新工科背景下民族院校機械設計制造及其自動化專業課程體系的構建與實施

李東明 趙奎鵬 邵強 王楓 胡紅英

摘? 要：該文圍繞機械設計制造及其自動化專業的特點、培養目標，分析新工科背景下機械專業對人才培養的要求，重構機械專業課程體系，通過項目式創新課、工作室制度、過程考核改革等有效方法和手段，提高學生綜合運用所學知識解決實際問題和創新實踐能力，實現理論教學和工程實踐的有機結合，完成機械設計制造及其自動化專業實用型、復合型高級人才培養的目標要求，取得良好效果。

關鍵詞：新工科；課程體系；實踐平臺；實踐創新；機械設計制造及其自動化

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）25-0017-04

Abstract： This paper focuses on the characteristics and training objectives of mechanical design and manufacture and automation specialty， analyzes the requirements of mechanical specialty for personnel training under the background of new engineering， reconstructs the mechanical professional curriculum system. Through the project type innovation course， studio system and process assessment reform and other effective methods and means， we improve students' ability to comprehensively apply the knowledge they have learned to solve practical problems and their own innovative practice， realize the organic combination of theoretical teaching and engineering practice， complete the target requirements for the training of practical and compound senior talents in mechanical design， manufacturing and automation， and achieve good results.

Keywords： new engineering; curriculum system; practice platform; innovation in practice; mechanical design， manufacturing and automation

當今時代正處于技術革新的歷史階段，德國在2011年漢諾威工業博覽會上首次提出“工業4.0”的概念，開啟了人類第四次科技革命[1]。為應對新一輪科技革命和適應國家戰略發展需求，我國提出了“中國制造2025”的發展戰略，高等教育面臨新的革新，新工科已經成為新興工科專業和對傳統工科專業升級改造的重要理念[2-3]。

對以培養應用型人才為目標的民族院校而言，如何在新工科背景下結合民族院校學生特點，解析并重構現有傳統的機械設計制造及其自動化專業的培養方案，針對過去傳統教學中出現的問題提出有效的新舉措，完善“經學致用”創新人才培養模式，造就一大批引領未來技術與產業發展的卓越工程科技人才，為我國產業發展和國際競爭提供智力支持和人才保障，具有重要戰略意義。

一? 新工科背景下機械設計制造及其自動化專業對人才培養的要求

未來幾十年，新一輪科技革命和產業變革將對人才培養提出了新的要求，人才培養成為我國追求科技革命和技術創新，實現產業升級，增強國家綜合實力的重要保障。為適應新技術、新產業、新經濟發展需求，自2017年2月和4月，教育部在復旦大學和天津大學分別召開了綜合性高校和工科優勢高校的新工科建設研討會，提出了新工科建設的“復旦共識”和“天大行動”。新工科建設包括兩個含義，一是針對新興產業，國內大學開設新專業，核心是以大數據、云計算、網絡空間安全、人工智能和物聯網等為代表的互聯網與工業智能類專業。另一方面指傳統工科專業的升級改造。相對于傳統的工科人才，未來新興產業和新經濟需要培養具有創新創業意識、工程實踐能力強、具備國際競爭力和跨界整合能力的高素質復合型新工科人才。

二? 機械設計制造及其自動化專業人才培養存在的主要問題

（一）? 傳統課程體系存在的問題

傳統工科院校機械設計制造及其自動化專業課程體系經過多年的建設和發展，一般是基于平臺+模塊的模式，即傳統的公共基礎課、學科基礎課、專業課三大平臺；模塊化課程組主要指專業課和專業選修課，再輔助開設課程實驗和實踐模塊。過去幾十年，大連民族大學（以下簡稱“我校”）教學培養方案經過多輪的反復修訂，一直沿用這種傳統的培養模式，從我校及同類院校調研發現，開設的課程、教學內容等都較為相似，缺少特色；教學過程中，學生普遍缺乏學習興趣，對標新工科背景下學生工程實踐能力、創新能力、數字化設計制造能力和研究報告的撰寫能力等，缺乏明確可行的舉措和方案，沒有形成系統可行的措施。尤其是傳統的機械設計制造及其自動化專業課程體系，缺乏智能制造、數字化設計制造、信息物聯網等相關知識體系的結合。

（二）? 課程考核存在的問題

近幾年，基于OBE理念的工程教育專業認證正在興起，其理念打破傳統、單純的應試教育，強調過程管理，但是容易陷入達成度的數據游戲。目前來看，離真正有效過程管理還有一定的差距，比如過程考核成績普遍比較好，期末考試試卷成績卻比較差，是學生不重視期末考試了，還是過程存在問題？這些現實需要進一步思考。過程考核不是概念，不是形式，要深入探討如何進行有效的過程考核，課程教學如何體現產出成果。真正改變學生學風，真正提高學生學習效果，必須建立有效的考核和監督制度。

（三）? 創新能力培養過程中存在的問題

我校一直以培養應用型工程技術人才為目標，重視實驗和實踐教學，強化工程實踐和創新能力培養，但是在實際培養過程中， 實驗課程是對某一知識點的驗證， 很多高校都是把設計型或綜合型實驗課歸納為創新能力培養，這是遠遠不夠的。需要注重課程群，建立課程群的綜合實驗，甚至綜合應用所學知識，完成一個獨立產品的設計制造。因此，無論從課程設置還是實踐環節都需要對傳統的模式進行革新，以適應新工科背景下人才培養需求。

（四）? 工程實踐和報告撰寫能力存在的問題

目前，生產實習大多是在工廠生產車間進行，盡管不斷擴大和校外工廠之間的合作，但是實際實習過程如同參觀，實習效果大打折扣，這是各大高校存在的普遍問題，為提高學生工程實踐效果，這一問題亟待解決。

多年的教學經驗，讓我們深有體會。學生寫作能力低下，寫作邏輯性差，表達不準確。學校缺乏對學生查詢資料、設計方案、制作產品、撰寫報告及制作ppt匯報成果等過程的培訓，學生撰寫匯報綜合素質培養欠缺。新工科背景下，必須提高學生綜合能力，適應新經濟新產業社會發展對人才培養的需求。

三? 新工科背景下機械設計制造及其自動化專業人才培養理念

新工科背景下人才培養理念是指導我校完善機械專業課程體系和人才培養重要指導思想。培養什么樣的人才，這是首先需要回答的問題，在此基礎上才能更好地構建新培養方案，有效達到建設目標。面向當前所需和未來產業發展，急需培養具有創新創業意識、數字化思維和跨界整合能力的新工科人才。根據市場企業人才需求調研和我校實際情況，提出培養具有工程實踐和創新能力的T字型知識結構的工程技術人才，T字型中的橫代表學生的基礎知識體系，包括通識教育、學科基礎教育、專業基礎教育、思想政治教育及人文素養等綜合素質和能力，解決復雜問題的綜合素質，這一橫決定了一個人能夠走多遠、能夠走多久。T中的豎主要包括某一專業方向、某一專業領域的理論、實踐、創新能力和計算機能力，決定了一個人在自己擅長的領域能夠走多深。只有建立完整對應的培養方案，采取可行的實施方案，最終才能培養出滿足新技術要求的專業技術人才。

四? 新工科背景下機械設計制造及其自動化專業課程體系的構建

（一）? 民族院校機械人才培養的特點

我校位于東部沿海城市，60%生源來自全國各少數民族地區，各民族學生對專業學習興趣各不相同，學生基礎參差不齊，尤其數學、物理、力學等基礎課程是機械設計制造及其自動化專業的學科理論基礎，這給正常的專業教學帶來困難。按照傳統課程體系和課堂授課方式，包括課堂講授、作業、實驗和考試模式等，只有部分學生達到教學要求，整體教學效果一般。因此，必須重視學生基礎理論知識講解，增加實訓項目，強化實踐教學，在實踐中提高學生對專業的學習興趣，并在實踐中培養學生工程意識和創新思維。基礎學科可以采取分層教學，包括專業課，尤其是專業實踐和創新課采取小組模式，每組不超過三人，以細化分組代替分層，加大老師針對性輔導工作，對全面提升學生基本能力，培養符合社會需求的高精專復合型機械工程技術人才，取得良好的效果。

（二）? 機械專業課程體系構建的原則

我校機械設計制造及其自動化專業作為遼寧省工程人才培養模式改革試點專業，遼寧省一流學科重點建設單位，旨在培養滿足現代工業機械裝備自動化社會發展需求，具備機械設計、機械制造、機械自動化相應的、扎實的基礎理論知識和應用能力，具有良好的職業道德和較高的社會責任感，具備較強的創新能力、較好的工程實際應用能力的各民族高級應用型人才。根據培養目標要求，在新一輪課程體系建設過程中，提出強基礎、重實踐、求創新原則，培養方案中理論課程體系的構建、實踐教學平臺建設和創新思維的培養體現上述三原則。

（三）? 機械專業理論課程體系的構建

以我校機械設計制造及其自動化專業課程體系的建設與改革研究為契機，進行專業課程體系建設，以培養專業技能為目標設置課程體系，按照學期任務和具體課程進行模塊化分割，突出課程設置的橫向和縱向內在邏輯關系[4-5]。

在課程體系研究與建設過程中，凝練出我校機械專業的學生培養方向是機械數字化設計、機械制造及其自動化、模具數字化設計與制造三個專業方向，圍繞這三條主線實現縱向遞進來設置課程。所有相關課程按照學科基礎課程、專業基礎課程、專業課程、專業能力模塊、計算機應用能力模塊和相應的實踐訓練等進行橫向模塊化，最終使課程體系成為能夠橫向和縱向相互交叉支撐的機械專業課程體系，如圖1所示。重點重設了專業基礎課程，對課程的學時學分進行了調整，增加了工程熱流體等基礎課程，對原有專業選修課進行修訂，改成能力模塊一和能力模塊二，能力模塊一強化專業能力的深入學習，能力模塊二提高學生計算機應用能力。學生可以根據自己的興趣和愛好，在能力擴展和計算機應用方面，選擇自己感興趣的發展方向，在對課程設置進行調整同時，根據培養目標和課程體系的要求，對課程設置和課程教學內容的合理性問題進行進一步研究。對課程的設置、設置學期、設置順序、課程性質、考核方式、學時學分和主要講授內容等進行調整，針對每一個專業方向，注重課程體系的完整性和課程之間的交叉與聯系、優化課程設置的內容、凝練課程在整個體系中的擔當與作用等。

（四）? 機械專業綜合實踐課程體系的構建

在課程體系中構建了機械設計制造及其自動化專業綜合實踐訓練平臺。興趣是學習最重要的內驅力，學生對機械專業的興趣往往是從工程實踐訓練中開始的，實驗教學和工程實踐不僅讓學生加深對理論知識的理解，而且有直觀的感性認識，極大地增加了專業興趣。實驗平臺多為綜合性實驗，開放性管理，強調綜合運用專業知識解決復雜問題，加強了能夠體現創新意識的新技術課程實驗和綜合設計實驗[6]，例如機電控制綜合實訓、項目式創新研發實踐課等。該平臺能夠從機械、電子、液壓和控制等方面加強學生工程實踐應用能力的培養。專業實踐要求匯總見表1。

五? 實踐創新能力培養的實施

（一）? 考核過程的改革

老師在評定學生最后成績時，提交課程考核報告，課程報告包含目錄和每一項考核內容和數據。主要包括每次作業、課堂測試和實驗課成績，根據課程性質不同，老師必須布置綜合大作業或者綜合設計任務要求。綜合考評部分要在報告中給出題目及打分標準等，這些作為平時考評成績，需要每位任課老師重新設計考評內容，綜合設計或者大作業作為課程產出的重要組成部分，真正把過程考核做到可查、可控、可改，對學生的考核也更加科學。

（二）? 校內外生產實訓相結合的改革模式

我校雖然加強了生產實習基地的建設，學校安排學生實習時間是固定不變的，如果遇到工廠減產或者停車檢修，這都會給實習帶來很大影響。同時，現在企業并不歡迎高校學生入場實習，學生到工廠實習基本上是走馬觀花。我們調研了許多高校，情況大同小異。鑒于此，結合學校金工實習等教學任務，學校建設了獨立的工程訓練中心大樓，擴招了工程訓練老師，完善了工程訓練中心設備，建設了豐富的實訓內容，不僅承接同城高校的金工實習，而且能夠承接本專業生產實習的任務，編制了具體生產實習任務要求，學生在多臺加工設備上獨立完成多種機械零部件的加工制作。實行校外生產實習和校內實訓基地相結合的模式，極大提高了實訓效果。

（三）? 科研能力的培養

學生從大三開始，全部進入學校提供的各種創新創業項目、競賽項目，專業導師針對每名學生進行專業規劃，指導學生參與創新創業各類競賽項目和科研項目，學校規定沒有參加競賽項目的同學全部進入工作室，根據專業方向和現有專業條件，開設了8個工作室：①智能制造工作室；②機械產品創新設計工作室；③機械CAD/CAM工作室；④機械裝備設計工作室；⑤檢測技術與機構創新工作室；⑥機電一體化工作室；⑦系統建模與仿真工作室；⑧數控加工工作室。學校為每個工作室和競賽項目配備獨立的研發經費，機械專業所有學生根據個人興趣都進入工程產品技術開發或研究工作組，分別由老師指定研究項目或自選項目分組開展創新實踐工作，每個人都得到獨立研發的機會，有些項目為后續的創新課、課程設計或者畢業設計打下良好基礎，指導老師從大三就開始指導并跟蹤學生的課外實踐活動，真正培養學生獨立科研、獨立產品研發、獨立解決問題的能力。該工作室制度的實施，已經取得了良好的實踐效果，學生走進實驗室的時間明顯增多，考研的數量和質量也逐年上升，取得了預期效果。

（四）? 創新能力的培養

綜合實驗和創新實踐課是提高學生創新能力的重要方法。綜合性實驗課把多門課程知識融于一體，提高學生綜合解決問題的能力。大三的下學期專門開設創新實踐課，要求分組學生獨立完成一個機械產品的設計研發，每一小組提供設計方案，分析計算過程，實際產品的制作展示，最后通過現場答辯，老師給出創新實踐課的成績，創新實訓課在學院工程實訓中心展開，指導老師和工程訓練中心老師合作指導學生的創作過程，工程實訓中心條件優越，能夠滿足機械產品的加工制作，讓學生體會到機械產品設計研發的樂趣，在實踐中培養學生的工程意識和創新意識。

（五）? 積極推進競賽項目，提高學生綜合能力

大學生學科競賽是培養學生綜合實踐能力的重要載體，具有常規教學無法取代的教育功能，是培養創新型人才的重要平臺。針對學校實際情況和競賽特點，構建分層次的創新實踐教學體系，重新修訂專業培養方案和課程教學大綱。機械制圖和三維繪圖等教學配合成圖大賽；機械工程材料、金屬工藝學和機械制造技術基礎等教學配合工程訓練大賽；力學、機械原理和機械設計及有限元分析等配合機械創新設計大賽、大學生“挑戰杯”科技作品大賽等；在兩個能力模塊中，選擇自己擅長的專業領域和計算機能力參加中國“互聯網+”大學生創新創業大賽；和其他專業同學合作的大連民族大學車隊，每年參加全國汽車大賽都能取得優異成績，培養了學生創新實踐能力和團隊合作精神。學預案將學科競賽題目進行分類凝練，與實驗內容相融合，為競賽的準備和實施提供全方位保障。通過競賽為學生提供更多的實踐機會，取得了良好的效果。2020—2022年學生獲得省級國家級競賽獎60余項，使學生的知識、能力和素質得到全面發展。

六? 結束語

根據民族院校機械設計制造及其自動化專業應用型、復合型人才培養目標，確定了以機械結構數字化設計技術、機械制造及其自動化、模具數字化設計與制造三個方向，根據新技術發展背景下對人才培養的要求，在傳統課程體系基礎上，構建了橫向縱向交叉支撐的、科學合理的鏈式課程體系，同時增設了專業能力和計算機能力兩個模塊，規劃了機械設計制造及其自動化專業開放式綜合實訓平臺，開創了提高工程實踐能力和創新思維培養的方法和手段，實現理論教學和工程實踐的有機結合，形成適宜民族院校發展和特色鮮明的課程體系和培養方法。

參考文獻：

[1] 水木然.工業4.0大革命[M].第32版.北京：電子工業出版社，2015.

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[3] 鐘登華．新工科建設的內涵與行動[J]．高等工程教育研究，2017（3）：1－6．

[4] 馬飛.民族高校網絡工程本科專業培養方案的研究與實踐[J].陜西教育，2010（3）：56-57.

[5] 喬國朝，張爭艷，張建輝，等.新工科背景下機械專業人才培養模式改革與實踐[J].高教學刊，2020（21）：85-88.

[6] 任小中，田曉光，邱明，等.新工科與專業認證背景下機械類專業課程體系建設——以機械設計制造及其自動化專業為例[J].教育觀察，2019，8（16）：73-74.