新工科背景下機械專業人才培養模式改革與實踐

喬國朝 張爭艷 張建輝 谷美林 趙帆

摘 ?要：在教育部大力推行新工科建設的背景下，對傳統的機械專業人才培養模式和教學方法進行了改革，提出了“一線三段”的人才培養模式，重組了課程體系，加強了對人才創新意識和實踐能力的培養，通過“高工進課堂”、“虛實混合沉浸式教學”和“項目導向創意作品實踐化”三種手段，激發了學生的學習興趣，深化了知識的行業背景，提高了學生的創新和實踐能力。新的人才培養模式在河北工業大學機械工程學院試行后，取得了良好的效果。

關鍵詞：新工科;人才培養模式;虛實混合;項目式教學

中圖分類號：C961 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2020）21-0085-04

Abstract： Under the background of the construction of emerging engineering promoted by the Ministry of Education， the traditional training mode and teaching methods of mechanical engineering have been reformed， and the "one-line and three-stage" talent training model has been proposed. The courses system has been reorganized and the awareness of innovation and the practical ability have been strengthened. Through the "enterprise expert into the classroom"， "virtual-realitymixed immersion teaching" and "project-oriented creative products practiced" three means， stimulated students' interest in learning， deepen the knowledge of the industry background， improved students' ability of innovation and practice. The new training model achieved good results after the implementation of the Mechanical Engineering Institute of Hebei University of Technology.

Keywords： emerging engineering; training mode; virtual-realitymixed; project teaching

隨著社會的高速發展，“互聯網+”、智能制造、深度學習等新興產業蓬勃發展起來，新興產業的迅猛發展，使得高校的人才培養與社會新興產業嚴重脫節，許多新領域甚至出現了“技術無人區”[1-3]。這就迫使高等教育必須進行改革，調整教育理念、改革人才培養模式、調整知識結構、創新教學方法。自2017年2月以來，教育部先后出臺了“復旦共識”，“天大行動”和“北京指南”，為新工科的建設吹響了號角[4-6]。各種指導文件均指出新工科并不單單指建設新的工科專業，還包括對傳統工科專業的改造升級，重點加強人才的實踐能力和創新能力的培養，使工科教育與社會發展相適應，與產業需求緊密結合。

河北工業大學機械工程學院積極影響國家建設新工科的號召，一方面積極申報并獲批了智能制造專業，同時也對傳統的機械制造及其自動化專業的人才培養模式、課程體系和教學方法進行全方位的改革。

一、機械專業人才培養模式改革

新工科建設把創新和實踐提升到了前所未有的高度，要求新建設的工科專業和傳統工科專業交叉融合，面向未來的產業結構發展，發揮自身優勢與當地的行業產業緊密結合，主動對接地方區域經濟發展需要，深化產教融合、校企合作，增強學生的創新能力和創業能力，培養專業知識扎實、行業背景深厚、動手實踐能力強、適應行業發展的復合型工程技術人才。

河北工業大學機械設計制造及其自動化專業綜合自身優勢，積極優化教育、教學資源，深入探索新的人才培養體系，以服務于京津冀一體化的區域經濟建設，培養創新型、應用型技術人才為目標，創新性地構建了“一線三段”人才培養模式[7]，形成了“理論、實踐和創新三位一體”的人才培養體系。如圖1所示。

該體系在人才培養目標制定過程中積極咨詢行業專家和企業精英的意見，緊密跟隨社會機械行業的發展需求，重點關注京津冀地區的行業發展趨勢，確定了以培養創新應用型人才為目標;構建了基礎理論及通識教育、專業基礎理論和專業綜合課程教育三個課程體系;同時搭建了五個與理論課程相銜接的實踐平臺：基礎訓練平臺、專業技能訓練平臺、工程技能實訓平臺、工程實踐訓練平臺、科技創新實踐訓練平臺。在此基礎上培養學生的創新意識和創新能力。

在整個人才培養過程中，始終堅持以創新型、應用型人才培養為主線，重點培養學生的創新意識和創新能力，通過構建三個課程體系和五個實踐平臺，努力為學生營造一個寬松的育人環境，使學生通過開放式、創新研究性學習方式、面向工程項目實踐，培養厚基礎、寬口徑、具備專業基礎知識與應用能力，能從事機械工程領域復雜智能化裝備的設計、制造、研發等方面工作的綜合型創新型應用人才。

二、機械專業課程體系建設

傳統的機械專業課程體系偏重于基礎理論教學，學生從一入學就開始學習機械制圖、機械設計、機械原理等專業基礎理論課程，許多學校除了金工實習和生產實習之外幾乎就沒有真正的實踐環節，導致學生從一開始就鉆到深奧的理論知識海洋里，滿眼看到的是原理，滿耳聽到的是方法，而根本不知道這些知識到底是什么，有什么用，如何去使用，更有甚者直到大學畢業都不知道機械學科是什么。為了改善這種現狀，河北工業大學機械設計制造及其自動化專業立足行業發展前沿，面向人才培養的社會需求，在“三位一體”人才培養體系的基礎上構建了“3+1”課程群，如圖2所示。構建了“機械創新設計”、“機械裝備制造”和“機械自動化”三個專業課程群，并依托京津冀地區的企業需要和行業發展專門增開了“專業拓展課程群”，全方位地培養務實、創新、開拓性人才。

“3+1”課程群以培養復合創新型技術人才為主線，強化對學生工程實踐能力的培養，為開拓學生的視野，增設專業導航課、行業前沿課、區域產業發展講座等講座式課程，聘請專家教授、企業高工等，講授當前本專業的發展狀況和發展趨勢，充實、調整專業實踐課的教學內容，強化學生的創新意識和能力，使學生對自己的專業有充分的了解，進而提高學生的學習興趣，熱愛自己所學專業、變被動學習為主動學習，盡早完善自己的職業規劃。在教學過程中，使學生有目標有動力，老師有干勁有成效，實現教學相長，相互促進，提高教育教學效果和人才培養質量，適應社會發展對機械專業人才的需求。

三、機械專業課程教學方法改革

除了對人才培養模式和課程體系進行改革之外，在具體的課程教學方法上也進行了重大改進，以提高學生的學習興趣、開闊眼界、重點培養學生的創新意識和創新能力為改革的出發點，具體的實施措施主要包括：校企聯合高工進課程、虛實混合立體化教學、創意作品創新實踐化等手段。

（一）校企聯合高工進課程

新工科要求人才培養緊隨行業的發展變化，服務于社會產業，發揮自身優勢，定位行業需求培養綜合型技能型專業人才。傳統的工科教育逐漸與社會脫節，在人才培養過程中重理論、輕實踐，導致人才就業難，而企業急需人才卻無人能用的惡性循環。

在新的人才培養模式下，高等教育的教學過程和企業緊密相連，針對不同的教學內容，邀請企業高工和行業精英進入課堂，給學生講述行業的發展、企業的需求、企業項目的實施流程以及專業知識的應用技巧等內容，使學生對自己所學的專業有更深的認識，深化行業的知識背景。

河北工業大學機械制造工程學在授課的過程中就多次邀請了保定向陽航空精密機械有限公司高級工程師進入課堂進行授課，圖3為企業高工給學生講解組合夾具的使用技巧的授課現場，實踐證明該環節能使學生們的學習興趣空前高漲。

企業精英除了參與親身授課之外，還參與專業人才培養目標、培養方案的制定，和學校一起聯合搭建實踐平臺。校企聯合的教學模式極大地提高了學生的學習興趣，使學生明確了學習目標，增強了行業背景知識。

（二）虛實混合教學立體化

傳統的教學過程過于偏重“講”和“聽”，面對枯燥的原理、復雜的結構，學生感覺聽著困、學著難，逐漸形成了上課睡覺成風的教學常態。教學方法改革的一個重要任就是提高學生的學習興趣。隨著虛擬現實技術（VR）的逐漸成熟，VR技術也已經開始在教育領域廣泛應用[8-9]。VR技術具有高度的真實感和沉浸感，趣味性濃，開放性強等優點。學生可以充分調動“眼”、“耳”、“口”、“手”、“腦”等多個器官參與學習和體驗。通過構建虛實混合立體化教室，把VR技術引入課程教學中，使學生能夠隨時觀察結構的細節，機構的運行過程，極大地提高了學生的學習興趣和對知識的掌握程度。VR技術允許學生自由發揮、自由創造而無需擔心成本和安全問題，解放學生的創作天性、激發創作靈感，能更好地培養學生的創造能力。

河北工業大學機械制造工程學課程已經成功地把VR技術引入課堂，搭建了組合夾具虛擬拆裝實踐平臺，見圖4，和機械加工綜合實踐VR工廠，見圖5。在教學實踐中受到了學生的一致好評。

（三）創意作品創新實踐化

為了進一步培養學生的實踐能力和創造能力，在教學的過程中提出了項目導向、自由開發的實踐教學方法。河北工業大學搭建了綜合實踐實訓平臺，該平臺由仿真模塊、加工模塊和PLC模塊組成。仿真模塊可以實現三維造型、車、銑、鉆、磨等常用加工方法的虛擬加工仿真，以確保后續實車加工過程的安全;加工模塊主要包括數控車床、數控銑床、數控加工中心、激光切割機、激光雕刻機、線切割等加工機床，保證學生設計的零件能夠被順利加工出來;PLC模塊主要包括PLC控制器、伺服/步進電機、氣缸、絲杠、導軌、傳感器、各種連接件等。

教學過程中，由老師指定項目或學生的自主創意作為實踐內容，在學校建設的綜合實訓平臺上，學生自己動手進行方案設計、零件加工、傳動連接、PLC編程、運動調試等內容，最終形成自己獨特的創意作品。依據作品的創新性、完整性、復雜程度等指標進行考評，給出最終成績。該實踐平臺使用以來，極大地提高了教學的趣味性和科學性，學生的學習興趣濃厚，真正達到了廢寢忘食的地步。目前這種教學模式已經向本校的其他專業推廣，并逐步向其他兄弟院校推廣。

四、結束語

在教育部建設新工科的指引下，河北工業大學機械設計制造及其自動化專業對人才培養模式、課程體系和教學方法進行了深入改革，全面注重對學生學習興趣的激發、創新意識的培養和實踐能力的提升，提出了“一線三段”的人才培養模式，重組課程體系，加強了對人才創新意識和創新能力的培養，在教學過程中引入虛擬現實技術、項目式教學等先進的教學方法，加強與企業的聯系，使人才培養緊隨行業的發展需求，真正做到了為社會培養專業技術能力強、創新意識強、實踐能力強，能解決復雜工程問題的優秀綜合型人才的目標。

參考文獻：

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