新工科背景下機械人才工程實踐能力和創新能力培養的研究與實踐

彭 斌 靳 嵐 王保民 宋孝宗

（蘭州理工大學機電工程學院 甘肅·蘭州 730050）

隨著經濟全球化的發展，我國從制造大國走向制造強國需要高水平的工程人力資源保障，培養的工程人才得到國際企業界認可等都要求高等工程教育必須進行改革。隨著我國成為《華盛頓協議》的正式成員，標志著工程教育體系進入國際工程教育聯盟，有利于提高我國工程教育質量、促進我國按照國際標準培養工程師、提高工程技術人才的培養質量，是推進我國工程師資格國際互認的基礎和關鍵，對于我國工程技術領域應對國際競爭、走向世界具有重要意義。同時工程教育專業認證是也是我國高等工程教育界面臨的機遇和挑戰。目前圍繞“學生中心、產出導向、持續改進”的工程專業認證理念已逐步在各大高校中深入，不斷加強專業建設，提高人才培養質量也成為高校教育界的追求目標，我們針對如何將工程教育專業認證和西部應用型機械類人才實踐能力培養結合起來進行了認真探討和研究。

1 探索建立工科發展新范式——修訂全新的培養方案

根據世界高等教育與歷次產業革命互動的規律，面向未來技術和產業發展的新趨勢和新要求，在總結技術范式、科學范式、工程范式經驗的基礎上，探索建立新工科范式。在充分論證和深入思考的基礎上進行了培養方案的全面修訂，構建了學科交叉融合創新教育課程體系。培養方案重點改革專業相關課程（包括實踐環節）教學中存在的“課程教學與創新教育分離”的弊端，以課程教學專創融合為抓手，加強學生創新意識的培養，通過增開創新思維、創新方法相關課程，加強學生創新思維的培養，通過“課賽結合”加大學科競賽、科創活動的要求力度，加強學生創新能力的培養；通過加開創業課程、鼓勵學生參加創業競賽活動，鍛煉增強學生創業的意識和能力，從而探索基于專創融合的全新培養模式。

2 問產業需求建專業，構建工科專業新結構——智能制造工程

加強產業發展對工程科技人才需求的調研，做好增量優化、存量調整，主動謀劃新興工科專業建設。我們在充分論證的基礎上申請了新工科專業——智能制造工程。智能制造是基于新一代信息通信技術與先進制造技術深度融合，貫穿于設計、生產、管理、服務等制造活動的各個環節，具有自感知、自學習、自決策、自執行、自適應等功能的新型生產方式。加快發展智能制造，是培育我國經濟增長新動能的必由之路，是搶占未來經濟和科技發展制高點的戰略選擇，對于推動我國制造業供給側結構性改革，打造我國制造業競爭新優勢，實現制造強國具有重要戰略意義。

3 問技術發展改內容，更新工程人才培養體系

將產業和技術的最新發展、行業對人才培養的最新要求引入教學過程，更新教學內容和課程體系，建成滿足行業發展需要的課程和教材資源，打通“最后一學里”。推動教師將研究成果及時轉化為教學內容，向學生介紹學科研究新進展、實踐發展新經驗，積極探索綜合性課程、問題導向課程、交叉學科研討課程，提高課程興趣度、學業挑戰度。促進學生的全面發展，把握新工科人才的核心素養，強化工科學生的家國情懷、全球視野、法治意識和生態意識，培養設計思維、工程思維、批判性思維和數字化思維，提升創新創業、跨學科交叉融合、自主終身學習、溝通協商能力和工程領導力。通過構建和探索人才培養的新方法和層次化實踐來達到學生的工程實踐能力和創新能力的提升。

4 問學生志趣變方法，創新工程教育方式與手段

落實以學生為中心的理念，加大學生選擇空間，方便學生跨專業跨校學習，增強師生互動，改革教學方法和考核方式，形成以學習者為中心的工程教育模式。推進信息技術和教育教學深度融合，建設和推廣應用在線開放課程，充分利用虛擬仿真等技術創新工程實踐教學方式。完善新工科人才“創意—創新—創業”教育體系，廣泛搭建創新創業實踐平臺，實現100%工科專業學生參加創新創業訓練、50%學生參與一項創新創業賽事活動，推動產學研用緊密結合和科技成果轉化應用。項目通過5+1（五個教學層次和一條競賽主線）來進行工程實踐能力和創新能力的培養，五個教學層次：工程基礎認知層次、機械基礎綜合實踐層次、專業綜合技術層次、創新實踐訓練層次和科學研究層次；通過不斷線的一條競賽主線來貫穿和牽引4年的大學生活。

5 加強內外資源的共同建設，打造工程教育開放融合新生態

優化校內協同育人組織模式，通過建立跨學科交融的新型平臺，突破體制機制瓶頸，為跨學科、跨專業交叉培養新工科人才提供條件保障。匯聚學院和企業優勢資源，完善科教結合、產學融合、校企合作的協同育人模式，建設教育、培訓、研發一體的共享型協同育人實踐平臺。圍繞學院的實踐教學及學生的創新能力培養，構建形成了7大實驗平臺：（1）機械基礎綜合實驗平臺；（2）先進設計制造技術綜合訓練平臺；（3）測試與控制綜合實驗平臺；（4）機械結構性能綜合實驗平臺；（5）工業生產綜合實驗平臺；（6）實踐基地平臺；（7）科創基地平臺。

通過構建工程認知——基礎教育——創新實驗——創新設計——仿真實驗——數字化制造——驗證等螺旋遞進式的培養模式，實現學生工程實踐能力和科技創新能力的提升，使學生從0基礎開始，通過學習和培訓，循序漸進掌握機械產品的組成、功能分析、原理設計、設計方法、控制原理等內容；掌握機械傳動部件的選擇；結構件的設計；傳感器的選擇和使用；電機的使用；計算機編程和調試等，使學生在機械產品的創新實踐過程中，提升分析問題和解決問題的能力。依據區域經濟發展需求和行業發展現狀，構建機械類人才工程能力培養體系，以產出為導向，結合學校定位，按照工程專業認證的標準，從原來的工程科學教育模式向工程師培養模式調整，從工程技術知識傳授轉變到職業所需能力培養，特別是在開設的各個教學環節緊密結合“工程實踐”“學科競賽”和企業、教師的“研究課題”，以師資隊伍和實踐條件建設作為保障，培養學生扎實的工程理論知識、工程基本技能和工程思維及素質，培養學生的工程實踐能力，突出專業特色，保障專業培養目標的達成，從而培養學生的工程實踐能力和創新能力。近5年來，學生參加各類文化科創競賽和創新創業活動達到萬余人次，獲國家和省部級獎勵1000余項，校級獎勵2200余項，科技創新項目獲獎130項，專利40件，學院組織學生積極參與校級《學生科技創新基金》申報，立項70余項；多項科創作品已轉化為產品，形成了學生從“參與教師科研—專利申請—產品研發—創新創業大賽—市場化推廣”的工程創新教育模式。3J協會、3D動力協會榮獲全國百強學生社團，3J協會曾榮獲“小平科技創新團隊”榮譽稱號。