以提升實踐與創新能力為目標的機械專業人才培養模式

劉焱 關山 張海波 范雪兵 黃勝全

摘 ?要：針對高等教育對人才培養的總體要求以及學生在實踐與創新能力方面存在的不足，文章在深入剖析原因的基礎上，從人才培養方案、理論教學模式、實踐教學環節以及課外培養方式等四個層面，構建了貫穿四年本科教學、旨在強化實踐與創新能力培養的機械專業人才培養體系。教學實踐表明，學生的工程意識、工程實踐能力以及創新設計能力得到全面提升，人才培養質量得到廣泛贊譽與認可。

關鍵詞：實踐;創新能力;機械專業;人才培養模式;教學改革

中圖分類號：C961 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）22-0034-03

Abstract： Considering the general requirements of higher education for talents cultivation and the mechanical engineering undergraduates' deficiency in practice and creative ability， talents cultivation system is constructed based on in-depth analysis of the reasons， which runs through four years of undergraduate teaching and aims at strengthening practice and creative ability of mechanical engineering undergraduates， from the following four aspects， talents cultivation program， theory teaching mode， practice teaching and extracurricular training mode. The application of this system shows that theengineering consciousness， the engineering practice and creative ability of undergraduates' are improved， meanwhile， the quality of talents cultivation is widely praised and recognized.

Keywords： practice; creative ability; mechanical engineering; talents cultivation pattern; teaching reform

一、概述

我國《高等教育法》明確指出：高等教育的任務是培養具有創新精神和實踐能力的高級專門人才[1]。黨的十八大報告也對我國高等教育提出了明確要求：“深化教育領域綜合改革，著力提高教育質量，培養學生社會責任感、創新精神、實踐能力[2]。”

東北電力大學機械設計制造及其自動化專業，在改革之前學生的實踐與創新能力較弱，造成這一問題的主要原因有以下兩個方面：（1）缺乏對社會需求的精準把握，缺乏以完整的學科體系為出發點設置課程的理念，從而造成理論教學多、實踐教學少，必修課多、選修課少以及在人才培養上更多注重學生對知識的理解和掌握，缺乏對學生實踐與創新能力的培養等問題;（2）教育觀念更新慢，培養模式單一，缺乏創新;教學方法上，以教師為中心，片面強調系統的知識傳授，自學、討論、調查研究、實踐教學環節等仍處于輔助地位，教學脫離實踐的傾向突出。

鑒于此，提出了機械專業人才培養的教學改革意向并于2016年申報且獲批吉林省教育廳教學研究項目。自同意立項之日至2019年9月間，依托東北電力大學機械工程學院，項目組成員凝心聚力，從人才培養方案、理論教學模式、實踐教學環節以及課外培養方式等四個層面，構建了貫穿四年本科教學、以強化學生實踐與創新能力為目標的專業人才培養模式。

二、以強化實踐與創新能力為目標的人才培養模式

（一）基于OBE教學理念的人才培養方案修訂[3，4]

經過幾年的實踐與經驗的積累及對工程教育專業認證理念的深入學習，通過廣泛的需求調研，更加明確了專業的培養目標及對學生的畢業要求，理清了人才培養標準及課程結構，于2017年，重新修訂了以實踐與創新能力培養為目標的專業人才培養方案。新培養方案以工程教育專業認證理念為指導，以寬口徑、厚基礎、扁平化，精練傳統，面向前沿，重視實踐教學環節，加強課外培養的執行力度等為原則，從培養學生的知識、能力、素質三個方面著手，著力提升學生的實踐與創新能力，具有如下特點：

1. 優化專業課程體系，精煉教學內容

加強通識教育，增強學生的適應能力、勝任能力。去除與畢業要求相關度小的課程，對部分學科基礎課、專業課的授課內容針對課程目標進行了精簡，壓縮學時投入到學生的實踐教學環節。將部分學科基礎課如機械原理、機械設計、電工基礎、電子技術等課程前移，為學生參與各種綜合實踐創新活動提供知識及時間儲備。

2. 強化實踐教學環節和課外培養

針對學生實踐與創新能力薄弱的現狀，對原有實踐教學環節在內容、時間安排上進行了優化，新增三維數字化創新及3d打印技術、機械創新綜合設計、機電一體化系統創新設計（機器人技術）、柔性制造系統綜合實驗等實踐環節。

3. 加大選修課開課數量開闊學生視野

面向專業前沿技術，增設選修課開課數量，學生可根據自己的興趣愛好有更多的選擇機會。

（二）與時俱進的教學理念更新和教學手段實施

學生所處時代的差異，信息技術的日新月異以及社會對人才的新需求均向傳統教學提出了嚴峻的挑戰，教學方法及教學手段等的革新勢在必行。專業教師在工程教育目標驅動下不斷更新教學觀念，并在以下幾方面取得了一定的成果。

1. 構建以工程實踐為主導的教學模式

（1）豐富教師的工程實踐經歷。教師的工程實踐背景在一定程度上決定了學生的工程實踐能力。“一手抓教師，一手抓學生”是專業近年來著力強化的舉措。（2）工程實際融入課堂教學。《液壓傳動》課程組將FluidSIM軟件應用到《液壓傳動》的各教學環節中。在理論教學環節，實現了某些元件原理和基本回路的動態仿真演示;在課程設計環節，實現了液壓系統回路CAD繪制、設計和仿真以及輔助驗證設計計算的準確性;在實驗教學環節，實現了液壓實驗經典回路的仿真，用仿真實驗彌補實際實驗的不足;在畢業設計環節，利用FluidSIM軟件設計課題中的實際液壓原理圖，錄制仿真過程。FluidSIM軟件的成功植入，使學生對《液壓傳動》課程及相關領域產生了濃厚的興趣，學生的創新意識、創新能力以及知識的綜合運用能力均得到不同程度的提高。

2. 自主開發高質量多媒體教學課件，豐富課堂教學手段

《機械工程控制基礎》課程組以matlab軟件為開發環境，自主開發了《機械工程控制基礎》參數化教學實驗仿真平臺，該平臺集理論教學與實驗教學于一體，理論教學注重基礎知識與學習方法的講授，實驗教學部分既有伴隨課堂理論教學的驗證性實驗，又有學生課后進行的綜合性、設計性實驗，突破傳統實驗受時間、地點限制的局限性。

（三）多層次的實踐教學環節綜合培養學生創新能力

1. 綜合性課程實驗夯實學生工程實踐基礎

近年來，專業積極參與中央財政支持地方高校發展專項資金、吉林省高等教育專項資金等的申報，共獲批1000余萬元用于專業實驗室建設，將大型、綜合、先進、成系統的實驗設備作為采購目標，目前已建成機械創新設計綜合實驗平臺、3D打印實驗教學平臺、智能制造綜合實踐教學平臺，機械工程虛擬仿真教學實驗平臺等功能先進的大型實驗平臺，為大量開設綜合性、設計性課程實驗項目提供了硬件保障。

2. 系統化的課程設計提高學生創新設計能力

專業著力強化頂層的全局性設計，在全院教師協同參與下，理清各主干課程主要知識點的內在聯系，整合現有的課程資源，構思實踐性強的綜合性工程題目，在統一規劃的框架下分解題目，以特定的設計任務為目標，分階段作為各課程設計題目供學生協作完成。這種遞進的、連貫的、系統的課程設計，極大促進了學生專業知識的融合，培養了學生的工程意識，有效鍛煉了學生的工程實踐能力和創新設計能力。

3. 更具工程實踐性的畢業設計，鍛煉學生的工程實踐能力

改革前，畢業生的畢業設計形式較為單一，一般由導師構思并提交畢業設計題目，由學生自選完成，管理中也存在一定的散、寬等問題。改革后，專業通過整體規劃，加強企業聯合培養，強化選題管理和過程管理，極大增強了本科生實踐與創新能力的培養。

（1）專業要求畢業設計選題應來源于工程實踐課題、教師科研項目或現實問題，可以是應用基礎研究、技術創新、技術改造、新產品開發等，體現明確的職業背景和應用價值，同時具有一定的先進性。（2）開拓多樣化的畢業設計形式。只要滿足理論與實踐的結合應用，能夠體現本科生綜合運用科學理論、方法和技術解決實際問題的能力，允許采用調查研究報告、科技發明成果、項目策劃書、新產品或樣機等形式。（3）結合“本科生導師制”，專業允許導師在長期穩定的指導過程中，較早給出研究題目，使學生在兩年或更長的時間中，結合各階段學習的知識進行連續性的研究探索，最終完成高質量的畢業設計。（4）自2018年專業將企業兼職教師吸納至畢業設計的指導教師行列，從命題至答辯的全程參與，更有效的培養了學生工程實踐能力。

（四）多渠道的課外培養方式，提升學生的實踐與創新能力

大學生參與以科技創新為主題的課外實踐活動，是培養創新精神和實踐能力的重要途徑。多渠道開展課外培養活動，能夠激發學生的創新思維和創新意識，提升學生的實踐、創新能力。

1. 機械創新實踐基地培養實踐創新人才

為更好引導學生參與科技創新實踐活動，全方位培養創新、協作、綜合設計以及實踐動手能力，機械工程學院與工程訓練中心不斷加大基地建設。基地現有面積3000平方米，固定資產2千多萬元，擁有門類齊全的機械加工設備和一批高素質的指導教師，成為學生開展創新實踐活動的有力依托，也是學院開展課外培養的重要形式。

2. 制定獎勵機制，以競賽促進學生實踐創新能力的提升

為培養學生獨立思考和創新能力，校、院二級制定了多項機制，激勵學生參加多種科技競賽。

在東北電力大學“一院一賽”活動中，機械工程學院主辦了“東北電力大學大學生機械創新設計節”。學院從參賽作品中評選出優秀作品，并推薦參加省級和國家級的各類科技競賽。

自2016年以來，大學生參賽的作品分別榮獲國家級大賽全國一等獎3項，國家二等獎4項，國家三等獎8項，吉林省特等獎11項，吉林省一等獎20項，吉林省二等獎45項，吉林省三等獎27項，優秀獎若干項，較之前獲獎級別及數量有明顯的增加。

3. 實行本科生導師制，強化學生的實踐創新能力

為強化學生的實踐創新能力，專業開展了以下兩種模式的本科生導師制：專業教師科研導師制和企業工程師工程項目導師制[5、6]。

（1）專業教師科研導師制。近年來由于學院教師科研能力的不斷提升，社會服務意識的不斷增強，教師尤其是碩士生導師的科研項目越來越多。由于招收碩士生人數的限制，導致許多項目沒有充足的人力來完成。因此采取了以專業教師為導師，以前沿性科研為主題的本科生導師制。學生除完成具體的設計工作外，許多同學還在導師的指導下撰寫了發明與實用新型專利，并有多項授權。（2）企業工程師工程項目導師制。隨著專業的發展和教師自身能力的提高，專業承擔的企業實際工程項目也在增加。為更好的完成工程項目，并為大學生提供實踐和創新的機會，專業從企業聘請了一批經驗豐富的優秀工程技術人員作為本專業兼職本科生導師。專業從大三、大四學生中選拔學生，在校企雙方導師的帶領下，學生以企業工程項目為紐帶，以解決企業實際生產難題為目標，進行科研創新活動。

到目前為止，專業教師20人，外聘企業兼職教師18人擔任本科生導師，每年指導本科生100余人參加科研和工程項目。

本科生導師制的實行，切實促進大學生理論與實踐的結合，培養了學生的實踐和創新能力，也為本科生就業、創業和今后從事研究奠定了堅實的基礎。

三、人才培養模式應用效果

（一）階段性研究成果獲得專家的好評并進行了推廣交流

研發的《機械工程控制基礎參數化教學實驗仿真平臺》軟件，繼2014年獲吉林省教育技術成果一等獎，2016年該軟件平臺取得國家版權局頒發的軟件著作權書。以此軟件為基礎，提出的“教、學、做”一體化教學模式在學校多個專業進行了推廣，也得到了北華大學原機械工程學院院長、科研處處長、長白山技能名師孫麗霞教授等校外專家的好評。

（二）學生綜合素質和實踐創新能力得到全面提高

將改革理念付諸于教學實踐活動中，學生的實踐能力、創新能力得到提高，近三年來學生多次參加各級各類科技競賽，共取得包括全國大學生機械創新設計大賽、全國大學生工程訓練綜合能力大賽、挑戰杯課外學術科技作品競賽、全國大學生三維數字化創新設計大賽在內的國家級、省級獎項120余項。每年通過選拔，有50余名同學參與到企業實際工程項目的研發中，在專業和企業導師的共同指導下，除完成具體的設計工作外，還發表學術論文10余篇，完成20多項發明專利與實用新型專利的撰寫，并有多項授權，提升了學生解決工程問題的能力。

（三）人才培養質量得到廣泛的贊譽與認可

專業為全國招生，招生人數從2010年的140人，逐漸擴大到2019年的220余人，專業在全國多個省份為一本招生，在二本招生的省份，錄取分數也遠遠高出所在省份的二本線，得到社會認可;專業畢業生近幾年一次就業率均高達85%以上。調查表明，用人及實習單位對本專業畢業生和實習學生的實踐與創新能力評價滿意率達90%以上，得到行業的認可。

參考文獻：

[1]中華人民共和國高等教育法（2018年）（修訂版）[Z].北京：中國法制出版社，2018：第一章總則第五條.

[2]十八大報告輔導讀本編寫組.十八大報告輔導讀本[M].北京：人民出版社，2012：36.

[3]顧佩華，胡文龍，林鵬，等.基于“學習產出”（OBE）的工程教育模式——汕頭大學的實踐與探索[J].高等工程教育研究，2014，01：27-37.

[4]趙健，范士杰.基于OBE理念的高校工程教育實踐教學模式創新研究[J].高教學刊，2018，20：32-34.

[5]付八軍.本科生導師制的探索與實踐[J].中國高等教育，2008，10：24-26.

[6]石榮傳.本科生導師制：類型、實施現狀及完善對策[J].大學教育科學，2016，03：70-73.