新工科背景下機械類專業實踐教學“金課”建設探索
——以廣東理工學院為例

伍先明

（廣東理工學院智能制造學院，廣東 肇慶 526100）

新工科和“金課”都是教育部針對世界科技發展和進步對我國高等教育提出的重要教育理念。新工科專業為高校工科人才培養提供了更多的專業選擇，“金課”模式為我國高等教育課程建設提出了更高級的發展目標。這兩項教育理念對我國高等教育發展以及人才培養都具有十分重要的意義。機械類專業作為傳統的工科專業，在新工科背景下，已經完成了多種新工科專業的建設和融入。同時，在當前工業機械智能化發展背景之下，我國對機械專業人才的培養提出了更高的要求。高校要重視新工科專業人才的教育和培養，改革課程體系，加快建設機械類專業實踐教學“金課”。

1 新工科背景下機械類專業實踐教學“金課”建設的必要性

新工科背景下機械類專業實踐教學“金課”建設非常重要，是現代高等工程教育改革的必經之路。新工科的含義包括兩個方面，即新型工科和新生工科。新型工科是對現有工科進行轉型、改造和升級，包括內涵的拓展、培養目標和標準的轉變或提高、培養模式的改革和創新［1］等。新生工科則是現有工程學科的交叉復合，工程學科與其他學科的交叉融合，從其他學科門類孕育、延伸和拓展出來的，或面向未來新技術和新產業發展［2］出現的一批新興起的工程學科（如智能科學與技術等）。顯然，應用型院校的新工科是要滿足區域經濟和產業結構對人才知識、能力和素質培養所需要的新型工科，而不是新生工科。

1.1 培養適應地方區域經濟發展人才的需要

當前，各國之間綜合國力競爭激烈，在新一輪科技革命和產業變革中，國家急需一批具備更高創新水平與跨界整合能力的新型工科人才作為支撐力量。為滿足國家對新工科人才的需求，各高校根據自身的定位進行分類發展。工科優勢強的高校要對工程科技創新和產業創新發揮主體作用，綜合性高校對催生新技術和孕育新產業發揮引領作用，地方高校則對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用［3］。需要強調的是，新工科建設是占全國高校90%以上的地方應用型高校積累辦學經驗、彰顯辦學特色的重要歷史機遇。地方應用型高校更易于打破學科壁壘，探索個性化的辦學模式，重點開展對傳統工科專業的轉型、改造和升級，實踐教學“金課”的建設，體現地方應用型高校在新工科建設中的特色和創新［4］，對培養適應地方區域經濟發展的應用型人才非常有必要。

1.2 提升人才培養質量的需要

高校是我國培養專業人才的搖籃，我國未來社會的發展要依靠高等教育培養的人才來完成。高校要培養符合社會發展需要的新型人才，就要注重教育升級，從教育環節入手，進行課程改革，淘汰“水課”，打造有深度、有難度、有挑戰度的“金課”，創新人才培養模式，切實提高人才培養質量。機械類專業雖然不是新工業技術，卻是現代所有新技術、新工藝應用最集成的專業，是所有工業領域發展的基礎專業。如智能化機械設備、智能機器人制造不僅是智能化技術的研發，而且是智能化技術與機械理論的融合研究和應用。因此，新工科背景下，機械類專業依然是主流專業。高校建設機械類專業實踐教學“金課”是新工科建設發展的新抓手，同時也是社會發展對高校工程教育發展的新要求。

21世紀，掌握人才就能夠掌握社會發展的前進方向，同時，現代社會需要的人才已經不再是“滿腹經綸”的理論型人才，而是實踐能力強的高素質人才。以機械類專業為例，我國制造業正處于由大到強的發展階段，很多核心技術還未實現自主化，某些零件長期依賴進口，導致我國在機械工業發展方面始終處于被動，因此，迫切需要創新能力、實踐能力強的機械類專業人才，為我國機械類核心技術的發展提供人才支撐，繼而改變我國技術落后的狀態。綜上而言，機械類專業實踐教學“金課”建設是為了培養新時期我國機械類應用型、技術技能型人才。從人才培養和社會技術發展而言，該“金課”建設具有必要性。

1.3 改革機械類專業人才傳統培養模式的需要

機械類專業是廣東理工學院的一個老牌專業，沿用2014級人才培養方案及相應的課程體系。其培養模式仍舊是普通高校的固有模式，即學制4年，包括3.5年的理論學習和0.5年的畢業實習和畢業設計。通過幾年的教學實踐發現，課程體系和專業教學與工廠生產現場所需要的應用型人才（現場工程師）還有一定的差距［5］，具體表現在以下幾個方面。首先，課程內容設計不合理。廣東是家用電器產品的制造大省，產品成型在機械制造業中占據的比重很大，而原課程體系的專業課程全是機械加工工藝、數控編程等方面的內容，缺少產品成型方面的課程。且加工原理工藝方面的內容比較淺顯，學生在老師的指導下僅了解一點常識。其次，實踐教學安排不合理，不利于學生就業。在實踐教學方面，尤其是在金工實訓方面，還是“3+2”的實訓方式。“3”是指3周的基礎實訓，包括普通的車、銑、鉗的基本操作，每個工種做一個很簡單的小零件，“2”是指兩周的數控機床操作，都是一些簡單的編程操作。而且實踐訓練環節、核心課程的課程設計都在校內進行，各自獨立，缺乏綜合性。生產實習和畢業實習雖然在企業進行，但彼此分開，時間分散，基本上都是走馬觀花。學生通過參觀產品的制造過程或生產線的運行增長了一點見識，卻缺乏實踐操作環節，這顯然與新工科應用型人才培養要求有較大的差距。再次，學生缺乏主動性。老師要學生干什么，學生就干什么。學生基本上是知其然不知其所以然，沒有把產品或工裝的設計與制造聯系起來，收獲不太大。在此背景下，機械類專業實踐教學“金課”建設就顯得十分必要和迫切。

2 新工科背景下打造機械類專業實踐教學“金課”初步嘗試

2.1 教學改革的初步嘗試

根據“金課”建設的必要性，經專業負責人與教研室專任老師調研后，廣東理工學院于2017年對人才培養中的某些課程做了一點微調，把培養方案中原專業必修課程先進制造技術改成選修課，增補“塑料成型工藝及模具設計”為必修課，增補“沖壓工藝及模具”“材料成形技術基礎”等為選修課。這樣在學分沒有增加的情況下，優化了學生的知識結構，拓寬了學生的知識面［5］。在實踐教學方面，把2014級第6學期的CAD/CAM實訓和專業模塊實訓兩個項目整合成一個小綜合，即用兩周進行理論設計，再用兩周到實訓加工中心對設計的作品進行加工制作，增加了實操環節。把理論設計與實踐操作結合起來，這是對理論和實踐教學進行改革的初步嘗試，為后續實踐教學模式的改革奠定一定的基礎。

2.2 按新工科要求制定新的人才培養方案

應用型院校機械類專業的新工科建設主要是立足現狀，對現有專業進行改造和升級。人才培養方案的制定至關重要。人才培養目標應與行業需求相對接，人才培養規格與工作崗位相對接，人才培養方案應注重應用性、突出實踐性，人才培養過程應體現校企合作、工學交替等幾個方面［6］。在人才培養方案中，課程體系的設置必須考慮專業設置和畢業生就業，為學生的專業教育和終身學習奠定一個良好的理論基礎。應用型院校機械類專業的課程體系一般包括數學、物理、力學、機械學和機械設計制造及數控方面的主干課程，還包括電工電子、液壓氣動、C語言編程控制等輔助性課程。在原有的課程體系基礎上，根據新工科建設的要求，2019年，機械類專業核心課程增加了機械CAD/CAM和工業機器人2門課程，專業選修課增加了電氣控制與PLC和單片機原理及其應用等電控和編程方面的課程，在課程體系和知識結構上實現機械設計制造與機電控制編程相融合。把機械類專業核心課的課程設計及實訓全部安排在第6學期，這樣有利于項目的整合和統籌安排。

3 新工科背景下打造機械類專業實踐教學“金課”具體探索

實踐是檢驗真理的唯一標準，創新之根在于實踐。大學生通過前幾年的理論學習，有了較好的理論基礎和專業知識體系。高校要培養出生產現場需要的工程實踐（應用）型人才，就必須培養學生運用知識解決工程問題的能力，而這種能力只有通過實踐教學的訓練和培養才能獲得。校內實訓具有師資力量雄厚、設備齊全和時間充足的優點，對學生強化專業理論知識的綜合應用和實踐能力的提升具有極其有利的條件。

實踐教學模式改革后，第6學期中的一個課程設計及兩個實訓項目合并成一個大的綜合性實訓項目。這對指導老師和學生都提出了更高的標準和要求，學校應從管理、考核、評價等各個方面采取一系列切實可行的措施來保障學生獲得綜合實訓的最佳效果。

3.1 制定綜合實訓教學大綱

原培養方案中3個實踐教學項目是單獨的，各有其目標和任務。如機械制造工藝學課程設計是按設計任務要求畫出零件圖、選擇加工方案、制定工藝路線、確定切削用量、編寫工藝過程卡及編寫一份說明書，CAD/CAM實訓是用3D軟件繪制一幅簡單的模具圖樣，完成分模、模具產品加工的刀具路徑的生成及模擬加工，專業模塊實訓是設計一副機床夾具，編寫一份說明書。每個項目時間較短，目標單一，任務難度較小，對學生綜合運用知識的深度和廣度要求不高，對學生能力的培養缺乏實踐性，尤其是缺乏工藝知識、工程意識的培養和動手能力的訓練。學生即使完成了3個設計，對自身成長成才也意義不大。因此，新的綜合實訓大綱把這3個實踐（實訓）項目（共6周）合并成一個項目，從理論和實踐上提出了更高的要求。前3周，學生在機房進行理論設計和3D、2D繪圖，編寫設計說明書及相關工藝文件；后3周，學生在實訓中心用數控機床按設計圖紙加工實物，從而使學生從理論設計到動手操作經歷一次全方位的訓練，為其畢業后走向生產現場奠定較好的實踐基礎。

3.2 擬定實訓課題

實訓課題既要緊靠專業教學內容，又要與工程實踐緊密結合。課題內容以工藝裝備為主，工裝設計和制造是現場生產技術管理、質量管理工程師的一項重要工作，而機械制造企業的工裝主要是模具和夾具這兩大類。模具主要是用于產品的成型，夾具是用于產品的加工或檢測。為了確保實訓卓有成效，課題類型應盡量多樣化，既要有塑料成型模具、鈑金沖壓模具，還要有各類機床夾具或檢測夾具，包括車床夾具、銑床夾具、鉆孔夾具和鏜床夾具等。另外，實訓課題應與學科競賽和老師的科研課題結合起來。課題應有一定的難度，太簡單了，學生學不到東西，太復雜了，學生完不成，要有中等或以上的難度，才能使學生受到理論和實踐的充分訓練。

3.3 實訓前對學生進行宣傳發動

實訓正式開始前，學校要召開動員大會，重點講解校內綜合實訓的目的、意義和內容，給學生上好一堂思政課，使學生明白參加綜合實訓是提高自身實踐能力的需要，是實現學校辦學特色和專業建設特色的需要，是廣東制造業對現場工程師業務能力的需要，是實現人才培養目標的需要。通過實訓前的動員大會，學生對綜合實訓的認識提高了，明確了實訓的目的、任務和要求，在實訓中會更加主動學習、鉆研，并重視動手操作。

3.4 加強綜合實訓的過程管理

實訓雖然只有6周，但需要完成的任務多且重。為了確保各項任務按時完成，指導老師必須加強對學生的指導和管理。指導老師在開學第一周就要把設計課題布置給每個學生，要求學生利用課余時間先行設計，確保學生有足夠的設計時間。另外，每個行政班配備2至3個理論指導老師，每個老師所帶學生又分成若干個小組，3至4人為一組。在這個小組中，每個學生做相似的題目，但各人尺寸不同，設計的方案也不相同，遇到疑難問題時同學之間可以相互討論，但每個學生必須獨立進行設計，這有利于培養學生分析問題和解決問題的能力以及團隊合作精神。最后，每個組選出1套設計圖紙進行加工制作。每個實踐指導老師（車間師傅）指導兩個組的學生，每個學生都需要動手操作（包括數控車床、數控銑床、加工中心、電火花、線切割和鉗工鉆孔攻絲及裝配等工序），彼此分工合作，按圖紙把工裝制造出來。在加工中，若發現作品有設計或工藝問題時，學生需要修改設計和工藝（產品的結構工藝和制造工藝），這才是真正地發現問題、分析問題和解決問題。通過實訓，學生理論知識的應用能力、實操能力得到了較大程度的提高，為第4年去企業進行綜合實習奠定了良好的實踐基礎。

3.5 強化實訓成果的考核評價

任何一項工作只有任務布置，沒有檢查督促和考核評價，就不會給指導老師和學生帶來工作和學習上的壓力，也不可能做出好的作品。考評小組根據《綜合實訓教學大綱》制定詳細的考評標準，按設計說明書文檔質量、3D和2D設計圖紙的質量、作品功能原理的科學性和正確性、作品制作質量、學生出勤情況和學習情況進行分項評分，并累計得到的總分，從而評定學生成績的等級，這個成績也是指導老師實踐教學評優的重要依據。

綜合實訓激發了學生的創新意識、創新思維和創新潛能，培養了學生解決工程問題的綜合能力，促進學生全面提升工程能力、實踐能力、創新能力和自主學習能力等。通過實訓，學生綜合地運用了專業知識，進行了一次全面的綜合性的訓練，指導老師也在指導中學習，在學習中指導，其實踐教學能力也得到了極大的鍛煉和提升。

4 新工科背景下機械類專業實踐教學“金課”的效果評估

新工科背景下機械類專業實踐教學“金課”的建設，能夠有效地培養新時期所需人才，對我國人才的整體建設有非常重要的意義。但是，機械類專業實踐教學“金課”的建設能否取得良好的效果，需要進行定量或定性的評估。

4.1 機械類專業實踐教學“金課”教學效果分析和對比

對比歷次綜合實訓教學效果，2014級學生是實行綜合實訓的第一屆，時間比較短，僅有4周，指導老師也沒有經驗，裝配成功的作品只有幾個（有些作品因時間有限沒有全部完成），且質量不高，綜合評分才70分左右。2015級學生的作品就有較大的進步，2021年上半年是第5次綜合實訓，學生共做出50多個作品，且有些采用了高效的氣動夾緊結構。指導老師的經驗也在不斷積累，實訓作品的數量和質量逐年提升，學生每年的實訓成績也在穩步增長。2021年綜合考核的平均成績達到80分以上，與2014年相比，平均成績提高了10分左右。學生理論知識的應用能力、計算機軟件和數控機床設備的操作能力都獲得了大幅度的提升，綜合實訓真正達到了實踐教學“金課”的水平。

4.2 用人單位對機械類專業學生的工作評價

廣東是制造業大省，也是高等教育的大省，企業多，用人需求大，如TCL王牌及海外電子、東莞翎喬五金塑膠有限公司、美的集團等大中型企業都需要大量的機械類專業學生。用人單位對廣東理工學院機械類專業學生的工作能力印象良好，普遍反映其理論知識扎實、實踐動手能力強、工作上手快，并且具有虛心好學和吃苦耐勞的精神。

4.3 新工科背景下機械類專業實踐教學“金課”模式在其他工科專業中推廣應用

這種教學模式受到教務處和學校領導的高度評價，充分體現了機械類專業人才培養的特色，具有向其他工科專業移植的條件。廣東理工學院還有一個機械電子工程專業，因專業偏向于電控，集中性實訓有兩個項目，共5周，學院也在計劃按實踐教學“金課”模式進行整合，做成一個綜合性的實訓項目。其要求是做出一個控制類的電氣電子作品，能夠對機床設備或其他設備進行程序控制，其目的還是把理論與實踐結合起來，把實踐教學真正做實。之后，這種“金課”模式還會向其他工科專業逐步推廣。