活動，增強學生的創新意識與實際創造能力。開展課外科技活動是培養學生的創新意識與提高學生創新能力的有效途徑。近幾年，以迎接湖南省“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽為契機，加大了抓學生課外科技活動工作的力度，并聘請機械設計制造及其自動化專業任課教師擔任指導教師，收到了良好的效果。

（3）將科研成果引入課堂教學，提高課堂教學質量。任課教師結合所在課題組的科研工作，在課堂教學中介紹機械設計制造及其自動化專業的發展方向與最新成果，豐富、充實了教學內容。如唐果寧、龐佑霞、陳平、劉厚才等教師在講授“摩擦學”課程時，結合課題組長期從事礦業機械的摩擦磨損及其抗磨技術研究所取得的成果，以采煤機截齒、煤礦排水系統的摩擦、磨損及其抗磨技術研究成果作為相關內容的例子進行教學。教師們將研究成果匯集成專著，編入教材，如唐果寧、陳安華等教授分別將摩擦磨損與抗磨技術、振動沖擊與診斷等課題組的有關研究成果編著成《水力磨蝕與耐磨膠粘涂層》、《故障診斷的動力學理論與應用》等著作；龐佑霞教授將課題組在沖蝕磨損研究方面所取得的部分成果編入煤炭系統“十五”規劃教材《工程摩擦學基礎》中，豐富了“摩擦學”課程的教學內容。近五年來，機械設計制造及其自動化專業任課教師共出版專著6部（本），出版教材8本。

（4）結合科研進行實驗室建設與實驗教學改革，提高實驗教學質量。隨著教師承擔科研課題的增加，對實驗室設備提出了新的要求，同時也給實驗室建設及實驗教學改革帶來了新的機遇。機械傳動實驗室以機械設計制造及其自動化專業任課教師承擔國家自然科學基金項目“新型磁力金屬傳動的理論與實驗研究”項目組研制磁力金屬帶傳動實驗裝置為契機，研制成了多功能機械傳動實驗臺，在該實驗臺上可以完成機械傳動效率、機構創新綜合試驗等多個實驗教學項目；信號分析與處理實驗室結合振動沖擊與診斷課題組承擔省自然科學基金項目“機械傳動與非線性動力學研究”、“旋轉機械突發性故障的非線性動力學機理研究”的實驗需求，研制了轉子實驗測試分析系統，該系統在信號檢測與分析綜合實驗中發揮了顯著作用；流體傳動與控制實驗室結合湖南科技大學機電工程學院承擔的“零偏差π橋溢流閥的產業化研究 ”、“多作用殼轉型低速大扭距端面配流液壓馬達的關鍵技術及CAD研究”、“大排量殼式端面配流液壓馬達研究”等課題需要，研制了流體傳動與控制實驗臺，在該實驗臺上可完成液壓元件、液壓系統性能檢測與分析綜合實驗等多個實驗教學項目。

通過實踐教學的改革，顯著提高了學生的創新能力。在教師創造的良好學術研究氛圍下，學生積極參加課外科技、文化及社會實踐活動，并取得了一系列的可喜的成績。學院積極支持學生的科技活動，近年來舉辦的兩次“科技文化活動月”營造了濃厚的科技創新氛圍，每年一屆的“創維杯”科技作品大賽上不少新人脫穎而出。近兩年來，湖南科技大學機電工程學院學生在各項比賽中屢有收獲，2002年7月，李江成同學的“發電式減振器”獲湘潭市科技創新大賽二等獎，陳迎春、張棟、賓光富三人合作的簡易單手操作全自動開收傘榮獲湘潭市科技創新大賽三等獎，2002年12月，李江成同學的作品“廢水沖壓洗池節水系統”和陶徐、張海雄兩同學合作的作品“復雜載荷變剛度超靜定梁通用求解方法”榮獲湖南省第五屆“挑戰杯”三等獎，2004年12月黃家厚等同學的作品“多芯重鎖防盜鎖頭”獲湖南省第六屆“挑戰杯”特等獎，獲得實用發明專利1項。

4.培育專業特色，建設一支高素質的學科帶頭人隊伍

沒有高素質的學科帶頭人，難以打造一流的學科，更不能培育出專業特色，更難以培育出高素質的人才。在礦山裝備現代設計方法學科方向，在學科帶頭人的領導下，本方向形成了以礦山機械為工程背景，在沖擊機械創新設計、非線性動態反演設計、可靠性與穩健設計等方面進行了較系統的研究，形成了礦山裝備現代設計方法這一穩定的研究方向。本方向的特色研究工作主要有如下三個方面：

（1）沖擊機械創新設計。針對礦山開采廣泛應用的沖擊機械，從沖擊機具與巖石相互作用機理出發，深入研究高效破巖方法與機具響應，創新沖擊加載工作機構設計，發展了消減P-C振蕩沖擊加載裝置；采用獨立的液阻并聯半開式水路和轉閥結構設計，實現同一壓力水源完成沖擊破巖、推進和排渣的多個功能，研制了環境友好型全水壓支腿式沖擊鑿巖機。

（2）非線性動態反演設計。針對礦山、工程機械力流密度高、動載荷大等特點，突破傳統設計方法的局限，發展了直接根據動力學特性設計機械結構的動態反演設計。深入研究了沖擊部件幾何結構、復雜工況、反演過程等誘發的非線性問題，以機械效率和壽命為目標，成功地進行了礦山機械設備中沖擊活塞、提升機繩系等部件結構參數動力學反演設計。

（3）可靠性與穩健設計。針對礦山機械復雜多變的工作環境，發展產品全壽命周期隨機性分析與設計。提出了性能穩健偏差、基于證據理論和最小誤差點的可靠度建模方法，評估設計目標和設計約束的不確定性，發展了區間型參數和混合型參數穩健設計優化方法；通過系統可靠性模型重構與仿真分析，建立基于數值仿真的考慮系統可靠度、維護成本等指標的優化設計模型，發展面向維護的可靠性設計優化方法。

三、總結

經過近四年來的專業特色建設，湖南科技大學機械設計制造及其自動化專業特色專業建設遵循高等工程教育教學的規律，強化其傳統領域優勢，突出工程機械與礦業機械特色，緊密結合湖南省先進裝備制造業作為支柱產業與周邊區域經濟的發展，在發揮專業傳統優勢的同時修正培養目標，優化課程設置體系，加強特色實驗室和實習基地建設，強化大學生科技創新與科研項目結合。具體而言，就是辦學思路清晰，專業定位準確，人才引進與學科、學術人才培養專業特色鮮明，在抓專業特色內涵建設的同時拓展外延，密切與相關企業的聯系。湖南科技大學機械設計制造及其自動化專業逐漸形成并強化了特色，在培養方案、課程體系、師資隊伍、教學改革、人才培養等方面取得了明顯成效，有效提升了機械設計制造及其自動化專業學生的教育教學質量。

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（責任編輯：孫晴）