面向新工科的“重型機械”工程專業建設的探索與實踐

馬立峰 朱艷春 高有山

（太原科技大學機械工程學院 山西·太原 030024）

0 前言

我國經濟發展正在進入結構調整、轉型升級的攻堅期，新舊增長動能正在轉換創新驅動發展，“一帶一路”“中國制造2025”等一系列重大戰略正在深入實施，以新技術、新產業、新業態、新模式為特征的新經濟蓬勃發展，需建立更多樣化和個性化的工程教育培養模式，工程科技人員應具備更高的創新創業能力和跨界整合能力。國家對高素質人才的需求使高等教育面臨重大挑戰，國家就高等教育發展制定了“堅持以本為本，推進四個回歸”、中國“金課”、“新工科”建設等一系列政策方針，如何培養出適應社會需求的高素質人才是高等學校面臨的重要任務。陳寶生部長認為“教育是事關國家發展和民族未來的千秋基業”，“除了創新，教育無路可走，除了改革，教育無路可走”，而“高等教育是國家綜合實力和發展潛力的重要標志”。由高等教育司司長吳巖主編的《高等教育強國夢——中國高等教育區域發展新論》《構建中國特色高等教育質量保障體系》《國際高等教育質量保障體系新視野》等是我國高等教育改革與發展、高等教育質量保障體系等領域的重要文獻。吳巖司長提到“新工科是高等工程教育的未來”，“以新工科建設領跑高等教育變革”，中國高等教育的地位正從“基礎支撐”向“可持續發展的最大紅利和牽引動力”轉變，從“大眾化階段”向“每個人職業生涯的基礎教育”轉變，從“相對單一”的類型結構向“多樣化”轉變，要在世界舞臺、國際坐標和全球格局中謀劃發展與改革，參與競爭與治理。這是我們高等教育院校專業建設和改革要面臨的挑戰，也是我們要探索和實踐的方向。太原科技大學機械工程學院作為山西省重型機械領域人才培養的重要基地，如何應積極對這些挑戰，并實現實踐和推廣是我們必須思考的問題。

1 面向新工科的“重型機械”工程專業建設

1.1 現有條件和不足以及改革探索的方向

太原科技大學機械工程學院現有機械設計制造及其自動化、機械電子工程、車輛工程、工業設計4個本科專業。其中，機械設計制造及其自動化專業為“國家管理的專業點”、“國家高等學校特色專業建設點”、山西省首批“本科品牌專業”、山西省優勢專業，該專業于2011年通過國際工程教育專業認證，是山西普通本科院校中第一個通過認證的機械類專業。學院現有省教學名師5人，2個省優秀本科教學團隊，編寫了12部國家級和省部級教材，且承擔了多項省部級教學科研項目。在取得一定成果的同時，也應充分認識到自身的不足。作為重型機械人才培養的搖籃，發揚傳統優勢的同時更需要對接前沿知識，更新教學體系、教學法，培養新時期的新型重型機械人才。

以開展新工科項目和工程專業認證推進工作以及山西省“1331”工程重點學科建設為契機，根據現有資源和實際情況，為打造具有鮮明“重型機械專業特色”的新工科，構建服務于實驗教學和具有新工科理念的政策、人事制度等完善的保障機制，形成以能力培養為主線，以服務地方產業為核心的多層次、多模塊、互相關聯的新型教學體系。從明確人才培養目標、改變人才培養模式、提高人才培養質量等多方面入手開展教學改革創新，“以學生為中心”進行學科和專業的一體化建設。期望通過組建教育教學改革團隊及教材建設團隊，成立虛擬仿真實驗室，開展新工科學科群建設，積極組織學生參加學科競賽等一系列措施的實施，讓專業建設的整體發展更上一層樓，能夠在人才培養質量上有一個質的提升。

1.2 創新改革的探索與實踐

課程是教育最微觀問題，但解決是教育最根本問題，課程是體現“以學生發展為中心”理念的“最后一公里”。處于大學縱向結構底部的基層教學組織成為遵循新標準、踐行新要求和提高教學質量的重要依托。因此，課程的創新改革勢在必行。針對新工科對“重型機械”工程專業人才質量需求，開展以“學生為中心”的傳統工科升級的新工科建設項目，“重型機械裝備智能化方向”學科群的建設，教學改革以點帶面的全面推進，立體教材的全方位改革，創新創業平臺和虛擬仿真實訓平臺的搭建，以及高效的組織管理模式建立等一系列舉措，實現人才培養模式的先進化，發揮傳統學科優勢的同時，全新定位重型機械裝備新型人才培養，為社會為國家培養出適合時代技術發展的高水平綜合人才。

1.2.1 建立一支致力于提高專業整體教學質量的教育教學改革團隊

借助互聯網資源，實現優質教學資源共建共享，精準滿足學生移動學習需求，探索線上與線下相結合、課堂內外相延展的混合式教學模式；創新課堂教學組織方式，推進項目式、探究式、案例式等教學方法改革，營造生動豐富的教學情境，師生課堂上交互研討、反思和實踐，推動課堂從封閉走向開放，轉型為教與學的動態交互場域，推動課堂教學活動更加生動高效。尊重學生個性與差異，引導營造自主學習的環境氛圍，轉變教學評價理念，從以教為中心轉變為以學為中心，真正將學生作為教學過程的主體。促進評價主體多元化，推動評估手段從經驗與試卷邁向數字化，全面精確記錄學生在學習過程中的行為、態度和實踐，達到從注重學科知識成績轉向綜合素質的發展性評價。

1.2.2 打造重型機械裝備在智能化領域方向的高水平專業特色教材

針對重型裝備企業向智能制造轉型以及對工藝、裝備、控制學科交叉知識綜合運用的需求，通過整合組建高水平的教材編寫隊伍，鼓勵教學名師、高水平專家主編或參加教材編寫工作；根據產業發展和國家重點發展領域的需要，組織開發編寫一批介紹新技術、新學科的教材，如交叉學科、整合課程，特別是重型機械裝備在智能化領域方向的高水平的專業化特色教材；通過修訂傳統經典教材，增加體現先進性、工程性、實踐性的新工科思想的內容，使其煥發新的活力，進而打造了一批重型機械裝備智能化領域的專業化、新形態教材。

1.2.3 搭建特色新穎的創新創業平臺及實踐創新平臺

（1）創新創業條件建設?；凇皣壹墝嶒灲虒W示范中心”平臺，統籌基礎教學實驗室、科研實驗室、機器人實驗室、虛擬仿真實驗室建設，成立大學生創新創業實踐中心、機械眾創空間工作室。組建New Maker機器人、萬里車隊、設計與成圖、領創設計、智能起重機、工業設計產品創新工作室，近3年培訓學生2600余人次，參賽作品300余件，共獲國家級獎項120余項，省級獎項140余項。同時，本著“優勢互補、資源共享、互惠共贏”的原則，與多個企業單位建立產學研合作。

（2）實踐條件建設。增加實驗設備的購置力度，改造舊實驗設備。近三年，學院新增實驗設備60余套。學院積極籌建機器人工程專業的教學及科研實驗室，投資303萬元采購了“太原科技大學機器人自動化生產線”，已進入試運行階段；學校投資300余萬元對原有工程訓練中心進行了改造，在專業老師的帶領下自主開發了基于三維形態掃描的打磨機器人平臺、焊接機器人平臺、基于視覺環境感知的機器人分選、碼垛、搬運平臺等，并搭建了智能化物流輸送生產線，可為機器人專業本科教學提供支撐。針對重型機械裝備實踐拆解認知困難，加強虛擬仿真金課建設，承擔由高等學校國家級實驗教學示范中心的示范性虛擬仿真實驗教學項目，已在“高等學校機械工程學科虛擬仿真實驗教學共享平臺”發布應用。2019年投入319萬元建設了機械學科虛擬仿真實驗中心，打造了虛擬現實綜合實驗平臺、虛擬仿真實驗網絡教學平臺以及虛擬仿真研發平臺為核心的虛擬仿真實驗教學體系。

1.2.4 建設典型創新“重型機械裝備智能化專業群”人才培養方案

圍繞專業群人才培養目標，重新制定體現跨專業、交叉融合專業集群特點的，有行業專家直接參與指導的，符合行業發展需求的人才培養方案；重新設計構建合理的課程體系，修訂完善課程內容。本著“工程教育”的思想和“服務企業”的理念，在日常的教學活動中，要求專業教師提高個人的工程實踐能力，講授相關工程設計方法。并制定相關管理制度，引導并鼓勵教師指導學生參加各種創新競賽，利用競賽促進學生的工程實踐能力。近年來，先后組織學生參與了“徐工杯”節能環保大賽、國際工程機械及專用車輛創意設計大賽、全國起重機創意設計大賽等專業性比賽。學生自主組隊和教師組隊相結合，按照大學生創新創業計劃要求對賽事項目進行日常管理。實施校企雙導師制，利用產教融合協同育人基地，使學生畢業設計、畢業論文環節深入企業，在實際研究生產中，增長見識，提高自我，成為能夠服務新時代裝備制造業的有用之才。

1.3 變革與創新成果及應用推廣

以推動高質量發展為主題，以改革創新為根本動力，要精準把握高等教育大勢——識變、應變、求變，而“創新”是最關鍵、最核心、最動人的要義，中國高等教育也唯有創新，才能以變應變，才能實現高質量發展。因此，太原科技大學機械工程學院將變革與創新融入教學改革、教材建設、創新創業平臺及虛擬仿真實訓平臺的建設中，并在教學中進行了推廣，取得了一系列成果，得到了學生和專家的認可。

1.3.1 教學改革模式、教學措施得到認可

2017年和2019年獲得省級教學成果獎特等獎3項、省級教學成果獎一等獎1項，二等獎3項；2019年學院獲全國先進教育集體，機自專業獲批國家一流專業，機電獲批省一流專業；2020年車輛和工業設計獲批省一流專業；2020年車輛工程專業通過專業認證，至此，機自、機電、車輛專業均通過了專業認證。認證專家評價為：該專業重型機械行業特色鮮明，培養目標定位準確，課程體系設置合理，畢業生專業素養強、就業率高。徐工、衛華等行業知名企業，對畢業生的基礎能力、團隊協作、動手能力都給予了高度評價。

1.3.2 打造專業配套教材及專著，提升學生專業品質

2019年至今，鼓勵專業基礎及專業教研室細化、打磨學生用教材，根據專業特色及社會需求，打造了一套能匹配專業教學、顯著提升學生專業品質的教材及專著。在此基礎上，2020年組織申報并獲批了山西省高等學校精品共享課程4項。課程團隊堅持以學生發展為中心，成果產出為導向，立德樹人，注重學生知識、能力和素質培養。為達成人才培養目標，將課內理論教學、實驗教學與虛擬仿真實訓系統結合，構筑可視化結構教學演示平臺，并借助教育信息化技術，采用多種教學方法對學生進行授課。

1.3.3 搭建創新創業平臺，讓全體學生受益

2019年獲批山西省重科博遠眾創空間，新建的“機器人本科教學實驗設備”也已準備投入使用。此外，根據創新創業方向特點，已成立六個具有專業特色的團隊及工作室，六個團隊在創新創業平臺和各類項目的大力支持下，積極推動學生參加創新創業大賽，獲多項國家級獎勵。

1.3.4 建立虛擬仿真實驗教學平臺，提高原理認知水平

借助虛擬現實技術提升學生對重型機械裝備的原理認知水平，采用現場普遍應用的操控軟件為研發平臺，嚴格遵照生產工藝操作規程，利用專項研發工藝模型，輔以虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等手段構建數字化的教學資源，逼真再現工業現場操作環境，實時準確反映工序過程機理。該實驗平臺，為學生構建了“全工藝流程、多學科交叉”的實驗學習條件，能夠使學生能夠通過終端設備進行學習和實驗，達到實踐教學目的，突破時間和空間的限制，是對傳統教學方式的重大革新。2019年組織申報并獲批山西省高等學校虛擬仿真實驗教學項目3項。

1.3.5 新工科持續推動專業改造升級，建立完善教育體系

2020年獲批教育部第二批新工科研究與實踐項目“傳統重型機械工科專業的改造升級探索與實踐”，通過培養方案修訂，優化課程體系，改進教學手段，建設創新平臺，完成學科創新團隊建設、學科交叉協同創新研究及創新人才培養，面向重型機械行業，建成集“現代設計理論研發—核心基礎件加工制造—大型裝備機電液一體化”為一體的學科交叉創新基地和人才培養基地。

面對重型機械行業全鏈條的改革創新，及其帶來的終端產品及服務的顛覆性形態改變，引入新的教學模式與手段，推動工程教育實現“質”的飛越。通過搭建創新創業和虛擬仿真實踐平臺，鼓勵學生參加“大學生創新創業訓練計劃”；建設創業孵化基地和專業化創客空間，推動產學研的緊密結合和科技成果的轉化應用，完善新工科人才“創意—創新—創業”教育體系。

2 專業建設探索與實踐的成效與啟示

經過多年對“重型機械”工程專業建設的探索與實踐，結合新工科人才質量需求，組建了一支致力于提高學院整體教學質量的教育教學改革團隊，進行培養方案修訂和課程體系建設；成立了創新創業管理委員會和大學生創新創業實踐中心；完成了虛擬仿真實驗平臺的建設，指導大學生參加創新創業活動；新的教育理念和教學方法以及手段在教學過程中得到了具體實踐，組織教材建設團隊開展了一系列優秀教材的撰寫及出版。

通過一系列變革和創新措施的實施，使我們深刻認識到：“重型機械”工程專業建設任重而道遠，人才培養模式的研究持續而艱巨，要與世界接軌，做到教育理念同頻共振，教學標準實質等效，教改模式和而不同。探索學科專業建設的新路子、新模式、新形式，實現機制上更新換代，內容上再造創新。結合“重型機械”工程專業的特點，做好教學改革、教材建設、體系融合、平臺建設，打造好與國際接軌的卓越工程師搖籃。